CHẾ tạo vật LIỆU THỦY TINH BORATE PHA tạp ce3+ và KHẢO sát TÍNH CHẤT QUANG NHẰM ỨNG DỤNG TRONG đèn LED

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHAN THỊ MINH HẢI

CHẾ TẠO VẬT LIỆU THỦY TINH BORATE
PHA TẠP Ce3+ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG
NHẰM ỨNG DỤNG TRONG ĐÈN LED

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
KHÓA: 2013 - 2016
Ngành: Sƣ phạm Lý – Tin

Quảng Bình, 2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUẢNG BÌNH
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN

PHAN THỊ MINH HẢI

CHẾ TẠO VẬT LIỆU THỦY TINH BORATE
PHA TẠP Ce3+ VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT QUANG
NHẰM ỨNG DỤNG TRONG ĐÈN LED

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
KHÓA: 2013 - 2016
Ngành: Sƣ phạm Lý – Tin
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
ThS. TRẦN THỊ HOÀI GIANG

Quảng Bình, 2016


Lời cảm ơn
Trong thời gian học tập ở Trƣờng Đại học Quảng B nh, em đã
nhận đƣợc rất nhiều sự quan tâm và giúp đỡ của quý thầy cô, gia đ nh và
bạn bè.
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn c c giảng vi n trong b
môn Vật - Khoa Khoa học tự nhi n, Trƣờng Đại học Quảng B nh đã
tạo điều iện đ em đƣợc ti p thu nh ng inh nghiệm quý gi trong thời
gian học tập tại trƣờng.
Đ c biệt với òng bi t ơn sâu sắc nhất em in t òng bi t ơn đ n
thầy gi o TS. Trần Ngọc và cô gi o ThS. Trần Thị Hoài Giang đã tạo mọi
điều iện giúp đỡ em hoàn thành h a uận t t nghiệp. Thầy cô đã luôn
luôn theo sát, đ ng vi n và hƣớng dẫn em; trang bị cho em nh ng i n
thức h u ch đ em trƣởng thành hơn; à ngu n đ ng ực đ em phấn đấu
vƣơn n trong học tập và c ng nhƣ trong cu c s ng.
Em in cảm ơn anh Phan Minh Tuấn, chị Nguyễn Thị Hải Y n
trong nh m đề tài cùng thầy gi o Hoàng Sỹ Tài đã nhiệt t nh giúp đỡ, chỉ
bảo tận t nh em trong qu tr nh àm thực nghiệm. Nhờ đ mà em c th
học h i đƣợc nhiều inh nghệm, nhiều hi u bi t trong hi àm đề tài này.
Cu i cùng em in cảm ơn gia đ nh, c c bạn trong ớp Cao đ ng sƣ
phạm Lý - Tin K55 và tất cả mọi ngƣời đã đ ng vi n, h ch ệ, tạo điều
iện giúp đỡ trong su t qu tr nh thực hiện h a uận này.
Kh a uận đƣợc thực hiện trong thời gian ngắn và i n thức của
em còn hạn ch n n h a uận này hông tr nh h i nh ng thi u s t. Em
rất mong nhận đƣợc nh ng ý i n đ ng g p quý b u của quý thầy cô
gi o và c c bạn sinh vi n đ bài h a uận t t nghiệp của em đƣợc hoàn
thiện hơn.
Em in chân thành cảm ơn!

Quảng Bình, tháng 05 năm 2016
Sinh viên
Phan Thị Minh Hải


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
K hiệu

Giải th ch

BLN

B2O3, Li2O, Na2O

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG KHÓA LUẬN
Hình

Tên

Trang

Hình 1 1

16

Hình 1.2

Giản đồ mức năng lượng của các ion RE3+ - Giản đồ
Dieke

Sơ đồ năng lượng đơn giản hóa của ion Ce3+

Hình 2.1

Bảng tính toán phối liệu trên phần mềm Microsoft excel

20

Hình 2.2

Sơ đồ minh họa quy trình chế tạo vật liệu thủy tinh

21

Hình 2.3

Khuôn than dùng để chế tạo mẫu

22

Hình 2.4

Cân điện tử

22

Hình 2.5

Hóa chất trước khi nghiền

23

Hình 2.6

Quá trình nghiền mẫu

23

Hình 2.7

Mẫu được cho vào khuôn than

24

Hình 2.8

Quy trình nung mẫu

24

Hình 2.9

Lò nung trước khi lấy mẫu ra

25

Hình 2.10

Các mẫu thủy tinh đã được lấy ra khỏi khuôn than

25

Hình 2.11

Các mẫu đã mài và đánh bóng

26

Hình 2.12

Sơ đồ nguyên lý của hệ đo phổ phát quang

27

Hình 3.1

Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BLN

29

Hình 3.2

Phổ hấp thụ của ion Ce3+ trong hệ thủy tinh BLN

30

Hình 3.3

Dịch chuyển 4f - 5d

31

Hình 3.4

Phổ quang phát quang của ion Ce3+ trong thủy tinh BLN

32

Hình 3.5

Phổ phát quang của hệ thủy tinh BLN pha tạp Ce3+

33

Hình 3.6

Sự thay đổi cường độ đỉnh Ce3+ trong hệ BLN.

33

19


DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG KHÓA LUẬN
Bảng
Bảng 1 1

Bảng 1 2

Tên

Trang

Cấu trúc điện tử và trạng thái cơ bản của các ion đất
hiếm hoá trị 3
Cấu hình electron của đất hiếm hóa trị III ở trạng
thái cơ bản.

15

18


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG KHÓA LUẬN
DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG KHÓA LUẬN
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ....................................................... 4
1.1. SƠ LƢỢC LÝ THUYẾT VỀ THỦY TINH........................................... 4
1.1.1. Khái niệm chung về thủy tinh .......................................................... 4
1.1.2. Phân loại và đ c đi m các loại thủy tinh ........................................ 5
1.1.2.1. Nhóm thủy tinh đơn nguyên tử ..................................................... 5
1.1.2.2. Nhóm thủy tinh oxit ...................................................................... 5
1.1.2.3. Nhóm thủy tinh Halogen .............................................................. 6
1.1.2.4. Nhóm thủy tinh Khancon.............................................................. 6
1.1.2.5. Nhóm thủy tinh hỗn hợp ............................................................... 6
1.1.3. Cấu trúc thủy tinh ............................................................................. 7

1.1.3.1. Giả thuyết cấu trúc vi tinh............................................................ 7
1.1.3.2. Giả thuyết cấu trúc liên tục vô định hình ..................................... 8
1.1.4. Thủy tinh từ nguyên liệu Borate và oxide kiềm ............................. 9
1.1.4.1. Nguyên liệu tạo thủy tinh (former)............................................... 9
1.1.4.2. Nguyên liệu biến tính (next work modifier) ............................... 10
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO THỦY TINH ............................... 11
1.2.1. Phƣơng ph p n ng chảy ................................................................. 11
1.2.2. Phƣơng ph p So - gel ..................................................................... 12
1.3. ĐẶC TRƢNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM ....................... 14
1.3.1. Đ c đi m chung của c c ion đất hi m ........................................... 14
1.3.2. Đ c trƣng của tâm ph t quang Ce3+.............................................. 18


Chƣơng 2. QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM ................................................ 20
2.1. CHẾ TẠO MẪU ..................................................................................... 20
2.1.1. T nh to n ph i iệu .......................................................................... 20
2.1.2. Công nghệ ch tạo mẫu ................................................................... 20
2.1.2.1. Chuẩn bị khuôn .......................................................................... 21
2.1.2.2. Cân hóa chất .............................................................................. 22
2.1.2.3. Nung mẫu ................................................................................... 23
2.1.2.4. Cắt, mài và đánh bóng ............................................................... 25
2.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP KHẢO SÁT VẬT LIỆU ................................ 26
2.2.1. Phƣơng ph p nhiễu ạ tia X........................................................... 26
2.2.2. Phƣơng ph p phổ ph t quang........................................................ 27
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................... 29
3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CẤU TRÚC .................................................. 29
3.2. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT QUANG CỦA THỦY TINH
BORATE PHA TẠP Ce3+ ............................................................................. 30
3.2.1. Phổ hấp thụ của Ce3+ trong thủy tinh BLN .................................. 30
3.2.2. Phổ ph t quang................................................................................ 31

KẾT LUẬN .................................................................................................... 34
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 35


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong những năm gần đây, việc tìm kiếm vật liệu cho các linh kiện
quang học và nguồn sáng hoạt động trong vùng ánh sáng nhìn thấy (white
LED) với yêu cầu ngày càng cao về số lượng cũng như chất lượng rất được
quan tâm, nghiên cứu trong và ngoài nước
Giải Nobel Vật lí 2014 được trao cho nhóm các nhà khoa học Nhật
Bản: Isamu Akasaki, Hiroshi Amano và Shuji Nakamura Với phát minh ra
blue light emitting diode (LED) đã một lần nữa lôi kéo sự chú ý của các nhà
khoa học trong sự phát triển các chất lân quang có chứa các chất kích hoạt
3+

thích hợp Mặc dù cả hai ion Eu2+ và Ce

đều thể hiện sự phát quang mạnh
3+

trong vùng khả kiến do chuyển dời 4f – 5d, sự ion Ce có thời gian suy giảm
nhanh vào khoảng vài chục nano giây, hứa hẹn là một chất kích hoạt tốt cho
khả năng hồi đáp nhanh [5]
Để đáp ứng yêu cầu này thì các vật liệu nền được tạo ra phải trong suốt,
có độ truyền qua tốt, có độ ổn định cao, đó là các vật liệu có cấu trúc tinh thể
hoặc thủy tinh Các vật liệu có cấu trúc tinh thể có thể hội tụ các đặc tính ưu
việt trên, nhưng yêu cầu về công nghệ chế tạo rất phức tạp, vì vậy giá thành
sản phẩm là rất cao và không phải phòng thí nghiệm quốc gia nào cũng có thể
chế tạo được Vì vậy, thủy tinh là sự lựa chọn hàng đầu cho các nghiên cứu

trong lĩnh vực này ở các phòng thí nghiệm vật liệu quang học trên thế giới do
công nghệ chế tạo thủy tinh khá đơn giản, sản phẩm có độ truyền qua tốt, có
độ ổn định cơ, hóa cao
Việc nghiên cứu chế tạo thuỷ tinh chứa các nguyên tố đất hiếm hoặc
các nguyên tố chuyển tiếp đã được thực hiện trong những năm gần đây ở các
phòng thí nghiệm, đó là: Phòng thí nghiệm Quang phổ ứng dụng và Ngọc học
thuộc Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt
Nam: Nghiên cứu chế tạo thuỷ tinh Li2B4O7 bằng phương pháp nóng chảy.
Nghiên cứu chế tạo thủy tinh alkali aluminate borate pha tạp Europium bằng
1


phương pháp nóng chảy Nghiên cứu chế tạo thủy tinh borotellurite pha tạp
Eu Phòng thí nghiệm Vật lý Quang học của Đại học Khoa học Huế: Nghiên
cứu chế tạo thủy tinh borate kiềm pha tạp các ion đất hiếm
Với mục tiêu nghiên cứu tìm kiếm vật liệu cho chế tạo nguồn sáng hoạt
động trong vùng ánh sáng nhìn thấy (white LED) và thực hiện các nghiên cứu
cơ bản trên các hệ vật liệu này phục vụ cho mục tiêu nghiên cứu khoa học cho
sinh viên ngành Vật Lí Với điều kiện phòng thí nghiệm của trường Đại học
Quảng Bình thì thủy tinh là sự lựa chọn hàng đầu cho các nghiên cứu trong
lĩnh vực này, vì công nghệ chế tạo thủy tinh khá đơn giản, sản phẩm có độ
truyền qua tốt, có độ ổn định cơ, hóa cao Với những lý do trên tôi lựa chọn
vật liệu thủy tinh borate pha tạp Ce3+ để phát triển các nghiên cứu cho đề tài
này Tên đề tài: Ch tạo thủy tinh Borate pha tạp Ce3+ và hảo s t t nh
chất quang nhằm ứng dụng trong đèn LED.
2. Mục ti u nghi n cứu
Mục tiêu của đề tài là chế tạo các mẫu thủy tinh Borate pha tạp Ce3+ trên
cơ sở các thành phần nền là các muối Li2CO3, Na2CO3, H3BO3 và bước đầu
nghiên cứu một số tính chất quang của nó.
3. Đ i tƣợng và phạm vi nghi n cứu

- Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu thủy tinh Borate pha tạp ion đất
hiếm Ce3+.
- Phạm vi nghiên cứu:
+ Khảo sát cấu trúc của các mẫu thủy tinh Borate pha tạp Ce3+ bằng
phương pháp nhiễu xạ tia X
+ Đánh giá một số tính chất quang của mẫu chế tạo được dựa trên các
phổ quang phát quang
4. Phƣơng ph p nghi n cứu
Tổng hợp lý thuyết kết hợp với thực nghiệm:
- Tổng hợp lý thuyết về thủy tinh Borate nhằm ứng dụng trong đèn
LED.
2


- Phương pháp thực nghiệm:
+ Chế tạo mẫu
+ Đo phổ phát quang
5. Cấu trúc của h a uận
Nội dung khóa luận ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo
gồm có ba chương:
Chương 1 Tổng quan lý thuyết
Chương này trình bày về lý thuyết thủy tinh và tìm hiểu các phương
pháp chế tạo thủy tinh Tìm hiểu đặc trưng các ion đất hiếm Ce3+.
Chương 2 Quá trình thực nghiệm
Trong chương này trình bày cách tính toán phối liệu, công nghệ chế tạo
mẫu và các phương pháp khảo sát vật liệu.
Chương 3 Kết quả và thảo luận
Tiến hành kiểm tra chất lượng các mẫu đã chế tạo, trình bày kết quả các
phép đo

3


Chƣơng 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. SƠ LƢỢC LÝ THUYẾT VỀ THỦY TINH
1.1.1. Khái niệm chung về thủy tinh
Vật liệu thủy tinh thường được xem như có vị trí trung gian giữa vật
liệu kết tinh và vật liệu lỏng vì thuỷ tinh có những tính chất cơ học tương tự
như vật rắn kết tinh, còn sự bất đối xứng trong cấu trúc gây ra sự đẳng hướng
giống vật liệu lỏng.
Ở trạng thái thủy tinh, các vật liệu đều có một số đặc điểm hóa lí
chung:
1 Có tính đẳng hướng.
2. Có thể nóng chảy và đóng rắn thuận nghịch Nghĩa là có thể nấu
chảy nhiều lần sau đó làm lạnh theo cùng một chế độ lại thu được chất ban
đầu (nếu không xảy ra kết tinh hoặc phân lớp tế vi).
3. Khi ở trạng thái thủy tinh, vật liệu có năng lượng dữ trữ cao hơn
trạng thái tinh thể cũng vật liệu đó
4. Khi bị đốt nóng, thuỷ tinh không có điểm nóng chảy như ở trạng thái
kết tinh mà mềm dần, chuyển từ trạng thái giòn sang dẻo có độ nhớt cao và
cuối cùng chuyển sang trạng thái lỏng giọt. Sự biến thiên liên tục của độ nhớt
có thể cho ta thấy quá trình đóng rắn không có sự tạo thành pha mới. Ngoài
độ nhớt ra còn nhiều tính chất khác cũng thay đổi liên tục như thế.
Với các đặc điểm như vậy phản ảnh tính phức tạp của trạng thái thủy
tinh, do đó khó có thể nêu ra một định nghĩa về thủy tinh thật đầy đủ để được
tất cả mọi người công nhận Đã có rất nhiều định nghĩa về thủy tinh.
Gustav Tammann (1933) gọi thủy tinh là vật thể rắn không kết tinh.
Hội đồng khoa học Nga (1938) thì coi thủy tinh là chất rắn vô định hình được
làm quá lạnh từ trạng thái nóng chảy và có tính thuận nghịch khi chuyển từ
lỏng sang rắn. Hiệp hội Khoa học Vật liệu của Mỹ (1941) lại coi thủy tinh là

sản phẩm vô cơ nóng chảy được làm lạnh đột ngột để có độ nhớt lớn dần và
đóng rắn, dưới dạng vô định hình Điều đó có nghĩa là thủy tinh không có
4


véctơ chuyển dịch tịnh tiến, cũng đồng nghĩa với cấu trúc của nó không có
trật tự xa
Các định nghĩa nêu trên phần lớn chỉ nói lên điều kiện xuất hiện trạng
thái thủy tinh, đó là sự làm quá lạnh chất nóng chảy Tuy nhiên người ta còn
thu được thủy tinh bằng con đường khác. Ví dụ: Ngưng tụ hơi khi sản xuất
những lớp thủy tinh mỏng. Mặt khác nhiều chất hữu cơ cũng nằm trong trạng
thái thủy tinh.
Ở Việt Nam lâu nay tạm chấp nhận định nghĩa thủy tinh như sau:
“Thủy tinh là sản phẩm vô cơ nóng chảy được làm quá lạnh đến trạng thái
rắn không kết tinh”[1]
1.1.2. Phân loại và đ c đi m các loại thủy tinh
Thủy tinh rất đa dạng, nhưng có thể được phân chia thành 5 nhóm cơ
bản sau:
1.1.2.1. Nhóm thủy tinh đơn nguyên tử
Thủy tinh đơn nguyên tử còn gọi là thủy tinh Chalcogen Đó là loại
thủy tinh có chứa một loại nguyên tố hóa học thuộc nhóm 5, 6 trong bảng hệ
thống tuần hoàn như: S, Se, As và P Ngoài ra người ta còn cho rằng có thể
chế tạo được cả thủy tinh từ telur và ôxy Các nguyên tố như S, Se, Te… đóng
vai trò là các ion cầu nối thay thế cho các ion oxy ở trên [1]
1.1.2.2. Nhóm thủy tinh oxit
Để xác định một lớp thủy tinh nào đó người ta chú ý đến các oxit tạo
thủy tinh khi các oxit này được đưa vào thành phần thủy tinh với tư cách là
một cấu tử chủ yếu Đó là các oxit B2O3, SiO2, GeO2, P2O5. Ngoài ra còn tính
đến các oxit có thể tạo thành thủy tinh trong điều kiện làm lạnh thật nhanh các
mẫu nhỏ như: As2O3, Sb2O3, TeO2, V2O5 hoặc các oxit chính nó không có khả

năng tạo thủy tinh nhưng khi liên hợp với những cấu tử nhất định khả năng
tạo thủy tinh của nó tăng lên như: Al2O3, Ga2O3, Bi2O3, TiO2, MoO3, WO3.
Do vậy ta có các lớp thủy tinh: Silicat, Borate, Germanat, Telurit, Aluminat…

5


Mỗi lớp thủy tinh lại chia thành các nhóm tùy thuộc vào kiểu oxit.
Trong thực tế có nhiều thủy tinh chứa đồng thời 2 hoặc 3 oxit tạo thủy tinh [1]
1.1.2.3. Nhóm thủy tinh Halogen
Nhóm thủy tinh Halogen còn gọi là nhóm Halide, thành phần hóa học
có Halogenua như ZnCl2, BeF2… Khi dùng BeF2, người ta tạo ra thủy tinh
Fluorit và Berifluorit.
Với BeF2 dạng tinh khiết thì xu hướng kết tinh của nó là nhỏ nhất
nhưng nó hút ẩm mạnh nên để tăng độ bền hóa, BeF2 không được vượt quá
30- 40% mol Các Fluorit khác có thể đưa vào thủy tinh như AlF 3, SrF2, BaF2,
MgF2.
Thủy tinh Berifluorit là bền đáng kể đối với tác dụng của các bức xạ
cứng như cực tím, Rơnghen, gammar và cả đối với các chất ăn mòn mạnh như
HF, F2 Chiết suất của nó thấp hơn so với chiết suất của các loại thủy tinh
khác và xấp xỉ chiết suất của nước khoảng 1,33 Thủy tinh Berifluorit dẫn
điện [1]
1.1.2.4. Nhóm thủy tinh Khancon
Đó là các loại thủy tinh sử dụng các hợp chất của lưu huỳnh, selen và
telur. Các sulfid có khả năng tạo thủy tinh là: GeS2, As2S3 và các selenid:
As2Se3, GeSe2, P2Se3

Các thủy tinh khancon đều không trong suốt và nhanh

chóng kết tinh, do đó muốn đạt trạng thái thủy tinh phải làm lạnh thật nhanh,

khoảng 2000C/giây và chúng rất dễ nóng chảy Thủy tinh khancon thể hiện độ
dẫn điện như chất bán dẫn nên được dùng trong lĩnh vực bán dẫn [1]
1.1.2.5. Nhóm thủy tinh hỗn hợp
Được tạo thành từ hỗn hợp các chất có khả năng tạo thủy tinh: Oxit halogen: PbO - ZnF2 - TeO2; ZnCl2 - TeO2; nhóm Oxit - khancon: As2S3 As2O3 – MemOn (MemOn: Sb2O3, PbO, CuO) và nhóm Halogen - Khancon: As
- S - Cl; As - S - Br; As - Te - I; As - S -Cl - Br - I. [1]

6


1.1.3. Cấu trúc thủy tinh
Có 2 giả thuyết về cấu trúc của thủy tinh: Cấu trúc vi tinh và cấu trúc
liên tục vô định hình
1.1.3.1. Giả thuyết cấu trúc vi tinh
Lêbêdep (1921) đã đưa ra giả thuyết cho rằng “thủy tinh silicat là tập
hợp của các tinh thể có độ phân tán cao - các vi tinh thể Trong đó chủ yếu là
các vi tinh thể thạch anh”
Thuyết này dựa trên kết quả nghiên cứu chiết suất của thủy tinh silicat
có những biến đổi bất thường ở nhiệt độ 520 0C - 6000C Sự biến đổi bất
thường ấy xảy ra ở vùng gần nhiệt độ biến đổi thù hình của thạch anh (575 0C)
và Lêbêdep cho rằng có liên quan đến sự biến đổi cấu trúc trong thủy tinh mà
ở đây chính là sự biến đổi giữa 2 dạng thù hình α và β thạch anh Điều đó có
nghĩa là trong thủy tinh silicat có các vi tinh thể thạch anh tồn tại Ngoài ra,
giả thuyết này đã được kiểm chức bằng nhiễu xạ Rơnghen: Nếu được làm
lạnh một cách bình thường luôn cho những dải nhiễu xạ rộng và không đổi
Sự phân bố các dải nhiễu xạ này lại tương ứng với sự phân bố các vị trí cực
đại nhiễu xạ trên biểu đồ nhiễu xạ Rơnghen của chất đó khi ở trạng thái kết
tinh.
Nếu chế độ gia công nhiệt mẫu thủy tinh khác nhau thì các cực đại trên
các dải nhiễu xạ Rơnghen sẽ khác nhau Cùng với sự tăng nhiệt độ và tăng
thời gian đốt nóng mẫu thủy tinh thì trên đường cong nhiễu xạ sẽ xuất hiện

thêm các cực đại mới, các cực đại đã có thì càng rõ nét Mặt khác, các cực đại
trên giản đồ nhiễu xạ Rơnghen của thủy tinh và của các tinh thể tương ứng
tuy trùng nhau nhưng không hoàn toàn giống nhau Chứng tỏ có sự biến dạng
mạng lưới của các vi tinh thể Trong thủy tinh chỉ có những vị trí trung tâm
của các vi tinh thể là có cấu tạo gần giống mạng lưới tinh thể thông thường,
còn xa vị trí trung tâm sự sai lệch về mạng lưới càng tăng lên
Florinsky là người đầu tiên đã dùng quang phổ hồng ngoại để nghiên
cứu cấu trúc thủy tinh, ông thấy các dải phản xạ và hấp thụ của thủy tinh và
7


của các tinh thể có thể tách ra đầu tiên khi kết tinh thủy tinh hoàn toàn trùng
nhau Điều đó có nghĩa là trong thủy tinh có sự không đồng nhất cục bộ Tại
các vị trí không đồng nhất này các nguyên tử được sắp xếp giống như trong
tinh thể tương ứng
Thực tế vấn đề tồn tại các vi tinh thể tuy đã có nhiều công trình nghiên
cứu bằng phương pháp nhiễu xạ Rơnghen và quang phổ nhưng vẫn chưa có
nhận định nào là hoàn chỉnh [1]
1.1.3.2. Giả thuyết cấu trúc liên tục vô định hình
Trên cơ sở các thành tựu đạt được của hóa học tinh thể, năm 1932
Zachariazen đã đưa ra giả thuyết cấu trúc liên tục vô định hình Theo đó, lực
tương tác giữa các ion trong thủy tinh oxit có lẽ cũng giống như trong các tinh
thể tương ứng, vì thế các tính chất cơ học của 2 dạng này gần như nhau
Về mặt cấu trúc cũng giống như các tinh thể, trong thủy tinh các
nguyên tử cũng được sắp xếp để tạo thành mạng không gian 3 chiều nhưng
không đối xứng không tuần hoàn Do sự hỗn loạn đó mà nội năng của thủy
tinh lớn hơn nội năng của tinh thể, nhưng không lớn lắm, vì nếu không như
vậy quá trình kết tinh sẽ xảy ra ngay Cũng do sự sắp xếp không trật tự ấy nên
các liên kết A - O trong thủy tinh không lớn như nhau như trong tinh thể Khi
đốt nóng thủy tinh các liên kết có độ bền khác nhau cần năng lượng bẻ gãy

khác nhau, liên kết nào yếu bị bẻ gãy trước sau đó mới đến liên kết mạnh Vì
vậy thủy tinh mềm dần rồi mới chảy lỏng chứ không giảm độ nhớt đột ngột
như trong tinh thể
Zachariasen lấy thủy tinh thạch anh, borate, germanat để xét, thấy rằng
cơ cấu mạng lưới không gian của thủy tinh gần giống tinh thể tương ứng
Chúng được hình thành từ các đa diện liên kết lại (tứ diện, tam giác …)
Zachariasen còn nêu ra rằng: Các oxit dạng BmOn muốn tạo thành thủy
tinh cần thỏa mãn các yêu cầu sau (các tiêu chuẩn Zachariasen ):
1 Nguyên tử ôxy không được liên kết với quá 2 nguyên tử B
2 Số nguyên tử ôxy xung quanh B không quá lớn, thường bằng 3, 4.
8


3 Các đa diện ôxy phải có đỉnh chung nhưng không có cạnh chung và
mặt chung.
4 Để tạo thành mạng không gian 3 chiều, mỗi đa diện cần dùng chung
với các đa diện bên cạnh ít nhất là 3 đỉnh
Các oxit kiểu B2O, BO không thỏa mãn 4 điều kiện trên nên không có
khả năng tạo thủy tinh Tiêu chuẩn 1, 3, 4 thỏa mãn với:
a) Oxit loại B2O3 nếu nguyên tử ôxy tạo thành tam giác xung quanh B
b) Oxit loại BO2 và B2O5 nếu ôxy tạo tứ diện quanh B
c) Oxit kiểu BO3, B2O7, BO4 nếu ôxy tạo bát diện quanh B [1]
1.1.4. Thủy tinh từ nguyên liệu Borate và oxide kiềm
1.1.4.1. Nguyên liệu tạo thủy tinh (former)
Để tạo ra các sản phẩm thủy tinh cao cấp đáp ứng các yêu cầu của kỹ
thuật chiếu sáng hay đo liều bức xạ năng lượng cao, chúng tôi chọn nguyên
liệu có khả năng tạo thuỷ tinh (former) từ trạng thái nóng chảy và được làm
lạnh đủ nhanh là oxide (B2O3).
B2O3 là oxit tạo thủy tinh, nó cung cấp cho thủy tinh độ bền cơ, bền
nhiệt, bền hóa Ở nhiệt độ cao B2O3 làm giảm sức căng bề mặt và độ nhớt

thuận lợi cho quá trình khử bọt B2O3 được dùng với 2 mục đích: B2O3 là một
trong những thành phần chính của thủy tinh Đó là các loại thủy tinh
borosilicat làm các thiết bị chịu nhiệt, các dụng cụ quang học B 2O3 là chất
tăng nhanh quá trình nấu Thường dùng ~1% B2O3 được cung cấp từ nhiều
nguyên liệu khác nhau: Từ axit boric H3BO3 (56,45% B2O3 và 43,55% H2O).
H3BO3 dạng vảy hoặc dạng tinh thể bé không màu, dễ bay hơi và dễ tan trong
nước, hơi độc Borax Na2B4O7.10H2O dễ tan trong nước, cung cấp cho thủy
tinh đồng thời 2 oxit B2O3 và Na2O.
B2O3 bay hơi cùng với hơi nước trong khí thải nên khi nấu phối liệu có
chứa hợp chất của Bor phải tính độ tổn thất Phối liệu thủy tinh thông thường
bay hơi khoảng 3-5% B2O3 Thủy tinh quang học mất 5 - 8% B2O3 Thủy tinh
Borosilicat mất 10 - 12% B2O3 Lượng B2O3 bay hơi sẽ ăn mòn vật liệu chịu
9


lửa. [1]
1.1.4.2. Nguyên liệu biến tính (next work modifier)
Để thay đổi các tính chất vật lý trong quá trình chế tạo như điểm nóng
chảy, độ hòa tan, độ dẫn… chúng tôi đã sử dụng một số oxide kiềm như Na2O
và Li2O với một tỷ lệ nhất định. Các oxit này có thể làm thay đổi cấu trúc
mạng của thủy tinh (gọi là thành phần biến tính - network modifier).
- Na2O là thành phần quan trọng nhất của thủy tinh công nghiệp Đưa
Na2O vào, hầu hết các tính chất của thủy tinh như tính chất cơ học, hóa học...
đều giảm đi Tuy vậy tác dụng quan trọng của Na 2O là ở chỗ nó giải quyết
được nhiều khó khăn có tính chất công nghệ như hạ thấp nhiệt độ nấu, tăng
tốc độ hòa tan các hạt cát, tăng tốc độ khử bọt do hạ thấp độ nhớt của thủy
tinh Nguyên liệu chủ yếu cung cấp Na2O là sô đa và sulfat natri
+ Sô đa có 2 loại: Sô đa kết tinh (Na2CO3.10H2O) và sô đa khan
Na2CO3 (nóng chảy ở 8500C) Khi đốt nóng sô đa khan phân hủy thành Na 2O
và khí CO2 tương ứng với 58,5% và 41,5% Trong thực tế người ta dùng sô

đa khan để nấu thủy tinh Sô đa ngậm nước không thích hợp vì khi nấu tạo
nhiều bọt Sô đa rất dễ hút ẩm, phải bảo đảm nơi khô ráo thoáng gió
+ Sulfat natri Na2SO4 được dùng chủ yếu ở dạng khan (nóng chảy ở
8840C, bắt đầu phân hủy ở 1200 - 12200C) Trong thành phần của nó chứa
43,7% Na2O và 56,3% SO3 Khi dùng sulfat natri để nấu thủy tinh cần phải
dùng các bon làm chất khử để tạo điều kiện phân hủy Na 2SO4 thành dạng
sulfua dễ phản ứng hơn Các bon đưa vào dưới dạng than cốc, than gỗ, vỏ
bào, mùn cưa Theo lí thuyết để khử Na2SO4 cần 4,22% các bon, trong thực tế
cần 5 - 7% các bon so với lượng Na2SO4.
So sánh việc sử dụng sô đa và sulfat natri cung cấp Na2O cho thủy tinh
ta thấy: Nấu thủy tinh từ phối liệu sô đa đơn giản và kinh tế hơn Khi dùng
một lượng như nhau thì sô đa cung cấp Na2O nhiều hơn sulfat nên giảm được
kho bảo quản, giảm chi phí vận chuyển và gia công nguyên liệu Mặt khác
dùng sô đa thì không cần dùng chất khử Khi dùng sulfat, lượng chất khử đưa
10


vào đòi hỏi phải được điều chỉnh định lượng chính xác Nếu thừa chất khử
thủy tinh bị nhuộm màu vàng nâu, còn thiếu chất khử sẽ xuất hiện lớp sulfat
nóng chảy phá hủy vật liệu chịu lửa xây lò và gây khuyết tật thủy tinh Vì vậy
người ta dùng sô đa để nấu thủy tinh còn sulfat chỉ được dùng với lượng nhỏ
(<5%) làm chất khử bọt, chất tăng nhanh quá trình nấu Chỉ trong những điều
kiện đặc biệt nào đấy, một số nhà máy thủy tinh mới dùng Na2SO4 làm
nguyên liệu cung cấp Na2O.[1]
- Li2O cho vào phối liệu dưới dạng cacbonat Li 2CO3 (nóng chảy ở
6180C) hoặc các khoáng thiên nhiên chủ yếu là lepidolit LiF KF Al 2O3.3SiO2
và spôdumen Li2O.Al2O3.4SiO2. Li2O ít được sử dụng để nấu thủy tinh thông
thường Chỉ dùng trong sản xuất thủy tinh quang học, thủy tinh mờ đặc biệt
và vật liệu đa tinh thể
Muối liti làm tăng nhanh quá trình nấu, tạo pha lỏng sớm và hạ nhiệt độ

nấu thủy tinh Li2O làm tăng độ bền hóa, giảm hệ số giãn nở nhiệt của thủy
tinh. Li2O làm giảm độ nhớt của thủy tinh nhiều hơn các oxit kim loại kiềm
khác. [1]
1.2. CÁC PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO THỦY TINH
1.2.1. Phƣơng ph p n ng chảy
Quy trình sản xuất thủy tinh bằng phương pháp nóng chảy có thể
chia thành 10 bước:
Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu sạch
Bước 2: Bổ sung chất làm hạ thấp nhiệt độ nóng chảy xuống mức cần thiết
để chế tạo thủy tinh (như Na2CO3, CaO, …)
Bước 3: Bổ sung các chất hóa học khác để cải thiện tính năng của thủy tinh
tùy theo mục đích sử dụng
Ví dụ:
+ Để giúp thủy tinh bền hơn thì bổ sung MgO, Al2O3, … (chiếm tối đa
khoảng 26% đến 30% hợp chất thủy tinh)

11


+ Đối với thủy tinh dùng để trang trí cần bổ sung thêm là chì ôxít, tạo sự
lấp lánh cho thủy tinh pha lê, đồng thời tạo độ mềm dẻo giúp dễ dàng cắt gọt
và hạ thấp mức nhiệt nóng chảy
Bước 4: Trộn đều hỗn hợp rồi đổ vào nồi nấu kim loại hoặc khuôn chứa
chịu nhiệt
Bước 5: Nung nóng chảy hỗn hợp bằng lò nung điện hoặc ga để tạo thành
chất lỏng
Bước 6: Hỗn hợp được làm đồng nhất và loại bỏ bọt bằng cách khuấy đều
Bước 7: Tạo hình bằng các cách
+ Rót thủy tinh nóng chảy vào khuôn và để nguội Đây là phương pháp
của người Ai Cập, và là cách chế tạo thấu kính ngày nay

+ Rót thủy tinh nóng chảy vào bình chứa thiếc tan chảy để tạo thành giá
đỡ và thổi thủy tinh bằng khí nitơ nén để tạo hình và đánh bóng Thủy tinh
chế tạo theo phương pháp này gọi là thủy tinh đánh bóng Đây là cách chế tạo
các tấm kính từ những năm 1950
+ Dồn vào một đầu của ống rỗng, sau đó vừa xoay ống vừa thổi hơi vào
ống Thủy tinh được tạo hình bởi không khí thổi vào trong ống, trọng lực kéo
thủy tinh nóng chảy ở đầu ống xuống vào giúp tạo hình
Bước 8: Sau khi hoàn tất, thủy tinh được để nguội ở nhiệt độ phòng
Bước 9: Tiếp tục đun nóng (ủ) thủy tinh ở nhiệt độ thích hợp để tăng cường
độ bền Quá trình này gọi là tôi luyện, giúp loại bỏ các điểm tụ có thể sinh ra
trong quá trình làm nguội thủy tinh
Bước 10: Mài, cắt, cán mỏng, phủ lớp mạ ngoài, hoặc xử lý bằng các
phương pháp khác để tăng cường độ bền đẹp và dẻo dai cho sản phẩm [3]
1.2.2. Phƣơng ph p So - gel
Phương pháp Sol - gel là một chuỗi quy trình các phản ứng hóa học bắt
đầu đi từ dung dịch sol của các precursor dạng lỏng và rắn
Sol là trạng thái tồn tại ổn định của các hạt keo phân tán đều trong hỗn
hợp dung dịch Các hạt keo này là những phần tử rắn có kích thước khoảng 1
12


đến 10 nm Trên thực tế, mỗi phần tử này chứa khoảng vài chục đến vài trăm
nguyên tử và là trạng thái trung gian để tạo ra các hạt lớn hơn Do các hạt này
có kích thước quá nhỏ nên lực hút là không đáng kể và lực tương tác giữa
chúng là lực Vanlder Waals làm chuyển động ngẫu nhiên xảy ra các va chạm
và liên kết lẫn nhau dẫn đến đông tụ các hạt keo trong một thời gian xác định
Gel được định nghĩa như là một quá trình chuyển pha liên tục do các
hạt keo kết tụ, liên kết chặt chẽ lại với nhau để hình thành cấu trúc khung rắn
trong đó tồn tại đồng thời các thành phần rắn, lỏng trong dung dịch Thực
chất, gel là sự kết hợp của các hạt đơn liên kết lại với nhau để hình thành các

chuỗi kích thước lớn hơn
Sự phát triển của các chuỗi trong dung dịch do phản ứng ngưng tụ làm
tăng liên kết kim loại - Oxi - kim loại tạo thành một khung mạng lưới trong
khắp dung dịch Thông qua quá trình sấy khô bằng cách bay hơi chất hữu cơ ở
điều kiện bình thường, các hạt kết tụ lại với nhau và giảm thể tích, khối lượng
so với ban đầu Nếu tiếp tục nung ở nhiệt độ cao thu được sản phẩm gọi là gel
khô (Xerogel) Nếu Gel khử loại dung môi trong gel tạo thành các sản phẩm ít
bị co ngót và xốp gọi là gel khí (Aerogel)
Quá trình Sol - gel được mô tả bởi 4 giai đoạn khác nhau:
+ Sự thủy phân các precursor (là những phần tử ban đầu để tạo ra hạt
Sol).
+ Sự ngưng tụ
+ Sấy khô.
+ Nung.
Mỗi giai đoạn có một sự ảnh hưởng nhất định đến đặc tính của sản
phẩm cuối cùng Các điều kiện, giá trị thích hợp của mỗi giai đoạn chỉ có thể
xác định được thông qua quá trình thực nghiệm
Quá trình chế tạo vật liệu bằng phương pháp sol-gel gồm 4 giai đoạn
chính:
+ Tạo dung dịch Sol
13


+ Gel hóa (gelation) và định hình
+ Sấy (drying)
+ Sự kết khối (sintering)
Trước đây, vật liệu được tổng hợp bằng phương pháp Sol - Gel thường
sử dụng các precursor là alkoxide kim loại M(OR)z Gần đây, các precursor
dạng muối vô cơ đang được quan tâm nhất trong việc tổng hợp vật liệu
nanocomposite hữu cơ - vô cơ vì giá thành các muối này thấp nhiều lần và dễ

tổng hợp từ các nhà sản xuất so với dạng alkoxide kim loại [3]
1.3. ĐẶC TRƢNG CỦA CÁC NGUYÊN TỐ ĐẤT HIẾM
1.3.1. Đ c đi m chung của c c ion đất hi m
Vì tính chất vật lý, tính chất địa hóa của 17 nguyên tố thuộc nhóm IIIB
trong bảng hệ thống tuần hoàn là rất giống nhau dễ gây nên sự nhầm lẫn trong
việc hệ thống hóa và danh pháp nên vào năm 1968 các nguyên tố “lantannit”
gồm 14 nguyên tố từ Ce đến Lu và các nguyên tố Sc, Y, La được gọi chung là
nguyên tố đất hiếm (RE) Các nguyên tố thuộc họ đất hiếm: Ce, Pr, Nd, Pm,
Sm, Eu, Gb, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb có số nguyên tử từ 58 đến 70 giữ vai trò
hết sức quan trọng trong sự phát quang của tinh thể phát quang Các nguyên
tố đất hiếm có phân lớp 4f chưa được điền đầy electron Năng lượng tương
đối của các obitan 4f và 5d rất gần nhau và electron dễ được điền vào cả 2
loại obitan này Cấu hình electron của các nguyên tử không đều đặn trong lúc
đó cấu hình electron của các cation Ln3+ [X] 4fn5d06s0 được phân bố điện tử
đều đặn Cấu trúc điện tử của các ion đất hiếm có hoá trị 3, với sự sắp xếp của
các điện tử lớp 4f: 1s22s22p6… (4fn)5s25p6 với n=1÷13, có thể được biểu diễn
ở bảng 1 2.
Bán kính của các ion Ln3+ giảm đều từ La3+ đến Lu3+ Sự “nén lantanit”
này là do đặc tính của các electron điền vào phân lớp 4f sâu bên trong và ảnh
hưởng rất lớn đến sự biến đổi tính chất của các nguyên tố đất hiếm từ La đến
Lu. Việc ứng dụng đặc tính phân lớp 4f của các ion lantannit là sự tiến bộ của
ngành vật liệu đất hiếm với các sản phẩm vật liệu từ và vật liệu quang
14


Bảng 1 1: Cấu trúc điện tử và trạng thái cơ bản của các ion đất hiếm hoá trị 3

Ion đất
hiếm

Số nguyên tử

Cấu hình điện tử

Trạng thái cơ bản
theo quy tắc Hund

La3+

57

1s22s22p6…(4f0 )5s25p6

Ce3+

58

1s22s22p6…(4f1 )5s25p6

2

Pr3+

59

1s22s22p6…(4f2 )5s25p6

3

Nd3+

60

1s22s22p6…(4f3 )5s25p6

4

Pm3+

61

1s22s22p6…(4f4 )5s25p6

Sm3+

62

1s22s22p6…(4f5 )5s25p6

Eu3+

63

1s22s22p6…(4f6 )5s25p6

Gd3+

64

1s22s22p6…(4f7 )5s25p6

Tb3+

65

1s22s22p6…(4f8 )5s25p6

Dy3+

66

1s22s22p6…(4f9 )5s25p6

Ho3+

67

1s22s22p6…(4f10 )5s25p6

Er3+

68

1s22s22p6…(4f11 )5s25p6

Tm3+

69

1s22s22p6…(4f12)5s25p6

3

Yb3+

70

1s22s22p6…(4f13)5s25p6

2

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

Các bức xạ của chuyển mức quang học ở các ion này nằm từ vùng ánh
sáng khả kiến tới vùng hồng ngoại Các tương tác spin-spin và spin-quỹ đạo
giữa các electron của vỏ 4f xác định các mức năng lượng, do hiệu ứng bao
bọc của các lớp vỏ bên ngoài lớp 5s và 5p, điện trường gây ra bởi các nguyên
tử bên cạnh tác dụng lên hàm sóng của electron ở lớp 4f gây ra tách mức năng
lượng suy biến do hiệu ứng Stark Số các vạch do các năng lượng tách ra
được xác định bởi tính đối xứng vị trí Cơ chế tách vạch Stack kết hợp với sự
15

mở rộng vạch đồng đều và không đồng đều, xác định bề rộng năng lượng của
các dịch chuyển quang học giữa các mức năng lượng Kết quả này đã được
Dieke trình bày trên giản đồ được gọi là giản đồ Dieke Hình 1.1.

Hình 1 1: Giản đồ mức năng lượng của các ion RE3+ - Giản đồ Dieke

Các mức năng lượng này được xác định theo thực nghiệm bằng các nghiên
cứu và xét phổ quang học của riêng từng ion khi đặt vào trường tinh thể có tính
16


đối xứng cao như LaCl3 Giản đồ này áp dụng cho các ion đất hiếm hầu như ở
bất cứ môi trường nào vì sự thay đổi cao nhất của các mức năng lượng hầu hết
là vào bậc vài trăm cm-1 Các ion không có electron ở lớp vỏ 4f ví dụ như Sc3+,
Y3+, La3+ không có mức năng lượng điện tử gây ra dịch chuyển kích thích và
phát quang ở vùng ánh sáng khả kiến hay vùng hồng ngoại gần
Ngược lại các ion từ Ce3+ đến Yb3+ có các quỹ đạo 4f được lấp đầy một
phần mô tả đặc điểm các mức năng lượng riêng của từng ion và biễu diễn đa
dạng đặc tính phát quang ở vùng ánh sáng khả kiến Các mức năng lượng điện
tử 4f là đặc điểm tiêu biểu của các ion đất hiếm Do các điện tử lớp 4f chưa lấp
đầy nằm sâu bên trong so với các lớp 5s, 5p, đã được lấp đầy và bị che chắn
bởi các lớp này nên điện tử lớp 4f của các ion đất hiếm tương tác yếu với mạng
tinh thể (phần năng lượng đóng góp do tương tác này chỉ vào khoảng 0 01 eV,
nhỏ hơn so với tương tác spin quỹ đạo một bậc) nhưng chúng tương tác khá
mạnh với nhau
Do đó mặc dù các nguyên tố đất hiếm đã nằm tại các nút mạng tinh thể
nhưng chúng vẫn có các mức năng lượng xác định đặc trưng cho riêng mình
Các mức này ít chịu ảnh hưởng của trường tinh thể Khi có sự chuyển dời của
các điện tử giữa các mức năng lượng của lớp 4f sẽ cho bức xạ nội trong một
tâm Phổ phát quang của các vật liệu phát quang pha tạp đất hiếm gồm cả

những dải rộng và những vạch hẹp đặc trưng cho từng nguyên tố Nếu tâm kích
hoạt nào bị ảnh hưởng mạnh của trường tinh thể thì phổ bức xạ có dải rộng
Ngược lại nếu tâm kích hoạt nào ít bị ảnh hưởng của trường tinh thể thì phổ
bức xạ của nó là vạch hẹp Mỗi mức năng lượng của điện tử 4f được xác định
bằng số lượng tử S, L, J (bảng 1 3).

17


Bảng 1.2: Cấu hình electron của đất hiếm hóa trị III ở trạng thái cơ bản
S nguy n
t

ion

Nguy n t
tƣơng ứng

Điện t 4f

Dưới ảnh hưởng của trường tinh thể, các mức này bị tách thành một số
phân mức do hiệu ứng Stark Số phân mức tách không những phụ thuộc vào L
mà còn phụ thuộc vào tính chất đối xứng của ion đất hiếm trong trường tinh
thể Khi các tâm phát quang tương tác với các trường điện từ ngoài, sự tương
tác đó hiển nhiên phải thông qua điện trường hoặc từ trường [2]
1.3.2. Đ c trƣng của tâm ph t quang Ce3+
Nguyên tố đất hiếm Cerium(Ce) có số thứ tự trong bảng hệ thống tuần
hoàn Z = 58, thường tồn tại dưới dạng oxit Cerium(III) oxide Ce 2O3 và
Cerium(IV) oxide CeO2. Tuy nhiên, thường gặp nhất là CeO2 vì nó bền hơn,
có màu vàng nhạt, khó nóng chảy, không bay hơi, bền nhiệt Thể hiện lưỡng

tính: Phản ứng với axit sunfuric, axit nitric, với kiềm (khi thiêu kết), là chất
oxi hóa: Bị hidro, cacbon, kim loại khử
Cấu hình điện tử của ion Ce3+ như sau:
Ce (Z = 58): 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f25s25p66s2.
Ion Ce3+: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f15s25p6.
18