Bộ giáo dục v đotạo Viện khoa học
v công nghệ việt nam

Viện KHoa Học Vật Liệu
Nguyễn Vũ

Chế tạo v nghiên cứu tính chất quang
của vật liệu nanô Y
2
O
3
:Eu, Tb, Er, Yb Chuyên ngành: Vật liệu quang học liệu quang học,
quang điện tử và quang tử
Mã số: 62 44 50 05
Tóm tắt Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu



Mở đầu
Vật liệu cấu trúc nanô nói chung và vật liệu nanô phát quang
(nanophosphor) nói riêng đang là vấn đề đợc giới khoa học trên thế
giới quan tâm do có rất nhiều định hớng ứng dụng thực tế. Thế giới
không chỉ tập trung nghiên cứu cơ bản về công nghệ nanô mà còn rất
chú trọng đến những vật liệu nanô có thể ứng dụng hiệu quả trong
kinh tế, quốc phòng, đặc biệt là lĩnh vực hiển thị. Khoa học và công
nghệ nanô là một khoa học mới, hiện đại, liên ngành, là nhịp cầu nối
các lĩnh vực vật lý, hoá học, sinh học, điện tử và công nghệ. Nhiều
thành tựu của khoa học và công nghệ nanô trên thế giới đã đợc ứng
dụng để sản xuất ra những sản phẩm nhỏ hơn, nhanh hơn, rẻ hơn,
trong đó có sự góp mặt của vật liệu nanô phát quang. Trong công
nghệ nanô, các nguyên tử, phân tử đợc xếp đặt thành các cấu trúc vật
lý có kích thớc đặc trng cỡ nanomet(1-100nm). Vật liệu có kích cỡ
nanô rất đa dạng, phong phú nh các hạt nanô, các thanh nanô, ống
nanô, các dây nanô
Đã từ lâu, Y
2
O
3
:Eu đợc sử dụng nh chất phát quang màu đỏ
trong tivi, đèn ba màu. Vật liệu nền oxit yttri đợc lựa chọn là một
trong các mạng chủ rất thích hợp để pha tạp các ion đất hiếm do có
tần số dao động phonon thấp, có độ bền nhiệt, độ bền cơ học cao và
rất thân thiện với môi trờng. Những yêu cầu cải tiến và nâng cao
chất lợng màn hình mầu về độ sắc nét, độ trải mầu, độ phân giải cao
đòi hỏi vật liệu ban đầu có độ mịn, kích cỡ nanô dẫn tới cờng độ
huỳnh quang tăng lên đáng kể. Vật liệu nanô phát quang có nhiều u
điểm là rất xốp, diện tích bề mặt riêng lớn, hiệu suấtt phát quang cao.

3
:Eu, Tb, Er, Yb
Luận án đợc thực hiện tại Phòng Vật lý và Hoá học các vật liệu
quang học hiện đại, Phòng Vật liệu Quang Điện tử, Viện Khoa học
Vật liệu, và một phần đợc thực hiện tại Trờng Đại học Khoa học và
Công nghệ Pohang Hàn Quốc.
Đối tợng nghiên cứu của luận án: Vật liệu nanô Y
2
O
3
:Eu,
Y
2
O
3
:Eu,Tb, Y
2
O
3
:Er, Y
2
O
3
:Er,Yb.
Mục tiêu của luận án: i) Nghiên cứu hoàn thiện và phát triển phơng
pháp phản ứng cháy nổ và phơng pháp keo tụ trực tiếp để chế tạo
nanophosphor Y
2
O
3

Phơng pháp nhiễu xạ tia X, hiển vi điện tử quét FE-SEM, hiển vi
điện tử truyền qua TEM và HRTEM đợc sử dụng để phân tích cấu
trúc, kích thớc, hình thái học của vật liệu. Trong khi đó, các phép đo
phổ kích thích huỳnh quang, huỳnh quang, thời gian sống là phơng
pháp để đánh giá tính chất quang của vật liệu nanô chế tạo đợc.
ý nghĩa khoa học và thực tiễn: i) Lần đầu tiên ở Việt nam đã
nghiên cứu một cách hệ thống, chi tiết về họ vật liệu Y
2
O
3
pha đất
hiếm Eu, Tb, Er, Yb, phát quang, kích thớc nanô. ii) Đã chế tạo
đợc hàng loạt mẫu có chất lợng cao. iii) Đã nghiên cứu các tính
chất quang và ảnh hởng của các chế độ công nghệ lên tính chất
quang của vật liệu.
Luận án 149 trang bao gồm phần mở đầu, 7 chơng, phần kết
luận, danh sách những công trình đã công bố liên quan đến luận án và
danh mục tài liệu tham khảo. Phần mở đầu nêu tầm quan trọng của
khoa học và công nghệ nanô, của các vật liệu nano phát quang, lý do
chọn đề tài luận án và mục tiêu, phơng pháp nghiên cứu.
Chơng 1. Vật liệu Huỳnh quang chứa đất hiếm cấu trúc nanô
1.1. Vật liệu huỳnh quang: Phần này giới thiệu tổng quan về vật liệu
huỳnh quang
1.2. Vật liệu phát quang cấu trúc nanô
Các chất bán dẫn có kích thớc nanô, kích thớc hạt giảm mang
đến sự dịch chuyển xanh (DCX) và nhờ vậy ngời ta có thể điều
khiển đợc màu phát xạ của vật liệu thông qua kích thớc hạt. Tuy
nhiên, trong Y
2
O

2
O
3
:Er,Yb có sự tăng cờng phát xạ đỏ so với phát xạ xanh khi so
sánh với mẫu micrô; vi) Chế tạo gốm trong suốt từ bột nanô cho phép
giảm chi phí sản xuất do giảm năng lợng tiêu tốn cho quá trình chế
tạo; vii) Một u điểm khác là khi kích thớc giảm xuống cỡ nanô
mét, các hạt có thể dễ phân tán trong thủy tinh, trong các nền polime,
trong các ống mao quản nanô, trong ADN để chế tạo ra vật liệu cho
linh kiện quang điện tử, đánh dấu sinh học, bảo mật
1.3. Cấu tạo vỏ điện tử và đặc tính phát quang của các ion đất
hiếm
Các ion đất hiếm hoá trị 3 đợc đặc trng bởi sự lấp đầy lớp điện
tử 4f. Các ion từ Ce
3+
đến Yb
3+
có các mức năng lợng đặc trng cho
mỗi ion. Nhiều ion trong số đó có thể đợc sử dụng nh các ion
huỳnh quang trong vật liệu phát quang. Các ion đất hiếm có lớp quỹ
đạo của điện tử 4f nằm ở bên trong và đợc che chắn khỏi môi trờng
xung quanh bởi các lớp bên ngoài 5s
2
5p
6
. Do vậy, ảnh hởng của
mạng chủ tới các chuyển dời nội tại lớp 4f là nhỏ so với các ion kim
loại chuyển tiếp. Khi pha đất hiếm vào mạng nền thì sự che chắn của
các lớp điện tử trên làm cho các chuyển dời điện tử nội bộ lớp 4f ít bị


5
D
4
, vạch phát xạ
5
D
4
ặ
7
F
5
(ở 550 nm) mạnh
nhất. Phổ phát xạ của ion Er
3+
trải rộng từ vùng khả kiến đến vùng
hồng ngoại mở ra triển vọng thay đổi bớc sóng, chuyển đổi năng
lợng và có tiềm năng chế tạo các thiết bị nhìn hồng ngoại. Ion Er
3+

trong các vật liệu rắn đợc quan tâm vì các chuyển dời của nó từ
trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích ở gần 800 và 980 nm, thể
hiện các quá trình chuyển đổi ngợc về các vùng đỏ, xanh lá cây. Ion
Er
3+
đợc đa vào trong sợi quang hoạt động nh một khuếch đại
quang ở vùng 1,55 m. Vùng hấp thụ hồng ngoại của Yb
3+
gần 1 m
nhờ vào dịch chuyển
5

Y
2
O
3
thu hút đợc sự chú ý bởi nó có một số tính chất vật lý đặc biệt
nh: độ bền nhiệt, bền cơ học cao, dẫn nhiệt tốt, là chất điện môi điển
hình với hằng số điện môi lớn. Y
2
O
3
có độ truyền qua rộng từ 280 nm
đến 8 m, có chiết suất cao nên thích hợp cho các ứng dụng làm vật
liệu dẫn sóng. Y
2
O
3
có tần số phonon thấp, mang lại sự hồi phục bức
xạ của các trạng thái kích thích một cách hiệu quả. Y
2
O
3
là một trong 6

những mạng chủ tốt để pha tạp các ion đất hiếm do tính đồng hóa trị
và bán kính ion, cấu trúc tinh thể tơng tự nhau.
Chơng 2. Các phơng pháp chế tạo vật liệu hạt Nanô
Chơng này giới thiệu ngắn gọn về các phơng pháp chế tạo vật

3
)
3
, Eu(NO
3
)
3
, Tb(NO
3
)
3
, Er(NO
3
)
3
, Yb(NO
3
)
3
với tỉ lệ mol
thích hợp, đợc ho tan vo bình phản ứng cùng với urê bằng nớc
trao đổi ion, sau đó cô cạn cho đến khi nớc bay hơi hết. Tiền chất
nhận đợc sau đó đợc nung ở nhiệt độ và thời gian thích hợp, sản
phẩm cuối cùng l bột oxit rất mịn. Phơng trình phn ứng nh sau:
(2-2x)Y(NO
3
)
3
+ 2xRE(NO
3

4.1. Giản đồ phân tích nhiệt
Các giản đồ phân tích nhiệt DTA và TGA đều cho thấy: ở trên
600
o
C không có hiệu ứng nhiệt nào, chứng tỏ các phản ứng hoá học
xảy ra chủ yếu ở dới 600
o
C. Các quá trình xảy ra trên các mẫu
Y
2
O
3
:Eu và Y
2
O
3
:Er,Yb có sự tơng đồng với nhau mặc dù ion đất
hiếm đợc sử dụng khác nhau. Điều này gợi ý rằng các điều kiện chế
tạo vật liệu có thể đợc áp dụng tơng tự nhau khi thay đổi ion đất
hiếm pha trong mạng chủ Y
2
O
3
.
4.2. Phân tích nhiễu xạ tia X
4.2.1. Phân tích nhiễu xạ tia X của các mẫu Y
2
O
3
:Eu

o
C,
(b) 550
o
C, (c) 600
o
C, (d) 700
o
C, (e) 900
o
C 8

10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
3
6
9
12
Y
2
O
3
:Eu
3+
900
o
C, 30 phút

:Eu
3+
600
o
C, 30 phút
10 20 30 40 50 60 70 80 90
0
3
6
9
12Y
2
O
3
:Eu
3+
550
o
C, 60 phút

Hình 4.6. So sánh đờng phân bố kích thớc
hạt của các mẫu Y
2
O
3
:Eu với các chế độ nung
mẫu khác nhau

O
3
đợc hình thành
khi nung mẫu ở 550
o
C
(trong 60 phút). Từ
600
o
C trở lên, pha tinh
thể của mẫu hoàn
thiện hơn, thậm chí
khi thời gian nung
mẫu đợc rút ngắn xuống còn 30 phút. Các kết quả này cho thấy có
sự phù hợp với các kết quả phân tích nhiệt nêu trên. Các pha tinh thể
của mạng nền Y
2
O
3
nhận đợc ở nhiệt độ khá thấp, với thời gian nung
ngắn cho thấy u thế của phơng pháp phản ứng cháy nổ so với một
số phơng pháp khác nh phơng pháp phản ứng pha rắn, đồng kết
tủa. Nhiệt độ nung mẫu tăng hoặc thời gian nung kéo dài thì tinh thể
Y
2
O
3
:Eu đợc hoàn thiện hơn, đồng thời độ mở rộng của các vạch
nhiễu xạ của các mẫu giảm. Điều đó chứng tỏ kích thớc tinh thể có


rộng của phân bố kích thớc lớn hơn khi nhiệt độ nung tăng.
4.2.2. Phân tích nhiễu xạ tia X của các mẫu Y
2
O
3
:Er
Ghi nhận đợc pha tinh thể lập phơng của mạng chủ Y
2
O
3
ở các
mẫu Y
2
O
3
:Er. Kết quả tính toán theo phơng pháp Warren - Averbach
dựa trên sự mở rộng vạch
nhiễu xạ tia X ứng với mặt
phản xạ 222 của tinh thể
cho thấy: mẫu Y
2
O
3
:Er
(10%) nung ở 600
o
C, 30
phút có kích thớc trung
bình là 7 nm, có độ bán
rộng theo phân bố kích th-

:Er (1%) nung 800
o
C chỉ ra một sự
phù hợp khi so sánh với các mẫu Y
2
O
3
:Eu.
4.3. Phân tích hình thái học của vật liệu
ảnh TEM (hình 4.13b) cho thấy kích thớc của các hạt khoảng 10
đến 20 nm. Độ phân giải cao hơn ảnh HRTEM. ảnh SEM chỉ ra
kích thớc hạt của mẫu nung ở 800
o
C có giá trị khoảng 2030 nm,
phù hợp với kết quả tính toán từ phơng pháp Warren Averback chỉ
ra ở mục 4.2.2.
4.4. Giản đồ phân tích nhiệt, nhiễu xạ tia X và ảnh hiển vi điện tử
truyền qua của vật liệu khi sử dụng tác nhân glycin
Các đờng DTA cho thấy không có sự khác biệt khi pha thêm Eu
3+

vào vật liệu nền Y
2
O
3
. Đó là do sự khá tơng đồng trong hoá trị, tính
chất hoá học của Y
3+
và Eu
3+

thể điều khiển đợc bằng các điều kiện công nghệ. 11

Chơng 5. Tính chất quang của nanophosphor Y
2
O
3
: Eu, Tb
5.1. Vật liệu nanophosphor Y
2
O
3
:Eu

5.1.1. Phổ kích thích huỳnh quang của nanophosphor Y
2
O
3
:Eu
Phổ kích thích
gồm một số vạch kích thích mạnh tại 327; 368; 386;
399,5; 402.5; 469,5; 471,5; 537,5 nm tơng ứng với chuyển dời điện tử từ
trạng thái cơ bản
7
F
0
lên các trạng thái kích thích
5

7
F
j
(j = 0, 1, 2) của ion Eu
3+
Các quá trình kích thích khác nhau
đa các điện tử từ trạng thái cơ bản lên các trạng thái kích thích: dải
truyền điện tích Eu
3+
- O
2-
(254 nm), mức
5
L
6
(399 nm),
5
D
2
(469 và
471,5 nm),
5
D
1
(537 nm) của ion Eu
3+
ở trên mức
5
D
0

3
có thể nhận hai vị trí đối xứng:
C
2
và C
3i
. Trong một ô cơ sở, có 24 vị trí C
2
và 8 vị trí C
3i
. Eu
3+
đợc
thừa nhận là thay thế một cách thống kê vào các vị trí này của Y
3+
. Vị
trí C
3i
có tâm đảo, ion Eu
3+
trên vị trí này chỉ thể hiện phát xạ lỡng
cực từ
5
D
0

7
F
1
.

thuộc vào nồng độ ion Eu
3+
.
5.1.2.2. ảnh hởng của một số điều kiện công nghệ lên tính chất
quang của vật liệu
Với nồng độ 5 %
Eu
3+
, mẫu nung ở nhiệt
độ 600
0
C cho cờng độ
huỳnh quang lớn hơn
trờng hợp nung ở 560,
700 và 900
o
C. Điều đó
cho thấy nhiệt độ nung
tối u cho cờng độ
huỳnh quang là 600
0
C.
ở đây có thể tồn tại mối
liên hệ giữa cờng độ
huỳnh quang và kích
thớc hạt: khi nung ở 600
0
C mẫu có kích thớc cỡ
5,6 nm nhỏ hơn khi nung ở
700

(% mol)
560
o
C
600
o
C
700
o
C
900
o
C

Hình 5.6. Cờng độ huỳnh quang tại đỉnh 611
nm của các mẫu Y
2
O
3
:Eu (2, 3, 5, 7 %) nung ở
700
O
C và các mẫu 5 % Eu nung ở các nhiệt
độ khác nhau (560, 600, 700, 900
O
C). Mẫu
NICHIA (*) là bột Y
2
O
3

2
5
D
0
-
7
F
1
611 nm

Cờng độ (đ.v.t.đ)
Bớc sóng (nm)

Hình 5.12. Phổ catốt huỳnh quang của
mẫu nanophosphor Y
2
O
3
pha 5 % mol Eu 13

glycin để thay thế cho urê. Hình 5.10 là phổ huỳnh quang của mẫu
nano Y
2
O

Tb
y
)
2
O
3
(x+y=0,05) đợc ghi nhận với
bớc sóng kích thích 337,1 nm. Với mẫu chứa cả Eu
3+
và Tb
3+
, ngoài
các chuyển dời cơ bản
5
D
0
-
7
F
j
(j = 0, 1, 2) của ion Eu
3+
nh đã
quan sát thấy trên các mẫu Y
2
O
3
:Eu, ta còn quan sát thấy các vạch
phát xạ yếu hơn trong vùng từ 540 đến 560 nm tơng ứng với các
chuyển dời

phát quang lớn nhất, với cờng
độ tích phân lớn hơn khoảng 6
lần so với hai mẫu còn lại.
Kết luận chơng 5:

Phổ kích thích huỳnh quang

540

570

600

630
0

5

10

15

20
(Y
0.95
:Eu
x

với tỷ lệ mol Eu/Tb: 7/3, 8/2, 9/1. 14

của mẫu nanô Y
2
O
3
:Eu thể hiện các chuyển dời điện tử từ các mức cơ
bản
7
F
0, 1
lên các mức kích thích của Eu
3+
(
5
D
j
,
5
L
6
,
5
G
j
)


5
D
0

7
F
2
đóng vai trò chủ yếu thể
hiện cấu trúc C
2
của tinh thể lập phơng Y
2
O
3
.

Đã khảo sát công phu ảnh hởng của nồng độ Eu
3+
, nhiệt độ và
thời gian nung đến cờng độ huỳnh quang, thời gian sống huỳnh
quang. Nồng độ tối u của Eu
3+
là 5 %, nhiệt độ thích hợp là 600
o
C.

Đã xét ảnh hởng của sự đồng pha tạp Eu, Tb lên tính chất quang
của vật liệu. Đặc biệt tỉ lệ nồng độ Eu/Tb là 8/2 (trong mẫu có nồng
độ tổng cộng 5%) cho hiệu suất truyền năng lợng từ Tb
3+

2
H
11/2
,
4
S
3/2

4
I
15/2
,
4
F
9/2

4
I
15/2
của Er
3+
. Ngoài ra, còn nhận đợc các phát xạ yếu 15

500 600 700 800 900
0
10000
20000


4
I
15/2

4
F
9/2

4
I
15/22
1 600
o
C
2
700
o
C
Bớc sóng (nm)
Cờng độ (đ.v.t.đ)

exc
= 982 nm
P = 96 mW
T = 300 K
1

. Trong
trờng hợp này, năng lợng kích thích 488 nm đa ion Er
3+
lên mức
4
F
7/2
. Khi so sánh cờng độ phát xạ tơng ứng với chuyển dời
2
H
11/2

4
I
15/2
(hình 6.2),

có thể thấy mẫu nung ở 600
o
C (kích thớc tinh thể
nhỏ hơn) có cờng độ lớn hơn so với mẫu nung ở 700
o
C (kích thớc
lớn hơn). Phổ huỳnh quang ở vùng hồng ngoại của nanophosphor
Y
2
O
3
:Er, dới bớc sóng kích thích 488 nm, 980 nm cũng đã đợc
ghi nhận và lý giải (hình 6.3 hình 6.8). Phát xạ ở vùng bớc sóng

: Er (10%) dới bớc sóng kích thích 982 nm có hai vùng phát
xạ tại 564 mn và 672 nm tơng ứng đợc quy cho các
2
H
11/2
,
4
S
3/2

4
I
15/2
,
4
F
9/2

4
I
15/2
của Er
3+
. Các phát xạ này thực hiện đợc nhờ các cơ 16Hình 6.18. Sơ đồ các mức và các chuyển

6.2. Vật liệu nanophosphor Y
2
O
3
: Er, Yb

Dới kích thích 488 nm, phổ huỳnh quang của Y
2
O
3
:Er,Yb thể
hiện các phát xạ đặc trng của ion Er
3+
. Việc pha thêm Yb
3+
trong vật
liệu nano Y
2
O
3
:Er nhằm mục đích sử dụng Yb
3+
nh một chất tăng
nhạy cho phát xạ của Er
3+

nhờ tiết diện hấp thụ lớn
hơn của Yb
3+
so với Er

:Er,Yb dới các bớc sóng kích thích
488, 800, 980 nm tơng ứng với các chuyển mức năng lợng của Er
3+
.
Đã khảo sát sự ảnh hởng của nồng độ Er
3+
, Yb
3+
, nhiệt độ nung
đến cờng độ huỳnh quang ứng với các chuyển mức năng lợng của
Er
3+
.
Phổ phát xạ chuyển đổi ngợc về vùng đỏ, xanh lá cây khi mẫu
đợc kích thích ở 800, 980 nm nhờ cơ chế hấp thụ hai photon. Cơ chế
cho phát xạ chuyển đổi này đã đợc thảo luận.
Chơng 7. Một số định hớng phát triển và ứng dụng
7.1. Chế tạo dung dịch keo nano Y
2
O
3
, Y
2
O
3
:Eu, Eu
2
O
3
bằng

0 5 10 15 20 25
0
10
20
30
40
50
Số hạt (%)
Kích thớc hạt (nm)18

5800 6000 6200 6400 6600 6800 7000 7200
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
70000
5961
5883
5804

EXC
: 337.1 nm
6197
6156

0

7
F
j
(j = 0, 1, 2, 3,
4) của Eu
3+
đã đợc quan sát.
Điều đáng chú ý là khi nồng
độ pha tạp của Eu lên đến
10%, cờng độ huỳnh quang
vẫn tăng lên: mẫu Y
2
O
3
:Eu
(10%) có cờng độ huỳnh
quang mạnh nhất. Trong khi
đó, với các mẫu nanô chế tạo
bằng phơng pháp phản ứng
nổ, cờng độ lớn nhất đạt
đợc khi nồng độ Eu
3+
là 5%.
Hình 7.8. trình bày phổ
huỳnh quang của mẫu nanô
Eu
2
O

2
O
3
cho các vạch phổ rất rõ nét, còn với Eu
2
O
3
thơng mại nhiều
vạch huỳnh quang có cờng độ yếu hơn.
5800 6000 6200 6400 6600 6800 7000 7200
0
50000
100000
150000
200000

Exc
: 337 nm
5% Eu
1% E u
10% E u
7% Eu
3% Eu
Cờng độ (đ.v.t.đ)
B ớc sóng (A
0
)

Hình 7.7. Phổ huỳnh quang của
Y

có hiệu quả nhất cho cả quang
huỳnh quang và catôt huỳnh
quang. Y
2
O
3
:Eu là vật liệu phát quang màu đỏ nổi tiếng. Mordkovic
đã chế tạo vật liệu tổ hợp với hy vọng để thay đổi cơ chế huỳnh quang
một cách mạnh mẽ. Chúng tôi đã chế tạo cấu trúc dị chất
ZnO/Y
2
O
3
:Eu dạng thanh nano với mục đích thăm dò những triển
vọng mới cho loại vật liệu này. Để chế tạo các thanh nano cấu trúc dị
chất ZnO/Y
2
O
3
:Eu, trớc hết chế tạo các thanh nano ZnO trên đế
Al
2
O
3
bằng phơng pháp MOCVD, sau đó phủ Y
2
O
3
:Eu lên các thanh
nano ZnO bằng phơng pháp PLD với bia Y

D
0

7
F
j
(j = 1, 2, 3, 4) của ion Eu
3+
. Giống nh các mẫu
hạt nanô Y
2
O
3
:Eu đợc chế tạo bằng phơng pháp phản ứng nổ và

Hình 7.10. ảnh FE-
S
EM của mẫu
Z
nO/
Y
2
O
3
:Eu.20

phơng pháp keo tụ trực tiếp, mẫu thanh nanô ZnO/Y

980 nm. Hình 7.13 là phổ huỳnh quang chuyển đổi ngợc của mẫu
Y
2
O
3
:Er,Yb

phân tán trong parafin khi kích thích bằng lade điốt (980
nm). ánh sáng hiển thị nhận đợc là màu đỏ.
Kết luận chơng 7
Chế tạo thành công ôxit Y
2
O
3
, Y
2
O
3
:Eu và Eu
2
O
3
kích thớc nano
theo phơng pháp keo tụ trực tiếp, nhiệt độ tổng hợp nhỏ hơn 200
0
C.
Hạt keo ôxit có dạng hình cầu, đồng nhất, đơn phân tán đờng kính
dới 10 nm. Hệ keo ổn định trong thời gian dài (trên 13 tháng). Đã
xác định điều kiện tối u để chế tạo vật liệu Y
2

3
:Eu tăng theo nồng độ của ion Eu
3+

từ 1 đến 10%. Ghi nhận đợc phổ huỳnh quang của Eu
2
O
3
nano, phát
hiện sự tách vạch của chuyển dời
5
D
07
F
2
. Sự phát quang nêu trên
và cấu trúc phổ biến đổi, là bằng chứng về sự khác biệt của
nanophosphor so với các phosphor thông thờng.
Với thành công trong việc chế tạo các ôxit Y
2
O
3
, Y
2
O
3
:Eu và

:Er,Yb Vì
các hạt chế tạo đợc có kích thớc nhỏ, có phân bố kích thớc hạt hẹp
nên chúng rất hứa hẹn trong việc phân tán trên các nền polime để tạo
ra một số linh kiện quang điện tử.
Đã chế tạo thành công các mẫu thanh nanô ZnO/Y
2
O
3
:Eu, với một
lớp Y
2
O
3
:Eu đã đợc phủ lên đỉnh các thanh nano ZnO. Các thanh
nano ZnO/Y
2
O
3
:Eu mọc thẳng đứng, đồng nhất về đờng kính, chiều
dài và mật độ. Việc chế tạo thành công các mẫu thanh nanô
ZnO/Y
2
O
3
:Eu cũng có thể tạo ra một triển vọng mới trong việc chế
tạo các linh kiện quang điện tử.
Phổ huỳnh quang tơng ứng các chuyền dời điện tử
5
D
0

:Er,Yb có thể sử dụng để chế tạo các thẻ hiển thị hồng
ngoại khi phân tán trên nền polime. Vật liệu tổ hợp này có thể hiển
thị tín hiệu nhận từ lade điốt 980 nm để phát bức xạ màu đỏ.
Kết Luận Luận án đã đạt đợc một số kết quả cụ thể nh sau:
1. Chế tạo thành công 4 hệ vật liệu nanô phát quang Y
2
O
3
:Eu,
Y
2
O
3
:Eu,Tb, Y
2
O
3
:Er, Y
2
O
3
:Er,Yb với các nồng độ khác nhau của ion 22

đất hiếm bằng phơng pháp phản ứng cháy nổ và phơng pháp keo tụ
trực tiếp, xác định đợc các điều kiện tối u trong việc chế tạo vật
liệu. ảnh hởng của điều kiện công nghệ chế tạo mẫu tới kích thớc
hạt và cờng độ huỳnh quang đợc nghiên cứu công phu qua 4 hệ

3
:Er. Kích thớc hạt tăng lên khi nhiệt độ và thời gian
nung mẫu tăng.
3. Các tính chất quang học đợc nghiên cứu chi tiết trong mối liên hệ
với nồng độ các ion đất hiếm, nhiệt độ nung mẫu. Hai loại tác nhân
sử dụng trong phản ứng cháy nổ là urê và glycin. Glycin tỏ ra có u
thế hơn - cho cờng độ huỳnh quang mạnh hơn. Đã so sánh, phân tích
hai phơng pháp chế tạo khác nhau là phơng pháp phản ứng cháy nổ
và phơng pháp keo tụ trực tiếp. Phơng pháp keo có nhiều u diểm
hơn, đặc biệt thành công trong việc tạo hệ keo trong suốt, bền hơn 13
tháng, dễ dàng hoà trộn trong nớc và các dung môi, mở ra khả năng
chế tạo vật liệu lai vô cơ hữu cơ, chế tạo các loại màng mỏng và cảm 23

biến thu hồng ngoại. Xác định đợc rõ ràng các chuyển dời quang
học đặc trng của từng loại nguyên tố đất hiếm. Đã ghi nhận phát xạ
màu đỏ (611 nm) tơng ứng với chuyển dời
5
D
0

7
F
2
của Eu
3+
trên vật
liệu nanô Y

của Er
3+
cũng đã đợc
quan sát một cách công phu.
5. Đặc biệt, mẫu nanô Y
2
O
3
:Eu,Tb có tỷ lệ nồng độ Eu/Tb = 8/2 với
nồng độ tổng cộng đất hiếm 5% cho hiệu ứng truyền năng lợng từ
Tb
3+
sang Eu
3+
rất rõ ràng, cờng độ tích phân vùng đỏ của Eu
3+
tăng
lên nhiều lần khi có mặt ion Tb
3+
(6 lần với hạt nanô chế tạo bằng
phơng pháp phản ứng cháy nổ, và hàng chục lần với hạt chế tạo bằng
phơng pháp keo tụ trực tiếp).
6. Eu
3+
thể hiện rõ vai trò đầu dò quang học với phát xạ ở vùng đỏ,
chuyển dời
5
D
0
-