GS.TS Trần Thị Thanh Vân (bên phải) cùng sinh viên làm việc trong phòng thí nghiệm. Ảnh: Trường Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG-HCM.

Trên bề mặt giấy, logo được in gần như không để lại dấu hiệu dưới ánh sáng thường. Khi chiếu đèn LED có bước sóng 980 nm, hình in phát ánh sáng xanh và có thể quan sát bằng mắt. Sự thay đổi này là kết quả của quá trình kiểm soát thành phần, cấu trúc và hình thái của vật liệu phát quang pha tạp đất hiếm.

Thử nghiệm được trình bày trong bài báo công bố tháng 3/2024 trên Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ, ĐHQG-HCM. Nhóm tác giả gồm ThS. Vương Thanh Tuyền, học viên cao học Nguyễn Bá Tòng, GS.TS Lê Văn Hiếu, TS. Cao Thị Mỹ Dung và GS.TS Trần Thị Thanh Vân.

Nghiên cứu chưa tạo ra một sản phẩm thương mại hoàn chỉnh. Giá trị trước mắt nằm ở việc nhóm đã xây dựng được quy trình chế tạo vật liệu, đưa vật liệu vào thành phần mực và chứng minh khả năng tạo dấu hiệu bảo mật trên giấy.

Điều khiển cấu trúc để điều khiển ánh sáng

Vật liệu được nhóm lựa chọn là NaYF4 pha tạp các ion Tm³⁺ và Yb³⁺. Đây là một hệ vật liệu có khả năng phát quang chuyển đổi ngược: hấp thụ ánh sáng hồng ngoại có năng lượng thấp rồi phát ra ánh sáng ở vùng năng lượng cao hơn.

Trong hệ này, ion Yb³⁺ chủ yếu tiếp nhận năng lượng từ nguồn kích thích 980 nm và truyền sang ion Tm³⁺. Sau các bước chuyển mức năng lượng, vật liệu phát xạ mạnh ở khoảng 450 nm, tương ứng với ánh sáng xanh, đồng thời có tín hiệu ở vùng hồng ngoại gần khoảng 798 nm.

Để tìm điều kiện chế tạo phù hợp, nhóm thay đổi nồng độ ion đất hiếm, nhiệt độ và thời gian phản ứng. Cấu trúc tinh thể, hình thái và đặc tính phát quang được khảo sát bằng nhiễu xạ tia X, phổ Raman, kính hiển vi điện tử quét và phổ quang phát quang.

Kết quả cho thấy nhiệt độ và thời gian phản ứng ảnh hưởng rõ đến cấu trúc cũng như hình dạng của các hạt. Điều kiện được nhóm lựa chọn là tỷ lệ NaF và axit oleic 1:30, phản ứng ở 180°C trong 24 giờ, với hàm lượng pha tạp 30% mol Yb và 1% mol Tm.

Sau khi tổng hợp, bề mặt các hạt được biến tính bằng maleic anhydride nhằm cải thiện khả năng phân tán trong dung môi. Vật liệu tiếp tục được phối trộn với polyamide để tạo mực và in lụa lên giấy. Logo sau khi in trong suốt dưới ánh sáng ban ngày nhưng hiện màu xanh khi được kích thích bằng đèn 980 nm.

Chuỗi thao tác từ điều chỉnh thành phần, kiểm soát cấu trúc đến chế tạo mực cho thấy nhóm không chỉ dừng ở việc ghi nhận một hiện tượng phát quang. Nghiên cứu đã thử kết nối tính chất vật liệu với một hình thức ứng dụng có thể quan sát và kiểm tra trực tiếp.

Đặt đúng vai trò cho từng nhà khoa học

Bản công bố đóng góp tác giả cho thấy ThS. Vương Thanh Tuyền là tác giả đầu và tác giả liên hệ, phụ trách tổng hợp vật liệu, phân tích số liệu và soạn bản thảo ban đầu. Học viên cao học Nguyễn Bá Tòng tham gia tổng hợp vật liệu và phân tích; GS.TS Lê Văn Hiếu cùng TS. Cao Thị Mỹ Dung phụ trách phản biện, chỉnh sửa bản thảo.

GS.TS Trần Thị Thanh Vân đứng thứ năm trong danh sách tác giả, phụ trách hình thành ý tưởng nghiên cứu, tham gia khảo sát, phản biện và chỉnh sửa bản thảo, đồng thời giám sát quá trình thực hiện. Vì vậy, sẽ không chính xác nếu quy toàn bộ phần thực nghiệm hoặc sản phẩm mực cho riêng nữ giáo sư.

Vai trò đáng chú ý của nữ giáo sư nằm ở khả năng xác lập bài toán và duy trì một hướng nghiên cứu dài hạn. Nhóm vật liệu đất hiếm do bà dẫn dắt đã dành khoảng 15 năm khảo sát các hệ thủy tinh, gốm thủy tinh và NaYF4 pha tạp nhiều loại ion, từng bước làm rõ mối liên hệ giữa điều kiện chế tạo, cấu trúc tinh thể và cơ chế phát quang.

GS.TS Trần Thị Thanh Vân (thứ tư từ trái sang) cùng các thành viên nhóm nghiên cứu vật liệu đất hiếm cho quang điện tử và công nghệ cao. Ảnh: Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu.

Chú thích ảnh: GS.TS Trần Thị Thanh Vân (thứ tư từ trái sang) cùng các thành viên nhóm nghiên cứu vật liệu đất hiếm cho quang điện tử và công nghệ cao. Ảnh: Khoa Khoa học và Công nghệ Vật liệu.

Thông tin bà được công nhận giáo sư ngành vật lý năm 2025 từng xuất hiện trong danh sách chín nữ giáo sư được công nhận năm 2025. Tuy nhiên, lát cắt từ bài báo về mực bảo mật giúp nhận diện cụ thể hơn cách một nhà khoa học dẫn dắt nhóm, thay vì chỉ nhìn vào chức danh hoặc số lượng công bố.

Cùng trong lĩnh vực vật liệu và linh kiện, nghiên cứu về công nghệ memristor phục vụ phần cứng AI của PGS.TS Phạm Kim Ngọc cũng cho thấy thành quả thường được tạo nên bởi sự phân công rõ ràng giữa người đặt vấn đề, người thực nghiệm và các thành viên phụ trách đánh giá kết quả.

Từ mẫu phát sáng đến công nghệ còn một quãng đường

Bài báo năm 2024 chứng minh mực có thể tạo hình in ẩn dưới ánh sáng thường và phát sáng khi được kích thích. Tuy nhiên, nghiên cứu chưa công bố dữ liệu về độ bền mài mòn, khả năng chịu ẩm, độ ổn định lâu dài, độ bám trên nhiều loại vật liệu hay mức độ đồng đều khi sản xuất với số lượng lớn.

Đây là những thông số cần được kiểm tra trước khi có thể kết luận mực phù hợp với quy trình in công nghiệp. Một dấu hiệu phát sáng rõ trong điều kiện phòng thí nghiệm chưa đồng nghĩa với việc đã hình thành giải pháp chống làm giả hoàn chỉnh.

Giá trị bảo mật cũng không chỉ phụ thuộc vào độ sáng của vật liệu. Một hệ thống ứng dụng thực tế còn phải tính đến cách mã hóa hình in, mức độ khó sao chép, thiết bị đọc, chi phí chế tạo và khả năng kiểm soát vật liệu phát quang.

Nhóm nghiên cứu còn định hướng khảo sát vật liệu đất hiếm trong nhận diện dấu vân tay, cảm biến quang học và một số ứng dụng y sinh. Đây mới là các hướng phát triển hoặc kết quả thuộc những nghiên cứu khác; không nên gộp chúng thành thành tựu đã được chứng minh trong bài báo về mực bảo mật.

Đóng góp rõ nhất của GS.TS Trần Thị Thanh Vân và cộng sự là tạo được một đường nối có kiểm chứng từ thành phần vật liệu, cấu trúc tinh thể, đặc tính phát quang đến mẫu mực in. Cách tiếp cận ấy đồng thời cho thấy vai trò của người dẫn dắt khoa học không phải đứng thay cho cả nhóm, mà là đặt đúng câu hỏi, tổ chức quá trình kiểm chứng và bảo đảm từng thành viên được ghi nhận đúng phần việc.