Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano nife2o4 bằng phương pháp sol gel

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

Trang 2

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

NHAN XET CUA HOI DONG KHOA HOC SOE EERE EEE EERE EOE REE EERE EEE REE ERE E EERE EEE EERE EERE EE REE EERE EER EERE EERE EET RRR ERR EERE ee

CEE EEE EEE EEE EERE EEE ERE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EE EEE EE EEE EEE EERE EEE EERE EEE EEE EEE EEE EEE ERE ERE EEE

FEE EERE EEE EERE EERE EERE ERE EERE ERE EEE REE EEE EERE EEE EEE EERE EERE HEE EEREREEREERREREEREERERREREE

EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EOE EEE EEE EEE EEE EER EERE EEE REE 4466

POPP PPP Pee Pe ee eee ee eee eee eee ee eee ee eee eee ee x⁄ nh #* tt tt *n #2 * ** ** #**n #\ * 9 4t S #9 ##*#***#*%*%*#* 9

REET ERE EERE ERE ER EERE REET ERE REET HEE EEE ETRE ERT ERE TREO eee eee eee eee ee eee

Xx ``_._``-.- `.` `.` ` Ắ

EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EERE EERE REE EERE REE EEE REE EER EER EERE EERE ROE

CREE EERE EEE REE EERE RTE EEE EERE EER EER ER ERR ERROR eer eee

PEER EERE EERE EERE EEE EERE EERE REE EERE REE REET ER EERE EERE HEHE ETE EERE TEER RETRO e eee

SPCR EET EEE EEE EERE ET EE EERE EERE ERECT EEE EET EERE ee Reem eee eee ee rere

COREE EERE ERE REE REAR ERE EERE EERE EERE ETRE EEE ERE EERE TERRE REET HERRERO CRT eee rete ee eee

SOE EEE EEE EERE REE EERE ERE REE EERE EEE EERE EERE EERE EE EERE EERE EERE EERE EERE EERE EERE EERE EERE ERE MEER ORE RR EEO

EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EE EEE EERE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE

EE REE EEE ERE EEE EEE EERE REE EEE REET EERE EEE EERE EERE REE EEE RE REET Re eee ee

OEE EER EERE ERE ERE EERE EERE ERT ree ee ee

x ``_`.` ` ` Ắ _

x `_ ` `

PERSE EERE RRR EERE EERE EERE EERE ERROR EERE HERE EEE 9649969610 % 10999 9099 6949 eee ee ee tee

Trang 3

Khĩa luận tốt nghiệ GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin được bảy tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến thây Nguyễn Anh Tiền -

người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình chỉ bảo, động viên và tạo mọi điêu kiện tốt nhất đẻ

em hồn thành bài khĩa luận này

Suốt 4 năm được học tập tại khoa Hĩa- Trường Đại học Sư phạm thành phơ Hỗ Chỉ

Minh, em đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức và kinh nghiệm bỏ ích đẻ trang bị cho con

đường tương lai phía trước của mình Em xin chân thành cảm ơn các thây cơ trong và

ngồi khoa, những người luơn ân cần nhiệt huyết chỉ bảo và hỗ trợ chúng em rất nhiều

trong quá trình học tập

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bẻ, đặc biệt là bạn Hồng Thị Tuyết và Nguyễn Thị Thúy An Các bạn là những người luơn bên cạnh giúp đỡ, trao đơi kiến

thức cùng em đưa ra những lời khuyên hữu ích và kịp thời

Vì thời gian và khả năng cĩ hạn nên trong bài khĩa luận nảy khơng tránh được những

thiểu sĩt, em rất mong nhận được sự đĩng gĩp chân thành của thầy cơ và các bạn đẻ bài khĩa luận trở nên hồn chỉnh hơn

Trang 4

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

MỤC LỤC

NHAN XET CUA HOI DONG KHOA HỌCC -.5-5< 55c eccexoeesersss l

LĂN CÁM ƠN sa eeeeeiieeiiaaerioesdeeeiatsenoiosrssersteontobinnressirdoipatessai 2

ANH MỨC HÌNH VỀ VÀ BÀNG BI ÊU co ĂKŸESĂESEEEEEeis==eese- 5

LH _~—————— - 7

CHUONG L.TONG QUAN Q cccccccccscsesssseeeeesesesnsesnensacersosnenanensecsnansnsesnennenenseennaersnensanseeees 9 I.1 Cơng nghệ nano và vật liệu nano LH HH TH HH u 9

1.1.1 Khái niệm về cơng nghệ nano và vật liệu nano Ăn nsnnnnierirrre 9 1.1.2 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano oxit Site 11

1:1.2:1.Pbuơng pháp đồng KẾI (ÀNv22:00001046610/2100010010X G1000 10024242010dupady II

121,20.0-8- TM DEN QO isa aaa ae esas ial 12

1.1.3 Một số ứng dụng của vật liệu nano . 2-5-5 5x cv gze+szvxvvzzrrxeree 14

1.2 Téng quan tinh chat cac nguyén t6 Ni, Fe và hợp chat oxit hidroxit của chúng 16

121 ikem, Niên œL NH NON (06c) cc00002200 6Ÿ 16

k1: 2N Ni 0b Goa GGGI06G012202G016G16144G244G%92k4G322100220X-0G6 16 12211221860 CD) CR udabtgGiiigit6GsátacciidcG04tácG4400444310146606x46@ 17

D235: ng 10 NT Gai áece 56206 cxexv2sx6ckecv0066004536)2105446.6xxcsềe 17 33: Sạ Sw (TH cose We, SUE (TNT) id heh a assess canisernsssaasrconsegnennncressesisnnnsinansoncsnnsican 18

TL ăẶẳẶĂẶĂ- TT 18

1.2.2.2 Sat (LIT) ON .ccscssessssvesssnsesssuecssovensnseessevensnntennessenseeaensnsestoneessneeessaseessneeesneeeessees 19 1.2.2.3 Sắt (III) hi droXitL 5-56 2t E21 113 2111111171113 7114114 111134 211123 1k2 20

\.3 Cầu trúc tinh thể ferrite spinel dạng ABạO/, 2 2-52 +sz+sevzzczerzxrvervzrcxrrvee 21 1.4 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vat ligu nano NiFe,Q\ 23

I.4.1 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) và khối lượng nhiệt (TGA) 23

1.4.2 Phuong phap nhiéu xa tia X (XRD) wo cccccccsssssessessssesssessesessesescssecssseees 24 1.4.3 Kinh hién vi dién tir quét (SEM) .-:sessessessesessesseceseerecsessnsecenesessecsvesecsuceesressnseners 26 1.4.4 Kinh hién vi dién tir truyén (TEM)) 0 cccccscsccscsscsccscssescssesvssesecscessosacsscssssessesseseses 27

LAS: Phuong phan đu độ từ hĩa CVM G6222 c2 0 620 28 CHƯƠNG 2.THỰC NGHIỆM silicate = „30

Trang 5

2.1 Dụng cụ thiết bị hĩa chất - 2: ¿S4 +zS3SE35EEES E29 EC2t 241552135 24 ErEervvrcvrcvreve 30 2.1.1 Dụng cụ và thiết bị, S9 113151311111 g1 1191 1021 510281313 11111 121 c0 30 $.1:3: 1800 CÂN G5002 0000001906000 xdluxcaa0002240A.66ases=sskessei 30 2.2 Tơng hợp vật liệu nano NiFe;O; bằng phương pháp sol-gel s-: 31

CHUONG 3: KET QUA = THAO LUAN cecssscssecscsosossseccesssssusscsersiooveseveepessoesovescosscesoucsece 32

2.3 Cau tric va tinh chat của vật liệu nano NiFe:O, tổng hợp bằng phương pháp sol-gel

>6661ÁãnltGsgtic 2 ba020014613604005804030ai503040us4xatiisabitbisudsdcgixdqigxi6,ä08ä 32 š23;1: Kết quả phần th nhiệt kct6tkc2 Các G002Gi0202200GG0Ä000ả00á80x2 2188 32

3/3: KẾ quá nhiều Xe Xa các k1 0i0GG1G00422L4400Ä2 1012) 34

2.1.3: Kết Quá SEM VA,TEMsscccocscc<coccbicti2á0X4(GiActcgbidtiisekidiosksiciadzsadiaaa 38 37:4: Kết Da BI DA N cua aenioaxerobeoaisoaoikoiii2aouyiágicgi4g8-2cs¿adg 40

VNỆTLUAN VÀ 88 XU AT Ỷ —————— —_Ƒ}Ƒ_Ƒ‡ÝỶ‡ŸỶŸ7ỶẰỶŸ„~„„„a 44

TAT##U17W8aMAU xi -yƑ—~ —~—_F-F-Ỳásesees M©bkxvk6on021/06016053)623060 45

Trang 6

GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên

DANH MUC HINH VE VA BANG BIEU

Hinh 1.1 Phdnt loai theo cu tric vat LIEU NANO c 0c0+cc00ssesecsovevevesseuevsseseusesucuenseveneseeee 10

Hinh 1.2 Cac bude tao vat liéu bang phirong phap sol-gel .ccccccssseevseseesvereerveesvessveans 13

Hinh 1.3 Quy trình của phương phap solqgel cc.ccccccccccseccesesenseneseneessesseascceareceecerneeens 13

Hình 1.4 Thiết b/ lọc ứng dụng cơng nghệ "4HO 5: 2 522x231 15

HH ID N0 112020596004 lsvuzsi=xee== 16

Htnuf Tuổi: Thái chek pattie te ETD eit isc asa Oe oe ony 17

Hình 1-1: ni Oia aie isso ose aac se a ry aceasta x4 18 Hinds 1:0:Cdu whe tlle 6 Fess ici see 19

Hình 1.9 Cầu trúc tỉnh thé ferrite spinel .cccccscsesscsessssessessveressesonsnesnncevverteereneeneanesseesuenvee 21

Hink 1:10 XS aĐ VÀ Ã¡-00V122001G10000G2202100001002L01V6005G102002000206 2343 x0e-s2 24

Hình 1.11 Kính hiển ví điện tử quét (SEM|) - 55s the r 26 Hình 1.12 Kính hiển vi điện tử truyền (TEM) . 2+ 25cSSveStectccrrccerrrcee 27

Hinh !.13 Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ -2- s2 S5 ScszStSEEEcvvxsreereed 28

Hình 2.1 Sơ đồ mơ tả quy trình tổng hợp vật liệu nano NiFe;©, - 5< cscccso 31 Hình 3.1 Giản đơ phán tích nhiệt TƠA/DTA của NiFe;O, tổng hợp bằng phương pháp

VI -EÍ ttvticcocxet ch txcoA2166166414622x64546065E46x190/3AaxS660610155344G2565x65605668/G601504235662344k634246 32

Hình 3.2 Giản đơ XRD của NiFe;O, tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, sau khi nưng ở

600C trong 3 giờ + + St + +2*©s£S+ESS3 E3 E3EEE 3721123 9071111118115 1121111111122 re 34

Hình 3.3 Giản đơ XRD của NiFe;O, tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, sau khi nung ở 70C trong 3 giờờ + s£©k+t+EEESt2YE SE TA 9E t2 307117113131 1117111711211 111 11155 pryk, 35

Hình 3.4 Giản đơ XRD của NiFe;O, tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, sau khi Hung ở

GOOG eng SAO 11161 1001102 2001AL220020 21A0 622266 asse 36 Hình 3.5 Anh SEM của NiFe;O, sau khi nung 700C (t = 3 giờ hình a) và 800C (t=ä

VÀ, DA DY isi cits SiS GN UTS A NSS OMS esa 38

Hình 3.6 Anh TEM cua NiFe,O, sau khi nung 700°C (t= 3 G10) ccccccccsscecvessesssesseereeseee 39

Hình 3.7 Đồ thị đường cong từ trễ của mẫu vật liệu NiFe;O, tổng hợp bằng phương pháp

sgk ev Di nh đã BE áccxccctcciciáaL0000G200Gai0AcaGCbiccdbscessoddgcSiosgatioieo 40

eee

Trang 7

Hinh 3.8 Đồ thị đường cong từ trễ của mẫu vật liệu NiFe;O, tổng hợp bằng phương pháp

solÌ-gel ở nhiệt độ 70 C 2: + tStSESEES32EESEEEEEEEESEESEEEEEESETEEErSrEErEeETkrkrsrrsrsesrrii 4)

Hình 3.9 Đồ thị đường cong từ trễ của mẫu vật liệu NiFe;O, tổng hợp bằng phương pháp

(0Ì-xwel ở NÀIệt độ 600 Cá 2056202100111 Q14 220604216620 2624142 aS 4I Hình 3.10 Đồ thị chẳng phơ đường cong từ trễ của mẫu vật liệu NiFe;O, tơng hợp bằng

phương pháp sol-gel ở nhiệt độ 600C và 700”C -.¿©2<cczccv+cvs+xecsExrrreetrerrvee 42 Bảng 3.1 Các đặc trưng từ tính của mẫu vật liệu NiFe;O, tổng hợp bằng phương pháp

sol-gel nung ở 3 nhiệt độ: 600°C 700C 800°C 5< eS<+SE E2 E32Eckexcxecxcvec 40

Trang 8

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên

LOI MO BAU

Cơng nghệ nano là một bước tiền bộ vượt bậc trong lịch sử khoa học của nhân loại

Cơng nghệ tiên tiến này đã gĩp phân mở ra những cơ hội mới thúc đây sự phát triển nhiều

lĩnh vực khác nhau trong đời sống từ y học, hĩa học, bảo vệ mơi trường đến sự phát triển

về kinh tế và xa hơn là nâng cao chất lượng cuộc sơng con người Tuy nhiên, chính bởi

khả năng ứng dụng phong phú của mình, cơng nghệ nano cũng đặt ra những thách thức

lớn vẻ khả năng phát triển vũ khí loại mới với sức tàn phá kinh hồng và khĩ kiểm sốt

Chính vì lẽ đĩ, việc nghiên cứu và sử dụng đúng đăn những ứng dụng của cơng nghệ

nano dé phục vụ những mục đích cao đẹp cho cuộc sống con người là điều hết sức cẩn

thiết

Vật liệu nano cĩ những tỉnh năng ưu việt như cĩ độ bên cơ học cao, tính chất điện quang nỏi trội, hoạt tính xúc tác cao

Trong nhiều năm gản đây chất lỏng từ rất được quan tâm nghiên cứu do chúng

chứa các hạt vật liệu từ cĩ kích thước cỡ nanomét, cĩ thể ứng dụng rất hiệu qua trong

khoa học kỹ thuật, đặc biệt là trong y sinh học, mơi trường |"! vv

Đáp ứng những tiêu chí đã nêu cĩ một vật liệu nano để dàng được tổng hợp từ các phương pháp đơn giản như đồng kết tủa hay sol-gel, đồng thời vẫn bảo đảm được các ửng

dụng thiết yếu đĩ chính là ferrite NiFe,O,

Tổng hợp vật liệu nano NiFe;O; bảng phương pháp sol-gel giúp dé dang tạo hình

dạng cho vật liệu khối Vật liệu được tổng hợp ở nhiệt độ tương đổi thấp, cĩ độ đồng đêu

cao, khả năng chịu nhiệt lớn

Với đề tài đi trước Ì°Ï, tác giả đã tổng hợp vật liệu nano NiFe;O;¿ bằng phương pháp

sol-gel, đồng kết tủa Việc sử dụng phương pháp đồng kết tủa sẽ giúp cho việc tổng hợp

vật liệu đơn giản và nhanh chĩng hơn Tuy nhiên, phương pháp đồng kết tủa làm cho kích

thước hạt vẫn cịn lớn, khơng đồng đều Ngồi ra tác giả đã tổng hợp vật liệu nano

NiFe;O; bằng phương pháp sol-gel sử dụng tác chất là: etylen glycol, polyvinyl ancol,

axit citric Tuy nhiên Trong đẻ tải này tác giả tổng hợp vật liệu nano NiFe;O; bằng

——————>—>———e—>>=——————>=e>>————a

Trang 9

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền

———————————>—>————m——mmm—ễề—ờẮỒờẦmmnm—mm=mem

phương pháp sol-eel sử dụng tác chất là PVA bảng cách trộn các muối với dung dịch

PVA hịa tan trong nước cất ở nhiệt độ phịng

Việc tơng hợp vật liệu nano NiFe;O; băng phương pháp sol-gel sử dụng PVA được thực hiện bảng cách khuấy trộn hỗn hợp bao gồm dung dịch các muối và dung dịch PVA

đã được hịa tan trong nước nĩng là một cách tơng hợp mới rất cĩ thê cĩ nhiều tính năng

vượt trội hơn so với các cơng trình đã cơng bố

Với những lý do trên, chúng tơi đã lựa chọn vả thực hiện đẻ tài: "NGHIÊN CỨU

TONG HOP VAT LIEU NANO NiFe,O, BANG PHUONG PHAP SOL-GEL” voi

tác nhân tạo gel là PVA thong qua qua trinh thuy phan cac cation Fe’’ va Ni’ trong nước

sơi làm để tải khỏa luận tốt nghiệp của mình

Trang 10

GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

CHƯƠNG 1 TƠNG QUAN

1.1 Cơng nghệ nano và vật liệu nano

1.1.1 Khái niệm về cơng nghệ nano và vật liệu nano °Ì

Trong khoảng vải thập niên gần đây, khoa học đã xuất hiện một dây các từ mới

gan liên với hậu tố “nano” như: cấu trúc nano, cong nghệ nano, vật liệu nano, hoa hoc nano vật lý nano, cơ học nano cơng nghệ sinh học nano hiệu ứng kích thước nano Người ta đã cơng bồ hảng loạt các bải báo, các cơng trình khoa học các tạp chỉ và tổ chức

nhiêu hội nghị hội thao gan lién với chủ đẻ cơng nghệ nano; xuất hiện nhiêu trung tâm,

viện nghiên cứu, tổ bộ mơn, khoa, chuyên ngảnh về cơng nghệ nano vả vật liệu nano Chữ

“nano” gộc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo đề tạo ra đơn vị ước giảm đi 1 tỷ

lan (10”) Vi dy: nanogam = | phan ty gam, nanomet = | phan ty mét hay Inm = 10° m Khoa học nghiên cứu vẻ hạt nano đã và đang được quan tâm do chúng cĩ tính

chất vật lý, hố học và nhiều ứng dụng khác đặc biệt hơn so với khi nghiên cửu vẻ hạt

micro

Cơng nghệ nano là tơ hợp các quá trình chế tạo ra vật liệu, các thiết bị máy mĩc

và các hệ kỹ thuật mà chức năng của chúng được xác định bởi cấu trúc nano, tức là các

đơn vị câu trúc cĩ kích thước từ l 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 cảng đi sâu vào nhiều lĩnh vực hiện đại của khoa học - kỹ

thuật và thơng qua chúng nĩ đi vào đời sơng của chúng ta

Vật liệu nano là vật liệu trong đĩ ít nhất một chiều cĩ kích thước nanomct Thơng thường vật liệu nano được phân ra thành nhiều loại, phụ thuộc vao trang thai, cau trúc của

vật liệu và kích thước của chủng v.v

- _ Vẻ trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: ran, lỏng va khí

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

- - Về cấu trúc vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

+ Vật liệu nano khơng chiêu (cả ba chiêu đều cĩ kích thước nano, khơng cịn

chiều tự do nào cho điện tử)

Trang 11

Khỏa luận tốt n GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền

Vi du: Cac hat nano tir tinh sat oxit (magnetite Fe:O; maghemite a-Fe;O;) cĩ thé phá hủy các tế bào ung thư nhờ tác động của từ trường

+ Vật liệu nano một chiêu là vật liệu trong đĩ hai chiêu cĩ kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cảm tù)

Vi dụ: Silicat lớp (phyllosilicat) được kết hợp với các polime đề tạo nanocomposite

cĩ các tính chất chịu nhiệt chong chay, chiu mai mon, biển đổi các tính chất điện,

quang phụ thuộc vào dạng polime được sử dụng

+ Vật liệu nano hai chiêu lả vật liệu trong đĩ một chiêu cĩ kích thước nano, hai chiều tự do

Vỉ dụ: Ơng nano cacbon được triển khai trong các hệ thống cơ điện nano, bao gồm

các thành phản bộ nhớ cơ học, motor điện cỡ nano

Trang 12

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Anh Tién

ree eee eee rrr rrr

1.1.2 M6t so phuong phap tổng hợp vật liệu nano oxit

Hiện nay cĩ rất nhiêu phương pháp đẻ tổng hợp hạt nano cĩ thể chia thành 3

phương pháp cơ bản:

Phương pháp vật lý: nghiên bí bốc bay nhiệt trong lỏ ú, thủy nhiệt, bốc bay nhiệt trong chân khơng, phản ứng pha rắn nguội nhanh

Phương pháp hĩa học: đơng kết tủa, vi nhũ tương, sol-gel, hĩa siêu âm

- Phuong pháp hĩa lý: ngưng tụ, điện hĩa, điện hĩa siêu âm, phản ứng trong ơng thép ở nhiệt độ cao

Như ta đã thấy, các phương pháp tơng hợp vật liệu nano rất đa dạng, trong phạm vi

bài khỏa luận nảy chúng tơi chỉ trình bảy chỉ tiết về phương pháp sol-gel và đồng kết tủa

tơng hợp vật liệu nano oxit

1.1.2.1 Phương pháp đẳng kết tủa '*“

Phương pháp đồng kết tủa là phương pháp cực kỳ đa năng đẻ chẻ tạo hat ferrite cĩ

kích thước rất nhỏ và tính chất từ được phản ánh thơng qua việc điều chỉnh điều kiện thí

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

muối sunfat, muỗi nitrat được hịa tan trong mơi trường nước, sau đĩ được cho phản ứng với dung dịch bazơ hidroxit như KOH, NaOH, NHạOH đề tạo kết tủa Sản phẩm kết tủa được lọc rửa sạch bằng nước cất và được làm khơ ở nhiệt độ phịng Các hạt được tống hợp cĩ kích thước từ vài nanomet đến vải chục nanomet Kích thước hạt cĩ thể được

kiểm sốt thơng qua nhiều yếu tố như tỉ lệ vật liệu ban đầu, trạng thái oxy hĩa, độ pH

dung dịch

Mặc dù đồng kết tủa là phương pháp đơn giản nhưng khi các hạt nano hình thành chúng kết tụ rất mạnh do nhiều yếu tơ như diện tích tiếp xúc trực tiếp, ảnh hưởng của lực trọng trường mơi trường lưu giữ hạt để bị oxy hĩa và gây ra sự xen lần nhiều pha khác

nhau Các hạt kết tụ này làm hạn chế khả ăng ứng dụng tiếp theo, do đĩ địi hỏi phải cĩ sự

biến đổi bẻ mặt

Phương pháp này cĩ những ưu điểm khả quan trọng: chế tạo đơn giản, phản ứng

xảy ra nhanh, cĩ thẻ tạo ra hạt nano với độ đồng nhất, độ phân tán khá cao Nhưng phương pháp này cĩ nhược điểm là các hạt nano sau khi hình thành sẽ kết tụ mạnh

Trang 13

Khĩa luận tốt nghiệ GVHD: TS Nguyén Anh Tién

Eseries eda mem

Vị dụ: Lê Hồng Phúc, 2008, "nghiên cứu, tổng hợp các hạt oxit sắt Fe;O, kích

thước nano bằng phương pháp đồng kết tủa để ứng dụng trong y học và sinh học ", trường Đại học Cơng nghệ đã tơng hợp được vật liệu cĩ kích thước nhỏ hơn 100nm

Tổng hợp vật liệu nano bang phương pháp đồng kết tủa vẫn cịn hạn chế Đẻ khắc phục hạn chế, các nhà khoa học đã phát triển hướng mới tơng hợp vật liệu

1.1.2.2 Phương pháp sol-get '“

Mac di đã được nghiên cứu vào những năm 30 của thế kỉ trước Nhưng gân đây, củng với sự ra đời và phát triển của kĩ thuật nano, phương pháp sol-gel lại được quan tâm

rất nhiêu vì no rat thành cơng trong tơng hợp vật liệu cấp hạt nano

Tir “Sol” la ti dau cua danh tir “solution”, con tir “Gel” 1a tir dau cua “gelation”

Sử dụng phương pháp Sol-gel ta cĩ thê chế tạo ra các hợp chất ở dạng khối, siêu mịn

mảng mỏng vả 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 là một chuỗi quy trình các phản ứng hĩa học bắt đầu đi từ

dung dịch sol của các precursor dạng lỏng và răn các hạt sol được phán ứng thủy phân

và ngưng tụ đề tạo thành gel Gel được sây, nung để loại bỏ các hợp chất hữu cơ và hình

thành sản phẩm cuối cùng ở trạng thái rắn

Precursor là những phần tử ban đầu đẻ tạo những hạt sol Sol hình thành từ các

thành tố kim loại hay á kim, bao quanh bởi những ligand khác nhau (hữu cơ kim loại) hoặc những gốc mudi v6 co (mudi vơ cơ kim loại)

Trong quả trình sol-gel, giai đoạn đầu tiên là sự thuỷ phân vả đơng tụ tiền chất đẻ hình thành sol, dạng đồng nhất của các hạt oxit siêu nhỏ trong chất lỏng Chất đầu để tổng hợp sol này là các hợp chất hoạt động của kim loại như các alkoxide của silic, nhơm,

titan Giai đoạn này cĩ thể điều khiển bằng sự thay đơi pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng, xúc tác, nịng độ tác nhân, tỷ lệ nước Các hạt sol cĩ thẻ lớn lên và đơng tụ để hình

thành mạng polime liên tục hay gel chứa các bẫy dung mơi Phương pháp làm khơ sẽ xác

định các tính chất của sản phẩm cuối cùng: gel cĩ thẻ được nung nĩng để loại trừ các

phân tử dung mơi gây áp lực lên mao quản và làm sụp đơ mạng gel, hoặc làm khơ siêu

Trang 14

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền

tới hạn, cho phép loại bỏ các phân tử dung mơi mà khơng sụp đơ mạng gel Sản phẩm cudi cùng thu được từ phương pháp làm khỏ siêu tới hạn gọi là aerogel, theo phương pháp

nung gọi là xerogel Bên cạnh gel cịn cĩ thê thu được nhiều loại sản phâm khác

Sal

[Dinh hinh sal Ciel (un)

Say (xel (kho) / | Nung nhat Khĩ:

Hình 1.2 Các ước tạo vật liệu bằng phương pháp sol-gel Phương pháp sol-gel được thực hiện theo quy trình sau:

Hình 1.3 Quy frình của phương pháp soi-gei

Trang 15

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Anh Tiên Ưu điểm của phương pháp nảy là cĩ thẻ sử dụng nhiều loại vật liệu khác nhau, cĩ khả năng thích ứng với nhiêu điều kiện phản ứng tạo ra các hạt cĩ kích thước tương đối đều, đồng nhất, nhỏ mịn

Với những ưu điểm trên, chúng tơi sử dụng phương pháp sol-gel dé tơng hợp vật

liệu nano NiFe,O, nhăm mục đích tạo ra được vật liệu đơn pha và cĩ kích thước nanomet,

Trong đê tài này, chúng tơi tơng hợp vật liệu nano NiFe;O, băng phương pháp sol-

gel sử dụng PVA được thực hiện bằng cách khuấy trộn hỗn hợp bao gơm dung dịch các

muối và dung dịch PVA đã được hịa tan trong nước nĩng

1.1.3 Một số ứng dụng của vật liệu nano

Vật liệu nano cĩ rất nhiều ứng dụng trong đời sống, trong khĩa luận nảy, chúng tơi

giới thiệu một số ứng dụng nỗi bật như:

- - Dược học thuốc chữa bệnh: Cĩ khả năng chế tạo các phân tử sinh học mả chuyền

dược phẩm trong tế bào Điều này cĩ thể giải phĩng các hạt nano hoặc hĩa chất chỗng ung thư đáp lại tín hiệu nguy hiểm từ tế bảo bệnh"

- - Lưu trữ thơng tin: Trên thực tế, các hạt nano thường được img dung trong audio, băng video và đĩa hiện đại, chúng phụ thuộc vào tính chất quang và tính chất từ của hạt

mịn Với các tiến bộ kĩ thuật, cảng ngày con người cảng chế tạo các loại vật liệu lưu trữ

thơng tin cĩ dung lượng lớn nhưng kích thước ngày cảng nhỏ gọn

- _ Gốm và các chất cách điện cải tỉnh: Việc nén các hạt gốm kích thước nano tạo ra

các vật rắn mẻm dẻo, dường như là do vơ số ranh giới hạt tồn tại Những vật liệu mới này

cĩ thể được sử dụng như chất thay thế cho kim loại trong rất nhiều ứng dụng

- - Pữn mặt trời: Hạt nano bán dẫn, cỏ kích thước điều chỉnh được, cĩ tiềm năng tạo pin mặt trời với hiệu suất cao hơn

- Chất xúc tác: Tầm quan trọng của vật liệu cầu trúc nano là sự xúc tác khơng đồng nhất phụ thuộc vào các hạt nano của kim loại và nghiên cứu vẻ tac động của kích thước hạt Đây là lĩnh vực đã và đang thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học Ví dụ:

NiFezO, cĩ nhiêu ứng dụng trong thực tế như làm xúc tác chuyển hố trong hữu cơ quá

trinh Reforming

Trang 16

- Vật liệu từ: Trong đời song, NiFeyO; được ứng dụng làm vật liệu từ như: lồi biến

thê, nam châm điện

- Tinh hap phụ ion kim loại nặng của vật liệu nano

Trong nước, các ion kim loại bị bao bọc bởi một lớp vỏ các phần tử nước tạo nên

các ion bị hidrat hố Bán kinh (độ lớn) của lớp vỏ hidrat ảnh hưởng nhiều đến khả năng

hấp phụ của hệ do lớp vỏ hidrat là yếu tơ cản trở tương tác tĩnh điện Với các ion củng

điện tích thi ion cỏ kích thước lớn sẽ hấp phụ tốt hơn do cĩ độ phân cực lớn hơn vả lớp vỏ hidrat nhỏ hơn Với các ion cĩ điện tích khác nhau khả năng hắp phụ của các ion cĩ điện

tích cao tốt hơn nhiều so với ion cĩ điện tích thấp

+ Nguyen lí hoạt động của thiết bị lọc ứng dụng vật liệu nano

Nhờ tơn tại với kích thước nano nên các vật liệu cĩ độ rỗng xốp điện tích bẻ mặt,

điện tích hấp phụ vơ cùng lớn cĩ khả năng tăng lực hấp phụ lơi kéo các hạt vật chat 6

nhiễm bám dính trên các lỗ mao quản của vật liệu hắp phụ Nước được đưa vào ống dẫn nước

của máy lọc sau đĩ nước được đây vào oo @ Suet

phía trong lõi lọc nano theo chiêu hướng đi Nhu | Z3

từ dưới lên phía trên của lỗi lọc nano cĩ Fa |

nhiều khe hở để dịng nước sau xử lý chảy a} =,

trản qua khơng gian giữa thân máy và lồi |

nano Nước sạch chảy vào lỗ thu nước ra và T ||

theo vịi ra để cĩ thể sử dụng Hoạt động mw 4 —

của thiết bị khả đơn giản và tiện sử dụng dé

cĩ thé lap dat vào các vị trí khác nhau Lan soe ;

° ® (qua ảng chẹn

GÀ

\e

Hình 1.4 Thiếi bị lọc ứng dụng cơng nghệ nano

Trang 17

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền 1.2 Tổng quan tính chất các nguyên tổ Ni, Fe và hợp chất oxit, hidroxit của chúng

- Đề tơng hợp vật liệu nano NiFexO;¿, chúng tơi đi từ các muỗi cĩ chứa các ion kim loại là:

Ni, Fe Sau đây, chúng tơi tìm hiểu tơng quan tỉnh chất của các nguyên tỏ, hợp chất cĩ chứa các ion Ni, Fe

1.2.1 Niken, Niken oxit, Niken hidroxit **!

1.2.1.1 Nik cước Ký hiệu nguyên tố, số thứ tự oral Ni, 28

Cau hinh electron héa tri [Ar]}3d*4s°

Ban kinh nguyén tu (A°) 1,24

Nhiệt độ nĩng chảy (°C) I455

Nhiệt độ sơi (°C) 2913

Nhiệt lượng nĩng chảy(kJ.mol') 17,48

Hinh 1.5 Kim logi Niken

Nhiệt lượng bay hơi (kJ.mol'”) 371,5

Niken là một kim loại màu trắng bạc, bê mặt bĩng láng Niken nằm trong nhĩm sắt

từ Đặc tỉnh cơ học: cứng dễ đát mỏng và dễ uốn để kéo sợi Trong tự nhiên, niken xuất

hiện ở dạng hợp chất với lưu huỳnh trong khống millerit, với asen trong khống niccolit, và với asen cùng lưu huỳnh trong quặng niken

Niken là một trong năm nguyên tổ sắt từ Khoảng 65% khơi lượng niken được tiêu thụ ở phương Tây dùng làm thép khơng ri 12% cịn lại được dùng làm "siêu hợp kim”, 23% cịn lại được dùng trong luyện thép, pin sạc, chất xúc tác, vật liệu từ mềm và các hĩa

chất khác đúc tiên, sản phẩm đúc và bảng kim loại

Niken cĩ rất nhiều ứng dụng quan trọng như: làm thép khơng gỉ và hợp kim chống

ăn mịn nam châm vật liệu từ mêm chất xúc tác cho quá trình hidro hỏa

Trang 18

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

_.——m—mm——mmnmmẦmmmn———mm

1.2.1.2 Niken (H) oxi

nickel (II) oxide

Hinh 1.6 Tink thé niken (11) oxit

- Màu sắc: xanh lá cây

- Dạng tính thể răn (hình 6) - Điểm nĩng chảy: 1960 ° C

Niken (II) oxit cĩ nhiều ứng dụng trong thực tiển; sử dụng trong ngành cơng

nghiệp gốm sứ, sản xuất hợp kim thép niken, sản xuất pin sạc, làm xúc tác linh hoạt

1.2.1.3 Niken (11) hidroxit

Được tạo ra do tác dụng của bazơ với muối niken (II) Niken hidroxit là chất màu

vàng, tan trong amoniac tạo thành phức [Ni(NH;)¿|(OH)a

Ni(OH); khơng tan trong nước vả tan đễ trong dung dịch axit

_>————————=>———————>-

Trang 19

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Anh Tiến

1.2.2 Sắt, Sắt (H1) oxit, Sắt (I1) hidroxit 1.2.2.1 Sắt Nguyên tố, số thứ tự Fe, 26 Cau hinh electron héa tri [Ar]3d°4s° Bán kính nguyên tử (A”) 1,26 Nhiệt độ nĩng chảy (°C) 1538

Hinh 1.7 Kim loại sắt Nhiệt độ sơi ('C) —_ Nhiệt lượng nĩng chảy (kJ.mol') 13.81

Nhiét lugng bay hoi (kJ.mol’!) 340

Sắt cĩ màu trăng xám, để rèn và để đát mỏng Trong tự nhiên tổn tại 4 đồng vị bẻn “Fe, “Fe, “ “Fe và “” Fe, trong đĩ đơng vị ““Fe chiếm 91,68 %, cĩ tính sắt từ: chúng bị nam châm hút và dưới tác dụng của dịng điện chúng trở thành nam châm Từ tính của sắt đã

được phát hiện từ thời cơ xưa cách đây hơn hai ngàn năm Nguyên nhân của tính sắt từ khơng phải chỉ là ở nguyên tử hay ton ma chu yếu là ở mạng lưởi tinh thể của chat

Sắt cĩ 4 dạng thù hình bên ở những khoảng nhiệt độ xác định:

700°C 911°C 1390°C «136°C

a - Fe —— j - Fe —— y - Fe ——— ồ -Fe —— Fe long

Những dạng œ và ÿ cĩ cấu trúc tỉnh thẻ kiểu lập phương tâm khối nhưng cấu trúc

electron khác nhau nên a-Fe cĩ tính sắt từ và -Fe cĩ tính thuận từ, œ-Fe khác với B-Fe là

khơng hịa tan cacbon y-Fe cĩ cấu trúc lập phương tâm diện và cĩ tính thuận từ, - Fe cĩ

cau trúc lập phương tâm khối như a-Fe nhưng tơn tại đến nhiệt độ nĩng chảy

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

do Để thu được sắt tự do, các tạp chất phải được loại bỏ bằng phương pháp khử hĩa học Ung dụng của sắt là dùng để sản xuất gang và thép

Trang 20

————————>——>————>——>—>——T Ty ———m———-mnmammœ

1.2.2.2 Sat (111) oxit

Chất vật liệu khơng tan trong nước cĩ mảu nâu đỏ, cĩ các dạng đa hình giống

nhơm oxit: a- Fe:O; là tính thể lục phương giỏng với corudum và tốn tai trong thiên nhiên

đưới đạng khống vật hematite, y- FesO: là tinh thé lap phương giống với y-Al;O: ngồi

ra cịn cé fi-Fe,Os, © -Fe,O; Dang a co tinh thuận từ cịn dạng +y cĩ tính sắt tỪ

œ-FeyO được nghiên cửu và tìm thay trong tự nhiên duci dang quang hematite

Hematite cé dang hinh thoi ở trung tâm và cĩ cấu trúc lục giác giống như hình dạng của những vién corudum (a-Al,O;) trong mạng lưới oxi trong đĩ ion sắt (II) chiếm 2/3 thé tích bát diện

Hematite là một trong những sản phẩm cuối

cùng của sự biến đơi nhiệt của các hợp chất sắt (II) và

sắt (111) Ngồi phương pháp xử lý nhiệt thì một loạt các

phương pháp khác đẻ tơng hợp hematite đã được biết

đến chăng hạn như phương pháp hĩa ướt Hematite

được điều chế bằng cách thuỷ phân muỗi sắt trong mơi

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

B-FeO; cĩ từ tính khơng én định là một điểm riêng để phân biệt nĩ với các dạng œ, y £, B-Fe;O: siêu

Hình 1.8 Cấu trúc của ø-F#;Ø: bèn với nhiệt và được chuyển đổi thành hematite ở nhiệt độ khoảng 500°C

y-FesO; tơn tại trong tự nhiên dưới dạng khống

maghemite y-FezO; khơng bên với nhiệt và được chuyến thành hematite ở nhiệt độ cao

hơn Nhiệt độ và cơ chế của sự thay đổi cấu trúc phụ thuộc vào điêu kiện thí nghiệm và

đặc biệt là kích thước của các hạt maghemite Trong trường hợp cấu trúc hạt bé thì e -

Fe,O, là chất trung gian trong sự chuyên đổi cấu trúc từ y-FeyO:———+dœ-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 nhiều sự nghiên cửu do nĩ cĩ tính từ và được sử dụng lảm

chất xúc tác

Trang 21

g-Fe;O: được tổng hợp bảng phương pháp sol-gel hoặc đun nĩng dung dich kali

ferricyanide với hypochlorite natri và kali hidroxit, sau đĩ nung kết tủa ở 400°C Nhiệt độ

chuyên dạng thù hình từ z-Fe;O-»œ-FezO; năm trong khoảng từ 500°C + 750°C Kich

thước của các hạt z -Fe;O; điều chế theo những phương pháp khác nhau là khoảng 30-80 nm

Fe;O; được hình thành trong quá trình nhiệt phân của FeO(OH) ở 170°C trong

chân khơng Năm 1975 Howe và Gallagher đã biết được cơ chế mắt nước và cấu trúc của oxit sắt Họ thấy rằng các oxit cĩ cấu trúc khuyết tật đều cĩ tất cả các đặc tính của các hợp chất ban đầu Bốn mơ hình phân phối các anion chỗ trống trong mạng tỉnh thẻ oxit đã

được đưa ra Sắt oxit cĩ câu trúc dạng ơng thì được giữ lại trong quá trình mất nước, ion

sắt (II1) cĩ số phối trí lả 4 ®Ứng dụng

- _ St (II) oxit khơng chỉ là một vật liệu dùng trong chiến lược cơng nghiệp mà nĩ cịn là một hợp chất được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu tỉnh đa hình và sự thay

đổi hình dang trong cac hạt nano Bến loại thù hình của FezO; cĩ kích thước nano đã

được tơng hợp và nghiên cứu rộng rãi trong những năm gân đây

- - Fe;O; cũng là nguyên liệu đầu vào để sản xuất ferrite Ngồi ra, nĩ cịn được sử

dụng trong cơng nghệ sản xuất gốm sứ, nam châm vĩnh cửu, trong kỹ thuật lưu trữ

phương tiện truyền thơng

- - Tính điện từ và khả năng quang học của các hạt nano siêu thuận từ cĩ tam quan

trọng trong nhiêu ngảnh cơng nghiệp ứng dụng bao gồm cả việc phát triển mới các thiết bị

điện vả thiết bị quang học Lợi thế của việc sử dụng các hạt FezO kích thước nano lả do chúng cĩ tính ơn định hố học

1.2.2.3 Sắt (II) hidroxit

Được tạo ra do tác dụng của bazơ với muối sắt (IIT) San phẩm cĩ màu đỏ gi, mau nâu đỏ hay mảu ánh tim được sử dụng làm vật liệu mảu Ngoải ra nĩ được sử dụng ở

trạng thái tỉnh khiết đẻ làm thuốc giải độc asen

Trang 22

Khĩa luận tot nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiên Fe(OH); khơng tan trong nước và cĩ tỉnh lưỡng tính yếu: tan để trong dung dịch axit vả tan được trong dung dịch kiêm đặc nĩng hoặc NazCO; hay K;CO; nĩng chảy

Các kết tủa hidroxit được biết là cĩ hệ số lọc thắp và đo đĩ khĩ rửa các ion tự do

của tạp chất Các đặc điểm của kết tủa hidroxit phụ thuộc chủ yêu vào pH và nhiệt độ tạo thành kết tủa

1.3 Cau tric tinh thé ferrite spinel dang AB,O,

Ferrite spinel cĩ cầu trúc tương tự khống vật spinel MgO.AlạO; (AB;O,) Cơng thức hĩa học chung của ferrite spinel là MO.FeạO: hay MEFe;O(, trong đĩ M lả ion kim

loại hĩa trị 2 Mặc dủ phân lớn ferrite spinel chứa ion hĩa trị 3 là Fe`" nhưng vẫn cĩ thể thay thể một phần hay hồn tồn bằng các ion hĩa trị 3 khác như AI`", Cr”, Mn*” Cac

lon kim loại hĩa trị 2 thường là sự kết hợp giữa các ion Mn”", Ni”, Cu”, Mg”, Co”, Fe”" Zn”" Mặc dủ các ion kim loại hỏa trị 2 như Mẹ”” hay ZnŸ” khơng thuận từ nhưng được sử dụng đẻ thay thể ion Fe" tại các vị trí trong mạng tính thẻ đẻ làm tang momen tw

Hình 1.9 Cau tric tinh thé ferrite spinel

Ferrite spinel được hình thành tử các oxi cĩ cấu trúc xếp chặt tạo thành ơ mạng cơ

sở chứa 8 phân tử AB;O, Mỗi ơ mạng cơ sở chứa 64 lỗ trống tứ điện và 32 lỗ trống bát điện Để trung hịa điện tích với các ion oxi, chỉ cĩ 8 lỗ trống tứ điện vả 16 lỗ trống bát điện chứa các cation kim loại Các lỗ trống này lần lượt được kí hiệu là A (tử điện) và B (bát điện)

Quy luật phân bố của các cation hĩa trị 2 và 3 vào các lỗ trống tứ diện và bát diện phụ thuộc vào bán kính ion, kích thước lỗ trơng, nhiệt độ xu hướng phối trí vả điều kiện

tơng hợp Khi chỉ xét theo bán kính thì các ion hĩa trị 2 cĩ kích thước lớn hơn các ion hĩa

Trang 23

tri 3 va 16 trồng bát diện cũng lớn hơn lỗ trỗng tử diện nên các cation hĩa trị 3 sẽ chiếm các lỗ trống tử điện và các cation hĩa trị 2 sẽ chiếm các lỗ trống bát diện Tuy nhiên, đối với các cation như Zn”', Cd”” sự việc xảy ra ngược lại Sự phân bê vừa nêu dẫn đến sự

tương tác trao đổi giữa các phân mạng vả tạo nên trật tự từ đặc trưng của ferrite

- Cac loai spinel

+ Ferrite spinel thuan

vế Trong cầu trúc spinel thuận cation hĩa trị 2 năm ở vị trí tir dién (A), cation

hĩa trị 3 năm ở vị trí bát điện (B) Ví dụ: đối với ferrite kem ZnFe,O,, ion Zn** sé chiém lỗ trống tứ điện cịn Fe ” sẽ nằm ở lỗ trống bát điện

+ Ferrite spinel nghịch

¥Y _ Trong spinel nghịch, cac ion A?” nam ở vị trí bát điện, một nửa số BỶ” phản bố ở vị trí tứ diện nửa cịn lại phân bố ở vị trí bát điện Ví dụ: đối với ferrite niken

NiFe:O, thi một ơ mạng cơ sở sẽ gồm 8 phân tứ NiFe;O, các ion Fe`” ưu tiên chiếm lỗ

trồng tứ diện Do số lỗ trống này chí đủ cho 8 ion Fe`" nên số ion Fe" cịn lại và 8 ion

Ni”' sẽ nằm ở lỗ trống bát điện Các moment từ của Ni” và Fe”” ở vị trí bát điện sẽ đối

song với các moment từ của Fe`” ở vị trí tứ diện Kết quả là các moment của Fe”" bị triệt

tiêu, song moment của ion niken lai làm tăng độ từ hĩa Rất nhiêu ferrite quan trọng trong kĩ thuật cĩ cấu trúc spinel nghịch

Trang 24

1.4 Các phương pháp nghiên cứu cầu trúc và tính chất của vật liệu nano

NiFe,O,

1.4.1 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) và khối lượng nhiệt (TGA)

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

tham khảo được nung đơng thời trong lị Chất tham khảo 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 đơi khơng tuyến tính với nhiệt độ của lị

Phân tích nhiệt thường được tiến hành trong mơi trường khi tro thường là Nitơ, Argon Heli Lượng nhiệt được hắp thụ (thu nhiệt) hay giải phĩng (tỏa nhiệt) khi trong mẫu cĩ những thay đổi lý hố nhất định

Kết quả đo DTA phụ thuộc vào nhiều yếu tố:

Các yếu tổ phụ thuộc thiết bị như hình dáng lỏ, khí quyền của lị, vị trí cặp nhiệt, vật liệu làm chén nung, tốc độ nung

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

Đường cong DTA cịn dùng để xác định hiệu ứng nhiệt của phản ứng Hiệu ứng nhiệt của phản ứng được tính tốn thơng qua điện tích peak, ngồi ra phương pháp phân

tích nhiệt vi sai cịn dùng đề xác định độ tỉnh khiết của mẫu

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

đổi khối lượng cúa chất theo nhiệt độ khi chất được đặt trong lị nung cĩ chương trình thay đổi nhiệt độ được kiểm sốt một cách chặt chẽ Nhiệt độ nung cĩ thể lên đến

1600°C

Mẫu được nĩi với một cân nhiệt để cân mẫu liên tục trong quá trinh nung Dé lién tục phát hiện sự thay đổi của mẫu trong quả trình nung chén đựng mẫu phải được nồi kết

với một cân nhiệt

«———————— -ễ—

Trang 25

Khỏa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Đường cong TG giúp ta cĩ thẻ xác định được độ bên nhiệt của chất, các phản ứng xáy ra trong quá trình phân hủy nhiệt của chát và đơng thời xác định được độ tỉnh khiết

của chất

Trong bài khĩa luận này, các quá trình hĩa lý xảy ra khi nung mẫu được nghiên

cứu bảng phương pháp phân tích nhiệt TGA/DTA đo băng máy DTG-60H do hãng

Shimadzu Nhật Bản sản xuất tại phịng thi nghiệm Hĩa lý, khoa Hĩa, trường Đại Học Sư

Phạm Hà Nội Mẫu được nung trong mơi trường khơng khí đến nhiệt độ tơi đa 1a 1000°C

Tốc độ gia nhiệt là 10”/phút,

1.4.2 Phương pháp nhiễu xa tia X (XRD) "! Nguyên tắc

Khi chiếu một chùm electron cĩ nang lượng

lớn vào bẻ mặt của đối âm cực (anot), các

electron ớ bê mặt của đổi âm cực bị bứt ra và làm xuất hiện lỗ trống Các electron ở mức

năng lượng cao hơn nhảy về mức năng lượng

thắp hơn đẻ lắp đầy chỗ trống đồng thời làm

phát ra năng lượng thừa và năng lượng đĩ

được gọi là tia X Hình 1.10 Nhiéu xq tia X

Định luật Bragg

Giả sử cĩ một chùm tia X đơn sắc đến gặp tỉnh thể vả phản xạ trên các mặt phẳng

mạng

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

Hiệu quang trinh: A=2dsãn9 (1)

Đối với nhiều gĩc tới 6 giá trị A khơng phải băng một số nguyên lần bước sĩng 2 nên các tia X phản xạ cỏ giao thoa giảm

ee

Trang 26

Khi A = nÀ thi các sĩng phản xạ sẽ cùng pha vả ta cĩ sự giao thoa tăng Như vậy ta sẽ thu được cường độ sĩng phản xạ tăng mạnh khi gĩc tới Ơ thoả mãn điều kiện:

2dsin8 =nÀ (2)

Đây chỉnh là nội dung của định luật Bragg

Ứng dụng của định luật Bragg là đẻ xác định khoảng cách mạng d khi đã biết À và

gĩc tới Ư tương ửng với vạch thu được

Ta cĩ thê tính kích thước trung bình của tinh thé theo cơng thức Scherrer như sau: _-_ kÀ cos8 ® (3) Trong đĩ: ®: kích thước tỉnh thể ©: géc Bragg

À: bước sĩng của bức xạ tia X (Fe-K„=l,7 A”, Cu-K,=l.5 A°, W- K„=0.5 A°, U-K„=0.14 A” )

k: hằng số phụ thuộc vào hình dạng của tỉnh thể con (0.89)

f: độ rộng ở 1⁄4 chiều cao của peak sau khi trừ đi độ rộng do thiết bị (rad)

@Ung dung

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

xác định bản chất của vật liệu

Trong bài khĩa luận này, thành phân pha của vật liệu tạo thành được kiểm tra

bằng phương pháp nhiễu xạ tia X trên máy D8 Advance — Bruker tai Trung tam thiét bị khoa học và phản tích Hố lỷ — Viện Khoa học vật liệu ứng dụng Tp HCM Mẫu được đo

với bước sĩng của bức xạ tia X là Cu-Ka=l,5 A? 28= 10-80”

Trang 27

|e

1.4.3 Kính hiển vi điện tir quét (SEM) "”

Kinh hiến vi điện tử quét (SEM): là loại kinh hiên vi điện tử cĩ thẻ tạo ra ảnh cĩ độ phân giải cao của bê mặt mẫu

Ưu điểm

Khơng cần phá mẫu khi phân tích và cĩ thể hoạt động trong mơi trường chân khơng

thấp

Nguyên lý hoạt động

Một chùm điện tử đi qua các thâu kính điện tử để hội tụ thành một điểm rất nhỏ chiếu lên bẻ mặt của mẫu nghiên cứu Nhiều hiệu

ửng xảy ra khi các hạt điện tử của chùm tia và

chạm với bẻ mặt của vật răn Từ điểm chùm tia va chạm với bẻ mặt của mẫu cĩ nhiêu loại

hạt, nhiêu loại tia phát ra (tin hiệu) Mỗi loại tín Hình 1.11 Kính hiển vi điện tử quét hiệu phản ánh một đặc điểm của mẫu tại điểm (SEM)

được điện tử chiếu vào Vi đụ:

- - Số điện tử thử cấp (điện tử Auger) phát ra phụ thuộc độ lồi lõm ở bè mặt mẫu - _ Số điện tử tán xạ ngược phát ra phụ thuộc điện tích hạt nhân Z

Bước sĩng tia X phát ra phụ thuộc nguyên tử ở mẫu là nguyên tơ nào (phụ thuộc Z)

Cho chùm điện tử quét trên mẫu, đơng thời quét một tia điện tử trên màn hình của

đèn hình một cách đơng bộ, thu và khuếch đại một tín hiệu nào đĩ của mẫu phát ra dé lam

thay đổi cường độ sáng của tia điện tir quét trén man hinh va ta thu duge anh

Cho tia điện từ quét trên ảnh với biên độ d nhỏ (cỡ mm hay pm) con tia điện tử quét trên màn hình với biên độ l) lớn (bằng kích thước của màn hình) khi đĩ ảnh cĩ độ

phĩng đại I2/d

Trang 28

GVHD: TS Nguyén Anh Tiến

Độ phĩng đại của kính hiển vi điện tử quét thơng thường từ vải ngàn đến vải trăm ngàn lần Năng suất phân giải phụ thuộc vào đường kính của chùm tỉa điện tử hội tụ chiếu

lên mâu

Với súng điện tử thơng thường (sợi đốt là đây vonfram 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 kinh 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 nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược đẻ quan sat các hạt cỡ l nm và theo đơi được cách sắp xép nguyên tử trong từng hạt nano đĩ

®Ứng dụng

Loại hiển vi này cĩ nhiều chức năng nhờ khả năng phĩng đại và tạo ảnh rất rõ nét,

chỉ tiết Hiển vi điện tử quét SEM được sử dụng đẻ nghiên cứu bẻ mặt vật liệu cho phép

xác định kích thước và hình dạng của vật liệu

Trong bài khĩa luận này, kích thước và hình thái hạt được quan sát băng kính hiển

vi dién nr quét - FE SEM Model S4800 Hitachi tai Viện Hĩa học Tp HCM và Viện Cơng

nghé cao Tp HCM

1.4.4 Kính hiển vi điện tử truyền (TEM) !”*! Kinh hiển vi điện tử truyền (TEM) là một loại kính hiển vi cĩ chùm điện tử truyền qua mẫu là

một chùm điện tử được hội tụ thành một chùm hẹp

và được quét trên mẫu Nhờ việc điều khiển thấu kính hội tụ, chùm điện tử cĩ thể hội tụ thành một

chùm tia cĩ kích thước rất hẹp do đĩ cho phép ghi ảnh với độ phân giải rất cao Hơn nữa, vì chùm

điện tử là hội tụ, nên gĩc tán xạ của điện tử sau khi

Trang 29

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Anh Tién phân tích mạnh ví dụ như phép ghi ảnh trường tơi với gĩc lệch vành khuyên lớn khả năng phân tích phân bố các nguyên tố với độ phân giải cực cao nhờ phép phân tích pho ton hao

năng lượng điện tử thực hiện đồng thời với quá trình ghi ảnh

Ảnh độ phân giải cao trực tiếp liên quan đến nguyên tử khỏi của các nguyên tổ do đĩ rất hữu ích cho việc phân tích sự phân bố của các nguyên tổ hĩa học Đường đi của tia điện tử qua các thấu kính điện tử và cách phĩng đại ở kính hiển vi điện tử truyền (TEM) rất giỏng như kính hiển vi quang học

Trong bài khĩa luận này kích thước và hình thái hạt được quan sát bang kinh hiển

vi dién tư truyền TEM JEM 1400 của JEOL tại Viện Cơng nghệ cao Tp HCM

1.4.5 Phương pháp đo độ tir héa (VMS)

Bắt cứ vật liệu nào đều cỏ 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 tử cĩ thé phan ra làm các loại vật liệu từ khác nhau Vật liệu cĩ c<<0 (~10'') được gọi là vật liệu thuận từ Vật liệu cĩ c > 0 với giá trị rất lớn cĩ thẻ là vật liệu sắt từ, ferrite từ Ở đây, vật liệu từ tính ngụ ý là vật liệu sắt từ, ferrite từ hoặc siêu thuận từ

Ngồi độ cảm từ, một số thơng số khác meee: È mm

cũng rất quan trọng trong việc xác định tỉnh hadith

: TH" ri

chất của vật liệu Ví dụ như: độ bio hoa tit M, J J

HÀ :

(độ từ tính đạt cực đại tại từ trường lớn), từ dư M, (độ từ tính cịn dư sau khi ngừng tác động

Bore 1+2

“wt

của từ trường ngồi), lực kháng từ H, (tử trường

ngồi cần thiết dé một hệ, sau khi đạt trạng thái bão Hình 1.13 Đường cong từ tỂ hịa từ, bị khử từ) Nếu kích thước của hạt giảm đến của vật liệu sắt từ một giá trị nào đĩ (thơng thường từ vài cho đến vải

chục nanomet), phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thé, tinh sat tir va ferrite tir bién mat,

chuyển động nhiệt sé thăng thế và làm cho vật liệu trở thành vật liệu siêu thuận tử Đối với vật liệu siêu thuận từ từ dư và lực kháng từ bằng khơng Điều đĩ cỏ nghĩa lả: khi

ngừng tác động của từ trường ngồi vật liệu sẽ khơng cịn tử tính nữa, đây lả một đặc

_———>—————.————

Trang 30

điểm rất quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng y sinh học Hạt nano từ tính dùng trong y sinh học cân phải thỏa mãn ba điều kiện sau: tính đơng nhất của các hạt cao, độ bão hịa từ 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 dể dàng Vật liệu từ mẻm thường được dùng làm vật liệu hoạt động trong trường ngồi, vỉ dụ như lõi biên thẻ, lõi nam châm điện các lưi dẫn từ Thơng số quan trọng đâu tiên dé nĩi lên tính chất từ mềm của vật liệu từ mẻm là lực kháng từ H, Lực kháng từ của các vật liệu từ mẻm phải nhỏ cỡ 100 Oe Những vật liệu cĩ tính từ mềm tốt, thậm chí cĩ lực kháng từ rất nhỏ (tới cờ 0.01 Oe) Dé tir tham ban dau (p = B/H) là thơng số rat quan trong dé nĩi lên tính từ mềm của vật liệu từ mềm Vật liệu từ mềm cĩ độ từ thẩm ban đầu từ vải trăm đến vài ngàn, các vật liệu cĩ tỉnh từ mềm tốt cĩ thẻ đạt tới vải chục ngàn, thậm chí hảng trăm ngản Các vật liệu

tir mém như hợp kim Fe - Sỉ hợp kim Ni — Fe, hợp kim vơ định hình vả nano tỉnh thẻ

Đối với vật liệu từ cửng cĩ những tính chất trái ngược với vật liệu từ mềm Vật liệu từ

cứng cĩ lực kháng từ cao, điều kiện tối thiểu là trên 100 Oe, nhưng vật liệu từ cứng phơ

biến thường cĩ 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 tỉnh thể lớn trong vật liệu Các vật liệu từ cứng thường cĩ cấu trúc tỉnh thẻ cĩ tính đối xửng kém hơn so với các vật liệu từ mềm và chúng cĩ dị hướng từ tỉnh thẻ rất lớn

Mẫu vật liệu sau khi được điều chế được dồn vào cĩc thủy tỉnh nhỏ, cân mẫu Sau

đĩ, cốc thủy tỉnh 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 dạng nào: rắn hay lỏng khỏi lượng

mẫu, thơng số cân lây sau khi đo: H, và M,), theo đõi từ trường của máy sao cho bão hịa

với độ kháng từ của vật liệu Cuối cùng, cho máy hoạt động và đưa ra biểu đồ đường cong từ trễ và kết quả theo yêu cầu

Các đặc trưng từ tính của mẫu được đo ở phỏng Vật liệu tử và siêu dẫn thuộc phán

viện Vật lý thành phổ Hỗ Chi Minh loại máy Microsene EVI I được thực hiện ở nhiệt độ

phịng

Trang 31

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến -_—————————TmTy TïÐ—————————=TEễTïEễ—ễ——ETïỶ—————————————————-—— Rk CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Dụng cụ, thiết bị, hĩa chất 2.1.1 Dụng cụ và thiết bị - _ Cốc thủy tỉnh loại 50 ml, 100 ml, 500 ml - Pipet loai 1 ml, 2 ml, 5 ml, 10 ml, 25 mi - Dia thay tỉnh, nhiệt kẻ thủy ngân

- _ Cân phân tích Fartorius, 4 số lẻ - - Máy khuấy từ MCS-400

- _ Bếp điện Gali, tủ sây Memmert (xuất xử: Đức) - _ Lị nung Nahertherm (30-3000°C, xuất xứ:Đức)

- Ong dong

- Chén si, chay sử

- Chén nung Niken 2.1.2 Héa chat

- Ni(NO;)).6H,O, M,=290,79g (d6 tinh khiét 98%) - Fe(NO;);.9H,O, M,=404g (d6 tinh khiét 98.5%) - - Nước cất 2 lần bằng máy Fistreem Cyclon

- Poly vinyl ancol (PVA), (n=1278, M,~56232g)

- Dung dich NH; 25%, d=0.91 g/ml

- Giay do pH

- Giay loc bang xanh

Trang 32

2.2 Tơng hợp vật liệu nano NiFe;O, bằng phương pháp sol-gel

Tổng hợp vật liệu nano NiFe;O; băng phương pháp sol-gel sử dụng PVA được

thực hiện bằng cách khuấy trộn hỗn hợp bao gồm dung dịch các muỗi vả dung dịch PVA

đã được hịa tan trong nước nĩng được thực hiện như sau:

Nhỏ tử từ vào một cốc nước đang sơi dung dịch với tỉ lệ 1:2 muỗi Ni(NO;);.6HzO và Fe(NO¿);.9H;Ol!'?Ï, Sau khi cho hết dung dịch muối vào cốc thì tiếp tục đun sơi thêm 7- 10 phút Duy trì nhiệt độ dung dịch khoảng 70-80°C, sau đỏ cho dung dịch PVA (hịa tan trong nước ở 70-80°C) vào dung dịch, điều chỉnh pH=4 "!, Dung dich tạo thành tiếp tục

khuấy đều và đuy tri nhiệt độ khoảng 80°C đén khi tạo thành đạng keo đặc Say keo đặc ở 150°C trong khoang 4h thu được khơi xốp mịn Nung khỏi xốp thu được sản phẩm Dung dich PVA Dung địch các muỏi của các kim loại Di Hỗn hợp dung dich &——————- Điều chỉnh pH | Khuấy từ, gia nhiệt Gel nhớt | j | Say Gel khé | Nung i Sản phẩm | Hình 2.1 Sơ đồ mơ tả quy trình tỗng hợp vat ligu nano NiFe;0,

bằng phương pháp sol-gel sử dụng PI⁄4

Trang 33

GVHD: TS Nguyén Anh Tien

CHUONG 3: KET QUA - THAO LUAN

2.3 Cấu trúc và tính chất của vật liệu nano NiFe;O, tổng hợp bằng phương pháp sol-gel

1.3.1 Kết quả phân tích nhiệt

Kết tủa thu được sau khi sây khơ và nghiên thành bột mịn chúng tơi tiến hành phân tích nhiệt để tìm khoảng nhiệt độ nung cho sự hình thành pha spinel Giản đỏ phân tích nhiệt được biểu diễn ở hình 3 I TGs TGA ota “a— ` ving 9 s‡ 11 9 o - ~ mmmmmm — Wegrtloss ~~ 19'm9 -2 07T% ‘ TOP OOO mm Loss = -0 232mg ‘ —— OTA —— THA 4 ro Ort Ga TT mm 42œ 30 0 2d Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt TGA/DT4 /DrTGA của NiFe;O, tổng hợp bằng phương pháp sol-gel

Từ giản đồ phân tích nhiệt TGA/DTA ta thấy cĩ 2 bước nhảy mắt khối lượng chỉnh, cĩ thẻ nhận xét quá trình phân hủy gel như sau:

Khi tăng nhiệt độ từ nhiệt độ phịng đến khoảng 150°C ở giản đồ TGA cĩ sự giảm vẻ khơi lượng khối lượng mẫu giảm khống 3% Cĩ thẻ kết luận đây là giai đoạn đã xảy ra quá trình mắt nước của gel đo hấp phụ Khỏi lượng mẫu giảm ít cĩ thẻ là do khi tổng

Trang 34

hợp vật liệu bảng phương pháp sol-gel phải trãi qua giai đoạn sấy khơ nên nước trong

mẫu vật liệu hầu như đã mắt đi hoản tồn

Tir 150°C đến khoảng 500C, ở giản đỏ TGA cho thay tiếp tục cĩ sự giảm vẻ khỏi lượng khơi lượng mẫu giảm khoảng 2% Cĩ thê kết luận đây là quá trình phân hủy các

chất hữu cơ cịn sĩt lại trong gel đề tạo thành các oxit NiO, Fe;O:, Từ kết quả phân tích nhiệt kết hợp với tài liệu tham khảo !""!

độ nung mẫu ở các khoảng 600C 700°C và 800°C để nghiên cứu các phương pháp tiếp

theo như XRD, SEM., TEM vả khảo sát từ tính của vật liệu

„ chúng tơi chọn nhiệt

So với các phương pháp khác: đơng kết tủa, sol-gel sử dụng lịng trăng trứng thì phương pháp sol-gel sử dụng PVA cĩ ưu điểm hơn do lượng nước trong mẫu vật liệu

NiFe;O, đa phân được loại bỏ ngay bước sây gel Nhiệt độ đẻ hình thành sản phẩm tương đối thấp

Trang 35

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyén Anh Tién 2.3.2 Kết quả nhiễu xạ tia X

Ue NF Tipe TA eed Sat SH 0 Sg LN hie Ty 2S) ne 3,6 ):-)lley KHI - e9 HE (D1 - kẻ >x Cao «HR DOE- 1s SAE de LL SMOG ic «a BANDE Hc BM ads 90.200 - beta LN08 gars 90.900 VN M70 9K

Ph a0 607 (9 - Henan, op - FaXB- Ys 2A by 1 WL: LS Rheebe Hares - a S800 S280 -c TMG - dpa OD - bea SLID - gana DI -Anlle -E> (

Hinh 3.2 Gian đồ XRD của ViFe;O, tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, sau khi

nung & 600°C trong 3 giờ

Trang 36

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiền -————>———————m————>———mmmmm—.ẳằ_————T"“— eee Tu VN NA NNgN.NNggAH Ln (Cops) dot 47 II ki i.LxciicLai.i1a.14442.lL++ \ Ll , AA WANA ĐUM xe VWuweeallki2 4 Pe a ee T14 "Y' ' VN AP ar an deat ah LÀ k j Praia Vn) tứ hà « ee oe N¿ 2 Theta - Scale

Gi: NP las 2 4Fe2 Ota: Typee2TH/T ache - Stat: HO00 * bé )98)°- 9g: 443) - 39g10 01: - Taps 35 °C (Roam «Time Samed 12: Theay 10008 *- Thea Se * «Che

Tobe 750) Nc ade NF2O4- 739094 ye M156 ia 83M 4340-13 SAND ta 8480 gan SA S90 086 FIs a

Hinh 3.3 Gidn dé XRD ciia NiFe,O,tong hop bang phương pháp sol-gel, sau khi nung

& 700°C trong 3 giờ

Trang 37

Khĩa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến —_——————mm———————————————————ằa“mmmeắésậẳằœ Lin (Gps) Trevorite, syn bo? wen? ms ; | | Lach a DỤ VENT Y KỆ atl NN INN luc 2-Theta - Scale [KG Meare tte see lực J/ beckett IOUS ed V0“ S946! Set, le 0C So) 19a sd?: 2 6ơel6490* hen Som” One TT ———" _ .ằẳ.— ‘ ee a ie ee Ok ee ee ee a ee ee SƠNG Face‹sseswesd ý

“=2 es Ce OE PF OH a he tL ke Be FAO 6 OD els OD he OD Gere k

Hình 3.4 Giản đồ XRD của NiFe;O,tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, sau khi nung ở 800?C trong 3 giờ

—_———e F _F,.,.,., Ầ—,_,.,. ễẦ—Kb.e._ e—ee_._._e=————_.-_-—c—e=.=m—=

Trang 38

—m———————ccĩcĩa nho o(aaoấĩđaca ĩ Ơ tTïỶÏïmm

Quan sát giản đồ XRD của sản phẩm thu được ở 3 nhiệt độ nung khác nhau, chúng

tơi nhận thấy:

- Khi nung ở nhiệt độ 600C, các peak của sản phẩm mong muốn bắt đầu xuất hiện

với cường độ cịn bé, các peak nhỏ của các loại tạp chất xuất hiện tương đối nhiều, độ tỉnh

khiết chưa cao Mẫu vật liệu cịn lẫn tạp chat do chưa đủ nhiệt độ đẻ hình thành đơn pha

Như vậy khi nung ở nhiệt độ 600°C, nhiệt độ nung chưa đủ đẻ hình thành pha spinel hoản

chỉnh

- - Khi nâng nhiệt độ lên 700C chúng tơi thấy các peak của sản phẩm đã được hình thành rõ rệt, mẫu nung là chất chuẩn đơn pha đồng nhất Các peak ca mau vat liệu cĩ

cường độ tương đổi cao hơn so với nhiệt độ 600”C do nhiệt độ cao

- _ Ở nhiệt độ 800°C chúng tơi thấy các peak của sản phẩm hình thành với cường độ cao hơn khi nung ở 700°C Ngồi ra, do nhiệt độ tương đối cao hơn so với 700°C nên đã cĩ sự phân hủy mẫu vật liệu dẫn đến ngồi vật liệu NiFe;O, cịn sinh ra sản phẩm phụ với tỉ lệ các ion kim loại khác với NiFe;Ox¿ (Ni „;Fei ;O¿)

- Qua giản đị XRD, vật liệu nano NiFe;O, đã hình thành đơn pha ở nhiệt 46 600°C nhưng vẫn cịn lẫn tạp chất Vậy nhiệt độ đẻ vật liệu nano NiFezO, hình thành đơn pha động nhất, cường độ cao lả 700C

So với đề tài đi trước !'°Ì, vật liệu tổng hợp băng phương pháp đồng kết tủa hay sol-gel sử dụng lịng trắng trửng, mẫu vật liệu nano đã hình thành nhưng vẫn cịn lẫn tạp chất Vi vậy, việc tơng hợp bảng phương pháp sol-gel sử dụng PVA và điều chế trong nước nĩng sẽ tống hợp được mẫu vật liệu đơn pha và tỉnh khiết hơn

Trang 39

———====T Ty T——————————————cSSScSccK—E———R~_——TK TT

2.3.3 Kết quả SEM và TEM

Do kết quả XRD, mẫu vật liệu ở 600”C vẫn cịn lẫn tạp chất chưa tinh khiết nên

chúng tơi nghiên cứu các mẫu vật liệu trên bằng kính hiền vi điện tử quét (SEM) ở 700°C

và 800”C , kết quả thu được như sau:

a |

Hình 3.5 Ảnh SEM cúa NiFe;O, sau khi nung 700°C (1 = 3 giờ, hình a) va 800°C (t=3 giờ, hình b)

Khi nhiệt độ nung mẫu là 700°C vật liệu tạo thành cĩ kích thước và hình thái hạt

tương đối đồng nhất (kích thước chỉ khoảng 30 —- 40 nm) (hình 19) Tuy nhiên, vật liệu

nano NiFe,O, tao thành sau khi nung ở 700°C cĩ sự kết tụ thánh từng đám năm riêng biệt

nhau

Khi tăng nhiệt độ nung lên 800”C vật liệu tạo thành cĩ kích thước tương đơi lớn

Các hạt tương đối đồng đều và tách riêng ra với nhau Kích thước của hạt khoảng 20- 60

nm, dam bảo kích thước nano Kích thước hạt tương đổi lớn cĩ thẻ là do mẫu vật liệu

ngồi sản phẩm NiFe;O¿ vẫn cịn một sản phẩm phụ với các tỉ lệ ion khác

So với dé tai di rude |"! tac giả đã tơng hợp được vật liệu cĩ kích thước khoảng

30-40 nm nhưng cĩ sự kết tụ thành từng đám chưa tách riêng ra với nhau

Trang 40

Do mẫu vật liệu tỉnh khiết ở 700C chúng tơi tiền hành nghiền cứu các mẫu vật

liệu trên bảng kính hiền vi điện tứ truyền (TEM), kết quả thu được như sau:

—

*

Hinh 3.6 Anh TEM cua NiFe,0, sau khi nung 700°C (t= 3 gid)

Khi nhiệt độ nung mẫu 700C, vật liệu tạo thành cĩ kích thước tương đổi nhỏ và đồng đều Các hạt của mẫu vật liệu tách biệt với nhau So với các đẻ tải đi trước Í'°Ì tổng hợp

vật liệu NiFe;O; bằng phương pháp: đơng kết tủa, sử dụng lịng trăng trứng thì khi tơng hợp bảng phương pháp sol-gel sử dụng PVA thi làm các hạt năm tách biệt và riêng rẻ với

nhau hơn Ngồi ra kích thước các hạt vẫn đảm bảo ở kích thước nanomct

Định dạng
Số trang	47
Dung lượng	2,8 MB