Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano y1 xsrxfeo3 x 0 0; 0 2

Thông tin chung: ~— Tên đẻ tài: *Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano.. Tính mới và sáng tạ0: Đã tổng hợp vật liệu nano Y, „Sr,FeO; bằng phương pháp mới đồng kết

BO GIAO DUC VA DAO TAO

TRUONG DAI HOC SU PHAM TP HO CHi MINH

TS Nguyễn Anh Tiến

TP H Chí Minh, tháng 4 năm 2013

DANH SACH CAC THANH VIEN THAM GIA THUC HIEN DE

TÀI VÀ CÁC ĐƠN VỊ PHÓI HỢP CHÍNH

e_ Các thành viên tham gia thực hiện đề tài:

1 TS Nguyễn Anh Tiến Chủ nhiệm đề tài;

2 CN Nguyễn Thị Minh Thúy;

3 CN Nguyễn Nữ Huyền Trang;

4 CN Trương Thị Minh Nghĩa;

e_ Các đơn vị phối hợp chính:

1

2

3

Khoa Hóa học, Trường ĐHSP Tp HCM

Viện Khoa học Vật liệu Tp HCM;

Viện Hóa học Tp HCM;

Trường ĐHBK Tp HCM.

DANH SACH CAC THANH VIEN THAM GIA THUC HIEN DE TAI VA

CAC DON VI PHOI HOP CHINH 1

THE INFORMATION OF RESEARCH RESULTS 6

1 Tính cấp thiết và mục tiêu của đề tài 8

2 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu 9

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 10

1.1 Đại cương về vật liệu nano 11 1.2 Cấu trúc của mạng tỉnh thế perovskite ABO; 14

1.2.1 Cau trúc tinh thể ABO; lý tưởng . - 2 5¿©2+2+++£++2EE+2Extzxeerxesrxerred 14

1.2.2 Cấu trúc tỉnh thể ABO; biến tính . -ccccc++tccxeerrrrrkrrrrrrrrirrrrrrrrea 15

1.3 Các phương phap téng hop perovskite ABO; 15 1.4 Tình hình tổng hợp vật liệu nano Y¡.„Sr,FeOs 17

Chương 2 ĐÓI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU19

2.1 Đối tượng nghiên cứu 19 2.2 Nội dung nghiên cứu 19 2.2.1 Nghiên cứu tông hợp vật liệu nano YFeO2 . 2: 5+ c++c++cx+zxzx+rsered 19

2.2.2 Tổng hợp vật liệu nano YogSro2FeOa bằng phương pháp đồng kết tủa 20 2.2.3 Nghiên cứu từ tính của vật liệu nano Y1_„Sr„F€Ök, - ccccsscssrssres 20

2.3 Phương pháp nghiên cứu 21

2.3.1 Phương pháp tổng hợp vật liệu nano Y.„Sr„F€x c2 sssess 21

2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ tỉa XX ¿5-52 S222 SE‡EE2E£EE2EEEEEEEEEEErkrrrrrersrei 21 2.3.3 Phuong phap phan tich nhiét [21, 22] oo eee eeeeseeseeeeeeneeeeeeeeeeeeeeeeeeeeseeeaes 22

2.4.3 Hóa chất

3.1 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano YFeO; 25

"TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM TP HCM "Độc lập ~ Tự do = Hạnh phúc

Tp Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 4 năm 2013

THONG TIN KÉT QUÁ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

~— Tên đẻ tài: *Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano

'Yi„Sr,FeO; (x= 0.0; 02)”

Mã số để tài: CS.2012.1927

~ Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Anh Tiến

~ Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Tp Hồ Chí Minh

~ Thời gian thực hiện: tháng 4/2012 đến tháng 4/2013

2 Mục tiêu của đề tài:

'Nghiên cứu tổng hợp, khảo sát cầu trúc và từ tính của vật liệu nano Y,„Šr,FeO, (x

=040;02)

3 Tính mới và sáng tạ0:

Đã tổng hợp vật liệu nano Y, „Sr,FeO; bằng phương pháp mới (đồng kết tủa trong

nước sôi và trong nước lạnh) và khảo sắt cầu trúc và từ tỉnh của chúng

4, Két qua nghiên cứu:

4.1, Ba ting hợp vật liệu nano Y Šr,FeO; (x = 0.0; 0.2) với kích thước hạt cầu trúc từ 30 ~ S0 nm;

4.2 Đã khảo sắt hai phương pháp tổng hợp vật liệu nano Y,.„§z,FeO,: đồng kết

tủa trong nước sôi và đồng kết tủa trong nước lạnh Từ đó rút ra điều kiện tối ưu:

Phương pháp tổng hợp: đồng kết tủa trong nước sôi:

= Nhigt d6 nung: 750°C;

~_ Thời gian nung: lhị

-4.3 Đã xác định cong từ hóa và giá tị lực kháng từ của các mẫu vật liệu Yị

„Sr,FeO; Nhìn chung từ tính của vật liệu nano Y.,Sr,FeO; thể hiện rất mạnh

'YosStuaFeO,)

5 Sản phẩt

— 1 bài báo khoa hoe:

~ 1 báo cáo khoa học;

3 luận văn sinh viên

6 lệu quả, phương thức chuyển giao kết tủa nghiên cứu và khả năng áp

dụng:

— Nghiên cứu thêm phương pháp chế tạo nam châm vĩnh cữu từ vật liệu tổng

"hợp dùng cho các động cơ và ứng dụng trong kỹ thuật tính toán tằn số cao;

— Phương pháp thực nghiệm sẽ được sử dụng xây dựng bài thực hành cho sinh viên chuyên ngành *Hóa vô cơ”'

ítên) (Kí tên)

(Kí

1 General information:

— Project title: “Synthesis, research on the structure and properties of 'Yi„Sr,FeO; nanomaterials (x = 0.0 and 0.2)”

— Code number: CS,2012.1927

Coordinator: Nguyễn Anh Tiến, Ph.D

— Implementing institution: Ho Chi Minh City University of Pedagogy

~ Duration: From April 2012 to April 2013

2 Objective:

Research on the synthesis, structure and magnetic properties of Y, Sr,FeO, nano- materials (x = 0.0 and 0.2)

3 Creativeness and innovativeness

‘Study on the structure and magnetic properties of the Y;.,Sr,FeOs nanopowders synth cd by chemical co-precipitation method in boiling and cool water

‘The experimental factors for optimization process were:

— The synthesis: the co-precipitation method in boiling water,

— The heating temperature: at 750%

= The annealing time: Ihour;

4.3 Determined the magnetization curves and the value of the coercive force

of the synthesized Y;.,Sr,FeOs nanopowders Generally, the magnetic force of the Y StFeOs material was strong because of the high value of magnetization and coercive force (in case of x=0.2, especially)

5 Products:

— Scientific report: 01

— The bachelor of Chemistry theses: 03

6 Efficient, method of transferring research results and the ability to appl

- Study on the synthesis of permanent magnet made from the synthesized Yi,Sn,FeO; nanopowders to apply in the high frequency calculated technology andinengine; - The experimental part of the project will be used for designing a practical material of Inorganic Chemistry students, Implementing institution Coordinator

PhD Nguyen Anh Tien

1 Tính cấp thiết và mục tiêu của đề tài

1,1 Tính cắp thiết

Cuối thập niên 80, công nghệ nano bắt đầu phát triển và thu được nhiều thành

quả to lớn không chỉ trong nghiên cứu mà cỏn mở rộng phạm vi ứng dụng trong

nhiều lĩnh vực Ở các vật liệu và linh kiện nano xuất hiện nhiều hiện tượng, tính

chất vật lý và hóa học mới mẻ không có trong các vật liệu khối thông thường cùng thành phẩn hóa hoe [1-3]

Một trong những vật liệu nano được sử dụng rộng rãi trong thực tế là vật liệu

từ Vật liệu từ được ứng dung trong các thiết bị như máy biến thế, máy phat di

động cơ điện, máy gỉ âm, ghỉ hình v.v Trong số các vật liệu từ, vật liệu feie có

cấu trúc lệch perovskite dạng ABO; (A lả các kim loại đất hiếm như La, Pr, Nd,

Sm, và B là các kim loại chu như Mn, Fe, Co, Ni, Cr .) được nghiên

cứu nhiều do tính chất ưu việt của chúng [4-6] Loại vật liệu này cũng được nghiên

NO,, m-xylen

Vat ligu ABO, bién tinh là vật liệu có ion A hoặc B được thay thế một phần bởi các lon khác (ví dụ: Ca, Sr, Ba, Fe, Ni, La, Nd, Ti „v.v vào vị trí A hoặc B, Sự

nén tro thành vật liệu có nhiều hiệu ứng lý thú như: hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng

perovskite trong một số lĩnh vực công nghiệp hiện đại như: điện tử, thông tin, hoa

dầu v.y

Phương pháp thông thường và 8 didu ché perovskite lä tổng hợp gồm Nhược điểm chính của phương pháp này là yêu cầu nhiệt độ cao (T > 1200°C) đẻ

thu được đơn pha tỉnh thể lên perovskite thu được có diện tích bề mặt thấp do

sự kết tụ Ngày nay, để điều chế vat ligu perovskite dang ABOs kích thước

nanomet người ta thường sử dụng một số phương pháp như phương php sol-gel,

11] Phương pháp này có ưu điểm là quá trình kết tỉnh vật liệu xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với phương pháp tổng hợp gốm truyền thống, quá trình chế tạo nhau, vật liệu thu được có độ đồng nhất và độ tỉnh khiết cao Tuy nhiên, để tổng

hợp được vật liệu ABO; kích thước nanomet theo các phương pháp nảy đòi hỏi

phải khảo sát nhiều yếu tổ ảnh lên quá trình hình thành đơn pha tỉnh thể như ảnh hưởng của nhiệt độ và thời gian nung, ảnh hưởng của pH, ánh hưởng của lệ mol chất tạo gel/kim loại, ảnh hưởng nhiệt độ tạo gel v.v Các công việc này đỏi hỏi tốn nhiều thời gian và công sức

Song việc đồng kết tủa các cation kim loai trong nước đun sôi hay nước lạnh, sau đó mới cho dung dich chứa tác nhân kết tủa vào thì giá trị pH không gây ảnh

được Theo các tài liệu trích dẫn điều chế vật liệu hưởng đặc biệt đến kết quả n

nano Y, Sr,FeO; (với x = 0.0 và 0.2 theo tính toán lý thuyết) bằng phương pháp

trên chưa được biết đến

Trong các công trình đã công bố trước đây [12-16] tác giả bước đầu đã chế tạo thành công một số hệ vật liệu kiểu perovskite như LaFeO;, YFeO; và sự pha tạp

pháp trên và mới đây nhất [17] là tổng hợp thành công vật liệu perovskite lưỡng,

1.2 Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu tổng hợp, khảo sát cấu trúc và từ tính của vật liệu nano Y; „Sr,FeO; (x

= 0.0 va 0.2 theo tính toán lý thuyết) bằng phương pháp đồng kết tủa ic trong nước đun sôi và trong nước đá

2 Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu

a) Cach tiếp cận Dựa trên cơ sở các phương pháp phỏ biến hiện đang được

9

sử dụng để điều chế vật liệu nano perovskite, nhóm nghiên cứu sẽ khảo sát điều

kiện tối ưu và lựa chọn nguyên liệu đầu phù hợp để tổng hợp bét nano Yj xor„FeOa

b) Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp tổng hợp vật liệu: đồng kết tủa;

- Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD): khao sat thành phần pha hóa học và cấu trúc

của vật liệu;

- Phương pháp phân tích nhiệt: khảo sát các quá trình hóa lý xảy ra khi nung mẫu;

- Kích thước, hình thái học và cấu trúc hạt của vật liệu được nghiên cứu bang kinh

hiển vi dién tur quét (SEM) va kinh hién vi dién tử truyền (TEM);

- Định lượng các nguyên tổ trong mẫu được kiểm tra bằng phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X;

- Các đặc trưng từ tính (đường cong từ trễ, lực kháng từ v.v.) được đo trên máy đo

từ mẫu rung thực hiện ở nhiệt độ phòng

3 Đối tượng và phạm vỉ nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: vật liệu nano bột YFeOz và Yo sSro 2FeOa;

- Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu các dạng khác nhau của phương pháp sol-gel

tổng hợp vật liệu nano YFeOa và YạjsSrs„FeOa

4 Nội dung nghiên cứu

- Tìm hiểu lý thuyết, chuẩn bị hóa chất;

- Tổng hợp và phân tích đặc trưng của vật liệu nano YFeOs;

- Tổng hợp và phân tích đặc trưng của vật liệu nano Yo sSro 2FeOa;

- Viết bài báo và báo cáo khoa học về nội dung nghiên cứu để đăng trong Kỷ yếu

Hội nghị và Tạp chí khoa học;

- Viết báo cáo nghiệm thu đề tài

10

CHUONG 1 TONG QUAN

1.1 Đại cương về vật liệu nano

Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, trong khoa học xuất hiện một dãy các từ mới gan lién voi hau t6 “nano” nhu cau tric nano, công nghệ nano, vật liệu nano, hoá học nano, vật lý nano, cơ học nano, công nghệ sinh học nano, hiệu ứng

kích thước nano v.v Người ta cũng đã công bố hàng loạt các bài báo, các công

trình khoa học, các tạp chí và tô chức nhiều hội nghị, hội thảo gắn liền với chủ đề công nghệ nano Xuất hiện nhiều trung tâm, viện nghiên cứu, tô bộ môn, khoa, chuyên ngành về công nghệ nano và vật liệu nano Chữ “#øano”, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra đơn vị ước giảm đi | ty lần [1] Vi du:

nanogam = | phan ty gam; nanomet = 1 phan ty mét hay 1 nm = 10° m

Khoa học nghiên cứu về vật liệu nano đã và đang được quan tâm do chúng

có nhiều tính chất vật lý, hoá học và nhiều ứng dụng khác đặc biệt hơn so với vật

liệu khối thông thường cùng thành phần hóa học

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

máy móc và các hệ kỹ thuật mà chức năng của chúng được xác định bởi cấu trúc nano, tức là các đơn vị cau tric có kích thước từ 1 đến 100 nm Công nghệ nano

xuất hiện trên cầu nối của một số ngảnh khoa học như hoá học, vật lý, cơ học, khoa học vật liệu, sinh học và nhiều lĩnh vực khác của khoa học ngảy càng đi sâu vào nhiều lĩnh vực hiện đại của khoa học và kỹ thuật và thông qua chúng, nó đi

vào đời sống của chúng ta

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

Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: răn, lỏng và khí

Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó

mới đến chất lỏng và khí

Thông thường vật liệu nano được phân ra thành nhiều loại, phụ thuộc vào hình dạng, câu trúc của vật liệu và kích thước của chúng v.v

11

Về mặt cấu trúc thì vật liệu nano được phân ra thành 4 loại: vật liệu nano

không chiều (0D), một chiều (1D), hai chiều (2D) và ba chiều (3D) (hình 1.1) [2, 3]

hại nano mọc trên cấu trúc cột

Hinh 1.1 Phân loại vật liệu nano theo số chiễu

Vật liệu nano không chiều là vật liệu cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử như đám nano, hạt nano v.v Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự đo trên

một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ dây nano, ống nano v.v Vật liệu nano hai

chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ như màng mỏng Vật liệu nano ba chiều là vật liệu dạng khối được cấu tạo từ các hạt

nano tinh thê Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một

phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều,

một chiều hay hai chiều đan xen lẫn nhau

Ngoài ra, người ta còn phân loại các dạng vật liệu nano dựa vào lĩnh vực ứng dụng khác nhau của chúng như vật liệu nano kim loại, vật liệu nano bán dẫn, vật liệu nano từ tính, vật liệu nano sinh học

Quá trình tổng hợp các cầu trúc nano khác nhau như “hạt, thanh, dây, ống

(hình 1.2) hay các cấu trúc nano kì đị” với sự đồng đều về kích thước, hình dạng và

12

pha tinh thé đang được tập trung nghiên cứu [2, 3] Theo đó, nhiều hệ vật liệu nano mới với những mục đích ứng dụng khác nhau được tạo ra

Hình 1.2 Phân loại vật liệu nano theo hình dạng

Theo quan diém cua nhiéu tac gia, “hat nano” là một đôi tượng nano

không chiêu (0D) mà kích thước tât cả các chiêu đêu có một bậc đại lượng, vê

nguyên tắc, các hạt nano có dạng hình câu Theo quan điêm về năng lượng sự giảm

kích thước hạt sẽ làm tăng vai trò năng lượng bề mặt của hạt cấu trúc

Các tính chất đặc trưng cho bản chất của vật liệu như: hằng số điện môi,

điểm nóng chảy, chiết suất cũng có thể bị thay đổi khi giảm kích thước xuống

thang nano Ngoài ra, còn có nhiều tính chất đặc trưng khác của vật liệu như: hoạt tính bề mặt, diện tích bề mặt; các tính chất nhiệt, điện, từ, quang học, cơ học, hóa học thậm chí cả sinh học của vật liệu cũng bị thay đổi khi giảm kích thước đến

giá trỊ nanomet

Ngày nay đề tổng hợp vật liệu nano người ta dựa vào hai nguyên lý có bản: 1) Nguyên lý từ trên xuống dưới (top-down), nghĩa là chia nhỏ một hệ thống

lớn đê cuôi cùng tạo ra được đơn vị có kích thước nano;

2) Nguyên lý từ đưới lên (bottom-up), nghĩa là lắp ghép những nguyên tử, phân tử hay ion đề tạo ra những hạt có kich thước nano

13

Gan đây, việc thực hiện công nghệ nano theo phương thức bottom-up đã trở

thành kỹ thuật có thể tạo ra các vật liệu đa dạng về hình thái mà loài người hằng

mong muốn, nên thu hút được sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu và thực nghiệm Trong bối cảnh đó người fa nói đến hóa học nano, đặc biệt là hóa học cao phân tử

có thé trở thành một phương tiện quan trọng của phương thức bottom-up

1.2 Cấu trúc của mạng tỉnh thể perovskite ABO;

1.2.1 Cau trúc tỉnh thể ABO; lý tưởng

Hop chat perovskite ABO; thuan cé cau trúc tinh thể lý tưởng như hình 1.3 [4 — 6] Ô mạng cơ sở là hình lập phương tâm khối với các thông số mạng cơ sở

C) Vi tri cation A*(A**) O Vi tri cation B“*(B**) © Vi tri anion O7

Hinh 1.3 Cau triic tinh thé cua perovskite ABO; lý tưởng

O day cation A nam tai cac mặt của hình lập phương, còn cation B có bán kính nhỏ hơn nằm tại tâm của hình lập phương Cation B được bao quanh bởi 8 cation A và 6 anion O”, còn quanh mỗi vị trí A có 12 anion O” như ở hình 1.3a Ngoài ra, có thê mô tả cấu trúc tinh thể perovskite lý tưởng dưới dạng sắp xếp các

bát dién BOs nhu hình 1.3b Trong trường hợp này, cation B nằm tại vị trí các hốc bát diện, tâm của hình lập phương tạo bởi 8 cation B lân can 1a vi tri cua cation A

14

Từ hình 1.3b, có thê thấy góc liên kết B — O - B là 180” và độ dài lién két B- O

bằng nhau theo mọi phương

1.2.2 Cấu trúc tỉnh thể ABO; biến tính

Cấu trúc tinh thể ABO: biến tính là khi cation A hoặc B được thay thế một

phần bởi các cation kim loại khác, có thể viết đưới dạng công thức tổng quát

(A_„Ay)(B,_yBy)Ø; (0 < x, y < 1) Với A có thể là các nguyên tố đất hiểm Ln như

La, Y, Nd, Pr ; A' là các kim loại kiềm thổ như Sr, Ca hoặc các nguyên tố như:

Ti, Ag, Bi, Pb ; B có thể là Mn, Co; Ø8 có thể là Fe, Ni, Y Ví dụ một số hệ

thường gặp: LaFei,Ni,O›, LaNi; Co,O3, LaCo,.,.Fe,O3, Laj SrFeO3, Lay

xli,FeO3, La; Nd,FeO3, LaFeozGaozOa, Lai „SryMnOa, La; Ca,MnO3 , Cay xNd,MnO3, Ca;,Nd,Mnj-yFe,O3 ; Lay Sr,Mnj_,NiyO3 [6, 7, 8]

Sự sai lệch cấu trúc tinh thê được đánh giá thông qua thừa số dung hạn t do Goldchmit đưa ra:

R,+R,

V2(R, + Ro) Với Ra, Rg, Rọ lần lượt là bán kính của các ion A”'(A”), B'(B?) và O” Cấu trúc perovskite được coi là ôn định khi 0.8 < t< 1 Điều đó kéo theo các cation phải có

kích thước giới hạn: Ra > 0.9 và Rg> 0.5 Khi t = 1, ta co cấu trúc perovskite 1a

hình lập phương như hình 1.3 Khi t # 1, cau trúc perovskite không còn dạng lập

phương lý tưởng dẫn tới góc liên kêt B - O — B khác 180”, đồng thời độ dài liên

kết B — O theo các phương khác nhau sẽ khác nhau Chính sự thay đổi cấu trúc

mạng tinh thé perovskite ma cac tinh chất đối xứng, tính chất điện, tính chất từ của vật liệu bị thay đôi Đặc biệt khi có lẫn các cation kim loại khác với các tỉ lệ hợp thức phù hợp sẽ tạo ra những loại hợp chất mới có tính chất đặc biệt vượt trội hơn

so với tính chất của vật liệu tinh thể thuần ban đầu Đây là hướng nghiên cứu mới

đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu trong nước cũng như trên thế giới 1.3 Các phương pháp tổng hợp perovskite ABO;

Phương pháp gốm truyền thống

15

Phương pháp thông thường và dễ nhất dé téng hop vat liéu perovskite ABO;

là tổng hợp gốm Phương pháp này có thể khai quat theo so d6 hinh 1.4 [9]

Nguyên liệu Phối liệu Nghién tron Say | | Nung sơ bộ

Nguyên liệu chính dùng dé tng hop ABO; 1a cac oxit, hidroxit hoặc các

muối có thê phân hủy ở nhiệt độ cao tạo oxit nhu cacbonat, nitrat Nguyên liệu được trộn với nhau theo tỉ lệ hợp thức để tạo phối liệu Ngoài ra có thể có các chất

khoáng hóa đề tăng tốc độ phản ứng và giảm nhiệt độ nung

Trong phương pháp tổng hợp gốm, nhiệt độ nung thường rất cao (khoảng

1200 — 1500°C) Sản phẩm được nghiền đến kích cỡ thích hợp (thường 1 — 30 um) bang máy nghiền bi năng lượng cao, sấy khô rồi đưa vào các silo chứa Phương pháp này sử dụng công nghệ đơn giản nhưng trãi qua nhiều giai đoạn, thời gian các công đoạn lại kéo dài và tiêu tốn năng lượng Chất lượng sản phẩm tủy thuộc vào

bề mặt tiếp xúc giữa các hạt chất rắn, nhiệt độ nung và thời gian lưu nhiệt Cho đến

này phương pháp này vẫn được sử dụng nhiều trong công nghiệp và cũng cho kết

quả tốt

Phương pháp đồng kết tủa

Các ion sẽ được kết tủa đồng thời trong một dung dịch bằng một tác nhân

kết tủa thích hợp Ví dụ, dé tong hop Y, Sr,FeO3 cd thể đi từ dung dịch chứa các

ion YỶ*, Sr”" và Fe” rồi kết tủa đồng thời bằng dung dịch amoni cacbonat tạo các

kết tủa cacbonat Yz(CO:)s, SrCO:, Y(OH); và Fe(OH); tương ứng Sau đó tiễn

hành sây và nung kết tủa sẽ thu được các oxit Y;O¿s, SrO, Fe;O; có mức độ phân

tán cao Ưu điểm của phương pháp này là do các hạt oxit được trộn đồng đều và cấp hạt nhỏ nên phản ứng pha rắn xảy ra thuận lợi, nhiệt độ nung thấp hơn nhiều

so với phương pháp gốm truyền thống Nhược điểm chính của phương pháp này là các kết tủa có tích số tan khác nhau nên khó đảm bảo được kết tủa đồng thời và tỉ

16

lệ hợp thức của kết tủa Ngoài ra, vật liệu tổng hợp theo phương pháp này thường

có sự kết tụ giữa các hạt ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu

Phương pháp sol — gel

Bản chất của phương pháp sol — gel là dựa trên các phản ứng thuỷ phân và ngưng tụ các tiền chất, bằng cách điều chỉnh tốc độ của hai phản ứng thuỷ phân và ngưng tụ ta sẽ thu được sản phẩm mong muốn [10 — 13] Các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với phương pháp tổng hợp từ pha rắn nên tiết kiệm được năng lượng Vật liệu được hình thành từ cấp độ quy mô nguyên tử, phân tử nên có độ đồng nhất rất cao, bề mặt riêng lớn, đải phân bố kích thước hạt hep Dựa vào vật liệu ban đầu sử dụng cho quá trình tổng hợp người ta chia phương pháp sol-gel thành 3 dạng chính: phương pháp sol-gel theo con đường

thuỷ phân muối; phương pháp sol-gel tạo phức và phương pháp sol-gel theo con

duong thuy phan alkoxide kim loai M(OR), trong do R 1a géc ankyl

Ngoài những phương pháp trên còn có một số phương pháp khác như phương pháp khuếch tán răn — lỏng, phương pháp cơ hóa

1.4 Tình hình tổng hợp vật liệu nano Y¡ Sr,FeO;

Trong tất cả các ferrite kim loại dat hiém dang ABO; thi LaFeO; duge

nghiên cứu nhiều cả về mặt phương pháp tổng hợp lẫn các tính chất, YFeO; được nghiên cứu ít hơn

Khi nghiên cứu hệ FezO› — YzO; bằng cách nung hỗn hợp các oxit ở 1500°C băng phương pháp nhiễu xạ tia X người ta quan sát thấy hai hợp chất YFeO; và

Y;FezO¡¿ Hợp chất YFeOa có cấu trúc perovskite, còn YFezO¡; có cấu trúc

garnet Các thông số ô mạng tinh thể của YFeO; theo [16, 17]: a = 5.279, b = 7.609, c = 5.590Ä Phản ứng tạo garnet xảy ra qua hai giai đoạn:

5Fe;O; + 3Y;O› — 6YFeO; + 2Fe;O; (700 — 1100°C) 6YFeO; + 2FezO; — 2Y;FezO¡; (1100 ~ 1300°C)

So sánh các dữ liệu thực nghiệm khác nhau ta thấy bên cạnh hợp chất với

cấu trúc garnet YzFezO¡; thì trong hệ Fe;O — Y;O; còn có hợp chất với cấu trúc

perovskite YFeO; Theo thành phần hóa học thì chúng rất gần nhau Có nghĩa là khi tong hop garnet sẽ có sự tạo thành perovskite

17