Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát cấu trúc, tính chất của vật liệu nano Y1-xCdxFeO3 (x=0.1; 0.2) bằng phương pháp đồng kết tủa

Khóa luận tốt nghiệpLOI MỞ DAU pice Công nghệ nano là ngành kĩ thuật nghiên cứu và sử dụng các vật liệu có kích thước nano 0.1nm — 100nm nhằm tạo sự biến đổi lí tính một cách sâu sắc do

KHOA HÓA

®2&%cqCq

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

CỬ NHÂN HÓA HỌC

CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ

LIEU NANO Y;_,Cd,FeO;(x = 0.1; 0.2)

BANG PHUONG PHAP DONG KET TUA

Khóa luận tốt nghiệp

NHẠN XÉT CUA HỘI DONG KHOA HỌC

oe a114 \v121 ata xã Pus Dư ae np KKWAW aS ee

Khóa luận tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

BSS

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thay Nguyễn Anh Tiến đã giao

dé tài và tận tinh giúp đỡ hướng dẫn tôi trong suốt quá trinh tham gia nghiên cửu va

hoàn thành khóa luận tốt nghiệp nay.

Trong suốt những năm học phé thông vả đặc biệt là 4 năm theo học tại trường Đại học Sư phạm Thanh phố Hồ Chí Minh đã giúp tôi trang bị một lượng lớn kiến

thức chuyên môn cũng như những kĩ năng trong quá trình thí nghiệm, nhờ đó mà tôi

có thé hoàn thành việc nghiên cứu dé tải một cách nhanh chóng và hiệu quả Chính vi

thể tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô trong Khoa Hóa, đặc biệt là

các thầy cô, cán bộ trong phòng thí nghiệm Vô cơ và phòng thi nghiệm Hóa lí đã tạo

cho tôi mọi thuận lợi trong suốt quá trình làm thực nghiệm.

Cam on ba mẹ, bạn bẻ, những người thân luôn kịp thời ủng hộ động viên và giúp

đỡ tôi vượt qua mọi khó khăn.

Do trình độ và thời gian nghiên cứu có hạn, luận văn này chắc chắn không tránh khỏi những thiểu sót Rat mong nhận được sự góp ý và chi dan của quý thay cô và bạn

bè để khóa luận được hoàn thiện hơn

Một lần nữa xin trân trọng cảm ơn!

Khóa luận tốt nghiệp

CHUONG L TONG QUAN VE VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU - s52 9

1.1 HẠT NANO, VAT LIEU NANO VA CÔNG NGHỆ NANO 9

111 7 CáckhainraNfRQqUHEARE:-‹:- es eh en 9

1.1.2 Vat liệu nano từ tính và phân loại ii 9

1.1.3 Một số ứng dụng của vật liệu nano tử tính -2-ccc£- 101.2.CÁC PHƯƠNG PHAP TONG HỢP VAT LIEU PEROVSKITE ABO, I21.2.1 Phương pháp tổng hợp gm csssesssssersvvesssusssssveerensesenseesnnscensnecees l4

1.2.2 Phương pháp đồng kết tủa - 22-22222222 21C re 15

1.2.3 Phương pháp sol — gel srrserssssesereeenssrsereesnnennenens 900000000080090090000000009045 16

1.3.CAU TRÚC TINH THE CUA VAT LIEU PEROVSKITE ABO, 15

1.3.1 Vat liệu perovskite ABO; thuằn 0250020000022 1s

1.3.2 Vit liệu perovskite ABO); biến tính - 22222222 cC2sccczzccr 18

LA.VAT LIỆU TREN CO OC YRÒ(N2 20606022 cuaboGci 19

CHUONG H CÁC TIEN CHAT TONG HỢP VÀ CAC PHƯƠNG PHAP

NGHIÊN CỮU CÂU TRUC, TINH CHAT CUA VAT LIEU NANO Y,.,Cd, FeO;

949492229 91 0 08 09444 9 22-239 04.09408400 029 09-22422222 04-28 01 0109749027202 409 09-04 0 0040420222220 00240019.0109400909222254009 0-9 400 94914.927.9 022234 04000109490 0022442222900 0 6440049424 x800666058 2 I2.1.CAC TIEN CHAT TONG HỢP VAT LIEU Y;.,Cd,EeO, 21

BRAY tied và Mp GRẤHu:c: su 2020002000 t020000000160262000300020968041/04022e00) 21

AG Es): || | ee sae ee eee ee ene 21

Khóa luận tốt nghiệp

2.Í.:11 KG li BỀN: 2c 066GUA0 (226/002 00UGG6sa1/G4aauilfB30 B0 (II Ác co he tk tk ddtrakicosdseeeaai 23

2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIEN CUU ĐẶC TRUNG CUA VAT LIEU

2.2.1.1 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA) - 55-5555: 26

2.2.1.2 Phương pháp phân tích khói lượng nhiệt (TGA) 27

2.2.2.Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu 262.2.2.1.Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 52-551 cv, 26

2.2.2.2.Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) - 5© 29

Ded Sid EMOTE pháp đo độ từ HỘ eseseoioeveeeieoeeetcki Giai rasnesessiee 29

CHUONG HI THỰC NGHIỆM — KET QUA - THẢO LUẬN 31

xỉ“ NHNENGNEN _ —_————_ 31

29 ni Dị a |, i cc cc ce ee a er 31

3.1.2 Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano Y,.,.Cd,FeO, bằng phương pháp đ`ng ih When sist see oes cue ea 32

S32; MET QUÁ VÀ THÁO LUẬN ans ieee 32

3.2.1 Kết quả tong hợp vật liệu mano Yạ„Cdạ ;FeO, 2222scczz 32

3.2.2 Kết qua tổng hợp vật liệu nano Yạ„Cdạ ¡FeO,, 5525522 37

3.3.3 Các đặc trưng từ tinh của vật liệu nano Y;.,Cd,FeO; (x= 0.1 và 6.2) 40

KẾT TUAN VỀ PB XU Set ecooiiniiioeeeidaoooaoooeocieo, 42

TT TM Ti 43

GVHD; TS NguyénAnh Tien

SVTH: Nguyễn Thị Thủy PageS

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIÊU

Danh mục hình vẽ

Hình 1.M6 hình ứng dụng vật liệu nano trong việc điều trị bệnh -.- 10

Hinh 2: So dé miêu tả quy trình tổng hợp vật liệu ABO, theo phương pháp gồm 13

Hình 3: Sơ dé miéu ta quy trình tổng hợp vật liệu ABO; bằng phương pháp sol-gel 14

Hình 4.Cầu trúc tinh thé của perovskite ABO¿ thuản 555 20 215121525 1S

Hình 5.Su biển dang cau trúc perovskite khi góc B-O-B + !8ŒP ‹ - 16

Pilea 6: TE G0 đài WG Tu ăăkieieieỏadieie=iedieiaesdaioeee=auee 17

UE : ]—— m—— «+ 19 Hình 8 Oxit yttri t\(08GG6006§680000AN088/00000101808000ASG00(x26„sl 20

N7, MS HHÍ NO ẬNGG (áccgci v22 G0áccCGb00booduLikcccGoooibccc.cc 31

Hinh 18 Dé thi đường cong phân tích nhiệt của mẫu bột Yo sCd, ;FeO điều chế bằng

Bhưggg nộp th MẾT Bãi nai ieknHetiobiigiitgkeeoiisnsksg5)16666608x46106iố1 33

Hình 19.Phổ XRD của YạyCd¿;FeO; sau khi nung ở 650°C trong | giờ đã ghép với

Hình 20.Phô XRD của YạCda;FeO; sau khi nung ở 750°C trong | giờ đã ghép với) 1 /8/2.90 SN nHdắÂăA 34

GVHD: TS NguyễnAnh Tien

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Pagc6

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 21.Ph6 XRD của Yạ„Cd; ;FeO) sau khi nung ở 650°C, 750°C, 850°C trong | giờ

EET SET OL ELE CER OREO ETS ETO OEE LO REED SORES OPE 34

Hình 22.Anh SEM của mẫu bộtY sCdạ ;FeO) sau khi nung ở 650°C (t= lh) 36

Hình 23.Anh SEM của mẫu b6t¥ 9 sCdo ;FeO) sau khi nung ở 750°C (t= lh) 37

Hình 24.Ph6 XRD của Y¿yCda ,FeO) sau khí nung ở 750°C trong | giờ đã ghép với

HINH NR Re ee Oe ease mee ee Te ey CONOR \ |

Hình 25.Phỏ XRD của YagCáy ,FeO) sau khi nung ở 850°C trong | giò đã ghép với

phô chuân YFeO, 38

Hình 26.Anh SEM của mau bột Yo9Cdg ;FeO;sau khi nung ở 850°C (t = lhị 39

Hình 27 Giản dé chẳng phổ từ trễ của mẫu vật liệu Yo gCdạ ;FeO; er

Hình 28 Giản dé chồng phổ từ trễ của mẫu vật liệu YạgCdạFeO 4

Danh mục bảng biểu

Bang 1 Hàm lượng Y, Cd, Fe trong mâu vất liêu Y¿xCda ;FeO: nung 750°C (t=1h) 35

Bảng 2.Ham lượng V, Cd, Fe trong máu vat liêu YạyCdạ ¡FeO; nung 850°C (t=!h) 38

Bang 3 Thông số từ tinh của các mẫu vật liệu -552 362232 2255221010 1122 40

GVHD: TS NguyénAnh Tien

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page?

Khóa luận tốt nghiệp

LOI MỞ DAU

pice

Công nghệ nano là ngành kĩ thuật nghiên cứu và sử dụng các vật liệu có kích

thước nano (0.1nm — 100nm) nhằm tạo sự biến đổi lí tính một cách sâu sắc do hiệu ứng kích thước lượng tử gây nên Trong những năm gan đây, công nghệ nano cho ra

đời nhiều sản phẩm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, không những đạthiệu quả cao mà còn tỏ ra ưu việt hơn hăn so vơi các sản phẩm có kích thước thôngthường cùng thành phan hóa học , như trong công nghệ hàng không vũ trụ, công nghệđiện tử-quang công nghệ năng lượng, y hoc, Trong đó đặc biệt phải kẻ đến vật liệuferrite của các kim loại đất hiểm Trong thời gian gần đây, vật liệu nano ferrite của các

kim lọai dat hiếm thẻ hiện rd nhiều tiềm năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như làm

catot trong các tế bảo nhiên liệu oxit rin, chất xúc tác hoạt động trong qua trình oxi

hóa CO, CH¡¿, môi trường kiểm tra phim

Tuy nhiên, việc tông hợp bột ferrite từ các oxit, hydroxit hay các mudi đòi hỏi

phải nung ở nhiệt độ cao, dẫn đến kích thước hạt tạo thành lớn, độ kết tụ cao ảnhhướng không tôt đến tính chất của vật liệu được sản xuất ra từ chúng Đề giam kich

thược hat ferrite tao thanh gan đây ngươi ta sư dung phương pháp đồng kết tủa cac

cation kim lọai bang cac tac nhân kết tua khac nhau như amoniac , amoni cacbonat hay

dung dich kiềm , phương pháp đốt cháy gel , v.v Tông hop ferrite ABO ; bằng cac

phương phap nay co ưu điềm la nhiệt độ kết tỉnh thấp, quá trình thí nghiệm đơn gián,

thu được bột mịn có kích thước nho và đồng nhất cho giá trị kinh tế cao Hơn nữaphương pháp đồng kết tủa phù hợp trong điều kiện thiết bị phòng thí nghiệm đơn giản

Với những lý do trên, em chọn đề tài:*“VGHIÊN CỨU TONG HỢP VA KHAO

SAT CAU TRÚC, TINH CHAT CUA VAT LIEU NANO Y,.,Cđ,FeO; (x=0.1; 0.2)

BANG PHƯƠNG PHAP DONG KET TUA” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp cùng với

mong muốn đóng góp thêm một số thông tin về loại vật liệu nảy.

GVHD: TS NguyễnAnh Tiên

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page8

Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG I.TỎNG QUAN VE VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU

1.1 HẠT NANO, VAT LIEU NANO VA CÔNG NGHỆ NANOfðI46N1I

1.1.1 Các khái niệm liên quan

Trong khoảng vài thập niên gần đây, trong khoa học xuất hiện một dãy các từ

mới gắn liền với hậu tô “nano” như: cau trúc 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, Người ta đã công bỏ hàng loạt các bài báo các công trình khoa học các tạp

chí và tổ chức nhiều hội nghị, hội thao gắn liền với chủ đề công nghệ nano Chữ

“nano”, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo dé tạo ra đơn vị ước giảm đi |

ty lần (10°) Ví dụ: nanogam = | phan tỷ gam; nanomet = | phan tỷ mét hay Inm =

10" m

Công nghệ nano (nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết

kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều

khiển hình dáng kich thước trên quy mô nanomet (từ | đến 100 nm).

Khoa học nano (nanoscience) là ngảnh khoa học nghiên cửu về các hiện tượng

va sự can thiệp (manipulation) vao vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử va đại

phân tử Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hăn với tính chất của chúng tại

các quy mé lớn hơn.

Ranh giới giữa công nghệ nano vả khoa học nano đôi khi không rõ rang, tuy

nhiên chúng đều có chung đối tượng nghiên cứu là vật liệu nano.

Vật liệu nano (nanomaterials) là các tổ chức, cấu trúc, thiết bị, hệ théng, có

kích thước nano (khoáng từ đến vai tram nanomet, tức cỡ nguyên tứ, phân tử, hay

đại phân tử - macromolecule) Các vật liệu với kích thước như vậy có những tính chất hóa học, nhiệt, điện, từ, quang xúc tác, rat đặc biệt, khác han các vật liệu có kích

thước lớn.

1.1.2 Vật liệu nano từ tính và phân loại

Các vật liệu khi hưởng ứng với từ trường thì nó sẽ có tính chất từ.Vật liệu từ là loại

vật liệu mà dưới tác dụng của tử trường ngoài có thể bị từ hóa, tức là có những tínhchất từ đặc biệt Đặc trưng tính chất từ của các vật liệu là độ từ hóa và độ từ cảm:

GVHD: TS NguyễnAnh Tiên

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Pape9

Khóa luận tat nghiệp

D6 từ hóa là môt đai lượng sử dung trong từ học được xác định băng tổng

momen tửnguyên tử trên một đơn vithé tích của vật từ Đôi khi, từ đô con được

định nghĩa lả tổng mômen từ trên một đơn vị khỏi lượng Từ đô lả mot dai

lượng véctơ

Độ từ cảm là tỷ số của từ độ và từ trường, biểu hiện sự hưởng ứng của vật liệu

với từ trường ngoải Đô từ cảm có thể âm hoặc dương

Trong tự nhiên có hai loại vật liệu từ chủ yếu: vật liệu thuận tử va vật liêu nghịch tử

Sự phân loại nảy dựa theo dấu và độ lớn của độ từ cảm:

Vật liệu thuận từ là những vật liệu mà khi không có từ trường ngoài tác dụng

thi các moment từ nguyên tứ định hướng hỗn loạn, điều nay dẫn đến dé từ hóa

bằng 0 Khi có từ trường ngoài tác dụng thi các moment từ nguyên tử sẽ định

hướng theo từ trường ngoài và xuất hiện độ từ hóa cùng chiều với từ trường

ngoài Tính thuận từ thường thé hiện khá yêu va phụ thuộc vào nhiệt độ

Vật liệu nghịch từ là vật liệu bị tử hóa ngược chiêu với từ trường ngoài Tinh

nghịch từ có liên quan với xu hướng của các điện tích muốn chin phan trong

của vật liệu khỏi từ trưởng ngoai (tuân theo định luật Lentz của hiện tượng cam

ứng điện tir).

Các thông số xác định tính chất của vật liệu từ, ngoài độ từ cảm còn có độ từ hóa bão

hỏa, độ từ dư và lực kháng từ.

1.1.3 Một số ứng dụng của vật liệu nano từ tính

Dược hoc, thuốc chữa bệnh: Có kha năng chế tạo các

phan tử sinh học ma chuyển dược phẩm trong tê bao

(hình 1) Điều nay có thé giải phóng các hạt nano hoặc

hóa chat chồng ung thư đáp lại tin hiệu nguy hiểm tir

tế bảo bệnh

Gắn DNA và chip DNA : Xét nghiệm kim loại xác - Hit 1 Mo hình ứng dung vật liệu

định DNA có thể thực hiện bằng lớp phú hạt nano nano trong việc diéu tri bénh

vang với chuỗi soi DNA Khi các hat nảy được ghép vào DNA sé xảy ra liên kết (sự

lai tạo) Quả trình nảy sẽ lam cho keo vàng kết tu, va kết qua la điển ra sự thay đổi mau

trên thân chịp.

GVHD: TS NguyễnAnh Tiến

SVTH: Nguyễn Thi Thủy Page10

Khóa luận tốt nghiệp

Lưu trữ thông tin: Các hạt màu siêu mịn thường tạo ra chất lượng cao hơn về mau sắc.

độ bao phú va chất bén mau Trên thực tế, các hạt nano thường được ứng dung trong

audio, băng video vả đĩa hiện đại, chúng phụ thuộc vào tính chất quang và tính chất từ của hạt mịn Với các tiên bộ kĩ thuật, càng ngày con người cảng chế tạo các loại vật

liệu lưu trữ thông tin có dung lượng lớn nhưng kích thước ngảy càng nhỏ gọn.

Máy tính hóa học/quang học: Các mạng hai hay ba chiều có trật tự của kim loại hoặc

nano bán dẫn có tinh chất từ và quang riêng biệt Các vật liệu này hứa hẹn có nhiều

ứng dụng trong công nghiệp điện tử, bao gồm cả máy tính quang học

Gém và các chất cách điện cải tính: Việc nén các hạt gốm kích thước nano tạo ra các

vật rắn mém đẻo, dường như là do vô số ranh giới hạt tôn tại Sau khi phát triển thêm

các phương pháp nén, các vật không xốp, độ đặc cao sẽ được điều chế Những vật liệu

mới này có thẻ được sử dụng như chất thay thể cho kim loại trong rất nhiều ứng dụng.

Kim loại cứng hơn: Kim loại nano khi nén vao trong vật rắn sẽ có bề mặt đáng chú ý,

có độ cứng của kim loại vi tinh thé thông thường

Pin mặt trời: Hạt nano bán dan, có kích thước điều chính được, có tiềm năng đối vớipin mặt trời với hiệu suất cao hơn

Chất xúc tác: Tầm quan trọng của vật liệu cấu trúc nano là sự xúc tác không đồng

nhất phụ thuộc vào các hạt nano của kim loại va nghiên cứu về tắc động của kich

thước hạt Đây là lĩnh vực đã vả đang thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa

học.

Công nghệ sản xuất sơn: Người ta đã chứng minh được rằng sơn được thêm chất phụ

gia bằng các hat nano hap phụ ánh sáng, ví dụ như TiO, thì sơn sẽ tự lau sạch Cơ chế

khiến điều này xảy ra liên quan đến oxy hóa quang chất gây bin bằng TiO, trong

nước Vật liệu hữu cơ béo mà bám chặt vao bề mặt sơn có thé bị oxy hóa bằng cặp lỗ

điện tử tạo thành khi nano TiO, hap thụ ánh sáng mặt trời Vi vậy, vật liệu hữu co bj

loại khỏi lớp mang son.

Các chất xúc tác bảo vệ môi trưởng: Việc sử dụng vật liệu nano với thành phan là các

kim loại đất hiểm cho phép điều chế các lớp xúc tác hoạt tính mỏng hơn, nhờ đó tiết

kiệm được kim loại quý Các vật liệu nano nảy cũng giúp ích trong việc điều chế các

GVHD: TS NguyễnAnh Tiến

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page11

Khóa luận tốt nghiệp

huyền phủ có độ đặc cao, rit bén, nhờ đó giảm số bước phủ và giảm mắt mát nguyênliệu do sự phân tán kết bông khi sản xuất các lớp xúc tác

Nang cao an ninh quốc phỏng: Công nghệ nano đóng vai trò quan trọng trong việc

chế tạo trang thiết bị quân sự cho quốc phòng Các loại vật liệu hap phụ, phá hủy cáctác nhân sinh học và hóa học đã được chứng minh là khá hiệu quả và cho phép đỗiphó nhanh với một số van đẻ hậu cản

Ngoài ra, các nhà khoa học đã tìm cách đưa công nghệ nano vào việc giải quyết các

vấn dé mang tính toàn cầu như thực trạng 6 nhiễm môi trường ngày càng gia tăng

CÁC PHƯƠNG PHAP TONG HỢP VAT LIEU PEROVSKITE ABO,"

1.2.1 Phương pháp tổng hợp gồm

Quy trình tổng hợpvật liệu ABO;bằảng phương pháp gốm(hình 2):

Bước 1: Nguyên liệu ban dau (thường là các oxit hoặc muỗi cacbonat) được cân

theo tính toán từ công thức hợp thức của gốm

Bước 2: Nghién trộn phối liệu có tác dụng tạo ra hỗn hợp bột đồng déu

Bước 3: Sau khi được nghiên trộn trong một khoảng thời gian thích hợp, hỗn hợpđược ép thành viên nhỏ vả tiến hành nung sơ bộ ở nhiệt độ cao dé thực hiện phan ứng

pha rắn tạo ra những hợp chất mong muốn Với các mẫu sản phẩm perovskite nhiệt độ

nung sơ bộ trong nhiều giờ

Bước 4: Sau khi nung sơ bộ mẫu được nghiên lần hai dé tạo vật liệu dang bột có

kích thước hạt mong muốn

Bước 5: Vật liệu đã nghiền lần hai, được trộn đều với chất kết dính để giúp định

dang dé dàng hơn Chat kết dính thường là dung dịch keo PVA.

Bước 6: Mẫu bột sau đó được ép thanh mẫu sản phẩm và đưa vào nung thiêu kết

trong điều kiện thích hợp Quá trinh nung thiêu kết giúp hoàn thành phan ứng tạo hợp

chất cần chế tạo và tạo ra sản phẩm cuối cùng có tính chất cơ, điện, tir, mong

muôn.

GVHD: TS NguyénAnh Tien

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Pagel2

Khóa luận tốt nghiệp

Cân nguyên liệu theo

Hình 2: Sơ đô miêu tả quy trình tổng hợp vật liệu ABO, theo phương pháp gốm

Nhược điểm: tương đôi phức tap, phải trải qua nhiếu giai đoạn, trang thiết bị hiện

đại (máy nghiền năng lượng cao, lò nung trên 1250°C ), thời gian của các công đoạn

kéo dài vả khốilượng nguyên liệu tương đối lớn nên không thích hợp cho việc sinhviên tiền hành trong phòng thí nghiệm của trường

1.2.2 Phương pháp đồng kết tủa

Phương pháp đồng kết tủa là phương pháp đơn giản đẻ điều chế hat ferrite có kích thước nhỏ Với phương pháp đồng kết tủa: chất gốc là các muỗi vỏ cơ tan trong

nướcđược hỏa tan trong dung môilà nước, sau đó cho phản ứng với dung dịch bazơ

hydroxit như KOH, NaOH, NH,OH, dé tạo kết tủa Sản phẩm kết tủa được lọc rửa sạch bằng nước cat và được làm khô ở nhiệt độ 60°C trong chân không Các hạt được tổng hợp có kích thước từ vài nanomet đến vai chục nanomet Kích thước hạt có thé

GVHD: TS NguyễnAnh Tien

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page13

Khóa luận tốt nghiệp

được kiểm soát thông qua nhiều yếu tô như tỉ lệ vật liêu ban dau, trang thái oxy hóa,

độ pH dung dich,

Mac dù đông kết tủa lả phương pháp đơn giản nhưng khi các hat nano hình thành

chúng kết tụ rat mạnh do nhiều yếu tố như diện tích tiếp xúc tăng, ảnh hưởng của lựctrọng trường, môi trường lưu giữ hạt dé bị oxy hóa, vả gây ra sự xen lẫn nhiều pha

khác nhau

Uu điểm: chế tạo đơn giản, phan ứng xảy ra nhanh, có thé tạo ra hạt nano với độ

đồng nhất, độ phân tán khá cao

Nhược điểm: độ từ hóa thắp, các hat nano sau khi hình thành sẽ kết tụ mạnh Tuy

nhiên con tủy thuộc vào những img dụng cụ thé, những nhược điểm nay thi không

đáng kê so với những thuận lợi ma phương pháp mang lại Vị thé nó được sử dụng khả

1.2.3 Phương pháp sol — gel

Từ “sol” Ja từ đầu của danh tử “solution”, cỏn từ “gel” lả từ đầu của “gelation”

Sử dung phương pháp sol-gel ta có thể chế tạo ra các hợp chất ở dang khéi, siêu min,

mang mỏng hay sợi Một cách đơn giản nhất, phương pháp nảy được mô tả với hai

loại phản ứng cơ bản là phản ứng thủy phân và phản ứng polymer hóa Hạt được tạo

thành tổn tại ở dang gel.

Phương pháp sol-gel đã được biết đến từ rat lâu và được img dụng khá rộng rãi

vì phương pháp này có thể tạo ra những vật liệu có kích thước hạt rất nhỏ

Quy trình tổng hợpvật liệu ABO;bẳng phương phápsol-gel (hình 3)

bel tr yh 2

Hình 3: Sơ dé miêu ta quy trình tổng hợp vật liệu ABO; bằng phương pháp sol-gel

Quá trình tạo sol bao gém sự hòa tan các ion kim loại hoặc các oxit kim loạikiểm, các muối kim loại hữu co trong dung môi là rượu, hoặc các muối kim loại vô cơ

trong dung môi nước tạo thành huyén phủ Sol sẽ hình thánh khi các huyền phủ trở

thành chất keo long Sol sau đó chuyên đổi thành gel thông qua sự ngưng tụ Gel sayGVHD TS NguyễnAnh Tiến

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page14

Khóa luận tốt nghiệp

khô sẽ chuyển thành xerogel, nhằm tách nước vả nhiệt phân các chất hữu cơ Giai

đoạn tiếp theo là nung xerogel để tạo thành bột

Uu điểm: có thé sử dung nhiều loại vật liệu khác nhau, có khả năng thích ứng vớinhiều điều kiện phản ứng, tạo ra các hạt có kích thước tương đổi đều, đồng nhất, nhỏ,

min,

Nhược điểm: do sự khác biệt về tếc độ thủy phân của các chất ban đầu có thé dẫnđến tính không đồng nhất hóa học, có thé tan tại các pha tính thé không mong muốn

1.3 CAU TRÚC TINH THE CUA VAT LIEU PEROVSKITE ABO,"

Trong phạm vi nghiên cứu của dé tai này, chúng tôi tim hiểu về cấu tạo va tinh

chất của các hợp chất vô cơ có công thức cầu tao tông quát là ABO; - trong đó A làcác nguyễn tế đất hiểm thuộc ho lanthanide (A = La, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd) và B là cáckim loại chuyên tiếp (Mn, Co, Fe, ) có câu trúc tinh thể ở dang perovskite Trường

hợp chung, bán kính của cation A lớn hơn ban kinh của cation B.

1.3.1 Vật liệu perovskite ABO,thuần

Hợp chat perovskite ABO; thuần có câu trúc tinh thé lý tưởng O mạng cơ sở làhình lập phương tâm khối với các thông số mạng a=b=c và a = B = y = 900,

Ởđây cation A nằm tại vị trí tám đỉnh của hình lập phương, còn cation B có bán

kính nhỏ hơn năm tai tâm của hình lập phương Cation B được bao quanh bởi 8 cation

A vả 6 anion O” (hình 4a), còn quanh mỗi vị tri cation A có 12 anion O*(hinh 4b).

@ Vj wication A OV itri anion 0* @ Vj trí cation B

Hình 4.Cấu tric tinh thé của perovskite ABO; thuần

GVHD: TS NguyénAnh Tién

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Pape15

Khóa luận tốt nghiệp

Đặc trưng quan trọng nhất trong cấu trúc tinh thé nay là sự tôn tai các bát diện

BO, nội tiếp trong 6 mạng đơn vi với sáu ion OŸ tại đỉnh của bát điện và một iondương B tại tâm của bát diện Ta thấy, các góc B-O-B bảng 180° va đô dai liên kết B-

O bảng nhau theo mọi phương Điều này cho phép ta hình dung một cách rõ rang hon

sự biến dạng của cau trúc perovskite khi hệ tinh thể không còn là lập phương, độ dai

liên kết B-O theo các trục sẽ không bảng nhau vả góc liên kết B-O-B sẽ khác 180°

(hình 5)

Hình 5 Sự biến dang cấu trúc perovskite khi góc

B-O-B+ 180

1.3.2 Vật liệu perovskite ABO, biến tính

Vật liệu ABO; biến tinh là vật liệu có ion A hoặc B được thay thé một phan bởi

các ion khác có thể viết dưới dạng công thức tổng quát: (4_ „4y X,_ yBy2) (0 < x,

y < 1) Với A có thé là các nguyên tổ họ đất hiém Ln như La, Nd, Pr, Y hoặc Y; A

là các kim loại kiểm thé như Sr, Ba, Ca, Cd, hoặc các nguyên tô như Ti, Ag, Bi,

Pb, B có thé là Mn, Co; 8 có thé là Fe, Ni, Y, Sau đây là ví dụ một số mẫu đã

được nghiên cứu chế tạo: LaFe; Ni,O;, LaNi; Co,O3, LaCo;.,Fe,O3, La¡.„Sr,FeO:,

La)x.Ti,FeO;, Lay.VNd,FeO:, LaFeosGagsO; La; Sr,MnO;, Lay Ca MnO:, Cai.

«Nd, MnO ;,Ca;,Nd,Mnj,,FeOs, Lai vSrUMnN(,Oy, Y¡.„La,FeO:.

Các perovskite ABO; bị biến tỉnh khi được pha tap thay thé sẽ tao ra trang thái

hỗn hợp hóa trị và sai lệch cấu trúc làm cho hợp chất nên trớ thành vật liệu có nhiều

GVHD: TS NguyễnAnh Tien

SVTH: Nguyễn Thi Thủy Pagel6

Khóa luận tốt nghiệp

hiệu ứng lý thú như: hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng từ trở không lồ, hiệu ứng từ

nhiệt

1.4 VAT LIEU TREN CƠ SỞ YFeO;!

Tinh thể YFeO; có cau trúc trực thoi hoặc lục giác (giếng với YAIO,) tùy thuộc

vào điều kiện tổng hợp nên nó Mỗi tế bảo đơn vị YFeQ; chứa 4 ion sắt ở mỗi đỉnh

nhưng các trục của 4 ion sắt hơi nghiêng so với bát điện (hình 6) Các hiện tượng biếndạng của perovskite chủ yếu là ở vị trí YỶ" trong khí đó các ion Fe”” cơ bản vẫn được

giữ nguyên trong thé bát diện

Một số công trình nghiên cứu vẻ tổng hợp YFeO; đã được công bố Yttrium

orthoferit có thể được tổng hợp bằng phan ứng pha rắn thông thường là từ oxit nhưng

qua trinh nảy cũng gap kha nhiều khó khăn do sự hinh thành của Y:Fe‹O;;và Ee;O,

Một sốphương pháp khác cũng đã được đề xuất bao gồm phương pháp sol-gel của một

hỗn hợp kim loại với oxit kiểm Y-Fe, phương pháp Pechini (phương pháp tương tự

như phương pháp sol-gel, quá trình nay lấy tên của nha phát minh người Mỹ Maggio

Pechini), phương pháp tổng hợp bước sóng, phương pháp hóa cơ học và phương pháp

quy nạp plasma, phương pháp phân hủy nhiệt,

Hình 6 Tế bào don vị của YFeO,

Yttrium orthoferrite đơn tinh thé được sử dụng trong bộ cảm biến va các thiết bịtruyền động, nỏ có nhiệm vụ như bộ chuyển đổi quang vả từ trường, ở đó những tinhthé này hoạt động như trong định luật cảm ứng điện từ của Faraday; dùng dé chế tạo

mang mỏng.

GVHD: TS NguyễnAnh Ti

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page17

Khóa luận tết nghiệp

Tinh thể YFeO, có kích thước nano có khả năng ứng dụng trong chiếu xạ quang

xúc tác dưới ánh sáng nhìn thấy do cấu trúc của nó thuộc loại perovskite và nó cóthuộc tính quang phé hap thụ YFeO; là chất xúc tác cơ bản đã được nghiên cứu trongquá trình oxi hóa của thuốc nhuộm hữu cơ.Ngoài ra YFeO; có cấu trúc lục giác có

hoạt tính xúc tác cao còn được sử dụng trong quá trình oxi hóa CO.

GVHD: TS NguyễnAnh Tiến

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page18

Khóa luận tot nghiệp

CHUONG ILCAC TIEN CHAT TONG HOP VÀ CAC PHUONG PHAP NGHIEN CUU CAU TRUC, TINH CHAT

CUA VAT LIEU NANO Y,.,Cd, FeO,

2.1 CÁC TIEN CHAT TONG HOP VAT LIEU Y;.,Cd,FeO,EH14)

21.4.1 Vtri kim loại

Yttri là một kim loại chuyển tiếp

màu tring bạc (hình 7) Yttri khá phổ

biến trong các khoáng vật đất hiểm và

một số các hợp chất của nó được sử dụng

làm lân quang trong các ống tia âm cực,

chăng hạn trong các ông dùng cho truyén hình Nguyên tổ nay thông thường không tìm thấy trong cơ thể người vả cũng

Hình 7 Kim loại yuri không đỏng một vai trò sinh học nao

Yttri tương đôi bên trong không khi, trông khá giống scandi ở bẻ ngoải và về tinh

chất hóa học thi tương tự như các nguyên tổ nhóm Lantan, khi bị phơi ra ngoài ánh

sáng có ánh hơi hồng Các mảnh vụn hay phoi bảo của kim loại nay có thé bắt cháy trong không khí khi nhiệt đô cao trên 400°C Trang thái oxi hoa phổ biển nhất của

yttri la +3

GVHD: TS NguyénAnh Tien THU Vien ——

SVTH: Nguyễn Thi Thủy | Trưởng Đai.H; nna Page19

TP HO-CHI-MINH

Khóa luận tôt nghiệp

2.4.4.2 Qui yttri

Y,O, là chất rắn mau trắng va bên trong

không khi (hình 8) Nó được sử dụng như lả

một nguyên liệu dau vao pho biến cho các

ngành khoa học vật liệu cũng như trong tổng

hop vô cơ

Oxit yttri la hợp chat quan trọng nhất vađược sử dung rông rai để tao ra các chat lân

quang YVO,.Eu va Y,O;:Eutao mau đỏ trong

các Ong tia âm cực đúng cho truyền hình mau,

sử dụng làm đèn huỳnh quang trong các loại

kinh hiển vi điện tử truyện, làm vật liệu phát sáng màu đỏ trong các loại dén huỳnh

quang

Oxit yttri dùng chế tạo các dang ngọc hỏng lưu yttri sắt làm các bộ lọc vi sóng hiệu suất cao

Oxit yttri được dùng như lả phụ gia kết dính trong sản xuất nitrua silic xốp, la

chất phụ gia trong sơn, nhựa, nam châm vĩnh cửu

Các hợp chất chứa nguyên tổ này hiểm khi được bắt gặp, nhưng nên hết sức cắn

thận do chúng có độc tinh cao Các muối của yttri có thể có khả năng gây ung thư

Khóa luận tot nghiệp

2.1.2.1 Kim loại cadimi

Cadimi đã được phát hiện vảo năm 1817 bởi nhà khoa học người Đức

Stromayer(F Stromeyer 1778-1835) Ông đặt tên nguyên tổ la cadimi (Cd) xuất phát từ

tiếng Latinh là tên goi quang kẽm thời bay giờ

Cadimi là kim loại mềm, dé nóng chảy, màu trắng bạc (hình 9) Nhung ở trong

không khí 4m chúng dan dan bị bao phủ bởi mang oxit nên mắt ánh kim Cadimi có 8

đồng vi ben, trong đó ‘Cd chiếm 28,86% vả ''?Cd chiếm 24,07% Đặc biệt dong vi bên '°Cđ có tiết điện bắt notron rất lớn nên kim loại cadimi được ding làm thanh

chỉnh dong nơtron trong lò phản ứng hạt nhân

Vi hop kim của Cd có đặc điểm là mém nên chúng là vật liêu không thay thé

được đề chế tạo các 6 trục

Bên ở nhiệt độ thường nhờ cd mang oxit bảo vệ, nhưng ở nhiệt độ cao, chúng cháy mãnh liệt thanh oxit Cadimi cháy cho ngọn lửa mau sam.

Trong thiên nhiên, Cd kém phô biến hơn nguyên tổ Zn ở củng nhóm, trữ lượng

trong vỏ Trải Dat là 76 10° Khoảng chính có Cd là grenokit (CdS), khoáng vật nảy

hiểm khi tôn tại riêng lẻ ma thường lẫn với khoáng vật của kẽm vả thủy ngân Trạng

thái oxi hóa phô biến nhất của cadimi là +2, nhưng có thé tim thấy các hợp chat mà nó

có số oxi hóa +1

Cadimi là một nguyên tố không có ich lợi cho cơ thé con người Nguyên tố nảy

và các dung dịch các hợp chat của nó là những chất cực độc chỉ với nông độ thấp Khilàm việc với cadimi một điểu quan trọng là phải sử dụng tủ chống khói trong các

phòng thí nghiệm để bảo vệ chống lại các khỏi nguy hiểm Khi sử dụng các que

hàn bạc (có chứa cadimi) cần phải rất cần thận

21.22 Out cadimi

Trong tự nhiên, CdO tổn tai dưới dang

khoáng monteponit La chất khỏ nóng chảy (tỦ„=

1813°C), có thé thăng hoa khi nung nóng, hơi rat

Có các mảu từ vảng đến đỏ nâu hay gần như

mau đen tủy thuộc quá trình hóa nhiệt (hình 10) Hình 10 Oxit cadimi

GVHD: TS NguyễnAnh Tiền

SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page21