Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu phát quang NaYF4 er3+, yb3

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

======

NGUYỄN THỊ THU HƢƠNG

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT
VẬT LIỆU PHÁT QUANG NaYF4:Er3+, Yb3+

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
ThS. HOÀNG QUANG BẮC

HÀ NỘI – 2015


LỜI CẢM ƠN

Trong nhiều tháng nghiên cứu và học tập, nhờ vào nỗ lực của bản thân
cùng với sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo, em đã hoàn thành khóa luận của
mình đúng với thời gian quy định.
Trƣớc tiên, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và lòng biết ơn sâu sắc
của mình tới ThS. Hoàng Quang Bắc - Khoa Hóa học - Trƣờng ĐHSP Hà Nội
2 đã tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình nghiên cứu, thực
hiện đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn tới Ban Lãnh đạo Viện Khoa học Vật liệu (Viện
Hàn lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam); TS. Nguyễn Vũ và các cán bộ
Phòng Quang hoá điện tử đã tận tình chỉ bảo, tạo điều kiện thuận lợi cho em

trong thời gian qua.
Nhân dịp này em xin gửi cảm ơn đến các thầy cô giáo là giảng viên
khoa Hóa học - Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã quan tâm giúp đỡ,
trang bị cho em những kiến thức chuyên môn cần thiết trong quá trình học tập
tại trƣờng.
Xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ cho em hoàn
thành tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Trong quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp dù cố gắng nhƣng em
không tránh khỏi những sai sót. Vì vậy, em kính mong nhận đƣợc sự chỉ bảo
của các thầy cô và ý kiến đóng góp của các bạn sinh viên quan tâm.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 05 năm 2015
Sinh viên
Nguyễn Thị Thu Hƣơng


DANH MỤC 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 lƣợng từ tâm S (tăng nhậy) tới A ...........................................5
Hình 1.4. Sự truyền năng lƣợng từ S tới A .......................................................................6
Hình 1.5. Sơ đồ mô tả các cơ chế của các quá trình phát quang chuyển đổi ngƣợc ...14
Hình 1.6. Cơ chế của quá trình chuyển đổi ngƣợc [21] .................................................15
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình tổng hợp vật liệu theo phƣơng pháp thuỷ nhiệt ..................26
Hình 2.2. Sơ đồ nhiễu xạ trên mạng tinh thể...................................................................28
Hình 2.3. Sơ đồ khối và ảnh kính hiển vi điện tử quét ...................................................31
Hình 2.4. Sơ đồ hệ đo quang huỳnh quang .....................................................................31
Hình 2.5. Hệ đo quang huỳnh quang IHR550 tại Viện Khoa học Vật liệu. ................32
Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NaYF4:Er3+,Yb3+ với dung môi là H2O,
thủy nhiệt trong 4 giờ ở 200oC với tỉ lệ NaF/M(NO3)3 thay đổi: k = 4 ; k=5; k = 6; k

= 8; k=9; k = 10; k = 12....................................................................................................33
Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NaYF4:Er3+,Yb3+ với dung môi là H2O ở
200oC: trong 1 giờ; trong 4 giờ; trong 8 giờ; trong 24 giờ.............................................35
Hình 3.3. Ảnh SEM của vật liệu NaYF4:Er3+,Yb3+ thủy nhiệt trong ở 200oC với tỷ lệ
k= NaF/M(NO3)3 và thời gian khác nhau........................................................................36
Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của NaYF4:Er3+,Yb3+ đƣợc tổng hợp bằng phƣơng
pháp thủy nhiệt nhiệt trong dung môi DEG ở 200oC trong 4 giờ với tỉ lệ NaF/Y3+ =
5/1 ........................................................................................................................................37
Hình 3.5. Ảnh SEM của vật liệu NaYF4:Er3+,Yb3+ với dung môi DEG ở 200oC trong
4 giờ với tỉ lệ NaF/Y3+ = 5/1 .............................................................................................38
Hình 3.6. Phổ huỳnh quang chuyển đổi ngƣợc của hạt nano NaYF4:Er3+,Yb3+..........39
Hình 3.7. Sơ đồ mô tả các cơ chế của các quá trình phát quang chuyển đổi ngƣợc ...41


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Cƣờng độ phát xạ xanh lá cây đã đƣợc chuẩn hóa dƣới kích thích hồng
ngoại của các mạng chủ đồng pha tạp Yb3+, Er3+ .............................................................8
Bảng 1.2. Các ion nguyên tố đất hiếm [21].....................................................................10
Bảng 2.1. Danh sách các mẫu NaYF4:Er3+,Yb3+ với dung môi là H2O, (M(NO3)3 là ký
hiệu chung cho các muối nitrat kim loại) ........................................................................27
Bảng 2.2. Danh sách các mẫu NaYF4:Er3+,Yb3+ với thời gian thủy nhiệt thay đổi.....28


DANH MỤC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Các kí hiệu
λ

: bƣớc sóng (wavelength)

λ Exc

: bƣớc sóng kích thích (excitation wavelength)

λ Anal

: bƣớc sóng phân tích (analysis wavelength)

Ta

: nhiệt độ nung

ta

: thời gian nung

β

: độ bán rộng cực đại

θ

: góc nhiễu xạ tia X

υ

: tần số

η

: hiệu suất lƣợng tử phát quang

I

: cƣờng độ

Các chữ viết tắt
EM

: phát xạ (emission)

ESA

: sự hấp thụ của trạng thái kích thích (excited – state absortion)

ET

: truyền năng lƣợng (energy transfer)

ETU

: truyền năng lƣợng chuyển đổi ngƣợc (energy transfer upconversion)

EXC

: kích thích (excitation)

SEM

: hiển vi điện tử quét (emisstion scanning electron microscope)

GSA

: hấp thụ của trạng thái cơ bản (ground – state absortion)

MBE

: epitaxi chùm phân tử (molecular beam epitaxy)

RE

: đất hiếm (rare earth)

TEM

: hiển vi điện tử truyền qua (transmission electron microscope)


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU..............................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PHÁT QUANG PHA TẠP ĐẤT
HIẾM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU.......................................4
1.1. Tổng quan về vật liệu huỳnh quang có cấu trúc nano ..............................................4
1.1.1. Vật liệu huỳnh quang và ứng dụng..........................................................................4
1.1.2. Ảnh hƣởng của mạng chủ ........................................................................................6
1.1.3. Vật liệu phát quang NaYF4 ......................................................................................7
1.1.4. Cấu tạo vỏ điện tử và đặc tính phát quang của ion đất hiếm.................................9
1.1.5. Các chuyển dịch phát xạ và không phát xạ của ion đất hiếm .............................11
1.1.6. Sự phát quang chuyển đổi ngƣợc [17, 21, 22]......................................................13
1.1.7. Huỳnh quang của ion Er3+ và vai trò của ion Yb3+...............................................15

1.2. Một số phƣơng pháp chế tạo vật liệu phát quang cấu trúc nano............................17
1.2.1. Phƣơng pháp đồng kết tủa ......................................................................................17
1.2.2. Phƣơng pháp kết tủa keo trực tiếp trong dung môi nhiệt độ cao ........................18
1.2.3. Phƣơng pháp phân huỷ nhiệt..................................................................................20
1.2.4. Phƣơng pháp thuỷ nhiệt..........................................................................................23
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ......................................................................................25
2.1. Phƣơng pháp tổng hợp vật liệu NaYF4:Er3+,Yb3+ ..................................................25
2.1.1. Thiết bị và hóa chất .................................................................................................25
2.1.2. Phƣơng pháp thuỷ nhiệt tổng hợp vật liệu ............................................................25
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu tính chất và cấu trúc của vật liệu ...................................28
2.2.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X ...................................................................................28
2.2.2. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)............................................................................29
2.2.3. Phƣơng pháp phổ huỳnh quang .............................................................................31


CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................33
3.1. Cấu trúc và hình thái học của vật liệu.......................................................................33
3.1.1. Ảnh hƣởng của tỷ lệ NaF/M(NO3)3 đến vật liệu NaYF4:Er3+, Yb3+ trong dung
môi nƣớc .............................................................................................................................33
3.1.2. Ảnh hƣởng của thời gian thuỷ nhiệt đến vật liệu NaYF4:Er3+,Yb3+ trong dung
môi nƣớc .............................................................................................................................35
3.2. Kết quả phân tích phổ huỳnh quang của vật liệu ....................................................39
KẾT LUẬN........................................................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...............................................................................................43


MỞ ĐẦU
Sự phát triển nhƣ vũ bão của nền kinh tế luôn đặt ra các yêu cầu bức
thiết đối với khoa học công nghệ về các giải pháp năng lƣợng, vật liệu và thiết
bị với hiệu quả vƣợt trội và tính năng đột phá. Trong bối cảnh đó, công nghệ

nano ra đời đã phần nào giải quyết đƣợc các vấn đề cấp thiết. Việc ứng dụng
công nghệ nano vào các ngành khoa học và cuộc sống ngày càng đƣợc quan
tâm phát triển. Trong thời gian qua khoa học và công nghệ nano đã đạt đƣợc
những thành tựu to lớn đánh dấu bƣớc phát triển lịch sử không chỉ của khoa
học công nghệ, mà trong cả lĩnh vực kinh tế và xã hội. Các nhu cầu về điện
năng, năng lƣợng mới, sức khoẻ và môi trƣờng tạo tiền đề cho các ứng dụng
của khoa học và công nghệ nano.
Theo xu thế phát triển chung của công nghệ nano, các vật liệu cấu trúc
nano phát quang nhƣ chất màu hữu cơ, các chấm lƣợng tử chế tạo từ vật liệu
bán dẫn, các vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm đã ngày càng đƣợc ứng
dụng nhiều và đa dạng hơn trong các ngành kinh tế kĩ thuật và đời sống xã
hội. Gần đây, một loại vật liệu nano phát quang trở thành đối tƣợng khá “hot”
của nghiên cứu cơ bản và ứng dụng. Đó là vật liệu nano phát quang chứa ion
đất hiếm. Loại vật liệu này thu hút đƣợc sự quan tâm nghiên cứu phát triển
nhằm triển khai các ứng dụng trong in bảo mật [1,2], công nghệ lƣợng tử ánh
sáng [13], hiển thị hình ảnh [19, 44], đánh dấu sinh y học [8, 23].
Vật liệu nano chứa ion đất hiếm có tính chất đa dạng khác nhau, khi kết
hợp với mạng nền khác nhau thì chúng thể hiện những đặc tính phát quang rất
lý thú. Một trong số đó là hiệu ứng huỳnh quang chuyển đổi ngƣợc. Vật liệu
phát quang chuyển đổi ngƣợc là vật liệu có tính chất đặc biệt khác với những
vật liệu phát quang thông thƣờng, bởi vì khi kích thích bằng ánh sáng hồng
ngoại sẽ thu đƣợc phát xạ ánh sáng vùng khả kiến. Hay nói khác đi, khi dùng
ánh sáng có năng lƣợng thấp để kích thích chúng ta có thể thu đƣợc ánh sáng

Khoá luận tốt nghiệp

1


với năng lƣợng cao. Đó chính là cơ sở hứa hẹn cho khả năng ứng dụng đặc

sắc của vật liệu khối (micro) và vật liệu nano phát quang chuyển đổi ngƣợc
vào các lĩnh vực khoa học, công nghệ và đời sống. Với đối tƣợng ứng dụng là
sinh y học, các vật liệu nano phát quang chuyển đổi ngƣợc có hai ƣu thế cơ
bản so với vật liệu phát quang thông thƣờng. Trƣớc hết, chúng có khả năng
tạo thành hệ keo bền trong các môi trƣờng sinh lý; thứ đến là ánh sáng kích
thích lại nằm ở vùng hồng ngoại gần, nơi các vật liệu sống hấp thụ rất thấp.
Trong những năm gần đây đã có rất nhiều công trình công bố về các
loại vật liệu nano phát quang chuyển đổi ngƣợc khác nhau. Trong đó vật liệu
nền oxit, florua... của Ytri và Gadolini pha tạp ion đất hiếm nhƣ Eu3+, Tb3+,
Sm3+, Pr3+, Er3+, Yb3+, Tm3+ là nổi bật hơn cả. Trong các mạng nền của flo (F)
các nghiên cứu cho thấy rằng mạng nền NaYF4 ở kích thƣớc nanomet sẽ tạo
ra hiệu ứng phát quang chuyển đổi ngƣợc với hiệu suất phát quang cao, bền
trong các điều kiện ứng dụng khác nhau.
Chính vì vậy, đƣợc sự giúp đỡ của phòng Quang hoá điện tử - Viện Khoa học
Vật liệu - Viện Hàn Lâm Khoa học & Công nghệ Việt Nam, chúng tôi lựa
chọn đề tài:
“Tổng hợp và nghiên cứu vật liệu phát quang NaYF4: Yb3+, Er3+”
Mục tiêu của luận văn là: Xây dựng đƣợc công nghệ tổng hợp vật liệu
nano phát quang chuyển đổi ngƣợc NaYF4: Er3+, Yb3+ ở dạng bột bằng
phƣơng pháp thủy nhiệt. Trên cơ sở đó, nghiên cứu một cách có hệ thống
những ảnh hƣởng của điều kiện công nghệ nhƣ: nhiệt độ, nồng độ, dung
môi... lên sự hình thành và tính chất của vật liệu.
Phƣơng pháp nghiên cứu là phƣơng pháp thực nghiệm nhƣ: tổng hợp
hóa học vật liệu nano đất hiếm bằng phƣơng pháp thủy nhiệt. Sử dụng các
phƣơng pháp phân tích nhƣ: phƣơng pháp nhiễu xạ tia X, phƣơng pháp hiển

Khoá luận tốt nghiệp

2

vi điện tử quét (SEM) và phƣơng pháp đo phổ huỳnh quang để nghiên cứu cấu
trúc và tính chất quang học của vật liệu.
Nội dung khóa luận bao gồm:
Chương 1: Tổng quan về vật liệu phát quang pha tạp đất hiếm và các
phương pháp tổng hợp vật liệu
Chương 2: Thực nghiệm
Chương 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận
Tài liệu tham khảo

Khoá luận tốt nghiệp

3


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PHÁT QUANG PHA TẠP
ĐẤT HIẾM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU
1.1. Tổng quan về vật liệu huỳnh quang có cấu trúc nano
1.1.1. Vật liệu huỳnh quang và ứng dụng
Vật liệu huỳnh quang là vật liệu có thể biến đổi một số loại năng lƣợng
thành bức xạ điện từ. Bức xạ điện từ đƣợc phát xạ bởi vật liệu huỳnh quang
thƣờng nằm trong vùng nhìn thấy, hoặc cũng có thể nằm trong vùng tử ngoại
và hồng ngoại. Quá trình huỳnh quang có thể đƣợc kích thích bởi nhiều loại
năng lƣợng khác nhau: nếu kích thích bằng bởi bức xạ điện từ ta có quang
huỳnh quang, nếu kích thích bằng chùm electron năng lƣợng cao ta có huỳnh
quang catot, nếu kích thích bằng hiệu điện thế của dòng điện thì ta có điện
huỳnh quang…[8].

Kích thích

Phát xạ

A
HEAT
Hình 1.1. Sơ đồ của tinh thể hay vật liệu huỳnh quang
(HEAT: sự trở về không bức xạ tới trạng thái cơ bản)
Một vật liệu huỳnh quang pha tạp thông thƣờng gồm có một mạng chủ
(host) và một tâm huỳnh quang, đƣợc gọi là tâm kích hoạt (activator). Ví dụ,
trong tinh thể huỳnh quang ruby (Al2O3 :Cr3+), mạng chủ là Al2O3, tâm kích
hoạt là ion Cr3+ ; trong vật liệu NaYF4 :Er3+, mạng chủ là NaYF4, tâm kích
hoạt là ion Er3+.
Các quá trình huỳnh quang trong hệ đƣợc xảy ra nhƣ sau: Bức xạ kích
thích đƣợc hấp thụ bởi tâm kích hoạt, tâm này đƣợc nâng lên từ trạng thái cơ

Khoá luận tốt nghiệp

4


bản A lên trạng thái kích thích A* (hình 1.2). Từ trạng thái kích thích hồi
phục về trạng thái cơ bản bằng sự phát xạ bức xạ R. Ngoài quá trình bức xạ
còn có sự hồi phục không bức xạ NR. Trong quá trình này năng lƣợng của
trạng thái kích thích đƣợc dùng để kích thích dao động mạng, có nghĩa là làm
nóng mạng chủ [8].
A*

NR

R

Bức xạ kích thích

A

Hình 1.2. Sơ đồ mô tả quá trình huỳnh quang
Bức xạ kích thích có thể không bị hấp thụ bởi các ion kích hoạt mà bởi
các ion hoặc nhóm các ion khác. Ion hoặc nhóm ion này có thể hấp thụ bức xạ
kích thích rồi truyền năng lƣợng cho tâm kích hoạt. Trong trƣờng hợp này ion
hấp thụ đƣợc gọi là ion tăng nhậy (hình 1.3).
Kích thích

Phát xạ

s

a
et

Hình 1.3. Sự truyền năng lƣợng từ tâm S (tăng nhậy) tới A
Ngoài ra, thay vì kích thích vào các ion kích hoạt hay các ion tăng
nhậy, ngƣời ta có thể thực hiện quá trình kích thích ngay vào mạng chủ.
Trong trƣờng hợp này, mạng chủ truyền năng lƣợng kích thích của nó tới tâm
kích hoạt, nhƣ vậy mạng chủ có tác động nhƣ chất tăng nhậy.

Khoá luận tốt nghiệp

5

S*

et

A*1
A*2

s

a

Hình 1.4. Sự truyền năng lƣợng từ S tới A
Dịch chuyển S → S* là hấp thụ, dịch chuyển A2* → A là phát xạ. Mức
A1* là tích lũy nhờ sự truyền năng lƣợng (ET) sẽ phục hồi không phát xạ tới
mức A2* nằm thấp hơn một chút.
Các quá trình vật lý cơ bản đóng vai trò quan trọng trong vật liệu huỳnh
quang:
- Sự hấp thụ (hoặc sự kích thích) có thể thực hiện: ở chính các ion kích
hoạt, ở ion tăng nhậy, hoặc mạng chủ.
- Phát xạ từ tâm kích hoạt.
- Quay trở về không bức xạ với trạng thái cơ bản, quá trình này làm
giảm hiệu suất huỳnh quang của vật liệu.
- Truyền năng lƣợng giữa các tâm huỳnh quang.
Vật liệu huỳnh quang có rất nhiều ứng dụng, chẳng hạn nhƣ chúng
đƣợc dùng trong các đèn huỳnh quang, trong các ống tia catot, các vật dụng
trong phòng thí nghiệm, các vật dụng ở nhà mà chúng ta thƣờng hay sử dụng:
ti vi, màn hình máy vi tính. Chúng ta cũng có thể gặp ứng dụng của vật liệu
huỳnh quang khi tới bệnh viện chụp X - quang, hoặc trong laser ở phòng
nghiên cứu của bạn, “trái tim” của thiết bị này cũng là vật liệu huỳnh
quang…[8].

1.1.2. Ảnh hưởng của mạng chủ
Nếu ta xem xét một tâm huỳnh quang đã cho ở trong các mạng chủ
khác nhau, các tính chất quang học của tâm này thƣờng cũng khác nhau. Điều
này không có gì là ngạc nhiên cả, bởi vì chúng làm thay đổi môi trƣờng xung
quanh trực tiếp của tâm huỳnh quang. Nếu chúng ta hiểu tính chất huỳnh

Khoá luận tốt nghiệp

6


quang của một tâm quang học phụ thuộc thế nào vào mạng chủ thì sẽ dễ dàng
phán đoán đƣợc mọi vật liệu huỳnh quang.
Bây giờ chúng ta sẽ xem xét các yếu tố ảnh hƣởng tới sự khác nhau của
phổ cùng một ion đã cho trong các mạng chủ khác nhau. Yếu tố đầu tiên đƣợc
đề cập đến là tính đồng hóa trị. Để tăng tính đồng hóa trị, tƣơng tác giữa các
electron đƣợc giảm bớt bởi vì chúng tạo ra các quỹ đạo lớn hơn. Bởi vậy, các
dịch chuyển điện tử giữa các mức năng lƣợng đƣợc xác định bởi sự dịch
chuyển do tƣơng tác electron về phía năng lƣợng thấp hơn khi sự đồng hóa trị
tăng lên. Điều này đƣợc biết đến nhƣ 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 âm
giữa các ion cấu thành trở nên nhỏ hơn, dịch chuyển truyền điện tích giữa các
ion này chuyển dịch về phía năng lƣợng thấp hơn.
Một yếu tố nữa thể hiện sự ảnh hƣởng của mạng chủ tới tính chất
quang của một ion đã cho là trƣờng tinh thể. Trƣờng này là trƣờng điện tử tại
vị trí của ion dƣới điều kiện quan sát do môi trƣờng xung quanh. Vị trí phổ
của số dịch chuyển quang học đƣợc xác định bởi lực của trƣờng tinh thể, các
ion kim loại chuyển tiếp là rõ nhất.
1.1.3. Vật liệu phát quang NaYF4

Trong số các nền tinh thể có khả năng sử dụng, vật liệu fluorua đƣợc
xem là ứng cử viên tiêu biểu nhất. Tinh thể nano flourua chứa các nguyên tố
thuộc nhóm Lantanit rất thích hợp để pha tạp các ion đất hiếm do chúng có
cùng hóa trị, kích thƣớc tƣơng đối gần nhau nên có thể thay thế cho nhau dễ
dàng. Sử dụng vật liệu nền fluorua giúp hiện tƣợng dập tắt các trạng thái kích
thích của ion giảm mạnh, thời gian sống và hiệu suất phát quang tăng cƣờng.
Khảo sát của Grabmaier.B.C và Blasse.G (bảng 2.1) cho thấy vật liệu nền αNaYF4 có hiệu quả phát quang chuyển đổi ngƣợc tốt nhất so với các mạng

Khoá luận tốt nghiệp

7


chủ khác khi đồng pha tạp Yb3+, Er3+ [6]. Ngày nay, vật liệu fluorua đƣợc ứng
dụng nhiều trong lĩnh vực phát quang, chiếu sáng, công nghệ chế tạo màn
hình hoặc kết hợp với nguồn lade hồng ngoại khá phổ biến để thực hiện định
vị trong y-sinh.
NaYF4 pha tạp các ion Er3+ và Yb3+ (NaYF4:Er3+,Yb3+) là một trong
những vật liệu phát quang chuyển đổi ngƣợc có hiệu suất cao nhất. Trong đó,
NaYF4 đóng vai trò là mạng chủ; Er3+ đóng vai trò là ion kích hoạt, còn Yb3+
đóng vai trò là ion tăng nhạy. Ở đây, Yb3+ đƣợc chọn là ion tăng nhạy vì Yb3+
có tiết diện hấp thụ ở vùng 980 nm lớn hơn so với Er3+. Vật liệu này có khả
năng hấp thụ bức xạ kích thích ở vùng hồng ngoại (~980 nm) cho phát xạ
chuyển đổi ngƣợc ở vùng xanh lá cây (520-570 nm) và vùng đỏ (630-680 nm)
[1, 16].
Bảng 1.1. Cƣờng độ phát xạ xanh lá cây đã đƣợc chuẩn hóa dƣới kích thích
hồng ngoại của các mạng chủ đồng pha tạp Yb3+, Er3+
Mạng chủ

Cƣờng độ

Mạng chủ

Cƣờng độ

α-NaYF4

100

La2MoO8

15

YF3

60

LaNbO4

10

BaYF3

50

NaGdO2

5

NaLaF4

40

La2O3

5

LaF3

30

NaYW2O6

5

Trong bảng 1.1 hiệu quả phát xạ màu xanh lá cây của mạng chủ đồng
pha tạp Yb3+ và Er3+ dƣới kích thích đƣợc cho. Mật độ kích thích và nồng độ
ion kích hoạt giống nhau. Nhƣ đã thấy, hiệu quả phụ thuộc mạnh vào sự lựa
chọn mạng chủ. Nhƣ vậy, α-NaYF4 là vật liệu sinh ra để chuyển đổi rất hiệu
quả.

Khoá luận tốt nghiệp

8


Các oxit ít thích hợp hơn là các florua, vì thời gian sống trong các oxit
thì ngắn hơn trong florua do tƣơng tác mạnh giữa các ion huỳnh quang và các
ion xung quanh nó. Nếu thời gian sống của mức trung gian 4I11/2 giảm dần,
hiệu suất tổng cộng của quá trình chuyển đổi cũng giảm dần.

NaYF4 có hai loại cấu trúc tinh thể α (cấu trúc lập phƣơng) và β (cấu
trúc lục giác). Trong đó, β-NaYF4 có nhiều ƣu điểm, bền nhiệt hơn và đƣợc
sử dụng phổ biến hơn. Các ion Yb3+ do có bán kính nhỏ hơn so với Y3+ nên dễ
dàng thay thế vào vị trí Y3+ trong mạng tinh thể, giúp quá trình phân tán tốt
hơn, tránh hiện tƣợng kết tụ đám dẫn đến quá trình dập tắt do nồng độ.
1.1.4. Cấu tạo vỏ điện tử và đặc tính phát quang của 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 trƣng bởi sự lấp đầy lớp điện tử 4f. Cấu hình điện tử các nguyên tử trung
hòa là [Xe] 4fn5d0-16s2. Các ion hóa trị 3 có cấu hình điện tử lớp vỏ là
4fn5s25p6, trong đó n=0-14 đƣợc trình bày cụ thể ở bảng 1.2.
Nhƣ đã nêu trên bảng 1.2, Sc3+, Y3+, La3+ có cấu hình điện tử tƣơng ứng
với cấu hình các khí trơ Ar, Kr, Xe. Các ion họ lantanit từ Ce3+ đến Lu3+ có
thêm từ 1 đến 14 điện tử 4f so với cấu hình điện tử của Xe. Các electron ở lớp
4f đƣợc che chở tránh những tác động của môi trƣờng ngoài bởi electron của
lớp 5s, 5p. Kết quả, chúng làm cho các mức năng lƣợng của lớp 4f có những
đặc tính sau:
- Khá bền và ít chịu ảnh hƣởng của vật liệu nền;
- Không bị phân tách bởi vật liệu nền;
- Ít bị trộn lẫn với các mức năng lƣợng cao.

Khoá luận tốt nghiệp

9


Bảng 1.2. Các ion nguyên tố đất hiếm [21]
Số hiệu

nguyên Ion

Cấu hình electron

tử

S

L

J

Trạng thái

Σs

Σl

Σ(L + S)

cơ bản

21

Sc3+

[Ar]

0

0

0

39

Y3+

[Kr]

0

0

0

57

La3+

[Xe]4f0

0

0

0

58

Ce3+

[Xe]4f1

1/2

3

5/2

2

59

Pr3+

[Xe]4f2

1

5

4

3

60

Nd3+

[Xe]4f3

3/2

6

9/2

4

61

Pm3+

[Xe]4f4

2

6

4

62

Sm3+

[Xe]4f5

5/2

5

5/2

63

Eu3+

[Xe]4f6

3

3

0

64

Gd3+

[Xe]4f7

7/2

0

7/2

65

Tb3+

[Xe]4f8

3

3

6

66

Dy3+

[Xe]4f9

5/2

5

15/2

67

Ho3+

[Xe]4f10

2

6

8

68

Er3+

[Xe]4f11

3/2

6

15/2

69

Tm3+

[Xe]4f12

1

5

6

3

70

Yb3+

[Xe]4f13

1/2

3

7/2

2

71

Lu3+

[Xe]4f14

0

0

0

F5/2
H4

I9/2

5
6

H5/2
7

8

F0

S7/2

7
6

I4

F6

H15/2
5

4

I8

I15/2
H6

F7/2

Vì ít tƣơng tác với vật liệu nền, nên ở cấu hình 4f, tồn tại rất ít hoặc
không tồn tại các mức dao động tƣơng ứng với năng lƣợng dịch chuyển của
phonon và sự hồi phục không bức xạ từ các mức kích thích rất yếu. Nói cách
khác, cấu hình 4f có thể giúp hạn chế hiệu ứng phonon. Do đặc tính quan
trọng này, khi sử dụng các ion đất hiếm, dịch chuyển quang học chỉ xảy ra

Khoá luận tốt nghiệp

10


trong 1 phạm vi ngắn của bƣớc sóng, bức xạ thu đƣợc đơn sắc hơn và có hiệu
suất cao hơn so với trƣờng hợp các ion thông thƣờng.
Khi xảy ra sự tƣơng tác giữa momen quĩ đạo và momen từ spin, các
mức năng lƣợng đƣợc hình thành theo nguyên tắc Russell-Saunders. Trạng
thái năng lƣợng mới sinh ra đƣợc ký hiệu bởi 2S+1LJ.
Trong đó L là momen động lƣợng, S tƣơng ứng với số lƣợng tử từ spin
và J là momen động lƣợng toàn phần. Mặc dù theo lý thuyết, các ion đất hiếm
có cấu hình ít phụ thuộc vào chất nền vật liệu, tuy nhiên khi đặt trong một
trƣờng tinh thể nhất định, hiệu ứng tách mức năng lƣợng Stack vẫn xảy ra đối
với một số ion. Nghiên cứu cho thấy, hiệu ứng Stark cho các ion đất hiếm
trong môi trƣờng thủy tinh xuất phát từ tính đối xứng điểm thấp của những
ion này trong nền vô định hình.
Các ion đất hiếm họ Lantanit đã đƣợc ứng dụng từ lâu trong quang học
và từ tính. Các vật liệu có chứa ion đất hiếm dạng đơn tinh thể, bột và thủy
tinh đã đƣợc sử dụng trong vật liệu từ và quang từ hàng chục năm trƣớc đây.
Các ion đất hiếm hấp thụ và phát xạ quang trong dải phổ khá hẹp, phát xạ và
hấp thụ quang tƣơng đối mạnh và không phụ thuộc vào vật liệu chứa chúng,

thời gian sống tại mức kích thích siêu bền khá cao (cỡ mili giây).
1.1.5. Các chuyển dịch phát xạ và không phát xạ của ion đất hiếm
1.1.5.1. Các chuyển dịch phát xạ
Với ion đất hiếm, xác suất chuyển dời tăng theo ω3 (ћω là năng lƣợng
photon tƣơng ứng với chuyển dời điện tử). Trong chuyển dời giữa một trạng
thái kích thích với một trạng thái kích thích thấp hơn, xác suất chuyển dời phụ
thuộc vào khoảng cách giữa hai mức trạng thái này. Khi khoảng cách giữa 2
mức khá nhỏ, photon tham gia và quá trình hồi phục mà không phát photon.
Khi khoảng cách giữa 2 mức lớn, chuyển dời giữa 2 trạng thái đó thƣờng
mang theo bức xạ.

Khoá luận tốt nghiệp

11


Các mức năng lƣợng của ion đất hiếm đều do các điện tử 4f tạo nên, vì
thế tất cả các trạng thái đó đều có cùng số chẵn lẻ. Nếu một ion tự do hoặc
chiếm một vị trí đối xứng tâm đảo trong mạng tihh thể, các dịch chuyển
quang học giữa các mức 4fn bị cấm một cách nghiêm ngặt đối với dịch
chuyển lƣỡng cực từ theo quy 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 đƣợc giải phóng ở mức độ khác nhau và có thể xảy ra các dịch chuyển
lƣỡng cực điện cho phép nhƣng suy yếu. Số hạng trƣờng tinh thể trong trƣờng
hợp không đối xứng chứa một thành phần lẻ. Thành phần lẻ này của trƣờng
tinh thể là sự pha trộn của một số trạng thái 4fn-1 5d vào trạng thái 4fn. Các
điện tử 4f đƣợc che chắn bởi điện trƣờng của các ion bên cạnh. Sự pha trộn là
nhỏ, hoặc các trạng thái nằm thấp hơn chủ yếu là các trạng thái 4fn. Do vậy có
cùng tính chẵn lẻ. Do đó, các dịch chuyển phát xạ thƣờng có xác xuất cao
hơn, cho phát xạ với cƣờng độ mạnh hơn.

1.1.5.2. Dịch chuyển không phát xạ
Quá trình chuyển dời không phát photon, mà là phonon hoặc gây ra các
kích thích thứ cấp. Nếu các trạng thái điện tử gần nhau, các chuyển dời giữa
các trạng thái này có thể phát xạ hoặc hấp thụ một hoặc hai phonon và chuyển
dời xảy ra rất nhanh và điều này dẫn đến sự chiếm giữ các mức năng lƣợng
bằng nhiệt. Vì vậy chuyển dời không phát xạ giữa các mức J sẽ phát xạ đa
photon để bảo toàn năng lƣợng. Xác suất chuyển dời không bức xạ sẽ giảm
khi khoảng cách các khe tăng. Nếu tốc độ hồi phục không phát xạ gần bằng
tốc độ chuyển dời phát xạ thì hiệu suất phát huỳnh quang tại mức kích thích
sẽ giảm. Độ rộng tới hạn của khe là khi cao hơn đó thì phát photon chiếm ƣu
thế, thấp hơn thì sự phát phonon chiếm ƣu thế. Đối với các nguyên tố đất
hiếm sự huỳnh quang có thể tìm thấy ở khe nhỏ nhất rất nhỏ cỡ 3 m, có lẽ do

Khoá luận tốt nghiệp

12


sự tƣơng tác ion-mạng khá yếu. Nguyên nhân sâu xa của chuyển dời không
bức xạ là sự tƣơng tác của ion tạp và mạng dao động.
1.1.6. Sự phát quang chuyển đổi ngược [17, 21, 22]
Một số vật liệu phát quang pha tạp ion đất hiếm hóa trị ba phát xạ
huỳnh quang mạnh ở vùng khả kiến khi đƣợc kích thích bởi ánh sáng hồng
ngoại gần. Quá trình phát quang chuyển đổi ngƣợc này xảy ra theo cách sau:
các trạng thái kích thích có năng lƣợng cao hơn đƣợc định xứ bởi hai hoặc ba
bƣớc kích thích liên tiếp bằng các lƣợng tử hồng ngoại hoặc bởi sự truyền
năng lƣợng. Chuyển rời trở xuống mức kích thích cơ bản hoặc một mức kích
thích trung gian mang đến huỳnh quang ở vùng khả kiến. Hiệu suất phát
quang chuyển đổi ngƣợc phụ thuộc mạnh vào sự lựa chọn vật liệu mạng chủ,
nồng độ chất kích hoạt, nồng độ chất tăng nhạy…

Quá trình phát quang chuyển đổi ngƣợc là con đƣờng chuyển đổi bức
xạ kích thích bƣớc sóng dài (năng lƣợng bức xạ thấp) thành bức xạ phát xạ có
bƣớc sóng ngắn hơn (năng lƣợng bức xạ cao hơn). Sự phát quang chuyển đổi
ngƣợc này dựa trên sự tồn tại của ít nhất hai trạng thái phát xạ giả bền thực
sự, ký hiệu là |1> và |2> trên hình 1.6 [22]. Trạng thái giả bền năng lƣợng
thấp nhất, |1>, thƣờng nằm trong vùng hồng ngoại gần và đóng vai trò nhƣ
một nguồn dự trữ năng lƣợng. Mức năng lƣợng cao hơn, |2>, thƣờng nằm
trong vùng khả kiến và tƣơng ứng cho phát xạ của năng lƣợng chuyển đổi
ngƣợc.
Có nhiều cơ chế khác nhau đã đƣợc sử dụng, phần lớn trong số đó bao
gồm sự hấp thụ và các bƣớc truyền năng lƣợng không bức xạ. Ở đây chúng
tôi đƣa ra hai cơ chế đáng chú ý và cơ bản nhất.
Cơ chế đơn giản nhất là cơ chế GSA/ESA, thƣờng đƣợc gọi là sự hấp
thụ của trạng thái kích thích (hình 1.5 a): Bƣớc GSA là sự hấp thụ của trạng

Khoá luận tốt nghiệp

13


thái cơ bản, ion đƣợc kích thích lên mức giả bền trung gian |1>; sau đó, bƣớc
ESA đƣa ion lên mức kích thích cao hơn |2> và phát xạ

Hình 1.5. Sơ đồ mô tả các cơ chế của các quá trình phát quang
chuyển đổi ngƣợc.
GSA: Sự hấp thụ trạng thái cơ bản (ground-state absortion);
ESA: sự hấp thụ của trạng thái kích thích (excited-state absortion).
Cơ chế thứ hai là GSA/ETU (hình 1.5 c), thƣờng đƣợc gọi là cơ chế
chuyển đổi ngƣợc truyền năng lƣợng. Ở bƣớc GSA hai ion đƣợc kích thích
lên mức kích thích giả bền trung gian |1>. Sự chuyển đổi ngƣợc dựa trên sự

truyền năng lƣợng không phát xạ (ETU) giữa hai ion. Một ion đƣợc đƣa lên
trạng thái kích thích cao hơn trong khi ion còn lại hồi phục xuống trạng thái
cơ bản.
Trong cả hai cơ chế này, hai photon đã đƣợc chuyển thành một photon
phát xạ có năng lƣợng cao hơn. Trong hầu hết các trƣờng hợp, sự chuyển đổi
ngƣợc là quá trình hai photon. Quá trình này có thể nhận ra bởi sự phụ thuộc
bậc hai của số photon chuyển đổi ngƣợc vào công suất kích thích. Tuy nhiên,

Khoá luận tốt nghiệp

14


các quá trình chuyển đổi ngƣợc ba photon hoặc trật tự cao hơn cũng có thể
nhận đƣợc.
Cơ chế GSA/ ETU đòi hỏi hai photon kích thích để nhận đƣợc ion ở
trạng thái kích thích trung gian của chúng. Do đó có sự tăng chuyển tiếp
chuyển đổi ngƣợc sau khi kích thích bằng xung ngắn (hình 1.5 d). Sự tăng lên
và suy giảm chuyển đổi ngƣợc có tƣơng quan với hằng số tốc độ suy giảm
của trạng thái trung gian, của trạng thái kích thích cao hơn và hằng số tốc độ
truyền năng lƣợng.
Hình 1.6 giới thiệu cơ chế cơ bản của các quá trình chuyển đổi ngƣợc
trên cơ sở vật liệu đồng pha tạp Yb3+ và Er3+ .

Hình 1.6. Cơ chế của quá trình chuyển đổi ngƣợc [21]
1.1.7. Huỳnh quang của ion Er3+ và vai trò của ion Yb3+
Cấu trúc điện tử của ion Er3+ có dạng [Xe] 4f115s25p6. Lớp 4f có 11
điện tử, momen quỹ đạo L=6, momen spin S=3/2. Mức năng lƣợng ứng với
trạng thái cơ bản của Er3+ là 4I15/2. Phổ phát xạ của ion Er3+ trải rộng từ vùng
khả kiến đến vùng hồng ngoại mở ra triển vọng thay đổi bƣớc sóng, chuyển

đổi năng lƣợng và có tiềm năng chế tạo các thiết bị nhìn hồng ngoại.

Khoá luận tốt nghiệp

15


Ion Er3+ trong các vật liệu rắn đƣợc quan tâm vì các chuyển rời của nó
từ trạng thái cơ bản lên trạng thái kích thích ở gần 800 và 980nm, thể hiện các
quá trình chuyển đổi ngƣợc ở vùng đỏ và xanh lá cây. Huỳnh quang màu xanh
lá cây nhờ vào chuyển rời 4S3/2 -4I15/2 đã đƣợc ghi nhận trong các vật liệu phát
quang chuyển đổi ngƣợc từ vùng hồng ngoại đến vùng khả kiến nhƣ trong các
vật liệu LaF3:Er3+,Yb3+ và NaYF4:Er3+,Yb3+.
Ion Er3+ đƣợc đƣa vào trong sợi quang hoạt động nhƣ một khuếch đại
quang cho ánh sáng lade bán dẫn 1,55 µm. Sự đảo mật độ tích lũy đƣợc thực
hiện giữa các mức thấp hơn của 4I13/2 và mức cao hơn của 4I15/2. Công nghệ
này đƣợc phát triển cho khuếch đại quang của hệ thông tin quang sợi trong
khoảng cách dài.
Cấu hình điện tử của ion Yb3+ có dạng [Xe] 4f135s25p6. Lớp 4f có 13
điện tử, momen quỹ đạo L=3, momen spin S=1/2. Yb3+ có hai mức năng
lƣợng ứng với các trạng thái cơ bản và kích thích là J=7/2 và J=5/2 nhận đƣợc
từ tƣơng tác spin quỹ đạo.
Bức xạ hồng ngoại gần (970nm) đƣợc hấp thụ bởi Yb3+ (2F7/2→2F5/2) và
đƣợc truyền cho Er3+, nhƣ vậy mức 4I11/2 của Er3+ đƣợc tích lũy. Trong thời
gian tồn tại của mức 4I11/2 một photon thứ hai đƣợc hấp thụ bởi Yb3+ và năng
lƣợng thì truyền tới Er3+. Ion Er3+ đƣợc nâng từ mức 4I11/2 tới mức 4F3/2. Từ
đây nó tắt dần một cách nhanh chóng và không bức xạ tới mức 4S3/2 và từ mức
này, phát xạ màu xanh lá cây xảy ra (4S3/2→4I15/2). Theo cách này thì phát xạ
xanh lá cây nhận đƣợc kích thích hồng ngoại [6].
Trong vật liệu NaYF4:Er3+,Yb3+; ion Yb3+ đƣợc đƣa vào với mục đích

làm chất tăng nhậy (sensitizer). Các ion Yb3+ hấp thụ ánh sáng kích thích rồi
truyền năng lƣợng (ET) tới các ion kích hoạt Er3+ [3].

Khoá luận tốt nghiệp

16


1.2. Một số phƣơng pháp chế tạo vật liệu phát quang cấu trúc nano
1.2.1. Phương pháp đồng kết tủa
Phƣơng pháp đồng kết tủa là phƣơng pháp kết tủa những hợp chất có
nhiều hơn một cation. Đây là một trong những phƣơng pháp truyền thống để
chế tạo các hạt nano oxit kim loại. Các quá trình này bao gồm sự hòa tan của
muối tiền chất, thƣờng là clorua hoặc nitrat của các cation kim loại. Chẳng
hạn, Y(NO3)3 để tạo Y2O3, ZrCl4, để tạo ra ZrO2… khi thêm vào một dung
dịch bazơ nhƣ NaOH hoặc amoniac, dung dịch muối cacbonat hay oxalat. Kết
tủa đƣợc lọc, rửa, sấy khô và nung để nhận đƣợc bột oxit kim loại. Đây là
phƣơng pháp rất hữu dụng để chế tạo hỗn hợp các oxit bởi sự đồng kết tủa
của các hydroxit, cacbonat, oxalat… tƣơng ứng trong một dung dịch. Để chế
tạo các vật liệu gốc sunphua, muối chứa cation kim loại đƣợc phản ứng với
muối sunphua hoặc H2S. Trong khi đó để chế tạo vật liệu gốc florua thì muối
chứa cation kim loại đƣợc cho phản ứng với muối florua nhƣ NaF, NH4F…
Sau đó, kết tủa thƣờng ủ nhiệt để tạo ra tinh thể vật liệu nhƣ mong muốn.
Phản ứng tạo kết tủa phụ thuộc vào tích số tan, khả năng tạo phức giữa
các ion kim loại và ion tạo kết tủa, pH của dung dịch… thêm vào đó tốc độ
kết tủa của các hợp chất này cũng ảnh hƣởng đến tính đồng nhất của hệ. Tính
đồng nhất của vật liệu cần chế tạo phụ thuộc vào tính đồng nhất của kết tủa từ
dung dịch. Nhƣ vậy muốn 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 pháp khắc nghiệt nhƣ: thay thế một phần nƣớc

bằng dung môi hữu cơ, làm lạnh sâu để tách nƣớc 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
đƣợc khác với thành phần mong muốn.
Karbowiak đã chế tạo KGdF4:Eu3+ từ phản ứng GdCl3 (EuCl3) với KF.
Sau đó kết tủa đƣợc già hóa từ 4-10 ngày. Với cách chế tạo này hạt nano có

Khoá luận tốt nghiệp

17


kích thƣớc vào khoảng 19 nm [14]. Để nhận đƣợc cƣờng độ huỳnh quang cao
hơn thì kết tủa sau đó đƣợc nung ở các nhiệt độ 300 - 790°C trong môi trƣờng
Ar + 10% SF6. Yi et al lần đầu tiên báo cáo phƣơng pháp đồng kết tủa để tổng
hợp vật liệu nano chuyển đổi ngƣợc NaYF4:Er3+,Yb3+ với sự hỗ trợ của
ethylenediamine tetraacetic acid (EDTA). Trong thí nghiệm này, Yi-et al đã
phun nhanh dung dịch RE-EDTA vào dung dịch NaF, khuấy mạnh. Điều này
dẫn đến sự hình thành của α-NaYF4:Er3+,Yb3+, UCNPs thông qua một quá
trình tạo mầm đồng nhất. Kích thƣớc của UCNPs kết quả có thể đƣợc điều
khiển trong khoảng từ 37 đến 166 nm bằng cách thay đổi tỷ lệ EDTA/RE3+
khi chƣa có EDTA kích thƣớc hạt là 166 nm, với sự có mặt của EDTA kích
thƣớc hạt nhỏ nhất là 37 nm khi tỷ lệ EDTA/RE3+ là 1. Kết tủa nhận đƣợc có
cƣờng độ huỳnh quang chuyển đổi ngƣợc yếu, do đó nhóm tác giả đã tiến
hành xử lý nhiệt ở 400-700°C trong 5 giờ để làm tăng cƣờng độ huỳnh quang.
Kết quả nhận đƣợc là cƣờng độ huỳnh quang của UCNPs tăng lên đến 40 lần
khi mẫu đƣợc nung ở 600°C [25]
Điểm không thuận lợi của phƣơng pháp đồng kết tủa là khó điều khiển
kích thƣớc và sự phân bố kích thƣớc hạt. Quá trình kết tủa nhanh thƣờng dẫn
đến kích thƣớc hạt lớn. Mặt khác mẫu sau khi chế tạo thƣờng phải xử lý nhiệt
ở nhiệt độ cao. Nếu khống chế tốt các điều kiện, phƣơng pháp đồng kết tủa

cho ta kích thƣớc hạt cỡ vài chục nm.
1.2.2. Phương pháp kết tủa keo trực tiếp trong dung môi nhiệt độ cao
Phƣơng pháp keo tụ trực tiếp trong dung môi nhiệt độ sôi cao là một
phƣơng pháp hóa học phản ứng ở pha lỏng, đƣợc sử dụng để tổng hợp các
kích thƣớc nano và các hạt siêu mịn. Ở đây, cách tạo mầm và phát triển tinh
thể từ dung dịch đƣợc đặc biệt chú ý. Sự kết tụ chất rắn từ dung dịch là một
kỹ thuật chung để tổng hợp các hạt nhỏ. Đó là phản ứng trong pha lỏng hoặc
trong dung dịch chứa muối hòa tan, hoặc các muối ở dạng lơ lửng. Ở một vị

Khoá luận tốt nghiệp

18