nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ nồng độ thời gian ủ lên tính chất quang của vật liệu bao sio2 al2o3 bi3

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.22 MB, 78 trang )

Trang 1<div class="page_container" data-page="1">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, NỒNG ĐỘ, THỜI GIAN Ủ LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU BaO – SiO

2

– Al

2

O

3

: Bi

3+

Sinh viên: Đào Duy Khánh

Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Mạnh Trung

</div>Trang 2<div class="page_container" data-page="2">

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC PHENIKAA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ, NỒNG ĐỘ, THỜI GIAN Ủ LÊN TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU

BaO – SiO

2

– Al

2

O

3

: Bi

3+

Sinh viên: Đào Duy Khánh

Giảng viên hướng dẫn: TS Trần Mạnh Trung

Hà Nội – Năm 2024

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 3<div class="page_container" data-page="3">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 4<div class="page_container" data-page="4">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 5<div class="page_container" data-page="5">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 6<div class="page_container" data-page="6">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 7<div class="page_container" data-page="7">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 8<div class="page_container" data-page="8">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 9<div class="page_container" data-page="9">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 10<div class="page_container" data-page="10">

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 11<div class="page_container" data-page="11">

Kết quả khảo sát về tính chất quang đối với mẫu vật liệu BaAl2Si2O8 pha tạp 1% Bi3+ được nung tại nhiệt độ 1300 °C cho thấy được cường độ phát quang tối ưu nhất so với các mẫu vật liệu với lượng pha tạp và nhiệt độ nung ủ khác nhau.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 12<div class="page_container" data-page="12">

LỜI CAM ĐOAN

Tên tôi là: Đào Duy Khánh

Mã sinh viên: 19010084 Lớp: K13 – CNVL (Vật liệu điện tử – nano) Ngành: Công nghệ Vật liệu

Tơi đã thực hiện đồ án/khóa luận tốt nghiệp với đề tài: nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ, thời gian ủ lên tính chất quang của vật liệu BaO – SiO2 – Al2O3: Bi3+.

Tôi xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của TS. Trần Mạnh Trung.

Các nội dung nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa được các tác giả khác cơng bố dưới bất kỳ hình thức nào. Nếu phát hiện có bất kỳ hình thức gian lận nào tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm trước pháp luật.

GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

</div>Trang 13<div class="page_container" data-page="13">

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian học tập tại trường đại học Phenikaa, em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý thầy cô, gia đình và bạn bè. Lời đầu tiên, em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giảng viên hướng dẫn TS. Trần Mạnh Trung, người đã ln tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và hỗ trợ em trong suốt thời gian nghiên cứu để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

Em xin gửi lời cảm ơn tới tồn thể thầy cơ của Khoa Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu tại trường Đại học Phenikaa đã truyền giảng tận tâm hết mức cho em những kiến thức mà thầy cô có để em có những hành trang tốt nhất mai sau, khơng có thầy cơ giảng dạy chỉ bảo thì em sẽ không được như ngày hôm nay.

Đồng thời, em cũng xin được thể hiện sự biết ơn sâu sắc đến mọi người, gia đình của mình, những người bạn đã gắn bó suốt những năm tháng học tại trường Đại học Phenikaa, người thân luôn cổ vũ, đồng hành, ủng hộ để em có thể an tâm học tập, nghiên cứu trong suốt thời gian qua.

Lời cuối cùng, một lần nữa, em xin được cảm ơn và biết ơn mọi người rất nhiều vì đã bên cạnh giúp đỡ em.

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2024 Sinh viên thực hiện

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 14<div class="page_container" data-page="14">

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ... 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ... 4

1.1. Giới thiệu về điốt phát quang ánh sắng trắng (WLED) ... 4

1.2. Tổng quan về bột huỳnh quang ... 9

1.2.1. Cơ chế phát quang và cấu tạo của vật liệu huỳnh quang ... 10

1.3. Các phương pháp tổng hợp vật liệu ... 10

1.3.1. Phương pháp đồng kết tủa ... 10

1.3.2. Phương pháp sol – gel ... 12

1.3.3. Phương pháp phản ứng pha rắn ... 13

1.4. Hệ vật liệu BaO – SiO2 – Al2O3 ... 14

1.4.1 Giới thiệu và tổng quan nghiên cứu về hệ vật liệu BaAl2Si2O8 . 15 1.4.2. ...

... 20

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 15<div class="page_container" data-page="15">

1.5. Các vùng phát xạ đặc trung của ion Bi3+ ... 23

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ... 26

2.3. Phương pháp nghiên cứu ... 33

2.3.1. Phương pháp đo phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang của vật liệu ... 33

2.3.2. Khảo sát cấu trúc tinh thể của vật liệu bằng nhiễu xạ tia X ... 34

2.3.4. Nghiên cứu hình thái bề mặt và các thành phần hóa học có trong vật liệu 35 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ... 37

3.1. Hệ vật liệu BaSiO3: Bi3+ ... 37

3.1.1. Phân tích cấu trúc tinh thể của vật liệu ... 37

3.1.2. Khảo sát hình thái bề mặt, thành phần các nguyên tố trong mẫu 40 3.1.3. Khảo sát tính chất phát quang của vật liệu BaSiO3: Bi3+ ... 41

3.2. Hệ vật liệu BaAl2Si2O8: Bi3+ ... 46

3.2.1. Phân tích cấu trúc tinh thể của vật liệu ... 46

3.2.2. Khảo sát tính chất phát quang của vật liệu ... 49

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 16<div class="page_container" data-page="16">

KẾT LUẬN ... 53 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ... 54

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 17<div class="page_container" data-page="17">

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1. Sự phát triển của đi-ốt phát sáng [10]. ... 5

Hình 1.2. (a) Góc nhìn phối cảnh ; (b) góc nhìn từ trên xuống của đèn LED trắng nhiều chip LED bao gồm chip LED ( hoặc khuôn) màu đỏ (R), xanh lá cây (G) và xanh lam (B). Sự trộn quang học của các thành phần phát xạ RGB tạo ra ánh sáng trắng [1] ... 6

Hình 1.3. Sơ đồ ba cách để hiện thực hóa thiết bị PC-WLED và đèn nền cho LCD. (a) Một chip xanh kết hợp với phosphor màu vàng. (b) Một chip xanh kết hợp với lân quang màu vàng và đỏ. (c) Một chip màu xanh lam có phosphor màu đỏ và xanh lục. (d) Sơ đồ cấu hình của nguyên mẫu LCD dựa trên kỹ thuật WLED [14]. ... 7

Hình 1. 4. Phổ ánh sáng mặt trời.- Phổ ánh sáng đèn LED. Cả mắt người và mắt ruồi đều có thể bị tổn thương do tiếp xúc quá nhiều với ánh sáng xanh [4] ... 8

Hình 1. 5. Quá trình phát quang của bột huỳnh quang ... 9

Hình 1. 6. Quy trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp đồng kết tủa ... 11

Hình 1. 7. Quy trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp sol – gel ... 12

Hình 1. 8. Quy trình tổng quát của phương pháp phản ứng pha rắn. ... 13

Hình 1.9. Tam giác hệ ba thành Phần BaO – Al2O3 – SiO2 [7]. ... 14

Hình 1. 10. Cấu trúc tinh thể của khối đa diện phối hợp cation và đa hình Eu (a) hexagonal BAS, (b) monoclinic BAS [18]. ... 16

Hình 1. 11. (a) Phổ kích thích của các phosphor Ba0,88-xAl2Si2O8 :0,12Eu3+, xTb3+ (0 < x < 0,12) ở bước sóng 612 nm. (b) Phổ phát xạ của photpho Ba0,88-xAl2Si2O8 :0,12Eu3+, xTb3+ (0 < x < 0,12) ở bước sóng kích thích 393 nm. (c) Mức năng lượng của các ion Tb3+ và Eu3+ cũng như sự truyền năng lượng từ các ion Tb3+ sang Eu3+ trong các phosphors Ba0,88-xAl2Si2O8 :0,12Eu3+, xTb3+ (0 < x < 0,12). ... 17

Hình 1. 12. PLE và phổ phát xạ của BAS: Eu2+ phosphors (λex = 329 nm, λem = 455 nm) [20]. ... 19

Hình 1. 13. Phổ phát xạ của BAS: Eu2+ (λex = 266 nm) [20]. ... 19

Hình 1. 14. Cấu trúc tinh thể của BaSiO3 [17] ... 20

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 18<div class="page_container" data-page="18">

Hình 1.15. Phổ phát xạ của (a) vật liệu BaSiO3: xEu và (b) BaSiO3: 0,08Eu và

Hình 1.18. Sơ đồ mức năng lượng của ion Bi3+[24]. ... 24

Hình 2.1. (a) Cân phân tích và (b) Tủ sấy thường ... 28

Hình 2.2 (a) Lị nung vng 1300 °C và (b) Lị nung vng 1700 °C ... 28

Hình 2.3. (a) Cối nghiền và (b) Máy nghiền bi ... 29

Hình 2.4. Hóa chất (a) Bi2O3 (b) Al2O3 (c) SiO2 (d) BaCO3 ... 30

Hình 2.5. Sơ đồ quy trình tổng hợp mẫu BaSiO3 ... 31

Hình 2.6. Quy trình ủ nhiệt của mẫu BaSiO3: xBi3+ ... 32

Hình 2.7. Sơ đồ quy trình tổng hợp mẫu BaAl2Si2O8 ... 33

Hình 2.8. Hệ đo huỳnh quang tại trường Vật liệu, Đại học Bách Khoa Hà Nội ... 34

Hình 2.9. Hệ đo SEM được tích hợp với đầu đo EDS tại Viện Hàn Lâm Khoa học Cơng nghệ Việt Nam. ... 36

Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BaSiO3: 4%Bi3+ nung tại các nhiệt độ khác nhau. ... 38

Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BaSiO3: x%Bi3+nung tại 1200 °C 39 Hình 3. 3. (a – d) Ảnh FESEM theo nhiệt độ của mẫu BaSiO3: 4% Bi3+ ... 40

Hình 3. 4. Phổ EDS của mẫu BaSiO3: 4% Bi3+nung tại 1200 °C. ... 41

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 19<div class="page_container" data-page="19">

viii

Hình 3. 5. Phổ PLE (a) của mẫu bột huỳnh quang BaSiO3: 4% Bi3+ được tổng hợp bằng phương pháp phản ứng pha rắn nung tại 1200 °C đo tại bước sóng phát xạ 430 nm và phổ PL (b) của mẫu BaSiO3: 4% Bi3+ nung tại 1200 °C được kích thích tại bước sóng 273 nm. ... 42 Hình 3. 6. Phổ PL của mẫu bột huỳnh quang BaSiO3: 4% Bi3+ tại các nhiệt độ ủ khác nhau ... 43 Hình 3. 7. Phổ PL của mẫu bột huỳnh quang BaSiO3: x% Bi3+ tại 1200 °C ... 45 Hình 3. 8. Phổ PL của mẫu bột huỳnh quang BaSiO3: 5% Bi3+ tại 1200 °C gồm các đường cong điều chỉnh (đường màu xanh lam) và các thành phần Gaussian bị phân hủy. ... 46 Hình 3.9. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BaAl2Si2O8: 1% Bi3+ ủ tại các nhiệt độ khác nhau ... 47 Hình 3.10. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BaAl2Si2O8: x%Bi3+nung tại 1300 °C ... 48 Hình 3.11. Phổ PLE (a) của mẫu bột huỳnh quang BaAl2Si2O8: 1% Bi3+ được tổng hợp bằng phương pháp phản ứng pha rắn nung tại 1300 °C đo tại bước sóng phát xạ 408 nm và phổ PL (b) của mẫu BaAl2Si2O8: 1% Bi3+ nung tại 1300 °C được kích thích tại bước sóng 270 nm ... 50 Hình 3. 12. Phổ PL của mẫu bột huỳnh quang BaAl2Si2O8: 1% Bi3+ tại các nhiệt độ ủ khác nhau ... 51 Hình 3.13. Phổ PL của mẫu bột huỳnh quang BaAl2Si2O8: x% Bi3+ tại 1300 °C ... 52

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 20<div class="page_container" data-page="20">

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1. Khối lượng vật liệu nguồn của hệ vật liệu BaSiO3: x% Bi3+ ... 30

Bảng 2.2. Khối lượng vật liệu nguồn của hệ vật liệu BaAl2Si2O8: x% Bi3+ ... 32

Bảng 3. 1. Bán kính ion Ba2+, Si4+ và thơng số Dr ... 40

Bảng 3.2. Bán kính ion Ba2+, Si4+ và thơng số Dr ... 49

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 21<div class="page_container" data-page="21">

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

FESEM Field Emission Scanning Electron Microscopy

Hiển vi điện tử quét phát xạ trường

EDS Energy-dispersive X-ray spectroscopy Phổ tán sắc năng lượng tia X

Dr The radius percentage difference Khoảng cách tới hạn của hai ion pha tạp trong mạng nền

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 22<div class="page_container" data-page="22">

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài

Với sự phát triển của xã hội hiện nay, các thiết bị chiếu sáng luôn là một thứ không thể thiếu đối với con người dù là ngày hay đêm để phục vụ cho nhu cầu đời sống hằng ngày. Đèn LED có rất nhiều ưu điểm vượt trội như khả năng tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ cao và cho ra hiệu suất phát quang cao hơn so với những thế hệ đèn truyền thống trước đây như đèn sợi đốt hay đèn huỳnh quang, cụ thể hơn thì hiệu suất phát quang củađèn sợi đốt có hiệu suất phát sáng khoảng 10-17 lm/W, trong khi đèn LED có thể có hiệu suất phát sáng từ 50 lm/W đến hơn 100 lm/W. Sau khoảng thời gian dài, các nhà khoa học đã nghiên cứu và chế tạo ra được một loại đi ốt phát quang mới cho ra phát quang ánh sáng trắng (WLED) [1].

WLED thương mại thường được sản xuất bằng cách kết hợp chíp LED màu xanh lam với bột phosphor màu vàng garnet nhôm yttrium pha tạp Cerium (YAG: Ce3+). Tuy nhiên thì vật liệu này lại có chỉ số hồn màu thấp (CRI <75) và bởi sự thiếu hụt màu đỏ cho ra ánh sáng trắng mát với nhiệt độ màu tương quang khá cao (CCT > 4000 K) [2].

Mặt khác, khi so sánh với ánh sáng khác, ánh sáng xanh được cho là hiệu quả nhất trong việc ức chế melatonin và đồng bộ nhịp sinh học của melatonin [3], [4]. Việc tiếp xúc ánh sáng xanh nhiều sẽ gây ra nguy cơ cho sự phát triển các bệnh lý về võng mạc hay đặc biệt về bệnh thối hóa võng mạc liên quan đến tuổi tác. Vì vậy việc nghiên cứu phát triển bột phosphor xanh lục lam có khả năng hấp thụ tốt ánh sáng cận tử ngoại (NUV) là một chủ để rất thú vị và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm để ứng dụng cho WLED và chiếu sáng vì sức khỏe con người (human-centric lighting).

Trong khi đó, ion Bi3+ đã được chứng minh và có nhiều bài báo nghiên cứu khoa học của ion này cho thấy khả năng hấp thụ mạnh bởi ánh sáng cận tử ngoại và khả năng phát xạ rất rộng trong tồn bộ dải phổ nhìn thấy được (400 – 760 nm), đặc trưng hơn trong vùng xanh lam – vàng [5]. Vật liệu huỳnh quang ổn định hay không cũng phần nào ảnh hưởng đến khả năng phát quang. Vì vậy hệ bậc ba BaO – SiO2 – Al2O3 đang là một ứng cử viên tiềm năng được các nhà nghiên cứu quan

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 23<div class="page_container" data-page="23">

tâm và nghiên cứu nhiều bởi những ưu điểm tuyệt vời như độ ổn định nhiệt cao, độ bền cơ học và hóa học khơng thấm khí và nước, chống bức xạ ion hóa và có các thơng số điện vật lý tốt [6], [7], [8].

Chính vì những lý do như vậy, chúng tôi đã hướng đến đề tài "nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ, nồng độ, thời gian ủ lên tính chất quang của vật liệu BaO – SiO2 – Al2O3: Bi3+" nhằm tạo ra được hệ bột huỳnh quang có khả năng phát xạ trong vùng xanh lục lam để giúp hạn chế ảnh hưởng tới con người.

3. Đối tượng nghiên cứu

- Vật liệu huỳnh quang BaSiO3: Bi3+- Vật liệu huỳnh quang BaAl2Si2O8: Bi3+

</div>Trang 24<div class="page_container" data-page="24">

- Phân tích hình thái bề mặt của vật liệu bằng kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM).

- Phân tích thành phần các ngun tố hóa học qua phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS).

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ❖ Ý nghĩa khoa học

o Nghiên cứu, nắm vững về các thông tin của đèn WLED, hệ vật liệu BaO – SiO2 – Al2O3 và ion Bi3+.

o Góp phần cung cấp thêm quy trình chế tạo cho vật liệu huỳnh quang cho phát xạ trong vùng xanh lam nhận kích thích xung quanh vùng tia tử ngoại

❖ Ý nghĩa thực tiễn

o Chế tạo được vật liệu huỳnh quang bằng phương pháp phản ứng pha rắn cho phát xạ ở vùng xanh lam kích thích tại vùng tia tử ngoại. o Kết quả của nghiên cứu này đã góp phần bổ sung thêm về tính ứng

dụng của vật liệu cho wled chiếu sáng vì con người.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 25<div class="page_container" data-page="25">

thống như đèn sợi đốt, đèn huỳnh quang và đèn halogen, điốt phát quang

(light-emitting diodes, LED) được quan tâm đặc biệt hơn cả do những ưu điểm vượt trội

của nó ví dụ như tiết kiệm năng lượng, tuổi thọ cao, ánh sáng chất lượng cao, không chứa chất độc hại và khả năng tạo ra các màu sắc đa dạng.

Mặc dù hiện tượng phát quang từ chất bán dẫn được Henry Joseph Round phát hiện lần đầu tiên vào năm 1907 trên vật liệu silicon carbide khi có dịng điện đi qua nhưng vì chỉ là ánh sáng vàng quá yếu ớt nên sự kiện này dần bị lãng quên. Cho đến tận năm 1961, khi đang làm việc tại viện nghiên cứu của Texas Instrument, Robert Biard và Gary Pittman chế tạo thành công đèn LED hồng ngoại có hiệu suất phát quang tốt từ vật liệu GaAs [9]. Tuy nhiên, đèn LED đầu tiên phát ra ánh sáng khả kiến là loại LED đỏ do Nick Holonyak,Jr tìm ra vào năm 1962 khi

làm việc tại Syracuse, New York [9]. Việc phát hiện ra đèn LED xanh (blue LED) và đèn LED lục (green LED) cũng được công bố vào năm 1971 trên nền vật liệu

GaN, tuy nhiên cường độ chiếu sáng của chúng còn rất thấp. Vào năm 1994 Nakamura Shuji thuộc cơng ty Nichia Corporation đã tìm ra đèn LED xanh có cường độ chiếu sáng siêu cao bằng cách sử dụng lớp chuyển tiếp p – n gallium nitride (GaN) [9]. Sau khoảng thời gian dài các nhà khoa học đã tạo ra điốt phát

quang ánh sáng trắng (white LED) từ việc phủ lớp bột phát quang (phosphor) lên

đèn LED xanh, và chính thức từ đó đi ốt phát quang ánh sáng trắng (WLED) được ra đời [1].

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 26<div class="page_container" data-page="26">

Hình 1.1. Sự phát triển của đi-ốt phát sáng [10].

Có nhiều phương pháp để tạo ra đèn LED có ánh sáng trắng, đầu tiên đó là sự kết hợp ánh sáng từ ba hoặc nhiều nguồn đơn sắc đỏ, xanh lục, xanh lam để tạo ra nguồn ánh sáng trắng phù hợp [1]. Phương pháp thứ hai là sử dụng một lớp bột huỳnh quang (bột phosphor) để chuyển đổi ánh sáng từ các chip LED màu xanh, tím hoặc UV thành ánh sáng trắng bằng việc sử dụng một lớp bột huỳnh quang[1]. Phương pháp thứ ba là sự kết hợp chip LED xanh dương với phosphor phosphor xanh lục và đỏ. Ánh sáng xanh từ chip LED được hấp thụ một phần bởi bột phosphor trong khi phần còn lại được truyền qua bột phosphor. Kết quả là ánh sáng xanh (từ chip LED), ánh sáng xanh lục (từ bột phosphor) và ánh sáng đỏ (từ bột phosphor) kết hợp với nhau tạo thành ánh sáng trắng.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 27<div class="page_container" data-page="27">

Hình 1.2. (a) Góc nhìn phối cảnh ; (b) góc nhìn từ trên xuống của đèn LED

trắng nhiều chip LED bao gồm chip LED ( hoặc khuôn) màu đỏ (R), xanh lá cây (G) và xanh lam (B). Sự trộn quang học của các thành phần phát xạ RGB tạo ra

ánh sáng trắng [1]

Nhờ sự phát triển tốc độ của chip LED với hiệu suất cao và chi phí thấp thì đèn LED trắng chuyển đổi sử dụng bột phosphor (PC-WLED) dựa trên chip InGaN màu xanh đã trở thành thiết bị chiếu sáng tiên tiến và nguồn đèn nền chủ yếu cho màn hình tinh thể lỏng (LCD). WLED thương mại thường được sản xuất bằng cách kết hợp chip LED màu xanh lam với bột phosphor màu vàng garnet nhôm yttrium pha tạp Cerium (YAG: Ce3+) [11]. Việc thiếu thành phần màu đỏ khiến thiết bị này phát ra ánh sáng trắng mát với nhiệt độ màu tương quan khá cao (CCT > 4000 K) cùng chỉ số hồn màu thấp (CRI < 75) (hình 1.3a) [2]. Ánh sáng trắng ấm đòi hỏi yêu cầu chất lượng ánh sáng cao với chỉ số hoàn màu trên 80 và nhiệt độ màu tương quan thấp ở mức 2700 - 4000K [12]. Để đáp ứng yêu cầu này, chúng ta có thể áp dụng bổ sung phosphor đỏ vào bột phosphor YAG kích thích bằng chip xanh hoặc sử dụng đèn LED xanh kết hợp với hỗn hợp bột phosphor xanh lục và đỏ (hình 1.3c) [2]. Ở khía cạnh khác thì đèn nền PC-WLED thương mại dành cho LCD được tạo ra bằng sự kết hợp giữa chip InGaN màu xanh với phosphor màu xanh lục và phosphor màu đỏ (hình 1.3d) [13]. Gần đây, người ta cũng đang nghiên

cứu phát triển các bột phosphor lục lam (cyan-emitting phosphor) để tăng cường

chỉ số hoàn màu của cho WLED.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 28<div class="page_container" data-page="28">

Hình 1.3. Sơ đồ ba cách để hiện thực hóa thiết bị PC-WLED và đèn nền cho LCD. (a) Một chip xanh kết hợp với phosphor màu vàng. (b) Một chip xanh kết hợp với lân quang màu vàng và đỏ. (c) Một chip màu xanh lam có phosphor màu

đỏ và xanh lục. (d) Sơ đồ cấu hình của nguyên mẫu LCD dựa trên kỹ thuật WLED [14].

Mặt khác, khi so sánh với ánh sáng khác, ánh sáng xanh được cho là hiệu quả nhất trong việc ức chế melatonin và đồng bộ nhịp sinh học của melatonin [3][4]. Việc tiếp xúc ánh sáng xanh nhiều sẽ gây ra nguy cơ cho sự phát triển các bệnh lý về võng mạc hay đặc biệt về bệnh thối hóa võng mạc liên quan đến tuổi tác. Các nghiên cứu về ánh sáng xanh còn được thử nghiệm trên cơn trùng, ví dụ lồi ruồi. Dù là nhìn bề ngồi mắt ruồi có sự khác biệt nhưng các tế bào của chúng thì tương tự con người, khi cho mắt ruồi tiếp xúc nhiều giờ trong ánh sáng xanh các tế bào của chúng cũng bắt đầu suy giảm đi.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 29<div class="page_container" data-page="29">

Vì vậy, việc nghiên cứu phát triển một loại bột phosphor xanh lục lam mới có khả năng hấp thụ tốt ánh sáng cận tử ngoại (NUV) là một chủ đề hết sức thú vị và đang được các nhà nghiên cứu quan tâm sâu rộng cho ứng dụng chiếu sáng WLED và

chiếu sáng vì sức khỏe con người (human-centric lighting).

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 30<div class="page_container" data-page="30">

1.2. Tổng quan về bột huỳnh quang

Hiện tượng các chất nhận năng lượng kích thích từ bên ngồi và phát ra ánh sáng ánh sáng gọi là sự phát quang. Theo các loại năng lượng kích thích khác nhau Người ta chia thành các loại huỳnh quang khác nhau: năng lượng bị kích thích bởi ánh sáng được gọi là quang phát quang; Năng lượng do điện trường kích thích được gọi là là sự phát quang điện, v.v. Quá trình phát quang xảy ra ngay sau khi kích thích (≈ ns) được gọi là huỳnh quang. Nếu quá trình phát quang diễn ra chậm (≈ μs) được gọi là lân quang. Khi vật liệu nhận năng lượng kích thích, các điện tử chuyển từ trạng thái cơ bản sang trạng thái kích thích có mức năng lượng cao hơn khác. Từ trạng thái kích thích, các điện tử của nguyên tử, phân tử có thể trở về trạng thái cơ bản và sẽ phát ra các photon. Năng lượng mà vật liệu hấp thụ được sẽ được chuyển thành năng lượng tái phát xạ dựa trên vật liệu.

Hình 1. 5. Quá trình phát quang của bột huỳnh quang

Vật liệu huỳnh quang dạng bột gọi là bột huỳnh quang. Cấu tạo chính của bột huỳnh quang bao gồm một mạng chủ và một tâm huỳnh quang (chất pha tạp) thường được gọi là tâm kích hoạt (activator). Mạng chủ thường là các tinh thể dạng oxit vơ cơ, sulfua hay silicat, … cịn tâm kích hoạt thường là các ion của kim loại chuyển tiếp, các ion đất hiếm; chúng chiếm một lượng nhỏ so với mạng nền.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 31<div class="page_container" data-page="31">

1.2.1. Cơ chế phát quang và cấu tạo của vật liệu huỳnh quang

Vật liệu huỳnh quang được cấu tạo từ hai phần chính là chất nền và chất pha tạp: ➢ Chất nền (còn được gọi là mạng nền): là vật liệu có vùng cấm rộng, được cấu tạo từ các ion có cầu hình điện tử lấp đầy, thường khơng hấp thụ ánh sáng trong vùng nhìn thấy. Chất làm mạng nền ngồi tính trơ về mặt quang học cần có độ bền cơ, lý, hóa cao và có cấu trúc ổn định.

➢ Chất pha tạp (cịn được gọi là tâm phát quang): có cấu trúc và bán kính nguyên tử hợp với mạng nền, là những ngun tử hay ion có cấu hình điện tử với một số lớp chỉ lấp đầy một phần. Có những mức năng lượng cách nhau những khe khơng lớn lắm, tương ứng với năng lượng ánh sáng nhìn thấy.

Khi kích thích vật liệu bằng bức xạ điện tử, các photon bị vật liệu hấp thụ, sự hấp thụ có thể xảy ra tại tâm kích hoạt hoặc tại chất nền.

➢ Khi tâm kích hoạt hấp thụ photon sẽ chuyển từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích, q trình quay trở về sẽ bức xạ ánh sáng.

➢ Khi chất nền hấp thụ photon, điện tử ở vùng hóa trị sẽ chuyển lên vùng dẫn sinh ra một lỗ trống ở vùng hóa trị. Sự tái hợp điện tử và lỗ trống lúc này thường không xảy ra, điện tử và lỗ trống có thể sẽ bị bẫy tại các bẫy, và sự tái hợp điện tử lỗ trống lúc này bức xạ ánh sáng.

1.3. Các phương pháp tổng hợp vật liệu 1.3.1. Phương pháp đồng kết tủa

Đây là một phương pháp hóa học đi từ dung dịch thường dùng để chế tạo các đơn oxit và đôi khi chế tạo các oxit phức hợp. Trong phương pháp này, oxit phức hợp được chế tạo bằng cách kết tủa từ dung dịch muối chứa các cation kim loại dưới dạng hydroxit, cacbonat, citrat, … khi các dung dịch đạt đến độ bão hịa thì xuất hiện các mầm kết tủa. Các mầm kết tủa phát triển thông qua sự khuyếch tán vật chất lên bề mặt mầm. Sau đó hỗn hợp kết tủa được lọc, tách, rửa sạch, sấy khô, nung ở một khoảng nhiệt độ thích hợp, ta thu được mẫu bột với sự đồng đều, mịn và hạt có kích thước cỡ <1µm.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 32<div class="page_container" data-page="32">

Hình 1. 6. Quy trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp đồng kết tủa

Mặc dù đồng kết tủa là phương pháp đơn giản nhưng khi các hạt nano hình thành chúng kết tụ rất mạnh do nhiều yếu tố như diện tích tiếp xúc trực tiếp nhau tăng, ảnh hưởng của lực trọng trường, môi trường lưu giữ hạt dễ bị oxy hóa… và gây ra sự xen lẫn nhiều pha khác nhau. Các hạt kết tụ này làm hạn chế khả ăng ứng dụng tiếp theo, do đó địi hỏi phải có sự biến đổi bề mặt.

Phương pháp này có những ưu điểm khá quan trọng: chế tạo đơn giản, phản ứng xảy ra nhanh, có thể tạo ra hạt nano với độ đồng nhất, độ phân tán khá cao. Nhưng phương pháp này có nhược điểm là độ từ hóa thấp, các hạt nano sau khi hình thành sẽ kết tụ mạnh.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 33<div class="page_container" data-page="33">

1.3.2. Phương pháp sol – gel

Phương pháp sol-gel là phương pháp do R. Roy đưa ra từ năm 1956 cho phép trộn lẫn các chất ở quy mơ ngun tử. Phương pháp sol-gel có nhiều ưu điểm tiềm năng hơn các phương pháp khác không chỉ ở chỗ chế tạo được mức độ đồng nhất của các cation kim loại ở quy mơ ngun tử mà cịn chế tạo được vật liệu ở dạng khối, màng mỏng, sợi và hạt. Đây là một yếu tố công nghệ vô cùng quan trọng khi chế tạo vật liệu oxit phức hợp chất lượng cao.

Từ Sol là từ đầu của danh từ “solution”, còn từ Gel là từ đầu của “gelation”. Sử dụng phương pháp Sol-gel ta có thể chế tạo ra các hợp chất ở dạng khối, siêu mịn, màng mỏng và sợi. Một cách đơn giản nhất, phương pháp này được mô tả với hai loại phản ứng cơ bản là phản ứng thủy phân và polime hóa ngưng tụ. Hạt được tạo thành tồn tại ở dạng gel.

Phương pháp sol-gel đã được biết đến từ rất lâu và được ứng dụng khá rộng rãi vì phương pháp này có thể tạo ra những vật liệu có kích thước hạt rất nhỏ, vật liệu nano. Phương pháp sol-gel được thực hiện theo quy trình sau:

Hình 1. 7. Quy trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp sol – gel

Quá trình tạo sol bao gồm sự hòa tan các ion kim loại hoặc các oxit kim loại kiềm, các muối kim loại hữu cơ trong dung môi rượu hoặc các muối kim loại vô cơ trong dung môi nước tạo thành thể huyền phù, sol sẽ hình thành khi các huyền phù trở nên chất keo lỏng. Sol sau đó chuyển đổi thành gel thơng qua sự ngưng tụ. Gel sấy khô sẽ chuyển thành Xerogel, nhằm tách nước và nhiệt phân các chất hữu cơ. Giai đoạn tiếp theo là nung xerogel để tạo thành tinh thể bột.

Ưu điểm của phương pháp này là có thể sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, có khả năng thích ứng với nhiều điều kiện phản ứng, tạo ra các hạt có kích thước tương đối đều, đồng nhất, nhỏ, mịn… Tuy nhiên, phương pháp này còn tồn tại

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 34<div class="page_container" data-page="34">

nhiều hạn chế: do sự khác biệt về tốc độ thủy phân của các chất ban đầu có thể dẫn đến tính khơng đồng nhất hóa học, có thể tồn tại các pha tinh thể không mong muốn. Tuy nhiên, còn tùy thuộc vào những ứng dụng cụ thể, những nhược điểm này không đáng kể so với những thuận lợi mà phương pháp mang lại. Vì thế, nó được sử dụng khá phổ biến.

1.3.3. Phương pháp phản ứng pha rắn

Phương pháp phản ứng pha rắn là phương pháp truyền thống để chế tạo các oxit phức hợp khá đơn giản và được sử dụng khá phổ biến. Các nguyên liệu ban đầu là các oxit của các kim loại được nghiền trộn trong một thời gian dài để tạo hỗn hợp đồng nhất. Hỗn hợp này sau đó được ép thành viên và nung thiêu kết ở nhiệt độ cao để tạo ra phản ứng pevrovskite hóa. Phản ứng xảy ra khi nung mẫu ở nhiệt độ cao (khoảng 2/3 nhiệt độ nóng chảy). Ở nhiệt độ này, các chất phản ứng vẫn ở trạng thái rắn nên phản ứng xảy ra chậm. Để tăng độ đồng nhất trong vật liệu và pha tinh thể tạo thành có cấu trúc tinh thể như mong muốn, khâu công nghệ nghiền, trộn, ép, viên và nung thường được lặp lại một vài lần và phải kéo dài thời gian nung mẫu.

Nhược điểm của phương pháp phản ứng pha rắn là rất khó khuếch tán các hạt vào nhau khi kích thước lớn. Q trình nghiền, trộn có thể dẫn đến sự lẫn các tạp từ bên ngoài vào trong vật liệu tổng hợp được.

Tuy vậy, đây vẫn là phương pháp phổ biến để tổng hợp bột huỳnh quang vì phương pháp này rẻ tiền, dễ thực hiện và có thể tạo ra được một lượng vật liệu lớn. Quy trình tổng quát của phương pháp phản ứng pha rắn:

Hình 1. 8. Quy trình tổng quát của phương pháp phản ứng pha rắn.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 35<div class="page_container" data-page="35">

1.4. Hệ vật liệu BaO – SiO2 – Al2O3

Hệ bậc ba BaO – SiO2 – Al2O3 đã và đang nhận được nhiều sự quan tâm và chú ý bởi nó có nhiều ưu điểm vượt trội như độ chịu lửa cao, khả năng chịu nhiệt, độ bền cơ học và hóa học, khơng thấm khí và nước, chống bức xạ ion hóa và có các thơng số điện vật lý tốt [6], [7], [8].

Hệ vật liệu BaO – SiO2 – Al2O3 sẽ có ba loại nhơm silicat bari. Hợp chất bậc ba chính trong hệ vật liệu này là BaAl2Si2O8 với nhiệt độ nóng chảy là 1750 ± 10 °C và hai hợp chất còn lại là BaAl2SiO6 và Ba3Al6Si2O16 thường sẽ được chia thành ba hệ bậc hai cụ thể đó là: BaO – SiO2, BaO – Al2O3 và Al2O3 – SiO2 [6]

Hình 1.9. Tam giác hệ ba thành Phần BaO – Al2O3 – SiO2 [7].

Hệ BaO – SiO2 bao gồm bảy hợp chất hóa học có thể hình thành, cụ thể như sau: BaSi2O5 đồng nhất nóng chảy ở nhiệt độ 1420 °C, Ba3Si5O13 nóng chảy không đồng nhất ở 1423 °C, Ba4Si8O21 nóng chảy đồng nhất ở 1446 °C, Ba2Si3O8 nóng chảy đồng nhất ở 1447 °C, BaSiO3 nóng chảy đồng đều ở 1604 °C; Ba2SiO4 nóng chảy đồng loạt ở 2050 °C và Ba3SiO5 chỉ ổn định ở nhiệt độ 1800 °C và phân hủy thành bari orthosilicate và bari oxit trên nhiệt độ này. Với hệ BaO – Al2O3, một số

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 36<div class="page_container" data-page="36">

hợp chất hình thành có thể kể tới như: Ba8Al2O11 ổn định trong khoảng 1050 – 1400 °C, Ba4Al2O7 nóng chảy mà khơng phân hủy ở 1560 °C, Ba3Al2O6, BaAl2O4 và BaAl12O19 có nhiệt độ nóng chảy đồng nhất lần lượt ở 1750 °C, 1830 °C và 1900 °C. Với hệ Al2O3 – SiO2 chỉ có một hợp chất hóa học, cụ thể là Al6Si2O13 nóng chảy mà không bị phân hủy ở nhiệt độ 1850 °C [6].

Nhờ có các đặc tính lý tưởng nên hệ vật liệu BaO – SiO2 – Al2O3 đã được các nhà khoa học, các nhóm nghiên cứu quan tâm và nghiên cứu để ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Nhóm tác giả Maviael J. Da Silva, José F. Bartolomé đã sử dụng vật liệu này như một lớp kính để bịt kín pin nhiên liệu oxit rắn [8]. Bên cạnh đó, nhóm tác giả Won Bin Im, Yong-Il Kim và các cộng sự cũng công bố rằng hệ vật liệu bậc ba BaO – SiO2 – Al2O3 có thể ứng dụng trong các tấm nền màn hình plasma (PDP) [16]. Độ ổn định nhiệt của phosphor trong quá trình đốt cháy phần chất kết dính để sản xuất PDP đóng yếu tố quan trọng nhất vì q trình đốt cháy này sẽ có ảnh hưởng lớn đến đặc tính phát quang của phosphor. Hệ vật liệu BaAl2Si2O8: Eu2+ có đặc tính về ổn định nhiệt tốt có thể khắc phục nhược điểm đó nên nó đã được lựa chọn để nghiên cứu về ảnh hưởng cấu trúc của tinh thể lên độ ổn định nhiệt [15].

Ngoài những ứng dụng được nêu ở trên ra thì hệ bậc ba BaO – SiO2 – Al2O3 còn được quan tâm nghiên cứu chế tạo bột phosphor ứng dụng cho chiếu sáng WLED. Nghiên cứu hệ vật liệu này trong WLED như về sự phát quang, truyền năng lượng và ổn định nhiệt của bột phosphor BaAl2Si2O8: Bi3+, Tb3+ cho WLED đã được nhóm tác giả Pingchuan Ma, Yanhua Song và cộng sự xuất bản năm 2016 [16]. Ngoài ra, nghiên cứu về tính chất phát quang và cấu trúc tinh thể của bột phosphor đỏ BaSiO3: xEu3+, yBi3+ cũng đã được nhóm tác giả Lingxiang Yang, Da-chuan Zhu cùng các cộng sự cơng bố vào năm 2018 [17]. Những cơng trình nghiên cứu này đã chỉ ra rằng hệ vật liệu này có tiềm năng trong việc ứng dụng cho WLED.

1.4.1 Giới thiệu và tổng quan nghiên cứu về hệ vật liệu BaAl2Si2O8

BaAl2Si2O8 (BAS) là cơng thức hóa học của một khoáng chất được gọi là celsian barium aluminum silicate. Các nhà khoa học đã có bước thành cơng trong việc tổng hợp các pha hexagonal và monoclinic của BAS: Eu2+ bằng cách họ điều chỉnh

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 37<div class="page_container" data-page="37">

tỷ lệ giữa BaF2 và BaCO3. Cấu trúc tinh thể và đa diện phối trí của ion Eu2+ hoặc Ba2+ thì được bao xung quang bởi bởi BAS: Eu2+ hexagonal và BAS: Eu2+ monoclinic [18]. Đi sâu hơn, ta thấy cấu trúc tinh thể của BAS: Eu2+ hexagonal với nhóm khơng gian P3 (147) được tạo thành từ hai tâm tứ diện (Al, Si)O4 , hai tứ diện này có chung ba góc và các đỉnh cịn lại hướng cùng một hướng (hình 1.10a). Cịn với BAS: Eu2+ monoclinic với nhóm khơng gian C2/m(12) thì được bao quanh chặt chẽ bởi các đơn vị SiO4 và AlO4 tứ diện phía trên và phía dưới . Suy ra nguyên tử oxi tạo thành một cầu nối giữa các tứ diện SiO4 và AlO4, và số nguyên tử liên kết của ion Ba là 7 (hình 1.10b) [18] .

Hình 1. 10. Cấu trúc tinh thể của khối đa diện phối hợp cation và đa hình Eu (a)

hexagonal BAS, (b) monoclinic BAS [18].

Trong một nghiên cứu của K. Park, D.A. Hakeem về cải thiện đặc tính phát quang của phosphors BaAl2Si2O8:Eu3+, Tb3+ [19]. Tại bài nghiên cứu ở phổ phát quang, ta có thể quan sát thấy rằng ở phổ kích thích huỳnh quang (hình 1.11a) bao gồm hai vùng: các dải rộng ở 200 – 350 nm và một số đỉnh sắc nét ở vùng bước sóng dài hơn. Dải rộng ở 200 – 350 nm có hai đỉnh có tâm ở 270 và 305 nm. Các đỉnh hấp thụ sắc nét tập trung ở 361, 380, 393, 412, 463 và 530 nm do các chuyển tiếp 7F0 → 5D4, 7F0 → 5L7, 7F0 → 5L6, 7F0 → 5D3, 7F0 → 5D2, và 7F0 → 5D1 chuyển tiếp của Eu3+.

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 38<div class="page_container" data-page="38">

Hình 1. 11. (a) Phổ kích thích của các phosphor Ba0,88-xAl2Si2O8 :0,12Eu3+, xTb3+ (0 < x < 0,12) ở bước sóng 612 nm. (b) Phổ phát xạ của photpho Ba0,88-

xAl2Si2O8 :0,12Eu3+, xTb3+ (0 < x < 0,12) ở bước sóng kích thích 393 nm. (c) Mức năng lượng của các ion Tb3+ và Eu3+ cũng như sự truyền năng lượng từ các

ion Tb3+ sang Eu3+ trong các phosphors Ba0,88-xAl2Si2O8 :0,12Eu3+, xTb3+ (0 < x < 0,12).

Phổ phát xạ của các phosphors Ba0,88-xAl2Si2O8 :0,12Eu3+, xTb3+ (0 < x < 0,12) dưới bước sóng kích thích 393 nm được thể hiện trong Hình b. Phổ phát xạ cho thấy một số đỉnh sắc nét ở 575, 589, 612, 651 và 701 nm, được cho là do các chuyển tiếp 5D0 → 7F0, 5D0 → 7F1, 5D0 → 7F2, 5D0 → 7F3 và 5D0 → 7F4 của các ion Eu3+, tương ứng. Cường độ phát xạ đạt cực đại ở bước sóng 612 nm trong

Copies for internal use only in Phenikaa University

</div>Trang 39<div class="page_container" data-page="39">

phosphors Ba0,88-xAl2Si2O8 :0,12Eu3+, xTb3+ (0 < x < 0,12) tăng đáng kể khi hàm lượng Tb3+ đạt cực đại ở x = 0,06, sau đó giảm dần khi hàm lượng Tb3+ tăng thêm. (hình b). Hình nhỏ được hiển thị trong Hình b biểu thị cường độ phát xạ, gây ra bởi quá trình chuyển đổi 5D0 → 7F2 (612 nm), đối với các phosphors Ba0,88-xAl2Si2O8 :0,12Eu3+, xTb3+ (0 < x < 0,12) có hàm lượng Tb3+ khác nhau. Phosphor Ba0,88-xAl2Si2O8: 0,12Eu3+, 0,06Tb3+ cho thấy cường độ phát xạ cao hơn ở bước sóng 612 nm bằng 311% so với Ba0,88-xAl2Si2O8 đơn pha tạp Eu3+. Sự gia tăng tính chất phát quang là do sự truyền năng lượng hiệu quả từ các ion Tb3+ sang Eu3+. Tại một nghiên cứu khác của V.B. Pawade, N.S. Dhoble, S.J. Dhoble trong bài nghiên cứu về phosphors phát quang màu xanh BaAl2Si2O8 được kích hoạt bằng đất hiếm (Eu2+, Ce3+) [20]. Phổ PLE và phổ phát xạ của phosphors BASO: Eu2+ có dải rộng và tâm ở bước sóng 455 nm khi được kích thích dưới bước sóng 329 nm. Các dải phát quang được nằm ở vùng xanh do bước chuyển tiếp 4f65d1 → 4f7 của các ion Eu2+.Cịn phổ kích thích được thấy bằng cách giữ phát quang màu xanh ổn định tại 455nm (hình 1.12). Trong hình 1.12, ta thấy có hai đỉnh đạt cưc đại tại 266 và 329 nm. Trong trường hợp phosphor được kích thích ở 266 nm, sự hiển thị hai trung tâm phát quang xung quanh 460 nm (Eu2+) và 593 nm, 617 nm do các ion Eu3+, sự phát quang yếu trong vùng màu đỏ tương ứng với quá trình chuyển tiếp 5D0 → 7FJ (J = 1,2) của các ion Eu3+ (hình 1.13). Vậy nên, BASO: Eu2+ chiếm hai vị trí khác nhau trong mạng tinh thể chính và chỉ có dải phát quang màu xanh cô lập được quan sát thấy vì kích thích gần với bước sóng UV ở 329 nm, với sự biến mất của phát quang màu đỏ [20].