Nghiên cứu Ảnh hưởng của sự pha tạp cobalt Đến các Đặc trưng của vật liệu nano yfeo3

Thông tin chung: «Tên đề li "Nghiên cứu ảnh hưởng của sự pha tạp cobalt đến các đặc trưng của vật liệu nano.. Mục tiêu của đề tài: *Tổng hợp và nghiên cứu ảnh hưởng của sự pha tạp coba

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO -

TRUONG DAI HOC SU PHAM TP HO CHi MINH SSP p16 CHÍ wn

BAO CAO TONG KET DETAI _

KHOA HQC VA CONG NGHE CAP TRUONG

NGHIEN CUU ANH HUONG CUA SU’ PHA TAP COBALT DEN

CAC DAC TRUNG CUA VAT LIEU NANO YFeOs,

Mã số: CS 2017.19.43

Chủ nhiệm đề tải: PGS.TS Nguyễn Anh Tiến

TP Hỗ Chí Minh, tháng 11 năm 2018

- BỘ GIÁO DỤC VẢ ĐÀO TẠO

“TRƯỜNG DẠI HỌC SU PHAM TP HO CHÍ MINH

BAO CAO TONG KET DE TAI

KHOA HOC VA CONG NGHE CAP TRUONG

NGHIÊN CUU ANH HUONG CUA SY’ PHA TAP COBALT DEN

CAC DAC TRUNG CUA VAT LIEU NANO YFeO,

DANH SÁCH CÁC THẲNH VIÊN THAM GIÁ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

VÀ CÁC ĐƠN VỊ PHÓI HỢP

1 Các thành viên tham gia thực hiện để tà

PGS.TS Nguyễn Anh Tiến: —_ Chủnhiệm đề ti

TS Nguyễn Thị Trúc Linh: ‘Thanh viên

“hề Châu Hồng Diễm: Thành viên

3 Các đơn vị phối hợp chính:

Khoa Hóa học, Trường ĐHSP TP HCM

Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng — Viện Hàn Lâm KH&CN Việt Nam

“Trường ĐHBK_ĐHQG TP HCM

TRUONG DH SU PHAM TP HCM lập ~ Tự do ~ Hạnh phú

Tp HỖ Chí Minh, ngày 13 tháng 11 năm 2018

THONG TIN KET QUA NGHIEN COU

1 Thông tin chung:

«Tên đề li

"Nghiên cứu ảnh hưởng của sự pha tạp cobalt đến các đặc trưng của vật liệu nano

FeO,"

+ Mã sổ đề ti CS2017.1943

«_ Chủ nhiệm đề tà: PGS.TS, Nguyễn Anh Tiền

+ Cơ quan chủ từ Khoa Hón học, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh

© Tho gian thực hiện: 11/2017 đến 11/2018

2 Mục tiêu của đề tài:

*Tổng hợp và nghiên cứu ảnh hưởng của sự pha tạp cobalt đến các đặc trưng cấu trúc và đặc trưng từ tính của vật liệu nano YE‡O.,

3 Tỉnh mới và sắng tạo

Đã xây dựng quy tình thực nghiệm đơn giản tổng hợp vặt liêu nano YFeO„ khảo sit ảnh

nano YEeO, tổng hợp được

4 Kết quả nghiên cứu:

"Đã tổng hợp vật liệu nano YFe,Co,O; (x = 0,1; 0,15; 0.2; 0.25; 0,3 và 0,5 theo

tính toán lý thuyét) bằng phương pháp đồng kết tủa đơn giàn với tác nhân kết tũa

là dụng dịch KOH 5%

Đà xác định các đặc trưng cấu trúc: thành phần pha, kích thước tỉnh thể (dxgo =

25,68 = 22,89 nm), kích thước hạt (30 + $0 nm), các thông số mạng tỉnh th a, b, c

tích 6 mang V giảm dần theo chiều tăng tỉ lệ pha tạp eobal (ng ti 18x) trong

mạng tỉnh thé nano YFeO,

'Đã xác định các đặc trưng từ tính (lực kháng từ - H, độ từ hóa bão hòa ~ MỊ; độ tử

đư — M,) của vật liệu nano YIFeO; pha tap cobalt Kết quả cho thấy các giá M,, Mù

TH, tăng dẫn theo chiều tăng tăng tỉ lệ pha tạp cobalt trong mạng tỉnh thể YEeO,

5, Sản phẩm:

+ Bài báo khoa học: 01

Neuen Anh Tien, Chau Hong Diem, Nguyen Thi True Linh, V 0 Mitova, Do Tra Huon,

Ya, Mitova, Structural and magnetic properties of YFei4Co.O; (2.1 < x < 0) pennstie Mathematics, 2018, 9), P 424 ~ 429 ISSN 2220.4051, DOI 1017586/2220051201%913- sean

‘© Lun văn thae si: OF

6 Higu quả, phương thức chuyển giao kết qủa nghiên cứu và khả năng áp dụng: Phương pháp thực nghiệm đã được sử dụng xây dựng bài thực hành cho sinh viên chuyên ngành "Hóa vô cơ”

Cơ quan chủ trì 'Chủ nhiệm đề tài

(Kí tên)

PGS.TS Nguyễn Anh Tiến

1 General information:

Project ttle:

“Effeets of cobalt dopant on characteristics of YFeOs nanomaterial”

Code number: C8.2017.19,

Coordinator: Assoe.Prof Ph.D Nguyen Anh Tien

Implementing institution: Ho Chỉ Minh City Pedagogical University, Chemical faculty

Duration: From November 2017 to November 2018,

2 Objective:

“Synthesis and effects of cobalt dopant on structural and magnetic properties of YFeOs anomaterial”

3 Creativeness and innovativeness:

Develop a simple process to synthesize YFeO; nanomoaterial and examine effects of cobalt dopant on structural and magnetic properties of prepared YFeOs nanomaterial

= Scientific papers: 1

Nguyen Anh Tiến, Chau Hong Diem, Nguyen Thi Truc Linh, V, O Mittova, Do Tra perovskite nanomaterials synthesized by co-precipitation method, Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics, 2018, 9(3), P 424 — 429, ISSN 2220-8054, DOL 10.1758602 3054-2018-9-3-424-429,

~The master of Chemistry thesis: 1

6 Efficient, method of transferring research results and the ability to apply Experiment methods have been used to build up the practical exercises for students of

“Inorganic chemistry” department/division

Assoc.Prof Ph.D Nguyen Anh Tien

DANH SÁCH CÁC THÀNH VIÊN THAM GIÁ VÀ CÁC ĐƠN VỊ PHÓI HỢP — ¡

DANH MỤC HÌNH VẼ, DO TH]

CHONG 1 TONG QUAN VAN DE NGHIEN CU

1.3 Tình hình tổng hợp và nghién ciru vat ligu nano perovskite YFeO; 8

'CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.2 Nội dung nghiên cứu 9

2.3 Cie phuong phip phân tích công cụ nghiên cứu vat ligu nano YFeOs pha tap cobalt 9 'CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM

-33 Thực nghiệm tổng hợp vật liều nano YFeOs pha tap cobalt "

CHUONG 4, KET QUÁ VÀ BIỆN LUẬN

4.1, Ảnh hưởng của bàm lượng cobalt pha tap đến các đặc trưng cấu trúc của vật liệu nano

Phụ lục sân phẩm đề ti

1, Nguyen Anh Tien, Chau Hong Diem, Nguyen Thi Truc Linh, V, O, Mittova, Do Tra

Huong, I Ya Mittova, Siructural and magnetic properties of YFe;C0.0s (0.1 $x <0.5) Chemistry, Mathematics, 2018, 9(3), P 424 - 429 ISSN 2220-8054, DOL 10,17586/2220-8054-2018-9-3-424-429

2 Quyét định giao đề ải luận văn thạc sĩ và giáo viên hướng dẫn

3 Bing thạc sĩ của HV, Châu Hồng Diễm

“Thuyết mình đề tài

DANH MYC HINH VE, ĐỎ THỊ

‘Budng cong tr t8 va ede dge trưng của vật liệu từ cứng 2

“Các dạng nam châm đất hiểm NdFeB: a) hinh nhin;b) ink Khdis e) hin rin;

Đường cong từ trễ và các đặc trưng của vật từ mềm 5

A) Cu tri 1 wring perovskite ABOG¡ B) Sự sắp xếp các ất diện tong

trúc lý tưởng perovskite; C) Hốc bát dign BO, 6

Sự biến dang cia céu trie perovskite khigéc lién kết B-O-B khác 180° 6

Quy trinh thye nghiệm tổng hợp vật liệu nano Fe tha tạp cobalt l2

Gian đổ XRD của mẫu vật liệu YFe, sCo 20s, YFEO; và các oxit Y;O¿, Fe;O;,

0,0, nung ở 800°C trong 1h 4

Giản đỗ XRD của mẫu vật liệu ting véi x = 1 nung 800°C (t= 1h) 15

Giản đồ XRD của các mẫu YFSO pha tạp cobalt mung $00°C (=) 16

“Giản đỗ XRD quết chậm pic (121) của vật liệu nano YEeO, pha tạp cobalt

Phổ EDS của các mẫu vật liệu nano YFe,Co,O, nung 80 trong 1 17

Anh TEM của các mẫu vậ liệu nano YFe, Co,O3 mung 6 800°C trong Ih 18 Phỏ VSM của các mẫu vậtliệu nano YEe,„Co,O; nung ở 800°C trong Th 19

10

Bảng 1.1 Bán kính của các ion trong nhóm vật liệu YFe,„Co,O; và thừa số t 1

'Bảng 4.1 Các thông số mạng và kích thước tỉnh thể của các mẫu vật liệu nano YFcO;

Bang 4.2 Công thức dự kiến và công thức thực nghiệm của vật liệu YFEO,

Bảng 4.3 Các đặc trưng từ tính cia vat ligu nano YFeOs pha tap cobalt nung 800°C 19

MO DAU

Vat ligu perovskite dom giin dang ABO; thường mang tính chất điện môi phản sắt

tử, nhưng có thể bị biển đổi thành sắt từ nhờ sự pha tạp các nguyên tổ khác [1-4] Đặc TReFcO, bị lệch một góc nhỏ Su pha tap các nguyên tổ chuyển tip trong ReFO, tạo rà

các ion mang hóa trị khác nhau với bản kính khác nhau, dẫn đến tương tác trao đổi gián

tiếp nh ra tỉnh sắt từ Khi ở trang thải sắt từ, perovskie có th tồn ti hiệu ứng từ điện

độ

tấp Điều này mở m nhiễu tiềm năng ứng đụng của nhóm vật liệu này trong các lĩnh

'vực như xúc tác, pin năng lượng, cảm biển, bán dẫn, đặc biệt khi chúng được tổng hợp ở

dạng kích thước nanomet [5-7] Trong đó, vật liệu nano YFO; pha tạp Co được quan

sự biển đổi thú vị trong tính chat từ của vật liệu tủy thuộc vào nồng độ pha tạp Co và

sự tồn tại nhiều nhiều pha tạp chất như Fe;O, hay Y;Fe:O;; [9, 10], khó điều khiển và

gây nh hướng không tốt đn tính chất của vật liệu điều chế được Trong các công trình [11-16], nhóm tác giả đã tổng hợp thành công một số hệ vật liệu nano perovskite YFeOs, LaFeO, vi pha tap bởi kim loại Ca, Ba, Zn, Cử bằng phương

đồng kết tủa đơn giản thông qua giai đoạn thủy phân từ từ các cation kim loại trong nước

mới thêm vào tác nhân kết tủa

Điều chế vật liệu nano ferrite ReFeO; và pha tạp thông qua giai đoạn thủy phân tử tử các kim loại trong nước nóng trước sẽ làm giảm đáng kể kích thước hạt vật liệu tạo thành

“Công tủnh này giới thiệu kết quả nghiền cổu ảnh hưởng của sự pha tạp cobalt dén

cắc đặc trưng (cấu trúc và từ tính) của vật liệu nano YFeO; tổng hợp bằng phương pháp,

đồng kết tủa ê

CHƯƠNG 1 TONG QUAN VAN DE NGHIEN CUU l2

đặc trưng của vật liệu từ

Vật li ừ cứng là loại vật iệ từ được phát hiện và sử đọng sớm nhất rong ich st “Các đặc trưng của vật liệu từ cứng

phát tiển của loài người Từ những năm 1046 đến 771 TCN, người Trung Quốc đã chế

tạo ra các kim chỉ nam dùng để xác định phương hưởng, đỏ là các đá nam châm có khả

năng hút sắt và định hướng Bắc ~ Nam và những chiếc la bàn thực sự xuất hiện nhiễu vào vật liệu từ cứng, đồ là vật liệu oi sắt ừ (Fe,O, hay EeFc,O,) Ngày nay, vật liệu từ

Xậtliệu ghỉ từ tong các ô địa cũng, các bằng tử,

Đeơngsee — BỊ

Hình 1.1 Đường cong từ trễ và các đặc trưng của vật liệu từ cứng

Vật liệu từ công có nhiều đặc trưng từ học như lực khán từ (H,), ích năng lượng tir cực dai (B.H„„„, cảm ứng từ dư bay độ từ dự (B, hay M,), và sự phụ thuộc các tính

và các đặc trưng của vật liệu từ cứng

Nếu ta áp một từ trường H tăng dẫn vào khối vật liệu từ và về đỗ thị M(HD), ta sẽ thú được giả trị M, được duy trì không đổi, a nói, đầy là giá tị độ từ hóa bão hòa Bây gid ta

có độ từ dư M, TiẾp tục áp một tử trường theo hướng ngược lại để giảm độ từ hóa M về giữa M và H trong suốt quá trình này được gọi là đường cong từ ti, Lực kháng từ: ký hiệu H là đại lượng quan trong đặc trưng cho tính từ cứng của

Vậ liệu từ cứng, Vì vật liệu từ cứng là khó từ hóa và khó khử từ nên có lực kháng từ cao

“Theo đa số các tác giá, thì điều kiện tối thiểu là trên 100 Oe, nhưng vật liệu từ cứng phổi biến thường có lực kháng tử cỡ hàng ngân Oe trở lên [17]

Nguồn gốc của lực kháng từ lớn trong vật liệu từ cúng chủ yếu liên quan đến tính đị hướng từ tỉnh thể lớn trong vật liệu Các vật iệu tử cứng thường có cấu trúc tỉnh thể có tỉnh đối xứng kém hơn so với vật liệu từ mềm và chúng có dị hướng tỉnh thể rất lớn

“Tích năng lượng từ cực đại: là đại lượng đặc trưng cho độ mạnh yếu của vật liệu

tự, được đặc trưng bởi năng lượng từ cực đại có thể tổn trữ trong một đơn vị thể tích vật

liệu từ Dai lượng này có đơn vị là đơn vị mật độ năng lượng [1/m”] Tích năng lượng tử

se đại được xác định trên đường cong khử từ thuộc vỀ góc phần tư thứ 2 trên đường

cong từ trể, là một điểm sao cho giá trị của tích cảm ứng từ B và từ trường H là cực đại

`Vi thể tích năng lượng từ cực đại thường được ký hiệu là (B.H) ˆĐ có tích năng lượng

từ cao, vậtliệu cần có lục kháng tử lớn và cảm ứng từ dự cao

Nam châm vĩnh cũu ất tên thể giối hiện may là nam châm đất hi

Neodymium (nam châm trắng) hay còn gọi là nam chim NdFeB duge cấu tạo chủ yếu

khác như Dy, Tb va một số kim loai nhir Co, Nb, Ga, Al, Cu Nam chim NdFeB 6 lye tr trong

1,567), lye kháng từ (hơn 10 kOe) và khả năng tích năng lượng tối đa 57 MGOe Với sự

phát triển nhanh chồng nam chẳm Neodymium, nhiều sản phẩm công nghệ cao được phát

của 32% Nd, 64% Fe, 1% B và một lượng nhỏ các vật liệu đắt hi lớn (tới triển (hỉnh 1.2) [18] Đặc biệt là ứng dụng của nó trong động cơ làm cho các sản phẩm

thu nhỏ kích thước hơn rất nhiều.

"Nhiệt độ Curie: là nhiệt độ mà tại đ vật liệu bị mắt từ tính, trở thành chất thuận từ

Một số vật liệu tử cứng được ứng dụng trong các nam châm hoạt động ở nhiệt độ cao nên

nổ đôi hỏi nhiệt độ Curie rất cao

Nam châm vĩnh cu cổ nhiệt độ Curie cao nhất hiện nay là nam châm họ SmCo

(nhiệt độ Curie có thể đạt tới 1100°C) và có lực kháng từ cực lớn (tới vải chục kOe)

a

trụ, mấy bay,

1.1.2 Các đặc trưng của vật liệu từ mềm

'Vật liệu từ mềm là loại vật liệu từ phổ biến, để từ hóa và để khử từ Vật liệu từ mềm

thường được ding lam vat liệu hoạt động trong trường ngoài, vỉ dụ như lõi biển thể, lõi

nam châm điện, các lõi dẫn từ, .Hình 1.3 là đường cong từ trễ và một số thông số của

vì thể nó thường được ứng dụng ở các môi trường khắc nghiệt như tên lửa, tâu vũ

vật liệu tử mềm [17]

Thông số quan trọng đầu tiên để nói lên tính chất từ mm của vậ liệu từ mềm là lực

để tr độ từ hóa của mẫu

kháng từ, ký hiệu H, là từ rường ngoài ngược cần

h từ mềm

Lực khắng từ của vật iệu từ mễm phải nhỏ hom 100 Oe Những vật liệu có

tốt có giả trị lực kháng tử rất nhỏ (cỡ 0,01 Oe) và độ từ dư bé

Cảm ứng từ bão hòa B, bay từ độ bão hòa M,: Vat ligu ti mềm thường có từ độ bão hòa rất cao, loại vật liệu từ mềm có từ độ bão hòa cao nhất hiện nay là hợp kim FeqsCons gid tri M, 6 thé dt 62,34

Cảm ứng tir bãohôa 3s cam ung

tra B

Lực kháng từ

Hình 1.3 Đường cong từ trể và các đặc trương của vật liệu từ mễm

1.2, Đặc trưng cầu trúc của tinh thé perovskite ABOs

Perovskite Ii tén gọi chung của các vật liệu gốm cổ cu trúc tỉnh thể giống với cắu trúc của vật ligu gém calcium titanate (TIO), Tén goi cia perovskite drge dat

theo tên của nhà khoáng vật học người Nga L A Perovski (1792-1856), người có công nghiên cứu và phát hiện ra loại vật liệu này ở vùng núi Uran của Nga vào năm

nhưng phổ biển nhất vẫn là oxygen

Vật liệu perovskite ABO; lý tưởng có cầu trúc lập phương với nhóm không gian

Pin3m duge mô tả ở hình 1.4 v6i mạng đơn vị đặc trưng cho cấu trúc một hình lập

90°,

phương có các hằng số mạng a = b= e và các góc =

“rong cấu trúc ABO,, ta thy cation A nằm ở 8 đỉnh của hình lập phương, tâm cửa 6 mặt hình lập phương là tâm của ion phi tr, thường lã vịt của ion oxygen va

tâm của hình lập phương là vị trí của ion B Điều này có nghĩa là xung quanh ion B có

6 ion oxygen và quanh ion A có mười bai ion oxygen phối tí Như vậy, ta thấy cấu

Ovivisiar’a) Qvisicinata) Qiao?

tnic I ting perovskite ABO.z B) Sự sắp xếp các bát diện trong cấu trúc lý tưởng perovskite: C) Hỗc bắt điện BO,

Hinh 1.4 A)

Đặc trưng tinh thé quan trọng nhất của các hợp chất có cấu trúc loại này là sự tổn

tại các bát diện BO, nội tiếp trong ô mạng đơn vị với sáu ion phối trí (thường là ion

`©Ỳ) ti định của bát diện Cách mô tả này cho thấy góc liên kết B-O-B la a = 180° va

độ đài liên kết B-O giữa các ion dương B và ion phối trí bằng nhau Điều này giúp

ching ta thấy khi có sự biển dạng trong cấu tric perovskite khi hệ tỉnh thể không còm

O-B sé khác 180° như (hình 15)

"Mình 1.5 Sự bién dạng của cấu trúc perovskite khi gúc liên kết B-O-B khác 180°

„