Nghiên cứu và chế tạo vật liệu phát quang chứa đất hiếm trên nền florit

Đề tài nghiên cứu chế tạo các dạng đơn pha của NaYF4: Er3+,Yb3+; nghiên cứu chế tạo hai loại cấu trúc lõi/ vỏ từ các vật liệu: NaYF4:Er3+,Yb3+; Silica; và NaYF4; nghiên cứu sự thay đổi tính chất quang của vật liệu cấu trúc lõi/vỏ so với vật liệu không bọc vỏ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu và chế tạo vật liệu phát quang chứa đất hiếm trên nền florit Nghiên cứu và chế tạo vật liệu phát quang chứa đất hiếm trên nền florit Trần Ngọc Đạt Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Luận văn ThS Chuyên ngành: Vật Lý Chất Rắn; Mã số 60 44 01 04 Người hướng dẫn: GS.TS Lê Quốc Minh Năm bảo vệ: 2013 Abstract. Chế tạo thành công vật liệu nano phát quang chuyển đổi ngược NaYF4 đồng pha tạp ion Er3+ và Yb3+ với tỉ lệ 2% Er3+ và 19% Yb3+ bằng phương pháp khuôn mềm. Sử dụng khuôn mềm IPA, ở 1400C chế tạo thành công cấu trúc đơn pha α-NaYF4:Er3+,Yb3. Khi sử dụng khuôn mềm DEG, ở 1800C, chế tạo thành công dạng cấu trúc đơn pha β-NaYF4:Er3+,Yb3+. Ngoài ra sử dụng khuôn mềm IPA kích thước hạt nano NaYF4:Er3+,Yb3+ giảm xuống hơn hai lần so với vật liệu khuôn mềm DEG. Chế tạo được cấu trúc lõi/vỏ với các dạng cấu trúc β-NaYF4:Er3+,Yb3+ @NaYF4 với lớp vật liệu lõi β-NaYF4:Er3+,Yb3+ kích thước 80÷100nm và lớp vỏ NaYF4 kích thước từ 40÷80 nm. Chế tạo thành công hai cấu trúc lõi vỏ sau: SiO2- x(OH)x@β-NaYF4:Er3+,Yb3+ với lõi silica kích thước trong khoảng 200÷250nm và sau khi bọc vỏ β-NaYF4:Er3+,Yb3+ có kích thước từ 210÷260 nm; và SiO2- x(OH)x@α-NaYF4:Er3+,Yb3+ với lớp lõi silica kích thước 200÷250nm và lớp vỏ vật liệu α-NaYF4:Er3+,Yb3+ kích thước 60-80nm. Đã nghiên cứu chi tiết và lý giải hiệu ứng huỳnh quang chuyển đổi ngược của NaYF4 đồng pha tạp ion 2%Er3+ và 19%Yb3+. Đồng thời đã xác định được sự gia tăng cường độ phát quang chuyển đổi ngược của vật liệu nano cấu trúc lõi/vỏ. Xác định cường độ huỳnh quang các mẫu cấu trúc lõi/vỏ β-NaYF4:Er3+,Yb3+ @NaYF4 và SiO2-x(OH)x@β-NaYF4:Er3+,Yb3+ gấp khoảng 9 lần so với mẫu β-NaYF4:Er3+,Yb3+ “trần”. Đã xác định ảnh hưởng của cấu trúc lõi vỏ đến quá trình biến đổi cường độ phát quang giữa vùng xanh và vùng đỏ trong các vật liệu dạng SiO2-x(OH)x@α, β-NaYF4:Er3+,Yb3+ so với vật liệu α, β- NaYF4:Er3+,Yb3+ “trần”. Đặc biệt đã phát hiện hiệu ứng phát quang truyền năng lượng theo cơ chế hấp thụ 3 photon trong vật liệu nanô SiO2-x(OH)x@β- NaYF4:Er3+,Yb3+ (làm xuất hiện đỉnh phát quang vùng tím ở 408 nm). Keywords. Vật Lý Chất Rắn; Vật liệu phát quang; Chất hiếm; Florit; Vật liệu nano phát quang; Khoa học vật liệu; Vật lý. Content MỞ ĐẦU Khoa học và Công nghệ nano đánh dấu bước phát triển lịch sử của khoa học và công nghệ trên thế giới, trong thời gian qua đã đạt được những thành tựu to lớn góp phần thay đổi không chỉ khoa học công nghệ, mà còn cả trong lĩnh vực kinh tế xã hội. Sự phát triển như vũ bão của nền kinh tế luôn đặt ra các yếu cầu bức thiết đối với khoa học công nghệ về các giải pháp về năng lượng, vật liệu và thiết bị với hiệu quả vượt trội và tính năng đột phá. Trong bối cảnh đó, công nghệ nano ra đời đã phần nào giải quyết được các vấn đề cấp thiết, và việc ứng dụng công nghệ nano vào các ngành khoa học và cuộc sống ngày càng được quan tâm phát triển. Các nhu cầu về điện năng, năng lượng mới, sức khoẻ và môi trường 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 như chất mầu hữu cơ, các chấm lượng tử chế tạo từ vật liệu bán dẫn, các vật liệu nano phát quang chứa đât hiếm đã ngày càng được 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 tượng khá “hot” của nghiên cứu cơ bản và ứng dụng là vật liệu nano phát quang chứa đất hiếm. Loại vật liệu này thu hút được sự quan tâm nghiên cứu phát triển nhằm triển khai các ứng dụng trong in bảo mật [1,2], công nghệ lượng 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 ngược. Vật liệu phát quang chuyển đổi ngược là vật liệu có tính chất đặc biệt khác với những vật liệu phát quang thông thường, bởi vì khi kích thích bằng ánh sáng hồng ngoại sẽ thu được phát xạ ánh sáng vùng khả kiến. Hay nói khác đi, khi dùng ánh sáng có năng lượng thấp để kích thích chúng ta có thể thu được ánh sáng với năng lượng 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 ngược vào các lĩnh vực khoa học, công nghệ và đời sống. Với đối tượng ứng dụng là sinh y học, các vật liệu nano phát quang chuyển đổi ngược có hai ưu thế cơ bản so với vật liệu phát quang thông thường. Trước hết, chúng có khả năng tạo thành hệ keo bền trong các môi trường 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 q ...