Tổng hợp thủy tinh xAl2O3 ˗ (100-x)SiO2 (x = 5, 10, 15, 20) pha tạp CuO bằng phương pháp sol-gel

Vật liệu thủy tinh aluminosilicate đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực công nghệ cao như laser, LED và hiển thị, nhờ vào độ truyền qua và độ bền hóa học vượt trội, cùng khả năng hòa tan ion tạp và tạo hình linh hoạt. Trong số các ion pha tạp, đồng (Cu2+) đặc biệt được quan tâm do tính sẵn có, giá thành thấp và tính chất quang điện tử tiềm năng để tạo cấu trúc nano. Tuy nhiên, các phương pháp tổng hợp truyền thống như nóng chảy đòi hỏi nhiệt độ rất cao, gây tốn kém và hạn chế ứng dụng. Phương pháp sol-gel nổi lên như một giải pháp thay thế hiệu quả, cho phép tổng hợp vật liệu ở nhiệt độ thấp hơn, kiểm soát thành phần hóa học tốt hơn và đạt độ đồng đều cao. Nghiên cứu này tập trung vào việc tổng hợp thủy tinh xAl2O3 - (100-x)SiO2 pha tạp CuO bằng phương pháp sol-gel và khảo sát đặc tính cấu trúc, hình thái, và quang học của chúng.

Các nhà nghiên cứu, kỹ sư và sinh viên trong lĩnh vực khoa học vật liệu, hóa học, vật lý, đặc biệt là những người quan tâm đến vật liệu thủy tinh aluminosilicate, công nghệ sol-gel và ứng dụng quang điện tử.

Nghiên cứu này trình bày chi tiết quá trình tổng hợp và đặc trưng hóa vật liệu thủy tinh xAl2O3 - (100-x)SiO2 (với x = 5, 10, 15, 20) pha tạp CuO sử dụng phương pháp sol-gel ở nhiệt độ thấp. Mục tiêu chính là khắc phục những hạn chế về nhiệt độ cao của phương pháp nóng chảy truyền thống và chứng minh tính hiệu quả của sol-gel trong việc tạo ra các vật liệu đồng nhất với cấu trúc được kiểm soát. Quá trình chế tạo được thực hiện thông qua các bước thủy phân, tạo gel và xử lý nhiệt, đảm bảo kiểm soát thành phần hóa học ở cấp độ phân tử. Các kỹ thuật đặc trưng bao gồm nhiễu xạ tia X (XRD) để xác định cấu trúc vô định hình đặc trưng của thủy tinh, hiển vi điện tử quét (SEM) để khảo sát hình thái bề mặt và độ đồng đều của mẫu, phổ tán sắc năng lượng (EDS) để xác nhận sự hiện diện của các nguyên tố cấu thành, đặc biệt là Cu2+. Ngoài ra, phổ hấp thụ quang học được sử dụng để khẳng định sự tồn tại của ion Cu2+ thông qua đỉnh hấp thụ đặc trưng ở 800 nm, và phổ tán xạ Raman phân tích ảnh hưởng của tỉ lệ Al2O3/SiO2 lên các dải dao động thủy tinh. Kết quả cho thấy các mẫu thủy tinh chế tạo bằng phương pháp sol-gel có cấu trúc vô định hình và hình thái bề mặt đồng đều, chứng tỏ quy trình này thành công trong việc tạo ra vật liệu chất lượng cao. Phát hiện về sự phụ thuộc của các dải Raman vào tỉ lệ Al2O3/SiO2 cung cấp cái nhìn sâu sắc về thay đổi cấu trúc. Việc tổng hợp thành công các loại thủy tinh aluminosilicate pha tạp CuO này ở nhiệt độ thấp mở ra tiềm năng lớn cho các ứng dụng trong quang học và điện tử, chẳng hạn như trong các thiết bị laser, LED hay cảm biến, nhờ vào các tính chất quang điện tử đặc biệt của ion Cu2+ và khả năng tùy chỉnh thành phần.