Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của vật liệu β-TCP pha tạp Eu, Er, Dy và Mn

• Trường học: Đại học Bách khoa Hà Nội
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo và tính chất quang của vật liệu β-TCP pha tạp Eu, Er, Dy và Mn
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU HUỲNH QUANG, TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU HA/β-TCP PHA TẠP
• 1.1. Vật liệu phát quang chứa đất hiếm
• 1.2. Cấu tạo vỏ điện tử và tính chất quang của ion đất hiếm
• 1.3. Sự tách mức năng lượng của ion đất hiếm. Phát quang truyền năng lượng. Huỳnh quang của các ion Eu3+, Eu2+, Dy3+, Mn2+
• 1.4. Tổng quan về vật liệu huỳnh quang trên cơ sở nền HA/β-TCP. Cấu trúc của và tính chất của hydroxyapatite (HA/β-TCP)
• 1.5. Tính chất quang của vật liệu HA-F:Eu
• 1.6. Tính chất quang của vật liệu β-TCP:Eu, Mn
• 1.7. Tính chất quang của vật liệu HA:Eu, Dy
• 1.8. Tính chất quang của vật liệu HA/β-TCP:Er
• 1.9. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM
• 2.1. Quy trình chế tạo vật liệu huỳnh quang trên cơ sở mạng nền HA bằng phương pháp đồng kết tủa
• 2.2. Phương pháp đồng kết tủa
• 2.3. Tổng hợp vật liệu HA-F:Eu
• 2.4. Tổng hợp vật HA:Eu, Dy
• 2.5. Tổng hợp vật liệu β-TCP:Mn và β-TCP:Eu, Mn
• 2.6. Tổng hợp vật liệu HA/β-TCP:Er và HA/β-TCP-Sr:Er
• 2.7. Các phương pháp thực nghiệm khảo sát tính chất của vật liệu
• 2.7.1. Phương pháp khảo sát hình thái và kích thước hạt
• 2.7.2. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS)
• 2.7.3. Phương pháp xác định liên kết trong vật liệu bằng phổ hồng ngoại (FTIR)
• 2.7.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.7.5. Các phương pháp khảo sát tính chất quang của vật liệu
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU HA-xF:Eu và HA:Eu, Dy
• 3.1. Kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 3.2. Kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của hệ vật liệu HA-F:Eu
• 3.3. Kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của hệ vật liệu HA:Eu,Dy
• 3.4. Kết quả nghiên cứu cấu trúc hình thái bề mặt của vật liệu
• 3.4.1. Kết quả phân tích ảnh TEM của hệ vật liệu HA-F:Eu
• 3.4.2. Kết quả phân tích ảnh TEM và phổ EDS của hệ vật liệu HA:Eu, Dy
• 3.4.3. Kết quả phân tích phổ FTIR của hệ vật liệu HA-F:Eu
• 3.4.4. Kết quả phân tích phổ EDS của hệ vật liệu HA-F:Eu
• 3.4.5. Kết quả đo phổ huỳnh quang của hệ HA-F:Eu
• 3.4.6. Phổ huỳnh quang của vật liệu theo nồng độ flo ủ nhiệt ở 150 oC
• 3.4.7. Ảnh hưởng của nồng độ flo đến tính chất quang của vật liệu
• 3.4.8. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ mẫu đến tính chất quang của vật liệu
• 3.4.9. Ảnh hưởng của pH đến tính chất quang của vật liệu
• 3.4.10. Phổ phát xạ của vật liệu ủ trong môi trường khử (H2/Ar)
• 3.4.11. Phổ kích thích huỳnh quang của vật liệu HA-F:Eu
• 3.5. Kết quả đo phổ huỳnh quang của hệ HA:Eu, Dy
• 3.5.1. Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang của các mẫu bột HA:Dy, Eu vào nồng độ Dy pha tạp
• 3.5.2. Sự phụ thuộc cường độ huỳnh quang của các mẫu bột HA:Dy, Eu vào thời gian ủ nhiệt
• 3.5.3. Sự phụ thuộc cường độ PL của các mẫu bột HA:Dy, Eu vào nhiệt độ ủ mẫu
• 3.5.4. Phổ kích thích huỳnh quang của vật liệu HA:Eu, Dy
• 3.6. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU β-TCP:Mn và β-TCP:Eu, Mn
• 4.1. Kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 4.2. Phổ XRD của các mẫu bột β-TCP:Mn
• 4.3. Phổ XRD của các mẫu bột β-TCP:Eu, Mn
• 4.4. Kết quả phân tích ảnh FESEM
• 4.5. Ảnh FESEM của vật liệu β-TCP:Mn
• 4.6. Ảnh FESEM của mẫu β-TCP:Eu, Mn
• 4.7. Kết quả phân tích phổ EDS
• 4.8. Kết quả đo phổ huỳnh quang
• 4.9. Phổ PL và PLE của hệ β-TCP:Mn
• 4.10. Phổ PL và PLE của hệ β-TCP:Eu,Mn
• 4.11. Kết luận chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT QUANG CỦA VẬT LIỆU HA/β-TCP:Er và HA/β-TCP-Sr:Er
• 5.1. Kết quả nghiên cứu cấu trúc và hình thái của hệ vật liệu HA/β-TCP:Er và HA/β-TCP-Sr:Er
• 5.2. Kết quả nghiên cứu cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD)
• 5.3. Kết quả đo giản đồ XRD đối với hệ vật liệu HA/β-TCP-Sr:Er
• 5.4. Kết quả phân tích hình thái bề mặt mẫu bằng ảnh FESEM
• 5.5. Kết quả phân tích thành phần hóa học bằng phổ EDS
• 5.6. Kết quả nghiên cứu tính chất quang
• 5.7. Kết quả đo phổ huỳnh quang của hệ vật liệu HA/β-TCP:Er
• 5.8. Kết quả đo phổ huỳnh quang của hệ vật liệu HA/β-TCP-Sr:Er
• 5.9. Kết luận chương 5
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng quan về vật liệu huỳnh quang và tính chất quang của vật liệu HA β TCP pha tạp

Chương này cung cấp cái nhìn tổng quan về vật liệu huỳnh quang và tính chất quang của các vật liệu dựa trên nền HA/β-TCP. Các ion đất hiếm như Eu3+, Eu2+, Dy3+, và Mn2+ được nghiên cứu kỹ lưỡng về cấu tạo vỏ điện tử và tính chất quang. Sự tách mức năng lượng và hiện tượng phát quang truyền năng lượng được phân tích chi tiết. Cấu trúc và tính chất của hydroxyapatite (HA) và β-TCP cũng được trình bày, cùng với các nghiên cứu về tính chất quang của các vật liệu pha tạp như HA-F:Eu, β-TCP:Eu, Mn, và HA/β-TCP:Er.

1.1. Vật liệu phát quang chứa đất hiếm

Các ion đất hiếm như Eu3+, Eu2+, Dy3+, và Mn2+ có khả năng phát quang mạnh mẽ nhờ cấu tạo vỏ điện tử đặc biệt. Sự tách mức năng lượng và hiện tượng phát quang truyền năng lượng giữa các ion này được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các ion này thường được sử dụng trong các vật liệu huỳnh quang để tạo ra các hiệu ứng quang học mong muốn.

1.2. Cấu trúc và tính chất của HA β TCP

Hydroxyapatite (HA) và β-TCP là hai vật liệu sinh học quan trọng với cấu trúc tinh thể phức tạp. Cấu trúc của HA bao gồm các ion Ca2+ và PO43- tạo thành mạng tinh thể ổn định. β-TCP có cấu trúc tương tự nhưng với tỷ lệ Ca/P khác nhau. Cả hai vật liệu này đều có khả năng pha tạp các ion đất hiếm để tạo ra các tính chất quang học đặc biệt.

II. Quy trình công nghệ chế tạo và các kỹ thuật thực nghiệm

Chương này trình bày chi tiết quy trình chế tạo các vật liệu huỳnh quang dựa trên nền HA bằng phương pháp đồng kết tủa. Các phương pháp thực nghiệm như phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS), phổ hồng ngoại (FTIR), và giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) được sử dụng để khảo sát tính chất của vật liệu. Các kỹ thuật này giúp xác định cấu trúc, hình thái và tính chất quang của các vật liệu pha tạp.

2.1. Quy trình chế tạo vật liệu huỳnh quang

Quy trình chế tạo các vật liệu huỳnh quang dựa trên nền HA bao gồm các bước như đồng kết tủa, ủ nhiệt và pha tạp các ion đất hiếm. Phương pháp đồng kết tủa được sử dụng để tạo ra các hạt nano với kích thước đồng đều và phân bố đều các ion pha tạp.

2.2. Các phương pháp thực nghiệm

Các phương pháp thực nghiệm như phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS), phổ hồng ngoại (FTIR), và giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) được sử dụng để khảo sát tính chất của vật liệu. Các phương pháp này giúp xác định cấu trúc, hình thái và tính chất quang của các vật liệu pha tạp.

III. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của vật liệu HA F Eu và HA Eu Dy

Chương này tập trung vào việc nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của các vật liệu HA-F:Eu và HA:Eu, Dy. Các kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) và ảnh TEM được trình bày chi tiết. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của nồng độ flo, nhiệt độ ủ và pH đến tính chất quang của vật liệu cũng được thảo luận.

3.1. Kết quả phân tích cấu trúc

Các kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) và ảnh TEM cho thấy cấu trúc tinh thể của các vật liệu HA-F:Eu và HA:Eu, Dy ổn định và đồng đều. Các ion pha tạp được phân bố đều trong mạng tinh thể, tạo ra các tính chất quang học đặc biệt.

3.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến tính chất quang

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của nồng độ flo, nhiệt độ ủ và pH đến tính chất quang của vật liệu cho thấy các yếu tố này có tác động đáng kể đến cường độ phát quang và bước sóng phát xạ của vật liệu. Các kết quả này giúp tối ưu hóa quy trình chế tạo để đạt được các tính chất quang học mong muốn.

IV. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của vật liệu β TCP Mn và β TCP Eu Mn

Chương này tập trung vào việc nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của các vật liệu β-TCP:Mn và β-TCP:Eu, Mn. Các kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) và ảnh FESEM được trình bày chi tiết. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của nồng độ Mn, nhiệt độ ủ và môi trường ủ đến tính chất quang của vật liệu cũng được thảo luận.

4.1. Kết quả phân tích cấu trúc

Các kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) và ảnh FESEM cho thấy cấu trúc tinh thể của các vật liệu β-TCP:Mn và β-TCP:Eu, Mn ổn định và đồng đều. Các ion pha tạp được phân bố đều trong mạng tinh thể, tạo ra các tính chất quang học đặc biệt.

4.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến tính chất quang

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của nồng độ Mn, nhiệt độ ủ và môi trường ủ đến tính chất quang của vật liệu cho thấy các yếu tố này có tác động đáng kể đến cường độ phát quang và bước sóng phát xạ của vật liệu. Các kết quả này giúp tối ưu hóa quy trình chế tạo để đạt được các tính chất quang học mong muốn.

V. Nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của vật liệu HA β TCP Er và HA β TCP Sr Er

Chương này tập trung vào việc nghiên cứu cấu trúc và tính chất quang của các vật liệu HA/β-TCP:Er và HA/β-TCP-Sr:Er. Các kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) và ảnh FESEM được trình bày chi tiết. Các nghiên cứu về ảnh hưởng của nồng độ Er, nhiệt độ ủ và môi trường ủ đến tính chất quang của vật liệu cũng được thảo luận.

5.1. Kết quả phân tích cấu trúc

Các kết quả phân tích cấu trúc bằng giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) và ảnh FESEM cho thấy cấu trúc tinh thể của các vật liệu HA/β-TCP:Er và HA/β-TCP-Sr:Er ổn định và đồng đều. Các ion pha tạp được phân bố đều trong mạng tinh thể, tạo ra các tính chất quang học đặc biệt.

5.2. Ảnh hưởng của các yếu tố đến tính chất quang

Các nghiên cứu về ảnh hưởng của nồng độ Er, nhiệt độ ủ và môi trường ủ đến tính chất quang của vật liệu cho thấy các yếu tố này có tác động đáng kể đến cường độ phát quang và bước sóng phát xạ của vật liệu. Các kết quả này giúp tối ưu hóa quy trình chế tạo để đạt được các tính chất quang học mong muốn.