Nghiên cứu về vật liệu huỳnh quang đã được nhiều nhóm ở các cơ sở trong nước như Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN; Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam; Đại học Huế; Trường ĐH Sự phạm Hà Nội, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội…. nghiên cứu. Đa số các hướng nghiên cứu về bột huỳnh quang nói trên là các nghiên cứu cơ bản về công nghệ chế tạo và tính chất quang của các vật liệu chế tạo được. Trong các nghiên cứu cơ bản  này đã có nhiều kết quả tốt công bố trên các tạp chí quốc tế có uy tín [1-19]. Nhóm nghiên cứu của GS. Vũ Xuân Quang, Vũ Phi Tuyến, Phan Văn Độ tập trung chủ yếu phân tích cơ chế phát quang của vật liệu huỳnh quang dựa trên cơ sở lý thuyết Judd – Ofelt. Nhóm nghiên cứu này chủ yếu tập trung nghiên cứu cơ chế phát xạ của một số ion đất hiếm như Eu³⁺, Er³⁺, Dy³⁺ trong vật liệu có cấu trúc thủy tinh [2, 4, 10, 14]; Nhóm nghiên cứu của GS. Lê Quốc Minh Viện Khoa học Vật liệu chủ yếu tập trung nghiên cứu một số loại vật liệu huỳnh quang truyền thống như Y₂O₃, Gd₂O₃ pha tạp một số ion đất hiếm như Eu³⁺, Er³⁺ [5, 6]. Trong các công bố của nhóm nghiên cứu này tập trung chủ yếu vào việc giải thích cơ chế phát quang của  vật liệu dạng oxit hoặc sunfit khi pha tạp ion đất hiếm RE³⁺ và khảo sát sự ảnh hưởng của nồng độ pha tạp của các ion đất hiếm cũng như điều kiện tổng hợp vật liệu đến cấu trúc và tính chất quang của chúng; Nhón nghiên cứu của GS. Phạm Thành Huy, Nguyễn Duy Hùng,… tại Viện Tiên tiến Đại học Bách khoa Hà Nội tập trung nghiên cứu các loại vật liệu huỳnh quang ứng dụng cho các thiết bị chiếu sáng dân dụng cũng như chiếu sáng cho nông nghiệp. Nhóm nghiên cứu này chủ yếu tập trung vào các bột huỳnh quang dạng oxit pha tạp ion đất hiếm hoặc kim loại chuyển tiếp đồng thời nghiên cứu các ảnh hưởng của nồng độ tạp chất, nhiệt độ nung thiêu kết cũng như công nghệ chế tạo vật liệu lên tính chất quang của vật liệu cũng như khả năng ứng dụng của các loại vật liệu này vào thực tiến [3, 9, 12, 15, 16, 20] và một vài nhóm nghiên cứu khác. Chúng tôi nhận thấy rằng trong số các nhóm nghiên cứu về vật liệu huỳnh quang này chưa có nghiên cứu nào trong nước về họ vật liệu huỳnh quang có cấu trúc perovskite kép pha tạp đất hiếm.

Qua quá trình tìm hiểu, chúng tôi thấy rằng có một số nhóm nghiên cứu trong nước quan tâm đến tính chất điện - từ của họ vật liệu cấu trúc perovskite cũng như cấu trúc perovskite kép như nhóm nghiên cứu của PGS. TS. Nguyễn Văn Hồng; GS. TS. Nguyễn Huy Dân (Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam); PGS. TS Nguyễn Văn Đăng; TS. Nguyễn Văn Khiển (Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên) nhưng chưa có nhóm nghiên cứu nào trong nước nghiên cứu về cấu trúc và tính chất quang của họ vật liệu này khi pha tạp ion đất hiếm. Vì vậy đây là vấn đề rất mới so với các nghiên cứu trong nước cho đến hiện tại.

Hiện nay, vấn đề năng lượng, tiết kiệm năng lượng và năng lượng sạch bảo vệ môi trường đang được quan tâm đầu tư, nghiên cứu trên toàn thế giới. Trong các lĩnh vực tiêu thụ năng lượng, chiếu sáng chiếm một tỷ trọng đáng kể. Theo số liệu của các cơ quan thống kê có uy tín, tại các nước phát triển, tỷ trọng lượng điện tiêu thụ cho chiếu sáng chiếm tới 20% tổng sản lượng điện sản xuất của các nước này. Do đó, tiết kiệm năng lượng thông qua tiết kiệm điện chiếu sáng là biện pháp được hầu hết các quốc gia trên thế giới thực hiện [1].

Để tiết kiệm năng lượng chiếu sáng, việc thay thế các loại bóng đèn có hiệu suất chuyển đổi năng lượng thấp bằng các bóng đèn chiếu sáng hiệu suất cao được quan tâm đầu tiên. Vì thế hiện nay, xu hướng sử dụng các nguồn sáng nhân tạo chủ yếu là các loại đèn huỳnh quang, đèn compact, đèn LED ngày càng nhiều. So với đèn dây tóc, các loại đèn này vừa có tuổi thọ cao, vừa tiết kiệm điện năng và có độ sáng cao hơn [2]–[5].

Trong hai thập kỷ trở lại đây, việc phát triển mạnh của khoa học công nghệ, trong đó có khoa học và công nghệ nano, cũng như do nhu cầu sử dụng năng lượng điện tăng mạnh dẫn tới sự thiếu hụt của các nguồn cung cấp năng lượng, các vấn đề nghiên cứu liên quan đến các vật liệu phát quang và các thiết bị chiếu sáng hiệu suất cao càng được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn. Các phát minh về điốt phát quang (LED) đơn sắc từ những năm nửa cuối thế kỷ 20 (1962: LED đỏ; 1971: LED xanh lục; 1972: LED vàng; 1994: LED xanh lam) đóng một vai trò rất quan trọng trong việc tạo ra ánh sáng trắng dựa trên 3 màu cơ bản là xanh lục, xanh lam, và đỏ, dẫn tới việc tạo ra các nguồn sáng trắng có khả năng tiết kiệm năng lượng và với cường độ sáng cao hơn nhiều so với các nguồn sáng truyền thống. Dựa trên phát minh về LED phát xạ ánh sáng xanh lam của 3 nhà khoa học Isamu Akasaki, Hiroshi Amano và Shuji Nakamura (đã đạt giải Nobel về Vật lý 2014), các nghiên cứu chế tạo các nguồn LED phát xạ ánh sáng trong dải bước sóng từ hồng ngoại đến tử ngoại vẫn tiếp tục được thực hiện. Các loại bột phosphor ứng dụng trong các LED phát xạ ánh sáng trắng (chế tạo bột cách sử dụng LED xanh lam kết hợp với bột huỳnh quang màu vàng hoặc hỗn hợp của bột huỳnh quang màu vàng, màu đỏ hoặc thậm chí xanh lam và xanh lục nếu sử dụng điốt phát quang tử ngoại (UVLED) làm nguồn kích) được tập trung nghiên cứu nhiều như Y₃Al₅O₁₂:Ce [6], X₆BP₅O₂₀:(Dy³⁺, Ce³⁺ hoặc Eu) [7],… hay BaMgAl₁₀:O₁₇:Eu²⁺ [8][9]. Hiện nay các đèn LED trắng thường sử dụng các bột huỳnh quang thương mại phát xạ xanh lục, xanh lam và vàng. Kết quả này dẫn đến các đèn LED trắng thường có nhiệt độ màu cao vì thiếu vùng ánh sáng đỏ và đỏ xa. Thế nhưng các bột huỳnh quang phát xạ đỏ thương mại truyền thống trên gốc Sunfit hoặc Y₂O₃, YBO₃ pha tạp Eu³⁺ lại có tính ổn định thấp trong môi trường bức xạ tử ngoại mà chip InGa tạo ra. Điều này dẫn đến tính ổn định và hiệu suất của đèn LED dùng các loại bột huỳnh quang này giảm dần theo thời gian sử dụng. Vì vậy việc nghiên cứu để tạo ra vật liệu huỳnh quang phát xạ trong vùng ánh sáng đỏ và đỏ xa để cải thiện chất lượng của nguồn sáng trắng ấm, có độ ổn định và độ bên cao là vấn đề vô cùng cần thiết.

Năm 2005, nhóm nghiên cứu của Christopher J. Howard đã có báo cáo về một cấu trúc mới của nhóm vật liệu Sr₂YTaO₆ thuộc nhóm không gian P₂₁/n với cấu trúc perovskite kép cho thấy cấu trúc perovskite kép mới này có tính chất điện và quang học vượt trội cũng như độ ổn định hóa học, ổn định nhiệt tốt hơn. Các hợp chất cấu trúc perovskite kép A₂BB’O₆ pha tạp ion Eu³⁺ được cho là bột huỳnh quang phát xạ đỏ bổ sung tuyệt vời cho đèn LED trắng sử dụng chip n-UV và chíp phát xạ xanh lam. Do đó, việc nghiên cứu tổng hợp bột huỳnh quang AA’BB’O₆ pha tạp ion Eu³⁺ và ion Er³⁺ cho phát xạ đỏ, ứng dụng trong các điot cho phát xạ anh sáng trắn là điều cần thiết để nâng cao chất lượng của WLED cũng như thay thế bột huỳnh quang phát xạ ánh sáng đỏ ngoại nhập [10]–[13].

Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy rằng nhóm vật liệu A_IIB_VI có độ rộng vùng cấm nằm trong giải kích thích của các ion đất hiếm, có giải hấp thụ và phát xạ rộng. Đây là một nguồn kích thích tuyệt vời cho các ion đất hiếm trong quá trình phát xạ. Với nhiều kinh nghiệm trong việc nghiên cức về các chấm lượng tử bán dẫn họ A_IIB_VI cũng như về các vật liệu huỳnh quang pha tạp đất hiếm. Chúng tôi thấy rằng hoàn toàn có thể pha tạp các ion đất hiếm vào các chấm lượng tử học A_IIB_VI cũng như các chấm lượng tử học A_IIB_VI được bọc silica để tạo ra vật liệu huỳnh quang phát xạ rộng trong vùng ánh sáng đỏ và đỏ xa, định hướng cho các ứng dụng trong các điot phát xạ ánh sáng trắng ấm. Loại vật liệu này hứa hẹn khả năng ứng dụng cao trong quá trình phủ lên các UV LED để cho phát xạ trắng [14], [15].

1. Chế tạo thành công bột huỳnh quang AA’BB’O₆ (A,A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) pha tạp ion Eu³⁺, Er³⁺ bằng phương pháp sol – gel và bột huỳnh quang AA’BB’O₆ (A,A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) đồng pha tạp ion Eu³⁺ và ion Er³⁺  bằng phương pháp sol – gel cho phát xạ đỏ và đỏ xa có hiệu huỳnh quang cao.

2. Chế tạo được chấm lượng tử CdS, CdSe pha tạp ion Eu³⁺ và Er³⁺ bọc silica (SiO₂) phát xạ rộng trong vùng ánh sáng đỏ, có hiệu suất huỳnh quang cao.

Nội dung 1: Nghiên cứu quy trình tổng hợp bột huỳnh quang AA’BB’O₆ (A,A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) pha tạp ion Eu³⁺ bằng phương pháp sol – gel cho phát xạ đỏ có hiệu huỳnh quang cao.

- Nghiên cứu quy trình tổng hợp bột AA’BB’O₆ (A, A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) pha tạp ion Eu³⁺ với tỷ lệ pha tạp và nhiệt độ nung thiêu kết khác nhau.

- Khảo sát cấu trúc và tính chất quang của nhóm vật liệu AA’BB’O₆ (A, A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) pha tạp ion Eu³⁺.

- Tìm điều kiện cho quy trình tổng hợp để vật liệu phát quang tốt nhất trong vùng ánh sáng đỏ.

Nội dung 2: Nghiên cứu quy trình tổng hợp bột huỳnh quang AA’BB’O₆ (A,A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) pha tạp ion Er³⁺ bằng phương pháp sol – gel cho phát xạ mạnh trong vùng ánh sáng đỏ và đỏ xa.

- Nghiên cứu quy trình tổng hợp bột AA’BB’O₆ (A, A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) pha tạp ion Er³⁺ với tỷ lệ pha tạp và nhiệt độ nung thiêu kết khác nhau.

- Khảo sát cấu trúc và tính chất quang của nhóm vật liệu AA’BB’O₆ (A, A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) pha tạp ion Er³⁺.

- Tìm điều kiện cho quy trình tổng hợp để vật liệu phát quang tốt nhất trong vùng ánh sáng đỏ và đỏ xa.

Nội dung 3: Nghiên cứu quy trình tổng hợp bột huỳnh quang AA’BB’O₆ (A,A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) đồng pha tạp ion Eu³⁺ và ion Er³⁺ bằng phương pháp sol – gel cho phát xạ đỏ.

- Nghiên cứu quy trình tổng hợp bột AA’BB’O₆ (A, A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) pha tạp ion Er³⁺ với tỷ lệ pha tạp và nhiệt độ nung thiêu kết khác nhau.

- Khảo sát cấu trúc và tính chất quang của nhóm vật liệu AA’BB’O₆ (A, A’ = Sr, Ca, Ba, Mg; B, B’ = Y, Ti, Mo, W, La, Ta) pha tạp ion Er³⁺.

- Tìm điều kiện cho quy trình tổng hợp để vật liệu phát quang tốt nhất trong vùng ánh sáng đỏ và đỏ xa.

Nội dung 4: Nghiên cứu chế tạo các chấm lượng tử CdS, CdSe pha tạp ion Eu³⁺, ion Er³⁺ đươc bọc lớp vỏ silica bằng phương pháp hóa ướt.

- Khảo sát ảnh hưởng của các tủ lệ pha tạp, nồng độ chất bẫy đến cấu trúc và tính chất quang của vật liệu;

- Phân tích cơ chế phát xạ của các hạt nano silica khi pha tạp ion Eu³⁺ và ion Er³⁺ để làm rõ cơ chế phát xạ bờ - vùng và phát xạ của các tâm ion đất hiếm cũng như cơ chế truyền năng lượng giữa chúng.

Nội dung 5: Nghiên cứu quá trình tráng phủ ba loại bột huỳnh quang lên các chip LED nhằm điều khiển phổ phát xạ của WLED và khả năng chiếu sáng cho nông nghiệp.

- Nghiên cứu ảnh hưởng thành phần hỗn hợp bột phosphor lên phổ phát xạ của các LED chế tạo được, so sánh với các WLED thương mai.

- Xác định điều kiện tối ưu để có thể tạp ra được WLED và có thể tráng phủ đèn huỳnh quang cho chiếu sáng trong nông nghiệp.

1. Đối với lĩnh vực giáo dục và đào tạo

Kết quả nghiên cứu của đề tài là tài liệu phục vụ nghiên cứu, đào tạo sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh ngành vật lý, khoa học vật liệu, vật liệu quang học – quang điện tử và quang tử, góp phần nâng cao chất lượng, hiệu quả đào tạo và nghiên cứu khoa học của Trường Đại học khoa học, Trường Đại học Sư phạm thuộc Đại học Thái Nguyên. Đồng thời là sự gắn kết giữa việc học tập lý thuyết với thực hành và ứng dụng các tiến bộ của công nghệ khoa học vật liệu trong điều kiện thực tiễn Việt Nam. Học viên, sinh viên thực hiện các thí nghiệm trong đề tài được tiếp cận với công nghệ mới, rèn luyện kỹ năng nghiên cứu, thí nghiệm phục vụ cho thực tiễn chuyên môn sau này. Đề tài góp phần đào tạo cán bộ có trình độ cao thạc sĩ, tiến sĩ.

2. Đối với lĩnh vực khoa học và công nghệ có liên quan

-   Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là cơ sở ứng dụng công nghệ khoa học vật liệu trong các thiết bị chiếu sáng rắn. Các vật liệu tiên tiến ứng dụng cho chiếu sáng tiết kiệm năng lượng.

3. Đối với phát triển kinh tế-xã hội

Kết quả nghiên cứu tạo về họ bột huỳnh quang có cấu trúc perovskite kép và các chấm lượng tử pha tạp đất hiếm có khả năng ứng dụng cao trong các thiết bị chiếu sáng như LED, đèn huỳnh quang cũng như các thiết bị hiển thị màu. Kết quả của đề tài góp phần vào việc sản xuất bột huỳnh quang có hiệu suất phạt xạ cao trong nước, thay thế bộ huỳnh quang ngoại nhập, giảm giá thành sản phẩm và chủ động trong sản xuất nguyên liệu.

4. Đối với tổ chức chủ trì và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu

Đề tài góp phần bồi dưỡng khả năng nghiên cứu của các giảng viên trẻ, hình thành nhóm nghiên cứu về lĩnh vực quang học, quang điện tử và quang tử trong các cơ sở giáo dục đại học liên quan đến khoa học Vật liệu của Đại học Thái Nguyên. Đồng thời, kết quả nghiên cứu khẳng định khả năng làm chủ công nghệ chế tạo các vật liệu tiên tiến ứng dụng trong các thiết bị chiếu sáng của tổ chức chủ trì và các cơ sở ứng dụng kết quả nghiên cứu.