ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGÔ VĂN HOÀNG

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ ĐỘNG HỌC
PHÁT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO BÁN DẪN
CdSe TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Thái Nguyên, Năm 2018
i


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGÔ VĂN HOÀNG

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ ĐỘNG HỌC
PHÁT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO BÁN DẪN
CdSe TRONG MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 8 44 01 04

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Vũ Thị Kim Liên


học sinh khối 10, 11 trường THPT Chuyên Thái Nguyên đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận
lợi cho em hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu của mình.
Cuối cùng, em xin gửi lời biết ơn sau sắc đến gia đình, bạn bè, các anh chị học
viên lớp Cao học K24 chuyên ngành Vật lý chất rắn đã luôn động viên khích lệ, giúp đỡ
em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Thái Nguyên, tháng 09 năm 2018
Học viên

Ngô Văn Hoàng

iii


MỤC LỤC
BÌA PHỤ ......................................................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... ii
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. iii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iv
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................... v
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... vi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
Chương 1: TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ CÁC LÝ THUYẾT LIÊN
QUAN ............................................................................................................................ 4
1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ................................................................................. 4
1.2. Các lý thuyết liên quan: ........................................................................................... 7
1.2.1. Các mức năng lượng của hạt tải trong các chấm lượng tử bán dẫn ..................... 7
1.2.2. Các tính chất quang lý của các hạt nano bán dẫn ................................................. 9
1.2.2.1. Phổ hấp thụ của các hạt nano bán dẫn ............................................................. 10
1.2.2.2. Phổ huỳnh quang của các hạt nano bán dẫn .................................................... 11
1.2.3. Thời gian sống phát quang, hiệu suất lượng tử và độ bền quang của các chấm

CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ... 62

v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Mô tả hộp thế cầu có bờ thế vô hạn .....................................................................7
Hình 1.2 Các chuyển dời quang cho phép giữa các trạng thái của điện tử và lỗ trống được
lượng tử hóa ........................................................................................................................9
Hình 1.3 Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdSe lõi với các kích thước khác nhau . 10
Hình 1.4 Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử phụ thuộc vào kích thước. ..............11
Hình 1.5 Phổ huỳnh quang phân giải thời gian chấm lượng tử CdSe/CdS với thời gian
nuôi tinh thể khác nhau (độ dày lớp vỏ khác nhau). .........................................................13
Hình 1.6 Hạt nano có cấu trúc lõi-vỏ và minh họa cấu trúc vùng năng lượng trong hạt
nano cấu trúc lõi- vỏ. .........................................................................................................15
Hình 1.7 Sơ đồ minh họa 1 Micelle ...................................................................................17
Hình 1.8 Mô hình chấm lượng tử cho các ứng dụng đánh dấu sinh học . .......................18
Hình 2.1 Mô tả sự hình thành chấm lượng tử CdSe/CdS chế tạo trong môi trường
nước/citrate ........................................................................................................................21
Hình 2.2 Sơ đồ khối quy trình chế tạo chấm lượng bán dẫn CdSe và CdSe/CdS............22
Hình 2.3 Sơ đồ chế tạo các chấm lượng tử CdSe trong nước ..........................................23
Hình 2.4 Sơ đồ chế tạo các chấm lượng tử CdSe/CdS trong nước ..................................23
Hình 2.5. Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ...........................................24
Hình 2.6 Sơ đồ hệ đo hấp thụ quang UV-Vis ....................................................................25
Hình 2.7 Cấu hình hệ đo huỳnh quang FS 920 .................................................................27
Hình 2.8. So sánh giữa phép đo quang phổ huỳnh quang trạng thái dừng (trái) và quang
phổ phân giải thời gian (phải) ...........................................................................................28
Hình 3.1a Ảnh chụp các mẫu dung dịch chứa chấm lượng tử CdSe và CdSe/CdS phân tán
trong môi trường dung dịch đệm/citrate dưới ánh sáng tự nhiên ....................................29
Hình 3.1b Ảnh chụp các mẫu dung dịch chứa chấm lượng tử CdSe và CdSe/CdS phân tán

Hình 3.19 Cơ chế thụ động hóa các liên kết hở trên bề mặt chấm lượng tử CdSe..........43
bằng H+ và OH-..................................................................................................................43
Hình 3.20 Ảnh chụp mẫu dung dịch CdSe/CdS w=1 dưới ánh sáng đèn tử ngoại ngay sau
chế tạo ................................................................................................................................44
vi


Hình 3.21 Ảnh chụp mẫu dung dịch CdSe/CdS w=1 dưới ánh sáng đèn tử ngoại sau 390
ngày chế tạo .......................................................................................................................44
Hình 3.22 Phổ huỳnh quang mẫu hạt nano bán dẫn CdSe /CdS w=1 theo thời gian bảo
quản ....................................................................................................................................45
Hình 3.23 Phổ huỳnh quang của các mẫu CdSe w=1 theo các giờ khác nhau, bước sóng
kích thích 470nm ................................................................................................................45
Hình 3.24 Phổ hấp thụ mẫu CdSe/CdS w=2 chế tạo ở nhiệt độ 4oC và 75oC .................47
Hình 3.25 Phổ huỳnh quang mẫu CdSe/CdS w=2 chế tạo ở nhiệt độ 4oC và 75oC ........48
Hình 3.26 Phổ huỳnh quang chuẩn hóa của các mẫu chấm lượng tử CdSe/CdS w=2 chế
tạo ở nhiệt độ 4oC và 75oC ................................................................................................48
Hình 3.27 Đường cong huỳnh quang tắt dần của chấm lượng tử CdSe1h/CdS10h ........50
Hình 3.28 Đường cong huỳnh quang tắt dần của chấm lượng tử CdSe5h/CdS10h ........50
Hình 3.29 Đường cong huỳnh quang tắt dần của chấm lượng tử CdSe9h/CdS10h ........50
Hình 3.30 Đường cong huỳnh quang tắt dần của chấm lượng tử CdSe1h/CdS5h ..........51
Hình 3.31 Đường cong huỳnh quang tắt dần của chấm lượng tử CdSe1h/CdS5p ..........51

vii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 3.1 Kích thước chấm lượng tử CdSe với thời gian nuôi tinh thể khác nhau. .............. 40

vi

quang trên cơ sở các chất bán dẫn như CdS, CdSe, CdTe; các chấm lượng tử hợp kim
nhiều thành phần như CdZnSe/ZnSeS, hay các hạt nano bán dẫn pha tạp… vì các loại
chấm lượng tử này có thể tạo ra các phát xạ trải rộng vùng khả kiến [23], [39], [52],
[61]. Trên thế giới, mặc dù đã có một số loại chấm lượng tử đã trở thành thương phẩm
1


như các chấm lượng tử CdSe/ZnS của hãng Evidot (Hoa Kỳ) hay các chấm lượng tử đã
được bọc lớp hợp sinh cho ứng dụng sinh học của hãng Invirogen, tuy nhiên, việc sử
dụng các chấm lượng tử thương phẩm ở nước ta vẫn có nhiều khó khăn do giá thành
cao, hoặc do khâu bảo quản trong khi vận chuyển chưa tốt nên các chấm lượng tử được
nhập về thường có chất lượng không như mong muốn. Do đó, việc chế tạo và nghiên
cứu các tính chất quang của các hạt nano chấm lượng tử cho ứng dụng đánh dấu huỳnh
quang ở Việt Nam vẫn rất cần thiết.
Các hạt nano bán dẫn dạng keo hầu hết vẫn được chế tạo trong dung môi hữu cơ
và ở nhiệt độ cao với chi phí cùng các điều kiện về hóa chất và dụng cụ đòi hỏi khắt
khe; hơn nữa thường sử dụng tiền chất hữu cơ – kim loại có độ độc hại cao. Để đơn giản
hóa việc chế tạo và giảm thiểu độ độc hại đối với các chấm lượng tử dạng keo, các
nghiên cứu thực hiện việc chế tạo chấm lượng tử trong môi trường nước được quan tâm
nghiên cứu. Để các hạt nano bán dẫn có thể được phân tán tốt trong nước, các hạt này
phải có các nhóm chức ưa nước trên bề mặt. Các nhóm chức này sẽ là các nhóm tương
thích sinh học và làm cho các chấm lượng tử có thể được ứng dụng đánh dấu trực tiếp
trong sinh học.
Như vậy, một trong các cách tiếp cận để có được các chấm lượng tử phục vụ cho
các ứng dụng đánh dấu sinh học là chế tạo chúng trực tiếp trong môi trường nước. Trên
thế giới và cả nước ta hiện nay, nhiều loại chấm lượng tử đã và đang được nghiên cứu
chế tạo trực tiếp trong môi trường nước phục cho các ứng dụng đánh dấu sinh học, rút
ngắn bớt thời gian chế tạo và giảm độ độc hại so với các chấm lượng tử chế tạo trong
dung môi hữu cơ truyền thống. Mặc dù các nghiên cứu đã có những kết quả tương đối
tốt, nhưng để làm chủ quy trình chế tạo các chấm lượng tử bán dẫn trong môi trường

iii/ Khảo sát động học phát quang của hạt nano đã chế tạo thông qua các phép đo
thời gian sống của các mẫu nano đã chế tạo được.

3


Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ CÁC LÝ THUYẾT LIÊN QUAN
1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Các hạt nano kể từ khi được phát hiện, đã dần trở thành các chất đánh dấu huỳnh
quang quan trọng dùng trong cảm biến sinh học và hiện ảnh [25]. Các hạt nano bán dẫn
thường là các hợp chất của các nguyên tố nhóm II (như Cd, Zn,...) và nhóm VI (như S,
Se, Te...); hoặc hợp chất của các nguyên tố nhóm III (như, Ga, In,...) và các nguyên tố
nhóm V (như P, As, ..), hoặc các hợp chất của các nguyên tố nhóm I và nhóm VII ....
Các hiệu ứng lượng tử hay nói chính xác hơn là hiệu ứng giam giữ lượng tử của các hạt
tải điện (điện tử và lỗ trống) trong vật liệu, xảy ra khi kích thước tinh thể có thể so sánh
với bán kính Bohr exciton trong bán dẫn khối. Khi đó cả điện tử, lỗ trống đều bị giam
giữ và các mức năng lượng của chúng bị lượng tử hóa (các mức năng lượng trở nên rời
rạc) làm cho hạt có tính chất giống như một một nguyên tử nhân tạo. Sự giam giữ vừa
làm lượng tử hoá các mức năng lượng và làm thay đổi mật độ trạng thái theo năng lượng,
vừa làm thay đổi các mức năng lượng của các hạt tải, dẫn đến độ rộng vùng cấm của hạt
phụ thuộc vào kích thước. Kết quả là hấp thụ hay phát xạ của các hạt nano phụ thuộc
vào kích thước hạt, nghĩa là người ta có thể điều khiển được tính chất quang (hay màu
phát xạ huỳnh quang) theo kích thước của các hạt nano. Các hạt nano có phổ hấp thụ
rộng, phổ phát xạ hẹp, do đó vừa có thể linh hoạt lựa chọn bước sóng kích thích lại vừa
giảm thiểu sự chồng chập phổ phát xạ từ các hạt nano đa thành phần, làm cho chúng trở
thành các chất đánh dấu huỳnh quang hiệu quả. Các hạt nano bán dẫn có thể thay thế
các chất màu hữu cơ như Rhodamine trong các ứng dụng hiện ảnh sinh học do chúng
có độ chói huỳnh quang lớn hơn gấp 10 đến 20 lần và độ bền quang cao gấp 100 đến
200 lần của chất màu hữu cơ [32]. Ngoài ra các hạt nano còn có hiệu suất lượng tử tương

nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm [8], [12], [29], [30], [33], [34], [35], [34], [40], [44],
[45], [47], [50], [57], [63]. Các nghiên cứu không chỉ tập trung phát triển công nghệ chế
tạo để thu được các chấm lượng tử có chất lượng tốt [29], [34], [35], [40], [41], [42],
[45], [47], [63], mà còn tìm nhiều cách chế tạo khác nhau [8], [29], [30], đặc biệt có
những công trình nghiên cứu cách chế tạo các chấm lượng tử CdSe nhờ các hóa chất an
toàn [12], [47], [57]. Đồng thời các nghiên cứu chế tạo chấm lượng tử nhằm gắn kết hay
hiện ảnh sinh học cũng được quan tâm thực hiện [44].
Ở Việt Nam, có một số nhóm cũng nghiên cứu chế tạo các hạt nano chấm lượng
tử CdSe. Có thể kể đến nhóm của PGS.TS Phạm Thu Nga (Viện Khoa học Vật liệu,
Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) nghiên cứu chế tạo các chấm lượng tử CdSe bằng
phương pháp phân huỷ tiền chất cơ – kim [53]. Các tiền chất cơ – kim (ở đây là TOP-Se
và TOP-Cd) trong môi trường của một chất hữu cơ có khối lượng phân tử lớn và nhiệt độ
sôi cao (TOPO- HDA). Các hạt nano chấm lượng tử thu được bằng cách này chỉ có thể
5


phân tán trong dung dịch hữu cơ không phân cực như toluene. Để phân tán chấm lượng
tử trong nước, người ta phải thực hiện việc trao đổi các nhóm chức trên bề mặt chấm
lượng tử, là quá trình đòi hỏi thời gian và hoá chất đắt tiền và có thể làm giảm hiệu suất
huỳnh quang. các hoá chất như TOP, TOPO và HAD thường đắt tiền và rất độc hại, làm
việc đưa đến ứng dụng của loại vật liệu này là khó khăn. Hay nhóm nghiên cứu của
GS.TS. Nguyễn Quang Liêm, (Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt
Nam) là nhóm nghiên cứu đầu tiên ở nước ta chế tạo thành công các chấm lượng tử CdTe
và CdSe phân tán trong nước bằng cách chế tạo chúng trong môi trường hữu cơ ở nhiệt
độ cao (TOP/DDA – trioctylphosphine/ dodecylamine), sau đó được chuyển sang môi
trường nước bằng cách sử dụng mercaptopropionic acid (MPA) hoặc methanesulfonic
acid (MSA) [51]. Các chấm lượng tử sau khi được phân tán vào nước đã được ứng dụng
trong nghiên cứu đánh dấu huỳnh quang trong sinh học. Tuy nhiên, phương pháp chế tạo
trên vẫn đòi hỏi một quy trình cồng kềnh tốn kém với nhiều công đoạn; hơn nữa các hóa
chất sử dụng là TOP, TOPO, HAD, DDA, MPA, MSA là các hóa chất rất độc hại.

tôi lựa chọn trình bày mô hình chấm lượng tử dạng cầu.
Với mô hình chấm lượng tử hình cầu, hạt tải được xét trong
hộp thế cầu có bờ thế vô hạn (hình 1.1). Phương trình Schrödinger
của hạt chuyển động trong hộp thế đối xứng cầu là:

-

h2 2
 ψ + Vψ = Eψ
2m

(1.1)

Trong đó  và E lần lượt là hàm sóng và năng
Hình 1.1 Mô tả hộp thế cầu có
bờ thế vô hạn

lượng của hạt. Thế năng được cho bởi:
 0 khi r  a
U(r)  
 khi r  a

(1.2)

Hạt chuyển động trong hộp thế cầu thì thế năng của nó bằng không, ta có:

-h 2 2
 ψ = Eψ
2m



Các mức năng lượng của exciton trong chấm lượng tử cũng được đặc trưng bởi
các số lượng tử n mô tả các trạng thái của exciton do tương tác Coulomb giữa điện tử
và lỗ trống ( 1S, 2S, 2P, 3S, 3P, 3D, …) và bởi 2 số lượng tử m và l mô tả các trạng thái
liên quan đến chuyển động khối tâm khi có mặt của trường ngoài (1s, 1p, 1d, 2s, 2p,
2d,…). Mức năng lượng thấp nhất ( n=1, m=1, l=0) là :
2

μ  πa B  
E1s1s = Eg  R 1  
 
 M  a  
*
y

(1.6)

Trong đó M là tổng khối lượng và µ là khối lượng rút gọn của điện tử và lỗ trống,
𝑅𝑦∗ là năng lượng Rydberg exciton. Như vậy, so với bán dẫn khối thì cộng hưởng exciton
đầu tiên bị dịch về phía năng lượng cao một lượng:
2

ΔE1s1s

μ  πa B  *
=

 Ry
M a 



1.786
 0.248R *y
2μa 2
εa

(1.9)

Số hạng thứ hai là động năng chứa khối lượng hiệu dụng của exiton, số hạng thứ
ba thể hiện tương tác Coulomb, số hạng thứ tư liên quan đến không gian điện tử và lỗ
trống và thường nhỏ hơn nhiều so với số hạng thứ hai và thứ ba.
c/ Chế độ giam giữ trung gian (nằm giữa các chế độ giam giữ mạnh và yếu, với
bán kính a của chấm lượng tử thỏa mãn 𝑎𝐵 < a < 4𝑎𝐵 ) các trạng thái năng lượng và phổ
hấp thụ của chấm lượng tử được xác định chủ yếu bởi sự lượng tử hóa chuyển động của
điện tử. Tuy nhiên do tương tác Coulomb giữa điện tử và lỗ trống, mỗi mức điện tử bị
tách thành hai mức con. Vị trí cực đại hấp thụ đầu tiên của chấm lượng tử được mô tả
bởi biểu thức:
2

E1s1s

 a 
 2a 
= E g + 8   R *y exp   
 aB 
 aB 

(1.10)

Các công thức trên cho thấy sự giam giữ lượng tử làm cho độ rộng vùng cấm hiệu

Hình 1.3 Phổ hấp thụ của các chấm lượng tử CdSe lõi với các kích thước khác nhau [66].

Các hạt nano có phổ hấp thụ rộng nên huỳnh quang có thể được kích thích ở nhiều
bước sóng phù hợp khác nhau. Vì vậy nhiều hạt nano với màu huỳnh quang khác nhau
có thể được kích thích bằng một ánh sáng đơn sắc (hay bằng một nguồn đơn). Điều này
trái ngược với chất màu hữu cơ, có tần số cộng hưởng hấp thụ chỉ trong một vùng tần
số hẹp, do đó với mỗi chất màu hữu cơ chỉ có một bước sóng kích thích xác định và mỗi
bước sóng xác định chỉ kích thích được một chất màu hữu cơ xác định.
10


1.2.2.2. Phổ huỳnh quang của các hạt nano bán dẫn
Huỳnh quang là sự phát quang khi ta sử dụng một năng lượng (có thể là quang
năng, nhiệt năng, điện năng hay hóa năng) kích thích đến một vật liệu, làm điện tử trong
vật liệu hấp thụ năng lượng chuyển lên trạng thái kích thích và khi điện tử trở về trạng
thái cơ bản nó phát ra photon ánh sáng. Đối với kích thích bằng quang ta có phổ quang
huỳnh quang. Với một chất bán dẫn, điện tử sau khi nhận năng lượng sẽ chuyển từ vùng
hóa trị lên vùng dẫn và khi hồi phục về trạng thái cơ bản của nó, sự phát quang sẽ xảy
ra.
Giống như vật liệu khối, phổ huỳnh quang của chấm lượng tử cũng phụ thuộc vào
độ rộng vùng cấm. Nhưng nó khác so với vật liệu khối ở chỗ, chấm lượng tử với cùng
một loại vật liệu thì phát ra nhiều màu sắc huỳnh quang khác nhau tương ứng với các
kích thước hạt khác nhau. Do hiệu ứng giam giữ lượng tử, khi kích thước chấm lượng
tử càng nhỏ thì hiệu ứng giam giữ càng mạnh, dẫn tới độ vùng cấm hiệu dụng càng tăng.
Vì vậy phát xạ huỳnh quang càng dịch về phía bước sóng ngắn (hình 1.4).

Hình 1.4 Phổ huỳnh quang của các chấm lượng tử phụ thuộc vào kích thước [68].

1.2.3. Thời gian sống phát quang, hiệu suất lượng tử và độ bền quang của các chấm
lượng tử bán dẫn.

(1.12)

Với   (  k nr ) 1 là thời gian sống tổng cộng trên trạng thái kích thích.
Trong thực nghiệm chúng ta không thể quan sát được độ tích lũy trên trạng thái kích
thích nhưng chúng ta có thể quan sát thông qua cường độ phát xạ tương ứng và tỷ lệ với
n(t). Bởi vậy phương trình trên có thể viết lại dưới dạng sự phụ thuộc vào thời gian của
cường độ phát xạ I(t):
t
I(t)  I(0) exp( )



(1.13)

Trong đó I(0) là cường độ phát xạ tại thời điểm ban đầu, chúng ta thường biểu diễn
thang cường độ theo thang logarithm cơ số 10, logI(t):
1
log I(t)   (log e)t  log Io



(1.14)

Theo đó ta có thể tính được thời gian sống phát quang  . Thời gian sống phát
quang  được tính tại thời điểm cường độ phát quang cực đại giảm đi e lần (Io/e)
hoặc từ độ dốc của đường thực nghiệm theo thang logarithm cơ số 10
(phương trình 1.14). Tuy nhiên thời gian sống phát quang đo được không phải khi nào
cũng có dạng đơn hàm e mũ (single exponential) như phương trình (1.10), nó có thể có
dạng đa hàm e mũ (multi exponential) hay dưới dạng không phải đơn hàm e mũ



I. A ref h 2
. 2
A. I ref href

(1.15)


 QYref là hiệu suất lượng tử của chất đã biết,
 h và ref là chiết suất của dung môi chứa chất cần đo hiệu suất lượng tử và chiết
suất của dung môi chứa chất đã biết hiệu suất lượng tử.
 I và I ref là cường độ huỳnh quang tích phân của chất cần đo hiệu suất lượng tử và
chất đã biết hiệu suất lượng tử.
 A và Aref là độ hấp thụ của chất cần đo hiệu suất lượng tử và chất đã biết hiệu suất
lượng tử ở cùng một bước sóng kích thích.
Trong thực nghiệm người ta thường lựa chọn dung môi giống nhau (để có   ref
); chọn độ hấp thụ bằng nhau ở cùng một bước sóng kích thích (để A=Aref) khi đó ta có

QY = QYref.

I
. Do đó trong đề tài luận văn của chúng tôi việc so sánh hiệu suất
Iref

lượng tử được quy về so sánh hiệu suất huỳnh quang.
Hiệu suất lượng tử bị ảnh hưởng lớn bởi sự tái hợp không phát xạ của điện tử và lỗ
trống. Trong trường hợp hạt nano, tái hợp không phát xạ xảy ra chủ yếu đối với các trạng
thái bề mặt và vì vậy nó phụ thuộc rất mạnh vào bề mặt của hạt nano [25]. Hiệu suất huỳnh
quang của chấm lượng tử được xác định bằng cách đo so sánh diện tích phát quang (tỉ lệ
với số photon phát quang) của chấm lượng tử với chất màu hữu cơ Rodamin 6G có hiệu

1.3.1. Phương pháp sol-gel
Quá trình sol- gel là quá trình chế tạo vật liệu vô cơ bằng cách hình thành các hạt
keo (sol) ổn định từ chất dạng hạt đã chọn và thông qua việc gel hóa, sol này biến tướng
thành tổ chức mạng ba chiều (gel) [5]. Phương pháp sol-gel là quá trình keo hóa (quá
trình colloide) tổng hợp làm ngưng tụ các hạt keo thu được, có khả năng thu vật liệu có
trạng thái mong muốn như khối đặc màng phôi, sợi và bột có độ lớn đồng nhất.
Quá trình gồm 2 phản ứng cơ bản. Đầu tiên là các phản ứng phân thủy phân, sau đó là
các phản ứng polyme hóa đa ngưng tụ cùng với sự tiếp tục thủy phân. Sự polymer hóa
làm cho độ nhớt của dung dịch tăng lên cho đến khi thành gel rắn.
15