Skip to main content
SUPERVISOR
مريم يزدان مهر (استاد مشاور) عباس بهرامي (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mahdi Kiani Khouzani
مهدي کياني خوزاني

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.
چکيده نانو ذرات هسته پوسته با توجه به خواص فوق العاده اي که در مقابل ذرات به صورت کامپوزيت معمولي دارند، از مهم ترين و جذاب ترين موضوعات تحقيقاتي محسوب مي‌شود. ال اي دي‌ها يا ديود هاي نور افشان از نانو ذرات تحت عنوان فسفر تشکيل شده است که وظيفه تبديل نور آبي به نور زرد را برعهده دارند. اين فسفرها که از ماده اي ميزبان به نام ايتريم آلومينيوم گارنت يا Y 3 Al 5 O 12 تشکيل شده اند توسط يون سريم به عنوان دوپانت با درصد هاي اتمي متفاوت اصلاح شده و در اصطلاح فسفرYAG:Ce را ايجاد مي کند. با توجه به حضور عنصر کم ياب سريم بر اساس پديده لومينسانس، نور آبي به نور زرد تبديل مي شود. در حقيقت ابتدا نور آبي از طريق يک نيمه - هادي از جنس InGaN توليد شده و بعد از تبديل نور در فسفر، نور آبي و زرد با هم ترکيب شده و نور سفيد را توليد مي‌کند. از جمله مهم ترين موارد در ال اي دي ها در کنار فسفر ها بحث پراکندگي براي حفظ يکنواختي نور است برخلاف ليزرها که تمرکز فوتون ها اهميت دارد. پراکندگي در ال اي دي ها عمدتا توسط نانو ذرات سيليکا ايجاد مي‌شود. حضور اين نانو ذرات سيليکا و فسفر در ال اي دي‌ها، ايده ايجاد ساختار هسته پوسته از اين ذرات را در ذهن ايجاد مي کند که موضوع پژوهش حاضر است. در اين پژوهش نانو ذرات هسته پوسته و فسفر به روش سل‌- ‌‌‌ژل سنتز شده و مشخصه يابي مي‌‌‌‌‌شود؛ پس از آن با بررسي خواص نوري اين نانو ذرات سنتز شده با حالت کامپوزيت معمولي آن، خواص مورد نظر آن ها مقايسه مي‌شود. سنتز اين نانو ذرات در pH هاي متفاوت انجام شد و پارامتر دوم در فرايند سل ژل زمان کلسينه شدن مورد بررسي قرار گرفت. هم چنين براي بررسي تاثير مقدار دوپانت در درصد هاي اتمي مختلف براي نانو ذرات هسته پوسته از 0.25 تا 2 درصد اتمي سنتز شده و با آزمون فوتولومينسانس مورد بررسي قرار گرفتند. نتايج بررسي ها نشان مي‌دهد که سنتز اين نانو ذرات به شدت به pH وابسته است و مقدار بهينه با توجه به شرايط و مواد اوليه تعيين مي شود. اين مقدار بر روي 3 بهينه مي باشد و هرگونه افزايش از اين مقدار مي تواند فازهاي ناخالص را در پي داشته باشد. هم چنين زمان کلسينه نانو ذرات هسته پوسته در دماي 1000 درجه سانتي گراد توسط آناليز پراش پرتو ايکس بررسي و بهينه سازي شد. بررسي آناليز پراکندگي پرتو ايکس در زاويه کم (SAXS) نانو ذرات سيليکا و هسته پوسته نشان مي‌دهد که اين ذرات به خوبي تشکيل شده اند که بررسي مشخصات ساختاري و ضخامت پوسته نانوذرات با توجه به مدل ها و معادلات مربوط انجام شد. نتايج به دست آمده از SAXS با تصاوير ميکروسکوپ الکترون روبشي مطابقت خوبي داشت. پايداري ساختاري اين نانو ذرات نيز با آناليز SAXS انجام شد که پايداري خوب آن ها را نشان مي دهد. هم چنين بررسي خواص نوري و فوتولومينسانس بهتر شدن شدت تابش در ذرات هسته پوسته را نشان مي دهد. نتايج بررسي براي مقادير متفاوت دوپانت نشان مي دهد که در 1 درصد اتمي بيشترين مقدار شدت فوتولومينسانس به دست مي آيد و با افزايش اين مقدار تا 2 درصد اتمي شدت فوتولومينسانس کاهش يافته و مقدار 1 درصد اتمي به عنوان دوپانت بهينه انتخاب مي‌شود. کلمات کليدي: ال اي دي ها، نانو ذرات هسته – پوسته، پراکندگي در زوايه کم (SAXS)، خواص فوتولومينسانس، SiO 2 @YAG:Ce

ارتقاء امنیت وب با وف بومی