Hiện nay, bóng đèn huỳnh quang, đèn compact, đèn LED có xu hướng sử dụng ngày càng nhiều vì so với bóng đèn dây tóc các loại đèn này vừa có tuổi thọ cao, vừa tiết kiệm điện năng và sáng hơn. So với bóng đèn dây tóc thì hiệu suất chuyển đổi từ năng lượng điện thành năng lượng của ánh sáng cao hơn rất nhiều gấp khoảng từ 3-5 lần. Đèn phát sáng dựa trên nguyên lí: khi được kích thích bởi tia tử ngoại thì bột huỳnh quang ở thành ống sẽ hấp thụ và phát ra ánh sáng trong vùng nhìn thấy.
Xu thế sử dụng điện năng trong chiếu sáng ngày càng tăng. Ngoài mục đích chiếu sáng, các chất phát quang còn được chế tạo ra bóng đèn chuyên dụng phục vụ cho nông nghiệp. Bởi khi vào mùa đông, ánh sáng mặt trời không đủ để cung cấp năng lượng cho cây do vậy người ta đã sử dụng bóng đèn để chiếu sáng nhằm tăng năng suất cây trồng. Từ xưa người ta đã biết dùng bóng đèn sợi đốt tuy nhiên cùng với sự phát triển của khoa học và kĩ thuật con người đã phát minh ra công cụ chiếu sáng hiện đại và thân thiện hơn như bóng đèn compact, bóng đèn huỳnh quang,… Điểm bất lợi khi sử dụng các thiết bị chiếu sáng thông thường cho chiếu sáng nông nghiệp sẽ không hiệu quả cho cây xanh và gây nhiều lãng phí năng lượng vì vùng ánh sáng nhìn thấy của mắt người nằm trong khoảng 500 – 600 nm trong khi phổ hấp thụ diệp lục của cây lại ở hai vùng ánh sáng là 600 – 700 nm (đỏ) và 400 – 500 nm (xanh).
Nhóm sinh viên Nguyễn Vân Giang, Lê Thanh Thảo, Đàm Thị Thương, Lê Thị Thu Hằng và Nguyễn Thu Thảo với sự hướng dẫn của TS. Nguyễn Văn Quang đến từ Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2 đã thực hiện Nghiên cứu chế tạo đèn LED sử dụng của vật liệu Al2O3 pha tạp Eu3+có tiềm năng ứng dụng tăng trưởng cho cây trồng.
Vật liệu phát quang pha tạp đất hiếm (RE) đã thu hút sự chú ý đáng kể. Trong đó ion europium hóa trị ba (Eu3+) là một ứng cử viên được sử dụng trong các thiết bị điện phát quang có khả năng phát quang mạnh trong vùng khả kiến cho phát xạ đỏ. Vật liệu Al2O3 có vai trò quan trọng trong rất nhiều ngành khoa học kỹ thuật bởi các tính chất vật lý đặc biệt như nhiệt độ nóng chảy cao, suất đàn hồi lớn, độ trong suốt quang học cao, chiết suất lớn,có độ bền hóa học, độ ổn định nhiệt, tính axit bề mặt thấp, không dẫn điện v.v…Do có độ rộng vùng cấm lớn, nên Al2O3 có tác dụng như các hàng rào xuyên hầm (tunneling) trong các cảm biến từ thế hệ mới, và trong các transistor hữu cơ.Vật liệu Al2O3 đã từng tạo ra bước ngoặt trong lịch sử phát triển laser và sẽ còn tiếp tục đóng vai trò quan trong tương lai. Khi pha tạp vào mạng nên Al2O3, các ion Eu3+ nằm trong trường tinh thể của Al2O3 và phát xạ với một dải huỳnh quang đặc trưng màu đỏ. Đây là một dải phát xạ rộng vào khoảng từ 560–720 nm, phù hợp cho chiếu sáng nông nghiệp.
Kết quả nghiên cứu của nhóm cho thấy bột huỳnh quang α-Al2O3:Eu3+ bằng phương pháp sol-gel cho phát xạ mạnh vùng ánh sáng màu cam-đỏ đã được chế tạo thành công. Nghiên cứu một cách có hệ thống các tham số của quy trình tổng hợp như nhiệt độ thiêu kết, nồng độ Eu3+ pha tạp, thử nghiệm chế tạo LED sử dụng bột chế tạo được và chip LED 395 nm. Kết quả nghiên cứu cho cấu trúc tinh thể và các đặc trưng huỳnh quang của vật liệu phụ thuộc nhiều vào các thông số chế tạo. Trong đó điều kiện tối ưu để cho cường độ PL cao nhất ứng với bước sóng có cường độ mạnh 594, 616 và 700 nm là mẫu α-Al2O3:Eu3+ 1,5% và ủ nhiệt ở 1500 °C trong thời gian 5 giờ. Tọa độ màu bột α-Al2O3:Eu3+ 1,5% là (x = 0,6322; y = 0,3673), đèn LED được chế tạo thành công sử dụng bột huỳnh quang α-Al2O pha tạp Eu3+ 1,5%, thiêu kết ở 1500oC lên chíp LED 395 nm, kết quả đo phổ điện quang cho thấy tồn tại các vùng phát xạ: 395 nm của chip và vùng cam, đỏ, đỏ sâu 594, 616 và 700 nm của vật liệu.
Kết quả thu được cho thấy bột α-Al2O3:Eu3+ có tiềm năng lớn trong chế tạo đèn LED đỏ chuyên dụng trong chiếu sáng cây trồng hoặc kết hợp với bột huỳnh quang khác tạo ra LED ánh sáng trắng.
Đề tài của nhóm đã đạt giải khuyến khích lĩnh vực công nghệ hóa dược, Giải thưởng Sinh viên nghiên cứu khoa học Euréka lần 23 năm 2021.
