Chế tạo vật liệu bằng phương pháp phản ứng nổ và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu nano YPO4-Tb(III)

– Nghiên cứu tính chất huỳnh quang và cơ chế phát quang của vật liệu nano chế tạo được bằng kĩ thuật huỳnh quang.. – Sử dụng các phương pháp như: giản đồ phân tích nhiệt, nhiễu xạ tia X,

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Hóa học Vô cơ

Người hướng dẫn khoa học

TS NGUYỄN VŨ

Lời cảm ơn

Khóa luận này được hoàn thành tại Phòng Quang hóa điện tử, Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất tới TS Nguyễn

Vũ – người thầy đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn TS Phạm Anh Sơn (Khoa Hóa học – Trường ĐHKHTN), TS Trần Quang Huy (Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương), TS Nguyễn Trọng Nghĩa (Viện Vật lí) đã giúp em đo giản đồ nhiễu xạ tia X, SEM, đo phổ huỳnh quang Em xin chân thành cảm ơn ThS Ngô Khắc Không Minh, CN Đinh Thị Thu Trang và các anh chị trong nhóm đã hỗ trợ em trong công việc

Trong khi thực hiện khóa luận, em đã nhận được sự giúp đỡ rất nhiệt tình của các cán bộ nghiên cứu thuộc Phòng Quang hóa điện tử, Viện Khoa học Vật liệu Xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Viện Khoa học Vật liệu đã cho phép em được sử dụng những trang thiết bị hiện đại của Phòng Thí nghiệm Trọng Điểm về Vật liệu và linh kiện điện tử

Nhân dịp này, em xin được cảm ơn Ban Chủ nhiệm Khoa hóa học – Trường ĐHSP Hà Nội 2, các thầy cô giáo trong tổ Hóa Vô cơ – Đại cương cùng các bạn trong nhóm đã hết lòng giúp đỡ tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trong quá trình học tập

Cuối cùng xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn ở bên cạnh động viên, giúp đỡ và là chỗ dựa tinh thần cho em trong suốt thời gian qua

Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2017

Sinh viên Đào Thị Mến

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU… 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 5

1.1 Tổng quan chung về vật liệu huỳnh quang có cấu trúc nano 5

1.1.1 Vật liệu huỳnh quang 5

1.1.2 Ảnh hưởng của mạng chủ 8

1.1.3 Vật liệu phát quang cấu trúc nano 9

1.1.4 Tổng quan về vật liệu YPO4 11

1.2 Các nguyên tố đất hiếm 12

1.2.1 Khái niệm các nguyên tố đất hiếm 12

1.2.2 Các định luật phân bố các nguyên tố đất hiếm 13

1.2.3 Cấu tạo vỏ điện tử và đặc tính phát quang của các ion đất hiếm 13

1.2.4 Các dịch chuyển phát xạ của các ion đất hiếm 18

1.2.5 Ứng dụng của chất phát quang dùng nguyên tố đất hiếm 19

1.3 Giới thiệu các phương pháp chế tạo vật liệu 19

1.3.1 Phương pháp đồng kết tủa (Co – precipitation method) 20

1.3.2 Phương pháp sol – gel 22

1.3.3 Phương pháp Mixen đảo 25

1.3.4 Phương pháp thủy nhiệt (Hydrothermal method) 26

1.3.5 Phản ứng pha rắn 28

1.3.6 Phương pháp phản ứng nổ (Combustion method) 28

CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 31

2.1 Tổng hợp vật liệu YPO 4 :Tb(III) 31

2.1.1 Thiết bị và hóa chất 31

2.1.2 Pha các dung dịch muối tiền chất 31

2.1.3 Tổng hợp vật liệu YPO4:1%Tb(III) biến đổi nhiệt độ 33

2.1.4 Tổng hợp vật liệu YPO4:x%Tb(III) (x = 0,1; 1; 2; 3; 5; 7; 10) 34

2.2 Một số phương pháp nghiên cứu cấu trúc, tính chất của vật liệu 35

2.2.1 Phương pháp phân tích nhiệt 35

2.2.2 Xác định cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X 37

2.2.3 Hiển vi điện tử quét (SEM) 39

2.2.4 Phương pháp phổ huỳnh quang 41

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43

3.1 Nghiên cứu các điều kiện tổng hợp vật liệu 43

3.1.1 Kết quả phân tích nhiệt, nghiên cứu cấu trúc và vi hình thái của vật liệu YPO4:Tb(III) 43

3.2 Tính chất quang của vật liệu 47

3.2.1 Phổ huỳnh quang của vật liệu YPO4:1%Tb(III) thay đổi theo nhiệt độ 48

3.2.2 Phổ huỳnh quang của vật liệu YPO4:x%Tb(III) thay đổi theo nồng độ 50

3.2.3 Phổ kích thích huỳnh quang của vật liệu YPO4:Tb(III) 51

KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU

1 Các chữ viết tắt

DTA : phân tích nhiệt vi sai (Diferential Thermal Analysis)

ET : truyền năng lượng

EXC : kích thích (Excitation)

FWHM : độ bán rộng (Full Width at Half Maximum)

NR : không phát xạ

R : phát xạ

RE : đất hiếm (Rare Earth)

SEM : hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) TGA : phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetry Analysis) XRD : nhiễu xạ tia X (X – Ray diffraction)

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Mối liên hệ giữa kích thước và số nguyên tử bề mặt 10 Bảng 1.2: Các ion nguyên tố đất hiếm 14 Bảng 2.1: Danh sách các mẫu YPO4:1%Tb(III) biến đổi nhiệt độ 34 Bảng 2.2: Danh sách các mẫu YPO4:x%Tb(III) (x = 0,1; 1; 2; 3; 5; 7; 10) 35 Bảng 3.1: Kích thước tinh thể của vật liệu YPO4:1%Tb(III) 46

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ của tinh thể hay vật liệu huỳnh quang 5

Hình 1.2: Sơ đồ mô tả quá trình huỳnh quang 6

Hình 1.3: Sự truyền năng lượng từ tâm S (tăng nhạy) tới A 6

Hình 1.4: Sự truyền năng lượng từ S tới A 7

Hình 1.5: Cấu trúc hệ vật liệu phát quang đồng pha tạp 8

Hình 1.6: Cấu trúc YPO4 11

Hình 1.7: Giản đồ mức năng lượng của các ion RE3+ 16

Hình 1.8: Sơ đồ năng lượng các chuyển mức electron của ion Tb3+ 18

Hình 2.1: Quy trình tổng hợp vật liệu YPO4:Tb(III) bằng phương pháp phản ứng nổ 32

Hình 2.2: Sơ đồ nhiễu xạ trên mạng tinh thể 38

Hình 2.3: Thiết bị đo X – ray D8 – ADVANCE – Bruker 39

Hình 2.4: Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét 40

Hình 2.5: Sơ đồ khối một hệ đo huỳnh quang thông thường 41

Hình 3.1: Giản đồ phân tích nhiệt mẫu tiền chất của vật liệu YPO4:1%Tb 44

Hình 3.2: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu YPO4:1%Tb được nung ở 800oC trong 1 giờ, vạch thẳng đứng là thẻ chuẩn JCPDS 74 – 2429 của YPO4 44

Hình 3.3: Giản đồ XRD của vật liệu YPO4:1%Tb(III) nung ở các nhiệt độ khác nhau từ 300 – 900oC trong 1 giờ 45

Hình 3.4: Ảnh SEM của các vật liệu YPO4:1%Tb(III) nung ở 300(a), 500(b) và 800°C(c) 47

Hình 3.5: Phổ huỳnh quang của vật liệu YPO4:1%Tb(III) được nung ở các nhiệt độ khác nhau, trong vùng bước sóng từ 400 đến 700 nm 49

Hình 3.6: Cường độ huỳnh quang tại bước sóng 493 nm với các vật liệu nung ở các nhiệt độ khác nhau 49

Hình 3.7: Phổ huỳnh quang của vật liệu YPO4:x%Tb(III) nung ở 800oC trong

1 giờ, trong vùng bước sóng từ 400 đến 700 nm 50Hình 3.8: Cường độ huỳnh quang tại các đỉnh 545 nm theo nồng độ pha tạp

của mẫu nung ở 800oC trong 1 giờ 51Hình 3.9: Phổ kích thích huỳnh quang của mẫu YPO4:5%Tb, bước sóng chỉ

thị 545 nm 51Hình 3.10: Phổ huỳnh quang mẫu YPO4:5%Tb với những bước sóng kích

thích khác nhau 52

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, vật liệu nano đã và đang trở thành đối tượng nghiên cứu hấp dẫn do những tính chất đặc biệt Vật liệu nano là loại vật liệu

có cấu trúc các hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng có kích thước đặc trưng

từ khoảng 1 nm đến 100 nm có vai trò quan trọng hàng đầu trong khoa học và công nghệ nano, khoa học và công nghệ nano (đặc biệt là công nghệ nano phát quang) là một lĩnh vực hiện đại với nhiều ứng dụng quan trọng trong nghiên cứu hóa học, điện tử

Vật liệu phát quang hiện diện ở xung quanh chúng ta Chúng được dùng làm các đèn ống huỳnh quang, màn hình tivi, máy vi tính, laser, cảm biến, những vật dụng mà chúng ta có thể tìm thấy ở trong phòng thí nghiệm, hay thậm chí ngay khi ở nhà Vật liệu phát quang cũng rất hữu dụng trong công nghệ hiện đại để chế tạo màn hình dao động, màn hình plasma hay trong y học, các vật liệu này hỗ trợ trong việc chuẩn đoán bệnh cắt lớp, đánh dấu tế bào hoặc khối u ung thư, chụp X – quang Ngoài ra, chúng còn đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực điện tử hàng không, vật lý hạt nhân năng lượng cao…

Với nhiều ứng dụng như vậy, trong ngành khoa học vật liệu, việc nghiên cứu vật liệu nano ngày càng được đề cao và nghiên cứu chuyên sâu hơn

Hiện nay, phổ biến hơn cả là vật liệu phát quang pha tạp các ion đất hiếm Vật liệu nano phát quang pha tạp các ion đất hiếm hóa trị ba phát xạ huỳnh quang mạnh ở vùng khả kiến khi được kích thích bởi bức xạ tử ngoại, khả kiến hoặc hồng ngoại gần Hiệu suất phát quang, màu bức xạ hấp thụ của vật liệu phụ thuộc vào sự lựa chọn mạng chủ, nồng độ chất kích hoạt, nồng độ chất tăng nhạy, điều kiện và phương pháp tổng hợp vật liệu Ytrium orthophotphat là một mạng chủ thích hợp pha tạp các ion đất hiếm Eu(III), Nb(III), Tb(III), Pr(III), Er(III) nhờ có các tính chất lí hóa của nó, ví dụ như vùng truyền qua cao và rộng, có tần số dao động phonon thấp, hiệu suất phát

quang lượng tử cao, phát xạ mạnh với mạng chủ orthophotphat, có độ bền nhiệt, độ bền cơ học cao, ổn định và thân thiện với môi trường Mặt khác ion

Y3+ lại tương đồng về hóa trị và bán kính ion đất hiếm pha tạp nên sự thay thế của các ion này vào mạng chủ trở nên dễ dàng hơn Việc thay đổi ion pha tạp, nồng độ pha tạp nhằm mục đích nhận được các tính chất quang mong muốn như hiệu suất phát quang, màu phát xạ Vật liệu YPO4 pha tạp ion đất hiếm như Eu(III) (ký hiệu: YPO4:Eu(III)) cho phát xạ màu đỏ cam với phát xạ trội ứng chuyển mức 5D0 – 7F1 của ion Eu(III) ở khoảng 590 – 620 nm và chuyển mức 5D0 – 7F2 ở khoảng 610 – 630 nm Chất phát quang YPO4:Tb(III) cho phát xạ màu xanh lá cây chuyển dời 5D4 – 7F5 ở khoảng 540 – 560 nm Chất phát quang YPO4:Ce(III) cho phát xạ màu xanh nước biển ứng với chuyển dời điện tử 2D3/2 – 2F7/2

Sự phát triển của phương pháp tổng hợp vật liệu trong những năm gần đây đã mở ra triển vọng điều khiển cấu trúc của vật liệu Một trong những phương pháp đơn giản nhằm thu được vật liệu có kích cỡ nanomet là phương pháp phản ứng nổ với các tiền chất được trộn lẫn trong dung dịch Phương pháp này dựa trên phản ứng oxi hóa – khử giữa tác nhân oxi hóa là gốc nitrat (NO3-) trong muối nitrat của kim loại và tác nhân khử là các chất hữu cơ có chứa nhóm amino (–NH2) Muối nitrat của kim loại có trong thành phần vật liệu và chất khử được trộn lẫn trong dung dịch Sự có mặt của nhóm amino giúp làm tăng khả năng hòa tan các ion kim loại nhờ khả năng tạo phức của nhóm này và cung cấp nhiên liệu cho phản ứng nổ Sự tạo phức cũng góp phần làm giảm tốc độ hình thành vật liệu do đó hạn chế được sự phát triển kích thước hạt Kết quả là vật liệu thu được có kích thước nanomet

Trên cơ sở kế thừa các kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học vật liệu nano phát quang kết hợp với các phân tích, đánh giá của nhiều nhóm nghiên cứu trong và ngoài nước về vật liệu phát quang với mạng chủ là YPO4 em chọn

đề tài “Chế tạo vật liệu bằng phương pháp phản ứng nổ và nghiên cứu tính chất quang của vật liệu nano YPO 4 :Tb(III)’’ Khóa luận này được tiến hành

nghiên cứu và thực nghiệm tại Phòng Vật liệu Quang điện tử, Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

 Mục tiêu nghiên cứu:

– Xây dựng được quy trình chế tạo vật liệu nano phát quang YPO4:Tb(III) bằng phương pháp phản ứng nổ

– Nghiên cứu một cách có hệ thống ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp như nhiệt độ nung mẫu, nồng độ pha tạp, thời gian đến tính chất của vật liệu

 Nhiệm vụ nghiên cứu:

– Sử dụng phương pháp phản ứng nổ để chế tạo vật liệu nano phát quang YPO4:Tb(III)

– Khảo sát ảnh hưởng của các điều kiện tổng hợp (nhiệt độ, nồng độ pha tạp ) lên tính chất của vật liệu:

+ Thay đổi nhiệt độ nung 300 – 900oC

+ Thay đổi nồng độ Tb(III)

+ Cố định nhiệt độ, thay đổi thời gian nung

– Nghiên cứu ảnh vi hình thái bằng SEM, nghiên cứu cấu trúc vật liệu bằng phương pháp nhiễu xạ tia X

– Nghiên cứu tính chất huỳnh quang và cơ chế phát quang của vật liệu nano chế tạo được bằng kĩ thuật huỳnh quang Khảo sát tối ưu hóa tính chất huỳnh quang của vật liệu pha tạp Tb(III) theo ảnh hưởng nhiệt độ, ảnh hưởng của nồng độ pha tạp đến tính chất quang của vật liệu

 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu:

Vật liệu nano phát quang YPO4:Tb(III)

 Phương pháp nghiên cứu:

– Phương pháp nghiên cứu là phương pháp thực nghiệm: tổng hợp hóa học để chế tạo vật liệu nano bằng phương pháp phản ứng cháy nổ

– Sử dụng các phương pháp như: giản đồ phân tích nhiệt, nhiễu xạ tia

X, hiển vi điện tử quét SEM, phổ huỳnh quang, phổ kích thích huỳnh quang

để nghiên cứu cấu trúc, hình thái, tính chất quang học của vật liệu

 Nội dung khóa luận bao gồm:

Mở đầu nêu tầm quan trọng của vật liệu nano, mục tiêu của khóa luận

và phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan chung về vật liệu huỳnh quang có cấu trúc nano

1.1.1 Vật liệu huỳnh quang

Hiện nay, vật liệu phát quang ngày càng trở nên gần gũi trong cuộc sống của chúng ta Ta có thể bắt gặp rất nhiều ứng dụng của vật liệu phát quang trong cuộc sống hằng ngày, ví dụ như trong các đèn ống huỳnh quang, cũng như đèn led, trong màn hình tivi hay máy tính, laser Vật liệu phát quang cũng được sử dụng rất hiệu quả trong công nghệ hiện đại để chế tạo màn ảnh phẳng điện huỳnh quang hoặc lĩnh vực điện tử hàng không Các vật liệu này cũng đóng vai trò quan trọng trong các lĩnh vực vật lí hạt nhân năng lượng cao, y học như chiếu X – quang, chuẩn đoán bệnh cắt lớp, đánh dấu tế bào/khối u ung thư

Vật liệu huỳnh quang là vật liệu có thể biến đổi một số loại năng lượng thành bức xạ điện từ Bức xạ điện từ được phát xạ bởi vật liệu huỳnh quang thường nằm trong vùng nhìn thấy, hoặc cũng có thể nằm trong vùng tử ngoại và hồng ngoại Quá trình huỳnh quang có thể được kích thích bởi nhiều loại năng lượng khác nhau: nếu kích thích bằng bức xạ điện từ ta có quang huỳnh quang, nếu kích thích bằng chùm electron năng lượng cao ta có huỳnh quang catot, nếu kích thích bằng hiệu điện thế của dòng điện thì ta có điện huỳnh quang…[12]

Hình 1.1: Sơ đồ của tinh thể hay vật liệu huỳnh quang

EXC

R

NR

A

Hệ gồm có một mạng chủ và một tâm huỳnh quang được gọi là tâm kích hoạt

Hình 1.2: Sơ đồ mô tả quá trình huỳnh quang

Từ hình 1.2, ta có thể thấy các quá trình huỳnh quang trong hệ được xảy ra như sau: Bức xạ kích thích được hấp thụ bởi tâm kích hoạt, tâm này được nâng từ trạng thái cơ bản A lên trạng thái kích thích A*, 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 lượng của trạng thái kích thích được dùng để kích thích dao động mạng, có nghĩa là làm nóng mạng chủ

Bức xạ kích thích còn có thể được hấp thụ bởi các ion hoặc nhóm các ion khác – được gọi là ion tăng nhạy (sensitizer): ion hoặc nhóm ion này có thể hấp thụ bức xạ kích thích rồi truyền năng lượng cho tâm kích hoạt (hình 1.3)

Hình 1.3: Sự truyền năng lượng từ tâm S (tăng nhạy) tới A

Hình 1.4: Sự truyền năng lượng từ S tới A

Hình 1.4 mô tả sự truyền năng lượng của ion tăng nhạy (S) tới ion kích hoạt (A) Bức xạ kích thích được hấp thụ bởi ion tăng nhạy S, đưa lên trạng thái kích thích S* được truyền cho ion kích hoạt A bằng quá trình truyền năng lượng (ET), đưa ion này lên trạng thái A1 Quá trình tắt dần không phát xạ về mức A2 , từ đây xảy ra phát xạ từ A2 → A

Hình 1.5 dưới đây cho thấy rõ cấu trúc của một vật liệu phát quang gồm mạng nền, ion tăng nhạy và ion kích hoạt

Hình 1.5: Cấu trúc hệ vật liệu phát quang đồng pha tạp

Tóm lại, các quá trình vật lý cơ bản đóng vai trò quan trọng trong vật liệu huỳnh quang là:

– Sự hấp thụ (hoặc sự kích thích) có thể thực hiện ở chính các ion kích hoạt, ở ion tăng nhạy hoặc mạng chủ;

Bây giờ chúng ta sẽ xem xét các yếu tố ảnh tới sự khác nhau của phổ của cùng một ion đã cho trong các mạng chủ khác nhau Yếu tố đầu tiên được đề cập đến là tính đồng hóa trị Để tăng tính đồng hóa trị, tương tác giữa các electron được giảm bớt bởi vì chúng tạo ra các quỹ đạo lớn hơn Bởi vậy, các

dịch chuyển điện tử giữa các mức năng lượng được xác định bởi sự dịch chuyển do tương tác electron về phía năng lượng thấp hơn khi sự đồng hóa trị tăng lên Điều này được biết đến như 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 lượng thấp hơn

Một yếu tố nữa thể hiện sự ảnh hưởng của mạng chủ tới tính chất quang của một ion đã cho là trường tinh thể Trường này là trường điện tử tại

vị trí của ion dưới điều kiện quan sát do môi trường xung quanh Vị trí phổ của số dịch chuyển quang học được xác định bởi lực của trường tinh thể, các ion kim loại chuyển tiếp là rõ nhất

1.1.3 Vật liệu phát quang cấu trúc nano

Vật liệu cấu trúc nano nói chung và vật liệu nano phát quang (nanophosphor) nói riêng đang là vấn đề được giới khoa học trên thế giới quan tâm do có nhiều ứng dụng trong thực tế

Vật liệu cấu trúc nano là vật liệu mà các nguyên tử, phân tử được sắp đặt thành các cấu trúc vật lí có kích thước cỡ nanomet (dưới 100 nm) Vật liệu có kích thước nano rất đa dạng và phong phú như các hạt nano (nanoparticles), các thanh nano (nanorods), ống nano (nanotubes), các dây nano (nanowires)… Nhiều tính chất của vật liệu phụ thuộc vào kích thước của nó Ở kích thước nano, cấu trúc tinh thể ảnh hưởng đáng kể bởi số nguyên tử bề mặt, bởi hiệu ứng lượng tử của các trạng thái điện tử, do đó, vật liệu có tính chất mới lạ so với mẫu dạng khối Trong khi hiệu ứng kích thước được xem xét chủ yếu để miêu tả các tính chất vật lí của vật liệu thì hiệu ứng bề mặt hoặc tiếp xúc với bề mặt phẳng đóng một vai trò quan trọng đối với quá trình hóa học, đặc biệt liên quan đến vật liệu xúc tác dị

thể Sự tiếp xúc nhiều giữa bề mặt các hạt và môi trường xung quanh có thể gây một hiệu ứng đáng kể Sự không hoàn hảo của bề mặt các hạt có thể tác động đến chất lượng của vật liệu

Đối với một hạt kích thước 1 nm, số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ là 99% Mối liên hệ giữa số nguyên tử và kích thước của hạt được trình bày trong bảng 1.1

Bảng 1.1: Mối liên hệ giữa kích thước và số nguyên tử bề mặt [12]

Kích thước (nm) Số nguyên tử Số nguyên tử tại bề mặt (%)

Vật liệu phát quang cấu trúc nano có thể tạm chia làm hai loại cơ bản

tạo mạng đất hiếm trong nền như trong các mạng nền: Y2O3, YVO4, YBO3, NaYF4 Mặt khác, thời gian sống huỳnh quang của các vật liệu pha tạp đất hiếm thường dài hơn so với một số loại vật liệu

1.1.4 Tổng quan về vật liệu YPO 4

Mạng nền ở đây là YPO4 có cấu trúc thuộc không gian P41/adm với các thông số mạng là a = b = 0.6894nm và c = 0.6027nm [13, 23] Cấu trúc này

có độ bền hóa học cao do đó YPO4 là một trong những mạng chủ thu hút sự quan tâm lớn cho việc sản xuất vật liệu phát quang Chính vì vậy nó đã thu hút sự chú ý, quan tâm của các nhà khoa học để nghiên cứu tính chất quang trong mối quan hệ với cấu trúc tinh thể của mạng nền [23]

Hình 1.6: Cấu trúc YPO4

1.2 Các nguyên tố đất hiếm

1.2.1 Khái niệm các nguyên tố đất hiếm

Các nguyên tố đất hiếm là các nguyên tố có chỉ số Clark khá thấp (chỉ số Clark là % khối lượng của nguyên tố trong vỏ Trái đất) Các nguyên tố hiếm có giá trị Clark nhỏ hơn 0,01% nhưng có những nguyên tố có chỉ số Clark nhỏ hơn 0,01% lại không phải là nguyên tố hiếm như Au, Ag Ngược lại, có nguyên

tố có chỉ số Clark lớn hơn 0,01% lại là nguyên tố hiếm như vanadi [4]

Các phương pháp điều chế các nguyên tố đất hiếm nói chung là phức tạp hơn nhiều so với phương pháp điều chế các nguyên tố thông dụng Cần phải nắm được các phương pháp tách các nguyên tố cần điều chế ra khỏi các nguyên tố khác có tính chất hóa học tương tự có lẫn trong quặng Các phương pháp tách này phải dựa theo những kiến thức mới của hóa học, vật lí và một

số ngành khoa học ứng dụng khác

Đặt tên nguyên tố đất hiếm như vậy chỉ là quy ước trên cơ sở những nguyên tố này có ít trong tự nhiên cũng như việc khai thác và ứng dụng kĩ thuật có một vị trí đặc biệt Nhiều nguyên tố đất hiếm hay còn gọi là nguyên

tố không thông dụng không phải vì nó đặc biệt hiếm mà vì những nguyên tố rất khó điều chế được dưới dạng tinh khiết, do có ái lực đặc biệt với bầu khí quyển và có lẫn các nguyên tố khác khó tách Khái niệm nguyên tố đất hiếm khởi đầu là những nguyên tố rất ít hoặc hoàn toàn không dùng trong khoa học

kĩ thuật Ngày này nhiều nguyên tố đất hiếm được sử dụng phổ biến trong kĩ thuật Một loạt các ngành khoa học, kĩ thuật hiện đại không thể hoạt động được nếu như không có các nguyên tố đất hiếm Như vậy, khái niệm hiếm ở đây tùy theo thời điểm và có thể thay đổi

Tóm lại, những nguyên tố được gọi là hiếm do những nguyên nhân sau: – Trữ lượng trong lòng Trái đất rất ít;

– Tổng trữ lượng có trong lòng đất khá lớn nhưng độ tập trung trong các mỏ có thể khai thác được rất thấp và thường có lẫn nhiều tạp chất không

có giá trị gì, có nghĩa là không có mỏ nào có trữ lượng đủ để khai thác lớn;

– Có những tính chất hóa học và vật lí đặc biệt làm cho việc chuyển từ quặng sang nguyên tố rất khó khăn;

– Khả năng sử dụng hạn chế mặc dù có trữ lượng tương đối và vì có nguyên tố khác thay thế với giá trị tương tự và khai thác thuận lợi hơn nhiều

1.2.2 Các định luật phân bố các nguyên tố đất hiếm

– Định luật Gold Smith

Lượng tương đối của các nguyên tố phụ thuộc vào điện tích hạt nhân các nguyên tử, nhưng phương thức phân bố lại phụ thuộc cấu trúc lớp vỏ electron

Các nguyên tố mà có điện tích nguyên tố nhỏ (số thứ tự nhỏ) thì chiếm một lượng lớn trong tự nhiên và ngược lại các nguyên tố có điện tích nguyên

tố lớn có lượng nhỏ trong tự nhiên

– Định luật Harkins

Các nguyên tố có số thứ tự chẵn bao giờ cũng có trữ lượng lớn hơn các nguyên tố có số thứ tự lẻ

1.2.3 Cấu tạo vỏ điện tử và đặc tính phát quang của các 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 trưng 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 được trình bày cụ thể ở bảng 1.2

Như đã nêu trên bảng 1.2, Sc3+, Y3+, La3+ có cấu hình điện tử tương ứng với cấu hình các khí trơ Ar, Kr, Xe Các ion họ lantan từ Ce3+ đến Lu3+ có

thêm từ 1 đến 14 điện tử 4f so với cấu hình điện tử của Xe

Bảng 1.2: Các ion nguyên tố đất hiếm [28]

Điện tử 4f

Trạng thái cơ bản

các điện tử ở lớp 6s, 5d, do đó khi tồn tại ở dạng ion, cấu hình điện tử lớp 4f vẫn được bảo toàn Mặt khác, các electron ở lớp 4f được che chở tránh những tác động của môi trường ngoài bởi electron của lớp 5s, 5p Kết quả, chúng làm cho các mức năng lượng của lớp 4f có những đặc tính sau:

+ Khá bền và ít chịu ảnh hưởng của vật liệu nền

+ Không bị phân tách bởi vật liệu nền

+ Ít bị trộn lẫn với các mức năng lượng cao

Vì ít tương tác với vật liệu nền, nên ở cấu hình 4f, tồn tại rất ít hoặc không tồn tại các mức dao động tương ứng với năng lượng 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 trong một phạm vi ngắn của bước sóng, bức xạ thu được đơn sắc hơn và có hiệu suất cao hơn so với trường hợp các ion thông thường

Khi xảy ra sự tương tác giữa momen quỹ đạo và momen spin, các mức năng lượng được hình thành theo nguyên tắc Russell – Saunders Trạng thái năng lượng mới sinh ra được ký hiệu bởi 2S+1LJ

Trong đó L là momen động lượng Orbital tổng, S tương ứng với spin tổng và J là số lượng tử nội

Hình 1.7: Giản đồ mức năng lượng của các ion RE3+

Hình 1.7 là sơ đồ mức năng lượng chính của một số ion đất hiếm trong tinh thể LaCl3, thường được biết như là giản đồ Dieke [6, 29] Các mức năng lượng và trạng thái tương ứng được nhận biết bởi các ký hiệu theo phép gần đúng Russell – Saunder cho nguyên tử Mỗi mức được chỉ định bởi số J ở hình

1.7 lại tách thành các mức con ở hiệu ứng Stark nhờ vào trường tinh thể Số các tối đa là (2J+1) hoặc (J+1/2) tương ứng với J nguyên hay J bán nguyên

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 trường tinh thể nhất định, hiệu ứng tách mức năng lượng Stack vẫn xảy ra đối với một số ion Nghiên cứu cho thấy, hiệu ứng Stark cho các ion đất hiếm trong môi trường thủy tinh xuất

phát từ tính đối xứng điểm thấp của những ion này trong nền vô định hình

1.2.3.1 Ion đất hiếm Tb(III)

Tecbi là nguyên tố đất hiếm thuộc họ Lantan:

Phổ phát quang của Tb(III) bao gồm các vạch được gây ra bởi dịch chuyển 5D4 → 7FJ Khi nồng độ Tb(III) tăng thì phổ phát xạ tăng theo đến một mức nào đó thì sẽ có hiện tượng dập tắt vì nồng độ Khi ion Tb(III) được hình thành bởi bước sóng 250 nm hoặc 350 nm lên mức năng lượng cao không bền

sẽ nhanh chóng hồi phục về mức năng lượng thấp hơn và phát xạ các vạch trong vùng khả kiến tương ứng với các dịch chuyển từ mức bị kích thích 5D4

tới các mức 7FJ (J = 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6) của cấu hình 4f8 Huỳnh quang màu xanh của ion Tb(III) xảy ra do chuyển dời bức xạ từ mức 5D4 xuống mức 7F5

trong lớp 4f với bước sóng cực đại ở khoảng 543 nm Vạch này có ứng dụng quan trọng trong chiếu sáng và hiển thị hình ảnh

+3 +2 +1 0 –1 –1 –3

Hình 1.8: Sơ đồ năng lượng các chuyển mức electron của ion Tb3+ [40]

1.2.4 Các dịch chuyển phát xạ của các ion đất hiếm

Với ion đất hiếm, xác suất chuyển dời tăng theo 3 (ħ là năng lượng photon tương ứng với chuyển dời điện tử) Trong chuyển dời giữa một trạng thái kích thích và trạng thái kích thích thấp hơn, xác suất chuyển dời phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai mức này Khi khoảng cách giữa hai mức khá nhỏ, phonon tham gia vào quá trình hồi phục không phát photon Khi khoảng cách giữa hai mức lớn, chuyển dời giữa hai trạng thái đó thường là kèm theo bức xạ hồng ngoại

Các mức năng lượng của các ion đất hiếm (hình 1.7) đều do điện tử lớp 4f tạo nên, vì thế tất cả các trạng thái đó có cùng số chẵn lẻ Nếu một ion tự

do hoặc chiếm một vị trí có đối xứng tâm đảo trong mạng tinh thể, các dịch chuyển quang học giữa các mức 4fn bị cấm một cách nghiêm ngặt đối với dịch chuyển lưỡng cực điện (quy tắc chọn lọc chẵn lẻ) Nó chỉ có thể xảy ra đối với các dịch chuyển lưỡng 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 được giải phóng ở mức độ khác nhau và có thể xảy ra các dịch chuyển lưỡng cực điện cho phép nhưng yếu Số hạng trường tinh thể trong trường hợp không đối xứng, chứa một thành phần lẻ Vu.Thành phần lẻ này của trường tinh thể là sự pha trộn một số trạng thái 4fn-15d vào trạng thái 4fn Các điện tử 4f được che chắn bởi điện trường của các ion bên cạnh, sự pha trộn là nhỏ, hoặc các trạng thái nằm thấp hơn phần lớn là các trạng thái 4fn cùng tính chẵn lẻ Do đó các dịch chuyển phát xạ thường có xác suất cao hơn, cho phát xạ cường độ mạnh hơn

1.2.5 Ứng dụng của chất phát quang dùng nguyên tố đất hiếm

Các vật liệu phát quang rất quen thuộc với cuộc sống xung quanh chúng

ta Các nhà khoa học trên thế giới đã không ngừng nghiên cứu chế tạo ra ngày càng nhiều vật liệu phát quang hữu dụng trong cuộc sống hiện đại như:

– Chế tạo đèn ống huỳnh quang;

– Chế tạo lade;

– Chế tạo ống tia catot dùng trong thiết bị màn hình phẳng FPD, màn hình tinh thể lỏng (LCD), màn hình điốt phát quang (LED), màn hình phát xạ trường (FED), màn hình hiển thị plasma (PDP)

– Dùng trong lĩnh vực bảo mật như: mã số, mã vạch, thẻ từ, thẻ tín dụng, các loại giấy tờ quan trọng, chống tiền giả…

– Chế tạo thiết bị phát hiện tia gamma trong y học hạt nhân;

– Vật liệu nhấp nháy trong sensor

1.3 Giới thiệu các phương pháp chế tạo vật liệu

Có rất nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu nano Người

ta có thể chia làm hai nhóm phương pháp sau:

Nhóm các phương pháp vật lí sử dụng các thiết bị vật lí hiện đại, thường rất đắt tiền để tổng hợp vật liệu như: phun nung, ngưng tụ pha hơi,

bốc bay nhiệt độ cao, plasma

Nhóm các phương pháp hóa học thường dùng các thiết bị vật tư dễ tìm,

ít tốn kém để tổng hợp vật liệu nano như: thủy nhiệt, sol – gel, đồng kết tủa, phương pháp nổ

Mỗi phương pháp đều có những điểm mạnh và yếu, một số phương pháp chỉ có thể áp dụng với một số vật liệu nhất định nhưng cũng có những vật liệu khi tổng hợp người ta kết hợp đồng thời một số phương pháp khác nhau Tùy thuộc vào bản chất của phản ứng, trạng thái của các chất khi tham gia phản ứng

mà người ta lựa chọn các phương pháp tổng hợp vật liệu phù hợp

1.3.1 Phương pháp đồng kết tủa (Co – precipitation method)

Phương pháp đồng kết tủa là phương pháp kết tủa những hợp chất có nhiều hơn một cation Đây là một trong những phương 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, thường là clorua hoặc nitrat của các cation kim loại Chẳng hạn, Y(NO3)3 từ Y2O3, (NH4)2HPO4 để tạo ra YPO4, khi thêm vào một dung dịch bazơ như NaOH hoặc amoniac, dung dịch muối cacbonat hay oxalat Kết tủa được lọc, rửa, sấy khô và nung để nhận được bột oxit kim loại Đây là phương pháp rất hữu dụng để chế tạo hỗn hợp các oxit bởi sự đồng kết tủa của các hydroxit, cacbonat, oxalat… tương ứng trong một dung dịch Để chế tạo các vật liệu gốc sunphua, muối chứa cation kim loại được phản ứng với muối sunphua hoặc H2S Trong khi đó để chế tạo vật liệu gốc florua thì muối chứa cation kim loại được cho phản ứng với muối florua như NaF, NH4F… Sau đó, kết tủa thường ủ nhiệt để tạo ra tinh thể vật liệu như 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 hưởng 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 Như 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 như: thay thế một phần nước bằng dung môi hữu cơ, làm lạnh sâu để tách nước 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 được khác với thành phần mong muốn

– Ưu điểm: là phương pháp rất hữu dụng để tổng hợp vật liệu bởi sự đồng kết tủa của các hydroxit, cacbonat, oxalat tương ứng trong một dung dịch

– Điểm không thuận lợi của phương pháp đồng kết tủa:

+ Khó điều khiển kích thước và sự phân bố kích thước hạt Quá trình kết tủa nhanh thường dẫn đến kích thước hạt lớn

+ Mẫu sau khi chế tạo thường phải xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao Nếu khống chế tốt các điều kiện, phương pháp đồng kết tủa cho ta kích thước hạt

ml dung dịch hỗn hợp Y(NO3)3 và Eu(NO3)3 0,1M vào 10 ml dung dịch orthovanadate (Na3VO4) 0,1M đã chuẩn bị ở trên, một kết tủa trắng hình thành, giữ pH = 11 ổn định trong 30 phút Lượng NaOH dùng dư ở trên đã cho kết tủa chuyển thành màu vàng Y(OH)3

Kết quả thu được là hạt keo YVO4:Eu thu được có hình elip với kích thước khoảng 15 – 30 nm

1.3.2 Phương pháp sol – gel

Phương pháp sol – gel cho phép trộn lẫn các chất ở qui mô nguyên tử

và hạt keo để tổng hợp các vật liệu có độ sạch và tính đồng nhất cao Phương pháp này có vai trò quan trọng trong việc chế tạo các vật liệu cỡ nano, đặc biệt là các vật liệu gốm và các oxit kim loại thông qua việc thủy phân các tiền chất, thường là các alkoxit tan trong rượu tạo thành các hiđroxit tương ứng Ngưng tụ các hiđroxit này bằng cách loại nước dẫn đến tạo thành bộ khung hiđroxit kim loại Khi tất cả các tiểu phân hiđroxit (phân tử hoặc ion) liên kết với nhau trong một cấu trúc mạng lưới, sự tạo gel được hoàn tất Gel thu được

là một polime có cấu trúc ba chiều, được bao quanh bởi các lỗ xốp nối với nhau Việc tách các dung môi và sấy thích hợp gel thu được sẽ tạo thành bột siêu mịn hiđroxit kim loại Quá trình xử lý nhiệt tiếp theo các hiđroxit này sẽ tạo thành bột oxit kim loại siêu mịn Do phương pháp này được khởi đầu từ các đơn vị vật liệu cỡ nano và các phản ứng diễn ra ở phạm vi nano nên tạo thành vật liệu cỡ nano

Sơ đồ thực hiện phương pháp sol – gel như sau:

Dung dịch → sol → gel → Xerogel → Oxit phức hợp

Theo phương pháp này người ta tạo gel từ các ankoxit kim loại M(OR)z

(M là ion kim loại, R là gốc ankyl) Các ankoxit kim loại được hòa tan trong dung môi hữu cơ khan và được thủy phân khi cho thêm một lượng nước xác định

Quá trình thủy phân và sấy các alkoxit kim loại là hai bước quan trọng xác định tính chất của sản phẩm

– Sự thủy phân các alkoxit kim loại diễn ra như sau:

Cơ chế của phản ứng này liên quan đến việc cộng các nhóm tích điện

âm HOδ- vào tâm kim loại điện tích dương Mδ+ Proton tích điện dương sau đó được chuyển sang nhóm alkoxit, tiếp đó là sự tách nhóm ROH:

Sự ngưng tụ xảy ra khi các hiđroxit liên kết với nhau giải phóng các phân tử H2O và tạo thành một cấu trúc mạng hiđroxit (gel) theo phản ứng:

Quá trình tách dung môi và sấy: Khi sấy ở điều kiện thường, cấu trúc mạng của gel bị co lại, sản phẩm hiđroxit thu được gọi là xerogel Khi sấy ở

áp suất cao, nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tới hạn của dung môi, sự co xảy ra nhỏ hơn, do vậy bảo vệ được cấu trúc xốp của gel thu được, gel này được gọi là aerogel Các chất bột areogel cùng loại với xerogel thường có độ xốp cao hơn, diện tích bề mặt lớn hơn Phương pháp tạo aerogel là rất có giá trị trong quá trình tạo bột oxit kim loại chất lượng cao Ngoài các nguyên liệu đầu là các alkoxit, phương pháp sol – gel còn đi từ việc thủy phân các hợp chất vô cơ trong môi trường thích hợp Bằng phương pháp sol – gel không những tổng hợp được các ôxít dạng bột, các tinh thể cỡ nano, có tính đồng nhất cao, bề mặt riêng lớn, độ tinh khiết hoá học cao mà còn có thể tổng hợp được các sản phẩm dạng màng mỏng, sợi nano

Nhóm tác giả Haiping Zhang và cộng sự [22] đã sử dụng phương pháp sol – gel để tổng hợp vật liệu nano theo các bước sau: Hóa chất sử dụng gồm: citric axit (C6H8O7.H2O), NH4VO3, Y2O3, LiNO3, HNO3 2M, Eu(NO3)3 0,2M Cho 1,07 gam Y2O3 hòa tan vào 15 ml dung dịch HNO3 2M để thu được dung

dịch Y(NO3)3 Lấy 2,5 ml Eu(NO3)3 cho vào dung dịch C6H8O7.H2O và Y(NO3)3, sau đó cho từ từ 40 ml dung dịch chứa 1,17 gam NH4VO3 vào đó Hỗn hợp được khuấy từ và đun nóng từ từ ở nhiệt độ khoảng 80oC, xuất hiện màu xanh đậm dần Nước bay hơi, dung dịch trở thành gel quánh lại, lúc này hỗn hợp có màu xanh đen Gel thu được làm khô sơ bộ và được nung nóng trong 1 giờ ở nhiệt độ xác định, khoảng nhiệt độ khảo sát từ 550oC đến 880oC Các mẫu thu được đem phân tích bằng phương pháp nhiễu xạ tia X ở nhiệt độ phòng Kích thước hạt và hình thái học của mẫu YVO4:Eu3+ thu được ở các nhiệt độ khác nhau là khác nhau Ở nhiệt độ 550oC và 650oC các hạt nano có hình elip hoặc hình cầu nhưng các hạt này tụ thành khối có đường kính tương ứng 3–10 và 12–15 nm Khi nhiệt độ tăng, 750oC và 850oC, sự kết khối tăng

và kích thước hạt cũng tăng lên tương ứng 40–50 và 90–100 nm

Nhóm tác giả Zhiyao Hou [41] còn tổng hợp được vật liệu nano phát quang dạng sợi YVO4:Ln (Ln = Eu3+, Sm3+, Dy3+) bằng cách cho các oxit

Y2O3, Eu2O3, Sm2O3, Dy2O3 (có độ tinh khiết 99,999%) và NH4VO3 (99%) hòa tan trong axit HNO3 loãng sau đó được trộn lẫn với dung dịch etanol theo

tỉ lệ thể tích là 1:4 Dung dịch axit citric như là dung môi cho các ion kim loại, tỉ lệ mol giữa axit citric và ion kim loại là 1:2 Một lượng poly(vinylpyrrolidone) – PVP – được cho thêm vào hỗn hợp trên, tỉ lệ khối lượng giữa PVP và ancol là 7% Toàn bộ hỗn hợp trên đem khuấy trong 4 giờ được hỗn hợp đồng nhất là sol sau đó đem ủ trong 4 giờ với nhiệt độ thay đổi

từ 400 – 900oC (nâng nhiệt 2oC/phút) Nếu thay thế một phần NH4VO3 bởi (NH4)H2PO4 sẽ được YP0.8V0.2O4

1.3.3 Phương pháp Mixen đảo

Đây là phương pháp có thể tổng hợp được các hạt nano có độ đồng nhất

và độ tinh khiết hóa học cao Chất hoạt động bề mặt được hòa tan trong các dung môi hữu cơ tạo thành kết tập tựa cầu gọi là các Mixen đảo Các nhóm đầu cực của các phân tử chất hoạt động bề mặt bao quanh vùng nước nhỏ (khoảng 100Ao) dẫn đến sự phân tán một cách liên tục của pha nước trong pha dầu Phản ứng hóa học chỉ xảy ra bên trong hạt nước rất nhỏ đó

Dùng phương pháp Mixen đảo để tổng hợp các hạt nano từ một dung dịch của tiền chất có thể được biến đổi thành các hạt nano không tan Tổng hợp các hạt nano bao gồm sự thủy phân của các tiền chất như các ankoxit và phản ứng của các muối kim loại Để thu được sản phẩm cuối cùng ta phải loại dung môi và nung ở một nhiệt độ thích hợp

Nhiều chất hoạt động bề mặt có thể sử dụng trong quá trình này như: pentadecaoxyethylene nonyl phenyl ether (TNP–35), decaoxiethyllene nonyl phenyl ether (TNT–10), poly(oxyethylene)5 nonyl phenyl ether (NP5), poly(oxyethylene)9 nonyl phenyl ether (NP9)

Các thông số như: nồng độ của tiền chất trong Mixen, phần trăm khối lượng của pha nước trên pha vi nhũ tương, nhiệt độ… có ảnh hưởng tới kích thước hạt, sự phân bố kích thước hạt, kích thước tích tụ và các pha của bột sản phẩm

Phương pháp Mixen đảo có một số thuận lợi là các vật liệu ban đầu được trộn lẫn ở mức phân tử trong dung dịch nên có độ đồng nhất cao Có thể tổng hợp các hạt rất nhỏ có độ sạch và độ đồng nhất hóa học cao Tuy nhiên phương pháp này cho hiệu suất tổng hợp thấp, phải sử dụng lượng lớn chất lỏng, chất hoạt động bề mặt, dễ gây ô nhiễm môi trường và giá thành cao

Nhóm Hai Huang và cộng sự [21] đã tổng hợp vật liệu phát quang màu

đỏ Y2O3:Eu có kích thước hạt trong khoảng 10 – 100 nm Vi nhũ tương sử