Tổng hợp và khảo sát tính chất quang của bột huỳnh quang CaMgAl10O 17 đồng pha tạp Mn4+ và Cr3+

Abstract

Trong nghiên cứu này, bột huỳnh quang CaMgAl10O17 đồng pha tạp Mn4+ và Cr3+ đã được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa kết hợp nung thiêu kết trong môi trường không khí. Mục tiêu của đề tài là khảo sát ảnh hưởng của nồng độ ion pha tạp và nhiệt độ nung đến cấu trúc tinh thể, hình thái bề mặt và tính chất phát quang của vật liệu, đồng thời đánh giá tiềm năng ứng dụng của vật liệu trong lĩnh vực chiếu sáng nông nghiệp và LED phát xạ đỏ. Cấu trúc tinh thể của vật liệu được khảo sát bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), hình thái và thành phần nguyên tố được phân tích bằng kính hiển vi điện tử quét kết hợp phổ tán sắc năng lượng tia X (SEM-EDS), trong khi tính chất quang được nghiên cứu thông qua phổ phát quang (PL). Kết quả XRD cho thấy pha tinh thể CaMgAl10O17 được hình thành ở tất cả các nhiệt độ khảo sát từ 900°𝐶 đến 1200°𝐶 trong đó mẫu nung ở 1200°𝐶 có độ kết tinh tốt nhất. Kích thước tinh thể trung bình tăng từ khoảng 6,98 nm lên 19,27 nm khi nhiệt độ nung tăng từ 900°𝐶 đến 1200°𝐶. Kết quả SEM cho thấy sự phát triển kích thước hạt và mức độ kết tụ tăng theo nhiệt độ nung. Phân tích EDS và ánh xạ nguyên tố xác nhận sự hiện diện và phân bố tương đối đồng đều của các nguyên tố Ca, Mg, Al, O cùng các ion pha tạp Mn và Cr trong vật liệu. Kết quả phổ phát quang cho thấy nồng độ tối ưu của hệ đơn pha tạp là 0,6% mol Mn4+. Khi đồng pha tạp Cr3+, cường độ phát quang tăng và đạt giá trị cực đại tại thành phần 0,6% mol Mn4+ và 0,8% mol Cr3+. Khoảng cách truyền năng lượng tới hạn được tính theo mô hình Blasse cho giá trị Rc ≈ 20,67 Å, cho thấy cơ chế dập tắt huỳnh quang chủ yếu liên quan đến tương tác đa cực điện. Kết quả so sánh phổ phát xạ của vật liệu với phổ hấp thụ của chlorophyll và phytochrome cho thấy sự chồng lấp đáng kể trong vùng ánh sáng đỏ và đỏ sâu, chứng minh tiềm năng ứng dụng của vật liệu làm phosphor phát xạ đỏ cho LED nông nghiệp.