Tiểu luận Các phương pháp chế tạo bột huỳnh quang

 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC BỘ MÔN VẬT LÝ ------------------ TIỂU LUẬN CHUYÊN ĐỀ Đề tài: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO BỘT HUỲNH QUANG 	 Giáo viên hướng dẫn: Th.s Lê Tiến HàTh.s Nguyễn Xuân CaTh.s Nguyễn Thị Luyến Sinh viên thực hiện:Đỗ Thị Mai Loan Tô Phương NhungLê Thị LaLý Thị Vui THÁI NGUYÊN - 2011MỞ ĐẦUNguồn sáng của gian phòng thường được cung cấp bởi sự phối hợp của ánh sáng tự nhiên và ánh sáng nhân tạo, tức là hệ thống đèn các loại. Nguyên liệu chủ yếu đươc dùng trong các thiết bị phát sáng là bột huỳnh quang.. Khoa học không ngừng nghiên cứu tìm ra những phương pháp chế tạo vật liệu huỳnh quang với những ưu điểm mới nhằm khắc phục những nhược điểm của phương pháp cũ, phương pháp cổ truyền. Được sử dụng nhiều trong các linh kiện huỳnh quang, vật liệu phát quang là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất phát quang của linh kiện, nó cũng quyết định màu sắc ánh sáng phát ra. ỨNG DỤNGĐèn huỳnh quang TIỂU LUẬN CHUYÊN ĐỀ :CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO BỘT HUỲNH QUANG BỐ CỤCMở đầu Chương 1: Vật liệu huỳnh quang Chương 2: Các phương pháp chế tạo bột huỳnh quangKết luậnChương 1: Vật liệu huỳnh quang1. Giới thiệu về vật liệu huỳnh quang Là một trong những thành phần quan trọng nhất, sử dụng trong các thiết bị huỳnh quang, quyết định đến chất lượng của thiết bị. Mỗi loại vật liệu huỳnh quang có những yêu cầu chung và yêu cầu cụ thể : Hấp thụ tốt những bức xạ kích thích: vùng hấp thụ năng lượng không phải là một dải đều mà thường là hấp thụ mạnh trong một vùng nhất định.Hiệu suất huỳnh quangHhq = Hht + Hlt Hlt = Ppx / PhtHiệu suất huỳnh quang cần được tính toán sao cho cao nhất.Vật liệu huỳnh quang có phổ phát xạ dải rộng -Vật liệu huỳnh quang là sự kết hợp của một số vùng bức xạ. - Phổ bức xạ trải đều ít nhất trong ba vùng đỏ, xanh lục, xanh lam.Độ ổn định màuMột số loại vật liệu huỳnh quang có tính chất quang biến đổi theo nhiệt độ. Độ bềnCó rất nhiều các tác nhân gây ra sự suy giảm phẩm chất của vật liệu (tác động của hóa, nhiệt, điện trường, từ trường, cơ học ) Độ đồng đều về hình dạng và kích thước hạtSự phân bố về hình dạng ,kích thước của hạt vật liệu có vai trò quan trọng, ảnh hưởng tới hiệu suất phát quang của vật liệu. Trong vật liệu huỳnh quang nói chung, các hạt có hình cầu và phân bố kích thước từ nanomet đến vài micromet tùy trong từng lĩnh vực áp dụng. 2. Cơ chế phát quang của vật liệu-Vật liệu huỳnh quang khi bị kích thích có khả năng phát quang. - Gồm: chất nền và chất pha tạp.Chất nền( mạng chủ) -Là các vật liệu bền có vùng cấm rộng- Có tính trong suốt đối với bức xạ trong vùng ánh sáng nhìn thấy và vùng bức xạ kích thích của các tâm phát quang -Mạng nền đóng vai trò là môi trường phân tán các thành phần bức xạ quang. Chất làm mạng nền ngoài tính trơ về quang học còn cần có độ bền về cơ lý hóa, ổn định về cấu trúc và có khả năng đính các nguyên tử pha tạp trong nút mạng.Chất pha tạp( tâm kích hoạt)- Là những nguyên tử hay ion có cấu hình điện tử với một số lớp chỉ lấp đầy một phần như các ion kim loại chuyển tiếp có lớp d chưa bị lấp đầy, các ion đất hiếm có lớp f chưa bị lấp đầy đóng vai trò là các tâm phát quang. - Chúng nhạy quang học. Các vật liệu khi bị kích thích, các photon bị vật liệu hấp thụ. Sự hấp thụ có thể xảy ra tại tâm phát quang hoặc tại chất nền. Có nhiều loại cơ chế chuyển mức phát xạ:Phát xạ do chuyển mức tái hợp điện tử lỗ trốngPhát xạ do chuyển mức vùng- vùngPhát xạ do chuyển mức giữa các exitonCơ chế phát quang của vật liệu phụ thuộc vào cấu hình điện tử của các nguyên tố pha tạp đóng vai trò là tâm phát xạ.Chương 2: Các phương pháp chế tạo bột huỳnh quangPhương pháp gốm cổ truyềnSơ đồ phương pháp chế tạo gốm cổ truyềnƯu điểm : Đơn giản, dễ thực hiện , chi phí thấp phù hợp với nhiều phòng thí nghiệmNhược điểm:Sản phẩm thu được có độ đồng nhất không cao Dải phân bố kích thước hạt rộng kích thước hạt lớn và tiêu tốn nhiều năng lượng. 2. Phương pháp đồng kết tủa Người ta thực hiện khuếch tán các chất tham gia phản ứng ở mức độ phân tử (precursor phân tử). Hỗn hợp ban đầu được gọi là precursor có tỷ lệ các ion kim loại đúng theo hợp thức của hợp chất ta cần tổng hợp chuẩn bị hỗn hợp dung dịch chứa các muối rồi thực hiện phản ứng đồng kết tủa (dưới dạng hidroxit, cacbonat, oxalate,). Cuối cùng tiến hành nhiệt phân sản phẩm rắn đồng kết tủa đó. Chế tạo bằng phương pháp này chúng ta cần đảm bảo hai điều kiện: Phải bảo đảm đúng quá trình đồng kết tủa, nghĩa là kết tủa đồng thời các kim loại đó. Phải đảm bảo trong precursor tức là hỗn hợp pha rắn chứa các ion kim loại theo đúng tỷ lệ như trong sản phẩm mong muốn. Ưu điểm- Chế tạo được vật liệu có kích thước cỡ nanomet. - Phản ứng có thể tiến hành trong điều kiện nhiệt độ phòng thí nghiệm, do đó tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu quá trình mất mát do bay hơi, ít ô nhiễm môi trường.- Sản phẩm thu được có tính đồng nhất cao, bề mặt riêng lớn, độ tinh khiết hóa học cao. - Lượng mẫu thu được trong mỗi lần chế tạo khá nhiều- Trong phương pháp đồng kết tủa, các chất muốn khuếch tán sang nhau chỉ cần vượt qua quãng đường từ 10 đến 50 lần kích thước ở mạng cơ sở, nghĩa là nhỏ hơn rất nhiều so với phương pháp gốm cổ truyền.Nhược điểm- Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào tích số tan, khả năng tạo phức giữa ion kim loại và ion tạo kết tủa, lực ion độ pH của dung dịch- Tính đồng nhất hóa học của oxit phức hợp tùy thuộc vào tính đồng nhất của kết tủa từ dung dịch. - Việc chọn điều kiện để các ion kim loại cùng kết tủa là một công việc tất khó khăn và phức tạp. -Quá trình rửa kéo theo một cách chọn lọc một cấu tử nào đấy làm cho sản phẩm thu được có thành phần khác với thành phần của dung dịch ban đầu.Nguyên liệuKhí khử Máy pháy siêu Buồng aerosol (1)Lò nhiệt (2)Sản phẩm (3)3. Phương pháp phun nhiệt phân ( pp aerosol)Ưu điểmĐây là phương pháp rất ưu việt để chế tạo vật liệu huỳnh quang nói chung, thường được sử dụng trong công nghiệp với quy trình liên tục giữa nguyên liệu đầu vào và sản phẩm đầu ra. Các hạt bột tạo thành từ các hạt sol lơ lửng nên có dạng hình cầu hoàn chỉnh, không bị ảnh hưởng bởi quá trình kết đám khi nung ở nhiệt độ caoNhược điểmTuy nhiên phương pháp phun nung có hạn chế là việc chế tạo vòi phun rất khó khăn, thiết bị dễ bị ăn mòn và chỉ có thể áp dụng cho cation kim loại dễ thủy phân.Phương pháp Sol-gel có thể đi theo các con đường khác nhau như thủy phân các muối, thủy phân các alkoxide hay bằng con đường tạo phức. Sol-gel là quá trình phức tạp và có rất nhiều biến thể khác nhau phụ thuộc vào các loại vật liệu và các mục đích chế tạo cụ thể. Về cơ chế hoá học: Quá trình Sol – gel hình thành với 2 dạng phản ứng chính là phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ bao gồm phản ứng ngưng tụ rượu và phản ứng ngưng tụ nước. \M(OR)X + nH2O = (RO )x-n- M-(OH)n + nROHOHPhản ứng ngưng tụMOR + MOH = M -O-M + ROHMOH + MOH = M-O-M + H2OHoá ester M(OR)X + xH2O = M(OH)x + x ROHPhản ứng thủy phânThủy phânƯu điểm- Vật liệu được tổng hợp ở nhiệt độ thấp hơn so với phương pháp gốm truyền thống.- Quá trình chế tạo bằng phương pháp sol-gel cho phép hòa trộn một cách đồng đều nhiều thành phần với nhau.- Cho phép chế tạo các vật liệu lai hóa giữa vô cơ và hữu cơ, cái không có trong tự nhiên.- Dễ pha tạp.- Có thể chế tạo được các vật liệu có hình dạng khác nhau như: bột, khối, màng, sợi và vật liệu có cấu trúc nano.- Có thể điều khiển được độ xốp và độ bền cơ học thông qua việc sử lí nhiệt.- Chế tạo được những vật liệu có độ tinh khiết cao.- Phù hợp với yêu cầu chế tạo các loại vật liệu bột có kích thước micro và nanoNhược điểm - Hóa chất ban đầu thường nhạy cảm với hơi ẩm.- Khó điều khiển quá trình phản ứng, khó tạo sự lặp lại các điều kiện của quy trình.- Xảy ra quá trình kết đám và tăng kích thước hạt ở nhiệt độ cao trong quá trình ủ nhiệt...Kết Luận Sau một thời gian nghiên cứu các tài liệu bài tiểu luận đã thu được một số kết quả sau:Nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu huỳnh quang bằng các phương pháp: Phương pháp sol-gel, phương pháp phun nhiệt phân, phương pháp gốm cổ truyền, phương pháp đồng kết tủa. Ưu nhược diểm của từng phương pháp Cả 4 phương pháp trên đều áp dụng được trong phòng thí nghiệm. Cho đến nay cả bốn phương pháp đã được áp dụng dưới dạng bán công nghiệp( dạng sản xuất vừa và nhỏ). Trong phòng thí nghiệm thì phương pháp Sol-gel là phương pháp được nhiều người dùng hơn cả.XIN CHÂN THÀNH CẢM ƠN !!!