Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát cấu trúc tính chất của vật liệu nano cofe2o4

Phân tích nhiệt vi sai DTA là phương pháp phân tích nhiệt trong đó mẫu va chất tham khảo trơ được nung đông thời trong lò.. Phương pháp phân tích khối lượng nhiệt TGA là phương pháp khảo

Trang 1

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRƯỜNG DAI HOC SU PHAM THANH PHO HO CHi MINH

KHOA HOA

KHOA LUAN TOT NGHIEP CỬ NHÂN HÓA HỌC

Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ

Trang 2

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Anh Tién

LOI CAM ON

Lời đầu tiên, em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến thầy Nguyễn Anh Tiến Cám ơn thây đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá trình học

tập và thực hiện khóa luận nay

Em xin bảy tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thảy cô giáo đã giảng dạy em

trong bốn năm qua những kiến thức mà em nhận được trên giảng đường đại học sẽ là hành trang giúp em vững bước trong tương lai

Cuối cùng em xin gởi lời cảm ơn tới gia đình vả bạn bẻ đã luôn đông hành giúp đỡ em trong suốt thời gian vừa qua Chính nhờ những lời động viên khich lệ từ

gia đình, sự chia sẻ, học hỏi từ bạn bè đã góp phần rất nhiều cho khỏa luận tt

nghiệp của em đạt kết quả tốt hơn

Do thời gian và kiến thức hạn chế nên trong bài khóa luận này vẫn không tránh

khỏi những thiếu sót, kính mong quý thầy cô niệm tình bỏ qua và góp ý chân thành dé bải khóa luận hoản chỉnh hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Thành phố Hỗ Chỉ Minh ngày l4 tháng Š năm 2014 SVTH

Hoàng Thị Tuyết

Trang 3

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐÓNG KHOA HỌC 5-5 se cssssers I

LÊN CÁM COIN ists soso ccc aca aac eae aac 2

DANH MỤC HÌNH VỀ VÀ BÁNG BIÊU 8 “ seis SS

0052000 ` TONG QUAN VAN DE NGHIEN CUU cà 260) Gà G40 8

1.1 Cong nghé nano va vật liệu nano Oi c1056902500106809/0000600⁄AG6/x46 §

1.1.1 Khái niệm về công nghệ nano vả vật liệu nano 2-52 55555s5 8

1.1.2 Cac phuong pháp tông hợp vật liệu nano oxiL 5c 5c 55s: 9 1.1.3 Ứng dụng của vật liệu mano ccccccesssscssscssssscercssssescscssesssessesesusassesee 1] 1.2 Giới thiệu các nguyên tô Co, Fe sóc St v9 + S92 51555151 13

L1: CAN c2 0025621Ä01260Au042401i946i1ảG0 ải 13

”} 792 l5 1.3 Cau tric tinh thé ferit spinen dang ABO te 2s g cSS4£157177731737 277307 17

1.4 Cac phuong pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của bột nano CoFezO, 18

1.4.1 Phương pháp phân tích nhiệt (DTA/TGA)PPE, , 2S 5551553512 18 1.4.2 Phuong phap nhiéu xa tia X (XRD) ccc cccccccssesssessesseeeseeeneseven 20 1.4.3 Kinh hiển vi dién tir quét (SEM) oc cccssecsessessecssssseseessessnearencen 21 1.4.4 Kinh hién vi dién tir truyén qua (TEM ee ic cecececseessnenveesereneen 23 1.4.5 Phương pháp đo độ từ hóa (VSIM)Í ÍƠÌ, (5< ESEES CA 4424112 9 cv ri 23

CHƯƠNG 1.2222 cceu 26

THUC NGHIEM - KET QUÁ - THẢO LUẬN : xo TẾ

2.1 Hoa chat va dung an ẽ .ẽẽẽẽd dỶÝỶÝÁ 26

DUN a ian ORAM secs 0H NT xi C00 010 00000122 55007TE051.7-2710-4) 0 20 0/002112077- 26

2.1.2 Dụng cụ ẶQQ So HH ng xe grg 26

Trang 4

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

2 8 ĐfD06 pháp hức HỆ N:,scoecsecvoaeeiedeeoGiGkiieioecoatrcesasasos¿›e 27

2.2.1 Tổng hợp vật liệu nano CoFe2O4 băng phương pháp sol-gel sử dụng lòng trăng trỨngg 2 s kStEE 413111 E1 9111135111111 711E19131311717251391312329 2907222 27

2.2.2 Tổng hợp vật liệu nano CoFe:O;¿ bằng phương pháp đông kết tủa 28

N0 g ) 88 6 30

2.3.1, Các đặc trưng của vật liệu nano CoFe2O4 tông hợp bằng phương pháp sol-gel sir dung long trắng trứng 6-55-5222 ttcrtrerrrrrrrecrerrrei 30 2.3.2 Các đặc trưng của vật liệu nano CoFe2O4 tông hợp bảng phương pháp DI li neeaeaoeorieeeeeeooreeessersaveoaseoaeraereenooscsovnosag 36

3:3:3: Kết: quả ele thet ics sian ance alent 42

Kấ#:z»máw% ` TTs —.y-ƑFƑẹ. —_kƑkừề.k k có » 44

TAI LIEU THAM KHAO Ca 011222ảa iis 45

Trang 5

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên

DANH MUC HINH VE VA BANG BIEU

Danh muc hinh vé

Hình 1 Phân loại vật liệu nano theo số chiẻu - 22-55 55 S213 55 22 3 2302 7

Siar 2 Fie LO COM iain sa etic nan a 12

Hà 4: ăn tui VÂN aa sek eae xu8 14

Hit 4: Cầu vất của 6O ceo aa l§

Hành Š:'NhiÊo+xg HA Ä S020 002 60C C20 g(006408G0066604000G6646À 19 Hình 6 Kinh hiển vi điện tử quét .:.cccsescecssssssessesseeessessessessesessessreevsesseesveenseesees 20

Hình 7 Kinh hiển vi điện tử truyền qua .- ¿2-25 5Sz2 3 Sz+tcvereeezzexrrscree 22 Hình 8 Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ - 2-2-5 Sz+z E222 2sz cv cv, 23 Hinh 9 Thiết bị đo từ tính MICROSENE EVI I -.5<5cccecerveee 24

Hình 10 Sơ đỗ mô tả quy trình tông hợp vật liệu nano CoFe;O, bằng phương pháp sol-gel sử dụng lòng trắng trửng - ¿(5< 2 2t 91311212123 11211 xi cykd 26 Hình 11 Sơ đỗ mô tả quy trình tổng hợp vật liệu nano CoFe;O, băng phương pháp ng IN LÀN 2660000 20000040 00000001216 A26 64260400 a0662-1442610% 2) Hình 12 Giản đồ phân tích nhiệt TGA-DTA-DrTGA của mẫu bột điều chế bằng phương pháp sol-gel sử dụng lòng trắng trứng 252522562 ccs 28 Hình 13 Giản đỏ XRD đã ghép với phổ chuẩn của mẫu bột điều chế bằng phương

pháp sol-gel sử dụng lòng trắng trứng, sau khi nung ở 700C trong 2 giờ 30

Hình 14 Giản đồ XRD đã ghép với phổ chuân của mẫu bột điều chế bằng phương

pháp sol-gel sử đụng lòng trắng trứng sau khi nung ở 800C trong 2 giờ 31 Hinh 15 Ảnh SEM của bột CoFe;O, tổng hợp bảng phương pháp sol-gel sử dụng

long trang trimg sau khi nung & 700°C và 800°C trong 2 giờ - 32

Hinh 16 Anh TEM của bột CoFezO; tông hợp bằng phương pháp sol-gel sử đụng

lòng trăng trứng sau khi nung ở 800°C trong 2 giờ - 2 2- 2 ccscs 5z 33 Hình 17 Giàn đô phân tích nhiệt TGA-DTA-DrTGA của mẫu bột điều chế bằng

phương pháp đồng kết ỒN c0: c0 02060120620 á60116 62606 46142244000%022022ia04 34

Trang 6

Hình 18 Giản đồ XRD đã ghép với phô chuân của mẫu bột điều chế bằng phương

pháp đồng kết tủa sau khi nung ở 700C trong 2 giờ . 5-52-5255 552¿ 36

Hinh 19 Giản đồ XRD đã ghép với phỏ chuẩn của mẫu bột điều chế băng phương pháp đồng kết tủa, sau khi nung ở 800°C trong 2 giờ -.2-52-555-5255scc 37

Hình 20 Ảnh SEM của bột CoFe;O; tông hợp bằng phương pháp đông kết tủa sau

khi nung ở 700°C và 800°C trong 2 giờ - - 5507 << cscesosir.eecer 38

Hinh 21 Ảnh TEM của bột CoFeO; tông hợp bằng phương pháp đồng kết tủa sau

man =2 ieeieeneeesesseesesseo 39

Hình 22 Đô thị đường cong từ trễ của mẫu bột CoFe:O, điều chế bằng hai phương

pháp sau khi nung ở 800C trong 2 giờ 52 S522 1 21 113123121311 2112, 40

Danh sách bảng biểu

Bảng 1; Hóa đà phân KCh:.: co 20C 0 06c 200166036066 25 Bảng 2 Thiết bị - dụng cụ thí nghiệm .- - 6 52522222 St crvirrvrrksrretree 25

Bảng 3 So sánh các đặc trưng từ tỉnh của mẫu vật liệu nano CoFe;O, điều chế theo

2 PM ng phát kh T242 22k 000004000 Gdáccaek 40

Trang 7

LOI MO DAU

Sự ra đời của ngành công nghệ nano đã thu hút sự chú ý và quan tâm nghiên

cứu của các nhà khoa học trong nước cũng như trên thẻ giới Vật liệu có câu trúc hạt

kích thước nanomet ngảy cảng đóng vai trò quan trọng trong đời sống

Một trong những vật liệu liệu nano được quan tâm nghiên cứu nhiều hiện nay

là coban ferit (CoFe;O;) đo khả năng ửng dụng vượt trội trong nhiều ngành khác

nhau đặc biệt là y sinh học Khi các hạt coban ferit có kich cd 1-100 nm ching cé

thẻ dùng đẻ chế tạo các chất lỏng từ ứng dụng làm tăng độ tương phản của ảnh chụp

cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) trong chuẩn đoán bệnh, làm tác nhân phân tách các tế

bào, chất dẫn truyền thuốc! Ì Ngoài ra khi phân tản các hạt nano coban ferit vào các vật liệu nên phi từ sẽ cho các sản phẩm nanocomposite với các tính chất từ mới, có thể kiểm sốt được các thơng số từ tỉnh bảng cách điều chỉnh thành phần vả các điều kiện tông hợp đẻ chế tạo các sản phẩm theo yêu cầu sử dụng

Để chế tạo vật liệu nano CoFe;O; có nhiều phương pháp khác nhau như

phương pháp sol-gel với các chất trợ gel như polyvinyl ancol, acid citric hay phương pháp đồng kết tủa đều thu được các hạt nano coban ferit cỏ kích thước tương đối nhỏ (<50 nm) Trong đề tải này, chúng tôi cũng sử dụng phương pháp sol-

gel để điều chế vật liệu coban ferit, tuy nhiên với một chất trợ gel hoàn toàn mới mà chưa có công trình nảo công bố đó là lòng trăng trứng gà Bên cạnh đó, chúng tôi cũng sẽ điều chế vật liệu theo phương pháp đồng kết tủa, khác với các đề tài đi

trước Ì trong quá trình tiễn hành điều chế hỗn hợp sẽ được đun trong nước nóng với mong muốn sẽ thu được vật liệu có kích thước nhỏ hơn vả đồng nhất hơn vẻ hình

thái hạt

Từ những lý do trên chúng tôi lựa chọn và thực hiện đẻ tài "NGHIÊN CỨU

TONG HOP VA KHAO SAT CAU TRUC, TINH CHAT CUA VAT LIEU

NANO CoFe,0, ”

Trang 8

Khóa luận tốt nghiệ GVHD: TS, Nguyễn Anh Tiên

CHƯƠNG

TONG QUAN VAN DE NGHIEN CUU I.I Công nghệ nano và vật liệu nano !*/!“13!

1.1.1 Khái niệm về công nghệ nano và vật liệu nano

Công nghệ nano là tô hợp các quá trình chế tạo ra vật liệu, các thiết bị máy móc

và các hệ kỹ thuật mà chức năng của chúng được xác định bởi cấu trúc nano, tức lả các đơn vị cấu trúc có kích thước từ 1 đến 100 nm Công nghệ nano xuất hiện trên

cau nỗi của một số ngành khoa học (hoá học, vật lý, cơ học, khoa học vật liệu, sinh học và nhiều lĩnh vực khác của khoa học) ngày cảng đi sâu vào nhiều lĩnh vực hiện đại của khoa học và kỹ thuật và thông qua chúng, nó đi vào đời sống của chúng ta

Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét Về

trạng thải của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và khi Vật

liệu nano được tập trung nghiên cửu hiện nay, chú yếu là vật liệu rắn, sau đó mới

dén chat lòng và khí

Vẻ hình đáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

- - Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn

chiều tự đo nao cho điện tử) Ví dụ: các

hạt chất phát quang kích thước nano

0

|

(Oxonica) dùng cho mản hình điện tử, S22 i= “nin =

chấm lượng tử, TiO; Fe;Ox, ZnO as aie, a sa

- Vat ligu nano mét chiéu là vật 7 aoe —_ =

liệu trong đó hai chiêu có kích thước TT —Z mere none

nano, điện tử được tự do trên một chiêu fat mand mes trên chợ trọt cà =

Vi du: dây nano ống nano cacbon sợi

8<: 6 7 Hình 1, Phân loại vật liệu nano theo

nano nitrua bo (BẢN) â chiề số chiêu

Trang 9

——————————————-——————-————-————

- _ Vật liệu nano hai chiêu là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano hai chiêu tự đo Ví dụ: mảng nano bán dẫn

Ngoài ra, người ta còn phân biệt các dạng vật liệu nano dựa vào ban chất và lĩnh vực ứng dụng khác nhau của chúng như: Vật liệu nano kim loại vật liệu nano bản

1.1.2 Các phương pháp tong hợp vật liệu nano oxit

Hiện nay cỏ rất nhiều phương pháp đẻ tổng hợp hạt nano, có thẻ chia thành 3

phương pháp cơ bản:

- _ Phương pháp vật lý: nghiên bi, bốc bay nhiệt trong lò ủ, phản ứng pha rắn - Phuong pháp hóa học: đông két tủa, sol-gel

- - Phương pháp hóa lý: ngưng tụ, điện hóa, hóa siêu âm

Như ta đã thấy các phương pháp tông hợp vật liệu nano rất đa dạng, trong phạm vi bài khóa luận này, chúng tôi chỉ trình bảy chỉ tiết về phương pháp sol-gel và đồng

kết tủa tổng hợp vật liệu nano oxit

1.1.2.1 Phương pháp sol — gel!

Từ “Sol” la từ đầu của danh tir “solution”, con tir “Gel” là từ đầu của “gelation" Sử dụng phương pháp sol-gel ta có thể chế tạo ra các hợp chất ở dạng khối, siêu mịn, màng mỏng và sợi Một cách đơn giản nhất, phương pháp này được mồ tả với hai loại phản ứng cơ bản là phản ứng thủy phân và polymer hóa ngưng tụ

Hạt được tạo thành tôn tại ở dạng gel

Phương pháp sol-gel đã được biết đến từ rất lâu và được ứng dụng khá rộng rãi

Trang 10

———————————— ———=—-——-————————._xesss=e

Quá trình tao sol bao gom sự hòa tan các ion kim loại hoặc các oxit kim loại kiêm, các muối kim loại hữu cơ trong dung môi rượu, hoặc các muỗi kim loại vô cơ trong dung môi nước tạo thành thê huyền phù, sol sẽ hình thành khi các huyền phủ trở nên chất keo lỏng Sol sau đó chuyên đổi thành gel thông qua sự ngưng tụ Gel sây khô sẽ chuyên thành xerogel, nhằm tách nước vả nhiệt phân các chất hữu cơ

Giai đoạn tiếp theo là nung xerogel đề tạo thành tinh thẻ bội

Ưu điểm của phương pháp này là có thê sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau,

có khả năng thích ứng với nhiều điều kiện phản ứng tạo ra các hạt có kích thước

tương đối đều, hình dạng đồng nhất, nhỏ, mịn Tuy nhiên, phương pháp nảy còn tôn tại nhiều hạn chế: đo sự khác biệt vẻ tốc độ thủy phân của các chất ban đầu có

thể dẫn đến tính không đồng nhất hóa học có thể tồn tại các pha tính thể không

mong muon,

Ví dụ: Vũ Thể Ninh, Điều chế NiO, NiFe;O, kích thước nanomet và định

hướng ứng dụng, luận văn thạc sĩ khoa học, trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên,

Hà Nội, 2009 84 trangÏ'Ì với chất tạo gel là PVA Trong để tài nảy, chúng tôi điều

chế vật liệu nano CoFe;O;¿ bằng phương pháp sol-gel với chất tạo gel là lòng trắng

trửng gả do nguồn nguyên liệu rẻ tiền, có sẵn trong tự nhiên, mặt khác sản phẩm thu

được thân thiện với môi trường

1.1.2.2 Phương pháp đồng kết tủa!

Phương pháp đông kết tủa là phương pháp cực kỳ đa năng đẻ chế tạo hạt ferit có kích thước rất nhỏ Với phương pháp đồng kết tủa: chất gốc là các muối vô cơ

như muối clorua, sunfat, nitrat được hòa tan trong môi trường nước, sau đỏ cho

phan img voi dung dich bazo hydroxit nhhu KOH, NaOH, NH,OH, dé tạo kết tủa Sản phẩm kết tủa được lọc, rửa sạch bằng nước cất vả được làm khô ở nhiệt 46 60°C trong chân không hoặc không khi Các hạt được tổng hợp có kích thước từ vải

nanomet đến vài chục nanomet Kích thước hạt có thể được kiểm sốt thơng qua nhiều yếu tổ như tỉ lệ vật liệu ban đầu trạng thái oxy hóa độ pH dung dịch

Trang 11

Mặc dù đồng kết tua la phuong pháp đơn giản nhưng khi các hạt nano hình

thành chúng kết tụ rất mạnh do nhiều yếu tố như diện tích tiếp xúc trực tiếp nhau

tăng ảnh hưởng của lực trọng trường môi trường lưu giữ hạt dễ bị oxy hóa v gây ra sự xen lẫn nhiều pha khác nhau Các hạt kết tụ này làm hạn chế khá năng ứng dụng tiếp theo, do đó đòi hỏi phải có sự biển đôi bẻ mặt

Ưu điểm: chế tạo đơn giản, phản ứng xảy ra nhanh, có thẻ tạo ra hạt nano với độ đồng nhất, độ phân tán khá cao Nhưng phương pháp này có nhược điểm là các hạt nano sau khi hình thành sẽ kết tụ mạnh Tuy nhiên còn tủy thuộc vào những ứng dụng cụ thể, những nhược điểm này thì không đáng kẻ so với những thuận lợi mà phương pháp mang lại Vì thế nó được sử dụng khá phô biến

Vị dụ: Nguyễn Hữu Đức, Trần Mậu Danh, Trần Thị Dung Chế tạo và nghiên

cứu tinh chất từ của các hạt nano Fe;O, ứng dụng trong y sinh học Tạp chí Khoa

học ĐHQGHN Khoa học Tự nhiên và Công nghẻ 23, trang 231-237, 2007!! với

kích thước hạt của vật liệu trong khoảng 10-15 nm

Trong đề tài này, chúng tôi tổng hợp vật liệu nano CoFe;O¿ bằng phương pháp

đồng kết tủa các cation Co”, Fe”” trong nước sôi với mong muốn thu được vật liệu

có kích thước hạt nhỏ hơn vả đồng nhất hơn vẻ hình thải hạt

1.1.3 Ung dung của vật liệu nano

Công nghệ nano hứa hẹn sẽ “thay đổi cuộc sống của con người” bởi có những tính chất nôi trội và mới lạ Chúng được ứng dụng trong nhiêu lĩnh vực khác nhau

của đời sông, kinh tế và xã hội Sau đây là một số lĩnh vực chính:

Điện tử, quang điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông!

Ứng dụng đầu tiên của công nghệ nano là tạo các lớp bán dẫn siêu mỏng mới Ngoài ra, công nghệ nano mở ra cho công nghệ thông tin một triển vọng mới - chế tạo linh kiện mới, rẻ hơn vả có tỉnh năng cao hơn hăn so với transitor, đó là các

cham lượng tử được chế tạo ở mức độ tỉnh vi, mỗi chiều chỉ có lnm thì một linh

Trang 12

i ec

kiện c& 1 cm” sẽ lưu trữ được 1000 tỷ tỷ bit, tức là tồn bộ thơng tin của tất cả các

thư viện trên thẻ giới này cỏ thê lưu giữ trong đó

Quang điện tử cũng là một lĩnh vực chủ chốt của cuộc cách mạng công nghệ

thông tin Lĩnh vực này đang cỏ xu thế giảm tôi đa kích thước, ví dụ như một số linh

kiện của thiết bị phát tia laze năng lượng lượng tử, các màn hỉnh tỉnh thẻ lỏng đòi

hỏi được chế tạo với độ chính xác cỡ vài nanomelt

Công nghệ nano với lĩnh vực sinh học và y học!”

Tạo ra các thiết bị cực nhỏ có thể đưa vào cơ thẻ đẻ tiêu diệt virut vả các tế

bao ung thu, tao ra hang tram các được liệu mới từ các vi sinh vật mang ADN tải tô

hợp, tạo ra các protein cảm ứng có thẻ tiếp nhận các tín hiệu của môi trường sống tạo ra các động cơ sinh học mà phân di động chỉ có kích thước cỡ phân tử protein, tạo ra các chíp sinh hoc va tiễn tới khả năng tạo ra các máy tính sinh học với tốc độ

truyền đạt thông tin như bộ não

Trong y học: thử nghiệm để chế dược phẩm, nâng cao các kĩ thuật chuẩn đoản, liệu pháp và chiếu chụp ở cắp độ tế bào với độ phân giải cao hơn độ phân giải

của chụp hình cộng hướng từ

8 Công nghệ nano với vấn đề mơi trường!

Hố học xanh và môi trường được quan tâm đặc biệt trong thời gian gần đây

Các kim loại dạng bột mịn như Fe, Zn thể hiện hoạt tính cao với các hợp chất hữu cơ chứa clo trong môi trường nước Điều này dẫn tới việc sử dụng thành công loại

màng chứa cát và bột kim loại xốp để làm sạch nước ngằm Các oxit kim loại nano với sự phân huỷ của chất hấp phụ, đo đó các vật liệu mới này được gọi là các “chất

hấp thụ hay phân huỷ” Chúng được sử dụng trong việc xử lí khí, phá huỷ các chất

độc hại

—————————-==z-s-===s=cx=TETï——

Trang 13

I2 Giới thiệu các nguyên tô Co, Fe

Trong đẻ tài này, chúng tôi tổng hợp vật liệu CoFezO; với các tiễn chất ban đầu là hỗn hợp hai muối Co(NO:);, Fe(NO;); dưới dạng các cation Co” va Fe” trong

môi trường kiểm đẻ thu được các kết tủa hidroxit, đưới tác dụng của nhiệt độ sẽ bị

phân hủy thành các oxit Do đỏ trong phần nảy chúng ta củng tìm hiểu tổng quan

một số tính chất của oxit, hidroxit va mudi của Co, Fe 1.2.1 COBANPIIA - Nguyên tổ, số thứ tự Co, 27 Câu hình electron hóa trị [Ar]3d'4s' Bản kính nguyên tử (A") 1,25 Nhiệt độ nóng chảy (C) 1495 Nhiệt độ sôi (”C) 3100

Nhiệt lượng nóng chảy (kJ.mol ”) 16,06

Nhiệt lượng bay hơi (kJ.mo!”’) 377

Độ cứng (thang Moxơ) 5.5 Hình 2 Kim loại coban

Coban là kim loại cứng giòn có màu trắng xám vả có tỉnh sắt từ Coban cỏ

tám đồng vj tir “Co dén °'Co nhung chi có ””Co là đồng vị tự nhiên (100%) Số đồng vị còn lại đều là đồng vị phóng xạ trong đỏ bèn nhất là ““Co có chu kỳ bản hủy

là 5.2 năm va kém bên nhất là “Cø với chủ kỳ bán rã là 0.18 giây Đặc biệt đồng

vị “°“Co phóng xạ y dùng trong v học đẻ chiếu xạ các khối u ác tính và trong công nghiép dé phát hiện vết rạn vả vết rổ trong kim loại đúc

Coban có hai dạng thù hình: œ-Co có kiến trúc lục phương bên ở nhiệt độ dưới 417°C va B-Co có kiến trúc lập phương tâm điện bẻn ở nhiệt độ trên 417°C

1.2.1.1 Coban (H) oxit

CoO là chất bột màu xanh ö liu, nó có thẻ được điều chế bằng cách nhiệt phân hidroxit hay một số muối của Co trong không khí trơ hay chân không

Trang 14

Co(OH);——>CoO + HạO

CoCO, ——> CoO + CO; 2Co(NO;); ———»2CoO + 4NO; + O›

CoO có cầu trúc kiêu lập phương tâm mặt của NaCl O dưới 289K nó có tỉnh

phản sắt từ bên ở nhiệt độ thường CoO là chất khó nóng chảy (T„ụ = 1805°C)

không tan trong nude va dung dich kiém, chi tan trong dung dich acid CoO bị khử bởi Hạ, C CO tạo thành Co kim loại: CoO + Hạ — —›Co + HO 1.2.1.2 Coban (HH) hidroxit Co(OH); tồn tại ở hai dạng thù hình: xanh vả hồng Có*t 8% »Co(OH),(xanh)——»Co(OH), (hông) Trong không khí, Co(OH); bị oxi hoá chậm chuyển thành Co(OH); có màu hung:

4Co(OH); + O;+ 2HyO-+ Co(OH)

Co(OH); có tính lưỡng tính yếu, đễ tan trong acid và tan trong dung dịch kiềm đặc nóng tạo thành cobantit mảu tím xanh

Co(OH); + 2NaOH (đặc) ——+»Na;[Co(OH),]

1.2.1.3 Coban (H) nitrat

Co(NO:}); được điều chế bằng cách hoà tan Co, oxit hay hidroxit của Co(II), CoCO;.6H,O trong HNO; loãng Khi kết tỉnh ngậm sáu phân tử nước

Co(NO;);.6HạO có màu đỏ thẫm, chảy rữa trong không khí âm, khi giữ lâu trên

H›SO; sẽ mắt một phân nước

Trang 15

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền 1.2.2 SÁ T81?!

Nguyên tô số thứ tự Fe, 26 Câu hình electron hóa trị [Ar}3d°4s"

Bán kính nguyên tử (A”) 1,26

Nhiét d6 néng chay (°C) 1538

Nhiét d6 s6i (°C) | 2862

Nhiệt lượng nóng chảy (klmol”) LÔ 1381 -

Hình 3 Kim loại sét Nhiệt lượng bay hơi (kJ.mol”) | 340

'Độ cứng (thang Moxơ) | 4

L

Sắt có màu trắng xám, để rèn và đễ đát mỏng Trong tự nhiên tồn tại 4 đồng vị bên “Fe, “Fe (91.68%), °’Fe va “Fe Sat cd 4 dang thi hinh bén ở những khoảng

nhiệt độ xác định:

700°C _ 911% _ 1390%C 1% -

a- Fe ——› j - Fe — y - Fe ——+ ỗ -Fe —— Fe lỏng

Những đạng œ và j có cấu trúc tình thể kiểu lập phương tâm khối nhưng cau

trúc electron khác nhau nên a-Fe có tính sắt tử và J-Fe có tính thuận từ, œ-Fe khác

với ƒ-Fe là không hòa tan carbon, y-Fe có cấu trúc lập phương tâm diện và có tính thuận từ, ỗ- Fe có cấu trúc lập phương tâm khối như a-Fe nhưng tôn tại đến nhiệt độ nóng chảy

1.2.2.1 Sắt (HH) oxit

Chất bột không tan trong nước, có màu nâu đỏ Có các dạng đa hình giống nhôm oxit: œ- Fe:O; là tỉnh thể lục phương giống với corudum và tổn tại trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật hematite, y- Fe;O; là tỉnh thê lập phương giống với y- Al,Os, B-Fe,Oy, & -Fe,O; Dang a cé tính thuận từ còn đạng y có tính sat tir

Trang 16

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Anh Tiền

eee

ướt Hematite có thể được điều chế bảng cách thuỷ phân muối sắt (111) trong môi

trường axit mạnh (pH=l+2) ở nhiệt độ 100°C

ƒ\-Fe;O; có từ tính không ôn định là một điểm riêng đề phân biệt nó với các

đạng da y £, [-FeO; siêu bên với nhiệt và được chuyển đổi thành hematite ở nhiệt độ khoảng 500°C

y-Fe:O; tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoảng maphemite y-Fe:O; không bẻn với nhiệt và được chuyển thành hematite ở nhiệt độ cao hơn Nhiệt độ

và cơ chế của sự thay đổi cấu trúc phụ thuộc vào

điều kiện thí nghiệm và đặc biệt là kích thước của các hạt maghemite Trong trường hợp cầu trúc hạt bé thi c -Fe;O; là chất trung gian trong sự chuyền đổi cấu trúc từ y-FeyO;——>dœ-Fe;O;, cơ chế

chuyển đổi thành hematite phụ thuộc nhiều vao

: mức độ các hat tich ty y-FeyO; (maghemite) đã thu

Hinh 4 Cau tric cua c-

hút được nhiều sự nghiên cứu do nỏ có tỉnh từ vả

Fe,

được sử dụng làm chất xúc tác

c -FezO; có thể được xem là chất mới nhất trong hợp chất sắt (III) oxit, cấu trúc của nó được biết đến vào năm 1988 bởi Tronc et al e-FezO; có hình dạng trực

thoi với 8 tế bào đơn vị

E-Fe;O; được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel hoặc đun nóng dung dịch kali ferricyanide với hypochlorite natri và kali hydroxit, sau đó nung kết tủa ở 400°C Nhiệt độ chuyển dạng thù hình từ £-Fe;O: -> œ-Fe:O; năm trong khoảng tử 500°C = 750°C Kích thước của các hạt c -Fe;O được chuẩn bị theo những phương pháp khác nhau là khoảng 30+80 nm

=57.ồÖ:.ồÖỎỖỒồ——————————————— Ỷ-.-xz-sir-sr-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s-s sỶZ-y-r-s=-s=-sx-y-._=—=.n=-

Trang 17

;Ƒ_—_———

—>——————ễễ——————-—eEce-irko-t-nnnnma

1.2.2.2 Sắt (H1) hidroxit

Được tạo ra do tác dụng của bazơ với muốôi sắt (III) Sản phẩm có màu đỏ gi,

nâu đỏ hay màu ánh tím, được sử dụng làm bột mảu ngoài ra nó được sử dụng ở

trạng thai tinh khiết dé làm thuốc giải độc asen

Fe(OH); không tan trong nước và có tính lưỡng tỉnh yếu: tan dễ trong dung

dich acid và tan được trong dung dịch kiểm đặc nóng hoặc NayCO; hay K;CO: nóng

chảy,

Các kết tủa hidroxit được biết là có hệ số lọc thấp vả đo đó khó rửa các ion tự

do của tạp chất Các đặc điểm của kết tủa hidroxit phụ thuộc chủ yếu vào pH vả

nhiệt độ tạo thành kết tủa 1.2.2.3 Sắt (H1) nitrat

Được tạo ra khi hòa tan vỏ bao sat trong HNO; lodng gan 25% tao ra Fe(III) nitrat và hỗn hợp các oxit nitơ khác nhau Ở nhiệt độ thường, phụ thuộc vảo nông

độ muối đó có thẻ kết tỉnh ở dạng không màu hình lập phương có thành phần Fe(NO;);.6H;O hoặc dạng đơn tả màu tím có thành phần Fe(NO;);.9H;O

1.3 Cau tric tinh thé ferit spinen dang AB,O{""!"""!

Ferit spinen có cấu trúc tương tự khoáng vật spinen MgO.Al;O; (AB;O,) Công thức hóa học chung của ferit spinen là MO.Fe;O; hay MFe;O;, trong đó M là ion kim loại hóa trị 2 Mặc đủ phân lớn ferit spinen chứa ion hóa trị 3 là Fe`" nhưng vẫn cỏ thể thay thế một phần hay hoản toản bằng các ion hóa trị 3 khác như AI”", Cr’,

Mn”” Các ion kim loại hóa trị 2 thường là sự kết hợp giữa các ion Mn”", Ni”, Cu", Mg””, Co?", Fe°”, Zn?" Mặc dù các ion kim loại hóa trị 2 như Mg”" hay Zn”"

không thuận từ nhưng được sử dụng đẻ thay thể ion Fe`” tại các vị trí trong mạng tinh thé dé lam tang momen tir

Ferit spinen được hinh thành từ các oxi có cấu trúc xếp chặt tạo thành ô mạng cơ

sở chứa 8 phân tử ABR;O, Mỗi ô mạng cơ sở chứa 64 lỗ trồng tử diện và 32 lỗ trống bát diện Đề trung hòa điện tích với các ion oxi, chỉ có 8 lỗ trông tứ diện và 16 lỗ

trồng bát diện chứa các cation kim loại Quy luật phân bố của các cation hóa trị 2 vả

Trang 18

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền

3 vào các lỗ trống tử điện và bát diện phụ thuộc vào bán kính ion, kích thước lỗ

trông, nhiệt độ, xu hướng phối trí và điều kiện tông hợp Khi chỉ xét theo bán kính

thì các ion hóa trị 2 có kích thước lớn hơn các ion hóa trị 3 và lỗ trồng bát diện cũng

lớn hơn lễ trống tứ điện nên các cation hóa trị ba sẽ chiếm các lỗ trồng tứ điện và

các cation hóa trị hai sẽ chiếm các lỗ trống bát điện Tuy nhiên đối với các cation

như Zn”`,Cđ”” sự việc xảy ra ngược lại Sự phân bố vừa nêu dẫn đến sự tương tác trao đổi giữa các phân mạng vả tạo nên trật tự từ đặc trưng của feri

- Các loại spinen + Ferit spinen thuận

Y Trong cau trúc spinen thuận, cation hóa trị 2 nằm ở vị trí tứ điện, cation hóa trị 3

năm ở vị trí bát diện

Ví dụ: đối với ferit kẽm ZnFe;O, ion ZnŸ” sẽ chiếm lỗ trống tứ diện, còn Fe" sẽ

nằm ở lỗ trống bắt điện

+ Ferit spinen nghịch

Trong spinen nghịch các ion A”” nằm ở vị trí bát điện, một nửa số B”” phân bỗ ở vị trí tử điện còn nửa còn lại phân bỏ ở vị trí bát diện,

Vi dụ: đối với ferit niken NiFe;O, thì một ô mạng cơ sở sẽ gồm 8 phân tử NiFe;O, các ion Fe*” ưu tiên chiếm lỗ trống tứ điện Do số lỗ trống này chỉ đủ cho 8

ion Fe** nén sé ion Fe** còn lại và 8 ion NiỶ” sẽ nằm ở lỗ trồng bát điện Các momen

từ của Ni?” và Fe" ở vị trí bát điện sẽ đối song với các momen tir của Fe” ở vị trí tứ

điện Kết quả là các momen của Fe`” bị triệt tiêu song momen của ion niken lại làm

tăng độ từ hóa Rất nhiều ferit quan trọng trong kĩ thuật có cầu trúc spinen nghịch 1.4 Các phương pháp nghiên cứu cầu trúc và tính chất của bột

nano CoFe,0,

1.4.1 Phuong phap phan tich nhigt (DTA/TGA)!""*!

Phân tích nhiệt vi sai (DTA) là phương pháp phân tích nhiệt trong đó mẫu va chất tham khảo trơ được nung đông thời trong lò Chất tham khảo trơ không bị biển

đôi trong khoảng nhiệt độ đang khảo sát nên nhiệt độ của nó biển thiên tuyến tinh với

eee eee ee

Trang 19

nhiệt độ của lỏ Các phản ứng xảy ra trong mẫu luén kém theo sy thu nhiét hay toa nhiệt nên sẽ làm nhiệt độ của mẫu thay đôi không tuyến tính với nhiệt độ của lò

Phân tích nhiệt thường được tiền hành trong môi trường khí trơ thường là He

Ar, N hay không khí Lượng nhiệt được hấp thụ (thu nhiệt) hay giải phóng (tỏa

nhiệt) khi trong mẫu có những thay đổi lý hoá nhất định Kết quá đo DTA phụ thuộc vào nhiều yếu tỏ :

- Các yêu tô phụ thuộc thiết bị, như hỉnh đáng, khí quyên của lò, vị tri cap nhiệt, vật liệu làm chén nung, tốc độ nung

- Các yêu tổ phụ thuộc mẫu vả chất tham khảo như lượng kích thước hạt độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng hệ số giãn nở nhiệt của mẫu và chất tham khảo

Đường cong DTA còn dùng để xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng Hiệu ứng nhiệt của phản ứng được tính toán thông qua diễn tích peakk, ngoài ra phương

pháp phân tích nhiệt vi sai còn dùng để xác định độ tinh khiết của mẫu

Phương pháp phân tích khối lượng nhiệt (TGA) là phương pháp khảo sắt sự

thay đổi khỏi lượng của chất theo nhiệt độ khi chất được đặt trong lò nung có

chương trình thay đổi nhiệt độ được kiểm soát một cách chặt chẽ Nhiệt độ nung có

thẻ lên đến 1600°C

Mẫu được nói với một cân nhiệt để cân mẫu liên tục trong quá trình nung Để

liên tục phát hiện sự thay đổi của mẫu trong quá trình nung, chén đựng mẫu phải

được nỗi kết với một cân nhiệt

Đường cong TG giúp ta có thể xác định được độ bẻn nhiệt của chất, các phản

ứng xảy ra trong quá trỉnh phân hủy nhiệt của chất và đồng thời xác định được độ tỉnh khiết của chất

Trong đề tài này, chúng tôi đo phân hủy nhiệt của mẫu trên máy DTG-60H do

hãng Shimadzu Nhật bản sản xuất tại khoa Hảa Trường Đại Học Sư Phạm Hà Nội

Mẫu được nung trong môi trường không khí khô đến nhiệt độ tối đa là 100C tốc

độ gia nhiệt 10°/phut

Trang 20

——=—==ềềễŠ>ềỲỄỄỄễỄỲỶỲỶỲẼỶẼễễEEPEễễễễễễễễễễễễễễễễễẼ

1.4.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)”!“!

Nguyên tắc

Khi chiều một chùm electron có năng lượng lớn vảo bẻ mặt của đối âm cực

(anot), các electron ở bẻ mặt của đối

âm cực bị bức ra và làm xuất hiện lễ trông Các electron ở mức năng lượng cao hơn nhảy về mức năng lượng thấp

hơn đẻ lấp đây chỗ trông đông thời :

làm phát ra năng lượng thừa và năng Hinh 5 Nhiéu xa tia X lượng đó được gọi là tia X

Định luật Bragg

Giả sử có một chủm tia X đơn sắc đến gặp các ion tại nút mạng nào đó của tỉnh thê và phản xạ trên các mặt phăng mạng

Đề có sự giao thoa của sóng phản xạ, các sóng này phải cùng pha, nghĩa là hiệu quang trình của chúng phải bảng một số nguyên lần bước sóng

Hiệu quang trình: A*“2dsn9 (1)

Đối với nhiều góc tới Ð giá trị A không phải bằng một số nguyên lần bước sóng )

nên các tia X phản xạ có giao thoa giảm

Khi A = nÀ thi các sóng phản xạ sẽ cùng pha và ta có sự giao thoa tăng Như vậy ta sẽ thu được cường độ sóng phản xạ tăng mạnh khi góc tới 9 thoả mãn điều kiện:

2dsinB =n^ (2)

Đây chính là nội dung của định luật Bragg

Ứng dụng của định luật Bragg là để xác định khoảng cách mạng d khi đã biết 2

vả góc tới 8 tương ứng với vạch thu được

Trang 21

(: góc Brapg (độ)

2: bước sóng của bức xạ tia X (A”)

k: hãng số phụ thuộc vào dang cua tinh thẻ ion (0.89)

l: độ rộng ở 1⁄2 chiều cao của pcak sau khi trừ đi độ rộng do thiết bị

(rad) Ứng dụng

Phương pháp XRD được dùng đẻ xác định cấu trúc, thành phần pha dựa trên số lượng vị trí và cường độ các peak trên phô nhiều xạ tia X để suy đoán kiểu mạng từ

đó xác định bản chất của vật thẻ

Trong đề tài này, phô XRD được tiền hành đo trên mày D8-ADVANCE tai Vién Khoa học và Công nghệ Tp HCM với bia Cu-Ka, bước sông À = 1.5406 A”, góc 29

= 10- 70° bude nhay 0.03

1.4.3 Kính hiễn vi điện tử quét (SEM)!*

Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 1a loại kính hiển vi điện tử cỏ thê tạo ra ảnh có độ phân giải cao của bẻ mặt mẫu

Ưu điểm

Không can phá mẫu khi phân tích và có thê hoạt động trong môi trường chân không thấp

Nguyên lý hoạt động

Một chùm điện tử đi qua các thấu kính điện tử để hội tụ thành một điểm rất nhỏ chiếu lên bẻ mặt của mẫu nghiên cứu Nhiêu hiệu ứng xảy ra khi các hạt điện tử của chùm tia va

chạm với bẻ mặt cua vat ran Tir diém chim tia va chạm với bê mặt của mâu có nhiêu loại

hạt nhiều loại tia phát ra (tín hiệu) Mỗi loại

tín hiệu phản ánh một đặc điểm của mẫu tại Hinh 6 Kinh hiển vi điện tử quét

Trang 22

điểm được điện tử chiều vào Vị dụ:

- - Số điện tử thứ cấp (điện tử Auger) phát ra phụ thuộc độ lôi lõm ở bẻ mặt

mẫu

- _ Số điện tử tán xạ ngược phát ra phát ra phụ thuộc điện tích hạt nhân Z

- - Bước sóng tia X phát ra phụ thuộc nguyên tử ở mẫu là nguyên tổ nảo (phụ

thuộc Z)

Cho chùm điện tử quét trên mẫu, đồng thời quét một tia điện tử trên mản hình của đèn hình một cách đồng bộ thu và khuyết đại một tín hiệu nảo đỏ của mẫu phát ra để làm thay đổi cường độ sáng của tia điện tử quét trên màn hình và ta thu được ảnh

Cho tia điện tử quét trên ảnh với biên độ đ nhỏ (cỡ mm hay um) con tia điện tử

quét trên màn hình với biên độ D lớn (bằng kích thước của màn hình) khi đó ảnh có

độ phỏng đại D/4

Độ phóng đại của kính hiển vi điện tử quét thông thường từ vải ngản đến vài

trăm ngàn lần Năng suất phân giải phụ thuộc vào đường kinh của chùm tia điện tử

hội tụ chiều lên mẫu

Với súng điện từ thông thường (sợi đốt là dây vônfram uốn hình chữ V), năng suất phân giải là 5 nm đối với kiểu ảnh điện tử thứ cấp Như vậy chỉ thây được

những chỉ tiết thô trong công nghệ nano

Những kính hiển vỉ điện tử tốt cỏ súng phát xạ trường kích thước chùm điện tử

chiếu vào mẫu nhỏ hơn 0,2 nm, có thẻ lắp thêm bộ nhiều xạ điện tử tán xạ ngược để

quan sát các hạt cd | nm va theo ddi được cách sắp xếp nguyên tử trong từng hạt

nano đó

Ứng dụng

Loại hiển vi này có nhiều chức năng nhờ khả năng phóng đại vả tạo ảnh rất rõ nét chỉ tiết Hiển ví điện tử quét SEM được sử dụng đề nghiên cửu bề mặt của xúc

tác cho phép xác định kích thước và hình dạng của vật liệu

Trong đề tài này, mẫu của chúng tôi được đo bởi máy FE SEM Model S4800 Hitachi tai Vién khoa học và Công nghệ Tp HCM

Trang 23

1.4.4 Kinh hién vi điện tử truyền qua (TEM)P!E!

Kính hiển vi điện tử câu tạo dựa trên

câu tạo của kính hiển vi quang học (vi điện tử cũng cỏ tính chất sóng và bước sóng của tịa điện tử có thể nhỏ hơn bước sóng của ảnh sảng), thay nguồn sảng quang học băng nguồn sáng điện tử, thay thâu kinh thủy tỉnh bảng thấu kinh điện

tử Đường đi của tia điện tử qua thâu

kính điện tử vả độ phỏng đại ở hiển vi Hình 7 Kinh hiền vi điện tử truyền qua điện tử truyền qua giống với ở hiển vi

quang học

Độ phân giải cúa hiển vi điện tử truyền qua loại tốt vào cỡ 0.lnm Với độ phân giải đó đủ đẻ quan sát những chỉ tiết kích cỡ nano Khi chuẩn bị mẫu chụp phải làm

cho mẫu thật mong (c& 0.5 micromet) thì điện tử mới xuyên qua được mẫu đẻ tạo ra

ảnh phỏng đại Khi đã làm mẫu mỏng mà không làm sai lệch cấu trúc thì hiển vi điện tử truyền qua cho biết được nhiều chỉ tiết nano của mẫu nghiên cửu như hình đạng kích thước hạt, thành phần các chất

Trong đẻ tài này, mẫu của chúng tôi được đo bởi máy JEM-1400 của JEON tại Viện khoa học và Công nghệ Tp HCM

1.4.5, Phương pháp đo độ từ hóa (VSM)!

Các chất sắt từ là các vật liệu từ mạnh, độ từ thẩm của chúng có thể lớn hơn độ từ hóa của các chất nghịch từ và thuận từ đến 10”” lần

Độ từ hóa M là một trong những tính chất điển hình của các chất sắt từ, phụ thuộc vào tử trường H theo một quy luật khá phức tạp Đường cong biểu thị sự phụ thuộc giữa M và H được gọi là đường cong từ trễ Độ từ hóa của chất sắt từ biến mắt khi có từ trường H, tác dụng, từ trường này ngược đấu với từ trường tạo cảm img

H được gọi là lực kháng từ Sự tôn tại của độ từ hóa du cho phép ta tạo nên các nam

Trang 24

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến châm vĩnh cửu trong thực tế Một nam châm vĩnh cữu có tính chất tốt khi lực kháng từ cao Các đại lượng B, (hay M,).H,.và g„ là các giả trị đặc trưng cho các chất

sắt từ

Mẫu bột sau khi điều chế được dồn vào cóc thủy tỉnh nhỏ, cân mẫu Sau đó,

cốc thủy tính chứa mẫu trên được đặt vào khe từ của máy Tiếp theo, nhập các dữ liệu nhằm giúp máy đưa ra kết quả chính xác nhất (mẫu ớ dạng nào: rắn hay lỏng, khối lượng mẫu, thông số cân lấy sau khi đo: He và Ms), theo đõi từ trường của máy

sao cho bão hỏa với độ kháng từ của bột Cuỗi cùng, cho máy hoạt động và đưa ra

biểu đồ đường cong từ trễ vả kết quả theo yêu cầu Vật liệu sắt từ được phân thành

hai nhóm chính là vật liệu từ mềm vả vật liệu tử cứng -* “ San eens Sn x ttt ttt vu «ew sere te hee herr OO ioe j Hert Ht hd BiH yee Hes Hinh 8 Pudng cong tit tré ctia chat sắt từ cứng (trên) và chất sắt từ mêm (dưới)

Vật liệu từ mềm là các vật liệu được từ hóa và khử từ để đàng Vật liệu từ mềm

thường được dùng làm vật liệu hoạt động trong trường ngoài, ví dụ như lõi biến thẻ, lõi nam châm điện, các lõi dẫn từ Thông số quan trọng đâu tiên để nói lên tính chất từ mẻm của vật liệu từ mẻm là lực kháng từ H, Lực kháng từ của các vật liệu từ

mềm phải nhỏ hơn cỡ 100 Oe Những vật liệu có tính từ mềm tốt, thậm chỉ có lực kháng từ rất nhỏ (tới cỡ 0.01 Oe) Độ từ thâm ban đầu (p = B/H) là thông số rất quan

Trang 25

“”———-_————-=—=————>———=———_————————=———>—————D-n=—T— -snnsnm

trọng đẻ nói lên tính từ mềm của vật liệu từ mềm Vật liệu từ mẻm có độ từ thẳm ban dau tir vai trăm, đến vài ngàn các vật liệu cỏ tính từ mềm tốt có thẻ đạt tới vải chục ngàn, thậm chí hàng trăm ngàn Các vật liệu từ mẻm như hợp kim Fe — Si, hợp kim Ni - Fe, hợp kim vô định hình và nano tính thẻ Đối với vật liệu từ cứng (Hình

21b) có những tỉnh chất trải ngược với vật liệu tu mềm Vật liệu từ cửng có lực

kháng từ cao, điều kiện tôi thiểu là trên 100 Oe, nhung vat liệu từ cửng phỏ biến thường có lực kháng từ cỡ hàng ngàn Oe trở lên Nguồn gốc của lực kháng từ lớn trong các vật liệu từ cứng chủ yếu liên quan đến đến đị hướng từ tinh thé Ion trong

vật liệu Các vật liệu tử cứng thường có cấu trúc tinh thẻ cỏ tính đối xứng kém hơn so với các vật liệu từ mẻm và chúng có đị hướng từ tính thẻ rất lớn

Hình 9 Thiết bị đo từ tính MICROSENE EVI l

Trong đê tài này, độ từ tính của mâu vật liệu được đo ở phòng Vật liệu từ và siêu dẫn thuộc phân viện Vật lí Thành phô Hỏ Chí Minh, loại máy Microsene EVI I

được thực hiện ở nhiệt độ phỏng

Trang 26

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên CHƯƠNG 2 THUC NGHIEM - KET QUÁ - THẢO LUẬN 2.1 Hóa chất và dụng cu , rs 2.1.1 Héa chat

STT Hoa chat Nguồn gốc

| | Co(NO;);.6H;O (99%) Trung Quốc

- 2 | Fe(NO)):.9H;O (98.5%) Trung Quốc

4 KOH Trung Quốc 5 Lòng trắng trứng gà Việt Nam 2.1.2 Dung cu Bang I Hóa chất phân tích Bảng 2 Thiết bị - dụng cụ thí nghiệm i

STT Tén dung cu thi nghiém STT Tên dụng cụ thí nghiệm

gras Cốc thủy tỉnh dung tich (50 ml,

| Đũa thủy tinh 6 100 ml, 500 ml)

2 Ong dong 7 Giấy lọc băng xanh

3 Máy khuấy từ MCS-400 8 Bép dién Gali

4 | Can phan tich Fartoriu, 4 số lẻ 9 Chén chảy sứ

mm ——————

Trang 27

Lo nung Nabertherm (30-3000°C, xuất xứ: Đức) 10 Chén nung Niken

2.2 Phương pháp thực nghiệm

Các chất ban đầu được sử dụng là muối Co(NO:); và Fe(NO;); Các muối được

trộn lẫn theo tỉ lệ mol CoŸ” : Ee`” = 1 : 2 trước khi tiền hảnh kết tủa Vật liệu bột nano CoFe;O; được tổng hợp theo hai phương pháp sau:

2.2.1 Tông hợp vật liệu nano CoFe2O4 bằng phương pháp sol-gel sử dụng lòng

trắng trứng

Cho 60 ml lòng trăng trứng gà và 20 ml nước cất vào cốc 500 ml, sau đó khuấy

đều trên máy khuấy tử cho đến khi thu được hỗn hợp đồng nhất Thêm tử từ dung

dich hỗn hợp muối Co(NO;); và Fe(NO¿); với số mol thích hợp vào cóc đựng hỗn

Trang 28

Khóa luận tốt nghié GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền

Hình 10 Sơ đỏ mô tả quy trình tông hợp vật liệu nano CoFe;O, bằng phương pháp sol-gel sử dụng lòng trăng trứng

2.2.2 Tổng hợp vật liệu nano CoFe;O, bằng phương pháp đồng kết tủa Nhỏ từ từ vào một cốc nước đang sôi trên máy khuấy từ dung dịch hỗn hợp hai mudi Co(NO)); và Fe(NO)); với tỉ lệ mol thích hợp Sau khi cho hết dung dịch

muối vảo cốc thi tiếp tục đun sôi thêm 7-10 phút trong trường hợp nảy dung dịch cỏ

mau nâu đó và không đổi màu cho đến khi để nguội dung địch thu được đến nhiệt độ

phòng rồi cho tử từ dung dịch KOH vảo hệ trên Kết tủa tạo thành được khuất đều

trong khoảng 15-20 phút Sau đó lọc rửa kết tủa màu nâu đỏ bằng máy hút chân khong va rita ket tua bang nude cat vai lan rồi đẻ khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng (khoang 3 ngay) Fe(NO;)};.9H>O Co(NO,)5.6H,0 Hỗn hợp mudi ˆ——— Nhỏ từ từ

Cốc nước đang sôi

Đề nguội dung dịch ở | Dung dich KOH nhiệt độ phòng x ẽ

Két tua nau sam

j-— —_— Loc rửa kết tủa Gel ướt Gel khô + Nung Sản phẩm

Hình II Sơ đỗ mô tả quy trình tông hợp vật liệu nano CoFe;O, bằng phương pháp đẳng kết tủa

Trang 29

Khóa luận tốt n GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

Trong cả 2 phương pháp trên, kết tủa sau khi đề khô tự nhiên đem nghiên mịn rỏi nung sơ bộ từ nhiệt độ phòng đến 600°C trong 2 giờ sau đó nâng lên các khoảng nhiệt độ khác nhau để kiểm tra sự hoàn thiện việc kết tinh và tạo pha đồng nhất

Trang 30

2.3 Kết quả thực nghiệm

2.3.1 Các đặc trưng của vật liệu nano CoFe2O4 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel sir dung long trang trimg

2.3.1.1 Kết quả phân tích nhiệt

Kết tủa thu được sau khi được phơi khô và nghiên thành bột, chúng tôi đem phản tích nhiệt đẻ tìm khoảng nhiệt độ nung thích hợp cho sự hình thành pha spinen Kết quả như hình 12 mạme * * tw

Hình 12 Giản đô phân tích nhiệt TGA-DTA-DrTGA của mẫu bột điều chế bằng

phương pháp sol-gel sử dụng lòng trăng trứng

Trang 31

rir gian 46 phan tich nhiét TGA-DTA cho thay c6 4 bude nhay mat khéi lượng

chinh:

- Khi nhiệt độ tăng từ nhiệt độ phòng đến khoảng 200°C, khối lượng mẫu giảm

1,598 mg chiếm 35,307 %4 ứng với sự mắt nước vật lý và giải hắp phụ Ở vùng nhiệt độ này xuất hiện một peak thu nhiệt ở 60.35°C

-_ Từ 200 đến 350°C, xuất hiện một peak tỏa nhiệt rất lớn ở 241 ,30°C, đó là sự phân hủy của các muỗi nitrat (mất 1,594 mẹ chiếm 35.219 %4) đông thời sinh ra khí oxi làm tăng nhanh quá trình phân hủy (thậm chí là đốt cháy) các hợp chất hữu cơ trong lòng trắng trửng Đáng lẽ peak này phải là peak thu nhiệt do sự nhiệt phân muối nitrat nhưng do phản ửng phân hủy các chất hữu cơ là phản ứng oxi hỏa khử tạo ra

peak tỏa nhiệt lớn đã bao phủ lên trẻn peak thu nhiệt

- Từ 350°C đến khoảng 530°C có một peak tỏa nhiệt ở 391,13°C khối lượng mat 0,714 mg chiếm 15,776 % , ở nhiệt độ này chúng tôi cho rằng xảy ra sự phân hủy

hoàn toàn của các chất hữu cơ trong lòng trắng trứng để tạo khí CO;, HO, N; vả

một ít muội than

- — Từ 530°C trở đi sự thay đổi khối lượng bột là không đáng kẻ, khối lượng chỉ

giảm 0.148 mg chiếm 3,270 % rắt có thể các muội than còn sót lại cháy để tạo CO¿

Kết quả phân tích nhiệt cho thấy: Hầu hết các hiệu ứng mắt khối lượng đều xảy ra ở nhiệt độ < 600°C, nên chúng tôi chọn nhiệt độ nung sơ bộ là 600°C trong 2 giờ

Ở nhiệt độ này, các hiệu ứng mất khối lượng chứng tỏ phối liệu đã phân huỷ hoàn toàn thành CoO và Fe;O; Do vậy, việc nung sơ bộ của phôi liệu ở 600°C nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng tạo pha spinen

Trang 32

=——————————————-— =— -—ễ——-—— 7 ——-— ——————-—=——m——=mm=——mm———

2.3.1.2 Kết quả XRD

Dựa vào giản đô phân tích nhiệt, chúng tôi chọn nhiệt độ nung mau 700, 800°C trong 2 giờ sau khi đã nung sơ bộ trong 2 giờ ở 600°C đẻ tiền hành khảo sát sự hình thành pha spinen CoFezO, băng phương pháp XRD Kết quả thẻ hiện qua hình 13 và 14 Cobalt Iron Oxide 4 Lin (tps) — Phỏ chuẩn CoFe;O,

Hinh 13 Gian dé XRD đã ghép với phổ chuẩn của mẫu bột điều chế bằng phương pháp sol-gel sử dụng lòng trắng trứng, sau khi nung ở 70C trong 2 giờ

Trang 33

Khóa luận tôt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền

a

Cobalt Iron Oxide

— Phỏ chuẩn CoFc;O,

Hình I4 Giản đồ XRD đã ghép với phổ chuẩn của mâu bột điều chế bằng phương pháp sol-gel sử dụng lòng trắng trứng, sau khi nung ở 800C trong 2 giờ

Đối với phương pháp sol-gel sử dụng lòng trắng trứng: khi nung ở 700C trong 2 giờ (hình 13) hằu hết các peak khi so sánh đều trùng với peak của chất chuẩn CoFe;O, (của phiêu ASTM), có 6 peak có cường độ Ï lớn nhất, bao gồm các peak có

giá trị d xuất hiện trên giản đồ XRD lần lượt là 2.96301; 2.53370; 2.10765; 1.71796; 1.61056; 1.48261 (A°) Tuy nhiên trên phô chúng tôi thấy có lẫn các peak nhỏ của các loại tạp chất xuất hiện tương đối nhiều Điều này chứng tỏ rằng ở nhiệt độ này

chứng tỏ sự hình thành pha CoFe:O, vẫn chưa hoàn thiện mặc dù tỉnh thể đã được

tạo thành nhưng độ tinh khiết không cao

Tiếp tục nung lên nhiệt độ 800°C trong 2 giờ (hình 14) ta thay sé peak tring

với peak của chất chuẩn tăng lên với cường độ cao hơn, đồng thời cũng không quan sát thấy các peak tạp chất như khi ở 700°C, sé lugng peak trên giản đỗ trùng với

peak chuẩn bao gồm 7 peak lớn xuất hiện trên giản đồ XRD lần lượt là: 4.84939:

2.96279; 2.52605; 2.09752; 1.71073; 1.61202; 1.48147A” Như vậy, nhiệt độ nung

càng cao thì hàm lượng kết tỉnh sản phâm cảng lớn

Trang 34

Qua giản đỗ XRD, vật liệu nano CoFe:O; đã hình thành đơn pha ở nhiệt độ 700°C nhưng vẫn còn lẫn tạp chất Vậy nhiệt độ để vật liệu nano CoFe;O; hình

thành đơn pha đông nhất, cường độ cao là 800C 2.3.1.3 Kết quả SEM, TEM

Hinh 15 Anh SEM của bột CoFezO, tổng hợp bằng phương pháp sol-gel sử dụng

lòng trang trứng sau khi nung ở 700°C (A) và 800°C (B) trong 2 giờ

————>—>=—¬amm—>>m————————TETyccT————TET———_"ẮẦừƑ— _

Trang 35

Hình l6 Anh TEM của bột CoFe2O4 tổng hợp bằng phương pháp sol-gel sử dung lòng trắng trứng sau khi nung ở 800°C trong 2 giờ

Nghiên cứu mẫu bột sau khi nung bằng kính hiển vi điện tử quét (hình 15) chúng tôi nhận thấy rằng các tỉnh thẻ CoFe;O; điều chế băng phương pháp sol-gel sử dụng lòng trăng trứng ở nhiệt độ 700°C (hình A), các hạt tạo thành hầu hết là hình cầu kết tụ thành từng đám với hình dạng tương đối đồng nhất, ở nhiệt độ này kích thước hạt tương đổi nhỏ (khoảng 20 nm đến 40 nm) Khi tăng nhiệt độ nung lên 800°C (hình B) cũng trong khoảng thời gian 2 giờ thì kích thước hạt phát triển không đáng kẻ từ 30 nm đến 50 nm, có sự keo tụ giữa các hạt và tương đối đồng đều hơn so với 700°C Từ kính hiển vỉ điện tử truyền (hình 16) chúng ta có thé thay rang

các hạt liên kết khá chặt chẽ với nhau phan lớn là dính liên với nhau tạo thành một

khối Không phân biệt các hạt lớn nhỏ, các hạt còn có các hinh đạng khác nhau như

hình câu phân cạnh, hình bau duc va hinh tru vuông

Trang 36

(a

2.3.2 Các đặc trưng của vật liệu nano CoFe2O4 tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa

2.3.2.1 Kết quả phân tích nhiệt

Kết tủa thu được sau khi được phơi khô và nghiên thành bột, chúng tôi đem phân tích nhiệt đẻ tìm khoảng nhiệt độ nung cho sự hình thành pha spinen Kết qua như hinh 17 DrTGA TGA DTA mg 0 at - | Pm — mm / * ae “ —— ~— —%,.—=_ - sa iac «(SOTO - - - k 1% IÐ@+ A 4 1 "13 Weigmt Loss -2 370mg -17 163%

Hình 17 Gián đỗ phân tích nhiệt TGA-DTA-DrTGA của mẫu bột điều chế bằng

phương pháp đông kết tủa

Trang 37

Giản đồ TGA/DTA điều chế theo phương pháp sol-gel sử dụng lòng trắng trứng (xem hình 12), ta thấy tổng khói lượng mat téi 89,572 %, trong khi đó điều chế theo phương pháp đông kết tủa có tông khỏi lượng mất ít hon rat nhiéu (chi mat 23,156 %4), điều này có thẻ giải thích do trong lòng trắng trứng có hàm lượng các chất hữu cơ cao nên sẽ có sự phân hủy của các thành phân hợp chất hữu cơ trong

quá trình nung Có 2 bước nhảy mất khối lượng theo phương pháp đồng kết tủa như

sau:

Khi nhiệt độ tăng tử nhiệt độ phòng đến khoảng 250°C khối lượng mẫu giảm nhanh (độ hụt khối lượng lả 2.370 mg chiếm 17.193 %4) đo đường TGA có độ dốc khá lớn, theo chúng tôi là sự giải hấp phụ và mắt nước bẻ mặt đồng thời rất có thẻ

các hidroxit Fe (H1) và Co (H) mất nước một phan Tại đây có các peak thu nhiệt ở

61,47°C, 161.86°C và một peak tỏa nhiệt ở 214,19°C có thẻ giải thích đo quá trình

chuyên pha của các oxit được sinh ra

Tir 250°C dén khoảng 600°C, đường TGA tiếp tục giảm nhưng với tốc độ

chậm hơn (độ hụt khối là 0,822 mg chiếm 5.963 %) Ở giai đoạn này xảy ra quá

trình nhiệt phân hoàn toàn của hidroxit kim loại để tạo thành các oxit tương ứng Chúng tôi thấy rằng từ 600°C trở đi, đường phân tích khối lượng nhiệt hầu như nằm ngang, rất có thể đây là khoảng nhiệt độ bắt đầu cho sự hình thành pha spinen

Từ kết quả phân tích nhiệt ở trên, chúng tôi chọn nhiệt độ nung mẫu để khảo sát

các phương pháp XRD, SEM, TEM và các đặc trưng từ tính là 700°C vả 800°C

trong 2 giờ

Trang 38

uyén Anh Tién 2.3.2.2 Két qua XRD Trên hinh 18 và 19 là giản đỗ nhiều xạ tia X của mẫu sau khi nung & 700°C va 800°C (t = 2 giờ) Cobalt Iron Oxide 4 * seeses+ee 3 27 : > $ + $ Ss © un (Gos > Trets - Scale —— Phỏ chuẩn CoFe;O,

Hình 18 Giản đô XRD đã ghép với phổ chuẩn của mẫu bột điều chế bằng phương

pháp đẳng kết tủa, sau khi nung ở 700C trong 2 giờ

Trang 39

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến “m——————————————————————————-———————-— Ln (os) _ 523 Cobalt Iron Oxide ahy cv" s - đ ô & & 9đ "^ ®^4‹`‹S| : Á(lALl1aALaL6lal1L1((Á(L(14l4Lelaláltelsveleliá(l4t(( 46 —— Phỏ chuẩn CoFe;O,

Hình 19 Giản đô XRD đã ghép với phổ chuẩn của mẫu bột điều chế bằng phương pháp đẳng kết tủa, sau khi nung ở 800°C trong 2 giờ

Tương tự như phương pháp sol-gel sử dụng lòng trắng trứng, ở nhiệt độ nung

700°C trong 2 giờ chúng tôi quan sát thấy trên giản đồ XRD điều chế theo phương pháp đồng kết tủa quan sát được một pha duy nhất của CoFe;O, có các peak trùng với peak của chất chuẩn có cường độ I lớn nhất với giá trị d lần lượt là: 2.97469; 2.52217; 2.09830; 1.69280; 1.48242 (A°) Tuy nhiên vẫn còn các peak nhỏ của các

loại tạp chất xuất hiện tương đối nhiều

Nâng nhiệt độ nung lên 800°C trong 2 giờ (hình 19) thành phần hóa học của

pha vẫn không thay đôi và không xuất hiện bất kì một pha nảo khác, số lượng peak

trùng với peak chuẩn tăng, cường độ l đã giảm với các giá trị d lần lượt là 4.79865; 2.96201; 2.52549; 2.09688: 1.70928: 1.61224; 1.48110 (A°) Diéu nay chime 16 &

nhiét d6 nay, mau nung da hoan toan hinh thanh phan ti spinen CoFe,O,,

Trang 40

2.3.2.3 Két qua SEM, TEM

he

Hinh 20 Anh SEM của bột CoFeO, tổng hợp bằng phương pháp đông kết

tua sau khi nung & 700°C (A) va 800°C (B) trong 2 giờ

.ẮẮa::aaé———————m——mm

Định dạng
Số trang	46
Dung lượng	2,58 MB