nghiên cứu chế tạo vật liệu nano thấp chiều trên nền ytri, ziriconi và tính chất quang của chúng
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (7.89 MB, 170 trang )
B GIÁO DC
VÀ ÀO TO
VIN KHOA HC
VÀ CÔNG NGH VIT NAM
VIN KHOA HC VT LIU
LÂM TH KIU GIANG
NGHIÊN CU CH TO
VT LIU NANO THP CHIU
TRÊN NN YTRI, ZIRICONI
VÀ TÍNH CHT QUANG CA CHÚNG
LUN ÁN TIN S KHOA HC VT LIU
HÀ NI – 2011
B GIÁO DC
VÀ ÀO TO
VIN KHOA HC
VÀ CÔNG NGH VIT NAM
VIN KHOA HC VT LIU
LÂM TH KIU GIANG
NGHIÊN CU CH TO
VT LIU NANO THP CHIU
TRÊN NN YTRI, ZIRICONI
VÀ TÍNH CHT QUANG CA CHÚNG
LUN ÁN TIN S KHOA HC VT LIU
Chuyên ngành: Vt liu quang hc, quang đin t và quang t
Mã s: 62445005
HNG DN KHOA HC:
1: PGS.TS. Lê Quc Minh
2: PGS.TS. Trn Kim Anh
HÀ NI-2011
LI CM N
Lời đầu tiên tôi xin by tỏ lòng kính trọng v biết ơn sâu sắc tới hai
ngời Thầy của tôi l PGS. TS. Lê Quốc Minh v PGS. TS. Trần Kim
Anh, những ngời Thầy đã hết lòng hớng dẫn, giúp đỡ v tạo mọi điều
kiện thuận lợi nhất cho tôi hon thnh bản luận án. Các Thầy đã tận
tình chỉ bảo tôi cả về lĩnh vực khoa học cũng nh trong cuộc sống. Sự tận
tâm dạy bảo của các Thầy đã giúp tôi ngy cng vững bớc hơn trên con
đờng nghiên cứu khoa học m mình đã lựa chọn.
Tôi xin đợc gửi lời cảm ơn chân thnh đến GS. TSKH. Witold
ojkowski (Viện Vật lý áp suất cao, Viện Hn lâm Khoa học Ba Lan), GS.
TSKH. Wiesaw Strek (Viện Nhiệt độ thấp v Nghiên cứu Cấu trúc
Wrocaw, Viện Hn lâm Khoa học Ba Lan) đã tận tình hớng dẫn, giúp
đỡ v tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian tôi học tập v
lm việc tại Ba Lan.
Nhân dịp ny, tôi xin đợc dnh lời cám ơn chân thnh của mình đến
PGS. TS. Nguyễn Quang Liêm, PGS. TS. Vũ Doãn Miên, PGS. TS. Lê
Văn Hồng, PGS. TS. Nguyễn Xuân Nghĩa, PGS. TS. Phạm Hồng Dơng,
TS. Nguyễn Thanh Bình đã giúp đỡ nhiệt tình, tạo điều kiện thuận lợi
trong việc thực hiện các phép đo đạc, dnh thời gian thảo luận khoa học
v đóng góp các ý kiến quý báu cho tôi hon thnh luận án.
Tôi xin đợc gửi lời cám ơn chân thnh tới tập thể các anh chị em
đang công tác tại Viện Khoa học Vật liệu (TS. Nguyễn Đức Văn, TS. Trần
Quốc Tiến, TS. Nguyễn Thanh Hờng, TS. Trần Thu Hơng, TS. Hong
Thị Khuyên, TS. Nguyễn Vũ, TS. Vũ Hồng Kỳ, KTV. Phạm Văn Trờng,
TS. Trần Đăng Thnh, ThS. Đỗ Hùng Mạnh, ThS. Trần Kim Chi, ThS.
Nguyễn Thị Thanh Ngân) đã giúp đỡ, trao đổi kinh nghiệm v động viên
tôi rất nhiều trong quá trình hon thnh luận án.
Trong quá trình thực hiện luận án, tôi đã nhận đợc sự giúp đỡ
nhiệt tình của các cán bộ nghiên cứu thuộc viện Khoa học Vật liệu, Viện
Khoa học v Công nghệ Việt Nam. Tôi cũng xin đợc gửi lời cảm ơn chân
thnh tới tập thể các anh chị em đang công tác tại phòng Quang hóa
Điện tử, Phòng Lade Bán dẫn, Phòng Vật liệu Quang Điện tử, Phòng Thí
nghiệm Trọng điểm về Vật liệu v Linh kiện Điện tử, những ngời đã
luôn giúp đỡ, khích lệ, động viên v dnh những tình cảm tốt đẹp cho tôi
trong suốt thời gian lm luận án.
Tôi xin đợc by tỏ lòng biết ơn tới Viện Khoa học Vật liệu, Bộ Giáo
dục v Đo tạo đã luôn quan tâm tới tiến độ công việc v tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi học tập, nghiên cứu v lm việc.
Sự động viên v giúp đỡ của bạn bè luôn l nguồn động lực to lớn v
không thể thiếu giúp tôi vợt qua những khó khăn để hon thnh tốt
luận án. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thnh tới các bạn của tôi.
Nhân dịp ny, tôi muốn dnh những tình cảm sâu sắc nhất, trân
trọng nhất v xin kính tặng thnh quả nhỏ bé m tôi đạt đợc tới những
ngời thân trong gia đình: Bố Mẹ - những ngời đã hết lòng nuôi dạy tôi
khôn lớn, luôn động viên hỗ trợ tôi về mọi mặt, các anh chi em đã chia sẻ
những khó khăn, thông cảm v giúp đỡ tôi.
Cuối cùng tôi xin dnh những tình cảm đặc biệt tới gia đình nhỏ thân
yêu của tôi, đó l chồng v con gái tôi, những ngời đã luôn sẻ chia, giúp
đỡ, động viên, cho tôi nghị lực v tinh thần để ho
n thnh luận án, l
nguồn động viên giúp tôi vợt qua mọi khó khăn v thử thách của cuộc
sống!
H Nội, tháng 12 năm 2010
Tác giả
Lâm Thị Kiều Giang
LI CAM OAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cu ca riêng tôi
di s hng dn ca PGS. TS. Lê Quc Minh và PGS. TS. Trn
Kim Anh. Hu ht các s liu, kt qu trong lun án đc trích dn
t các bài báo đã và sp đc xut bn ca tôi và các thành viên ca
tp th khoa hc. Các s liu, kt qu nêu trong lun án là trung thc
và cha tng đc ai công b trong bt c công trình nào khác.
Tác gi lun án
Lâm Th Kiu Giang
DANH MC CÁC CÁC CH VIT TT VÀ KÝ HIU
1. Các ch vit tt
A
III
B
V
: Hp cht ca nguyên t nhóm 3 và nguyên t nhóm 5
A
II
B
VI
: Hp cht ca nguyên t nhóm 2 và nguyên t nhóm 6
AAO : Oxit nhôm cc dng (Anodic aluminum oxide)
AAM : Màng oxit nhôm cc dng (Anodic alumina membraness)
BET : Din tích b mt (Braunaver, Emmett, Teller)
CNT : ng nano cacbon
DEG : Diethylene glycol
DTA : Phân tích nhit vi sai (Differential Thermal Analysis)
đ.v.t.đ : n v tng đi
ED : Nhiu x đin t (Electron diffraction)
ET : Truyn nng lng (Energy transfer)
ETU : Chuyn đi ngc truyn nng lng (Energy transfer
upconversion)
ESA : Hp th trng thái kích thích (Excited-state absorption)
FESEM : Kính hin vi đin t quét phát trng (Field emission
scanning electron microscopy)
FRET : Truyn nng lng cng hng Förster (Förster resonance energy
transfer)
FWHM : rng bán ph ca vch nhiu x cc đi (Full-width at half
maximum intensity)
FTIR : Ph hng ngoi khai trin Fourier (Fourier transform infrared
spectroscopy)
GSA : Hp th trng thái c bn (Ground-state absorption)
Hex. : Lc giác (Hexagonal)
M : Pha đn tà (Monoclinic)
PEG : Polyethylene glycol
TEM : Kính hin vi đin t truyn qua (Transmission electron microscopy)
TGA : Phân tích nhit trng lng (Thermo gravimetric analysic)
T : Pha t giác (Tetragonal)
RE
3+
: Các ion đt him hóa tr 3
Sys./SG : H tinh th/Nhóm đi xng không gian
XRD : Nhiu x tia X
2. Các ký hiu
: Bc sóng (wavelength)
exc
: Bc sóng kích thích (Excitation wavelength)
: Góc nhiu x tia X
M
w
: Khi lng phân t
DANH MC CÁC BNG
Trang
S Bng Chú thích Bng
Bng 1.1
Cu hình đin t ca các ion nguyên t đt him
11
Bng 3.1
S ph thuc gia các dng cu trúc khác nhau ca Y(OH)
3
và
o
nhit đ phn ng (thi gian phn ng 24h)
51
Bng 3.2
Các hng s mng tinh th, th tích ô c s và nhóm đi xng
không gian ca h mu Y(OH)
3
ch to ti các điu kin khác
nhau
62
Bng 3.3
Hng s mng, th tích ô c s và nhóm đi xng không gian ca
các ng nano Y
2
O
3
nhit 700
o
C trong 2h, tc đ nâng và h
nhit đ là 5
o
C/phút so vi các công b ca mt s nhóm nghiên
cu trên th gii
64
Bng 3.4
Các hng s mng, th tích ô c s, đ bán rng ca vch nhiu
x cc đi (FWHM) và nhóm đi xng không gian ca các mu
Y
2
O
3
pha tp/đng pha tp Eu
3+
& Tb
3+
nhit 700
o
C trong 2h,
tc đ nâng và h nhit đ là 5
o
C/phút
66
Bng 3.5
Các dng liên kt và đ hp th hng ngoi đo đc ca các mu
thanh và ng nano Y(OH)
3
cha nhit
67
Bng 3.6
Các dng liên kt và đ hp th hng ngoi đo đc ca các
thanh và ng nano Y
2
O
3
nhit 700 và
900
o
C
70
Bng 4.1
Các hng s mng, th tích ô c s và kích thc trung bình ca
các ht nano ZrO
2
ch to theo phng pháp khuôn mm gia
nhit bng vi sóng trong điu kin áp sut cao ti các nhit đ
phn ng khác nhau
79
Bng 4.2
T l cng đ pha mt phng/bn nghiêng, các hng s mng,
th tích ô c s và kích thc trung bình ca các ht nano ZrO
2
ch to theo phng pháp khuôn mm gia nhit bng vi sóng
trong điu kin áp sut cao ti các nhit đ phn ng khác nhau
90
Bng 5.1a
Cng đ, t l cng đ gia các đnh phát x cc đi tng
ng ca mu Y(OH)
3
:5%Eu
3+
ch to theo quy trình 2 mc
2.1.4.2. 200
o
C trong thi gian 6-32h
98
Bng 5.1b
Cng đ tích phân, đ rng bán ph các đnh phát x tng ng
ca mu Y(OH)
3
:5% Eu
3+
ti các thi gian phn ng khác nhau
99
Bng 5.1c
V trí các đnh phát x ca: các ng nano Y(OH)
3
:5% Eu
3+
do
chúng tôi ch to; các dây nano Y(OH)
3
:5% Eu
3+
do nhóm Wu X.
ch to và các mnh Y(OH)
3
:5% Eu
3+
(kích thc micro) do
nhóm Towata A. ch to
99
Bng 5.2a
Cng đ, t l cng đ gia các đnh phát x cc đi tng
ng ca mu Y
2
O
3
:5% Eu
3+
ch to theo quy trình 2 mc 2.1.4.2.
200
o
C trong thi gian 6-32h, nhit 700
o
C trong 2h
101
Bng 5.2b
Cng đ tích phân, đ rng bán ph các đnh phát x tng ng
ca mu Y
2
O
3
:5% Eu
3+
ch to theo quy trình 2 mc 2.1.4.2.
200
o
C trong thi gian 6-32h và nhit 700
o
C trong 2h
101
Bng 5.3a
Cng đ, t l cng đ gia các đnh phát x cc đi tng
ng ca các ng nano Y
2
O
3
pha tp 3; 5 và 7% mol Eu
3+
ch to
theo quy trình 2 mc 2.1.4.2. 200
o
C trong thi gian 6-32h và
nhit 700
o
C trong 2h, tc đ nâng và h nhit đ là 5
o
C/phút
103
Bng 5.3b
Cng đ tích phân, đ rng bán ph các đnh phát x tng ng
ca ng nano Y
2
O
3
pha tp 3; 5 và 7 % mol Eu
3+
103
Bng 5.4a
Cng đ, t l cng đ gia các đnh phát x cc đi tng
ng ca các ht nano Y
2
O
3
pha tp 3; 5 và 7% mol Eu
3+
ch to
theo quy trình 3 mc 2.1.4.3 315
o
C, 55 at trong 35 phút
105
Bng 5.4b
Cng đ tích phân, đ rng bán ph các đnh phát x tng ng
ca ht Y
2
O
3
pha tp 3; 5 và 7 % mol Eu
3+
(s dng DEG; PEG
2000)
105
Bng 5.5a
Cng đ và t l cng đ gia các đnh phát x cc đi tng
ng ca các thanh nano Y
2
O
3
pha tp/đng pha tp Eu
3+
& Tb
3+
108
Bng 5.5b
Cng đ tích phân, đ rng bán ph các đnh phát x tng ng
ca các thanh nano Y
2
O
3
pha tp/đng pha tp Eu
3+
& Tb
3+
108
Bng 5.6a
Cng đ, t l cng đ gia các đnh phát x cc đi tng
ng ca các ht nano ZrO
2
pha tp 3; 5 và 7% mol Eu
3+
(DEG)
112
Bng 5.6b
Cng đ tích phân và đ rng bán ph các đnh phát x tng
ng ca mu ZrO
2
pha tp 3; 5 và 7% mol Eu
3+
112
Bng 5.7a
Cng đ, t l cng đ gia các đnh phát x cc đi tng
ng ca các ht nano ZrO
2
pha tp 3; 5 và 7% mol Eu
3+
(s dng
DEG)
(kích thích 266 nm)
114
Bng 5.7b
Cng đ tích phân và đ rng bán ph các đnh phát x tng
ng ca các mu ZrO
2
pha tp 3; 5 và 7% mol Eu
3+
, kích thích
bc sóng 266 nm
114
Bng 5.8
Cng đ, t l cng đ gia các đnh phát x cc đi tng
ng ca các ht nano ZrO
2
:1% Er
3+
x lý nhit các nhit đ
khác nhau, kích thích bc sóng 830 nm
117
Bng 5.9
Cng đ, t l cng đ gia các đnh phát x cc đi tng
ng ca các mu ZrO
2
:Er
3+
ti các nng đ khác nhau
(
exc
=940nm)
119
Bng 5.10
Cng đ đnh phát x cc đi, cng đ tích phân tng ng
vi tng vùng phát x xanh (green, bc sóng t 535 đn 569
nm) và đ (red, bc sóng t 622 đn 701 nm) ca các mu
ZrO
2
:1%Er
3+
và ZrO
2
:1%Er
3+
ch to theo quy trình 3, mc
2.1.4.3 315
o
C, 55at trong 35 phút, x lý nhit 1200
o
C trong
1h, kích thích 940 nm.
122
DANH MC CÁC HÌNH V
Trang
S Hình Chú thích hình
Hình 1.1
S đ các mc nng lng ca mt s ion đt him hóa tr 3 thuc
nhóm lantanoit
12
Hình 1.2
Các quá trình phát quang có th có khi vt liu đc kích thích
13
Hình 1.3
S đ mc nng lng ca: (a) quá trình bc x kích thích hp th
trc tip và (b) quá trình bc x kích thích b hp th bi các ion
hoc nhóm các ion khác
13
Hình 1.4
S đ mô t quá trình truyn nng lng cng hng Jablonski
16
Hình 1.5
S đ các mc nng lng ca Eu
3+
và Tb
3+
nn Y
2
O
3
17
Hình 1.6
S đ mô t c ch chuyn đi ngc và thi gian sng (life time)
ca mc phát x sau khi kích thích bi xung ngn.
18
Hình 1.7
Gin đ các mc nng lng ca Er
3+
; Yb
3+
và Tm
3+
20
Hình 2.1
a) Mô hình ch to các thanh và ng nano theo phng pháp
khuôn cng; b) nh SEM ca khuôn AAO và các dây nano Y
2
O
3
:
Eu
3+
sau khi đã d b khuôn
26
Hình 2.2
nh SEM ca mt s sn phm to thành theo phng pháp khuôn
cng: (A) CNT đc nuôi trên khuôn AAO; (B) các mng ng nano
kim loi sau khi d b khuôn AAO; (C) các mt ct ca mng ng
nano kim loi
27
Hình 2.3
Mt s loi khuôn cng trên đ rn
28
Hình 2.4
nh TEM ca (a) các cáp nano đng trc Ag@SiO
2
và (b) các ng
nano silica vi cu trúc vách đng nht sau khi đã loi b lõi Ag
bng cách n mòn cáp Ag@SiO
2
trong dung dch ammonia
29
Hình 2.5
Mô hình ch to các thanh và ng nano theo phng pháp khuôn
mm da vào quá trình t lp ráp các phân t hot đng b mt
30
Hình 2.6
nh SEM ca: a) các dây nano;(b) các thanh nano Y(OH)
3
:Eu
3+
ch to theo phng pháp khuôn mm
31
Hình 2.7
Cu trúc không gian ca DEG và PEG
32
Hình 2.8
S đ phn ng ch to các ht keo nano NaYF
4
:RE
3+
theo phng
pháp khuôn mm áp sut khí quyn trong điu kin có khí Ar
34
Hình 2.9
S đ phn ng ch to có điu khin các cu trúc nano mt chiu
khác nhau ca Y(OH)
3
; Y(OH)
3
:Eu
3+
,Tb
3+
và ZrO
2
:Er
3+
theo
phng pháp khuôn mm trong điu kin bình phn ng kín, áp
sut thp (1-2at)
36
Hình 2.10
Mt s thit b ca h phn ng thy nhit áp sut thp: (a) h
phn ng h dùng đ chun b dung dch; (b) máy đo pH; (c) bình
phn ng kín chu đc nhit đ và áp sut cao (ti đa là 10at); (d)
h phn ng autoclave
36
Hình 2.11
S đ thí nghim ch to các ht nano nn yttri và ziriconi theo
phng pháp khuôn mm áp sut cao, gia nhit bng vi sóng
38
Hình 2.12
(a) H phn ng vi sóng áp sut cao, gia nhit bng vi sóng,
(Fetec, cng hòa Ba lan) và (b) s đ nguyên lý
39
Hình 2.13
S đ khi ca h đo ph hunh quang
42
Hình 2.14
H đo hunh quang Jobin Yvon ti Vin Nghiên cu Cu trúc và
Nhit đ thp, Wroclaw, Ba lan
42
Hình 3.1
nh FESEM ca mu (a) NaYF
4
:1% Er
3+
và (b)
NaYF
4
:2% Er
3+
ch to theo quy trình 1 (mc 2.1.4.1) áp sut khí quyn (không
có khí Ar)
45
Hình 3.2
nh FESEM ca các ht keo nano:(a) NaYF
4
:1% Er
3+
và
(b) NaYF
4
:2% Er
3+
ch to theo quy trình 1 (mc 2.1.4.1) trong môi
trng bình phn ng h, lu lng khí thi qua Ar là 0,4
(lít/phút)
46
Hình 3.3
nh TEM ca các ht keo nano: (a) NaYF
4
:1%Er
3+
và (b)
NaYF
4
:2%Er
3+
ch to theo quy trình 1 (mc 2.1.4.1)trong môi
trng bình phn ng h, lu lng khí Ar thi qua là 0,4
(lít/phút)
46
Hình 3.4
Cu trúc phân t ca các ht keo nano NaYF
4
:Er
3+
,Yb
3+
sau khi
liên hip vi cu trúc lng tính (amphipol)
47
Hình 3.5
nh FESEM ca mu Y(OH)
3
ch to theo quy trình 2 (mc
2.1.4.2) (a) 120
o
C và (b) 140
o
C trong 24h, s dng khuôn mm
PEG (Mw=4000)
48
Hình 3.6
a), (b): nh FESEM và (c) gin đ nhiu x tia X ca mu Y(OH)
3
ch to theo quy trình 2 (mc 2.1.4.2) 160
o
C trong 24h, s dng
khuôn mm PEG (Mw=4000)
48
Hình 3.7
(a), (b): nh FESEM ca mu Y(OH)
3
ch to theo quy trình 2
(mc 2.1.4.2) 170
o
C trong 24h (s dng khuôn mm PEG 4000)
49
Hình 3.8
nh FESEM ca mu Y(OH)
3
ch to theo quy trình 2 (mc
2.1.4.2) : (a), (b) 180
o
C và (c) 190
o
C trong 24h, s dng khuôn
mm PEG 4000
49
Hình 3.9
nh FESEM ca mu Y(OH)
3
ch to theo quy trình 2 (mc
2.1.4.2) : (a), (b) 195
o
C và (c) 200
o
C trong 24h, s dng khuôn
mm PEG 4000
50
Hình 3.10
nh FESEM ca:(a) các thanh nano Tb(OH)
3
; (b) các cu trúc mt
chiu không mong mun ca mu Y(OH)
3
:5% Eu
3+
& 1,25% Tb
3+
(không dùng khuôn mm); (c) các thanh nano Tb(OH)
3
và (d) các
thanh nano Y(OH)
3
:5% Eu
3+
& 1,25% Tb
3+
(ch to cùng điu
kin và dùng khuôn mm PEG 4000).
52
Hình 3.11
nh FESEM ca các thanh, ng nano Y(OH)
3
ch to bng phng
pháp thy nhit : (a) 170
o
C trong 48h, không dùng khuôn mm;
(b) 180
o
C và (c) 140
o
C trong 24h dùng PEG 6000
53
Hình 3.12
nh FESEM ca mu Y(OH)
3
:5%Eu
3+
ch to theo quy trình 2
(mc 2.1.4.2) 190
o
C trong 24h, s dng khuôn mm PEG 4000
54
Hình 3.13
nh FESEM ca mu Y(OH)
3
:5% Eu
3+
ch to theo quy trình 2
(mc 2.1.4.2) 200
o
C trong: (a), (b) 6h và (c), (d) 12h, khuôn mm
PEG 4000
54
Hình 3.14
nh FESEM ca mu Y(OH)
3
:5% Eu
3+
ch to theo quy trình 2
(mc 2.1.4.2) 200
o
C trong 18h, khuôn mm PEG 4000
55
Hình 3.15
nh FESEM ca mu Y(OH)
3
:5% Eu
3+
ch to theo quy trình 2
(mc 2.1.4.2) 200
o
C trong: (a), (b) 24h và (c), (d) 32h, khuôn
PEG 4000
55
Hình 3.16
nh SEM ca mu Y(OH)3:Eu3+ do nhóm Wu X. ch to theo
phng pháp thy nhit thông thng (không dùng khuôn mm)
170
o
C ti các thi gian khác nhau: (a) 6h; (b) 12h và (c) 24h
56
Hình 3.17
(a) nh TEM ca ht nano Y
2
O
3
ta cu ch to 190
o
C- s dng
khuôn mm là các liên kt oliglome- DEG và (b) nh FESEM ca
thanh nano Y(OH)
3
ch to 190
o
C- khuôn là các liên kt polime-
PEG 4000
57
Hình 3.18
nh FESEM ca mu Y(OH)
3
ch to theo quy trình 2 (mc
2.1.4.2) : (a), (b) 210
o
C trong 24h, PEG 6000 và (b) 230
o
C trong
24h, PEG 20000
57
Hình 3.19
(a) nh FESEM, (b) nh TEM và (c) nh nhiu x đin t ca mu
Y
2
O
3
:5% Eu
3+
ch to theo quy trình 3 (mc 2.1.4.3) 315
o
C, 55at,
35 phút, gia nhit bng vi sóng, tn s 2450 Hz (khuôn mm DEG)
59
Hình 3.20
ng cong phân tích nhit DTA và TGA ca ng nano Y(OH)
3
tit din lc giác ch to 200
o
C trong 24h
60
Hình 3.21
Gin đ nhiu x tia X ca mu Y(OH)
3
ch to theo quy trình 2
(mc 2.1.4.2) 170- 200
o
C trong 24h, khuôn mm PEG 4000
62
Hình 3.22
Gin đ nhiu x tia X ca các ng nano: (A) Y(OH)
3
do chúng tôi
ch to 200
o
C, 24h và Y
2
O
3
tit din hình lc giác nhit
700
o
C trong 2h; (B) Y(OH)
3
140
o
C, 4h (đng a),12h (đng
b),24h (đng c) và ng nano Y
2
O
3
500
o
C, 2h, 1
o
C/phút (đng
d) do nhóm Tang Q. ch to
63
Hình 3.23
Cu trúc ô c s ca các ng nano: (a) Y(OH)
3
tit din hình lc
giác pha hexagonal [P6
3
/m] và (b) Y
2
O
3
pha lp phng [Ia3]
64
Hình 3.24
Gin đ XRD ca các ng nano: (a) Y
2
O
3
pha tp 3, 5 và 7% Eu
3+
(đng 1, 2, 3); (b) Y
2
O
3
đng pha tp Eu
3+
& Tb
3+
ti các t l
nng đ Eu
3+
/Tb
3+
là: 3/1, 3,5/1, 4/1, 5/1 và 5/1,25 (đng 1-5)
65
Hình 3.25
Ph hp th hng ngoi khai trin Fourier ca: (a) thanh nano
Y(OH)
3
ch to 190
o
C và (b) ng nano Y(OH)
3
ch to 200
o
C
trong 24h
67
Hình 3.26
Ph hp th hng ngoi khai trin Fourier ca các ng nano Y
2
O
3
nung : (a) 700
o
C, 2h và (b) 900
o
C, 2h, tc đ nâng và h nhit đ
5
o
C/phút
69
Hình 3.27
nh FESEM ca các ng nano Y
2
O
3
:5%Eu
3+
sau khi 700
o
C và
đ n đnh trong 2h, tc đ nâng và h nhit đ là 5
o
C/phút
71
Hình 3.28
C ch hình thành các ng, thanh nano TiO
2
75
Hình 4.1
Gin đ nhiu x tia X ca bt nano ZrO
2
:5% Eu
3+
ch
to theo
quy trình 3 mc 2.1.4.3 các nhit đ phn ng: 190, 200 và
315
o
C (đng 1-3).
78
Hình 4.2
(a) nh TEM và (b) phân b kích thc ht ca mu ZrO
2
:5%Eu
3+
ch to theo quy trình 3 (mc 2.1.4.3) 315
o
C trong 35 phút,
dùng khuôn mm DEG
80
Hình 4.3
Gin đ nhiu x tia X ca bt nano ZrO
2
:5% Eu
3+
ch
to theo
quy trình 3 mc 2.1.4.3 315
o
C, 55 at trong 35 phút: không dùng
khuôn mm (đng 1) và dùng DEG trong dung dch phn ng
(đng 2)
81
Hình 4.4
nh SEM (LEO 1530) ca các ht nano ZrO
2
:5% Eu
3+
ch to theo
quy trình 3 (mc 2.1.4.3) 315
o
C, 35 phút, 55at:(a) dùng khuôn
DEG và (b) không dùng khuôn mm trong dung dch phn ng
81
Hình 4.5
Gin đ nhiu x tia X ca các ht nano: (a): ZrO
2
/ZrO
2
:Er
3+
và
(b): ZrO
2
/ZrO
2
:Yb
3+
ti các nng đ khác nhau (0-15% mol), ch
to theo quy trình 3 (mc 2.1.4.3) 315
o
C trong 35 phút, 55 at s
dng khuôn mm DEG
83
Hình 4.6
nh hng ca nng đ pha tp các ion đt him đn kích thc
trung bình ca các ht nano ZrO
2
:Er
3+
,Yb
3+
tính theo: (a) công
thc Scherrer; (b) din tích b mt (BET).
84
Hình 4.7
nh TEM ca mu ZrO
2
pha tp (a) 1% Er
3+
, (b) 5% Er
3+
, c) 15%
Er
3+
, d) 1% Yb
3+
, e) 5% Yb
3+
, và (d) 15% Yb
3+
ch to theo quy
trình 3 (mc 2.1.4.3) 315
o
C trong 35 phút, 55 at, khuôn mm
DEG
85
Hình 4.8
nh nhiu x đin t ca mu ZrO
2
pha tp (a) 1% Er
3+
, (b) 10%
Er
3+
, (c) 15% Er
3+
(d) 1% Yb
3+
, (e) 10% Yb
3+
và (f) 15% Yb
3+
ch
to theo quy trình 3 (mc 2.1.4.3) 315
o
C trong 35 phút, 55 at,
khuôn mm DEG
86
Hình 4.9
nh FESEM ca mu ZrO
2
:1%Er
3+
ch to 200
o
C trong: (a) 20
gi, gia nhit bng autoclave theo quy trình 2 (mc 2.1.4.2) và (b)
trong 60 phút, gia nhit bng vi sóng tn s 2450 Hz theo quy
trình 3 (mc 2.1.4.3)
87
Hình 4.10
Gin đ nhiu x tia X ca mu ZrO
2
:1% Er
3+
ch to 200
o
C
trong (a) 20 gi, gia nhit bng autoclave theo quy trình 2 (mc
2.1.4.2) và (b) trong 60 phút, gia nhit bng vi sóng tn s 2450
Hz theo quy trình 3 (mc 2.1.4.3)
88
Hình 4.11
Gin đ nhiu x tia X ca mu bt nano ZrO
2
:1% Er
3+
sau khi x
lý nhit : 70; 600
o
C, 1h; 800
o
C, 1h; 1000
o
C, 1h; 1200
o
C, 1h và
1200
o
C, 2h (đng 1-6)
89
Hình 4.12
Ô mng ca các ht nano ZrO
2
pha: (a) t giác và (b) đn tà đc
xây dng t s liu nhiu x tia X da trên chng trình mô phng
cu trúc
91
Hình 4.13
nh TEM ca mu ZrO
2
:1% Er
3+
nhit : (a) 600
o
C, 1h và (b)
1200
o
C, 2h
91
Hình 5.1
Ph kích thích hunh quang ca mu Y
2
O
3
:5%Eu
3+
(
em
=611 nm)
96
Hình 5.2
(a) Ph hunh quang ca mu Y(OH)
3
:5% Eu
3+
cu trúc mt chiu
ch to theo quy trình 2, mc 2.1.4.2. 200
o
C trong thi gian 6-
32h; (b) S đ các mc nng lng ca ion Eu
3+
97
Hình 5.3
Ph hunh quang ca mu Y
2
O
3
:5% Eu
3+
cu trúc mt chiu ch
to theo quy trình 2, mc 2.1.4.2. 200
o
C trong thi gian 6-32h và
nhit 700
o
C trong 2h, tc đ nâng và h nhit đ là 5
o
C/phút
100
Hình 5.4
Ph hunh quang ca ng nano Y
2
O
3
pha tp 3; 5 và 7% Eu
3+
cu
trúc mt chiu ch to theo quy trình 2, mc 2.1.4.2. 200
o
C trong
24h và nhit 700
o
C trong 2h, tc đ nâng và h nhit đ là
5
o
C/phút
102
Hình 5.5
Ph hunh quang ca các ht nano Y
2
O
3
:3; 5& 7%Eu
3+
ch to
theo quy trình 3, mc 2.1.4.3 315
o
C-55 at trong 35 phút, s dng
khuôn mm (a) DEG và (b) PEG
104
Hình 5.6
Ph hunh quang ca các thanh nano Y
2
O
3
pha tp:
(a) 5% mol Eu
3+
; 4Eu
3+
&1Tb
3+
; 5Eu
3+
&1,25Tb
3+
,
(b) 1,25Tb
3+
(ch to theo quy trình 2, mc 2.1.4.2. 200
o
C trong
24h và nhit 700
o
C trong 2h),
(c) ph sau khi đã chun hóa theo cng đ phát x ca ion Eu
3+
106
Hình 5.7
Ph hunh quang ca Y
2
O
3
pha tp và đng pha tp hai ion
Eu
3+
&Tb
3+
( hai đng phía di, cng đ hunh quang đã
đc nhân lên gp 5 ln giá tr thc
108
Hình 5.8
Ph hunh quang ca các ht keo nano NaYF
4
:1%Er
3+
, ch to
theo quy trình 1, mc 2.1.4.1. khi kích thích bc sóng 940 nm
109
Hình 5.9
Ph hunh quang ca các ht nano ZrO
2
pha tp 3; 5 và 7% mol
Eu
3+
ch to theo quy trình 3, mc 2.1.4.3 315
o
C, 55 at trong 35
phút, kích thích 370 nm
111
Hình 5.10
Ph hunh quang ca các ht nano ZrO
2
pha tp 3; 5 và 7% mol
Eu
3+
ch to theo quy trình 3, mc 2.1.4.3 315
o
C, 55 at trong 35
phút, kích thích bc sóng 266 nm.
113
Hình 5.11
Ph hunh quang ca ZrO
2
pha tp: 1) 1% mol Tb
3+
; 2) 0.5% mol
Eu
3+
&1% mol Tb
3+
; 3) 3% mol Eu
3+
&1% mol Tb
3+
; 4) 5% mol
Eu
3+
; 5) 5% mol Eu
3+
&1% mol Tb
3+
ch to theo quy trình 3, mc
2.1.4.3 315
o
C-55at trong 35 phút, kích thích bc sóng 370 nm
115
Hình 5.12
Ph hunh quang chuyn đi ngc ca các ht nano
ZrO
2
:1%Er
3+
ch to theo quy trình 3, mc 2.1.4.3 315
o
C, 55at
trong 35 phút, x lý nhit 70, 600, 1000 và 1200
o
C trong 1h, kích
thích bc sóng 830 nm
116
Hình 5.13
Ph hunh quang chuyn đi ngc ca mu ZrO
2
:1; 5 và 10%
Er
3+
ch to theo quy trình 3, mc 2.1.4.3 315
o
C, 55at trong 35
phút, x lý nhit 1200
o
C trong 1h ( kích thích 940 nm)
118
Hình 5.14
Ph hunh quang chuyn đi ngc ca mu ZrO
2
:1%Er
3+
và
ZrO
2
:1%Er
3+
& 18%Yb
3+
ch to theo quy trình 3, mc 2.1.4.3
315
o
C, 55at trong 35 phút, x lý nhit 1200
o
C trong 1h, kích
thích bng lade hng ngoi bc sóng 940 nm
120
MC LC
Trang
M U
1
CHNG 1: TNG QUAN TÌNH HÌNH VÀ TRIN VNG
NGHIÊN CU VT LIU NANO THP CHIU
5
1.1. M đu 5
1.2. Khái nim v vt liu và công ngh nano 5
1.3. Các tính cht đc trng ca vt liu nano 6
1.4. Phân loi vt liu nano 7
1.5. Xu hng ch to vt liu nano 9
1.6. Hunh quang ca các hp cht đt him cu trúc nano 10
1.6.1. c đim chung ca các nguyên t
đt him 10
1.6.2. Các quá trình phát quang ca hp cht đt him 12
1.6.2.1. Phát quang truyn nng lng 14
1.6.2.2. Phát quang chuyn đi ngc 17
1.6.3. Trin vng ng dng và tình hình nghiên cu mt s vt liu
phát quang cha đt him 23
Kt lun chng 1 25
CHNG 2: LA CHN PHNG PHÁP THC NGHIM
CH TO VÀ KHO SÁT VT LIU NANO CU TRÚC
THP CHIU
26
2.1. La chn ph
ng pháp ch to vt liu nano cu trúc thp chiu 26
2.1.1. M đu 26
2.1.2. Phng pháp khuôn cng 26
2.1.2.1. Tng hp vt liu da trên các đ rn 27
2.1.2.2. Tng hp vt liu da trên các kênh trong vt liu xp 28
2.1.2.3. Tng hp vt liu da trên các cu trúc nano có sn 29
2.1.3. Phng pháp khuôn mm 29
2.1.3.1. Ch to vt liu s dng các cht hot đng b mt 31
2.1.3.2. Ch to vt liu s dng các chui polime 31
2.1.4. Phng pháp khuôn mm trong ch to các dng cu trúc
nano thp chiu khác nhau ca các hp cht cha ytri và ziriconi 32
2.1.4.1. Quy trình ch to các ht keo nano NaYF
4
:Er
3+
,Yb
3+
…. 34
2.1.4.2. Quy trình ch to các cu trúc nano mt chiu 35
2.1.4.3. Quy trình ch to các ht nano trên nn ytri và ziriconi 38
2.2. Các thit b đã s dng đ nghiên cu cu trúc và tính cht ca
các vt liu nano cu trúc thp chiu 40
2.2.1. Kính hin vi đin t quét và kính hin vi đin t truyn qua 40
2.2.2. H nhiu x k tia X ……………………………………… 40
2.2.3. H thng phân tích nhit vi sai và phân tích nhit trng lng . 41
2.2.4. H đo ph h
ng ngoi 41
2.2.5. H đo ph hunh quang 41
Kt lun chng 2 43
CHNG 3: CH TO, CU TRÚC VÀ TÍNH CHT CA
VT LIU NANO THP CHIU TRÊN NN YTRI
44
3.1. M đu
44
3.2. Quá trình hình thành các ht keo nano NaYF
4
:Er
3+
, Yb
3+
44
3.3. Quá trình hình thành các cu trúc nano mt chiu trên nn ytri 47
3.3.1. nh hng ca nhit đ phn ng 47
3.3.2. nh hng ca thi gian phn ng 53
3.3.3. nh hng ca các loi khuôn mm khác nhau 56
3.4. Quá trình hình thành các ht nano Y
2
O
3
:Eu
3+
áp sut cao (55at) 58
3.5. Các phép đo phân tích nhit TDA và TGA 59
3.6. Pha tinh th ca các cu trúc nano mt chiu trên nn Y(OH)
3
61
3.7. Ph hp th hng ngoi khai trin Fourier ca các thanh, ng
nano Y(OH)
3
, Y
2
O
3
66
3.8. C ch hình thành các dng cu trúc nano mt chiu ca
RE(OH)
3
71
Kt lun chng 3 76
CHNG 4: CH TO, CU TRÚC VÀ TÍNH CHT CA
VT LIU NANO THP CHIU NN ZIRICONI
77
4.1. M đu
77
4.2. nh hng ca nhit đ phn ng và khuôn mm đn quá trình
hình thành các ht nano ZrO
2
và ZrO
2
:RE
3+
77
4.2.1. nh hng ca nhit đ phn ng 78
4.2.2. nh hng ca khuôn mm 80
4.3. nh hng ca nng đ pha tp 82
4.4. nh hng ca cách gia nhit đn hình dng và cu trúc pha tinh
th ca các ht nano ZrO
2
và ZrO
2
:RE
3+
87
4.5. nh hng ca các quá trình x lý nhit 89
4.6. C ch hình thành các ht nano ZrO
2
92
Kt lun chng 4 94
CHNG 5: TÍNH CHT HUNH QUANG CA VT LIU
NANO CU TRÚC THP CHIU TRÊN NN YTRI VÀ
ZIRICONI……………………………………………………………. 95
5.1. M đu 95
5.2. Tính cht quang ca các cu trúc nano thp chiu trên nn ytri 96
5.2.1. Ph kích thích hunh quang ca các ht keo nano Y
2
O
3
:5%
Eu
3+
96
5.2.2. Ph hunh quang ca các ng nano Y(OH)
3
:Eu
3+
97
5.2.3. Ph hunh quang ca mu Y
2
O
3
:Eu
3+
cu trúc mt chiu 100
5.2.4. Ph hunh quang ca các ht nano Y
2
O
3
:Eu
3+
104
5.2.5. Ph hunh quang ca Y
2
O
3
:Eu
3+
&Tb
3+
cu trúc nano mt
chiu 106
5.3. Tính cht quang ca các ht keo nano NaYF
4
:Er
3+
109
5.4. Tính cht quang ca các ht nano ZrO
2
:RE
3+
(Eu
3+
, Tb
3+
, Er
3+
,
Yb
3+
) 110
5.4.1. Ph hunh quang ca các ht nano ZrO
2
:Eu
3+
111
5.4.2. Ph hunh quang ca ht nano ZrO
2
:Eu
3+
/Tb
3+
114
5.4.3. Ph hunh quang chuyn đi ngc ca các ht nano
ZrO
2
:Er
3+
115
5.4.4. Ph hunh quang chuyn đi ngc ca ZrO
2
:Er
3+
& Yb
3+
119
Kt lun chng 5 122
KT LUN
124
DANH MC CÁC CÔNG TRÌNH Ã CÔNG B
126
PH LC
129
TÀI LIU THAM KHO
132
1
M U
Hin nay có rt nhiu loi vt liu nano có cu trúc hình thái khác nhau đc
quan tâm nghiên cu. in hình là các vt liu nano dng ht [55], [141], thanh
[142], dây [18], ng [122], hoc cu trúc phc tp hn nh tetrapod [52], cage
[78] Da trên hình dng và kích thc, có th phân vt liu nano thành hai nhóm
là vt liu nano cu trúc thp chiu [24] và vt liu nano đa chiu [78]. Các vt
liu nano có th là các kim loi hay ôxit, các hp cht vô c, hu c
, các cht bán
dn v.v Thí d nh các ht nano: Au, Ag [140], TiO
2
[10], SiO
2
[57], ZrO
2
[105],
Fe
2
O
3
[83]…; các ng, dây và thanh nano: C [115], Au, Pt [24], Ag [70], Pd
[140], TiO
2
[11], [104], ZnO [14]…; các màng nano: SiO
2
[7], TiO
2
[9] các ht
nano tinh th bán dn có cu trúc chm lng t (quantum dot) nh ZnS [124],
CdSe [125]…; ngoài ra có các cu trúc nano ba chiu: tinh th photonic crystal
[128], C60, các lng cage siloxan [78]
Trong đó, các cu trúc nano thp chiu da trên các hp cht ca oxi vi kim
loi đang là mi quan tâm ca nhiu nhóm nghiên cu trên th gii [140]. Chúng
ta có th k đn mt s nhóm nghiên cu chính v các vt liu hyđroxit, ôxit kim
loi thp chiu nh: nhóm T. Sato i hc Tohoku nghiên cu v các vt liu
nano phát quang vùng màu đ và xanh trên h vt liu Y(OH)
3
và Y
2
O
3
pha tp
các ion đt him Eu
3+
, Tb
3+
, Tm
3+
[30], nhóm X. Wang và J. D. Li i hc
Thanh Hoa-Bc Kinh nghiên cu v các vt nano trên c s các hyđroxit, ôxit đt
him [12], nhóm W. Lojkovski và W. Strek nghiên cu v các tính cht ca bt
nano phát quang và các gm phát quang trên c s SiO
2
, ZrO
2
[65], [74], nhóm Y.
Mao nghiên cu v các ng nano Y
2
O
3
:Er
3+
[87]…
Vit Nam, các loi vt liu nano cng đc nhiu nhóm quan tâm nghiên
cu t cui nhng nm 1990 và đã đt đc nhiu thành tu đáng k. Nh các
nghiên cu v ôxit bán dn cu trúc nano ZnO [119], ZnS [60], TiO
2
[88] ng
dng trong lnh vc quang đin t, quang t và y sinh. Các nghiên cu v ht cu
nano SiO
2
là vt liu nn cho ch to các vt liu quang hc kiu mi thí d nh
vt liu quang hc phát quang hiu sut cao [128], vt liu quang hc có đ bn
cao và có th thay đi đc chit sut ng dng trong dn sóng phng dùng trong
thông tin quang hc [6], [9]… Các nghiên cu v chm lng t kích thc nano
2
ca các hp cht bán dn A
III
B
V
, A
II
B
VI
ng dng trong chiu sáng rn và đánh
du hunh quang y sinh [52], [124]. Các ht ôxit st kích thc nano ng dng
trong x lý môi trng, to môi trng dit t bào ung th di tác đng ca t
trng xoay chiu [83] hay các ht siêu thun t làm tng tng phn trong công
ngh chp nh cng hng t ht nhân [65]. Các vt liu ôxit ytri cu trúc nano
phát quang ng dng trong quang đin t và đánh du bo mt [1], [56]…
So vi các vt liu trên, Y
2
O
3
và ZrO
2
đc bit đn nh là hai nn c bn đ
to ra các vt liu/linh kin phát quang cht lng cao, có tn s dao đng phonon
thp, có đ bn nhit, đ bn c hc cao, n đnh và rt thân thin vi môi trng
[141], [150]. in hình nh bt Y
2
O
3
:Eu
3+
phát quang màu đ hin nay đc s
dng khá ph bin trong các thit b hin th hình nh (màn hình plasma) [33].
Hay các vt liu cha đt him trên nn ZrO
2
đang m ra nhiu ng dng mi
trong lnh vc quang hc phát quang, đc bit là các thit b phát quang đòi hi có
đ bn c hc, bn nhit cao, chu mài mòn, chu n mòn, chu phóng x [55].
Ngoài ra c hai loi nn ytri và ziriconi đu có th kt hp tt vi LED đ to ra
các phosphor màu phát quang ng dng trong chiu sáng (chiu sáng rn ánh sáng
trng) [33], [107]; vt liu chuyn hóa nng lng s dng cho pin mt tri [121];
vt liu phát quang chuyn đi ngc trong vùng kh kin khi s dng ngun kích
thích vùng hng ngoi ng dng trong y sinh…[113], [120].
Theo hiu bit ca chúng tôi, nc ta cho đn nay các nghiên cu c bn
v vt liu nano nn ytri, ziriconi mi ch ch yu tp trung vào các vt liu nano
dng ht. Các phng pháp ch to thng đc s dng bao gm: ph
ng pháp
đng kt ta, phng pháp phn ng cháy n [12], phng pháp sol-gel [56]…
Trong đó cha có mt nghiên cu đy đ nào v phng pháp tng hp vt liu
nano cho phép điu khin kích thc, hình dng (ht, thanh, dây, ng nano v.v.)
cng nh cu to tinh th và cu trúc ca vt liu. Hn na, các nghiên cu v vt
liu phát quang cha đt him nn ZrO
2
nc ta cho đn nay hu nh cha đc
tin hành. Vì vy hng nghiên cu ch to vt liu nano cu trúc thp chiu trên
nn ytri, ziriconi là hng nghiên cu hin đi và có nhiu trin vng. T hng
nghiên cu ln trên, chúng tôi đã la chn ni dung và vt liu c th cho lun án
là ch to, nghiên cu tính cht quang ca các cu trúc nano thp chiu nn ytri và
3
ziriconi. đt đc mc tiêu này, cn phi xây dng mt phng pháp ch to
vt liu mi, có th điu khin đc kích thc và hình dng ca các cu trúc
nano nh mong mun.
Trên c s k tha các kt qu nghiên cu ca tp th khoa hc v vt liu
nano quang đin t [1], [9], [10] chúng tôi xác đnh mc tiêu ca lun án là tp
trung nghiên c
u, tìm ra mt quy trình ch to vt liu n đnh, có kh nng lp li
cao, có th ch to đc các cu trúc nano trên nn ytri và ziriconi nh mong
mun. T đó làm ch phng pháp ch to vt liu và nghiên cu chi tit v cu
trúc và tính cht hóa lý cng nh mi quan h gia tính cht quang và cu to ca
vt liu, đc bit di góc đ ca vt liu nano.
đt đc mc tiêu nêu trên, trong lun án này chúng tôi xây dng phng
pháp ch to vt liu t di lên (bottom-up) và la chn phng pháp khuôn
mm (soft template method) là mt phng pháp mi đ ch to có điu khin
kích thc và hình dng các cu trúc nano thp chiu khác nhau nn ytri và
ziriconi. Tip theo s dng các phng pháp: hin vi đin t quét phát x trng
(FESEM), hin vi đin t truy
n qua (TEM), nhiu x đin t (ED), nhiu x tia X
(XRD), phân tích nhit vi sai (DTA), phân tích nhit trng lng (TGA), ph
hng ngoi khai trin Fourier (FTIR) và ph hunh quang đ nghiên cu cu trúc
và tính cht ca vt liu.
Các cu trúc khác nhau nh ht, lá, dây, thanh, ng nano tit din tròn và ng
nano tit din lc giác ca Y(OH)
3
, Y
2
O
3
và các hp cht Y(OH)
3
, Y
2
O
3
pha tp
các ion đt him (Eu
3+
, Tb
3+
) đc ch to áp sut khí quyn, áp sut thp (1-2
at) kt hp vi gia nhit đng tnh và áp sut cao (55 at) kt hp vi gia nhit bng
vi sóng tn s 2450 Hz. Chúng tôi cng đng thi tin hành các thí nghim ch
to các cu trúc nano dng “con nhng” và các ht nano ca ZrO
2
và
ZrO
2
:RE
3+
(Eu
3+
, Tb
3+
, Er
3+
, Yb
3+
) có đng kính 5-15 nm áp sut thp (1-2 at)
và áp sut cao (55 at) nhm hng ti các ng dng mi trong quang hc phát
quang và chiu sáng rn, đc bit là các ng dng cn môi trng làm vic khc
nghit đòi hi vt liu/linh kin có kh nng chu n mòn, chu nhit, chu ti vi
cng đ cao, chu phóng x
4
Bên cnh đó, chúng tôi cng bt đu các nghiên cu thm dò đi vi h vt
liu NaYF
4
:Er
3+
/,Yb
3+
vi mong mun to đc vt liu có kh nng phân tán đu
trong nc và các dung môi hu c phân cc. Mu ch to có kh nng phát
quang chuyn đi ngc trong vùng kh kin vi hiu sut cao khi kích thích mu
vùng hng ngoi. T đó phát trin các nghiên cu mi v vt liu phát quang và
hunh quang y sinh.
Các kt qu đt đc trong quá trình thc hin lun án s đc trình bày có
h thng trong 5 chng, ni dung chính ca mi chng nh sau:
• Trong Chng 1 trình bày tng quan v các tính cht c bn, phân loi,
hng ch to ca vt liu nano thp chiu và tính cht quang ca các hp
cht cu trúc nano pha đt him. Bên cnh đó cng trình bày tình hình và
trin vng nghiên cu ca mt s vt liu nano trên c s các hp cht đt
him.
• Chng 2 mô t chi tit phng pháp tng hp các loi vt liu da trên
khuôn. Trên c s đó đã la chn phng pháp khuôn mm đ ch to có
điu khin các dng cu trúc nano khác nhau ca h vt liu cha ytri và
ziriconi. ng thi cng thng kê chi tit các thông s k thut ca các thit
b nghiên cu vt liu đã s
dng trong lun án.
• Ni dung chính ca chng 3 đ cp đn các kt qu ch to, nghiên cu cu
trúc và tính cht hóa lý ca các cu trúc nano thp chiu trên nn ytri nh
Y(OH)
3
, Y
2
O
3
, NaYF
4
và Y(OH)
3
, Y
2
O
3
, NaYF
4
pha tp đt him (Eu
3+
,
Tb
3+
, Er
3+
, Yb
3+
).
• Chng 4 trình bày các kt qu nghiên cu cu trúc và tính cht ca các ht
nano ZrO
2
và ZrO
2
:RE
3+
(Eu
3+
, Tb
3+
, Er
3+
, Yb
3+
) ch to áp sut cao.
• Các nghiên cu v tính cht quang ca vt liu nano nn ytri, ziriconi pha
tp/đng pha tp các ion đt him (Eu
3+
, Tb
3+
, Er
3+
, Yb
3+
) đc tho lun chi
tit trong chng 5. c bit là hiu ng phát quang chuyn đi ngc trên
các h mu ht nano ZrO
2
:Er
3+
/,Yb
3+
và NaYF
4
:Er
3+
/,Yb
3+
. C ch tng tác
gia các yu t phát quang vi mng nn, vi tác nhân tng nhy và s ph
thuc ca ph hunh quang vào các điu kin ch to cng đc tho lun
chi tit trong chng này.
5
CHNG 1
TNG QUAN V VT LIU NANO CU TRÚC THP CHIU
1.1. M đu
Chúng ta vn thng coi các vt liu nano là phát minh ca khoa hc hin
đi, nhng thc ra vt liu nano đc con ngi bit đn t rt lâu. Ngi ta đã
tìm thy các ht nano kim loi him vi ánh kim rc r trong các kính màu t thi
La Mã th k th IV hay trong các sn phm gm vùng Lng Hà th k th IX
sau công nguyên. Cho đn thi Trung đi và Phc Hng ngi ta cng tìm thy
nhiu sn phm tng t. Các ánh kim này chính là các ht nano Cu hoc Ag
đc ph thành mt lp mng trên b mt vt liu [40].
Trên thc t, ngi ta mi thc s bit đn các nghiên cu v vt liu nano
ln đu vào gia th k 19 (1857) qua mt s công b vt lý th
c nghim hin đi
ca M. Faraday. n nm 1959, R. Feynman đã mô t các thao tác thc nghim
điu khin và tiên đoán rng có rt nhiu cách đ điu khin t di lên vi thang
nh điu kin phòng, ý tng này chính là trung tâm ca khoa hc và công ngh
nano [37]. Cho ti nhng nm 80 và 90 ca th k XX khoa hc và công ngh
nano mi thc s phát trin và phát trin rt nhanh do đòi hi ca các ngành khoa
hc và công nghip, đc bit là công nghip vi đin t, nó m ra trin vng ng
dng rt ln và rng rãi ca các vt liu nano. Cùng vi nó là các phát minh và
phát trin v máy móc, thit b nghiên cu vt liu nano, đc bit là các thit b
hin đi xác đnh kích thc ca các ht nano nh TEM, STM, HRTEM, AFM,
XRD… [82], [86].
1.2. Khái nim v vt liu và công ngh nano
Cho đn nay, đã có nhiu loi máy móc, thit b tiên tin có kh nng nhìn,
đo, ch to và kho sát các tính cht mi ca vt cht có kích c thang nguyên
t (thang này đc coi là t 1 đn 100 nm và đc gi là thang nano) - đây chính
là khoa hc nano [25].
Vt liu nano là vt liu mà cu trúc c bn cu thành nên nó có kích thc
nm thang nano. Các tính cht mi ca vt cht đc phát hin thang nano có
