Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát cấu trúc tính chất của vật liệu nano yfeo3 bằng phương pháp đồng kết tủa và phương pháp sol gel

Trang 1

TRUONG DAI HOC SU PHAM THANH PHO HO CHI MINH BO GIAO DUC VA DAO TAO KHOA HOA

KHOA LUAN TOT NGHIEP

SU PHAM HOA HOC

Chuyên ngành: Hĩa Vơ Cơ

NGHIÊN CỨU TĨNG HỢP VÀ KHẢO SÁT CÁU TRÚC, TÍNH CHAT CUA

VẬT LIỆU NANO YFeO; BẰNG PHƯƠNG

PHAP DONG KET TUA VA PHUONG PHAP

_—— S§OL-GEL

| THU VIEN |

8 TP HỒ CH MÌNH |

GVHD: TS Nguyén Anh Tiền

SVTH: Phgm Quynh Lan Phuong

MSSV: K36201069

Thành phĩ Hỗ Chí Minh, tháng 5 năm 2014

Trang 2

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin bày tỏ lỏng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Anh Tiền,

người đã tin tướng giao đẻ tải và luơn tận tình hướng dẫn cũng như tạo mọi điều

kiện thuận lợi nhất cho em hoản thành bài khĩa luận này

Em xin chan thành cảm ơn các thây cơ trong vả ngồi khoa những người đã

luơn tận tình giảng dạy, truyền cho chúng em niềm đam mê học tập và hỗ trợ rất nhiều cho chúng em trong quá trinh học tập

[Em cũng gửi lời trí ân của minh đến các thầy cơ anh chị cản bộ phịng thi

nghiệm hĩa lí, phịng thí nghiệm vơ cơ đã tạo mọi điêu kiện thuận lợi cho em trong

qua trình tiền hảnh thực nghiệm

Em xin gửi lời cám ơn đến gia đình và bạn bẻ đã động viên tỉnh thần và giúp

đỡ em hồn thành bai khĩa luận này

Vị thời gian vả khả năng cĩ hạn nên trong bài khỏa luận này khơng tránh được những thiểu sĩt, em rất mong nhận được sự đĩng gĩp chân thành của thầy cơ

và các ban dé bai khĩa luận trở nên hoản chỉnh hơn

Một lẳn nữa em xin chan thành cảm ơn

Thanh pho Ho Chí Minh, ngày tháng $ năm 2014 SVTH

Phạm Quỳnh Lan Phương

Trang 3

Khoa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Anh Tiên

=———mm—————————=—>= rễ

MỤC LỤC

LOAN ae e sec cence cesses SR Rl ae NV EASES

MUC WIG cance SS BURR 2

AIEEE HEIN VỀ Che ekieeeeiakiokeobsodgsoiGaeeeGsaee 4 j.J18 (0:79 0901:5100 6 CHUONG 1 TONG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨỬU . -5-252555555- ` I.1 Giới thiệu về cơng nghệ nano - ¿se Sss SE E13 71313151321511 11121172 8

1:1:1: MÁC số thái nữm cơ ĐỀN: 6662202000 00000G200 0000222000 LA 00641464 R

1.1.2 Ung dụng của cơng nghệ nano Í*Ì - s- s< s13 112115112150 13 21721 c0 10

1.2 Cau trúc tỉnh thể của vật liệu perovskite LÊN cosas see usu es 12

1.3 Các phương pháp tống hợp vật liệu perovskite ABO: 13 1.3.1, Phuong phap g6m truyén thomg eee eceeecceceecseesnesceesesenesneenneeneee l4 1.3.2 Phương pháp đồng kết tủa Ì HŸT, LG 0S non064005/46503500g86507 15

1.3.3 Phương pháp sol - gel Oe 16 1.4 Sat, ytri va cdc oxit, hydroxit cla CHUNG oo cece csesccseesecsessessesesesseneensens 17

1.4.1 S&t, oxit va hydroxit : nh 17

AZ: Vivi, cit và Wryrecht: Cth XIN 266cc 666cc 06222211 2seeeniade 21

1.5 Gidi thigu vé perovskite YRC ooo ccccccccccsessessssetseessesesessessesnnsneentensnnseneans 23

1.5.1, Cau tric li tudéng cilia perovskite YFOO3 .cceccsesscecsessessesseessecnecsneesssseen 23

1.5.2 Ứng dụng của perovskite YFe(:Í LÀN 0222 25c 593 E31 139715771 7132137172472 24

1.6 Cac phuong pháp nghiên cửu cau trúc vả tỉnh chất của bột nano 24

I.6.1 Phương pháp phân tích nhiệt ÏÏÏ, co cserrtrrtrsrrrrerrsrrrerrrsrrre 24

1.6.2 Phuong pháp nhiều xạ tia X (XIRD)ÍÌÌ 0 St St2 2111211111112 112 26 I.6.3 Kính hiển vỉ điện tử quét (SEM)ÍTÏ, - 55 55 5c spsvcvrcrevrxrrerrkrererree 27 I.6.4 Phương pháp đo độ từ hĩaÏ”Ì + C44 474 3c ty 1111131111 211142 29 CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM - KÉT QUA - THẢO LUẬN 32

Trang 4

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền

2.1 Dụng cụ thiết bị hỏa chắt ¿5 5S s21 37

3:1:1/DU0ng cụ và ti Dã táctáác táctttG000AD00G/0G0 000 0ã8G20L0UGNGAđdi 32

2.2 Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano YFeO; băng phương pháp hĩa ướt 32

2.2.1 Tơng hợp vật liệu nano YFeO; băng phương pháp đồng kết tủa 32

222) Tơng hợp vật liệu nano YFeO; băng phương pháp sol-gel sử dụng lịng

2.3 Các đặc trưng của vật liệu nano YFeO; tơng hợp băng phương pháp hĩa ướt

xen me rexeeeeyspPnternevrysyrtmsenƯreeevsnssssdtes Envevesayenesddlsozed 022a44602042600401)6L00G50i0124GÁÁ 34

2.3.1 Các đặc trưng của vật liệu nano YFeO; tơng hợp băng phương pháp đồng kết tÚA:b + 3230/62600000/010A660102020 100012000 35040610014001Gx2000083N8g0ak 34

D1 1.1008 Đi LÊN DI ÂN ceeeeeeeeeeieeeeoaHeeieneeiisaeeoaseessees 3§

2.3.1.2 Kết quá nhiều xạ tn X (XRD k2 A60 004 dxxlAá 4x24 36

2:3:1:3 KÊN qua.SEM của vỆ HếN ocoeeoieo-kcooieoddaeosseeoaonseei 38 2.3.1.4 Két quả đo từ tính của vật liệu - 2S St xxx cv x1 vi 40 2.3.2 Các đặc trưng của vật liệu nano YFeO; tơng hợp bảng phương pháp sol-gel

sử dụng lịng Hng tỆNG 2:cccc2c0 isi iain animate’ 42

TT vxNvv ——————s>xe 42

9322 Kê quá riiều xạetdk X KRŨ ¿2.2 222222222CG02C00000L6GLAAadl 44 9 Rae GIN Cle H Geeeeaeeidoieeeesaaseaaeaaeesieioeeaeeese 47

2.3.2.4 Kết quả do tir timh ctha Vat LQU cccccsecssssessecssesrssseresenessseecnvensnecsseesesees 48

KẾT LUẬN Yề ĐỀ XUẤT ca ii 22160oce064062-004/003501684612<cesssEm $Ị

10000001000) 004 090 -+x BHẬĂHà)

Trang 5

DANH MỤC HÌNH VẺ

Hình 1: Phân loại vật liệu nano theo ilar Nahe cass seks ais ces RRR eS 10 Hinh 2 Cau trúc tính thẻ perovskite ABO); thuâằn 5- 5255252552252 25x52 13

Hinh 3 : So dé miéu ta quy trinh tong hop vat ligu ABO, theo phuong pháp gồm seaenenentomareateennonson ravmuraqteunepesno in vepsecrn reese nana eot pies bok navi sisiihbapias bd Mam abins ain ecphapaeal bea 14 Hình 4: Tính thẻ sắt kiéu lap phurong tm kKhOi , - ::0ccecseeseseeseeecessessesseeeeeenes 18 Hình 5: Tinh thé sat kiéu lap phurong tim dim o.o cccccccccccecscssesessessneessnsennnnsne 18

Hìah:6: Cầu túc của week SS SERRE 19

Ree FRG NHI VTi- voi ceeet6si 20 6i0i0Ai002110044464206/i210/2nA7683/6/665944604464 2]

Bink 8 Anh TEM cle Vaiss Skea RS REED?

Hinh 9 Cau tric ctia vat ligu perovskite YFCO .cccccsesseseseesessesesseeseeneeneesnneens 23 HWWIDĐNNEIONtESE .— _———1jƑ 1 06022 00ixes0vddb d0 26 Hình 11: Kinh hiển vi điện tử quét ((SEM) -552252252255csccsccsccsees 28 Hinh 12: Đường cong từ trễ của vật liệu sắt tử . - 2-2-5552 + 5csccscsei 30 Hình 13: Thiết bị đo từ tính MICROSENE EVII 5< 55c 31

Hình 14: So d6 mé ta quy trinh tong hgp vat ligu nano YFeO, bang phương pháp T0 G6026 s462gxae2x12/4ccasvg80404215564605014: 33

Hinh 15: Sơ đồ mơ tả quy trình tơng hợp vật liệu nano YFeO; băng phương pháp sol-gel sử dụng lịng trắng trứng - 2-22 25s St+3Z22Z£E££zccxeZtpZkrxerxzzkrzved 34 Hinh 16: Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu bột YEeO; điều chế bằng phương pháp

đơng EAE RR is ieee es RUA Aware 35

Hinh 17: Gian dé XRD da ghép voi peak chuan cua mau bét diéu ché theo

phương pháp địng kết tủa sau khi nung ở 700°C trong !h - 36

Hinh 18: Gian dé XRD da ghép voi peak chuan cua mau bột điều chế theo

phuong phap dong ket tda, sau khi nung ở 800°C trong lh 36

Hình 19: Gián đỏ XRD đã ghép với peak chuẩn của mẫu bột điều ché theo

phương pháp đồng kết tủa sau khi nung ở 900°C trong lh -: 37 Hinh 20: Giản đơ chồng phỏ XRD của mẫu bột điều chế bãng phương pháp đồng

kết tủa sau khi nung ở các nhiệt độ 700”C, 800°C 900°C trong lh 37

Trang 6

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên Hinh 21 Anh SEM cua mau bot YFeO, tơng hợp theo phương pháp đơng kết tua

sau khi nung 700°C (1 = lh) với độ phĩng đại khác nhau 39 Hinh 22: Anh SEM của mẫu bột YFeO; tơng hợp theo phương pháp đơng kết tủa sau khi nung &00”C (a) và 900°€ (b) trong Lh Q7 -SĂ7S<cSvSsrseesrsrrserea 39

Hinh 23: Đường cong từ trễ của mẫu bột YFeO; điều chẻ bảng phương pháp đồng

kết tủa nung ở nhiệt độ 700”C trong Ìh s2 5 S23 E11 E1 1 E11 1112 1x6 40 Hình 24: Đường cong tử trễ của mẫu hột YEFeO; điều chế bảng phương pháp đồng

kết tủa nung ở nhiệt độ 800”C trong !h 5 S6 552C E221 11111111212 11e 4l Hình 25: Giản đơ phân tích nhiệt của mẫu bột YFeO; điều chẻ băng phương pháp

li dài sử đong lơng ting NON «esooprveeeocesov26x2ee//6czieozsvsn 43

Hình 26 Giản đỏ XRD đã ghép với peak chuẩn của mẫu bột điều chế băng 44

phương pháp sol-eel sứ dụng lịng trăng trứng sau khi nung ở 700°C trong !h 44

Hinh 27 Giản đồ XRD đã ghép với peak chuẩn của mẫu bột điều chế bắng 45

phương pháp sol-gel sử dụng lỏng tring trửng sau khi nung ở 800”C trong th 45

Hình 28 Giản đơ XRD đã ghép với peak chuẩn của mẫu hột điêu chế băng 45

phương pháp sol-gel sử dụng lịng trắng trửng sau khi nung ở 900C trong !h 45

Hình 29, Giản đỗ chồng phơ XRD của mẫu hột điều chế bảng phương pháp sol- gel sử dụng lịng trăng trứng sau khi nung ở các nhiệt độ 700°C, 800°C, 900”C

L |, 0029734555000), 555)C0189/2:1005.-5x23010002,100:40004000001212770712717107.7,00TL17.77772-011 0020 2V 46

Hình 30 Anh SEM của mẫu bột YFeO; tổng hợp băng phương pháp sol-gel sử dụng lịng trắng trứng sau khi nung 700°C (a) và 800°C (b) trong lh 47

Hình 31 Đường cong từ trễ của mẫu bột YFeO; điều chế bằng phương pháp sol-

gel sử dụng lịng trăng trứng nung ở nhiệt độ 700C trong lh 48

Hình 32 Đường cong từ trễ của mẫu bột YEeO; điều chế bằng phương pháp sol-

gel sử dụng lịng trăng trứng nung ở nhiệt độ 800C trong lh - 49

Trang 7

;-————————ễ——— ————ễ——ễ —————=———ễ—-—-—————>—_-

DANH MUC BANG BIEU

Bang |: Cac dac trumg tir tinh cua mẫu bột YFeO: điều chế băng phương pháp đồng kết tủa nung ở 700°C và 800”C trong 1h -2c 55225 ctceccrckeco 42 Bang 2: Cac dac trung tir tinh cua mẫu bột YEFeO; điều chế băng phương pháp

lịng trăng trứng sau khi nung ở 700°C và 800C trong lh 5-5-55c2 49

Trang 8

Khoa ludn tt nghiép GVHD; TS Nguyễn Anh Tiên

LOI MO BAU

Cơng nghệ nano là một bước tiên bộ vượt bậc trong lịch sử khoa học nhân

loại Cơng nghệ tiên tiền này đã gĩp phần mở ra những cơ hội mới thúc đây sự phát triển của nhiều lĩnh vực khác nhau trong đời sống từ y học hĩa học bảo vệ mơi

trường đến sự phát triển vẻ kinh tế và xa hơn là nâng cao chất lượng cuộc sống con

người!”!

Ở Việt Nam, tuy cơng nghệ nano chí mới phát triển trong khoảng chục năm

trở lại đây nhưng cũng đã kịp thời cĩ được những kết quả đảng khich lệ đĩng gĩp cho nên cơng nghệ nước nhà Năm bắt được xu thể đỏ các nhà khoa học và các

chuyên gia, kỹ sư tại các phịng nghiên cứu của các trường đại học.các trung tâm va các viện nghiên cứu trên khãp cả nước, với sự hỗ trợ của chính phủ, đã đây mạnh

việc nghiên cứu các ửng dụng của cơng nghệ nano trong các lĩnh vực mang tính ứng

dụng cao như y học sinh học cơng nghệ bảo vệ mơi trường điện từ viễn thơng

dựa trên chính những vật liệu nano phơ biến và dễ tơng hợp nhất

Trong những năm gân đây ferrite các kim loại đất hiểm với cấu trúc lệch perovskite dạng L.nFeO; (trong trường hợp riêng Ln là Y) đã được nghiền cửu và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như điện tử nano, làm chất xúc tác cho các quá trình oxi hĩa, làm vật liệu nhạy khí trong việc chế tạo các dụng cụ cảm biến khí hoạt

động ở nhiệt độ cao, lam dién cuc !""!

Ngày nay, cĩ rất nhiều phương pháp đẻ điều chế vật liệu nano oxit với thành phản khác nhau như phương pháp gốm truyền thống phương pháp hĩa ưới, phương

pháp điện hối 'Ï, Trong đĩ phương pháp hĩa ướt điều chế vật liệu từ oxit ngày

nay được coi là chiếm ưu thể do đảm bảo được tính đồng nhất hỏa học vả hoạt tỉnh cao của bột ferrite tạo thành nhờ sự hình thành đơn pha ở nhiệt độ nung thiêu kết

thắp

Dựa trên những cơ sở đã trình bày, tơi chọn đẻ tải “NGHIEN CUU TONG HOP VA KHAO SAT CAU TRUC, TINH CHAT CUA VAT LIEU NANO

YFeO, BANG PHUONG PHAP DONG KET TUA VA PHUONG PHAP SOL-

GEL” lắm đè tải khỏa luận tốt nghiệp củng với mong muốn dong gĩp thêm một it

thơng tin về loại vật liệu nay

Trang 9

5 ns

CHUONG |

TONG QUAN VAN DE NGHIEN CUU

1.1 Giới thiệu về cơng nghệ nano 1.1.1 Một số khái niệm cơ bản

Trong khoảng vài thập niên gắn đây, trong khoa học xuất hiện một đây các từ mới găn liên với hậu tơ "nano" như: câu trúc nano, cơng nghệ nano, vật liệu nano hố học nano, vật lý nano, cơ học nano cơng nghệ sinh học nano, hiệu ứng kích

thước nano Người ta đã cơng bố hàng loạt các bải bảo các cơng trình khoa học

các tạp chí và tơ chức nhiều hội nghị hội thảo gãn liên với chủ đẻ cơng nghệ nano

Xuất hiện nhiều trung tâm, viện nghiên cứu tơ bộ mơn khoa chuyên ngành vẻ

cơng nghệ nano vả vat li¢u nano Chit “nano”, goc Hy Lap, duge gan vao trước các đơn vị đo đề tạo ra đơn vị ước giảm đi 1 tỷ lần (10”) Ví dụ: nanogam = | phan ty

gam: nanomet = | phan ty mét hay Inm = 10° m

Khoa học nghiên cứu vẻ hạt nano đã va đang được quan tâm do chúng cĩ tính chất vật lý, hố học vả nhiều ứng dụng khác đặc biệt hơn so với khi nghiền cứu vẻ hạt micro trước đĩ

Khoa học nano''Ì là ngành khoa học nghiên cứu vẻ các hiện tượng và sự can

thiệp vào vật liệu ở quy mơ nguyên tử, phân tử và đại phân tử Tại các quy mơ đĩ

tính chất của vật liệu khác hãn với tính chất của chúng tại các quy mơ lớn hơn Ngành khoa học nảy liên quan đến nhiều ngành khoa học khác như vật lý học

hĩa học sinh học

Cơng nghệ nano™ \a tơ hợp các quá trình chẻ tạo ra vật liệu, các thiết bị máy

mĩc và các hệ kỹ thuật mà chức năng của chủng được xác định bởi cầu trúc nano,

tức là các đơn vị câu trúc cĩ kích thước từ 1 đến 100 nm Cơng nghệ nano xuất hiện

trên cầu nỗi của một số ngành khoa học (hố học vật lý, cơ học, khoa học vật liệu

sinh học và nhiều lĩnh vực khác của khoa học), ngày càng đi sâu vào nhiều lĩnh vực hiện đại của khoa học vả kỹ thuật vả thơng qua chúng nĩ đi vào đời sống của chúng

ta

Vat liệu nanol”! là các tơ chức câu trúc thiết bị, hệ thơng cĩ kích thước nano (khoảng từ l đến vải trăm nanomet tức cỡ nguyễn tử phân tử, hay đại phân

Trang 10

GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền

tử) Các vật liệu với kích thước như vậy cĩ những tính chất hĩa học, nhiệt, điện, từ

quang xúc tác rất đặc biệt, khác hãn các vật liệu cĩ kích thước lớn

Thơng thường vật liệu nano được phân ra thành nhiều loại, phụ thuộc vào

trạng thái, câu trúc của vật liệu và kích thước của chúng v.v

- Về trạng thái của vật liệu người ta phân chia thành ba trạng thái:

răn, lỏng vả khi Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn sau đĩ mới đến chất lỏng và khí

- - Vẻ cấu trúc vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau: (hình 1)

+ Vật liệu nano khơng chiều (cả ba chiều đều cĩ kích thước nano khơng

cịn chiêu tự đo nảo cho điện tử)

Lí dụ: các hạt nano từ tính sắt oxit (magnetite Fe,;O4, maghemite a-Fe,O,) cĩ

thể phá hủy các tế bào ung thư nhờ tác động của từ trường

+ Vật liệu nano một chiêu là vật liệu trong đĩ hai chiều cĩ kích thước nano,

điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cằm tù)

Ví dụ: Silicat lớp (phyllosilicat) được kết hợp với các polime để tạo nanocomposite cỏ các tính chất chịu nhiệt, chống cháy, chịu mài mịn, biến đổi các tính chất điện, quang phụ thuộc vào dạng polime được sử dụng

+ Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đĩ một chiều cĩ kích thước nano,

hai chiều tự do

Vi du: Ong nano cacbon được triển khai trong các hệ thống cơ điện nano, bao

gồm các thành phần bộ nhớ cơ học motor điện cỡ nano

+ Vật liệu nano ba chiều là vật liệu dạng khối được cấu tạo từ các hạt nano

tinh thể Vật liệu cĩ cấu trúc nano hay nanocomposite trong đĩ chỉ cĩ một phần của

vật liệu cĩ kích thước nanomet, hoặc cấu trúc của nĩ cĩ nano khơng chiêu một

chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

Trang 11

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS, Nguyễn Anh Tiên See rr

Hinh 1: Phản loại vật liệu nano theo câu trúc

- Phân loại theo tính chất vật liệu thê hiện sự khác biệt ở các lĩnh vực ứng dụng

‘ Vat liéu nano kim loai: + Vat liéu nano ban dan

Vat liéu nano ttc tinh:

- Vat liéu nano sinh hoe,

TOV Wc

1.1.2 Ứng dụng của cơng nghệ nano '°

Cơng nghệ nano được nghiên cứu lân đâu tiên trên thể giới váo năm 1959 bởi

nhà vật lí học người Mỹ Richard Feynman song chí bắt đâu thu được thành quả

trong vai thập kỉ trở lại đảy nhưng đã tạo ra một cuộc cách mạng đổi với khoa học

nhân loại Những hạt nano với kích thước bé nhỏ đã vả đang được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học sinh học vật liệu điện tử cơng nghệ thơng tin truyền thỏng Sau đây là một số ứng dụng chính

` Cơng nghệ nano với lĩnh vực sinh học và y học

Ung dụng cơng nghệ nano trong lĩnh vực sinh học đẻ tạo ra các thiết bị cực

nhỏ cĩ thẻ đưa vảo cơ thể để tiêu diệt virut và các tế bảo ung thư tạo ra hang tram

các được liệu mới từ các vi sinh vật mang AIN tải tơ hợp, tạo ra các protein cảm

Trang 12

“¬=————m===————=—ễễễễ>ễễễễ—-—

ứng cĩ thẻ tiếp nhận các tín hiệu của mơi trường sơng tạo ra các động cơ sinh học ma phan đi động chỉ cĩ kích thước cỡ phân tử protein tạo ra các chip sinh học vả

tiên tới kha nang tao ra các máy tính sinh học với tốc độ truyền đạt thơng tin như bộ

nảo

Cơng nghệ nano sinh học cịn cĩ thẻ được ứng dụng trong y học đề tạo ra một

phương pháp tơng hợp thử nghiệm để bảo chế dược phâm nâng cao các kĩ thuật chuẩn đốn, liệu pháp và chiều chụp ở cấp độ tế bảo với độ phân giải cao hơn độ

phân giải của chụp hình cộng hưởng từ

“ Cơng nghệ nano với lĩnh vực điện tử, quang điện tử, cơng nghệ thơng tin và truyền thơng

Khơng cĩ một lĩnh vực nào mả cơng nghệ nano cĩ ảnh hưởng nhiều như điện

tử, cơng nghệ thơng tin và truyền thơng Điều này được phán ánh rõ nhất ở số lượng

các transitor kiến tạo nên vi mạch máy tính SỐ lượng các transitor trên một con chín

tăng lên làm tăng tốc độ xử lý của nĩ, giảm kích thước linh kiện dẫn tới giảm giá thành nâng cao hiệu quả kinh tế lên nhiều lần

Ung dụng đâu tiên của cơng nghệ nano là tạo các lớp bán dẫn siêu mỏng mới

Ngồi ra cơng nghệ nano mở ra cho cơng nghệ thơng tin một triên vọng mới - chế

tạo linh kiện mới rẻ hơn và cĩ tính năng cao hơn hãn so với transitor, đĩ là các

cham lượng tử được chế tạo ở mức độ tỉnh vi, mỗi chiều chỉ cĩ Inm thi một linh

kiện cỡ 1 cm? sé luu trữ được 1000 tỷ tỷ bịt, tức là tồn bộ thơng tin của tất cả các

thư viện trên thế giới này co thẻ lưu giữ trong đĩ

Quang điện tử cũng là một lĩnh vực chủ chốt của cuộc cách mạng cơng nghệ thơng tin Lĩnh vực nay đang cĩ xu thể giảm tối đa kích thước, vi dụ như một số linh kiện của thiết bị phat tia laze năng lượng lượng tử, các màn hình tỉnh thê lỏng

địi hỏi được chế tạo với độ chính xác cỡ vải nanomet

+ Cơng nghệ nano với lĩnh vực vật liệu

Vật liệu nano composit gom các vật liệu khác nhau vẻ cau tric va thành

phản, sử dụng các hạt nano trong vật liệu composit làm tăng tính chất cơ lí, giảm

Trang 13

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Anh Tién

khỏi lượng tăng khả năng chịu nhiệt và hố chất, thay đơi tương tác với ánh sảng và các bức xạ khác Các vật liệu gồm composit được sử dụng làm lớp mạ trong điều kiện cơ nhiệt khắc nhiệt Các lớp mạ tạo bởi các hạt nano cĩ các tính chất khác

thường như thay đơi mảu khi cĩ dịng điện đi qua Các loại sơn tường chứa các hạt

nano lam ting kha nang chong bám bụi Trên thị trường đã xuất hiện loại thuỷ tỉnh

tự làm sạch do được mạ mội lớp các hat nano chẳng bám bụi

* Cơng nghệ nano với vấn đề mơi trường

Một trong những ứng dụng của cơng nghệ nano đĩ là dùng dé ché tao các thiết bj chăng hạn như các lưới lọc nước nano với cấu tạo đủ rộng đẻ cho các phân tử

nước đi qua, song cũng đủ hẹp đẻ ngăn chặn các phân tử chất bản gây ơ nhiễm

Đẻ lọc nước bị nhiễm bản quá trình ứng dụng cơng nghệ nano sẽ cẳn tới các

hạt phân tử nano tử - nanomagnets Ngoải lọc sạch nước các hạt phan tử nano từ

cịn cĩ tác dụng giữ lại các phân tử thạch tín - arsenic trong nước, loại bị một lượng

lớn chất clo, thủy ngân vả thậm chỉ là các phân tử phĩng xạ radon trong nước (khả

năng làm sạch thành phân arsenic của phân tử nano từ cĩ thể lên tới 99%), do đỏ

nước được lọc bảng cơng nghệ nano cịn cĩ thê uống được ngay sau khi lọc 1.2 Cấu trúc tỉnh thể của vật liệu perovskite !'!!!*!

Vật liệu ABO; ở đạng cấu trúc oxit kiểu perovskite Với cấu trúc tỉnh thể perovskite ABO;, thường đẻ cập tới 2 loại:

e (Cau tric tinh the ABO; bién tinh

Trong khĩa luận này, chúng tơi chi đẻ cập tới cau tric tinh thé ABO, thuan Cấu trúc perovskite lí tưởng ABO; được mơ tả ở hình 2, trong đĩ A là các

nguyên tĩ đất hiểm thuộc họ lantanit (Y La Pr Nd Sm, Eu) và B là các kim loại

chuyển tiếp (Mn, Co, Ee, ) Trường hợp chung, bán kính của cation A lớn hơn bản

kinh của cation B

Trang 14

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS, Nguyễn Anh Tiến

Trong cấu trúc perovskite lí tưởng, ơ mạng cơ sở là một hình lập phương tâm khối với các thơng số mạng a = ở = c và a = Ø = y = 9 Vị trí tám đỉnh của hình

lập phương là vị trí của các cation A., tâm của sáu mặt hình lập phương là vị trí của

ion phối trí, thường là vị trí của ion oxi và tâm của hình lập phương là vị trí

của ion B Nghĩa là xung quanh ion B cĩ sáu ion oxi (hình 2a) và quanh ion Á cĩ

mười hai ion oxi phối trí (hình 2b) Như vậy cấu trúc tỉnh thể của hợp chất perovskite cịn cĩ thể mơ tả dưới dạng sắp xếp các bát diện BO, (hình 2b) vai cation

B năm ở hốc của bát diện BO, cịn các anion O” nằm ở đỉnh của bát điện BO, Từ

hình 2b, các gĩc B-O-B bảng 180” và độ dài liên kết B-O bảng nhau theo mọi

phương

vi trí caion A?(A") — @ Vi trí cation B“(B”) @ Vi tri cation o*

Hinh 2 Cau tric tinh thé perovskite ABO, thuan

1.3 Các phương pháp tổng hợp vật liệu perovskite ABO;

Hiện nay cĩ rất nhiều phương pháp khác nhau tổng hợp vật liệu perovskite

ABO; như phương pháp cơ học, phương pháp hĩa ướt, phương pháp điện

hĩa Tuy nhiên, điều chế vật liệu nano bằng phương pháp nảo thì cũng đi theo một trong hai hướng là bottom up (Từ đưới lên trên) và top down (Từ trên xuống đưới) Í'°Ì Trong khĩa luận này chúng tơi đề cập đến 2 nhĩm phương pháp chính là

phương pháp gốm truyền thống và phương pháp hĩa ướt Trong đĩ phương pháp hĩa ướt gồm phương pháp đồng kết tủa va phuong phap sol-gel

Trang 15

GVHD: TS Nguyén Anh Tien

1.3.1 Phương pháp gém truyén thing "'

Bản chất của phương pháp là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn ở nhiệt độ

Cao sản phẩm thu được thường dưới dạng bột và cĩ cấp hat cd milimet Tir san

phẩm đỏ mới tiến hành tạo hình vả thực hiện quá trình kết khơi thành vật liệu cụ

thể Đây là phương pháp đã được phát triên lâu đời nhất nhưng hiện nay vẫn cịn

được ứng dụng rộng rãi Các cơng đoạn theo phương pháp nảy như sau: (1) (2) (3) (4) (5) Chuan bi phơi liêu _——>»|Nghiến trơni —m>| ÉẾpvin — Nung —*>4 Sân phẩm l - Hình 3 : Sơ đỏ miễu ta quy trình tơng hợp vật liệu 4BO) theo phương pháp gồm

Cơng đoạn !: Tính tốn thành phản của nguyên liệu ban dau (di tir oxit,

hiđroxit hoặc các muối vơ cơ) sao cho đạt tý lệ hợp thức cúa sản phẩm mong muốn

Cơng đoạn 2: Nghiền mịn nguyên liệu đẻ tăng diện tích tiếp xúc giữa các chất phản ứng và khuếch tán dong đêu các chất trong hỗn hợp Nếu lượng phối liệu chi dưới 20 gam cĩ thẻ nghiền mịn trong cơi mã não Vì răng cối chày băng mã não cĩ

độ cứng cao đặc biệt là phẳng, nên trong quá trình nghiền khơng đưa tạp chất vào

và cũng khơng để dính phối liệu lại trong khe rãnh của cơi làm sai lệch tỷ lệ các chất trong phản ứng Khi nghiền co thé đưa vảo một lượng ít dung mỗi cho dễ nghiên Chọn loại dung mơi nảo đẻ trong quá trình nghiên dễ thốt ra khỏi phi liệu

(cĩ thẻ dùng rượu ctylic axeton )

Cơng đoạn 3: Nhằm tăng mức độ tiếp xúc giữa các chất phản ứng Kích thước

va do day của viên mau tuỷ thuộc vảo khuơn và mức độ dẫn nhiệt của phoi liệu Đẻ

thu được mẫu phối liệu cĩ độ xĩp thấp đơi lúc cần phải sứ dụng phương pháp nén nĩng (vừa nén vừa gia nhiệuU Việc tác động đơng thời cả nhiệt độ áp suất doi hoi

phải cĩ thời gian đề thu được mẫu phối liệu cĩ độ chắc đặc cao

— ——mm—mmcmm————eeầẦSẦ_ẦĐ—ẦẦ—eee-ẨẳỮ]Ầ—ẦẦ—ẦẮẦẮ—_F_.

Trang 16

Khĩa luận tốt nghỉ GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

Cơng đoạn 4: Thực hiện phản ứng giữa các pha rắn đây là cơng đoạn quan

trọng nhất Vị răng phản ứng giữa các pha rẫn khơng thẻ thực hiện được hoản toản

nghĩa là trong sản phẩm vẫn cỏn cĩ mặt chất ban đầu chưa phản ứng hết nên thường phải tiên hành nghiên trộn lại rồi ép viên nung lại lần thứ hai Đơi lúc phải tiền hảnh nung vải lần như vậy Khi nào ghi phỏ XRD cho biết trong sản phẩm đã hết chất ban đâu mới xem như kết thúc phản ứng

Ưu điểm: Dùng ít hố chất, hố chất khơng đất tiền, các thao tác để tự động

hố nên dễ đảng đưa vào dây chuyên sản xuất với lượng lớn

Nhược điểm: Đỏi hỏi nhiều thiết bị phức tạp tính đồng nhất của sản phẩm

khơng cao, kích thước hạt lớn (cở milimet) nên khi ép tạo thành sản phẩm thường

cĩ độ rồng lớn, tốc độ phản ứng trong pha rắn diễn ra chậm vả xảy ra ở nhiệt độ

cao

Ngày nảy đề giảm kích thước hạt tạo thành cũng như tăng tỉnh đơng nhất của

sản phẩm người ta thường sử dụng phương pháp đơng kết tủa và phương pháp sol- gel

1.3.2 Phương pháp đồng kết tủa !'!!°!

Đây là một trong những phương pháp đang được sử dụng rộng rãi dé tong hop

vật liệu kích thước nanomet Phương pháp này cho phép khuếch tán các chất tham gia phản ứng khá tốt, tăng đáng kế bẻ mặt tiếp xúc của các chất phản ứng

Với phương pháp đồng kết tủa: chất gốc là các muối vơ cơ như muối clorua,

sunfat nitrat được hịa tan trong mơi trường nước, sau đĩ cho phản ứng với dung

dich bazơ hydroxit như KOH, NaOH, NH,OH để tạo kết tủa Sản phẩm kết tủa

được lọc rửa sạch bằng nước cắt và được làm khơ tự nhiên trong khơng khí Các hạt

được tơng hợp cĩ kích thước từ vải nanomét đến vải chục nanomét Kích thước hạt

cĩ thể được kiểm sốt thơng qua các yếu tơ như tỉ lệ vật liệu ban dau, trạng thái oxy

hĩa, độ pH dung dịch

Phương pháp địng kết tủa đã khắc phục được một số nhược điểm của phương

pháp gồm truyền thống Cụ thê phương pháp đơng kết tủa cĩ những ưu điểm sau:

s« Dé đàng chế tạo được vật liệu cĩ kích thước cờ nanomet

Trang 17

Khoa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền

e© Nhiệt độ nung thiêu két thấp, do đĩ tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu quá

trình mắt mát do bay hơi, ít ơ nhiềm mơi trường

e Tính đơng nhất của sản phẩm cao

Bên cạnh đĩ phương pháp đơng kết tủa cịn cĩ một vải nhược điểm lả:

kim loại và ion tạo kết tủa, lực ion, độ pH của dung dịch

e Tinh déng nhất hĩa học của oxit phức hợp tùy thuộc vào tính đỏng nhất của kết tủa từ dung dịch

e_ Việc chọn điêu kiện đẻ các ion kim loại cùng kết tủa là một cong việc rất khĩ khăn và phức tạp

e Quá trình rửa kéo theo một cách chọn lọc cầu tử nao dé làm cho sản phảm

thu được cĩ thành phản khác với thành phần dung dịch ban đâu 1.3.3 Phương pháp sol — gel '”!

Tir “sol” 1a tir dau cia danh tir “solution”, con từ “gel” là từ đâu của “gelation”

Sử dụng phương pháp sol-gel ta cĩ 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 mơ tả với

hai loại phản ứng cơ bản là phản ứng thủy phân và polime hĩa ngưng tụ Hạt được

tạo thành tồn tại ở dạng gel

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

vì phương pháp nảy cĩ thể tạo ra những vật liệu cĩ kích thước hạt rất nhỏ cỡ nano,

Phương pháp sol-gel được thực hiện theo quy trình sau:

Quá trình tạo sol bao gồm sự hịa tan các ion kim loại hoặc các oxit kim loại

kiểm, các muối kim loại hữu cơ trong dung mơi rượu, hoặc các mudi kim loại vơ cơ

trong dung mơi nước tạo thành thẻ huyền phù sol sẽ hình thành khi các huyền phù

trở nên chất keo lỏng Sol sau đỏ chuyển đối thánh gel thơng qua sự ngưng tụ Gel

Trang 18

GVHD: TS Nguyén Anh Tién

sây khơ sẽ chuyền thành xerogel, nhằm tách nước vả nhiệt phân các chất hữu cơ, Giai đoạn tiếp theo là nung xerogel đẻ tạo thành tính thẻ bột

UẾu điểm: Cĩ thể sử dụng điều chẻ nhiều loại vật liệu khác nhau, cỏ khả năng

thích ứng với nhiều điều kiện phản ứng, tạo ra các hạt cĩ kích thước nhỏ( cỡ nanomet) chủ yếu do các chất phản ứng được hịa trộn ở mức độ phân tử nẻn hạ

thấp nhiệt thiêu kết

Nhược điểm: Do sự khác biệt vẻ tốc độ thúy phân và ngưng tụ của các chất ban dau cé thé dan đến tính khơng đồng nhất hĩa học cĩ thể tơn tại các pha tỉnh thể

khơng mong muốn

Phương pháp sol-gel rất đa dạng cĩ thẻ sử dụng các polime khác nhau đề tạo

gel và bao bọc muỗi như polivinyl alcol, polivinyl clorua, lịng trăng trứng

Lịng trắng trứng là một hỗn hợp phức tạp của nhiều hợp chất cao phân tử như protein (9,78%), gluxit (0,6%) và chất béo, chúng cĩ độ nhớt nhất định và cĩ sự kết dính caofÌ Hơn nữa, lịng trắng trửng là một polime cĩ sẵn trong tự nhiên, dễ tìm,

giá thành rẻ Do đĩ trong đẻ tài này chúng tơi sử dụng lịng trăng trứng gả làm chất tạo gel trong quá trình tơng hợp vật liệu nano YFeO:

1.4 Sắt, ytri và các oxit, hyđroxit của chúng

Vật liệu nano YFeO; trong đẻ tài này được điều chế băng phương pháp đồng

kết tủa các cation YỶ” và FeŸ" bởi tác nhân kết tủa là dung dịch KOH Sự tạo thành

pha YFeO; thơng qua giai đoạn nhiệt phân kết tủa hyđroxit thành oxit Do đĩ trong phân này chúng ta tìm hiểu một số tính chất của nguyên tổ sắt, yttrí và các oxit, hyđroxit tương ing cua chung 1.4.1 Sắt, oxit va hyđroxit sắt a) sath Sắt cĩ 4 dạng thủ hình bên ở những khoảng nhiệt độ xác định: 700°C 911°C 1390°C 1536°C Fe a —— Fe B —— Fe y —— Fe ồ ——> Fe lỏng

Những dang a va B cé kién tric tỉnh thẻ kiểu lập phương tâm khối (hình 4)

nhưng cĩ kiến trúc electron khác nhau nên Fe„ cỏ tính săt-từ vả Fep cĩ tính thuận từ,

Trang 19

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

ri a re rn ee ES SE

Fe, khac voi Fes la khéng hoa tan cacbon (C), Fe, cĩ kiến trúc tỉnh thẻ kiểu lập

phương tâm điện (hình 5) và tinh thuận từ, Fe ¿ cĩ kiến trúc lập phương tâm khơi

như Fe„ nhưng tơn tại đến nhiệt độ nĩng chảy

Hình 4: Tỉnh thể sắt kiểu lập phương tâm khối

Hình 5: Tỉnh thể sắt kiểu lập phương tâm điện

Sắt là kim loại được tách ra từ các mỏ quặng sắt, và rất khĩ tìm thấy nĩ ở dạng

tỉnh khiết Khống vật chủ yếu của sắt là quặng manhetite (Fe;O,), quặng hematite

đỏ (Fe;O›) và quặng hematite nâu [Fe;O:.2Fe(OH);] Dé thu được sắt tình khiết, các

tạp chất phải được loại bỏ bằng phương pháp khử hĩa học Sắt được sử dụng trong

sản xuất gang và thép

b) Sit (111) oxit 7!"

Fe;O; cĩ tính thuận từ, màu nâu đĩ Trong các hợp chat oxit sat, Fe(III) 1a chat

cĩ trang thai spin cao (cĩ các electron thuộc phân lớp d) Fe (IH) với Š electron d

lớp ngồi cùng nên cĩ năng lượng mạng lưới trường tỉnh thẻ ơn định

Trang 20

GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên

FexO,; cĩ hình dạng võ định hình va tơn tại 4 loại hình dang (alpha, beta, gamma va epsilon)

œ-Fez@, được nghiên cứu và tim thấy trong tự nhiên dưới dạng quặng

hematite Hematite cĩ dạng hình thoi ở trung tâm giống như hình dạng của những

viên corudum (ơ-AlzO;), trong đĩ ion sắt (IH) chiếm 2/3 thé tích bát điện

f-FezO; cĩ từ tính khơng ồn định là một điểm riêng để phân biệt nĩ với các dang gamma, alpha va epsilon ð-FezO; siêu bẻn với nhiệt và được chuyên đổi

thanh hematite ở nhiệt độ khoảng Š00°C

y-Fe,0, tơn tại trong tự nhiên dưới dạng khống maghemiite y-Fe;O; khơng bẻn với nhiệt và được chuyển thành hematite ở nhiệt độ cao hơn Nhiệt độ và cơ chế của sự

thay đơi cầu trúc phụ thuộc vào điều kiện thi nghiệm và đặc biệt là kích thước của

các hạt maghemite Trong trường hợp cấu trúc hạt bé thì e -FezO; là chất trung gian

trong sự chuyến đối cấu trúc từ y-Fe;O;——+d-Fe;O;, cơ chế chuyển đổi thành

hematite phụ thuộc nhiều vào mức độ các hạt tích tụ y-Fe;O; (maghemite) đã thu

hút được nhiêu sự nghiên cửu do nĩ cĩ tính từ và được sử dụng làm chất xúc tác

Hình 6 Cầu trúc của c-Fe;Q;

c -FezO; cĩ thể được xem là chất mới nhất trong hợp chất sắt (HI) oxit, cau tric

của nĩ được biết đến vào năm 1988 bởi Tronc et al e-FezO; cĩ hình dạng trực thoi

với 8 tế bào đơn vị

c-FezO; thì được tổng hợp băng phương pháp sol-gel hoặc đun nĩng dung dịch kali ferricyanide với hypochlorite natri và kali hydroxit, sau đĩ nung kết tủa ở

Trang 21

Khĩa luận tốt nghiệ GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

400°C Nhiệt độ chuyên dạng thủ hình từ £-Fe;O; -› ơ-Fe;O; nằm trong khoảng từ

500°C - 750°C Kích thước của các hạt e -Fe;O; được chuân bị theo những phương

pháp khác nhau là khoảng 30-80nm

Màu sắc của Fe;O; như màu đỏ, nâu và màu đen được sử dụng trong ngành sản

xuất sơn, phụ gia và trong sản xuất kính màu

FezO; cịn được sử dụng làm chất xúc tác phản ứng cho ngành cơng nghiệp sản

xuất hố chất như là chất xúc tác cho phản ứng khử ethylbenzen đề sản xuất styren

FezO; cũng là nguyên liệu ban đầu đề sản xuất ferrit Ngồi ra nĩ cịn được sử dụng trong cơng nghệ sản xuất gơm sứ, nam châm vĩnh cửu, trong kỹ thuật lưu trữ

phương tiện truyền thơng

Điều chế:

Oxit sắt (III) là một sản phẩm của quá trình oxi hĩa

4Fe + O; + 2H;O —+ 4FeO(OH)

Sản phẩm của quá trình oxi hĩa là Fe(O)OH, sau đĩ đem khử nước ở 200°C

2FeQ(OH) — Fe;O; + H;O

Ngồi ra, oxit sắt cịn được điều chế bằng cách nhiệt phân các muối

cacbonat hoặc nitrat

4FeCO, +O, —+ 2Fe;O: + 4CO;

4Fe(NO;); a 2Fe,0, + |2NO+a + 3O;

Phân hủy nhiệt hidroxit sắt (II) theo nhiệt độ trên 200°C tạo thành oxit sắt c) Sắt (111) hyđroxit !'"!

Sat (111) hiđroxit là chất kết tủa màu đỏ nâu được tạo ra khi cho một tác nhân

kết tủa như kiềm, amoniac, dung dịch cacbonat tác dụng với muối sẵt(HI):

EeC]: + 3NH; + 3H,O — Fe(OH), + 3NH,C!I

2FeCl, + 3Na2CO; + 3H,O — 2Fe(OH); + 6NaC| + 3CO;

Trang 22

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

———_———— ——_Ƒ—ỄỄ——Ể—_—_——————————_—~—-

Fe(OH); khơ là những cục xốp, khối lượng riêng thay đơi trong khoảng từ

3.4g/cm` đến 3,9 g/cm` Hau như khơng tan trong nước ( T=4 I0)

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

địch axit và tan được trong dung dịch kiêm đặc nĩng hoặc NayC©; hay K;CO: nĩng

chảy

Fe(OH): + NaOH đặc ———» NaFeO» + 2H;O

2Fe(OH);+ K;ạCO; — 2KFeO; + CO; + 3H;O

Hydroxit sắt (III) cĩ cơng thức Fe(OH);.nH;O Kết quả XRID cho ta thấy

chúng cĩ cầu trúc hình lập phương với cạnh bằng 0.7568 nm 1.4.2 Ytri, oxit và hyđroxit của ytri

a) Ytri kim loại!'! /““ dế „+ ¬ = h - ă “ P r Ƒ - x ”m es gd -

Hình 7 Kim loại ytri

Ytri là một kim loại chuyển tiếp màu trắng bạc (hình 7) Ytri khá phơ biến

trong các khống vật đất hiểm và một số các hợp chất của nĩ được sử dụng làm lân quang trong các ơng tỉa âm cực chăng hạn trong các ơng dùng cho truyên hinh Nguyên tổ nảy thơng thường khơng tìm thấy trong cơ thể người và cũng khơng

đĩng một vai trị sinh học nảo

Ytri tương đổi bẻn trong khơng khí, trơng khá giống scandi ở bẻ ngồi và về tính chất hĩa học thỉ tương tự như các nguyên tơ nhĩm Lantan, khi bị phơi ra ngồi

ánh sáng cĩ ánh hơi hơng Các mảnh vụn hay phoi bảo của kim loại này cĩ thể bắt

Trang 23

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS, Nguyễn Anh Tiến

a SS CT

cháy trong khơng khí khi nhiệt độ cao trên 400°C Trang thái oxi hố phơ biến nhất

cua ytri la +3

b) Oxit ytri!!'”!

Y;O; là chất răn màu trắng và ơn định trong khơng khí Nĩ được sử dụng như là một nguyên liệu đầu vào phỏ biến cho các ngành khoa học vật liệu cũng như trong tơng hợp võ cơ

Hình 8 Anh TEM của Y;O;

Y 0; la hgp chat quan trong nhất và được sử dụng rộng rãi đẻ tạo ra các chất lân quang YVO¿ Ngồi ra, chúng được dùng làm

chất xúc tác cho quá trình polime hĩa etylen

Bên cạnh đĩ nĩ được dùng để khử oxi cho vanadi hay các kim loại phi sắt

khác Oxit ytri được dùng như là phụ gia kết dính trong sản xuất nitrua silic xốp

Được sử dụng làm đèn huỳnh quang trong các loại kính hiển vi điện tử truyền, là chất phụ gia trong sơn, nhựa, nam châm vĩnh cửu, vật liệu phát sáng màu đỏ trong

các loại đèn huỳnh quang

Các hợp chất chứa nguyên tổ này hiểm khi được bät gặp nhưng nên hết sức

cần thận đo chúng cĩ độc tính cao Các muỗi của ytri cĩ thể cĩ khả năng gây ung

thư

——mïỶïmm———>~>—>>>~maas=Tï—mT TT“

Trang 24

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên

c) Hyđroxit ytri"FÊI

Hydroxit ytri hay cịn được gọi là vtri hiđrat, là một vật liệu quan trọng được sử dụng trong lĩnh vực gồm sứ thủy tính và điện tử

Hydroxit vtri đã được tìm thấy trong các bộ cảm biến vận chuyên chất lỏng hoặc chất khi, ngoải ra chúng cịn được sử dụng làm chất xúc tác trong những

nim gan đây sự tơng hợp các hợp chất đất hiểm dạng ơng nano đã thu hút được

nhiều sự chủ ý mạnh mẽ do chúng cĩ thê được sứ dụng đề làm nhăn sinh học phát quang trong các thiết bị cĩ hiệu suất cao chất xúc tác và một sơ vật liệu chức năng khác

Khi nhiệt phan hydroxit ytri ¢ khoang 500°C trong khoang 2 giờ thi ta sé thu được oxit vtri

1.5 Giới thiệu về perovskite VFeO, !''

1.5.1 Cấu trúc lí tưởng của perovskite YFeO;

Tỉnh thể YFeO; cĩ cấu trúc trực thoi hoặc lục giác (giống với YAIO;) tùy thuộc vào điều kiện tơng hợp nên nĩ Mỗi tế bào đơn vị YEeO; chứa 4 ion sắt ởớ mỗi

đỉnh nhưng các trục của

4 ion sắt hơi nghiêng so với bát điện (hình 9),

Hình 9 Cấu trúc của vật liệu perovskite YFeO;

Các hiện tượng biến đạng của perovskite chủ yêu là ở vị trí YỶ” trong khí đĩ các ion Fe”" cơ bản vẫn được giữ nguyên trong thẻ bát diện

Một số cơng trình nghiên cứu vẻ tổng hợp YEeO; đã được cơng bố Ytưi orthoferit cỏ thẻ được tơng hợp bằng phản ứng pha răn thơng thường là từ oxit

Trang 25

nhưng quá trinh này cũng gặp khá nhiều khĩ khăn do sự hình thành của Y;Ee‹O;› và Fe:;O¿ Một số phương pháp khác cũng đã được đẻ xuất bao gơm phương pháp sol-gel của một hỏn hợp kim loại với oxit kiêm Y-Fe, phương pháp Pechini

(phương pháp tương tự như phương pháp sol-gel, quả trình nảy lây tên của nhà phát

minh người Mỹ Maggio Pechini) phương pháp tơng hợp bước sĩng phương pháp

hĩa cơ học vả phương pháp quy nạp plasma phương pháp phân huy nhiệt

1.5.2 Ung dung cia perovskite YFeO,!'"!""!

YFeO; đơn tỉnh thé duge str dung trong b6 cam bién và các thiết bị truyền thơng,

nĩ cĩ nhiệm vụ chuyên đổi quay vả từ trường, ở đĩ những tình thẻ hoạt động như cam img điện

Tinh thẻ YFeO; cĩ kích thước nano cĩ khả năng ứng dụng trong chiếu xạ dưới

ánh sáng nhìn thấy do cấu trúc của nĩ thuộc loại perovskite và nĩ cĩ thuộc tính quang phơ hấp thụ YFeO; là chất xúc tác cơ bản đã được nghiên cửu trong quá trình oxi hỏa thuộc nhuộm hữu cơ Ngồi ra, YFeO; cĩ cầu trúc lục giác cĩ hoại tinh xúc tác cao cịn được sử dụng trong quá trình oxi hoa CO

1.6 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của bột nano

Tùy vào các đặc trưng tính chất của vật liệu người ta sử dụng các phương

pháp nghiên cứu khác nhau

Trong đẻ tài này, chúng tơi nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano

YEeO; bảng các phương pháp sau: Phương pháp phân tích khỏi lượng nhiệt (TGA) va phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA), phuong phap nhiéu xa tia X (XRD),

phuong phap kinh hién vi dién tử quét (SEM) và phương phap do dé tir hoa (VSM) Do đĩ trong phản nảy chúng tơi tổng quan vải nét vẻ chúng

1.6.1 Phương pháp phân tích nhiệt '*!

Phân tích nhiệt (TA: Thermal Analysis) là tên gọi của một nhĩm phương pháp

phân tích khảo sát các tỉnh chất của mẫu như một hảm của nhiệt độ hay hàm của

thời gian khi nhiệt độ khơng đổi Cĩ hai kỹ thuật phân tích nhiệt thường gặp là phan tích khỏi lượng nhiệt (TGA) và phân tích nhiét vi sai (DTA)

————————————————_. ._——————————————————

Trang 26

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên Phương pháp phân tích khĩi lượng nhiệt (TGA) là phương pháp khảo sát sự

thay đổi khối lượng của chất theo nhiệt độ khi chất được đặt trong lị nung cĩ

chương trình thay đơi nhiệt độ được kiểm sốt một cách chặt chẽ Nhiệt độ nung cĩ

thẻ lên đến 1600°C

Mẫu được nĩi với một cản nhiệt để cân mẫu liên tục trong quả trình nung Đẻ

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

được nối kết với một cân nhiệt

Đường cong ghi được là đường cong khỏi lượng nhiệt hay đường cong TGA,

trong đĩ khĩi lượng (hay % khối lượng mắt, hoặc % khối lượng cịn lại) được vẽ

trên trục tung và giảm dẫn xuống nhiệt độ T hay thời gian t được vẽ trên trục hồnh

va tang dan từ trái qua phải

Đường cong TGA giúp ta cĩ thê xác định được độ bên nhiệt của chất, các quá

trình hĩa lí xáy ra trong quá trình phân hủy nhiệt của chất và đồng thời xác định

được độ tỉnh khiết của chất

Nhiều chất cĩ các phán ứng mắt khỏi lượng xảy ra liên tục trong một khoảng

nhiệt độ nào đĩ, nên nếu chỉ dùng đường cong TGA sẽ khơng thể phát hiện được cĩ bao nhiêu phản ứng đã xảy ra trong khoảng nhiệt độ đĩ Vì vậy cần dùng thêm

đường cong DrTGA, là đường cong đạo hàm bậc nhất của khối lượng mất, biểu diễn tốc độ thay đơi khối lượng của chất Các phản ứng cĩ tốc độ thay đổi khối

lượng khác nhau nên sẽ cho các pic khác nhau trên đường DrTGA

Phân tích nhiệt vi sai (DTA) là phương pháp phân tích nhiệt trong đĩ mẫu và

chất tham khảo trơ được nung đồng thời trong lị Chất tham khảo trơ khơng bị biến đổi trong khoảng nhiệt độ đang khảo sát nên nhiệt độ của nĩ biến thiên tuyến tính với

nhiệt độ của lị Các phản ứng xảy ra trong mẫu luơn kèm theo sự thu nhiệt hay toả

nhiệt nên sẽ làm nhiệt độ của mẫu thay đỏi khơng tuyến tính với nhiệt độ của lị

Kết quả đo DTA phụ thuộc vào nhiêu yếu tơ :

- - Các yếu tố phụ thuộc thiết bị như hình đáng và kích thước lỏ khí quyển của lị , vị trí cặp nhiệt, vật liệu làm chén nung, tốc độ nung

- - Các yêu tơ 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

Trang 27

Dựa vào đường cong DTA ta cĩ thể xác định nhiệt độ tại đĩ các quá trình hĩa học hay vật lý băt đầu xảy ra và biết quá trình đĩ là thu nhiệt hay tỏa nhiệt

Ngồi ra cịn được dùng đẻ nhận biết các chất

[rong đẻ tài này phân tích nhiệt IGA-DrfGA-DTA được đo trên may

DTG-60H (Shimadzu Nhật Bản) tại Phịng EN Hĩa lý Khoa Hĩa trường ĐHSP | Hà Nội,

1.6.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)!

Nguyên tắc

Khi chiều một chùm clectron cĩ năng lượng lớn vào bẻ mặt của đổi âm cực (anot) các clectron ở bẻ mặt của đối âm cực bị bức ra và lắm xuất hiện lỗ trồng Các clectron ở mức năng lượng cao hơn nhảy vẻ mức năng lượng thấp hơn đẻ lắp Hình 10; Nhiéu xa tia X đầy chế trơng đồng thời làm phát ra năng lượng thừa vả năng lượng đĩ được gọi là tia X Định luật Bragg Giả sử cĩ một chùm tia X đơn sắc đến gặp tỉnh thẻ vả phản xạ trên các mặt phang mang

Dé cĩ sự giao thoa của sĩng phản xạ các sĩng nảy phải cùng pha, nghĩa là hiệu

quang trinh của chúng phải bằng một số nguyên lần bước sĩng

Hiệu quang trinh: A=2dsin08 (1)

Đổi với nhiều gĩc tới Ø giá trị A khơng phải bảng một số nguyên lần bước sĩng

À nên các tia X phan xạ cĩ giao thoa giảm

Trang 28

Khi A = nd thi cac song phan xa sé cing pha va ta cĩ sự giao thoa tăng Như

vậy ta sẽ thu được cường độ sĩng phản xạ tăng mạnh khi gĩc tới Ø thoả mãn điều

kiện:

2dsinÐ =n^À^ (2)

Đây chính lả nội dung của định luật Bragg

Lng dụng của định luật Brageg là đẻ xác định khoảng cách mạng d khi đã biết 2 và gĩc tới Ư tương ứng với vạch thu được

Ta cĩ thê tính kích thước trung bình của mẫu theo cơng thức Scherrer như sau:

0.0),

La ft.cos0 Ø0

Trong đỏ: — L: kích thước tỉnh thể đơn vị A”

A: bude sỏng cia bite xa tia X, don vi A” (Fe-Ky=1.7 A" Cu-K„=1.Š

A®, W-K,=0.5 A”, U-K,=0,14 A” )

B: độ rộng ở 1⁄2 chiều cao của peak sau khi trừ đi độ rộng do thiết bị đơn vị radian

6 - gĩc nhiễu xạ

Ứng dụng

Phương pháp XRD được dùng để xác định cấu trúc, thành phần pha dựa trên số

lượng vị trí và cường độ các pick trên phơ nhiễu xạ tia X để suy đốn kiểu mạng từ

đĩ xác định bản chất của vật thẻ

Trong để tài này, phỏ XRD được tiến hành đo trên máy D8-ADVANCE (

Brucker, Đức) tại Viện Khoa học và Cơng nghệ Tp HCM

1.6.3 Kính hiến ví điện tử quét (SEM)'!

Kinh hiển vi điện tử quét (SEMI): là loại kính hiển vỉ điện tử cĩ thẻ tạo ra ảnh cỏ

độ phân giải cao của bẻ mặt mẫu

Trang 29

Khĩa luận tốt nghỉ GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hình II: Kính hiển ví điện tử quét ((SEM) Ưu điểm Khơng cần phá mẫu khi phân tích và cĩ thế hoạt động trong mơi trường chân khơng thắp 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 Nhiều hiệu ứng xảy ra khi các hạt điện tử của

chùm tia va chạm với bẻ mặt của vật rắn Từ điểm chim tia va cham với bẻ mặt của

mẫu cĩ nhiều loại hạt, nhiều loại tia phát ra (tín hiệu) Mỗi loại tín hiệu phản ánh một đặc điểm của mẫu tại điểm được điện tử chiếu vào Vị dụ:

- Số điện tử thứ cấp (điện từ Auger) phat ra phụ thuộc độ lỗi lõm ở bê mặt mẫu

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

- Bước sĩng tia X phát ra phụ thuộc nguyên tử ở mẫu là nguyên tố nào (phụ

thuộc Z)

Cho chùm điện tử quét trên mẫu, đồng thời quét một tia điện tử trên màn hình của đèn hình một cách đồng bộ thu và khuyết đại một tín hiệu nào đĩ 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 đd nhỏ (cỡ mm hay im) cịn tia điện tử

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

độ phĩng đại D/d

Trang 30

Độ phĩng đại của kinh hiển vi điện tử quét thơng thường từ vài ngàn đến vài

tram ngàn lằn Năng suất nhân giải phụ thuộc vào đường kính của chim tia điện tử

hội tụ chiếu lên mẫu

Với súng điện tử thơng thường (sợi đốt là đây vơnfram uốn hình chữ V), năng

suất phân giải là 5 nm đối với kiểu ảnh điện tử thứ cấp Như vậy chỉ thấy được

những chỉ tiết thơ trong cơng nghệ nano

Những kính hiển vi điện tử tốt cĩ súng phát xạ trường, kích thước chùm điện tử chiều vào mẫu nhỏ hơn 0,2 nm, cĩ thẻ lắp thêm bộ nhiều xạ điện tử tán xạ ngược đê

quan sát các hạt cỡ l nm va theo đưi được cách sắp xếp nguyên tử trong từng hạt

nano đĩ

Ứng dụng

Loại hiển vi này cĩ nhiêu chức năng nhờ khá năng phĩng đại và tạo ảnh rất rõ

nét, chỉ tiết Hiển vi điện tử quét SEM được sử dụng để nghiên cứu bẻ mặt của xúc

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

Trong dé tài này kích thước hạt và hình dạng của mẫu được xác định bằng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) trên máy FE-SEM Model S4800 của

hãng Hitachi Nhật Bản tại Viện Khoa học và Cơng nghệ Tp HCM

1.6.4 Phương pháp đo độ từ hĩa!”!

Bắt cứ vật liệu nào đều cĩ sự cảm ứng với từ trường ngồi (H), thể hiện bằng độ từ hĩa (từ độ - M) Tỷ số c = M/H được gọi là độ từ cảm Tùy thuộc vào

giá trị, độ cảm từ cĩ thể phân ra lảm các loại vật liệu từ khác nhau Vật liệu cĩ c <<

0 được gọi là vật liệu thuận tử Vật liệu cỏ e > 0 với giá trị rất lớn cĩ thẻ là vật liệu sắt từ, ferri từ Ở đây, vật liệu từ tính ngụ ý là vật liệu sắt tử, ferri từ hoặc siêu thuận tir

Ngồi độ cảm từ, một số thơng số khác cũng rất quan trọng trong việc xác định tính chất của vật liệu Ví dụ như: độ bão hịa từ M, (độ từ tính đạt cực đại tại từ

trường lớn), từ dư M, (độ từ tỉnh cịn dư sau khi ngừng tác động của từ trường

ngồi), lực kháng từ H, (từ trường ngồi cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thai

bão hịa từ, bị khử từ)

Trang 31

GVHD: TS Nguyễn Anh Tién

Hình 12: Dường cong từ trẻ của vật liệu sắt tir

Nếu kích thước của hạt giảm đến một giá trị nào đỏ (thơng thường từ vải cho đến

vải chục nanomet), phụ thuộc vào tửng vật liệu cụ thẻ tỉnh sắt từ và ferri từ biến mắt chuyên động nhiệt sẽ thăng thẻ và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận

từ Đơi với vật liệu siêu thuận từ từ dư vả lực kháng tử rat hé, Điều đĩ cĩ nghĩa là,

khi ngừng tác động cua từ trường ngoải, vật liệu sẻ khơng cịn từ tỉnh nữa, đây là

một đặc điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu nảy cho các ứng dụng y sinh học Hạt

nano tir tinh dùng trong y sinh học cần phải thỏa mãn ba điều kiện sau: tính đơng nhất của các hạt cao, độ bão hịa tử lớn và vật liệu cĩ tính tương hợp sinh học (khơng cĩ độc tính) Vật liệu sắt từ được phân thành hai nhĩm chính là vật liệu từ

mềm và vật liệu từ cứng

Vật liệu từ mẻm là các vật liệu được từ hĩa và khử từ dễ dàng (Hình 12b) Vật liệu từ mềm thường được dùng lảm vật liệu hoạt động trong trường ngồi ví dụ như lõi biến thẻ, lưi nam châm điện, các lõi dẫn từ Thơng số quan trọng đầu tiên

đẻ nĩi lên tính chất từ mẻm của vật liệu từ mềm là lực kháng từ H, Lực kháng từ

của các vật liệu từ mềm phải nhỏ hơn cờ 100 Oe Những vật liệu cĩ tính từ mềm tối,

thậm chí cĩ lực kháng từ rất nhỏ (tới cỡ 0.01 Oe) Độ từ thảm ban dau (nu = B/H) là

thơng số rất quan trọng đẻ nĩi lên tính từ mềm của vật liệu từ mêm Vật liệu từ mẻm cĩ độ từ thảm ban đầu từ vài trăm đến vải ngàn, các vật liệu cỏ tính từ mẻm tốt cĩ

thể 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 vơ định hình và nano tỉnh thẻ Đơi với vật liệu tử cứng (Hinh 12b} cĩ những tỉnh chất trái ngược với vật liệu từ mẻm Vật liệu

từ cứng cĩ lực kháng từ cao điều kiện tơi thiêu là trên 100 Oe nhưng vật liệu tử

Trang 32

Khĩa luận tốt nghi GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

cứng phơ biến thường cĩ lực kháng từ cỡ hàng ngàn Oc trở lên Nguồn gốc của lực

kháng từ lớn trong các vật liệu từ cứng chủ yếu liên quan đến đến dị hướng từ tỉnh thé lớn trong vật liệu Các vật liệu từ cứng thường cĩ cấu trúc tỉnh thẻ cĩ tính đối

xứng kém hơn so với các vật liệu từ mẻm và chúng cĩ dị hướng tử tính thẻ rất lớn

Mẫu bột sau khi được điều chế được dồn vào cốc thủy tỉnh nhỏ, cân mẫu

Sau đỏ, 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 ở dang nao: ran hay lỏng, khối lượng mẫu, thơng số cần lấy sau khi đo: H, và M,), theo dõi từ trường của máy sao cho bão hịa với độ kháng từ của bột Cuối cùng, cho máy hoạt động và đưa ra biểu đồ đường cong từ trễ vả kết quả theo yêu cầu

Hình 13: Thiết bị do tir tinh MICROSENE EV11

Trong đề tài này các đặc trưng từ tính của mẫu được đo ở Phịng thí nghiệm vật liệu từ và siêu dẫn thuộc Phân viện Vật lý Tp HCM, loại máy Microsene EV] 1

Trang 33

Khoa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến CHƯƠNG 2

THỰC NGHIỆM - KÉT QUÁ - THẢO LUẬN 2.1 Dụng eụ, thiết bị, hĩa chất

2.1.1 Dụng cụ và thiết bị

Cốc thủy tỉnh loại 50 ml 100 ml, 500 ml

e Pipct loại | ml, 2 ml Š ml !0 ml 2Š ml

e Lị nung Nabcrtherm (30-3000°C xuất xứ Dire)

e Ong dong, binh hit am

e Chén sử chày sử e Chen nung

2.1.2 Héa chat

e® KOH (xuất xứ Trung Quốc)

e Nước cắt 7 lin

2.2 Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano YEeO; bằng phương pháp hĩa ướt

2.2.1 Tổng hợp vật liệu nano YFeO; bằng phương pháp đồng kết tủa

Hồ tan hỗn hợp đương lượng muốồi Fe(NO;);.9H;O và Y(NO;);.6H;O vảo 50ml nước cất, cho từ từ hỗn hợp muốồi thu được vào S00ml nước cất đang sơi trên

máy khuấy từ và giữ nhiệt độ khoảng 80°C Sau khi cho hết lượng muỗi trên tiếp

tục khuáy đều trên máy khuấy từ thêm Š-7 phút nữa lúc nảy dung dịch cỏ mẫu nâu

đĩ và khơng đơi màu cho đến khi đẻ nguội đến nhiệt độ phỏng

——ỶỶ-Ỷ -srsrsr-r-r-r-.— FỶ—Ỷ—=Ÿ—=—=—=—=Ÿ=Ÿ+.-=ỶŸỶ-. Ỷ==>>=——————

Trang 34

Sau đĩ, nho tir tir dung dich KOH vào hệ trên, và tiếp tục khuấy đều trên máy

khuấy từ thêm 15-20 phút nữa Sau đĩ lọc két tủa bang may hit chan khơng và rửa

kết tủa băng nước cắt vài lần rồi đem phơi khơ ở nhiệt độ phịng

Két tua (dang bột) nhận được đem nung ngồải khơng khí trong lị nung (Wise

Therm) từ nhiệt độ phịng đến các khoảng nhiệt độ khác nhau để kiểm tra sự hồn thiện việc kết tỉnh và tạo pha đồng nhất Sơ đỏ thực nghiệm như sau Y(NO:);6H;rO | „| 50 ml nước cắt 4 S00 mÌ nước sỏi Fe(NO;);.9H;O | Gia nhiệt 80°C Hon hop mudi | Đề nguội + dd KOH khuẩy từ Cicl ướt | Lọc đề khĩ tự nhiên Cicl khơ | Nung San pham Hinh 14: So dé mé ta quy trinh tong hop vật liệu nano YFeO; bằng phương pháp dong két tủa 2.2.2 Tổng hợp vật liệu nano YFeO, bang phương pháp sol-gel sử dụng lịng trăng trứng

Cho 50m! dung dich hén hop đương lượng muối Y(NO;);6H;O và

Fe(NO,);:.9H;O vào một cộc đựng 100 ml nước đang sơi trên máy khuấy từ Sau khi cho hết muỗi hệ được khuấy thêm 10 phút, Sau đĩ nhỏ dung dịch muơi vừa được chuẩn bị vào 200 mÌ dung dịch cĩ chứa 60 mÌ lịng trắng trửng Hỗn hợp nảy được khuấy đều liên tục trên máy khuấy tử ở nhiệt độ phỏng khoảng LŠ - 20 phút cho đến

Trang 35

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên

khi hỗn hợp trở thành dung dịch đồng nhất Sau đỏ gia nhiệt lên 80”C trên máy

khuấy từ khoảng Ih

Chúng tơi nâng nhiệt độ lên 200°C cho đến khi thu được gel nhớt (dung dịch sệt) (khoảng 3h) và cho nước bay hơi hồn tồn thu được gel khơ Nghiên mịn

chủng tơi thu được chất bột mảu nâu đỏ Sản phẩm nảy sẽ được nung trong mơi

trường áp suat khơng khí từ nhiệt độ phịng đến các nhiệt độ khác nhau để tạo ra vật

Trang 36

2.3.1.1 Kết quả phân tích nhiệt - 0 oot a — — — h7 ?DĐC «6 to xứ ot ‘oo 25 06 s , Wergtt Cons | 7A? mg : :' St 2+ 100 06 > og 4 00 1 ơđ We«w# Loss | ttm 400 e274 + 4000 DT ma se oof Ou TA 1T” so ec 72 rọc 4-20 00 + terete sent tae sent rane arent ^^ SH ene tee ee einer renee” <0 oe Tưởng JCỊ

ro None vet Mi ce 7 [Tene Progen

Owwecior OTG-eox ond _— ————— -_ Ga C a i aT

Saree Wet & 1) Tim 10 00 9

Hình 16: Giản đỏ phân tích nhiệt của mẫu bột YFeO; điều chế bằng phương pháp

dong két tia

Từ đường cong phân tích khối lượng (đường TGA là đường màu xanh) ta thấy sự mắt khối lượng chủ yếu xảy ra theo hai giai đoạn:

Giai đoạn l xảy ra từ nhiệt độ phịng đến khoảng 250°C (độ hụt khối lượng là I,787mg tương ứng với 19.592%).Theo chúng tơi là sự giải hấp phụ và mắt nước bề

mặt

Quá trình này xảy ra với hiệu ứng thu nhiệt và được khẳng định thơng qua đường DTA (pic thu nhiệt xảy ra ở 72,79°C)

Giai đoạn 2 xày ra từ 250°C đến khoảng 500°C khối lượng của mẫu giảm

I,758mg (tương ứng với 19,274%4) Ở vùng nhiệt độ này chúng tơi cho rằng xảy ra

sự nhiệt phân các hyđroxit sắt (II) và hydroxit ytri tương ứng

Từ 500°C trở đi lượng sản phẩm hầu như khơng đối chứng tỏ ở nhiệt độ nảy các thành phần đã bị phân hủy và bay hơi hết

Dựa trên giản đồ phân tích nhiệt chúng tơi chọn cách xử lý nhiệt là nung sơ bộ

500°C trong lh, sau đĩ nắng lên các nhiệt độ 700°C, 800°C và 900°C trong lh để kiểm tra sự hồn thiện việc kết tỉnh và tạo pha đồng nhất

a ht et

Trang 37

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Anh Tiên

2.3.1.2 Két qua nhiéu xa tia X (XRD)

aig Yttriurn Iron Oxide

= ae ~~ 5 j a - *

> Tiets - ate

et ae Fe — - — ke ee) ee ee ee a Re ee Oe ee —-—- ee fee eee Pe 2 ee Om

a eee OF ee fee Are: G8 ee ee ee ee eee ee “——— ae ere eee >

ee —e ee ore ee oe "_=~— Ắ ÀẮ _ LẮ ee _— ` ÕƯƠƯỐ——-ỐƠƯŠƯŠƯb_ ®— - ẽ “sx x

“————.—.—— _ố L ẻ ee ee ee

Hinh 17; Gian do XRD đã ghép với peak chuẩn của mâu bột điều chế theo phương pháp đồng kết tủa, sau khi nung & 700°C trong th

Yttrium Iron Oxide ser 41 L « & ik

Hình 18: Giản do XRD đã ghép với peak chuẩn của mẫu bột điều chế theo phương

pháp đẳng kết tủa, sau khi nung ở 800°C trong Ih

Trang 38

Yttriurn Iron Oxide

Hinh 19: Gian dé XRD đã ghép với peak chuẩn của mẫu bột điều chế theo phương pháp đồng kết tủa, sau khi nung ở 900°C trong !h } oe ~ pean eRe aes Ma Naa] Verena Siena ii ` Ny i a À ror a | r GÀ - ee ki 3-Theta - ae ee re ee cee na Ga fee, RT eet ee ee ee ee eee Se ee ee tet ey fee eee 2 rn wee Oe ew

a ee ee ree eg ee ee ee 99 ee ee OE Sư ng bạn V0 9 + 29 996 ~~ ‹ + —— 66 eee ee ee ee ee

eee ee FF | eet ee eee

Re ee me ers te he ee fee RITE eet ee Ee TT ee ee ee ee te ee ee ee me ty &

ee FF | gees mt eee

Hình 20: Giản đơ chơng phổ XRD của mẫu bột điều chế bằng phương pháp đẳng kết tủa sau khi nung ở các nhiệt độ 700°C, 800°C, 900'C trong Ih

Quan sát giản đồ XRD của các sản phẩm thu được ở 3 nhiệt độ nung khác nhau, chủng tơi nhận thấy:

Trang 39

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên —————————ễễỄễễỄễễˆễễˆễˆ

- Các phơ XRD ở các nhiệt độ 800°C, 900°C gắn như giống nhau và giống với phơ

chuẩn YFeO:

- Khi nung ở nhiệt độ 700°C ngồi các neak của sản phẩm mong muơn YFeO; vẫn cịn xuất hiện các peak nhỏ của các tạp chất, điều này chứng tỏ độ tỉnh khiết của sản phẩm chưa cao Do đĩ chúng tơi tiếp tục nâng nhiệt độ nung mẫu lên 8060°C và

900C

- Khi nung ở nhiệt độ &800°C chúng tỏi thấy các pcak của sản phẩm đã được hình

thành rõ rệt, mẫu nung là chất chuân đơn pha đơng nhất

Như vậy thơng qua kết quả phân tích nhiệt và kết quả nhiều xạ tỉa X, ta cĩ thé

miêu tả quá trình hình thánh đơn pha YFeO, bang các phương trình phản ứng hĩa

học qua các giai đoạn sau:

Giai đoạn !: quả trình kết tủa các hiđroxit Fe(OH); và Y(OH); bằng tác nhân

kết túa là dung dịch kali hiđroxit

Fe(NO;); + 3KOH — Fe(OH) + 3KNO, Y(NO,) + 3KOH — Y(OH);| + 3KNO;

Giai đoạn 2: quả trinh phan huy cac hidroxit Fe(OH); va Y(OH); khi nung

mẫu ở nhiệt độ cao:

t9

2Fe(OH);= Fe,O, + 3HO

(9

2Y(OH);> Y;O; + 31 1,0

Giai đoạn 3: quá trình kết hợp giữa hai oxit sat (111) va ytri tao thanh ferrit:

Fe0; + Y;O; -Ề 9E „ 2VFeOy

2.3.1.3 Kết quả SEM của vật liệu

Nghiên cứu các mẫu bột nung trên băng phương pháp kính hiển vì điện tử

quét (SEM) kết quả thu được như sau;

Trang 40

Hình 2] Anh SEM của mau bột YFeO; tổng hợp theo phương pháp đẳng kết tia

sau khi nung 700°C (t = lh) với độ phĩng đại khác nhau

Hình 22: Ảnh SEM của mẫu bột YFeO: tổng hợp theo phương pháp đơng kết tủa sau khi nung 800°C (a) va 900°C (b) trong Ih

Mẫu vật liệu YFeO; tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa trong nước sơi

với tác nhân kết tủa là KOH, sau khi nung ở 700C (t = I giờ) cĩ cấu tạo là những

hạt với kích thước từ 30 - 40 nm nhưng chưa động đều Ở nhiệt độ 800°C các hạt

hấu hết là hình cầu cĩ kích thước nano dat 40 — 50 nm và độ đồng đều cao nhất Ở nhiệt độ 900”C cho kích thước lớn hơn (50- 70 nm) cĩ dạng hình câu hoặc hinh bâu dục với sự phân cạnh yếu và độ đồng nhất kém hơn (các hạt phân tán khơng đều) Cĩ thể đo ở nhiệt độ cảng cao thì sự hình thành các hạt tỉnh thể càng nhiêu cùng với

sự két đính giữa chúng tạo hạt cĩ kích thước cảng lớn, đồng thời tạo chùm tinh thé

lam giảm độ đồng nhất của mẫu