Skip to main content
SUPERVISOR
مریم یزدان مهر (استاد مشاور) عباس بهرامی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdi Kiani Khouzani
مهدی کیانی خوزانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مواد
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1397

TITLE

Synthesis and characterisation of SiO2/YAG:Ce nanoparticles for optical applications
Core-shell nanoparticles are one of the most important and attractive research topics due to their excelent properties compared to nanocomposite particles. LEDs or light emitting diodes are made of nanoparticles called phosphor, which are responsible for converting blue light into yellow light. These phosphors, which are composed of host materials called yttrium aluminum garnet (YAG) or Y 3 Al 5 O 12 , are modified by cerium ions as dopant with different atomic percentages to form the term YAG:‌Ce. In fact, YAG:Ce phosphor is a key component in white light emitting diodes (LEDs), with its main functionality being the generation of yellow light. Generated yellow light from phosphor will be combined with blue light, emitted from chip, resulting in the generation of white light. Generated light in LEDs will often be scattered by SiO 2 nanoparticles, distributed within the optical window, aiming for a more homogeneous light output. One of the most important issues in LEDs along with phosphors is the scattering to maintain the Lighting uniformity. Scattering in LEDs is mainly caused by silica nanoparticles. The presence of silica and phosphor nanoparticles in LEDs creats the idea of forming a core-shell structure of these particles, which is the subject of the present study. This thesis aims to investigate the synthesis, structure, and optical properties of SiO 2 @YAG:Ce core-shell optical nanoparticles for solid-state lighting applications. The main idea in this research is to combine these functionalities in one particle, with its core being SiO 2 and its shell being phosphor. In this study core-shell nanoparticles with different Ce 3+ concentration from 0.25 to 2 atomic percentages were synthesized by the sol-gel method. The synthesis of nanoparticles were performed at different pH and the time of calcination as the second parameter in the sol-gel process were investigated. The results show that the synthesis of these nanoparticles is strongly dependent on pH and the optimal amount is determined according to the conditions of experminetal and raw materials. This value is optimal on 3 and increase of this value can lead to impure phases. Synthesized nanoparticles were characterized by X-ray diffraction (XRD), small Angel X-ray Scattering (SAXS) analysis, high resolution transmission electron macroscopy (HRTEM), Fourier transform infrared (FTIR), and photoluminescence spectroscopy. Luminescence characteristics of SiO 2 @YAG:Ce core-shell particles were compared with that of YAG:Ce/SiO 2 mixture composite. Obtained results showed that core-shell nanoparticles have comparatively much better optical properties, compared to YAG:Ce/SiO 2 mixture composite and can therefore be used in LEDs.
نانو ذرات هسته پوسته با توجه به خواص فوق العاده ای که در مقابل ذرات به صورت کامپوزیت معمولی دارند، از مهم ترین و جذاب ترین موضوعات تحقیقاتی محسوب می‌شود. ال ای دی‌ها یا دیود های نور افشان از نانو ذرات تحت عنوان فسفر تشکیل شده است که وظیفه تبدیل نور آبی به نور زرد را برعهده دارند. این فسفرها که از ماده ای میزبان به نام ایتریم آلومینیوم گارنت یا Y 3 Al 5 O 12 تشکیل شده اند توسط یون سریم به عنوان دوپانت با درصد های اتمی متفاوت اصلاح شده و در اصطلاح فسفرYAG:Ce را ایجاد می کند. با توجه به حضور عنصر کم یاب سریم بر اساس پدیده لومینسانس، نور آبی به نور زرد تبدیل می شود. در حقیقت ابتدا نور آبی از طریق یک نیمه - هادی از جنس InGaN تولید شده و بعد از تبدیل نور در فسفر، نور آبی و زرد با هم ترکیب شده و نور سفید را تولید می‌کند. از جمله مهم ترین موارد در ال ای دی ها در کنار فسفر ها بحث پراکندگی برای حفظ یکنواختی نور است برخلاف لیزرها که تمرکز فوتون ها اهمیت دارد. پراکندگی در ال ای دی ها عمدتا توسط نانو ذرات سیلیکا ایجاد می‌شود. حضور این نانو ذرات سیلیکا و فسفر در ال ای دی‌ها، ایده ایجاد ساختار هسته پوسته از این ذرات را در ذهن ایجاد می کند که موضوع پژوهش حاضر است. در این پژوهش نانو ذرات هسته پوسته و فسفر به روش سل‌- ‌‌‌ژل سنتز شده و مشخصه یابی می‌‌‌‌‌شود؛ پس از آن با بررسی خواص نوری این نانو ذرات سنتز شده با حالت کامپوزیت معمولی آن، خواص مورد نظر آن ها مقایسه می‌شود. سنتز این نانو ذرات در pH های متفاوت انجام شد و پارامتر دوم در فرایند سل ژل زمان کلسینه شدن مورد بررسی قرار گرفت. هم چنین برای بررسی تاثیر مقدار دوپانت در درصد های اتمی مختلف برای نانو ذرات هسته پوسته از 0.25 تا 2 درصد اتمی سنتز شده و با آزمون فوتولومینسانس مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج بررسی ها نشان می‌دهد که سنتز این نانو ذرات به شدت به pH وابسته است و مقدار بهینه با توجه به شرایط و مواد اولیه تعیین می شود. این مقدار بر روی 3 بهینه می باشد و هرگونه افزایش از این مقدار می تواند فازهای ناخالص را در پی داشته باشد. هم چنین زمان کلسینه نانو ذرات هسته پوسته در دمای 1000 درجه سانتی گراد توسط آنالیز پراش پرتو ایکس بررسی و بهینه سازی شد. بررسی آنالیز پراکندگی پرتو ایکس در زاویه کم (SAXS) نانو ذرات سیلیکا و هسته پوسته نشان می‌دهد که این ذرات به خوبی تشکیل شده اند که بررسی مشخصات ساختاری و ضخامت پوسته نانوذرات با توجه به مدل ها و معادلات مربوط انجام شد. نتایج به دست آمده از SAXS با تصاویر میکروسکوپ الکترون روبشی مطابقت خوبی داشت. پایداری ساختاری این نانو ذرات نیز با آنالیز SAXS انجام شد که پایداری خوب آن ها را نشان می دهد. هم چنین بررسی خواص نوری و فوتولومینسانس بهتر شدن شدت تابش در ذرات هسته پوسته را نشان می دهد. نتایج بررسی برای مقادیر متفاوت دوپانت نشان می دهد که در 1 درصد اتمی بیشترین مقدار شدت فوتولومینسانس به دست می آید و با افزایش این مقدار تا 2 درصد اتمی شدت فوتولومینسانس کاهش یافته و مقدار 1 درصد اتمی به عنوان دوپانت بهینه انتخاب می‌شود. کلمات کلیدی: ال ای دی ها، نانو ذرات هسته – پوسته، پراکندگی در زوایه کم (SAXS)، خواص فوتولومینسانس، SiO 2 @YAG:Ce

ارتقاء امنیت وب با وف بومی