Thứ ba, 09/03/2021 15:15 GMT+7

Chế tạo và nghiên cứu thủy tinh nền Ôxít (silicate, tellurite) có hiệu suất huỳnh quang đất hiếm cao

Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu thủy tinh pha tạp đất hiếm đã và đang là mối quan tâm đặc biệt cho các nhà nghiên cứu về lĩnh vực thông tin quang. Cuộc cách mạng về các ứng dụng của nó đang diễn ra, như ứng dụng trong laser, linh kiện dẫn sóng, thiết bị khuếch đại quang, sợi quang, thiết bị nhớ có mật độ dung lượng cao, cảm biến UV…

Gần đây, thủy tinh Tellurite được chú ý nhiều trong các truyền dẫn quang và viễn thông với một số đặc tính quan trọng là mất mát phonon thấp (650-750cm-1), chiết vào loại cao, hấp thụ ít trong vùng 1,3-1,5μm và có những tính chất quang học phi tuyến, nhờ vậy có những triển vọng ứng dụng để làm vật liệu thủy tinh photonic và linh kiện quang tử cũng như vật liệu laser trên hiệu ứng quang học phi tuyến. Trong số các thủy tinh oxide thì thủy tinh telluride thể hiện những tính chất đặc biệt như độ bền cơ học tốt, sức bền hóa học cao, nhiệt độ nóng chảy thấp, hằng số điện môi cao, và đặc biệt trong suốt trong vùng nhìn thấy và hồng ngoại. Hơn thế nữa, vật liệu này có năng lượng phonon thấp và hệ số chiết suất cao, hai đặc điển này rất được chú ý trong các ứng dụng quang phổ gần đây. Chính nhờ ưu điểm này, các thủy tinh telluride trở thành vật liệu lý tưởng để pha tạp lanthanide vì chúng giảm thiểu quá trình rã đa phonon giữa các mức năng lượng vốn rất gần nhau của các ion lanthanide, khiến ta quan sát được cả các chuyển dời giữa các mức đó, làm tăng thêm hiệu suất lượng tử của các chuyển dời huỳnh quang. Đây là loại thủy tinh non-silicate oxide được nghiên cứu nhiều hiện nay.

Tuy nhiên nếu chỉ riêng vật liệu TeO2 thì bị một số hạn chế của nó, như dễ bị dập tặt huỳnh quang, độ bền cơ học kém, không bền vững với các tác nhân hóa học theo thời gian, đặc tính phát quang không theo mong muốn, vì bát diện Te-O có độ bền vững cao khó tạo thành các liên kết Te-O nhiễu loạn cần thiết để tạo ra mạng liên kết của thủy tinh của nó, cũng như liên kết với các đất hiếm đưa vào. Nó chỉ tạo thành thủy tinh khi pha thêm một số oxide khác nữa như B2O3, P2O5, SiO2… hay cùng với một lượng nhỏ oxide hay fluoride kiềm. Những hợp chất kiềm này đóng vai trò như một biến thể của mạng (network modifiers), qua đó cũng đồng thời tạo nên một số đặc tính mới của thủy tinh.

Nắm được thực tế trên, TS. Vũ Phi Tuyến từ Học viện Khoa học và Công nghệ cùng các cộng sự đã thực hiện đề tài: "Chế tạo và nghiên cứu thủy tinh nền Ôxít (silicate, tellurite) có hiệu suất huỳnh quang đất hiếm cao" nhằm một số mục tiêu cụ thể sau:

1. Hoàn thiện quy trình chế tạo thủy tinh aluminosilicate pha tạp Eu, Sm, Dy bằng phương pháp sol-gel.  

2. Hoàn thiện công nghệ chế tạo thủy tinh tellurite pha tạp Eu, Sm và Dy bằng phương pháp nóng chảy. 

3. Nghiên cứu, khảo sát các mẫu thu được bằng các phương pháp phân tích cấu trúc, hấp thụ, huỳnh quang, huỳnh quang kích thích, Raman để đánh giá hiệu suất phát quang của RE trong những nền chế tạo khác nhau và so sách với những kết quả nghiên cứu mới trên thế giới. 

4. Áp dụng lý thuyết Judd-Ofelt và các hiểu biết về quang lý, quang hóa để hiểu rõ hơn quan hệ giữa cấu trúc vât liệu (tính đối xứng, liên kết mạng, hóa trị…) với đặc trưng quang phổ của các ion đất hiếm (cường độ, độ tách mức, thời gian sống, lực dao động tử…) từ đó tiên đoán và thiết kế các vật liệu có tính chất huỳnh quang mong muốn.

Từ những mục tiêu được đặt ra, nhóm tác giả đã thực hiện nghiên cứu một cách nghiêm túc và khoa học. Kết quả dự án thu được rất đáng chú ý, bao gồm:

- Đã chế tạo thành công thủy tinh Tellurite theo phương pháp nóng chảy và thủy tinh Alumino-Silicate theo phương pháp Sol-gel được pha tạp đất hiếm Dy3+, Eu3+, Sm3+ - Phân tích cấu trúc và tính chất quang của vật liệu thông qua lý thuyết J-O

- Nghiên cứu quá trình truyền năng lượng giữa các ion Dy3+ thông qua cơ chế phục hồi ngang.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (Mã số 14350/2017) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

Nguồn: Cục Thông tin KH&CN quốc gia

Lượt xem: 1145

Tìm theo ngày :

Đánh giá

(Di chuột vào ngôi sao để chọn điểm)