Bài trình bày về "Các phương pháp tổng hợp SrTiO3"
L/O/G/O TỔNG HỢP SrTiO 3 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN KỸ THUẬT VÔ CƠ www.themegallery.com Bố cục 1. Tổng quan SrTiO 3 2. Các phương pháp tổng hợp chính 3. Tổng hợp bằng phương pháp tiền chất polime có xử lý nhiệt 4. Tổng hợp bằng phương pháp sol-gel 5. Kết luận www.themegallery.com Cấu trúc • Perovskite-type oxide là họ chất có công thức phân tử ABO 3. • Cấu trúc được cho ở hình bên. • SrTiO 3 là đại diện của họ này. Chem. Mater. 10 (1998) ,2787 Cấu tạo tinh thể ABO 3 dạng lập phương ( đỏ : O ; xanh dương: B; xanh lá: A ) www.themegallery.com Tính chất • SrTiO 3 là một chất bán dẫn loại n với vùng cấm E = 3,2 eV. • SrTiO 3 có hằng số điện môi lớn và ổn định, độ tổn hao điện môi nhỏ, tính bền nhiệt và bền hóa học cao; ổn định về các đặc tính vôn – ampe, hiệu suất lượng tử, có khả năng cách điện tốt…. www.themegallery.com Ứng dụng Trong công nghiệp hóa học: xúc tác quang hóa Trong công nghiệp bán dẫn: tụ điện đa lớp, pin mặt trời, điện cực quang hóa, cảm biến O 2 , bộ dẫn động, thiết bị điện quang, bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên… www.themegallery.com Ứng dụng của SrTiO 3 Ứng dụng www.themegallery.com Các phương pháp tổng hợp nano SrTiO 3 • Phản ứng pha rắn. • Phương pháp thủy phân. • Phương pháp nung. • Nhiệt phân phun siêu âm. • Đồng kết tủa. • Phương pháp dựa trên peroxide. • Phương pháp muối nóng chảy. www.themegallery.com Các phương pháp tổng hợp nano SrTiO 3 • Phương pháp vi nhũ • Phươn pháp thủy nhiệt và thủy nhiệt có hỗ trợ vi sóng. • Phương pháp sol – gel và kiểm soát pha gel trong hương pháp sol – gel có sự hỗ trợ epoxit (bị kết tụ và cấu trúc không đều). • Tiền chất polyme www.themegallery.com Phương pháp tiền chất polime có xử lý nhiệt • Phương pháp tiền chất polime có nhiều ưu điểm: dễ kiếm soát lượng chất, dễ đạt kích thước nano, dễ dàng lặp lại. • Xử lý nhiệt bằng N 2 ở nhiệt độ cao trước khi xử lý nhiệt ở nhiệt độ thấp trong không khí hay oxi, có thể ngăn chặn quá trình tăng trưởng tinh thể của các hạt nano, từ đó đạt được một phân bố kích thước hạt nhỏ hơn và hẹp hơn. Tiền chất polime Xử lý nhiệt Phương pháp mới www.themegallery.com Phương pháp sol-gel Ưu điểm: - Độ tinh khiết cao, độ đồng nhất cao hơn - Kích thước hạt nhỏ hơn, và nhiệt độ kết tinh thấp Khuyết điểm: - Tạp chất dễ dàng hình thành từ dung môi. Xử lý acid đã được thêm vào để khắc phục nhược điểm kể trên. [...]... nhiệt trong O2 ở 400 C sau khi xử lý N2 ở 750 C sẽ cho các hạt nano có kích thước nhỏ nhất 11 nm và diện tích bề mặt lớn gấp 5 lần phương pháp thông thường • • Mẫu có hoạt tính phát xạ ánh sáng cao Một phương pháp tổng hợp mới cho các hợp chất oxit họ perovskite www.themegallery.com Tổng hợp bằng phương pháp nung sol-gel www.themegallery.com Tổng hợp TiCl4 H2O HNO3 Ti(OH)4 Acid citric Sr(NO3)2 Hòa tan... hướng đến cấu trúc SrTiO3 với kích thước giữa 2 mặt vẫn là 0.28 nm HRTEM của mẫu SAM3 www.themegallery.com Cơ chế hình thành các mẫu SrTiO3 www.themegallery.com Cơ chế hình thành các mẫu SrTiO3 • Khi được xử lý nhiệt trong N2, các hợp chất hữu cơ không hoàn toàn phân hủy mà hình thành cacbon kết tụ chứa các phân tử SrTiO3 • Việc các phân tử cacbon xung quanh các hạt SrTiO3 ngăn chặn các hạt tiến lại... Kết hợp phổ Raman và hình FE-STEM của mẫu SAM3 sau khi xử lý với O 2 thì loại bỏ hết carbon vô định hình dẫn đến hình thành các phân tử nano SrTiO3 www.themegallery.com HRTEM Khoảng cách giữa các mặt phẳng sát nhau khoảng 0.28 nm giống với khoảng cách của mặt (110) trong cấu trúc lập phương của vật liệu perovskite SrTiO3 HRTEM của mẫu SAM2 www.themegallery.com HRTEM • HRTEM cho thấy việc tồn tại các. .. khác nhau với nhiều trạng thái chuyển tiếp www.themegallery.com Kết quả • Tổng hợp thành công nano SrTiO3 bằng phương pháp tiền chất polime có xử lý nhiệt ở các môi trường khác nhau và xác định tính chất riêng biệt của chúng • Lớp cacbon vô định hình hình thành sau quá trình xử lý nhiệt bằng N2 sẽ cản trở sự kết tụ của các hạt nano SrTiO3 với nhau • Xử lý nhiệt bằng O2 sẽ loại bỏ cacbon vô định hình sau.. .Tổng hợp nano SrTiO3 bằng phương pháp tiền chất polime có xử lý nhiệt trong khí trơ và oxy www.themegallery.com Quy trình tổng hợp SrTiO3 Dung dịch polime o o 300 C, 8h, tốc độ gia nhiệt 10 C/ Gia nhiệt phút Xử lý nhiệt Tạo bột Xử lý nhiệt (trong N2) o o 750 C, 2h,... hình của các hạt nano với việc hình thành cổ và dính chặt với nhau FE-STEM của mẫu SAM1 www.themegallery.com FE-STEM • Hình FE-STEM của mẫu SAM2 cho thấy sự kết tụ cacbon chứa các phân tử nhỏ SrTiO3 FE-STEM của mẫu SAM2 www.themegallery.com Phổ Raman www.themegallery.com Phổ Raman • Phổ Raman của mẫu SAM1 không có peak nào đặc trưng vì phổ Raman không được sử dụng cho vật liệu có cấu trúc lập phương. .. chất XRD SrTiO3 SEM TEM www.themegallery.com XRD • • o o Phần trăm pha perovskite với 2θ từ 10 - 60 Kích thước tinh thể dựa trên XRD theo Scherred www.themegallery.com XRD Ra = MN/CA MN: ∑muối nitrat kim loại CA: axit citric a Ra=1:1 b Ra=1:2 c Ra=1:3 Kết quả XRD của các mẫu SrTiO3 ở nhiệt độ nung khác nhau XRD • • => Cấu trúc perovskite khối SiTiO3 với ô mạng a = 3.9050 Å So sánh XRD của các tỉ lệ... www.themegallery.com SAM1 (trong không khí) SAM3 (SAM2) Xác định tính chất Phổ Raman XRD FE-STEM HRTEM Nitrogen physisorption measurements www.themegallery.com XRD Kết quả XRD của 3 mẫu SrTiO3 www.themegallery.com XRD • Cấu trúc perovskite khối SrTiO3 với ô mạng a = 3.90 ˚ A • • ◦ ◦ Xuất hiện 2 mũi của pha SrCO3 ở 25.2 và 36 Cường độ peak và độ rộng đỉnh của mẫu SAM2 và SAM3 so với SAM1=>xử lý nhiệt trong khí quyển... hơn www.themegallery.com FE-SEM Hình FE-SEM của mẫu SAM1 được xử lý nhiệt trong không khí cho thấy dạng kết tụ vô định hình của các hạt nano với việc hình thành cổ (khuyết tật co thắt) và dính chặt với nhau FE-SEM của mẫu SAM1 www.themegallery.com FE-SEM Mẫu SAM3 tồn tại các hạt gần như tròn và có kích thước nano Mặc dù SAM3 có kết tụ nhưng không có việc hình thành cổ và hiện tượng dính tụ Kích thước . dụng www.themegallery.com Các phương pháp tổng hợp nano SrTiO 3 • Phản ứng pha rắn. • Phương pháp thủy phân. • Phương pháp nung. • Nhiệt phân phun siêu âm. • Đồng kết tủa. • Phương pháp dựa trên peroxide. • Phương pháp. chảy. www.themegallery.com Các phương pháp tổng hợp nano SrTiO 3 • Phương pháp vi nhũ • Phươn pháp thủy nhiệt và thủy nhiệt có hỗ trợ vi sóng. • Phương pháp sol – gel và kiểm soát pha gel trong hương pháp sol. L/O/G/O TỔNG HỢP SrTiO 3 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN KỸ THUẬT VÔ CƠ www.themegallery.com Bố cục 1. Tổng quan SrTiO 3 2. Các phương pháp tổng hợp chính 3.