LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC: CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG YBO3:Eu(III),Bi(III) VÀ YBO3:Tb(III),Bi(III)

MỤC LỤCMỞ ĐẦU1CHƯƠNG I: TỔNG QUAN51.1. Tổng quan chung về vật liệu huỳnh quang có cấu trúc nano51.1.1. Vật liệu huỳnh quang51.1.2 Ảnh hưởng của mạng chủ81.1.3. Vật liệu phát quang cấu trúc nano81.1.4. Tổng quan về vật liệu YBO3101.2 Các nguyên tố đất hiếm101.2.1. Khái niệm các nguyên tố đất hiếm101.2.2. Các định luật phân bố các nguyên tố đất hiếm121.2.3. Cấu tạo vỏ điện tử và đặc tính phát quang của các ion đất hiếm121.2.3.1 Ion đất hiếm Eu(III)171.2.3.2 Ion đất hiếm Tb(III)191.2.3.3 Ion đất hiếm Bi(III)201.2.4. Các dịch chuyển phát xạ và không phát xạ của các ion đất hiếm211.2.4.1 Các dịch chuyển phát xạ211.2.4.2 Các dịch chuyển không phát xạ221.2.5. Ứng dụng của chất phát quang dùng nguyên tố đất hiếm231.3. Giới thiệu các phương pháp chế tạo vật liệu YBO3 pha tạp đất hiếm231.3.1. Phương pháp đồng kết tủa241.3.2. Phương pháp solgel251.3.3. Phương pháp thủy nhiệt271.3.4Phản ứng pha rắn281.3.5. Phương pháp phản ứng nổ28CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM312.1. Tổng hợp vật liệu312.1.1. Thiết bị và hóa chất322.1.2. Pha các dung dịch muối tiền chất322.1.3. Tổng hợp vật liệu YBO3:5%Eu(III),x% Bi(III) (x = 0, 2,5, 5, 7,5, 10)332.1.4. Tổng hợp vật liệu YBO3:x%Tb(III) (x = 2,5, 5, 7,5,10, 12,5)342.1.5 Tổng hợp vật liệu YBO3:12,5%Tb(III) biến đổi nhiệt độ352.1.6. Tổng hợp vật liệu YBO3:12,5%Tb(III),x%Bi(III) (x = 0,5, 7,5,10, 12,5)362.2. Một số phương pháp nghiên cứu cấu trúc, tính chất của vật liệu.372.2.1. Xác định cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X372.2.2. Hiển vi điện tử quét (SEM)392.2.3. Phương pháp phổ huỳnh quang42CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN443.1. Cấu trúc và hình thái của vật liệu443.2. Tính chất quang của vật liệu503.2.1. Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:5%Eu(III),x%Bi(III)503.2.2. Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:x%Tb(III) ( x = 2,5, 5, 7,5, 10, 12,5)543.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ nung mẫu đối với vật liệu YBO3:12,5%Tb(III)553.2.4. Tính chất quang của vật liệu YBO3:12,5%Tb(III),x%Bi (III) ( x= 5, 7,5, 10, 12,5 )57KẾT LUẬN60DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ62TÀI LIỆU THAM KHẢO63

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

HOÀNG THỊ LAN

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG

CỦA VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG

YBO3:Eu(III),Bi(III) VÀ YBO3:Tb(III),Bi(III)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

HÀ NỘI - 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

HOÀNG THỊ LAN

CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG

CỦA VẬT LIỆU NANO PHÁT QUANG

YBO3:Eu(III),Bi(III) VÀ YBO3:Tb(III),Bi(III)

Chuyên ngành : Hóa học Vô cơ

Mã số : 60.44.01.13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học : TS NGUYỄN VŨ

HÀ NỘI - 2015

Lời cảm ơn

Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới TS Nguyễn Vũ và những người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.

Tôi xin chân thành cảm ơn TS Trần Thị Kim Chi, ThS Phan Thị Thanh,

CN Lê Văn Long (Viện Khoa học Vật liệu), TS Trần Quang Huy (Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương) TS Nguyễn Đức Thọ (Đại học KHTN) đã giúp tôi đo đạc phổ huỳnh quang, hiển vi điện tử quét và giản đồ nhiễu xạ tia X, SEM.

Trong khi thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các cán bộ nghiên cứu thuộc Phòng Quang hóa điện tử và Phòng Vật liệu quang điện tử, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Viện Khoa học Vật liệu đã cho phép tôi được sử dụng những thiết bị hiện đại của Phòng thí nghiệm Trọng điểm về vật liệu và linh kiện điện tử.

Nhân dịp này, cho phép tôi được cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa hóa học Trường ĐHSP Hà Nội, các thầy cô giáo ở bộ môn Hóa học vô cơ cùng các bạn trong nhóm đã hết lòng giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập.

-Cuối cùng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ở bên tôi, động viên và giúp đỡ rất nhiều trong lúc tôi thực hiện luận văn này.

Hà Nội, tháng 6 năm 2015

HỌC VIÊN

Hoàng Thị Lan

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

1 Các chữ viết tắt

10, 12,5) 37Bảng 3.1 Kích thước tinh thể trung bình tính theo công thức Scherrer 45

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ của tinh thể hay vật liệu huỳnh quang 4

Hình 1.2: Sơ đồ mô tả quá trình huỳnh quang 5

Hình 1.3: Sự truyền năng lượng từ tâm S (tăng nhạy) tới A 5

Hình 1.4: Sự truyền năng lượng từ S tới A 6

Hình 1.6: Sơ đồ năng lượng các chuyển mức electron của ion Eu(III) 16

Hình 1.7: Phổ kích thích (trái )và phổ huỳnh quang (phải) của vật liệu YBO3:5%Eu(III) [2] 17

Hình 1.8: Sơ đồ năng lượng các chuyển mức electron của ion Tb(III) 18

Hình 1.9: Phổ kích thích tại EM = 610 nm (bên trái) và phổ huỳnh quang với EX = 350 nm (bên phải) của vật liệu Y2O3:3%Bi(III) 20

Hình 2.1: Sơ đồ tổng hợp vật liệu nano phát quang: YBO3:Eu(III),Bi(III) và YBO3:Tb(III),Bi(III bằng phương pháp phản ứng nổ 30

Hình 2.2:Sơ đồ nhiễu xạ trên mạng tinh thể 38

Hình 2.3: Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét 40

Hình 2.4: Hệ đo huỳnh quang iHR-550 tại Viện KHVL 42

Hình 3.1: Giản đồ XRD của vật liệu YBO3:12,5%Tb(III) nung ở nhiệt độ từ 500-900oC trong 1 giờ 43

Hình 3.2: Ảnh SEM của các mẫu YBO3:12,5%Tb(III) nung ở các nhiệt độ khác nhau:(a) - 600, (b)- 700 và (c) - 800; (d) – 900oC 45

Hình 3.3: Giản đồ XRD của vật liệu YBO3:5%Eu(III),5%Bi(III) nung ở nhiệt 900oC trong 1 giờ 47

Hình 3.4: Giản đồ XRD của vật liệu YBO3:12,5%Tb(III),12,5%Bi(III) nung ở nhiệt 900oC trong 1 giờ 47

Hình 3.5: Ảnh SEM của các mẫu (a)YBO3:5%Eu(III)5%Bi(III) và (b) YBO3:12,5%Tb(III)12,5%Bi(III) 48

Hình 3.6 Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:5%Eu(III) x%Bi(III) nung ở

610 nm dưới kích thích 266 nm (hình nhỏ) 50

610 nm dưới kích thích 355 nm (hình nhỏ) 51

bước sóng 593 nm 52

trong 1 giờ ( hình lớn) và cường độ huỳnh quang tại bước sóng 488 và 543

nm dưới kích thích 266 nm (hình nhỏ) 53

nhiệt độ dưới kích thích 266 nm 55

487 và 543 nm dưới kích thích 266 nm (hình nhỏ) 57

Tb(III) [13] 58

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 5

1.1 Tổng quan chung về vật liệu huỳnh quang có cấu trúc nano 5

1.1.1 Vật liệu huỳnh quang 5

1.1.2 Ảnh hưởng của mạng chủ 8

1.1.3 Vật liệu phát quang cấu trúc nano 8

1.1.4 Tổng quan về vật liệu YBO3 10

1.2 Các nguyên tố đất hiếm 10

1.2.1 Khái niệm các nguyên tố đất hiếm 10

1.2.2 Các định luật phân bố các nguyên tố đất hiếm 12

1.2.3 Cấu tạo vỏ điện tử và đặc tính phát quang của các ion đất hiếm 12

1.2.3.1 Ion đất hiếm Eu(III) 17

1.2.3.2 Ion đất hiếm Tb(III) 19

1.2.3.3 Ion đất hiếm Bi(III) 20

1.2.4 Các dịch chuyển phát xạ và không phát xạ của các ion đất hiếm 21

1.2.4.1 Các dịch chuyển phát xạ 21

1.2.4.2 Các dịch chuyển không phát xạ 22

1.2.5 Ứng dụng của chất phát quang dùng nguyên tố đất hiếm 23

1.3 Giới thiệu các phương pháp chế tạo vật liệu YBO3 pha tạp đất hiếm 23

1.3.1 Phương pháp đồng kết tủa 24

1.3.2 Phương pháp sol-gel 25

1.3.3 Phương pháp thủy nhiệt 27

1.3.4 Phản ứng pha rắn 28

1.3.5 Phương pháp phản ứng nổ 28

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 31

2.1 Tổng hợp vật liệu 31

2.1.1 Thiết bị và hóa chất 32

2.1.2 Pha các dung dịch muối tiền chất 32

2.1.3 Tổng hợp vật liệu YBO3:5%Eu(III),x% Bi(III) (x = 0, 2,5, 5, 7,5,

10) 33

2.1.4 Tổng hợp vật liệu YBO3:x%Tb(III) (x = 2,5, 5, 7,5, 10, 12,5) 34

2.1.5 Tổng hợp vật liệu YBO3:12,5%Tb(III) biến đổi nhiệt độ 35

2.1.6 Tổng hợp vật liệu YBO3:12,5%Tb(III),x%Bi(III) (x = 0, 5, 7,5, 10, 12,5) .36

2.2 Một số phương pháp nghiên cứu cấu trúc, tính chất của vật liệu 37

2.2.1 Xác định cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X 37

2.2.2 Hiển vi điện tử quét (SEM) 39

2.2.3 Phương pháp phổ huỳnh quang 42

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44

3.1 Cấu trúc và hình thái của vật liệu 44

3.2 Tính chất quang của vật liệu 50

3.2.1 Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:5%Eu(III),x%Bi(III) 50

3.2.2 Phổ huỳnh quang của vật liệu YBO3:x%Tb(III) ( x = 2,5, 5, 7,5, 10, 12,5) .54

3.2.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung mẫu đối với vật liệu YBO3:12,5%Tb(III) .55

3.2.4 Tính chất quang của vật liệu YBO3:12,5%Tb(III),x%Bi (III) ( x= 5, 7,5, 10, 12,5 ) 57

KẾT LUẬN 60

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 62

TÀI LIỆU THAM KHẢO 63

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, vật liệu nano đã và đang trở thành đối tượngnghiên cứu hấp dẫn do có những tính chất đặc biệt Một trong những tính chấthấp dẫn và hữu ích của loại vật liệu này chính là tính chất quang học, việc ứngdụng các thành quả nghiên cứu về vật liệu nano phát quang đã và đang làmthay đổi cuộc sống Những ứng dụng dựa trên tính chất quang học của vật liệunano có thể kể đến như máy dò quang học, laze, cảm biến, kĩ thuật siêu âm,chất phát quang kĩ thuật hiển thị hình ảnh , pin mặt trời, quang xúc tác, quanghóa và y học sinh học [7, 14]

Vật liệu nano rất phong phú và đa dạng về thành phần, hình dáng và chủngloại Chỉ xét riêng vật liệu nano phát quang cũng có thể kể đến các dạng như bándẫn nano, thủy tinh vô định hình và vật liệu phát quang pha tạp đất hiếm Trong

số đó vật liệu phát quang pha tạp đất hiếm tỏ ra có nhiều ưu điểm như thân thiệnvới con người và môi trường, phổ huỳnh quang nằm trong dải hẹp, bước sóngphát xạ ít chịu ảnh hưởng bởi môi trường bên ngoài, thời gian sống huỳnh quangdài hơn so với một số loại vật liệu khác

Trong vật liệu phát quang pha tạp đất hiếm các ion đất hiếm có thể đượcpha tạp trên nhiều mạng chủ khác nhau như oxit, muối florua, vanadat, aluminat,silicat Một trong những mạng chủ phù hợp để pha tạp các ion đất hiếm là mạng

bền nhiệt, độ bền cơ học cao, ổn định và thân thiện với môi trường Mặt khác ionY(III) lại tương đồng về hóa trị và bán kính ion đất hiếm pha tạp nên sự thay thếcủa các ion này vào mạng chủ trở nên dễ dàng hơn[ 22, 27, 29]

Đã từ lâu, vật liệu YBO3:Eu(III) được sử dụng là chất phát quang màu đỏ

tia catot, đèn huỳnh quang…[6] Đây là hai trong ba màu cơ bản để tạo ra ánhsáng trắng Ion Bi(III) được biết đến với khả năng phát xạ ánh sáng màu xanh và

có vai trò như một chất tăng nhạy giúp làm tăng cường độ phát xạ của ionEu(III), Tb(III) và làm dịch chuyển vùng hấp thụ của vật liệu về phía sóng dài

được sử dụng trong đánh dấu bảo mật, đánh dấu huỳnh quang y sinh và mở ratriển vọng ứng dụng trong LED phát ánh sáng trắng

Xuất phát từ những lí do nêu trên chúng tôi quyết định lựa chọn đề tài cho

luận văn thực nghiệm: “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu

nano phát quang YBO3:Eu(III),Bi(III) và YBO3:Tb(III),Bi(III)” Luận văn

được thực hiện tại Phòng Vật liệu Quang điện tử, Viện Khoa học Vật liệu - ViệnKhoa học và Công nghệ Việt Nam

 Mục tiêu của luận văn:

Xây dựng được quy trình chế tạo vật liệu nano phát quang

Qua đó nghiên cứu một cách có hệ thống ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp nhưnhiệt độ nung mẫu, nồng độ pha tạp đến tính chất của vật liệu

 Nhiệm vụ của luận văn :

- Sử dụng phương pháp phản ứng nổ để chế tạo vật liệu nano phát quang

tạp ) lên tính chất của vật liệu:

+ Chế tạo vật liệu chỉ pha tạp nồng độ Tb(III) khác nhau trên nền YBO3

- Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của vật liệu qua đó chỉ ra ảnhhưởng của điều kiện tổng hợp đến cấu trúc và tính chất của vật liệu

 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu là phương pháp thực nghiệm: tổng hợp hóa học

để chế tạo vật liệu nano bằng phương pháp phản ứng cháy nổ

- Sử dụng các phương pháp như: nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử quét SEM,phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang để nghiên cứu cấu trúc, hình thái,tính chất quang học của vật liệu

 Nội dung luận văn bao gồm:

Mở đầu nêu tầm quan trọng của vật liệu nano, mục tiêu của luận văn vàphương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN1.1 Tổng quan chung về vật liệu huỳnh quang có cấu trúc nano

1.1.1 Vật liệu huỳnh quang

Vật liệu huỳnh quang là vật liệu có thể biến đổi một số loại năng lượngthành bức xa điện từ Bức xạ điện từ được phát xạ bởi vật liệu huỳnh quangthường nằm trong vùng nhìn thấy, hoặc cũng có thể nằm trong vùng tử ngoại vàhồng ngoại Quá trình huỳnh quang có thể được kích thích bởi nhiều loại nănglượng khác nhau: nếu kích thích bằng bức xạ điện từ ta có quang huỳnh quang,nếu kích thích bằng chùm electron năng lượng cao ta có huỳnh quang catot, nếukích thích bằng hiệu điện thế của dòng điện thì ta có điện huỳnh quang… [7] Kích thích Phát xạ

A

KPX

Hình 1.1: Sơ đồ của tinh thể hay vật liệu huỳnh quang

Hệ gồm có một mạng chủ và một tâm huỳnh quang được gọi là tâm kích hoạt

A

*

*

Hình 1.2: Sơ đồ mô tả quá trình huỳnh quang

Các quá trình huỳnh quang trong hệ được xảy ra như sau: Bức xạ kíchthích được hấp thụ bởi tâm kích hoạt, tâm này được nâng lên từ trạng thái cơ bản

A lên trạng thái kích thích A* (hình 1.2), từ trạng thái kích thích hồi phục vềtrạng thái cơ bản bằng sự phát xạ bức xạ R Ngoài quá trình bức xạ còn có sự hồiphục không bức xạ NR, trong quá trình này năng lượng của trạng thái kích thíchđược dùng để kích thích dao động mạng, có nghĩa là làm nóng mạng chủ

Bức xạ kích thích có thể không bị hấp thụ bởi các ion kích hoạt mà bởi cácion hoặc nhóm các ion khác Ion hoặc nhóm ion này có thể hấp thụ bức xạ kíchthích rồi truyền năng lượng cho tâm kích hoạt, được gọi là ion tăng nhạy(sensitizer) Kích thích

Hình 1.3: Sự truyền năng lượng từ tâm S (tăng nhạy) tới A

s a

Hình 1.4: Sự truyền năng lượng từ S tới A.

Hình 1.4 mô tả sự truyền năng lượng của ion tăng nhạy (S) tới ion kíchhoạt (A) Bức xạ kích thích được hấp thụ bởi ion tăng nhạy S, đưa lên trạng thái

Nếu các ion kích hoạt ở nồng độ thấp, thay vì kích thích vào các ion nàyhay các ion tăng nhạy, chúng ta có thể kích thích ngay vào mạng chủ Trongnhiều trường hợp, mạng chủ truyền năng lượng kích thích của nó tới tâm kíchhoạt, như vậy mạng chủ có tác động như chất tăng nhạy

Tóm lại, các quá trình vật lý cơ bản đóng vai trò quan trọng trong vật liệuhuỳnh quang là:

- Sự hấp thụ (hoặc sự kích thích) có thể thực hiện ở chính các ion kíchhoạt, ở ion tăng nhạy hoặc mạng chủ;

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét các yếu tố ảnh tới sự khác nhau của phổ củacùng một ion đã cho trong các mạng chủ khác nhau Yếu tố đầu tiên được đề cậpđến là tính đồng hóa trị Để tăng tính đồng hóa trị, tương tác giữa các electronđược giảm bớt bởi vì chúng tạo ra các quỹ đạo lớn hơn Bởi vậy, các dịch chuyểnđiện tử giữa các mức năng lượng được xác định bởi sự dịch chuyển do tương tácelectron về phía năng lượng thấp hơn khi sự đồng hóa trị tăng lên Điều này đượcbiết đến như hiệu ứng Nephelauxetic (sự giãn nở đám mây điện tử).

Sự đồng hóa trị cao hơn cũng có nghĩa là sự chênh lệch về điện tích âmgiữa các ion cấu thành trở nên nhỏ hơn, dịch chuyển truyền điện tích giữa cácion này chuyển dịch về phía năng lượng thấp hơn

Một yếu tố nữa thể hiện sự ảnh hưởng của mạng chủ tới tính chất quangcủa một ion đã cho là trường tinh thể Trường này là trường điện tử tại vị trí củaion dưới điều kiện quan sát do môi trường xung quanh Vị trí phổ của số dịchchuyển quang học được xác định bởi lực của trường tinh thể, các ion kim loạichuyển tiếp là rõ nhất

1.1.3 Vật liệu phát quang cấu trúc nano

Vật liệu cấu trúc nano là vật liệu mà các nguyên tử, phân tử được sắp đặtthành các cấu trúc vật lí có kích thước cỡ nanomet (dưới 100 nm) Vật liệu cókích thước nano rất đa dạng và phong phú như các hạt nano (nanoparticles), cácthanh nano (nanorods), ống nano (nanotubes), các dây nano (nanowires) nhiềutính chất của vật liệu phụ thuộc vào kích thước của nó Ở kích thước nano, cấutrúc tinh thể ảnh hưởng đáng kể bởi số nguyên tử bề mặt, bởi hiệu ứng lượng tửcủa các trạng thái điện tử, do đó, vật liệu có tính chất mới lạ so với mẫu dạngkhối Trong khi hiệu ứng kích thước được xem xét, chủ yếu để miêu tả các tínhchất vật lí của vật liệu thì hiệu ứng bề mặt hoặc tiếp xúc với bề mặt phẳng đóngmột vai trò quan trọng đối với quá trình hóa học, đặc biệt liên quan đến vật liệu

xúc tác dị thể Sự tiếp xúc nhiều giữa bề mặt các hạt và môi trường xung quanh

có thể gây một hiệu ứng đáng kể Sự không hoàn hảo của bề mặt các hạt có thểtác động đến chất lượng của vật liệu

Bảng 1.1: Mối liên hệ giữa kích thước và số nguyên tử bề mặt [14]

về công nghệ ứng dụng, tập trung vào các tính chất quang mới lạ của chúng.Trong lĩnh vực hiển thị, các vật liệu nano phát quang được quan tâm như nhữngthiết bị ghi nhận và chuyển tải hình ảnh màu, các tinh thể phát quang đánh dấu tếbào sinh học góp phần nâng cao sức khỏe con người Trong kĩ thuật chiếu sáng

và hiển thị hình ảnh màn hình vô tuyến, màn hình hiện số, màn hình cho máy

được quan tâm

Vật liệu phát quang cấu trúc nano có thể tạm chia làm hai loại cơ bản đó là:+ Vật liệu nano bán dẫn, có thể điều khiển được bước sóng phát xạ nhờvào việc thay đổi kích thước hạt

+ Vật liệu nano phát quang chứa ion đất hiếm, kích thước hạt ít ảnh hưởngđến bước sóng phát xạ vì phân lớp 4f nằm sâu bên trong lớp vỏ điện tử, có thểlựa chọn bước sóng phát xạ dựa trên việc thay đổi ion đất hiếm hoặc tạo mạng

khác, thời gian sống huỳnh quang của các vật liệu pha tạp đất hiếm thường dàihơn so với một số loại vật liệu.

1.1.4 Tổng quan về vật liệu YBO3

các thông số mạng là a = b = 0,3776 nm và c = 0,806 nm Cấu trúc này có độ bền

hiếm do tính đồng hóa trị và bán kính tương tự nhau Chính vì vậy nó đã thu hút sựchú ý, quan tâm của các nhà khoa học để nghiên cứu tính chất quang trong mốiquan hệ với cấu trúc tinh thể của mạng nền [22, 27, 29]

1.2 Các nguyên tố đất hiếm

1.2.1 Khái niệm các nguyên tố đất hiếm

Các nguyên tố đất hiếm là các nguyên tố có chỉ số Clark khá thấp (chỉ sốClark là % khối lượng của nguyên tố trong vỏ Trái đất) Các nguyên tố hiếm cógiá trị Clark nhỏ hơn 0,01 nhưng có những nguyên tố có chỉ số Clark nhỏ hơn0,01% lại không phải là nguyên tố hiếm như Au, Ag Ngược lại, có nguyên tố cóchỉ số Clark lớn hơn 0,01% lại là nguyên tố hiếm như vanadi [3]

Các phương pháp điều chế các nguyên tố đất hiếm nói chung là phức tạphơn nhiều so với phương pháp điều chế các nguyên tố thông dụng Cần phải nắmđược các phương pháp tách các nguyên tố cần điều chế ra khỏi các nguyên tốkhác có tính chất hóa học tương tự có lẫn trong quặng Các phương pháp táchnày phải dựa theo những kiến thức mới của hóa học, vật lí và một số ngành khoahọc ứng dụng khác

Đặt tên nguyên tố đất hiếm như vậy chỉ là quy ước trên cơ sở nhữngnguyên tố này có ít trong tự nhiên cũng như việc khai thác và ứng dụng kĩ thuật

có một vị trí đặc biệt Nhiều nguyên tố đất hiếm hay còn gọi là nguyên tố khôngthông dụng không phải vì nó đặc biệt hiếm mà vì những nguyên tố rất khó điềuchế được dưới dạng tinh khiết, do có ái lực đặc biệt với bầu khí quyển và có lẫncác nguyên tố khác khó tách Khái niệm nguyên tố đất hiếm khởi đầu là nhữngnguyên tố rất ít hoặc hoàn toàn không dùng trong khoa học kĩ thuật Ngày nàynhiều nguyên tố đất hiếm được sử dụng phổ biến trong kĩ thuật Một loạt cácngành khoa học, kĩ thuật hiện đại không thể hoạt động được nếu như không cócác nguyên tố đất hiếm Như vậy, khái niệm hiếm ở đây tùy theo thời điểm và cóthể thay đổi.

Tóm lại, những nguyên tố được gọi là hiếm do những nguyên nhân sau:

- Trữ lượng trong lòng Trái đất rất ít

- Tổng trữ lượng có trong lòng đất khá lớn nhưng độ tập trung trong các

mỏ có thể khai thác được rất thấp và thường có lẫn nhiều tạp chất không có giátrị gì, có nghĩa là không có mỏ nào có trữ lượng đủ để khai thác lớn

- Có những tính chất hóa học và vật lí đặc biệt làm cho việc chuyển từquặng sang nguyên tố rất khó khăn

- Khả năng sử dụng hạn chế mặc dù có trữ lượng tương đối và vì cónguyên tố khác thay thế với giá trị tương tự và khai thác thuận lợi hơn nhiều

1.2.2 Các định luật phân bố các nguyên tố đất hiếm

- Định luật Gold Smith

Lượng tương đối của các nguyên tố phụ thuộc vào điện tích hạt nhân các nguyên tử, nhưng phương thức phân bố lại phụ thuộc cấu trúc lớp vỏ electron.

Các nguyên tố mà có điện tích nguyên tố nhỏ (số thứ tự nhỏ) thì chiếm một lượng lớn trong tự nhiên và ngược lại các nguyên tố có điện tích nguyên tố lớn có lượng nhỏ trong tự nhiên.

- Định luật Harkins.

Các nguyên tố có số thứ tự chẵn bao giờ cũng có trữ lượng lớn hơn các nguyên tố có số thứ tự lẻ.

1.2.3 Cấu tạo vỏ điện tử và đặc tính phát quang của các ion đất hiếm

Đất hiếm gồm có 17 nguyên tố, trong đó có 15 nguyên tố thuộc họ lantan

từ La (nguyên tố số 57) đến Lu (nguyên tố số 71) và 2 nguyên tố khác là Sc(nguyên tố số 21) và Y (nguyên tố số 39) Các nguyên tố thuộc họ La (Ce, Pr,

Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) là những kim loại đặc trưngbởi sự lấp đầy lớp điện tử 4f Cấu hình điện tử các nguyên tử trung hòa là [Xe]

0 - 14 được trình bày cụ thể ở bảng 1.2 Ta dễ dàng nhận thấy các ion Sc(III),Y(III), La(III) có cấu hình điện tử tương ứng với cấu hình các khí trơ Ar, Kr, Xe.Các ion họ lantan từ Ce(III) đến Lu(III) có thêm từ 1 đến 14 điện tử 4f so với cấuhình điện tử của Xe

Bảng 1.2: Các ion nguyên tố đất hiếm [3]

Điện tử4f

SΣs

LΣl

JΣ(L + S)

Trạngthái cơbản

Dãy Lantanit bắt đầu từ Lantan với cấu hình điện tử ở trạng thái cơ bản

4f Lớp vỏ này sẽ đầy đủ hơn khi số nguyên tử tăng dần từ 58 (Ce) đến 71 (Lu).Quá trình ion hóa các nguyên tử đất hiếm xảy ra theo xu hướng cho đi các điện

tử ở lớp 6s, 5d, do đó khi tồn tại ở dạng ion, cấu hình điện tử lớp 4f vẫn đượcbảo toàn Mặt khác, các electron ở lớp 4f được che chở tránh những tác động củamôi trường ngoài bởi electron của lớp 5s, 5p Kết quả, chúng làm cho các mứcnăng lượng của lớp 4f có những đặc tính sau:

+ Khá bền và ít chịu ảnh hưởng của vật liệu nền

+ Không bị phân tách bởi vật liệu nền

+ Ít bị trộn lẫn với các mức năng lượng cao

Vì ít tương tác với vật liệu nền, nên ở cấu hình 4f, tồn tại rất ít hoặc khôngtồn tại các mức dao động tương ứng với năng lượng dịch chuyển của phonon và

sự hồi phục không bức xạ từ các mức kích thích rất yếu Nói cách khác, cấu hình4f có thể giúp hạn chế hiệu ứng phonon Do đặc tính quan trọng này, khi sử dụngcác ion đất hiếm, dịch chuyển quang học chỉ xảy ra trong một phạm vi ngắn của

bước sóng, bức xạ thu được đơn sắc hơn và có hiệu suất cao hơn so với trườnghợp các ion thông thường.

Khi xảy ra sự tương tác giữa momen quĩ đạo và momen spin, các mứcnăng lượng được hình thành theo nguyên tắc Russell-Saunders Trạng thái năng

Trong đó L là momen động lượng Orbital tổng, S tương ứng với spin tổng

và J là số lượng tử nội

Hình 1.5 là sơ đồ mức năng lượng chính của một số ion đất hiếm trong

lượng và trạng thái tương ứng được nhận biết bởi các ký hiệu theo phép gầnđúng Russell-Saunder cho nguyên tử Mỗi mức được chỉ định bởi số J ở hình 1.5lại tách thành các mức con ở hiệu ứng Stark nhờ vào trường tinh thể Số các tối

đa là (2J+1) hoặc (J+ ½ ) tương ứng với J nguyên hay J bán nguyên

Mặc dù theo lý thuyết, các ion đất hiếm có cấu hình ít phụ thuộc vào chấtnền vật liệu, tuy nhiên khi đặt trong một trường tinh thể nhất định, hiệu ứng táchmức năng lượng Stack vẫn xảy ra đối với một số ion Nghiên cứu cho thấy, hiệuứng Stark cho các ion đất hiếm trong môi trường thủy tinh xuất phát từ tính đốixứng điểm thấp của những ion này trong nền vô định hình

Hình 1.5: Giản đồ mức năng lượng của các ion RE 3+ [27]

1.2.3.1 Ion đất hiếm Eu(III)

electron sẽ chuyển từ trạng thái cơ bản lên các trạng thái kích thích có năng lượngcao hơn Hình 1.6 là sơ đồ năng lượng các chuyển mức electron của Eu(III)

Hình 1.6: Sơ đồ năng lượng các chuyển mức electron của ion Eu(III)

Như chỉ ra trong sơ đồ năng lượng, chuyển mức kèm chuyển cấu hình có

các chuyển mức 4f-4f bị cấm bởi quy tắc chẵn lẻ Những nguyên nhân vừa nêulàm cho ion Eu(III) tự do có màu rất nhạt Sự tách mức năng lượng bởi trường

tinh thể đã làm giảm khoảng cách giữa các mức năng lượng (như chỉ ra trong sơ

đồ hình 1.2) đồng thời chuyển mức 4f-4f được phép, do đó tạo nên các chuyển

khác nhau đã trở thành vật liệu phát ánh sáng màu đỏ điển hình với nhiều ứng

[2] chỉ ra các đỉnh hấp thụ và phát xạ đặc trưng của Eu(III)

Hình 1.7: Phổ kích thích (trái )và phổ huỳnh quang (phải) của vật liệu

Ngoài những đặc điểm nêu trên, phổ huỳnh quang của Eu(III) phụ thuộcnhiều vào nồng độ Eu(III) pha tạp Hiện tượng này xảy ra là do ở nồng độ cao

ion Eu(III) lân cận qua quá trình phục hồi ngang Quá trình phục hồi ngang củaEu(III) được biểu diễn bằng sơ đồ sau:

Quá trình phục hồi ngang xảy ra trước quá trình phát xạ, do đó làm giảmcường độ huỳnh quang của Eu(III) Nhưng khi giảm nồng độ Eu(III), năng lượngđược giam giữ bởi các ion Eu(III) sẽ giảm xuống, vì vậy cũng dẫn đến giảmcường độ huỳnh quang của Eu(III) Do những đặc điểm vừa nêu mà nồng độ phatạp tối ưu của Eu(III) là 1 – 5% về số mol.

1.2.3.2 Ion đất hiếm Tb(III)

Tecbi là nguyên tố đất hiếm thuộc họ lantan, cấu hình electron ở trạng thái

Hình 1.8: Sơ đồ năng lượng các chuyển mức electron của ion Tb(III)

Phổ phát quang của Tb(III) bao gồm các vạch được gây ra bởi dịch chuyển

phát xạ tăng theo đến một mức nào đây thì sẽ có hiện tượng dập tắt vì nồng độ Khiion Tb(III) được kích thích bởi bước sóng 250nm hoặc 350 nm lên mức nănglượng cao không bền sẽ nhanh chóng hồi phục về mức năng lượng thấp hơn vàphát xạ các vạch trong vùng khả kiến tương ứng với các dịch chuyển từ mức bị

trọng trong chiếu sáng và hiển thị hình ảnh [20]

1.2.3.3 Ion đất hiếm Bi(III)

thụ trong khoảng 250 – 360 nm, được nhận thấy trên phổ kích thích của vật liệu

trình chuyển mức kèm chuyển điện tích Dải hấp thụ từ 320 – 360 nm gây nên do

hai đỉnh tại 330 nm và 350 nm [10]

gây nên dải phát xạ trong khoảng 400 – 600 nm trên phổ huỳnh quang của vật

Hình 1.9: Phổ kích thích tại  EM = 610 nm (bên trái) và phổ huỳnh quang với

Ngoài những đặc điểm về phổ kích thích và phổ huỳnh quang nêu trên, ionBi(III) còn có khả năng truyền năng lượng cộng hưởng đến một số ion khác (nhưion Eu(III)) khi chúng có mặt đồng thời trong tinh thể vật liệu Quá trình truyền

hấp thụ năng lượng từ bức xạ kích thích và phát xạ ánh sáng màu xanh, sau đónăng lượng được truyền đến ion khác thông qua sự cộng hưởng [10] Đặc điểmnày làm cho ion Bi(III) có vai trò của một ion tăng nhạy trong nhiều vật liệu khácnhau

1.2.4 Các dịch chuyển phát xạ và không phát xạ của các ion đất hiếm

1.2.4.1 Các dịch chuyển phát xạ

tương ứng với chuyển dời điện tử) Trong chuyển dời giữa một trạng thái kích thích

và trạng thái kích thích thấp hơn, xác suất chuyển dời phụ thuộc vào khoảng cáchgiữa hai mức này Khi khoảng cách giữa hai mức khá nhỏ, phonon tham gia vàoquá trình hồi phục không phát photon Khi khoảng cách giữa hai mức lớn, chuyểndời giữa hai trạng thái đó thường là kèm theo bức xạ hồng ngoại.

Các mức năng lượng của các ion đất hiếm (hình 1.5) đều do điện tử lớp 4ftạo nên, vì thế tất cả các trạng thái đó có cùng số chẵn lẻ Nếu một ion tự do hoặcchiếm một vị trí có đối xứng tâm đảo trong mạng tinh thể, các dịch chuyển quang

điện (qui tắc chọn lọc chẵn lẻ) Nó chỉ có thể xảy ra đối với các dịch chuyển lưỡng

cực từ theo qui tắc lọc lựa: L= 0; S= 0; J= 0,  1 Tuy nhiên, ở vị trí không có

đối xứng đảo thì quy tắc lựa chọn ngăn cấm tính chẵn lẻ được giải phóng ở mức độkhác nhau và có thể xảy ra các dịch chuyển lưỡng cực điện cho phép nhưng yếu Số

phần lớn là cùng tính chẵn lẽ Do đó các dịch chuyển phát xạ thường có xác suấtcao hơn, cho phát xạ cường độ mạnh hơn [11]

1.2.4.2 Các dịch chuyển không phát xạ

Theo lý thuyết, khi điện tử từ trạng thái kích thích trở về trạng thái cơ bản

sẽ giải phóng năng lượng Tuy nhiên trong thực tế nhiều chuyển dời không phát

xạ do năng lượng phát ra dạng không phải là photon, mà là phonon hoặc gây racác kích thích thứ cấp khác (ví dụ: quá trình Auger hoặc dịch chuyển ngang –cross relaxation - giữa các ion) Cơ chế xuất hiện các dịch chuyển không bức xạ

được giải thích chi tiết dựa vào sơ đồ cấu trúc năng lượng và cấu trúc điện tử của

trở về trạng thái cơ bản, một phần sẽ giải phóng năng lượng ở dạng huỳnhquang Nếu giữa hai mức năng lượng cơ bản và kích thích còn có những mứcnăng lượng khả dĩ khác, thì thay vì trước khi chuyển trực tiếp về trạng thái cơbản, điện tử có thể ghé qua mức năng lượng trung gian này Ở các mức trunggian, điện tử do tác dụng của các yếu tố khác đã không phát huỳnh quang hoặc

có phát huỳnh quang nhưng với hiệu suất lượng tử nhỏ, với các trạng thái mà ở

đó các điện tử không phát huỳnh quang thì gọi là các chuyển dời không phát xạ

1.2.5 Ứng dụng của chất phát quang dùng nguyên tố đất hiếm

Các vật liệu phát quang rất quen thuộc với cuộc sống xung quanh chúng

ta Các nhà khoa học trên thế giới đã không ngừng nghiên cứu chế tạo ra ngàycàng nhiều vật liệu phát quang hữu dụng trong cuộc sống hiện đại như:

- Chế tạo đèn ống huỳnh quang và thiết bị hiển thị;

- Chế tạo lade;

- Chế tạo ống tia catot dùng trong thiết bị màn hình phẳng FPD, mànhình tinh thể lỏng (LCD), màn hình điốt phát quang (LED), màn hình phát xạtrường (FED), màn hình hiển thị plasma (PDP) …;

các loại giấy tờ quan trọng, chống tiền giả…;

1.3 Giới thiệu các phương pháp chế tạo vật liệu YBO3 pha tạp đất hiếm

Có rất nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu nano Người ta

có thể chia làm hai nhóm phương pháp sau :

Nhóm các phương pháp vật lí sử dụng các thiết bị vật lí hiện đại, thườngrất đắt tiền để tổng hợp vật liệu như: phun nung, ngưng tụ pha hơi, bốc bay nhiệt

độ cao, plasma,

Nhóm các phương pháp hóa học thường dùng các thiết bị vật tư dễ tìm, íttốn kém để tổng hợp vật liệu nano như: thủy nhiệt, sol-gel, đồng kết tủa, phươngpháp nổ…

Mỗi phương pháp đều có những điểm mạnh và yếu, một số phương phápchỉ có thể áp dụng với một số vật liệu nhất định nhưng cũng có những vật liệukhi tổng hợp người ta kết hợp đồng thời một số phương pháp khác nhau

1.3.1 Phương pháp đồng kết tủa

Phương pháp đồng kết tủa là phương pháp kết tủa những hợp chất cónhiều hơn một cation Đây là một trong những phương pháp truyền thống để chếtạo các hạt nano oxit kim loại Các quá trình này bao gồm sự hòa tan của muốitiền chất, thường là clorua hoặc nitrat của các cation kim loại Chẳng hạn,

dịch bazơ như NaOH hoặc amoniac, dung dịch muối cacbonat hay oxalat Kếttủa được lọc, rửa, sấy khô và nung để nhận được bột oxit kim loại Đây làphương pháp rất hữu dụng để chế tạo hỗn hợp các oxit bởi sự đồng kết tủa củacác hydroxit, cacbonat, oxalat… tương ứng trong một dung dịch Để chế tạo cácvật liệu gốc sunphua, muối chứa cation kim loại được phản ứng với muối

kết tủa thường ủ nhiệt để tạo ra tinh thể vật liệu như mong muốn

Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào tích số tan, khả năng tạo phức giữa cácion kim loại và ion tạo kết tủa, pH của dung dịch… thêm vào đó tốc độ kết tủa củacác hợp chất này cũng ảnh hưởng đến tính đồng nhất của hệ Tính đồng nhất của vậtliệu cần chế tạo phụ thuộc vào tính đồng nhất của kết tủa từ dung dịch Như vậymuốn các ion kết tủa đồng thời thì chúng phải có tích số hòa tan xấp xỉ nhau và tốc

độ kết tủa gần giống nhau Để các cation cùng kết tủa, phải thực hiện các biện phápkhắc nghiệt như: thay thế một phần nước bằng dung môi hữu cơ, làm lạnh sâu đểtách nước ra khỏi hệ… Thêm vào đó, quá trình rửa kết tủa có thể kéo theo một cấu

tử nào đó làm cho vật liệu thu được khác với thành phần mong muốn

Điểm không thuận lợi của phương pháp đồng kết tủa là khó điều khiểnkích thước và sự phân bố kích thước hạt Quá trình kết tủa nhanh thường dẫn đếnkích thước hạt lớn Mặt khác mẫu sau khi chế tạo thường phải xử lý nhiệt ở nhiêt

độ cao Nếu khống chế tốt các điều kiện, phương pháp đồng kết tủa cho ta kíchthước hạt cỡ vài chục nm

môi và sấy thích hợp gel thu được sẽ tạo thành bột siêu mịn hiđroxit kim loại.Quá trình xử lý nhiệt tiếp theo các hiđroxit này sẽ tạo thành bột oxit kim loại siêumịn Do phương pháp này được khởi đầu từ các đơn vị vật liệu cỡ nano và cácphản ứng diễn ra ở phạm vi nano nên tạo thành vật liệu cỡ nano.

Quá trình thủy phân và sấy các alkoxit kim loại là hai bước quan trọng xácđịnh tính chất của sản phẩm

- Sự thủy phân các alkoxit kim loại: diễn ra như sau:

Cơ chế của phản ứng này liên quan đến việc cộng các nhóm tích điện âm

chuyển sang nhóm alkoxit, tiếp đó là sự tách nhóm ROH:

và tạo thành một cấu trúc mạng hiđroxit (gel) theo phản ứng:

Quá trình tách dung môi và sấy: Khi sấy ở điều kiện thường, cấu trúc mạngcủa gel bị co lại, sản phẩm hiđroxit thu được gọi là xerogel Khi sấy ở áp suất cao,nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn của dung môi, sự co xảy ra nhỏ hơn, do vậy bảo

vệ được cấu trúc xốp của gel thu được, gel này được gọi là aerogel Các chất bột

areogel cùng loại với xerogel thường có độ xốp cao hơn, diện tích bề mặt lớn hơn.Phương pháp tạo aerogel là rất có giá trị trong quá trình tạo bột oxit kim loại chấtlượng cao Ngoài các nguyên liệu đầu là các alkoxit, phương pháp sol – gel còn đi

từ việc thủy phân các hợp chất vô cơ trong môi trường thích hợp Bằng phươngpháp sol – gel không những tổng hợp được các ôxít dạng bột, các tinh thể cỡ nano,

có tính đồng nhất cao, bề mặt riêng lớn, độ tinh khiết hoá học cao mà còn có thểtổng hợp được các sản phẩm dạng màng mỏng, sợi nano Màng mỏng

bằng phương pháp solgel đi từ muối nitrat của các nguyên tố đất hiếm và axit boric

và thu được sản phẩm có kích thước khoảng 80nm

1.3.3 Phương pháp thủy nhiệt

Ở điều kiện thường, nhiệt độ phản ứng thấp và tốc độ kết tủa lớn thườngkéo theo các tạp chất làm ảnh hưởng đến quá trình kết tinh và thuộc tính quanghọc của vật liệu vanađat đất hiếm Theo phương pháp phản ứng pha rắn truyềnthống, vật liệu được tổng hợp ở nhiệt độ cao (trên 1300 K), dẫn đến sự kết tụ cáchạt vật liệu làm tăng kích thước hạt vật liệu Một phương pháp khác giúp khắcphục những tồn tại này đó là phương pháp thủy nhiệt Theo phương pháp này,các tiền chất được trộn lẫn trong dung dịch ở điều kiện thường, sau đó tất cảđược đưa vào bình teflon để thủy nhiệt, nhiệt độ của quá trình thủy nhiệt thường

đó giảm được các khuyết tật mạng lưới tinh thể nano và tạo ra vật liệu mịn và có

độ đồng nhất cao Vì vậy phương pháp thủy nhiệt là một phương pháp hữu hiệu

để tổng hợp vật liệu nano

Các bước cơ bản của phương pháp này là: các tiền chất được trộn lẫntrong dung môi nước hoặc hệ dung môi có thể có chất hoạt động bề mặt để tạo

thành hỗn hợp phản ứng; sau đó toàn bộ hỗn hợp phản ứng được đưa vào thủynhiệt ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau.

1.3.4 Phản ứng pha rắn

Phương pháp này khá đơn giản nhưng thời gian dài Tổng hợp vật liệuphát quang bằng phương pháp phản ứng pha rắn bao gồm các bước sau:

Bước 1: Trộn lẫn các tiền chất (là muối, oxit của kim loại Ln)

Bước 2: Nghiền nhỏ các tiền chất

Bước 3: Ép mẫu

Bước 4: Nung mẫu

Nhược điểm của qúa trình thường phải nghiền và nung nhiều lần và thựchiện ở nhiệt độ cao Sản phẩm thu được là vật liệu có kích cỡ nanomet

1.3.5 Phương pháp phản ứng nổ

Cơ sở của phản ứng nổ là nhờ phản ứng oxi hóa – khử giữa tác nhân oxi

loại có thể nhận được sau khi sự bốc cháy xảy ra trong lò nung (muffle) hay trên

phương pháp phản ứng nổ là các muối nitrat của kim loại có trong thành phầncủa vật liệu, các tác nhân khử thường dùng là ure, glycin, carbohydrazide Phản

hai chức năng chính là tạo phức với cation kim loại do đó làm tăng khả năng hòatan của muối trong dung dịch và cung cấp nhiên liệu cho phản ứng nổ

Sau khi trộn lẫn trong dung dịch, tiền chất được làm khô và nung đếnnhiệt độ thích hợp thì phản ứng cháy nổ xảy ra Phản ứng xảy ra ở đây là phảnứng oxi hóa- khử tỏa nhiệt mãnh liệt Sự nung nóng nhận được gây ra mộtngọn lửa trong vài phút, kết quả là sản phẩm ở dạng bột, hoặc trương phồngtrong dụng cụ chứa (thường là các chén nung) Phản ứng nổ tỏa nhiệt làm giảithoát một nhiệt lượng lớn, mà nó có thể nhanh chóng đốt nóng hệ lên tới nhiệt

Phương pháp này tỏ ra khá linh hoạt, nó cho phép điều khiển kích thướchạt bằng cách thay đổi các điều kiện phản ứng Sản phẩm thu được có độ đồngnhất cao, giá thành thấp, thiết bị dùng cho việc tổng hợp đơn giản, có thể tổnghợp vật liệu với quy mô lớn

Từ các phương pháp đã nêu trên ta có thể thấy : phương pháp phản ứngpha rắn truyền thống có ưu điểm là công nghệ đơn giản Tuy nhiên, hạt phátquang tổng hợp ở nhiệt độ cao thường lớn, cần phải nghiền thành bột mịn Hiệuquả phát quang giảm đáng kể trong quá trình nghiền và hình thái học của hạtthay đổi Phương pháp đồng kết tủa cho phép tổng hợp các chất phát quang ởnhiệt độ thấp hơn với kích thước hạt nhỏ và đồng đều hơn Tuy nhiên, nhượcđiểm của phương pháp này là khó tạo được vật liệu có thành phần với tỉ lệ mongmuốn do có sự chênh lệch tích số tan của các cấu tử nguyên liệu khi tạo kết tủa.Phương pháp sol- gel tỏ ra khá hiệu quả trong việc chế tạo các hạt nano phátquang, nhưng phương pháp khá tốn kém do sử dụng các alkoxit kim loại hay cáctác nhân tạo phức Phương pháp thủy nhiệt cũng là một trong các phương phápkhá hiệu quả trong việc chế tạo vật liệu nano phát quang, tuy nhiên phương phápnày đòi hỏi phải tổng hợp vật liệu ở áp suất cao cùng bộ dụng cụ thủy nhiệt đi

kèm Phương pháp phản ứng nổ với những ưu điểm so với các phương pháp nêutrên chính là lí do đề tài chọn phương pháp này để tổng hợp vật liệu.

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM2.1 Tổng hợp vật liệu

Chúng tôi đã xây dựng được quy trình tổng hợp vật liệu theo sơ đồ sau