Tổng hợp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu nano bột ybfeo3 bằng phương pháp Đồng kết tủa Ở nhiệt Độ cao với tác nhân sodium hydroxide

KỶ từ cuối thập niên 0, các nhà khoa học quan tâm nhiễu trong việc nghiên cứu và mở rộng ứng dụng công nghệ nano cũng như vật liệu nano nhằm khai thác "hết tiềm năng về những tính chất

NGUYÊN HUY HOÀNG

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

TONG HOP, NGHIEN CUU CAU TRUC VA TINH CHAT CUA

VAT LIEU NANO BOT YbFeO; BANG PHUONG PHAP

DONG KET TUA O NHIET DO CAO VOI

TAC NHAN SODIUM HYDROXIDE

'TP Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2024

TRUONG DAI HQC SU’ PHAM THANH PHO HO CHi MINH

KHOA LUAN TOT NGHIEP

TONG HOP, NGHIEN CUU CAU TRUC VA TINH CHAT CUA VAT LIEU NANO BOT YbFeOs BANG PHUONG PHAP DONG KI

XÁC NHẬN CỦA GVHDỀ XÁC NHẬN CỦA CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (Ki và ghỉ rõ họ tên) (Ki và ghỉ rỡ họ tên

Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm en thầy Nguyễn Anh Tiền Em cảm

ơn thầy đã giao cho em đề tải này Thầy đã chỉ dẫn em rất tận tỉnh trong suốt quá trình

"nghiên cửu và hoàn thành khôa luận này

Em xin chân thành cảm ơn Khoa Hoá học đã cho em cơ hội để em có thẻ thực hiện khóa luận Cảm ơn quý Thầy, Cô trong khoa Hoá học đã nhiệt tỉnh giảng dạy và hỗ trợ em trong suốt 4 nấm vừa qua

Em xin chân thành gửi lời cảm ơn gia đình, ạn bẻ và tắt cả mọi người đã quan tâm,

sỗ vũ em để em có thêm động lực để theo đuổi con đường của mình Trong suốt quá trình nghiên cứu sẽ không trảnh khỏi những sai sốt, em rét mong

“Cuối cùng, em xin chân thành kính chúc quý Thầy, Cô luôn dồi đảo sức khỏe, vui

vẻ và thành công trong nghiền cứu, trong sự nghiệp trồng người, cũng như trong cuộc sông

Thành phổ Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Huy Hoàng

Tôi xin cam đoan luận văn “Tổng hợp, nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật Higa nano bột YbfO, bằng phương pháp đồng kết tủa ở nhiệt độ cao với tắc nhân sodium Tiển Các số iệu và kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được công bổ trong bắt

kì công trình nghiên cứu nào

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 4 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Huy Hoàng,

CHUONG 1, TONG QUAN

1.1, Téng quan về công nghệ nano và vật liệu nano, 1.1.1 Công nghệ nano

3.2 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng của vật liệu nano YbFeO:

2.2.1 Phương pháp phân tích nhiều xạ tia X bột (PXRD) 22.11 Nguy

2.2.3.1 Nguyên lý hoại động 2.2.3.2 Mue dich eva phuong pháp -.2.4, Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tỉa X (EDX)

2.2.4.2 Mục đích của phương pháp 2.2, Phuong phip do tr ké miu rang (VSM) 2.2.5.1 Neuyén ly hoat déng 2.2.52 Mục đích của phương phip 2.2.6, Phuong php quang phé hip thy phan ts UV-Vis 2.2.6.1 Neuyén ly hoat dong 2.2.6.2 Mục đích của phương pháp 'CHƯƠNG 3: KẾT QUÁ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Két quả phân tch ni

3.2 Kết quả phân tích phổ tân sắc năng lượng tia X 3.3 Kết quả phân tích kính hiển vỉ điện tử truyền qua 3.4 Kết quả phân tích phd héng ngoại biển đổi 3.5 Kết quả phân tích quang phố hấp thụ phân tử UV — Vis, 3.6 Kết quả phân tích đo từ kế mẫu rung 'CHƯƠNG 4 KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 4.1 Kệ

4.2 Kién nghi

‘TAL LIEU THAM KHAO

luận

Mình 1.1, Phân loại vật liệu nano theo số chiều

Hình 1.2 Phân loại vật liệu nano theo hình dạng

Hình 1.3

4

Hình 1-4 Sự suy biển đối xứng của cầu trúc perovsldte khi góc iên két B-O-B + 180° 8

Hình 1.8 Các bước tổng hợp vật liệu gốm trong phương pháp đồng kết từa 14

Hình 2.3 Giai dogn thay phan cation Yb" vi Fe" trên máy khuẩy từ gia nhiệt với nhiệt

độ > 95C, 21

Hình 2.10, Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ ghi nhận tín hiệu tán sắc năng lượng tỉa X (EDX) cứ so m sone DB Hình 2.11 Sự tương tác giữa điện tử xuyên sâu vào lớp vỏ nguyên tử với điện tử trong lớp

Hình 3.2 Đồ thị Williamson — Hall cua miu tai bai nhiệt độ nung a) 850 °C vi b) 950°C,

Hình 3⁄3 Giản đồ EDX của mẫu nung 6 850 °C 38

Hình 38 Giản đồ phố UV'Vis của mẫu tại các nhiệt độ nung 850 °C và 950 C 43 Hình 3⁄9 Giá trì năng lượng vùng cắm của mẫu tại các nhiệt độ nung a) 850 °C và b) 950

Bảng 1.L Độ dài tới hạn của một số tính chất trong vật liệ sons Bảng 1.2 Ui và nhược điểm của tổng hợp vật liệu gồm bing phuwong phip sol-gel 13 Bảng 3.1 Thông số mang và thể tích 6 mang của mẫu thu được ở 850 °C và 950 °C 6 Bảng S2 Các thông ố đc tưng của mạng nh thé YBFeOs tng hep được và VHESO, tổng hợp từ những công trình trước đó

Bảng 3.3 Tỉ lệ hợp thức số nguyên tử các nguyên tổ trong mẫu 39 Bảng 3.4 Giá trị năng lượng ving cắm của vật liệu YoFeOs ing hop dave va mhìng vật liệu perovskite tng hop bằng phương pháp đồng kết tủa 46 Bảng 3.5 Cúc đặc trưng từ tính của mẫu nung ở 850 °C và 950 °C và các vật liệu vao, tổng hợp trong công trình trước đó

Ngày nay, nén khoa học công nghệ đang ngày cảng phát triển mạnh mẽ trong hẳu hết mọi

"nano có thể áp dụng KỶ từ cuối thập niên 0, các nhà khoa học quan tâm nhiễu trong việc

nghiên cứu và mở rộng ứng dụng công nghệ nano cũng như vật liệu nano nhằm khai thác

"hết tiềm năng về những tính chất cũng như kích thước đặc biệt mà vật liệu này mang lại so

với những vật liệu tuyển thống

loại vật liêu nano hiện nay, nỗ bat o6 cdc ferrite perovskite đất hiểm có dạng

n nhur La, Pr, Nd, Th, Ho, Yb, ) được nghiên

ReFeOs (với Re là các nguyên tổ đất hi

cứu nhiều vì có các tính chất ưu việt nên có thể ứng dụng trong đa dạng lĩnh vực như lĩnh perovskite YbFeOs, các nghiên cứu trước đây đã cho thấy có thể được ứng dụng trong lĩnh

‘vue vat liệu từ [38]; xúc tắc quang [311]; thiết bị cảm biến khi acetone trong y sinh [19} Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano có thể kể đến như phương pháp phản ứng pha

số những ưu điểm cũng như những hạn chế khắc nhau Để tìm ma phương pháp phủ hợp nhất đòi hỏi phải trải qua quá trình khảo sát sự ảnh hưởng của nhiều yếu tổ như độ pH của môi trường, nhiệt độ tổng hợp, tác nhân tạo kết tủa, dung mỗi lên cấu trúc của vật liệu

nano và điều kiện của phòng thí nghiệm Trong đề tài nghiên cứu này, tôi sử dụng phương

pháp đồng kết tin dé tng hop nén vit lgu nano perovskite YoFeOs vi wa diém của phương

pháp là đơn giản, thân thiện với môi trường và có khả năng tạo được vật liệu có độ tỉnh

Vật liệu nano perovskite bằng phương pháp đồng kết tủa và nghiên cứu cầu tạo, nh chất

đã được công bổ [I-2, 35, 39, 41, 43-45], trong đó có vật liệu YbFeO; [30] Về quy trình

thực nghiệm, các tác giá thường thủy phân các cation kim loại trong nước nồng, sau đó để kết quả hú được [1] Ngoài ra, để tết kiệm thời gian thực nghiệm mã vẫn có thể chế tao

được vật liệu nano perovskite, mgt s6 ti giả đãsử dụng quy trình thực nghiệm là sau khỉ đang nồng [1, 4] Trên cơ sở tham khảo những phương pháp thực nghiệm tổng hợp vật tôi quyết định chọn dỀ tải nào nghiễn cứu tổng hợp vật liệu nano YbFeOs bing phuong

pháp đồng kết tủa thông qua giai đoạn thủy phân các cation Yb™ và Fe” trong nước nồng

ồi cho tí nhân tạo kết tủa vào khi nước vẫn đang nóng Hiện nay, vẫn chưa có công trình nào nghiên cứu về vấn đề này Vật liệu sau khi được tổng hop sẽ được làm khô tự nhiên ở

Voi những lý do trên, tôi đã chọn để tải nghiên cứu là

tông hợp, nghiên cứu edu tric va nh chắt của vậtiệu nano bột YbeO, bằng phương

pháp đằng kết tủa ở nhiệt độ cao với tác nhân sodium hydroxide”

1.1 Tổng quan về công nghệ nano và vật liệu nano

1.1.1 Công nghệ nano

Khoa học nano (tên tiếng Anh: Nanoscienec) là ngành khoa học chuyên nghiên cứu các hiện tượng và sự can thiệp vào vật liệu ở quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử

“Tại các quy mô đó, các vật liệu có những tính chất khác biệt so với tính chất của chúng nếu

ở quy mô lớn hơn [49]

“Công nghệ nano (tên tiếng Anh: Nanotechnoloay) là kỹ thuật điều khiến Si dong

và kích thước của vật chất ở quy mô nanomet (nm, Ì nm — 1Ù” m) trong quả trình phân tích, chí 20 và ứng dụng chúng vào các vựe khoa học phủ hợp [49]

“rước khi con người ý thức đến việc có th điều khiển những hình dạng và kích thước của vật chất ở cắp độ nanomet,thỉ trong thể giới tự nhiên đã tồn tại ắt nhiều những cầu trúc tồn tại với kích thước nanomet như những phân tử thiết yếu trong cơ thể con người, các thẳnh phần của thực phẩm, “Thuật ngữ "công nghệ nano được sử dụng lẫn đều tiên bởi một nhà nghiên cấu của

dại học Tolyo có tên là Norio Taniguchi vào năm 1974 nhưng khi đ thì các nhà khoa học vẫn chưa thực sự chú ý tới nó Mãi cho đến những năm của thập niên 80, thuật ngữ này mới được biết đến một cách phổ biến và nhận được nhiều sự quan tñm hơn nhờ vào hai sông tỉnh nghiên cứu mang tính đột phá là:

CCông trình thứ nhất là công trình phát mình ra kín: iển ví qué dng hm vio nam

1981 của bộ đối nhà khoa học là Gerd Binnig va Heinrich Rohrer tại Phòng thí nghiệm

"Nghiên cứu Zuich của IBM Công tình này giúp cũng cắp những hình ảnh đầu tiên v các nguyên tử vào năm 1989 Công trình thứ hai là công trình phát hiện ra fiưlferenes vào năm

1985 bởi ba nhà hóa hoe li Harry Kroto, Richard Smalley và Robert Cư Cầu trúc đặc n từ có kích thước

sông nghiệp đông góp to lớn vào sự phát iển chung của nên khoa học ~ công nghệ hiện

thiết bị đùng trong chẩn đoán y, sinh học [11]: công nghiệp thông tin và truyền thông [12]:

công nghiệp thực phẩm [13]: công nghiệp được phẩm [14]: nông nghiệp, thay sản [4]:

`Vật liệu nano (tê tiếng Anh: Nanomateril) là vật liệu trong đồ có t nhất một chiều

số kích thước khoảng từ Ì nanomet đến 100 nanomet 49] Mặc dà khoa học nano và công

"nghệ nano là hai lĩnh vực hoàn toàn khác nhau nhưng chúng đều cố chưng đổi tượng nghiên cứu chỉnh là vậtliệu nano Vậ liệu nano được phân loại theo nhiễu tiêu chí như theo hình dang, theo trạng tái tồn tại và theo ứng dụng Cụ thể từng cách phân loại như sau: Var liệu nano có thể có hình dạng là các hạ các sợi: các ống: các mằng mỏng Dựa vào hình dạng đỏ, người ta chia vật liệu nano thành ba loại chính: Vật liệu nano không chiều: lã vật liệu nano có cả ba chiêu đều đạt kích thước nano Ví dụ như hạt nano ; Vật

liệu nano một chỉ

tống nano ; Vật liệu nano bai chiều: là vật liệu nano có hai chiều đạt kích thước nano Vi

có íLnhất một pha có chiều đạt kích thước nano, hoặc các pha đạt kích thước nano trong

"ai chiều và ba chiều xen lẫn nhau [3]

một chiề

re re bàn dt si a Hình 1.1 Phân loại vật liệu nano theo số chiều

⁄

Hình 1.2 Phân loại vật liệu nano theo hình dạng

VỀ rạng thái tổn tại của vật liệu, có thể chỉa vật liệu nano thành ba trạng thái là rắn; lông; khí, Vật liệu nano hiện nay nhận được nhiều sự quan tâm nhất là vậtliệu nano ở trạng thái rắn, Các loại vật liệu nano ở rạng thái ấn có nhiều cầu trúc Khác nhau như vật liệu

trie spine

`Về ứng dụng, vậ liệu được chỉa thành nhiu loại như vậtliệu nano kim loi, vật liệu nano bản dần, vật liệu nano từ tính, ật liệu nano sinh học,

"nano có cấu trúc perovskite; vật liệu nano có

"Điều đặc biệt ở vật liệu nano là những tính chất hóa học và tính chất vật lý như điện; tủ; quang; khả năng làm xúc tác chỉ thấy xuất hiện khi chúng đạt được kích thước này Để giải thích cho điều này có thể ựa trên bai cơ sở khoa học:

+ —- Hiệu ứng bề mặt

Khi vậtiệu đạt kích thước hạt, s lượng nguyên từ có thể chiếm đồng trên một điện tich bề mặt vật thể sẽ gia tăng Chính vì vậy các ính chất có liên quan đến bÈ mặt sẽ thể hiện rõ nét hơn làm cho tinh chất của vật liệu trở nên khác biệt so với chúng nếu ở kích thước khôi [3]

+ Hig img káchthước tới hạn

Cc tinh chit vit Ij, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thỉ tính chất của chúng hoàn toàn bị thuy d Người ta gọi đó là kích thước tới hạn Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nồ bằng hay nhỏ hơn bách thước tới hạn của các ính chất [3]

Vi dụ điện trở của kim loại tuân theo Ohm ở kích thước vĩ mô Nếu giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại (từ | kích thước nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử [3]

Không phải bắt cứ vật liệu nào đạt kích thước hạt cũ:

với kích thước khối của nó Mức độ khác biệt

Tính chắt "Độ đài ới hạn (nm)

Bước sóng điện tử 10-100 Điện “Quảng đường tự do trúng bình 1-100

Quang dung tin xe spin 1-100

Hồ lượng tự 1-100 Quang Độ đãi suy giảm 10-100

Độ sâu bề mặt kim loi 10-100

Độ thâm thấu Meiner 1-100 Tương tác bắt định xứ [1-100 Biển hạt 110

co Bản kính khỏi động nút vỡ 1-100 Sai hồng mẫm 0140

Miễn dịh "Nhận biết phân tử 1-10

1.2 Cấu trúc tỉnh thể vật liệu perovskite

Nam 1839, nha khoáng vật học người Nga L ` Perovski da phét hign ra một loại vật liệu gốm có tên lả caleium titanium oxide (CaTiOs) tai day mili Ural thuộc Nga CaTiOs 1a oxide (Ti02) Do edu tric mang tỉnh thể độc đáo, độ ôn định hóa học cao nên vật liệu này

và tông hợp,

tổng hợp, cho thấy sự đa dạng về cầu trúc tình thể cũng như tính chắt nên những vật liệu trong việc phát hiện và nghiên cứu vật liệu này

Một cách khái qua, vt ligu perovskite là những vật liệu có công thức hóa học chung

là ABO,, Với A là cation nguyên tổ nhóm IHA (ví dụ: Be, Mg, Ca, ) hoặc caion nguyễn

những cấu trie perovskite pha tạp (AxA’r=)(ByB"15)0s Qué trình thay thể này mang đến nhiều lĩnh vực Trong phạm vi đề ải này, ôi tập trung nghiên cứu tỉnh thể perovskite không, pha tạp, trường hợp riêng là ytterbium ferrite perovskite (YbFeO:)

vj rcication a Qvisianiono* —— @ vit cation

Hình 1.3 Cấu trúc tỉnh thể perovskite lý tưởng

(0* sip xép xung quanh cation B tạo với nhau cấu trúc tỉnh thể BO; có dạng khối bát diện

“Chúng ta có thể mô tả cấu trúc lý tưởng perovskite dưới dang sắp xếp các khối bát diện cận là vị tí của ation A, Như vậy, B phải có bán kính lon nhỏ để có Mà chui vừa vio hée

be diện, A phải kính ion lớn hơn B Có thể thấy góc -B là 180° và độ

BO Ib 1g nhau và bằng a/2 theo mọi phương với a là tenn lập phương

‘Con xung quanh eation A là 12 anion O* tạo thành cấu trúc tỉnh thể đa điện AO; với độ

dai liên kết là a2 /2 theo mọi phương Dễ đạt được cấu trúc perovskite thi bin kinh ion

ccủa những nguyên tổ trong perovskite phai thỏa màn điều kiện [21]

Ro la bin kinh anion O; Ro=

Tuy nhiên, dưới tác động của các điều kiện bên ngoài như thành phẳn tạp chất ẫn trong

perovekite thường không đạt trạng thái lý tưởng Hiện tượng đồ được gọi là hiện tượng suy biển đối xứng

Hình 1.4 Sự suy biến đối xứng của cấu trie perovskite khi góc liên kết B-O-B # 180",

Sự suy biển đối xứng gây nên sự biển dạng cấu trúc tỉnh thể, từ độ đối xứng cao nhất

là lập phương (eubi) xuống thấp dần như là: trực thoi (onhoihombie); mặt thoi {thombohedral); tứ phương (tetragonal); don ta (monoclinic); tam ta (triclinic) [7]

1 mm = 10 m) Sau đó sản phẩm được đem đi tạo hình và kết khối thành vật liệu cụ thể

"Đây là phương pháp tổng hợp gốm đầu tiên được sử dụng và cho đến hiện nay vẫn côn phổ biển rộng rãi

CQuá tình tổng hợp vật liệu pcrovskie theo phương pháp phản ứng pha rẫn có thể được biểu diễn theo sơ đồ như hình Ló [5}

trong phương pháp phản ứng pha rắn

“Trong sơ đồ này có các công đoạn:

“Công đoạn 1: Bước tính toán thành phần của nguyên liệu ban đầu để tổng hợp sân phẩm với tứ lệ hợp thức mong muốn Nguyên iệu được lựa chọn làm phối liệu có thể là các

‘oxide kim loi, hydroxide kim loai và các muối vô cơ của kim loại Công doan 2: Thông thường phi liệu hồ cô kích hước lớn sẽ khiển cho phân ứng ohn hy Bước nh ii lên ih nn gi ng điện chi ức khuếch tát má

trận tong cối mỗ não Khi nghi

Công đoạn 3: Nén ép viên giúp làm tăng mức độ tiếp xúc giữa các chất phản ứng

Kết thước và độ dày của viên mẫu phụ thuộc vào khuôn và độ dẫn nhiệt của phối liệu Để Tiêu có độ ốp th dồi khi cần phải sử dụng phương phúp nén nóng oảa nén va gà hệ, Việc dc động ng tòi ca nhiệt dộvàág mắt hi ii cô hời

sian để thu được mẫu có độ đặc khít cao

‘Cong đoạn 4: Bước quan trọng nhất trong phương pháp Tại bước này thi phan ứng giữa các pha rắn sẽ xây ra, Do phản ứng giữa các pha rắn rất khó xảy ra nên thường hiệu còn dư Nên hỗn hợp này thường phải được tiền hành nghiền trộn, rồi ép viên, tồi nung lại thấy không còn chất phản ứng thì mới xem như kết thúc chu trình, thu được sản phim cudi cũng,

lớn, phản ứng xảy ra chậm nên cần nhiều thời gian và công sức

1-32: Phương pháp soE-gel Phương pháp sol-gel là một kỹ thuật hôa keo trong việc tạo các vật liệu có hình

dạng mong muốn ở cấp độ hạt có đường kính từ 1 nm dén 100 nm từ những hạt có kích

Hệ soi là hệ phân tán các hạt rắn (sol) có kích thước ổn định từ 1-5 nm rong chất lòng, rong đó chỉ có chuyển động Brown làm chuyển động các hạt Tuy nhiền, sol có thời hơn, đến kích thước cỡ I-100 nm vả tủy theo xúc tác có mặt trong dung dịch mà sẽ đồng theo những hướng khác nhau,

Hệ gel là hệ phân tín chất lỏng (ở dạng keo) và chất rắn (sol) Trong hệ phân tán này có chứa một mạng lưới chất rần được hình thành bởi sự ngưng tụ các hạt keo lại với nhau, đó chính là gel Quá trình ngưng ng el xảy ra nhanh hơn pote chậm hơn tùy thuộc vvio các thông số của hệ gel như nhiệt độ, độ pH của dung dịch, bản chất của hệ, số dung TBBLAL Sa đồ nêu để khô ự nhiên hi sẽ ẽ tu được go kh (Xero, cn nu im kh

(Qua trinh sol-gel duge hình thành với 2 dạng phản ứng chính là phản ứng thủy phân

và phản ứng ngưng tụ DiỄn biển của quả trình sol-gel có thể được trình bảy bằng ba bước

Bước L: Chế igo sol vi phan in sol vào một dung mối thích hợp để tạo hộ soi bằng một trong hai cích sau

“Cách I: Phân tần chất rắn không tan (precutsor) từ cấp hạt lớn thành cắp,

hạt của sol trong các máy xay keo, sau đỏ cho phân tán vào dung môi thích hợp, đẻ đến khi

định thủ được hệ sol

“Cách 2: Ding dung môi thích hợp để thủy phân precursor, sau đồ để yên cho đến khi hệ n định thu được hệ sol

Bước 2: Các hạt trong hệ sol được polime hóa thông qua quá trình ngưng tụ tạo ra

hệ gel 6 trang thái là một mạng lưới liền tục

Bước 3: Cuối cũng à quả tình xử lí nhiệt hệ gel để thu duge sin phẩm

Ưf điểm và nhược điểm của tổng hợp gốm bằng phương pháp sol-zel được tổng hợp trong bing 1.2 sa:

Ưu điểm

> C8 thể tạo rà mảng phủ liên kết r mỏng để mang đến sự định chặt rt tốt -

~ _ Có thể tạo ra mông dãy cũng cấp cho |- Chi phi cao a6i với vật liệu thô

= Chu trie gel dạng mồng nên cổ thể, cao phun phủ lê các hình dáng phức tạp |~_ Haohụtnhiềurongquảrình tạo mảng

pH của mỗi trường, dung môi, tắc nhân go kt a, tbc d thém tic nha ạo kết tủa, thứ hự

kết tủa, tốc độ khuấy Sau khi quá trình kết tủa điển ra hoàn toàn, kết tửa thu được trải {qua qua trình lọc, tách, rửa sạch, làm khô, nghiễn mịn, Cuỗi cùng là xử lý nhiệt để thu được sản phẩm có kích thước hạt cỡ < I mieromet (um, Ï um = 10 m) với độ đồng nhất cao

“Tổng hợp gồm bằng phương pháp đồng kết tủa là một phương pháp đơn giản, giúp

tích bề mặt riêng lớn Tuy nhiên, yếu tổ như nhiệt độ và

thụ được sản phẩm gồm tỉnh khiết cao, đồng nhất và dị

âm chất lượng tốt đồi hỏi phải khảo sắt nhỉ

để thu được sản ph

thời gian nung; bản chất đung môi; độ pH của môi trường; tốc độ trộn và tốc độ thêm tác nhân tạo kết tủa; [I-2]}

Chuan bj đung dịch thành phần

Trộn

Dung dich mẫu

Thêm tác nhân tạo kết tủa GDI: Giai đoạn thủy phân Kết tủa hóa

'GĐ3: Giai đoạn phản ứng pha rắn

Giai đoạn I: Các cation là cation kim loại đất hiểm họ Lanthanides và cation kim loại sắt nên trong giai đoạn này tạo môi trường acid, pH của dung dịch sẽ giảm dẫn Khi kiêm hóa dung địch muối bằng tác nhân tạo kết tủa sẽ thay đổi giá trị pH Ty niên nỗi Than ôi đồ dẫn đến qui tn ks a cation khôn diễn động bột ẽ không cần đông tir hai cation kim logi trở lê thì thường thao tác bằng cách nhỏ tử từ dung địch chứa tác trước Song nếu thay phan tr tir fe cation kim loại trong nước nóng trước, sau đồ để nguội

Khi nước vẫn còn đang sô thì sẽ giúp tễt kiệm thời gian thục nghiệm nhưng vẫn 9 ReFeO: kích thước nanomet [1]

Giai đoạn 2: Để thực hiện phản ứng giữa các pha kế tủa, cần nung tại các mức nhiệt

độ nung phủ hợp, Tại nhiệt độđó, các kết tủa thực hiện qué trình tạo pha đồng nhắt Nhiệt

41

rong đề tải nảy, tôi chuẩn bị dung dịch chứa các cation kim loại lã Yb* và Fe" sẽ được thủy, phản tử từ trong nước nóng, sau đó cho tác nhân tạo kết tủa là NaOH vào khi

nước vẫn còn đang sôi Đã có để tải tổng hợp được vật liệu nano YbFeOs bằng phương

khác biệt giữa để tài này và các công trình nghiên cứu trước đó chính là tác nhân tạo kết

tủa là NaOH sẽ được thêm vào khi dung địch thủy phân vẫn còn đang sôi chứ không đẻ

"nguội Sự khác biệt này giúp cho quá trình thực nghiệm chế tạo vật liệu VBEeO; kích thước khâu đợi nguội Sau đó, sản phim thu duge được gửi đi nung để thực hiện quá trình tạo pha đồng nhất Quá trình thủy phân và thực hiện phản ứng giữa các pha kết tủa trong để tải

"ủy có thể được tôm tắt như sau:

+ 60H: “ Yb(OH)sŸ + Fe(OH);Ÿ S YoFeOs+ 31:0

1.4 Tình hình nghiên cứu và tống hợp vật liệu nano YbFeOs Với khả năng ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp hiện nay, vật liệu nano luôn nhận được sự quan tâm rit Kim đến từ các nhà khoa học trong việc nghiên cứu những đặc liệu nano có cấu trúc perovslite Trong bài nghiên cứu này, tôi chọn nghiên cửu và tổng sodium hydroxide cho vào khi đụng địch còn đang sôi, hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào trên thể giới nói chung và Việt Nam nổi riêng công bồ quy trnh tổng hợp vật liệu perovskite nh vay

Đối với những công trình đã được công bổ, trong đó có nhóm các tác giả Xiaoxuan

Ma vi cộng sự đã tổng hợp thành công trạng thái đa tỉnh thể của YbfeO› bằng phương pháp phản ứng pha rắn, sử Mại nhổ liệu thô là YbzO¿ có độ tỉnh khiết 99% va F t0) c có

độ tỉnh khiết 99,945% [16]; nl ác gid R C Rai và các cộng sự di cl

ZYNREOV/ANO và XHECD vo ing Phuong pip phn ing prin i nhật 41200 C,thiều kế rong 12 git [17], nhm ee ie gia Noboru Kimi vi Takashi Katsura da thành công xác định năng lượng tự d tiêu chuẩn để hình thành trạng thái ôn định của đa tỉnh thể YbFeO› tại 1200 °C là -58.17 kcal/mol [18]; nhóm các tác giả Fanpu Meng và cộng sur đã thành công chễ tạo ỉnh thể YbFeO› đạt kích thước nano bằng phương pháp so-gel trúc dị thể ø-VbEeOi-YbEeOsfrTÌO: bằng phương pháp đồng kết tủa sử dụng tác nhân tạo kết tủa là glycine [20]

Về ứng dụng của vậtliệu YbEeOs, công trình nghiên cửu của nhóm cdc tc gid Hayato Lida và các cộng sự đã công bố vật liệu ñ-YbFeO›/ysz dạng

sắt điện ở nhiệt độ đưới 350 K và có tính sắt từ ở đải nhiệt độ thấp [21]: nhóm các tác giả

Y B Bazahily và cắc công sự đã công bổ cúc phép đo định hướng spin tong vật liệu

vào các chỗ trồng trong tỉnh thể VbFeO; và khám quá ra tính chất điện của vật liệu YbFei

xCo,O: thông qua việc điều chỉnh mức độ pha tạp [15]; nhóm các tác giả Xiaoxuan Ma và hướng spin b [16]: nhóm tắc giả Fanpu Meng và cộng sự sau khi tông hợp đã nghiên cứu ứng dụng vật hiệt độ để ứng dụng làm thiết bị quay rong trường thấp các tác giá Solia Tikhanova và các cộng sự nghiên cứu khả năng làm xúc tác quang dị thể của vật liệu dudi ánh sáng thuộc vùng khả kiến [23]; nhóm tác giả Tang, P và các cộng sự

"nghiên cứu thành công khả năng làm xúc tác quang của vật iệu YBFeO› đưới ánh sing khả kiến trong phân ứng phân hủy methyl orange (MO) [31]

trong những công trình trước đó

L5 Các đặc trưng từ tính của vật Do ảnh hưởng của hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước tới hạn, những vật liệu khỉ đạt kích thước nano thường thấy xuất biện khả năng tương tác với từ trường ngoài, điền

mà không thường thấy ở chúng nếu ở kích thước khối Những vật liệu như vậy được gọi là vit ligu nano tr inh (Magnetic nanomaterials ~ MNMBs) Tuy nhiên, mức độ tương tác ttewng ngodi oma vit igs Khe nau vi phy thge vo bin chit ea cation ding ng hop ra vt ligu va cdu tao mang tinh thé [7, 24-2

xứng cao nhất là mang tinh thé hp phong: nhng sự suy biển đối xứng của mạng tỉnh thể

ảnh nhiễu kiêu mạng ữnh tệ khác [7] Với cũng một thành phần nguyên tổ dùng đ tổng hợp vậtliệu nano nhưng khi tổng hợp xong có thể sẽ hình thành được cửu trúc đơn pha một thuộc vào quy trình tổng hợp ra vật liệu Chính vì vậy sau khi tổng hợp xong, việc nghiên cứu các đặc trưng từ tính của vật liệu nano là can thiết nhằm xác định ol tương tác từ của vật liệu, từ đô kết luận độ hiệu quả của quy trình tổng hợp và để xuất hướng ứng dụng của vậtliệu tổng hợp được từ quy trình đỏ

tạo mạng tỉnh thể có mức độ đối

vào thành phần NPs thi MNMs được chỉa làm hai loại: [24]

Cấu trúc nano đơn thành phần (monocomponenL nanostructures) như: kim loại (Metal NPS); hop kim (Metal Alloy); oxide kim loai (Metallic Oxides); carbide kim loại (Metal carbides)

“Cấu trúc nano đa thành phần (multicomponent nanostructures) nhu: cfu tried thể (Heterostructures) va Exchange-coupled nanomaghets

“ong tường hợp én, oxide kim foi thud foi vt iu nano tinh có ấu trúc

nhiều là MEeO; và MEc,0; (với M

enh pin Vr io nan xd due nai cũ

à những ation kim log chuyển ấp họđ cô nh chất huận từ, thường chọn Po|A4, Ảnh Đuận củ Pde gi hich dosing! mt acon de tha tuong orbital nguyen

oFe [TTT 1)

Hình 1.9 Cấu hinh electron ciia Fe va Fe

"Nếu thay M bằng những cation kim loại đất hiểm thuộc họ lanthanides như Y, Ho, Yb, có những chức năng đặc biệt thì ta thu được vật iệu nano từ tính có cấu trúc perovskite, Trong số những ion kim loại đất hiểm thuộc fee Lanthanides, Yb°" nỗi bật nhờ

cổ chúc năng phảt quang khi được kích thích bởi những bức xạ cổ năng lượng cao 46] và

thích trong công trình của Yan-lie Lang và các công sự [27] thì vật liệu nano YbEeO: sẽ

có tiểm năng ứng dụng không chỉ trong lĩnh vực từ tính mà còn là lĩnh vực quang học

‘Tinh chat từ của vật liệu được đặc trưng qua đại lượng đ từ hóa (Magnetization — Mem) Moe nh bing bg monn ttn to hot ao nh se rn lậu Đột hộa của các hạt han từ tính phụ Thuộc vào ích huớc nh tệ, Độ từ ha tnh

ảnh hường của từ trường ngoài đến độ từ hóa được gọi là đường cong từ hóa (masnetizaion .curve hoặc hysteresis curve)

Đường cong từ hóa là một chu tỉnh khép kín biểu diễn mỗi liên hệ giữa tổng moment ừ tương tác của cc hạt nano trong vật liệu nano tử tính với cường độ từ trường,

từ trường (H) còn trực tung (Oy) được quy định biểu điễn moment tử tương tắc (M) Khi

tăng được mãi Đến một giá trị nào đó của cường độ từ trường ngoài nhận thay giá trị cảm

ứng từ không tăng được nữa thì giá mị đó được gọi là từ độ bão hỏa (Saturaon Magnetization ~ My, emu/g)

“Tir dp bo hoa (Ms) à một đặc trưng từ tính quan rọng của ật liệu nano từ tính

trị từ độ bão hòa của vật liệu nano từ tính sẽ giám mạnh nếu kích thước tỉnh thẻ ane ae

‘mdi liên hệ giữa Mạ và kích thước tỉnh thể (D) như sau [26]

M,(D)I My = 1-chl2+48, / GR)|/D d2)

Bên cạnh đó, hai đặc trưng quan trọng khác của vật liệu nano từ tính lả từ dư

độ ừ trường giảm về iá tị 0 O«, tức ngất từ trường ngoài thì vật lệu vẫn có th côn sốt trường ngoài cần áp vào vật liệu từ tính dé vật liệu bắt đầu có cảm ứng từ Vật liệu từ tính

từ ính được chỉa âm bai loạ là vật liệu từ mềm và vật iệ từ cũng, cụ th như sau: [8]

Vật liệu từ mềm là các vật liệu được từ hóa và khử từ đễ đàng Vật iệu từ mềm thường được dùng lam vật liệu hoạt động trong môi trường ngoài Vi dụ như: lảm lõi biế: thế, lôi nam châm điện, lõi dẫn từ, Lực khang tir Hy của vật liệu từ mm phải nhỏ hơn

Những vật liệu từ mềm tốt có lực kháng từ rất nhỏ, cỡ 0,01 Oe Những vật liệu từ

độ từ thẳm ban đầu đạt tới vài chục ngân, thậm chí hàng răm ngân Một số vật liệu từ mềm thường gặp như hợp kim Fe ~ Sỉ, hợp kim Ni ~ Fe, hợp kim vô định hình và nano tỉnh th,

Vật liệu từ cứng có những tính chất trải ngược với vật liệu từ mềm, Vật liệu từ cứng

có lực kháng từ cao, trên lý thuyết là hơn 100 Oe, nhưng phổ biển thường cỡ hàng ngản

thể rất lớn

Cé ba loại tương tác chính xây ra trong các

trong đó có vật liệu từ có cấu trúc dạng perovskite [7] liệu từ oxide phức hợp nói chung,

«- Tương tác RKKY (viết tắt từ Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida):

"Đây là tương tác trao đổi atin tgp gta ion tr (magnetic ion) vit ed electron ving din (conduction electron) xáy ra trên khoảng cách lớn và do tương tác đẩy Coulomb gây

Độ lớn của tương tác phụ thuộc vào sự khư trủ địa phương của clectrn trên các quỹ đạo giới hạn Tương ác sẽ mạnh nếu mật độ lscron khư trủ lớn như ong kảm loại Giữa

Và teen giảm nên cường độ tương tác RKKY cũng bị ảnh hưởng theo, thường có giả trị

« _ Tương tắc siêu trao đổi (Super-Exchange, SE):

“Có ha loại là tương tác trụ tiếp vã tương tác gián tiếp Tương c trực tp là tương:

tắc giữa hai ion tử thông qua các orbital xen phủ nhau; tương tác gián tiếp là tương tác giữa

ha ion từ thông qua một anion phí từ khác như Oˆ với ác electron hóa tr lớp 2p Không

có sự nhảy điện tử giữa các ion từ, Đây là tương tác gây ra tinh phản sắt từ trong perovskite manganite

« Tương tác to đối kếp(Donble-Exchanse, DE)

"Đây là loại tương tác từ giữa hai ion từ khác hóa trị (ví dụ như MnŸ'/Mn) thông, -qua một nguyên tổ ph từ (O với lớp điện từ 2p) Loại tương tác này có kèm theo quả trình

“hãy điện tử giữa các ion tử và là nguyên nhân gay ra tinh sit tr trong vat liu perovskite

2.1 Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano perovskite YbFeO;

không, phéu, giấy lọc

có "an phân tích 4 số, cốc thủy tỉnh chịu nhiệt dung tích đ y từ gia ni it, con cá tử, máy hút chân

X TilệmolYb°'Fe'' = l1 | Khoẫy đều S0 mL.dụng dịch Hoà tạn với nước cất các muỗi nitrate}

> tunhié dich NaOH 3%

3, Pho khd nig hơi khô nh đến pH= 9⁄10 Tiên chất tổng hợp nano

Hình 2.1 Quy trình thực hiện tổng hợp vật liệu nano perovskite YbFeOs,

20

cho đến khi muối an hoàn toàn ạo thành đưng dịch có màu văng nâu, pH = 1, San phim thú được như hình 22

“Thêm 600 mÙŠ nước cắt vào cốc 1000 mL, dun

nước nóng rồi thì đặt cốc trên mấy khuấy từ gia nhệt rồi nhỏ ừ từ từng giỹt cho đến hết

gia nhiệt ở mức 6 Cách bổ trí thí nghiệm được biểu thị ở hình 2.3 Sau khi nhỏ hết dung

tng git dung djch NaOH 5% vio dung dich rong cốc vẫn đặt rên máy khuấy từ gia nhiệt nhỏ thêm dung dich NaOH, nhưng vẫn tip tục khuấy khoảng 4Š phút Kết quả thủ được là sự xuất hiện của kết tủa có mẫu đỏ nâu Sưu 45 phút, tắt chúc năng gia nhiệt, đặt cốc trên bàn, để nguội và chờ kết tủa lắng xuống đáy Sản phẩm thu được như hình 2.4

Hình 2.4 Hệ kết tủa máu nâu đậm,

Sau đó, lọc lấy kết tủa thu được bằng máy hút chân không KẾt tủa được rửa qua nước cất nhiều lằn cho đến khi đạt pH = 7 Sau đó được phi khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng đến khối lượng không đổi (khoảng 3 ngủ)

WR

Ce ace

Hình 2.5 Két tia sau khi lọc Hình 2.6 Kết tủa sau phơi

và rửa bằng nước cất khô tự nhiên trong 3 ngà)

«49 850 °C và 950 °C trong 1 giờ để kiểm tra sự hoàn thiện của quá trình kết tỉnh và tạo pha đồng nhất

3.2 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng của vật liệu nano YbFeOs Phương pháp phân tích nhiễu xạ tia X bột (PXRD)

1 Nguyên lý hoạt động

"Phương pháp nhiu xa tia X bot (Powder X.ray diffaetion - PXRD) là phương pháp

có thể được sử dụng cho các mẫu có cầu trúc đơn tỉnh thể hoặc các mẫu có cấu trúc đa tỉnh thể, VỀ nguyên lý hoạt động, hi chiều một chìm tỉa X hep song song, đơn sắc vào mẫu thì mẫu sẽ phản xạ lại một chùm tia nhiễu xạ Chủm tỉa nhiễu xạ này đi

hú và mấy sẽ cho kết quả giản đồ nhiễu xạ Trong quá trình đo nhiễu xạ, người ta sẽ tue quay mau va đầu thu trên một đường tròn đồng tâm [51] Sở đĩ phải lên tục quay mẫu sóc tới (gọi là góc tới Bragg) khác nhau,

2