LOGO
Fabrikasi BCNO/SiO2 Nanokomposit Phosphor untuk Aplikasi Lampu LED Putih
Ferry Iskandar, Mikrajuddin Abdullah, Khairurrijal, Bebeh W. Nuryadin, dan Ea Cahya Septia M. KK Fisika Material Elektronik, Fakultas Matematika dan IPA, Institut Teknologi Bandung http://fi.itb.ac.id/ferry/
Pendahuluan Perkembangan LED-Putih jenis terbaru umumnya menggunakan LED-Biru (InGaN) yang dilapisi oleh bahan fosfor kuning.
Struktur LED putih yang terdiri dari chip LED biru yang dilapisi dengan phosphor kuning
Pendahuluan Bahan fosfor kuning berbasiskan Boron Carbon Oxynitride (BCNO) berpotensi untuk diaplikasikan sebagai fosfor untuk LED Putih. Keunggulan fosfor BCNO: 1. Tidak menggunakan logamion tanah jarang 2. Proses sintesis pada suhu relatif rendah (<900 oC) BCNO = Boron - Carbon - Nitrogen - Oxygen
Em=387nm Em=469nm Em=520nm Em=542nm Em=571nm
Exc=365 nm
Carbon atom content increased!
400
450
500
550
Wavelength [nm]
600
650
Kekurangan: 1. Kualitas pendaran tidak homogen 2. Efisiensi kuantum masih rendah. Sehingga dibutuhkan sebuah teknik fabrikasi baru, penambahan aditif, atau menganti bahan dasar/sumber dengan bahan yang lebih reaktif.
Tujuan Pengembangan bahan BCNO phosphor yang mempunyai performa pendaran yang lebih baik dengan cara merubah sumber karbon dan menambahkan SiO2 nanopartikel agar terbentuk nanokomposit phosphor yang dapat menghasilkan emisi cahaya seragam dan intensitas cahaya pendaran yang lebih tinggi pada saat disinari (dieksitasi) oleh sinar ultraviolet.
Strategi dan Metode Pembuatan Cara untuk meningkatkan Performa BCNO
Metode secara umum Precursor Aquades 10 ml
1. Mengganti sumber karbon Dari PEG ke Citric Acid
Boric acid Urea
Citric acid
2. Menambahkan SiO2 nanopartikel - Sebagai matriks fosfor BCNO - Tingkat pemanasan lebih merata - Transparan sehingga dapat melewatkan cahaya tampak. 3. Metode pembuatan baru: - Simple Heating, - Hydrothermal-Assisted and - Microwave-assisted
70 oC 500 rpm
Citric Acid 500 rpm, 10 min
Addition SiO2 Particles
Heating
BCNO or BCNO/SiO2
Flow diagram for synthesis BCNO/SiO2 phosphors materials.
Metode Pembuatan Adv. Mater., 20, 3235(2008)
Low energy process (below 900 ) Without any additional dopant
1000 1000
1000 1700
Electric Furnace Pressure
Temperature Profile: Up to 900 oC
Heater
Experimental Setup for BCNO/SiO2 Phosphor Synthesis
Autoclave Equipment
Hasil SEM dan XRD
SEM image and XRD pattern of prepared BCNO phosphors materials with N/B = 10 and C/B=1 and calcined at a temperature of 750 oC for 30 minutes. Hasil SEM menunjukkan morfologi partikel dengan ukuran mikron, dan analisa X-Ray Difraction (XRD) menunjukkan bahan terdiri dari kristal B2O3 dan BN struktur, sedangkan silika tidak terdeteksi karena bersifat amorf.
Pengaruh suhu pembuatan
PL emission spectra and wavelength peak of BCNO phosphor materials prepared at various reaction temperatures. Suhu optimum untuk mendapatkan performa pendaran BCNO yang terbaik adalah sebesar 750 oC. Perubahan suhu pembuatan akan berefek pada perubahan intensitas dan puncak panjang gelombang pendaran.
Pengaruh Konsentrasi Karbon
PL emission spectra and peak wavelength of BCNO phosphor materials prepared using various carbon source/boron source mole ratios. Jika rasio karbon dan boron (C/B) diperbesar maka puncak spektrum gelombang cahaya yang diemisikan akan bergeser ke arah warna pendaran merah dengan intensitas yang menurun.
Pengaruh Konsentrasi Nitrogen
PL emission spectra and wavelength peak of BCNO phosphor materials prepared using various nitrogen /boron source mole ratios. Jika rasio nitrogen dan boron (N/B) diperbesar maka puncak spektrum gelombang cahaya yang diemisikan akan bergeser ke arah warna pendaran biru dengan intensitas yang naik.
Pengaruh Konsentrasi Silika
PL emission spectra and wavelength peak of BCNO phosphor materials prepared using various silika mass fraction.
Penambahan silika nanopartikel berpengaruh terhadap kenaikan intensitas dan pada kehomogenan pendaran. Hal ini dikarenakan pemanasan secara homegen terdistribusikan pada prekursor karena adanya silika.
Summary Pengembangan BCNO phosphor pada penelitian ini mendapatkan beberapa hal kesimpulan a.l. 1. Sumber karbon dapat digantikan dengan citric acid yang memiliki harga lebih lebih murah dan mudah diperoleh. 2. Beberapa kondisi pembuatan seperti suhu, kosentrasi rasio antara prekursor mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap performa pendaran BCNO 3. Silika nanopartikel dapat meingkatkan performa pendaran BCNO, yaitu pendaran lebih seragam dan intensitas yang relatif lebih tinggi. 4. Pengembangan lanjutan fabrikasi bahan fosfor BCNO terus dilakukan dengan beberapa cara baru, antara lain diantaranya adalah menggunakan reaktor tekanan tinggi (autoklaf), dan metoda reaksi menggunakan microwave.
Publikasi dan Ucapan Terima Kasih 1.
2.
T. Ogi, F. Iskandar, A. B. D. Nandiyanto, W-N Wang, and K. Okuyama: Influence of Polymer Decomposition Temperature on the Formation of Rare-earth Free Boron Carbon Oxynitride Phosphors, Journal of Chemical Engineering of Japan, inpress (2012). B. W. Nuryadin, I. D. Faryuni, F. Iskandar, M. Abdullah, and Khairurrijal, T. Ogi, K. Okuyama, “Preliminary Study on Preparation of BCNO Phosphor Particles Using Citric Acid as Carbon Source” in Asian Physics Symposium, inpress (2012).
Ucapan Terima Kasih Terimakasih kepada ITB atas dana penelitian yang diberikan oleh Program Riset dan Inovasi KK ITB dengan Nomor Kontrak 403/I1.C01/PL/2012
