TRÌNH BÀY HIỂU BIẾT VỀ VẬT LIỆU NANO TỪ VÀ MỘT SỐ VÍ DỤ

Vật liệu từ là loại vật liệu mà dưới tác dụng của từ trường ngoài có thể bị từ hóa, tức là có những tính chất từ đặc biệt. Tùy thuộc vào cách hưởng ứng của vật liệu từ trong từ trường, chúng được chia làm 2 nhóm chính: vật liệu từ mềm và vật liệu từ cứng. Vật liệu từ mềm: được sử dụng chủ yếu trong lõi nam châm của máy biến thế, motor, phần cảm điện, các thiết bị tạo hơi nước, dùng làm mạch từ của các thiết bị và dụng cụ điện có từ trường không đổi hoặc biến đổi 3. Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn, từ trường khử từ nhỏ, tổn hao từ trễ nhỏ (đường cong từ trễ hẹp). Các tính chất của vật liệu từ mềm phụ thuộc vào độ tinh khiết hóa học của chúng, và mức độ biến dạng của cấu trúc tinh thể. Nếu có càng ít các loại tạp chất trong vật liệu, thì các đặc tính của vật liệu càng tốt. Vì vậy, khi sản xuất vật liệu từ mềm cần phải cố gắng loại bỏ những tạp chất có hại với chúng: Carbon, Phosphor, Lưu huỳnh, Oxi, Nitơ và các loại oxit khác nhau. Đồng thời phải cố gắng không làm biến dạng cấu trúc tinh thể và không gây ra trong đó những ứng xuất nội. Các loại sắt từ mềm gồm: thép kỹ thuật, thép ít carbon, thép lá kỹ thuật điện, hợp kim sắt – niken có độ từ thẩm cao và oxit sắt từ. Vật liệu từ cứng: là vật liệu có từ trường khử từ và từ dư lớn, đường cong từ trễ rộng, rất khó bị từ hóa. Khi bị từ hóa thì năng lượng từ của vật liệu giữ được lâu, có thể dùng làm nam châm vĩnh cửu. Về thành phần cấu tạo có thể chia thành: + Vật liệu kim loại: có thể là kim loại đơn chất (sắt, cobalt, niken) và hợp kim từ của một số kim loại. + Vật liệu phi kim loại: thường là ferit có thành phần gồm hỗn hợp bột của các oxit sắt và các kim loại khác. + Điện môi từ: là vật liệu tổ hợp, gồm 60 – 80 % vật liệu từ dạng bột và 40 – 20% điện môi. Ferit và điện môi từ có điện trở suất lớn nên làm giảm đáng kể những mất mát do dòng điện xoáy Fucault sinh ra. Ngoài ra, nhiều loại ferit có độ ổn định của các đặc tính từ trong một dải tần số rộng, kể cả siêu cao tần. Một ứng dụng quan trọng nữa của vật liệu sắt từ là khả năng ghi từ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA VẬT LÝ BÀI CHUYÊN ĐỀ TRÌNH BÀY HIỂU BIẾT VỀ VẬT LIỆU NANO TỪ VÀ MỘT SỐ VÍ DỤ GVHD: PGS.TS PHẠM THÀNH HUY HVTH: LƯƠNG LÊ UYÊN LỚP: CAO HỌC VẬT LÝ CHẤT RẮN MÔN: VẬT LÝ NANO Quy Nhơn, tháng năm 2017 MỤC LỤC Mục lục 1 Tổng quan vật liệu từ 1.1 Các khái niệm 1.2 Vật liệu thuận từ 1.3 Vật liệu nghịch từ 1.4 Vật liệu sắt từ 1.5 Vật liệu phản sắt từ 1.6 Vật liệu ferrit từ 1.7 Vật liệu từ giả bền 1.8 Vật liệu sắt từ kí sinh Vật liệu nano oxit sắt từ 2.1 Giới thiệu nano oxit sắt từ 2.2 Cấu trúc tinh thể 2.3 Tính chất siêu thuận từ 2.4 Các ứng dụng oxit sắt từ 2.5 Các phương pháp chế tạo oxit sắt từ Vật liệu BaTiO3 5 6 10 12 Tổng quan vật liệu từ: Vật liệu từ loại vật liệu mà tác dụng từ trường ngồi bị từ hóa, tức có tính chất từ đặc biệt Tùy thuộc vào cách hưởng ứng vật liệu từ từ trường, chúng chia làm nhóm chính: vật liệu từ mềm vật liệu từ cứng Vật liệu từ mềm: sử dụng chủ yếu lõi nam châm máy biến thế, motor, phần cảm điện, thiết bị tạo nước, dùng làm mạch từ thiết bị dụng cụ điện có từ trường khơng đổi biến đổi [3] Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn, từ trường khử từ nhỏ, tổn hao từ trễ nhỏ (đường cong từ trễ hẹp) Các tính chất vật liệu từ mềm phụ thuộc vào độ tinh khiết hóa học chúng, mức độ biến dạng cấu trúc tinh thể Nếu có loại tạp chất vật liệu, đặc tính vật liệu tốt Vì vậy, sản xuất vật liệu từ mềm cần phải cố gắng loại bỏ tạp chất có hại với chúng: Carbon, Phosphor, Lưu huỳnh, Oxi, Nitơ loại oxit khác Đồng thời phải cố gắng không làm biến dạng cấu trúc tinh thể khơng gây ứng xuất nội Các loại sắt từ mềm gồm: thép kỹ thuật, thép carbon, thép kỹ thuật điện, hợp kim sắt – niken có độ từ thẩm cao oxit sắt từ Vật liệu từ cứng: vật liệu có từ trường khử từ từ dư lớn, đường cong từ trễ rộng, khó bị từ hóa Khi bị từ hóa lượng từ vật liệu giữ lâu, dùng làm nam châm vĩnh cửu Về thành phần cấu tạo chia thành: + Vật liệu kim loại: kim loại đơn chất (sắt, cobalt, niken) hợp kim từ số kim loại + Vật liệu phi kim loại: thường ferit có thành phần gồm hỗn hợp bột oxit sắt kim loại khác + Điện môi từ: vật liệu tổ hợp, gồm 60 – 80 % vật liệu từ dạng bột 40 – 20% điện mơi Ferit điện mơi từ có điện trở suất lớn nên làm giảm đáng kể mát dịng điện xốy Fucault sinh Ngồi ra, nhiều loại ferit có độ ổn định đặc tính từ dải tần số rộng, kể siêu cao tần Một ứng dụng quan trọng vật liệu sắt từ khả ghi từ Hình 1.1 hình biểu diễn đường cong từ trễ loại vật liệu từ Hình 1.1: Đường cong từ trễ loại vật liệu từ 1.1 Các khái niệm bản: Xung quanh điện tích chuyển động tồn môi trường đặc biệt gọi từ trường Một dịng điện chạy dây dẫn diện tích S có cường độ i sinh mơ men từ M Mô men từ M véc tơ có chiều phụ thuộc vào chiều dịng điện: M = i.S (1) Như vậy, hệ đơn vị chuẩn SI mơ men từ có đơn vị chuẩn A.m2, cịn hệ đơn vị CGS mơ men từ có đơn vị emu: 1A.m2 = 1000 emu (2) Mô men từ M sinh quanh véc tơ cảm ứng từ B vị trí có bán kính R theo cơng thức: B= µ0 3(𝑀.𝑅)𝑅 4𝜋 [ 𝑅5 − 𝑀 𝑅3 ] (3) Trong đó: µ0 = 4µ∗ 10−7 (H/m) độ từ thẩm chân không Dưới tác dụng từ trường, vật bị từ hóa gọi vật liệu từ Đại lượng đặc trưng cho vật liệu từ từ độ hay độ từ hóa I Đó mơ men từ cho đơn vị thể tích: I= 𝑀 (4) 𝑉 Với V thể tích vật Từ độ có đơn vị A/m hay A.m2/m3 Khi đặt từ trường ngồi có cường độ H cảm ứng từ B là: B = I + µ0 H (5) Trong hệ CGS cơng thức có dạng (6): B = 4𝜋I + 𝐻 Mối liên hệ từ độ từ trường có dạng: (6) I = 𝜒𝐻 (7) Trong χ độ cảm từ, đơn vị H/m Thay (7) vào (5) ta có: B = (χ + µ0 )H = µH (8a) Độ cảm từ tương đối  :  =χ (8b) µ0 Ta phân loại vật liệu từ theo cấu trúc từ chúng thành vật liệu sau [4]: (-10-5) Nghịch từ (Diamagnetism) (10-5) Thuận từ (Paramagnetism) ↓ Phản sắt từ (Antiferromagnetism) Giá trị  tăng dần Từ giả bền (Metamagnetism) ↓ Sắt từ kí sinh (Parasitic ferromagnetism) 10+6 Ferit từ (Ferrimagnetism) Sắt từ (Ferromagnetism) 1.2 Vật liệu thuận từ: Vật liệu thuận từ vật liệu có độ cảm từ tương đối  dương có độ lớn vào cỡ 10-3 đến 10-5 (Hình 1.2) Hình 1.2: Hình ảnh đơn giản chất thuận từ [3] Khi chất thuận từ đặt từ trường, mơmen từ ngun tửsẽ có xu hướng bị quay định hướng theo từ trường, mômen từ chất thuận từ dương Tuy nhiên mômen từ nguyên tử bé nên mômen từcủa chất thuận từ nhỏ Hơn nữa, mômen từ nguyên tử tương tác với nên chúng khơng giữđược từ tính, mà bị ngắt từ trường Như vậy, chất thuận từ mặt nguyên lý bị hút vào từ trường Các chất thuận từ điển hình Al, Na, O2, Pt Độ cảm từ 𝜒 số chất thuận từ đưa đây: Al: 𝜒 = 2,10.10−5 (H/m) Pt: 𝜒 = 2,90.10−5 (H/m) 𝐻 Ôxy lỏng: 𝜒 = 3,50.10−5 ( ) [4] 𝑚 1.3 Vật liệu nghịch từ: Vật liệu nghịch từ vật liệu có độ cảm từ tương đối  Fe(OH)y2-y (thơng qua q trình proton) Fe(OH)x3-x + Fe(OH)y2-y -> Fe3O4 (thơng qua q trình xi hóa dehydride hóa, pH > 9, nhiệt độ 60°) Tổng hợp phản ứng có phương trình sau: Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- = Fe3O4 + 4H2O Nếu có xi magnetite bị xi hóa thành hdroxide theo phản ứng: Fe3O4 + 0,25 O2 + 4,5 H2O -> 3Fe(OH)3 2.5.3Vi nhũ tương Vi nhũ tương (microemulsion) phương pháp dùng phổ biến để tạo hạt nanô Với nhũ tương “nước-trong-dầu”, giọt dung dịch nước bị bẫy phân tử CHHBM dầu (các mixen) (hình 3) Đây dung dịch trạng thái cân nhiệt động suốt, đẳng hướng Do giới hạn không gian phân tử CHHBM, hình thành, phát triển hạt nanô bị hạn chế tạo nên hạt nanơ đồng Kích thước hạt từ 4-12 nm với độ sai khác khoảng 0.2-0.3 nm Ví dụ, dodecyl sulfate sắt, Fe(DS)2, dùng phương pháp vi nhũ tương để tạo hạt nanơ từ tính với kích thước điều khiển nồng độ chất hoạt hóa bề mặt (CHHBM) AOT nhiệt độ 13 Hình 3: Hệ nhũ tương nước dầu dầu nước Phương pháp vi nhũ tương phương pháp chế tạo hạt nano giới ứng dụng từ lâu khả điều khiển kích thước hạt dễ dàng Cơ chế cụ thể phản ứng xảy hệ vi nhũ tương sau (hình 4): Phản ứng hóa học tạo chất mong muốn xảy ta hòa trộn hệ vi nhũ tương lại với Có cách để phân tử chất phản ứng gặp nhau: Cách thứ nhất: Các phân tử chất phản ứng thấm qua lớp màng chất hoạt hóa bề mặt ngồi gặp Nhưng thực tế tỷ lệ sản phẩm tạo thành theo cách nhỏ,không đáng kể Cách thứ hai: Khi hạt vi nhũ tương chất phản ứng gặp nhau, có đủ lực tác động hạt nhỏ (A,B) tạo thành hạt lớn hơn(C) Các chất phản ứng hạt nhỏ hòa trộn, phản ứng xảy lòng hạt lớn sản phẩm mong muốn tạo thành (ở hạt magnetite Fe3O4) Các hạt magnetite Fe3O4 sau tạo thành bị chất hoạt hóa bề mặt bao phủ ngăn cản khơng cho phát triển thêm kích thước Hình 4: Cơ chế hoạt động phương pháp vi nhũ tương 14 Cũng phương pháp này, người ta chế tạo hạt ơ-xít sắt bao phủ lớp vàng để tránh ơ-xi hóa tăng tính tương hợp sinh học Ở người ta dùng cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) CHHBM octane pha dầu dung dịch phản ứng pha nước 2.5.4 Phương pháp Polyol Polyol phương pháp thường dùng để tạo hạt nanô kim loại Ru, Pd, Au, Co, Ni, Fe, Sau mở rộng để tạo hạt nanô dựa Các hạt nanô hình thành trực tiếp từ dung dịch muối kim loại có chứa polyol (rượu đa chức) Polyol có tác dụng dung môi số trường hợp chất khử ion kim loại Tiền chất hòa tan polyol khuấy nâng đến nhiệt độ sôi polyol để khử ion kim loại thành kim loại Bằng cách điều khiển động học kết tủa mà thu hạt kim loại với kích thước hình dáng mong muốn Người ta thay đổi phương pháp cách đưa mầm kết tinh bên vào dung dịch Như trình tạo mầm phát triển hạt hai trình riêng biệt làm cho hạt đồng Hạt nanơ xít sắt với đường kính 100 nm hình thành cách trộn tỉ lệ không cân đối hydroxide sắt với dung dịch hữu cơ.[8] Muối FeCl2 NaOH phản ứng với ethylene glycol (EG) polyethylene glycol (PEG) kết tủa Fe xảy nhiệt độ từ 80 100°C Bằng phương pháp cịn tạo hạt hợp kim Fe với Ni Co Hạt đồng có kích thước từ khoảng 100 nm thu cách không cho mầm kết tinh từ bên Nếu cho mầm kết tinh từ bên hạt nanơ Pt thu hạt có kích thước dao động từ 50 – 100 nm 2.5.5 Phương pháp phân li tiền chất hữu nhiệt độ cao Phương pháp phân li tiền chất hữu nhiệt độ cao phân li tiền chất chứa sắt môi trường CHHBM nhiệt độ cao tạo hạt nanơ xít sắt đồng nhất, kích thước mong muốn kết tinh tốt Ví dụ, Alivisatos tiêm FeCup3(Cup: Nnitrosophenylhydroxylamine) octylamine vào CHHBM có nhóm amino nhiệt độ 250 – 300°C để thu hạt nanơ tinh thể maghemite có kích thước từ – 10 nm.[9] Hyeon tạo hạt nano tinh thể maghemite kích thước đồng 13 nm không cần dùng phương pháp thủy phân mà cách tiêm Fe(CO)5 vào dung dịch có chứa CHHBM chất xi hóa nhẹ (trimethylamine oxide)[10] Sun chế tạo thành công hạt nanơ magnetite đồng kích thước – 20 nm cách cho phản ứng sắt(III) acetylacetonate phenyl ether với có mặt rượu, oleic acid, oleylamine nhiệt độ 265°C Phương pháp tạo hạt nanơ kích thước nm khơng có mầm kết tinh để đạt kích thước 20 nm cần phải có mầm kết tinh 2.5.6 Phương pháp sinh học Phương pháp sinh học phân tử protein chứa sắt ferritin phương pháp nghiên cứu kĩ lưỡng Ferritin gồm lõi Fe3+ hydrate hóa bao nhiều lớp protein Do lõi Fe3+ bị giam hãm mà người ta tạo hạt nano magnetite magnetite/maghemite với kích thước – nm cách xi hóa apoferritin (ferritin trống) trimethylamino-N-oxide 2.5.7 Phương pháp hóa siêu âm Phương pháp hóa siêu âm phản ứng hóa học hỗ trợ sóng siêu âm dùng để tạo hạt nanơ xít sắt Hóa siêu âm chuyên ngành hóa học, 15 đó, phản ứng hóa học xảy tác dụng sóng siêu âm dạng xúc tác Sóng siêu âm sóng dọc, trình truyền co lại giãn nở chất lỏng Tần số thường sử dụng máy siêu âm 20 kHz cao ngưỡng nhận biết tai người (từ vài Hz đến 16 kHz) Khi sóng siêu âm qua chất lỏng, giãn nở siêu âm gây áp suất âm chất lỏng kéo phân tử chất lỏng xa Nếu cường độ siêu âm đủ mạnh giãn nở tạo lỗ hổng chất lỏng Điều xảy áp suất âm lớn sức căng địa phương chất lỏng Sức căng cực đại lại phụ thuộc vào chất lỏng tạp chất Thơng thường, q trình phát triển mầm; tức là, xuất điểm yếu tồn sẵn chất lỏng, bọt khí tiểu bọt khí tức thời có chất lỏng sinh từ q trình tạo lỗ hổng trước Phần lớn chất lỏng bị nhiễm bẩn hạt nhỏ mà lỗ hổng xuất phát từ có mặt áp suất âm Một hình thành, bọt khí nhỏ bị chiếu siêu âm hấp thụ lượng từ sóng siêu âm phát triển lên Sự phát triển lỗ hổng phụ thuộc vào cường độ siêu âm Khi cường độ siêu âm cao, lỗ hổng nhỏ phát triển nhanh Sự giãn nở lỗ hổng đủ nhanh nửa đầu chu kì chu kì sóng siêu âm, nên đến nửa sau chu kì khơng có đủ thời gian để co lại Khi cường độ siêu âm thấp hơn, lỗ hổng xuất theo trình chậm gọi khuyếch tán chỉnh lưu (hình 2) Dưới điều kiện này, kích thước lỗ hổng dao động theo chu kì giãn nở co lại Trong dao động lượng khí khuyếch tán vào khỏi lỗ hổng phụ thuộc vào diện tích bề mặt Diện tích bề mặt lớn trình giãn nở nhỏ q trình co lại Do đó, phát triển lỗ hổng trình giãn nở lớn trình co lại Sau nhiều chu kì siêu âm, lỗ hổng phát triển Lỗ hổng phát triển đến kích thước tới hạn mà kích thước lỗ hổng hấp thụ hiệu lượng sóng siêu âm Kích thước gọi kích thước cộng hưởng, phụ thuộc vào tần số sóng âm Ví dụ, với tần số 20 kHz, kích thước khoảng 170 mm Lúc này, lỗ hổng phát triển nhanh chu kì sóng siêu âm Một lỗ hổng phát triển mức, trường hợp cường độ siêu âm thấp hay cao, khơng thể hấp thụ lượng siêu âm cách có hiệu Và khơng có lượng tiếp ứng, lỗ hổng khơng thể tồn lâu Chất lỏng xung quanh đổ vào lỗ hổng bị suy sụp Sự suy sụp lỗ hổng tạo môi trường đặc biệt cho phản ứng hoá học - điểm nóng (hot spot) Điểm nóng nguồn gốc hố siêu âm đồng thể; có nhiệt độ khoảng 5000°C, áp suất khoảng 1000 at, thời gian sống nhỏ ms tốc độ tăng giảm nhiệt 1010 (mười tỉ) K/s Hóa siêu âm ứng dụng để chế tạo nhiều loại vật liệu nano vật liệu nano xốp,[15] nano dạng lồng, hạt nano, ống nano Hạt nanơ xít sắt xít sắt pha Co Ni chế tạo phương pháp Tuy nhiên hạt nanơ cần phải có chế độ xử lí nhiệt đạt từ độ bão hòa cao nhiệt độ phòng 16 Hình 5: Sự hình thành phát triển lỗ hổng lịng chất lỏng tác dụng sóng siêu âm Sau nhiều chu kì phát triển lỗ hổng khơng thể hấp thụ lượng sóng siêu âm nên bị suy sụp nhanh tạo thành điểm nóng Hạt nanơ từ tính dựa xít sắt chế tạo hóa siêu âm.[17] Đây phương pháp đơn giản để tạo hạt nanô từ tính với từ độ bão hịa cao.[18] Muối iron (II) acetate cho vào nước cất hai lần cho chiếu xạ siêu âm với công suất khoảng 200 W/2 h mơi trường bảo vệ Sóng siêu âm tác dụng dạng xung để tránh tượng nhiệt siêu âm tạo Khi tác dụng siêu âm, dung dịch xuất chất có tính khử tính ơxi hóa H2, hydrogen peroxide (H2O2) Các sản phẩm trung gian lượng cao HO2 (superoxide), hydro nguyên tử, hydroxyl điện tử Các chất ơxi hóa muối sắt biến chúng thành magnetite Fe3O4 Sau phản ứng xảy ta thu hạt nanô Fe3O4 với từ độ bão hịa đến 80 emu/g, cao gần giá trị Fe3O4 dạng khối Có ba vùng hình thành q trình chiếu xạ siêu âm chất lỏng Vùng (a) vùng chất khí nằm bên lỗ hổng Vùng có nhiệt độ cao áp suất lớn làm cho nước bị nhiệt phân thành gốc tự H OH Vùng (b) vùng biên chất khí chất lỏng Mặc dù nhiệt độ thấp vùng (a) đủ lớn để phản ứng phân hủy nhiệt xảy Người ta quan sát gốc hydroxyl tự vùng Vùng (c) vùng chất lỏng Ở nhiệt độ gần nhiệt độ phịng nên xảy q trình tái hợp H OH Trong ba vùng kể vùng (b) vùng mà phản ứng hóa siêu âm diễn Khi chiếu xạ siêu âm dung dịch chứa muối iron (II) acetate xuất phản ứng sau: H2O  H· + OH· H· + H· -> H2 OH· + OH· -> H2O2 Fe(CH3COO)2 -> Fe2+ + 2(CH3COO)Chất ơxi hóa mạnh hydrogen peroxide ô xi hóa Fe2+ thành Fe3+ theo phản ứng sau: 2Fe2+ + H2O2 -> 2Fe3+ + 2OHCác ion Fe2+ Fe3+ kết hợp với để tạo thành magnetite Tốc độ hình thành gốc hydroxyl ước lượng 25 mM/phút khí Ar Bằng cách điều khiển nhiệt độ mà chúng tơi tạo hạt Fe3O4 với hình dạng khác (hình 6) Hình 6: Bằng phương pháp hóa siêu âm chúng tơi tạo hạt que Fe3O4 2.5.8 Phương pháp điện hóa Phương pháp điện hóa dùng để chế tạo hạt nanơ xít sắt từ tính.[19] Dung dịch điện hóa dung dịch hữu Kích thước hạt nanô từ – nm điều khiển mật độ dòng điện phân Sự phân tán hạt nanô nhờ vào CHHBM dương 17 Phương pháp phức tạp hiệu suất không cao phương pháp khác nên nghiên cứu 2.5.9 Phương pháp nhiệt phân Phương pháp nhiệt phân phương pháp hiệu để chế tạo hạt nanơ với quy mô lớn Phương pháp chia làm hai phương pháp nhỏ nhiệt phân bụi nhiệt phân laser Phương pháp nhiệt phân bụi tạo hạt mịn hạt thường kết tụ lại với thành hạt lớn Trong phương pháp nhiệt phân laser tạo hạt mịn kết tụ với Hình 7: Ngun lý phương pháp nhiệt phân bụi Hình 8: Nguyên tắc nhiệt phân laser Nguyên tắc phương pháp nhiệt phân bụi để tạo hạt nanơ xít sắt muối Fe3+ vài hóa chất có vai trị tác nhân khử ion thành kim loại để sau bị xi 18 hóa thành xít sắt maghemite Nếu khơng có tác nhân khử nói hematite hình thành[20] dẫn đến vật liệu cuối khơng có từ tính mạnh Trong dung dịch cồn, hạt maghemite với kích thước từ – 60 nm hình thành với nhiều hình dạng khác phụ thuộc vào chất tiền chất chứa sắt ban đầu Sơ đồ hệ nhiệt phân bụi cho hình Hệ gồm phận tạo bụi dùng siêu âm Bụi phun vào lò gia nhiệt để phản ứng xảy hạt mịn làm khô trước chuyển đến hệ để thu hạt Với tiền chất Fe(NO3)3 đường kính hạt mịn nm tiền chất FeCl3 giá trị 60 nm Với sắt acetylacetonate hạt tạo có kích thước nm có độ đồng cao Nếu tiền chất Fe2+ ammonium citrate kết hình cầu rỗng có đường kính lớn đến 300 nm Vỏ hình cầu tập hợp hạt nanơ nhỏ có kích thước từ 20 – 40 nm phụ thuộc vào nhiệt độ lò Phương pháp nhiệt phân laser dùng để chế tạo hạt Si, SiC, Si3N4, Si/C/N, xít sắt có kích thước từ – 20 nm Ở phương pháp luồng hỗn hợp có chứa chất phản ứng nung nóng laser CO2 phản ứng xảy nhiệt độ cao (hình 8) Khi áp suất cơng suất laser có giá trị hạt hình thành lọc ngồi khí trơ Hạt nanơ tạo từ phương pháp có kích thước nhỏ, đồng không kết tụ Người ta dùng phương pháp để tạo hạt nanô g-Fe2O3 kết tinh tốt có kích thước từ 3,5 – nm Sơ đồ hệ nhiệt phân laser cho hình Vùng phản ứng hóa học xảy lừ nơi giao chùm chùm laser (10,6 mm) tách hoàn toàn khỏi vùng khác làm cho trình kết đám hạt loại bỏ gần hoàn toàn Tiền chất trường hợp Fe(CO)5 không hấp thụ laser nên ethylene dùng chất hấp thụ lượng laser chất mang đến buồng phản ứng Ethylene không bị phân hủy với lượng laser (652 Wcm-2), có tác dụng chuyển đổi lượng laser thành lượng nhiệt để phân hủy Fe(CO)5 Để tạo Fe2O3 người ta phải đưa khơng khí vào cách trộn khơng khí với Ar 3.Các phương pháp chế tạo vật liệu BaTiO3 3.1 Chế tạo vật liệu gốm khối phương pháp phản ứng pha rắn Phương pháp phản ứng pha rắn phương pháp cho phép chế tạo vật liệu gốm ơxít phức hợp đơn giản khả thành công cao Theo phương pháp này, hỗn hợp ơxít kim loại hợp phần nghiền, trộn sau ép viên nung Phản ứng xảy nung mẫu nhiệt độ cao (khoảng 2/3 nhiệt độ nóng chảy) Để tăng độ đồng vật liệu có cấu trúc tinh thể mong muốn, khâu công nghệ nghiền, trộn, ép viên nung thường lặp lại vài lần phải kéo dài thời gian nung mẫu Quá trình chế tạo mẫu gốm phương pháp phản ứng pha rắn tóm tắt Hình 2.1 Để chế tạo hệ vật liệu BaTi1-xMxO3 (M = Fe Mn) phương pháp phản ứng pha rắn, sử dụng hoá chất ban đầu là: BaCO3, TiO2, Fe2O3 MnO2 với độ 99,99% Các hoá chất cân theo công thức danh định theo phương trình phản ứng: BaCO3 + (1-x)TiO2 + x/2Fe2O3 BaTi1-xFexO3 + CO2 (2.1) BaCO3 + (1-x)TiO2 + xMnO2 BaTi1-xMnxO3 + CO2 (2.2) Trong trình chế tạo mẫu, chúng tơi thấy việc nghiền trộn có ý nghĩa quan trọng việc tạo đồng gốm, làm cho hạt bột mịn trộn lẫn đồng với nhau, giúp chúng dễ dàng tạo phản ứng pha rắn qua khuếch tán nguyên tử Thời gian nghiền lần lần (cứ 30 phút nghiền khô lại 30 phút nghiền ướt môi trường cồn tuyệt đối xen kẽ nhau) cối mã não Trong trình nghiền, tránh tối đa việc lẫn tạp chất khác vào hỗn hợp Sau kết thúc trình nghiền lần 1, hỗn hợp 19 ép thành viên nung sơ nhiệt độ 10500C 24 (Hình 2.2a) để phản ứng pha rắn chất xảy bắt đầu hình thành pha vật liệu Sau đó, mẫu nghiền lần nhằm tạo đồng nhất, sau ép viên nung thiêu kết nhiệt độ 13000C theo giản đồ xử lý nhiệt 3.2 Phương pháp nghiền lượng cao chế tạo mẫu BaTiO3 kích thước nano Các mẫu khối BaTiO3 sau chế tạo phương pháp phản ứng pha rắn kiểm tra độ pha nghiền h máy nghiền lượng cao SPEX 8000D (Hình 2.3) có Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Đây loại máy SPEX cải tiến tiến hành nghiền/trộn đồng thời hai mẫu hai bình, với trọng lượng tối đa 10 g mẫu/1 bình Thiết bị có gá ký hiệu 8011 để nghiền đồng thời tối đa mẫu bình nhỏ, bình 20