Khóa luận tốt nghiệp Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu LaFeO3 kích thước nanomet bằng phương pháp SOL - GEL

Nguyén Thị Trúc LinhMỞ ĐÀU Công nghệ vật liệu nano ngày nay da khẳng định được những ứng dụng rộng lớn của nó trong rất nhiều lĩnh vực.. Công nghệ nano, vật liệu nano Nanomet là điểm kì

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHOA HÓA HỌC

(œst£›2lì\cz›

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP

CỬ NHÂN HÓA HỌCCHUYÊN NGANH: HOA VÔ CƠ

LaFeO; KÍCH THƯỚC NANOMET BANG

PHUONG PHAP SOL - GEL

SVTH: Dao Thi Ngoc Diép

GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh

THY VIEN

Thanh phố Hỗ Chí Minh, tháng 5 năm 2013

Trang 2

Khóa luận tốt nghỉ GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh

ARERR TT ca 0.6.0.0 0000000 0/0 0 0ÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔÔ

ChER RENE A EEERE ENE E EEE EREERER DE EERE EEE ONE EERE EEE ET 1313131 7Ÿ .ccvZzý34“4ý4z°4°“°7?7 357cc g41491999909090111099Ó0900900000090910903909090056490199109413414994044/0593193994404199499099100490590

2 0 0 0 0 0 ERE EE EE ES EERE ESSER EERE EEE EE EEE EEEEEEERS

PORN EEE ENE E RETA EERE REE CỐ ESERE EERE EESEREE REESE SERRE ER EES EEEE REED ES eee RHEE EERE EEE SEER EEEE TEEN ESEEEEEEEHESEEEEEEEREEEEEESE HEME

ANNA ROA eee eee eRe Ee EEE Ree "ng TH EEN SEE ERNE OEE EE EEEES HEHE EEE 11 v.v L vL 3 1113113 REESE HEHEHE EE EEEEEEEEEEEEEEEEEE OES OE se ee seen enweeeneeeee

OTP T TEEN ENTE NEE EE EEE EE EERE EEE 0Ô 0000 0 0 RHEE ESET TEESE EES E ESTEE EEE EES EEE EEES EEE EEEEEEEEEE HEHEHE EES

COENEN TERRE REE REET RR RE ECE E EER EERE EEE E REESE EE EEEEEEEREEEE EER EEEEEEEEEEEE EERE SEE EEE EEEEEE EERE EE EEEE EEE SEES E EEE EEEEEER ESSE SEES SEES EEO REED

PARRA nh 0 0 ee EE EEEE EEE E EE TEES 0Ô

L0 0 0 00000.000.000 10/0 0Ô ÔÔÔ

1 AER EER 111111 1111 1.11.11113939090100001911959000010401199919090949119490910103141441091031119199110043393913900014199990901003941999141911399190303949409990040394100409194094%

APNE REET EER TEER TEESE EEE HÀ Ị}}ớỷỷỹ}ỷ}.Ï}.LDCIP“-_ AT EERE E SER ERE ESS S ERSTE TE EERE EEE SEE ER EEE REE REESE RES EEEE EER REEEEERERESEEEEEEESS ESTE HERES EERE EEE ORE ES

TEN RRE REE R EERE EERE REE E SEER RHEE EEE EERE EESEREEEEEEEESEEEREE REE ER EE EEE ESTEE EEO E EEE ESET EE EEE EERE EEE EEEEEOEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEEE ESSERE OMS E HOS

PP i i ee

FARE EERE RENEE EEE REET EEE EEE EEEEEE EEE EEEEEEOOEEEEEE EES EREEEE EEE EE ESSERE SESE SEER EEEEEEE EEE EEEEEEEEESOESEEEEEEE EEE HEHEHE EEE EESEREEEEEERERE ES

Ann Renee ee ene e ee ee eee e eee eee e eee eee eee ee PRE eee Ee ee ER een Ne E EEE EEE TY THEE EEEEEEEEEEEEEE EES EEEEEEEEEEEEEEEESEEEEEE EES ^ OES { {c ng gv

FANE REALE ORE ER REE EEE EEEE EEE EEEEE EEE ER REESE ESSE EE ES EEEEEEEEEEEEEEEEEEEE SEER EERE 3L EEE EEE EER EEE EE EEE EEER EEE EEEEEERERESEER EERE RES HEEREEORE ES

2 0 0 0 100/0 001010 0/00 EEEE EERE DERE EEEAEE EES REE REED EES

PAPER ERROR RTT REET ETRE EE EE REESE REREAD EEE SE ES Ee OEE EE ES EE SEEEEEE REESE EERE SERRA enews Deen HH een sea eeee eee eeeeee ESTEE EEE x399 09930 x4

T5 ii EEE REET SETHE EEEEEEOEEE EEE EEEESEEEREEEEREEREEEEEEEES ESCHER ERR One®

ARR REE REE CREE TEER EEEEEEEEEEEEEEEEE SEER EEE ESSEEEEEEEEEEEEERE ESSE ENTREES EEEEEREEE EOE EEEEEEEEEEEE EEE EES EEEE EEE EEEEEEE EEE E EEE EEEROESEEEEEE RHEE

eee eee eee rere er ere

2ˆ“ ai A0000 000000000 0 ÔôÔỒ

ˆ.ˆ{}{{ỷ{Í{Ỉ}ỈjÌỈỊ}Ị}}“‡‡“‡“}‡“}ỈỈỊ 11} 1hHh}I411194194099919191910VT15^5V V1V1LV1Ln 399990 44413991904039194910440561191999434009191490191043919940294014191991939409405999404199439999909919Vg

d1 NENT EEE 111 1.1L 1453499904440055199444094499595"2đ6S22Ÿ^“ 6hh116646464044496090005Ố25llŸ1L3L1.4399 15 T v.v v11 3194909090909404319199930939013419934194/00919499403194994/4044%

SVTH: Đào Thị Ngọc Diệp Trang 1

Trang 3

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cam ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Trúc Linh va thay

Nguyễn Anh Tiến, người đã tận tình hướng dẫn, luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp

đỡ em trong suốt quá trình hoản thành khóa luận nảy.

[rong 3 nam qua, quý Thây (Cô) Khoa Hóa - Trường Đại Học Sư Phạm TP HCM đãtrang bị những kiến thức can thiết cũng như tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em trong học

tập và nghiên cứu khoa học Em xin chân thành cảm ơn những công lao to lớn luôn hết

lòng vì sinh viên của quý Thay (Cô)

Cuỗi cùng em xin bay tỏ lời cảm ơn đặc biệt đến gia đình và bạn bè đã ủng ho, động

viên piúp đỡ em vượt qua mọi khó khăn dé hoàn thành khóa luận tốt nghiệp nay

Do trình độ, thời gian nghiên cứu có hạn va là lần đầu tiên thực hiện nghiên cứu khoa

học nên khó tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được những ý kiến đóng góp củaquý Thay (Cô) va bạn bẻ dé khỏa luận được hoàn thiện hon

In xin chân thành cảm ơn, chúc mọi người sức khỏe và thành công!

Sinh viên

Đào Thị Ngọc Diệp

Trang 4

MỤC LỤC NHẬN XÉT CUA HỘI BONG KROAH#QE —_-.-Y-Fy.-eieesonsdassesososcee 1

1Í, 3P) O711001000556000 000006 0U 0E 2OAGEAg 2S 22/2 7g 4T 3

DANH MỤC HÌNH VE VÀ BANG BIBU secccsssssssssssssssssssseeneenneessssnsnnnnnensesensesenessnsneneens 5

CRHƯØNG1LTONEðĐ)A= = ——==._——————~ 8

1.1.1 Công nghệ nano, vật liệu nano chen nngrersersinrssse §

1.1.2 Phân loại vật liệu nano ch ng re 9

[.13Ứng đụng công ngÌệ 0ENU ‹:.sc¿á¿.2isc:2c2ácá¿cGiiiA2á21026 s08 10

1.1.4, Mặt trái của công male nanO -.- c cac oSŸKEEceeiisỶeeee lá

1.2 Cầu trúc tinh thé của vật liệu perovskite 25+ 45s 22223291213 23e C21212, 15

1.2.1 Cầu trúc tinh thé của vật liệu perovskite c ecccosecseeseseesssecsneesnsecsonseteeese 15

1.2.2 Hiệu ứng Jahn-'TeÌler - < 5x 4K T00 0 1198810147 16

1.3 Tinh chất oxit, hidroxit của lantan Va SAE esscceecssseccssecssssesssesecsneeesnesssnueeessneenee 18

12000 và Pa IRI onscs eaesnoen snscamemnsenr somnemntnsien sa sensmemnens iasmpeaaseyes eesaeeanee sxasepe 18

13/2; Onehe wih hidtonlt sài (T Ty: 62.12255125 2<62-020062240áGG-Ga00i cae 20

CHUONG 2 CÁC PHƯƠNG PHAP TONG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU VAT LIEU

0) ee Sẽ cố cốc Cố ỐC.

2.1 Cho phương pháp tÔng 0D các 11264 6à gu 6t (c6 Quái c0 4e 23

2.1.1 Phương pháp gdm truyền thong ¿ 525552122211 121021 c2 239:19:PH(GSEIHERTGOIEVONU ——SeSSieeneeeeeseoereseerseascoe 23

Trang 5

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyén Thị Trúc Linh

2:2: Các phurơng pháp nghiên Cứu ;¿ -:::/2052122:22.22222230)21, 2200000 220000 2 000 0142622201:200Á6x214 28

2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) cccccecsseeeseesesseeresenverseenseneeeresserseeenesss 28 2.2.2, Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) :0::00sserseeeneesnerseenneeneees 30

453: ï tương PU RD KÝ HỘ á:1z4606404c6x06c00iác6ct222406061226220116 32

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM - KET QUA - THẢO LUẬN 555- 34

7.1: 1Háa:iiÊt:VÀđNg cry esses ite SSeS See 34

TL a a a ace oe re 34

3.2.1, Téng hợp bột nano Laf'eO; bằng phương pháp sol-gel citric - Phương pháp |

3.2.2 Tổng hợp bột nano LaFeO, bằng phương pháp solgel citric + etylen glycol

-Phương: POA De aia cain aaa aaa Ra vam ea tsi a ea aad Da oA aaa 35

3.3.1 Tống hợp bột nano LaFeO; bằng phương pháp l -. -: 363.3.2 Tổng hợp bột nano LaFeO; bằng phương pháp 2 . : 39

3.3.3, Các đặc trưng từ tính của vật liệu nano LaFeO; điều chế bằng phương pháp

ca IG ĐAU 2% 09C SYYA VÀ Chế Cụ RRC ea OE Rp TC O-AE/ 0/5402 ⁄0)) 009.300 LDR TERN EEN OA OCCUR 4I

Trang 6

Khóa luận té iệ GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh

Hình 1.1 Cau trúc vật liệu nano 0 chiều (OD), 1 chiều (1D), 2 chiều (2D), 3 chiều (3D) 9

Hình 1.2 Phân loại vật liệu nano theo hình dạng ẶQieeerererre 10

Hình 1.3 Cau trúc perovskite (ABO;) lập phương ly tướng (trên) va sự sắp xếp các bat

diện trong cau trúc perovskite lập phương lý tưởng (dưới) -. - 2 52552525522 1S

Hình 1.4, Méo mang Jahn-Teller trong cấu trúc perovskite ¿5 355532 17Eben %Ì Sơ đỗ phiên ứng thầy phÂN::2các0 C00022 cana cab ea REA Nee 6 kcicoidd 26

cự Fee OE RAI UGE RUN NGA x ẽs 1 Hình 2.3 Công thức cầu tạo của etylen glycol ccscoessssecsesucesseesseneecsnueesneeeeensecssnecennese 27Hình 2.4 Sơ đồ minh họa phản ứng Xảy ra - c2 2222 +2+2<S<< ve s se 27

Hình 3.3 Phỏ XRD của mẫu vật liệu LaFeO, điều chế bằng phương pháp | sau khí nung &

Hình 3.4 Gian đồ ghép phô mẫu vật liệu LaFeO; bang phương pháp | ở 3 nhiệt độ 700

Trang 7

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh Hình 3.5 Anh SEM của các mẫu vật liệu LaFeO; bang phương pháp | ở các nhiệt độ 700.

Hình 3.6 Phố XRD của mẫu LaFeO; điều chế bằng phương pháp 2 sau khi nung ở các

nhiệt độ T0 trong A BÀ soins aceite eee ane 39

Hình 3.7 Giản dé ghép phô mẫu vật liệu LaFeO, bing phương pháp 2 ở 3 nhiệt độ 700.

€0 ;V00DD trong Ì:§ 01⁄4 220600i2i002/12/7610020G10001330i0-001U%X06184a800iGi06ag8 40

Hình 3.8 Anh SEM của các mẫu nung LaFeO; bằng phương pháp 2 ở các nhiệt độ 700,

S00.900% trong TRÒ: ty“ 4I

Hình 3.9 Giản đỏ chồng phổ từ trễ của các mẫu vật liệu LalFeO; ở các nhiệt độ khác nhau

bling 2 pHơng DÌÂ):¿x.z7v:14:62622020020G2 t0 6G0300A60660096042056401068000890gãR 42

Danh mục bang biểu

Bảng 1.1 Một số oxit-hydroxit và hydroxit của Sắt 5-7552 s2 << se 20Bang 1.2 Một số tính chất chung của các quặng oxit - 5 2 57 +32 <522 22 21

Bang 3.1 Thong số từ tinh của các mẫu vat liệu eter eee 42

SVTH: Dao Thi Ngọc Diệp Trang 6

Trang 8

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyén Thị Trúc Linh

MỞ ĐÀU

Công nghệ vật liệu nano ngày nay da khẳng định được những ứng dụng rộng lớn của

nó trong rất nhiều lĩnh vực Trong các cấu trúc nano, cấu trúc hạt nano kim loại thu hút rất

nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới do tinh chat ưu việt của chúng Cácđặc tinh của hạt nano kim loại có thé cho ra những sản phẩm da năng hoàn toàn mới lạ ứng

dụng trong y được bảo vệ môi trường, công nghệ điện tử.

Hiện nay, trên thể giới đang xây ra cuộc chạy đua sôi động vẻ phát triển và img dụng

của công nghệ nano O Việt Nam, tuy chi mới tiếp cận với công nghệ nano trong những

nam gân đây nhưng cũng có bước chuyển tạo ra sức hút mới đổi với lĩnh vực đây cam go.

thư thách nảy Nhà nước cũng đã đảnh một khoản ngắn sách khá lớn cho chương trình

nghiên cứu công nghệ nano cấp quốc gìa với sự tham gia của nhiều trường đại học và viện

nghiên cứu Công nghệ nano là một bước tiên vượt bậc của công nghệ nó tạo ra những ứngdung vô cùng kì điệu tạo ra nhiều cơ hội hon, nhưng bén cạnh đó cũng có những thách thức

dat ra về thảm hoa môi trường và khả năng phát triển vũ khí loại mới với sức tản phá không

gi so sánh nồi Tuy nhiên, con người ngày nay đã hướng đến cai thiện nhiều hơn nên ching

ta có thé hy vọng la công nghệ nano sẽ mang lại hạnh phúc cho nhân loại nhiều hơn

Trong những năm gan đây, vật liệu orthoferrite LnFeO; (Ln là vị trí các nguyên tố dat

hiểm như La, Nd, Eu, Y, ) đã được ứng dụng nhiều trong thực nghiệm, đặc biệt là LaFeO;

- chất mở đầu cho day các nguyên tố đất hiếm, các vật liệu này có thể làm chat xúc táctrong phản ứng oxi hóa từng phần metan, làm vật liệu xúc tác, làm các sensor nhạy khi và

còn làm điện cực ở nhiệt độ cao (SOFC)

Ngày nay, để diéu chế vật liệu nano người ta thường sử dụng các phương pháp cơ bản

như: phương pháp kết tỉnh cryochemical, phương pháp cơ hoá, phương pháp thủy nhiệt,phương pháp điện hoá, Phương pháp hóa học điêu chế vật liệu từ oxit ngày nay được coi

là chiếm ưu thé do đảm bảo được tính đồng nhất hóa học và hoạt tính cao của bột ferrite tạothành Trong đó phương pháp chiến lược, kinh tế và thân thiện môi trường được coi là

phương pháp sol - gel.

Vi vậy em chọn dé tải: “Nghiên cửu tông hợp vật liệu LaFeO; kích thước nanomet

bing phương pháp sol - gel” lam để tài khóa luận tốt nghiệp với mong muốn đóng góp

thêm một it thông tin về loại vật liệu này.

Trang 9

CHƯƠNG | TONG QUAN

1.1.Téng quan vé nano

1.1.1 Công nghệ nano, vật liệu nano

Nanomet là điểm kì diệu trong kích thước chiều dải, là điểm mà tại đó những vật sáng

chế nhỏ nhất do con người tạo ra ở cắp độ nguyên tử hay phần tử của thé giới tự nhiên ,1

Công nghệ nano (tiếng Anh: nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc

thiết kế, phân tích, chế tao, ứng dụng các cấu trúc, thiết bị vả hệ thống bang việc điều khiến

hinh dáng, kích thước trên quy mô nanomet (1 nm = 10° m).

Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên

chủng đều có chung đối tượng là vật liệu nano Công nghệ nano ngảy càng di sâu vào nhiềulĩnh vực hiện dai của khoa học, kỹ thuật va thông qua chúng nó đi vào đời sống của chúng

tạ.

Trong công nghệ nano các hạt nano được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau

Những phương pháp nay được phân nhóm theo kích thước của vật liệu ban đâu, gồm 2

nhóm: phương pháp từ trên xuống (top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up)."

~ Phương pháp top-down: là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích

thước lớn hơn Dùng kỹ thuật nghiền và biến dang để biến vật liệu thể khối với tô chức hạt

thô thành cỡ hạt kích thước nano Phương pháp đơn giản, rẻ tiền

- Phương pháp bottom-up: là phương pháp hình thành các hạt nano tir các nguyên tứ,

phân từ hay ion Phương pháp từ đưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết

hợp cả 2 phương pháp hóa lý.

Đặc biệt gần đây, việc thực hiện công nghệ nano theo phương thức bottom-up thu hút

nhiều sự quan tâm, đo có thể tạo ra các hình thái vật liệu ma con người mong muốn.

Vật liệu nano là loại vật liệu ma trong cấu trúc của các thành phan cấu tạo nên nó ít nhất phải có một chiều kích thước nanomet Day 14 đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công nghệ nano, nó liên kết 2 lĩnh vực trên với nhau Tính chất của vật liệu nano

bắt nguồn từ kích thước của chúng, vào cỡ nanomet

Trang 10

1.1.2 Phân loại vật liệu nano *l

Vẻ trạng thai của vật liệu, người ta phân chia thanh ba trạng thái: rắn, long và khí Vật

liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu 1a vật liệu rắn sau dé mới đến chat

lỏng và khi.

Thông thường vật liệu nano được phân ra thành nhiều loại phụ thuộc vao hình dạng,

cau trúc của vật liệu và kích thước của chúng v.v

Vẻ hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau (hành 7.1)

- Vật liệu nano không chiéu (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự

do nao cho điện tử), vi dụ: đám nano, hạt nano,

- Vật liệu nano một chiêu là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano điện tửđược tự đo trên một chiều (hai chiều cẳm ti), ví dụ: day nano, ống nano,

- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano hai chiều

tự do ví dụ: mảng mỏng.

- Vật liệu nano ba chiêu là vật liệu dạng khối được cấu tạo từ các hạt nano tinh thẻ.

Ngoài ra, còn có vật liệu có câu trúc nano hay nanocomposite, trong đó chỉ có một

phan của vat liệu có kich thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều,

hai chiêu đan xen lẫn nhau

Hình 1.1 Cầu trúc vật liệu nano không chiêu (OD), 1 chiêu (1D), 2 chiều (2D), 3

chiều (3D)

SVTH: Dao Thị Ngọc Điệp Trang 9

Trang 11

Theo hình dang, phan thành các loại (hink 7 2)

Hình 1.2 Phan loại vật liệu nano theo hình dang

Ngoài ra, dé phân biệt được các dang vật liệu nano người ta còn dựa vào lĩnh vực ứng

dụng khác nhau của chúng:

- Vật liệu nano kim loại;

- Vật liệu nano bán dan;

~ Vật liệu nano từ tính;

- Vật liệu nano sinh học.

Quá trình tổng hợp các cấu trúc nano khác nhau như “hạt, thanh, dây, ống hay các cấutrúc nano ki dị" với sự đồng đều về kích thước, hình dang và đơn pha đang được tập trung

nghiên cứu Theo đó, nhiều hệ vật liệu nano mới với những mục đích ứng dụng khác nhau

được tạo ra.

1.1.3 Ứng dụng công nghệ nano

Công nghệ nano là một bước tiến vượt bậc của công nghệ, nó tạo ra những ứng dụng

võ cùng ki điệu, có thé cho ra những sản phẩm da năng hoàn toàn mới lạ ứng dụng trong yhoc, công nông nghiệp, bảo vệ môi trường quốc phỏng hàng không vũ trụ

* Y học Vật liệu nano giữ một vai trò quan trọng trong quá trình chan đoán, điều trị và phòng

ngừa ung thư cũng như những căn bệnh nan y khác Sứ dụng cám biến nano để xác định

các đâu hiệu sinh học như biến đôi ở gen, cảnh báo sớm bệnh ung thư

Trang 12

Vật liệu nano còn được ding làm chat chỉ thị dé nâng cao chất lượng hình anh cia các

mé năm sâu bên trong cơ thể con người, cho phép họ tiếp cận vị trí của khối u Các hạtpolyme nano giúp vận chuyên thuốc trực tiếp đến khối u ma không lam ton thương các mô

lành tinh Tinh thé nano bạc được ding trong các loại bang vết thương cỏ tac dụng tiệt

trùng.

Trong tương lai, vật liệu nano có thé giúp bác sĩ chân đoán và điều trị hiệu qua hơn

các bệnh tim mach, than kinh và các khối u nhỏ bằng cách sử dung các hạt nano kim loại.Các thiết bị cảm biến được cấy ghép hoặc đưa vào cơ thé cùng với thuốc sẽ cho phép theo

đöi sức khỏe bệnh nhân một cách liên tục và chỉ tiết nhờ vậy bệnh trạng được kiểm soát tốt

hơn.

Người ta dùng vỏ nano vàng dé theo đồi hình ảnh, đồng thời tiêu diệt tế bào ung thưbang hông ngoại, khi tiêm vào cơ thé, vỏ nano sẽ tìm đến bám vào các tế bao ung thư, hapthu ánh sáng cận hồng ngoại chiếu từ bên ngoài và nóng lên, tạo thành nguôn nhiệt bên

trong khối u, tiêu điệt tế bào ung thư mà không làm ảnh hưởng đến các tế bảo lành xung

quanh Các phương pháp điều trị dang nay có thể giảm đáng kẻ lượng hóa chất can truyềncho bệnh nhân và giảm tác dụng không mong muốn của phương pháp hóa trị liệu

Một ứng dụng khác đang được nghiên cứu của sợi nano là tạo thành lớp mang ngăn

làm ngừng quá trình chảy máu cũng như các chất lỏng khác nhanh và hiệu quả hơn

* Nông nghiệp

Trong tương lai, vật liệu nano có thể được sử dụng dé cải thiện nông nghiệp; giám sát

độ tươi ngon và chất lượng thực phẩm từ nơi sản xuất đến nơi tiêu dùng

Các nhà khoa học đang nghiên cứu sử dụng vật liệu nano vào mục tiêu tăng hiệu quả

va mức độ an toàn của việc sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc điệt cỏ và phân bón cho cây trồng

bảng cách kiểm soát chính xác hơn thời gian và địa điểm các hóa chất này sẽ được giải

phóng.

Người ta còn chế tạo được một loại cảm biến sinh học nano dé phát hiện vi khuantrong nước và thực phẩm dang lỏng giám sắt hiện tượng nhiễm khuẩn ở các cây rau mau

* Công nghiệp

- Trong lĩnh vực bao bì các sản phẩm như mảng nano kháng khuẩn được chế tao

nhằm nâng cao an toàn thực phẩm Vật liệu composite làm băng nano khoáng sét kết hợp

nylon có khả nang ngăn cản cacbon dioxit và oxy rất mạnh nên được sử dụng trong các loại

SVTH: Đào Thị Ngọc Điệp Trang 11

Trang 13

chai nhựa và mang film bao gói thực phẩm, đồ uống Trên thị trưởng hiện đã có loại nylon

va composite nano khoảng sét để chế tạo mảng ngăn oxy có khả năng co giãn, chống xuyên

thủng dùng cho chai đựng bia va các loại đò uống có ga; bao bì thịt nguội vả phomat hoặc

lớp trang trong các hộp giấy đựng sữa và nước hoa quả có tinh năng diệt khuân.

- Trong lĩnh vực mỹ phẩm, các loại kem chống nắng chứa titan đioxit và kẽm oxit ở

cấp độ nano có màu trong suốt khi bôi lên đa có độ bám tốt hơn và hắp thụ tia cực tim hiệuquả hơn sản phẩm thông thường

- Trong lĩnh vực hàng hóa tiêu dùng và thể thao như khung xe đạp vợt tennis gậy

bóng chày đã được chế tao từ ống nano cacbon dam bảo có độ bên, độ cứng cao hon, lớp

vỏ bọc bằng vật liệu nano làm giảm độ thắm khí của hóng tennis, giúp trái bóng giữ được

áp suất lâu hơn Vật liệu nano còn được ding trong các lớp tráng phủ dé tao ra các loại vai

và quan áo chống thắm nước, chống bám bản, giúp thoát mé hôi mà không thắm nước mặt

ngoài.

- Trong lĩnh vực xây dụng, nhờ ứng dụng công nghệ nano ma các công trinh nha ở

trong tương lai không những kiên cô hơn, sạch hon mà còn sử dụng năng lượng hiệu qua

hơn Một loại vật liệu được đánh giá cao trong lĩnh vực xây dựng là titan dioxit Hạt nano

titan dioxit được sử dụng trong nhiễu loại vật liệu như son, xi mang đến kính cửa s6 có khảnang khử khuẩn, khử mùi, ngăn chặn tia cực tím, tự làm sạch dựa trên hiệu ứng quang xúc

tac.

Một số lợi ích khác có thé kể đến của vật liệu nano là dùng làm tắm cách nhiệt trong

tường nhà, cho hiệu suất nhiệt cao với độ dày và trọng lượng tối thiểu,

- Trong đời sống, ứng dụng nano bạc trong các thiết bị gia dụng Hiện nay tính năng

khử khuẩn bằng phân tử bạc đã được ứng dụng vào nhiều loại thiết bị gia dụng như điều hòa nhiệt độ máy lạnh, tủ lạnh, máy giặt và một số dụng cụ đựng thực phẩm như bình

sữa trẻ em, bát đĩa, máy khử độc hoa quả

Trong tương lai, máy tính và các thiết bị điện tử có thé sử dụng vật liệu nano dé tăng

khả năng lưu trữ đữ liệu cũng như kéo dài thời gian sử dụng của pin Các phương pháp lưu

trữ mới dựa trên nên tảng công nghệ nano sẽ cho phép lưu được nhiều thông tin gấp hơn

200 lần mật độ lưu trữ của đĩa DVD thông thường.

Trang 14

* Quốc phòng và hang không vũ trụ

- Trong lĩnh vực quốc phòng: sử dung côn trùng sông gắn thiết bị nano hoặc các robot

có cảnh siêu nhỏ bay lan vào côn trùng tới địa bản của đổi phương dé thu thập thong tin

Người ta dùng nhôm nano dé chế tạo các loại tên lửa di chuyển nhanh hon, hoặc tăng sức

công phá các loại chất nô truyền thống đo khí kết hợp với một oxit kim loại như oxit sắt thi

nhôm nano cho phép phản img hóa học xảy ra nhiều hơn trên một điện tích bé mặt định

sẵn, nên có thé tăng sức nô.

Quân phục may bằng vải kết hợp vật liệu nano có thé đổi mau theo mỗi trường cứng

lại để bảo vệ người mặc khỏi chắn thương, chống đạn hoặc các loại vũ khí sinh/hóa

- Trong lĩnh vực hang không vũ trụ: các vật liệu cau trúc nano cỏ thể Eiủn tạo ra những thé hệ máy bay bén hon, nhẹ hơn, có khả năng chẳng sét và chống cháy tốt hơn.Hiện nay, người ta đã sản xuất được một loại vật liệu nano có độ bên cao, nhẹ và hap thụ

năng lượng tốt hơn thép ding dé chế tạo máy bay Các loại polyme chứa hat nano bạc giúp

làm sạch vi khuẩn trong máy bay Một số công ty đã chế tạo được loại vải và sợi chứa ông

nano cacbon có tinh dẫn điện cao dùng thay đồng dé sản xuất day dẫn và cáp nhẹ hơn cho

máy bay hoặc vệ tính.

* Môi trường

Các nhà khoa học đã img dụng vật liệu nano dé làm sạch rác thải thay thế các nguồnnăng lượng không tái tạo bằng năng lượng tái tạo, giảm ô nhiễm, tăng hiệu suất của pin mặt

trời Gia tăng diện tích be mặt của một số dạng vật liệu nano gốm vả kim loại có thé giúp

giám nhanh nồng độ các chất gây ô nhiễm trong đất, nước, không khí

Vật liệu bán dẫn TiO; được dùng để làm sạch môi trường Sắt nano hiện đã được sử

dụng trong rất nhiều dự án xử lý môi trường và mang lại thành công đáng khích lệ

Trong lĩnh vực năng lượng, màng mỏng nano và công nghệ quang điện đang góp phần

nâng cao hiệu quả của điện mặt trời, tăng khả năng hắp thu ánh sáng của pin mặt trời mảng

lọc va khử man nước ứng dụng công nghệ nano cho phép các phan tử nước đi qua nhưng

Trang 15

giữ lai các phân tử có kích thước lớn hơn như ion muỗi va các tap chất như vi khuẩn virut.

kim loại nặng, vật chất hữu cơ.

1.1.4 Mặt trái của công nghệ nano '*!

Được đánh giá như một phát minh thé ky, công nghệ nano đang dẫn làm biến đôi cuộc

sống của con người trên tất cà các lĩnh vực từ y học bảo vệ sức khỏe bảo vệ môi trường

đến các chuyển bay vào vũ trụ Tuy có tương lai tốt đẹp song công nghệ nano cũng có

không ít những tác dụng phụ mà bấy lâu nhiều người đã có tinh lờ đi

- Hạt nano cực nhỏ, lọt qua hầu hết các bộ lọc, có thể xuyên qua đa, vào mau, đi đến

các mô, các tô chức, trong đó có hạt độc Chúng sẽ làm não bị tôn thương nghiêm trọng.

chức nang một số gen cũng bị biến đi

- Các nghiên cứu gân đây của nhà độc học Eva Oberdorster thuộc Dai học Southern

Methodist tại Dallas cho thay: chi cần tha vải ba phân tử nano vào bề cá cảnh thi sau chưaday 48 tiếng đồng hồ não của những con cá cảnh trong bé déu bị tổn thương nghiêm trọng

và hoạt động cia một số gen của cá cũng bị biến đổi Ông Bop Phelps - Giám đốc Trung

tâm nghiên cứu GeneEthics tuyên bố: “Mỗi loại phân tử nano đều có thể gây hại như chatamiang! Do đó khi đầu tu cho công nghệ nano, chúng ta cũng cần phải dành một khoản

dau tư tương đương dé dùng nghiên cứu những rủi ro về sức khỏe và môi tường đo nano

gây ra”.

- Ong nano cacbon đang rất được ưa chuộng, nhưng tác hại của nó còn có thé nguy hại hơn cả sợi - hạt amiăng độc hại Ngay việc thử nghiệm các hạt nano, với tư cách là chất dẫn thuốc trong máu để điều trị ung thư và một số bệnh khác cho thấy chúng có thé dé dàng phat tán độc tố, ảnh hưởng xấu đến não bộ, có thể gây ung thư.

- Báo cáo của Tổ chức bảo vệ sức khỏe cộng đồng Swiss Re (Thụy Sĩ) cho biết: “Cac phân tử nano có trong mỹ phẩm (kem chống nắng, đường da, trắng da) xâm nhập qua da hay sâu hơn vào máu, vào các tô chức, vào bao thai, gây hại cho các mô bang cách tiêu diệtcác tế bảo có chức năng hóa giải chất độc làm liệt hệ miễn dịch, gây dị ứng rồi loạn quá

trình hoạt động của các enzym”.

Trang 16

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TBS Nguyén Thi Trac Linh

1.2 Cấu trúc tinh thé của vật liệu perovskite

1.2.1 CẤu trúc tinh thé của vật liệu perovskite TM

Công thức phân tử chung của các hợp chat perovskite là ABO, với A là các nguyên tếdat hiểm thuộc họ lantanit (A=La, Pr, Nd, Sm ) và B là các nguyên tô chuyển tiếp (B=Fe,

Co, Mn, Cr, ) Thông thường bán kinh cation A lớn hơn so với B.

Trong các oxit kim loại phức hợp, oxit kiểu perovskite ABO; có những tính chất nỗi

bật như hoạt tính oxy hóa - khử cao Đặc biệt perovskite chứa La ở vị tri A va kim loại

chuyển tiếp ở vị trí B thu hút được nhiều sự quan tâm do có hoạt tính oxi hóa trong xử lý

khi thải

Câu trúc của perovskite thường biến thé tử câu trúc lập phương với các cation A nằm ở

đỉnh của hình lập phương cỏ tâm là cation B, với các thông số của 6 mạng cơ sở thỏa mãn:

a=b=c và các góc a=P=y=90",

Cation B được bao quanh bởi 8 cation A

và 6 anion O”, còn quanh mỗi vị trí A có 12

anion ©, cấu trúc tinh thé của hợp chất

perovskite còn có thể mô tả dưới dạng sắp

xếp các bát điện BO,, với cation B nằm ở

hốc của bát điện BOs, còn các anion O” nam

ở dinh của bát diện BO, Các góc B-O-B

bằng 180” vả độ dai liên kết B-O bang nhau

theo mọi phương Bát điện FeO, nay ảnh

hướng rit nhiều đến tinh chat điện

và tính chất từ của vật liệu Hình 1.3 Cau trúc perovskite (ABO, lập phương

lý tưởng (trên) và sự sắp xếp các bát diện trongcau trúc perovskite lập phương lý tưởng (dưới)

Cation nay cũng là tâm của một bát điện tạo ra bởi các anion O” Cau trúc tinh thé có

thé thay đổ: từ lập phương sang các dạng khác như trực giao hay trực thoi khi các cation A hay B bị thay thé bởi các nguyên tô khác ma hình thức giống như việc mạng tinh thé bị bóp

méo di gọi la méo mạng Jahn-Teller

Trang 17

Khóa luận tốt nghiệ GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh

Do perovskite la một vật liệu gốm nên phương pháp che tao perovskite pho biển nhất 1a

kỹ thuật gốm, hay còn gọi là kỹ thuật phản ứng pha rin Phương pháp này có ưu điểm là rẻ

tiên đơn gián, dé dang tạo ra vật liệu với khối lượng lớn

Ngoài ra perovskite có thể được chế tạo bằng các phương pháp phản ứng hóa học khác

nhau ví dy như phương pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, với ưu điểm là cho vật liệu

có chất lượng cao nhưng lại hạn chế khả năng tạo vật liệu với khối lượng lớn

Cỏ nhiều perovskite là các chất sắt điện thé hiện tính chất nhiệt điện trở lớn Nhờ sự

pha tạp, tính chất din điện của perovskite có thé thay đổi từ tính chất điện môi sang tính dan kiêu bán dẫn, thậm chi mang tính dẫn kiểu kim loại hoặc tinh chất điện đặc biệt là trật

tự điện tích trạng thái mà ớ đó các hạt tải dẫn bị cô lập bởi các ion từ tính Ngoài ra, nhiều perovskite có thé mang tính chất siêu dẫn ở nhiệt độ cao.

Thông thường perovskite mang tinh chat phan sắt từ nhưng tinh chat này có thé bị biển đôi thành sắt từ nhờ sự pha tạp các nguyên tế khác nhau Sự pha tạp các nguyên tổ dẫn đến việc tao ra các ion mang hóa trị khác nhau ở vị trí B.

Do có nhiều đặc tính điện - từ - hóa khác nhau nên perovskite có mat trong rất nhiều

img dụng vả được coi là một trong những vật liệu rất lý thú Nhà vật lý người An Độ C N.

R Rao từng phát biểu rằng “perovskite là trái tim của vật lý chất ran” Với tính chat từđiện trở siêu không 14, perovskite hứa hẹn cho các linh kiện spintronics và các cảm biến từsiêu nhạy Với nhiều tính chất đặc biệt như siêu dẫn nhiệt độ cao, sắt điện perovskite rấthữu ich cho nhiều linh kiện điện tử Ngoài ra, perovskite với các tính chất hap phụ và xúc

tác còn được sử dụng trong các pin nhiên liệu.

1.2.2 Hiệu ứng Jahn-Teller |"!

Khi cỏ sự pha tạp, thay thế, cấu trúc tinh thé perovskite lý tướng sẽ bị thay đỗi (xảy ra

‘bién dạng) Điều này phủ hợp với lý thuyết Jahn-Teller: một phân tử có tính chất đối xứngcao với các quỹ đạo điện tử suy biển sẽ phải biến đạng đẻ loại bỏ suy biến, giảm tính đối

xứng vả giảm năng lượng tự do.

Do một điện tử trên mức e; có hai quỹ đạo kha di nên khi sự suy biến thay đổi nănglượng của toàn bộ hệ thay đổi để trở vẻ trạng thải ổn định hơn Sự suy biến này thay đối

được giả thiết là do sự dịch chuyển của các ion O” xung quanh cation kim loại chuyển tiếp

Trường hợp câu trúc bát điện bị dan ra dọc theo trục z, tức lả 2 liên kết B-O dai theo trục z

và bón liên kết B-O ngắn hơn theo trục x, y Lúc này sự che phủ quỹ đạo dy,’.,? với các quỹ

Trang 18

Khóa luận tốt nghỉ

đạo oxy ở định bát điện giảm dẫn tới lực day tác dụng lên điện tử trên quỹ đạo nảy yeu hơn

trên quỹ đạo d.Ý x Quỹ dao dy,’, ,? sẽ cd mức nang lượng thắp hơn quỹ đạo d,’ s và điện

tử chiếm giờ quỹ đạo d;,” ,’ sẽ ôn định hơn Dong thời quỳ đạo dy, va d,, cũng 6n định hơnquỹ đạo d,, do có mức năng lượng thấp hơn Hiện tượng nảy được gọi là méo mạng Jahn-

Teller loại 1.

— Treo khị mco

San Ma wieo

Loa H I

O Vi trí anion 0" @ Vi ti cation B

Hình 1.4 Méo mang Jahn-Teller trong cau trúc perovskite

Truong hợp méo mang Jahn-Teller loại I, cau trúc bat diện bị nén lại dọc theo trục z

Độ dai liên kết B-O theo trục z ngắn hơn theo trục x, y Quỹ đạo d,’ ,* cũng sẽ ôn định hon

quy đạo d›,`.,ˆ, đồng thời quỹ đạo d,, ổn định hơn quỹ đạo dy, va dy, Nếu trong vật liệu tồn

tại một trong hai loại méo mang Jahn-Telller tinh, còn nếu tồn tại cả hai loại méo mạng va

có sự chuyển đổi qua lại lẫn nhau thì được gọi lả méo mạng Jahn-Teller động hay méo

mạng Jahn-Teller tự phát.

Do liên kết đàn hồi giữa các vị trí trong tinh thể, méo mạng thường mang tính lập thé.

Điều này dẫn đến hiện tượng tách các mức năng lượng và thay đổi cấu trúc của các vùng

năng lượng của điện tử Đây là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi hàng loạt các tính chất của

vật liệu perovskite như: tính chất từ (sắt từ, phản sắt từ) tính chất điện (điện môi dẫn điện)

tinh chất nhiệt,

Và để đặc trưng cho mức độ méo mạng của cau trúc tinh thé perovskite, Goldchmidt

đưa ra thừa số dung hạn t:

d(A = 0) rA + r0

KC V2 d(B - 0) Mọi 20B +r0)

Trang 19

Trong đó: do, đụn.o; lần lượt là khoáng cách giữa cation ở vị trí A và B với anion O°”

còn ra, fy fo lin lượt 1a ban kính của các ion ở các vị trí A, B va anion O” Ứng với mỗigiả trị của 1 ma ta thu được cau trúc tinh thé perovskite ở những dạng khác nhau

Khi t=1, cau trúc perovskite xếp chặt lý tưởng (dạng lập phương) Tại những giá trị

t>1 khoảng cách giữa ion B và ion O* lớn hơn tổng bản kính của các ion O” vả B nên ion

B có thẻ dịch chuyển trong hóc bát diện

Ngược lại với t<l, khoảng cách giữa ion ở vị trí A tới lon O* lớn hon téng ban kinh của các ion O* và A dẫn đến ion A có thé chuyển động dé dang hơn, làm thay đôi tính chất

dẫn của vật liệu.

Vậy là sự xuất hiện của méo mạng Jahn-Teller làm biến đổi cấu trúc lập phương lýtưởng thành cau trúc mạng trực giao, và lúc nảy các điện tử được liên kết chặt hơn hìnhthành polaron mạng tỉnh thẻ, tạo nên sự thay đổi mạnh mẽ tính chất điện và từ của vật liệu.

1.3 Tính chất oxit, hidroxit của lantan và sắt

1.3.1 Oxit và hidroxit lantan

1.3.1.1 Lantan oxit 1)

Lantan oxit La;O;: chất bột trắng, vô định hình, khối lượng riêng 6,41 g/cm’, it tan

trong nước, khó nóng chảy vả không bay bơi.

Nếu bảo quản trong không khí, chúng dé dàng tác dụng với HạO và CO; tạo thành

hydroxylcacbonat Phản ứng tỏa nhiệt này giống như phản ứng giữa vôi sống CaO vớinước: tác dụng với nước tạo thành hidroxit.

Thể hiện tính bazo: tan nhanh trong axit, còn trong dung dịch kiềm thì thực tế không

phản ứng.

La;O; + 6H — 2La** + 3H,0

Song ở nhiệt độ cao sự tương tac của oxit và các nguyên tố khác dẫn đến sự tạo thành

không chỉ các oxit phức hợp mà còn tạo các muối khác nhau Nếu độ bèn liên kết của các

cation hai nguyên tổ khác nhau (hai kim loại khác nhau) với O” trong oxit phản ứng như

nhau thi sẽ tạo thành hỗn hợp oxit.

LayO; + NazCO; — 2NaLaO› + CO›†

Trang 20

Điều chế lantan oxit bằng các phương pháp khác nhau như đốt nóng kim loại đất hiểm

La trong oxi hay không khí, hoặc nhiệt phân các mudi khác nhau như nitrat, axetat,

ro

2La(OH); — La¿O:; + 3H¿O Phương pháp thông dụng va được sử dung rộng rãi trong công nghiệp cũng như phòng

thí nghiệm là nung muôi lantan oxalat °

Laz(CyO¿);.xHyO — La,O; + 3COT + 3CO;† + XH2O

Ung dụng

- La;O; được sử dung dé sản xuất tạo kính quang học với góc khúc xạ lớn

- Dùng dé sản xuất mạng đèn mang sông

1.3.1.2 Lantan hidroxir I9

Hidroxit của các kim loại đất hiểm là những chất kết tủa, ít tan trong nước giống như

các bazo yếu của Be”", Al’’, Fe’’, Cr’’ Trong nước thể hiện tính bazo yếu độ bazo giảm

dan từ La(OH); đến Lu(OH),, tan được trong các axit vô cơ, không tan trong nước và trongdung dịch kiểm dư

La(OH); không bén, ở nhiệt độ cao phân hủy thành LayO;

900- I000%C

2La(OH); ————> La;O; + 3HạO

Độ bền nhiệt của các hidroxit dat hiếm giảm dan từ La đến Lu

Các hidroxit Ln(OH); thể hiện tính chất lưỡng tính rất yếu nếu cho Ln(OH), vao dung

dich loãng NaOH va HCI thi sự hòa tan hidroxit chỉ xảy ra trong HCI.

Lantan hidroxit được điều chế bằng cách cho dung dich mudi của nó tác đụng với dung

dịch kiềm hoặc amoniac

LaCl, + 3NaOH — La(OH), + 3NaCl

SVTH: Dao Thj Ngoc Diép | Trưởng Da ‘ha Trang 19

|-{ hit

Trang 21

Hematit 14 một trong những sản phẩm cuối cùng của sự biển đối nhiệt của các hợp chat

sit (11) và sắt (IIL) Ngoài phương pháp xử lý nhiệt thì một loạt các phương pháp khác dé

tông hợp nó đã được biết đến chẳng hạn như phương pháp ướt No có thé được điều chế

bằng cách thủy phân mudi sắt trong môi trường axit mạnh (pH=1+2), ở nhiệt độ cao 100°C

- B-Fe;O; là tinh thé lập phương giống với y-Al;O›, có từ tính không ôn định, siêu bènvới nhiệt va được chuyên đôi thành hematit ở nhiệt độ khoảng 500°C

- y-Fe;O; có tính sắt từ, tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng maghemite, khôngbên với nhiệt và được chuyển thành hematit ở nhiệt độ cao hơn

- e-Fe,O; là chất mới nhất trong hợp chất sắt (II) oxit, có hình dạng trực thoi với tám

tế bảo đơn vị e-Fe;O; được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel hoặc đun nóng dung dịchkali ferricyanide với hypochlorite natri và kali hydroxit, sau đó nung kết tủa ở 400°C.

Nhiệt độ chuyển dạng thù hình từ e-Fe;O; + œ-Fe;O; nằm trong khoảng từ500°C +750°C Kích thước của các hạt e-Fe;O; được chuẩn bị theo những phương pháp

khác nhau là khoảng 3080 nm.

Bảng 1.1 Một số Oxit-hydroxit và Hydroxit của Sắt

Oxide-hydroxides and hydroxides Oxides

Goethite +-FeOOH Hematite »Fe,0,

Lepidoxrocite ;-FeOOH Magnetite Fe,O, (Fe''FEe1O,)

Akaganéite |-Fe€OOH Maghemite ;-Fe;O;

Schwertmannite Fe 0, (OH), (SO,), : n HyO [-Fe,O,

Green Rusts Fel" fe" (O) 05, (A),:A = Cl $02

Trang 22

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyén Thi Trac Linh

Bảng 1.2 Mor số tính chất chung của các quặng oxit sat

Mineral nome Goethe Lepidocrocite Akagentae Schwertmennite fesezxyhyte

orthorhombic tr thorhrornlyn monochene tetragonal hexayonal

Cell ditetpsons (nom a 0S) aww? aw | Oo an 1065 ar G9

-Type of paggeetiann a19ftfrotrxeg, autferromay Gantilerremnayg) dantile tremens ferrin

Giống với nhôm oxit, sau khí nung nóng Fe;O; không tan trong axit Sat (111) oxit rat

bên nhiệt

Sắt (IH) oxit có thé tan trong kiêm nóng chay tạo ra ferrite

Fe,O, + 2NaOH — 2NaFeO; + H;O

FeO, + NayCO; — 2NaFeO, + CO;†

Sat (III) oxit được điều chế bang cách nhiệt phân hidroxit, cacbonat hay nitrat ở trong

không khí

là

4FeCO,; + Ó¿ — 2l'c;O; + 4CO;†

4Fe(NO:); ` 2Fe;O; +12NO; + 3O;†

°

2Fe(OH); — Fe;O; + 3H,O0

Sắt (IID) oxit còn được hình thành trong quá trình nhiệt phân FeO(OH) ở 170°C trong

- Các màu sắc tự nhiên cũng như tông hợp được của Fe;O; như màu đỏ, nâu va mau

đen thi được sử dụng trong công nghệ sản xuất sơn, phụ gia và trong sản xuất kính màu

Trang 23

- Sắt (IH) oxit còn được sử dung lam chat xúc tác của nhiều phan ứng quan trọng của

ngành công nghiệp sản xuất hoá chat, nd là chất xúc tác của phan ứng khử ety! benzen dé

sản xuất styren Chúng được chứng minh là chất xúc tác có hiệu quả trong quá trình oxi hoa

các hydrocacbon polyaromatic, xúc tác đốt nhiên liệu, than hoá lỏng va pha hơi trong quả

trình Oxi hoá của axit benzoic.

- Được sử dụng lam tác nhân mai mòn và đánh bong lfeyO; sử dụng trong công nghệ

sản xuất g6m sứ nam châm vĩnh cửu trong kỹ thuật lưu trữ phương tiện truyền thông.

- Ngoài ra sắt (III) oxit còn là nguyên liệu dau vào đẻ sản xuất ferrite, cũng la thành

phan quan trọng nhất của một số quặng dùng dé sản xuất gang va thép

1.3.2.2 Sat (III) hidroxit

Sat (IID) hidroxit có công thức Fe(OH); là một chất kết tủa nâu đỏ, bên trong không khí.

không tan trong nước va trong dung địch NH).

Sắt (II) hidroxit có tính lưỡng tinh yếu: tan dé trong dung dịch axit và tan được trong

dung dịch kiểm đặc nóng hoặc Na;CO; hay K;CO; nóng chảy Khi đun nhẹ Fe(OH); matdan nước và biển thành FeOOH (hay Fe;O:.nH;ạO) và khi ở nhiệt độ cao hơn (500°C) nó

mat nước hoàn toàn và biến thành Fe;O:

Sắt (I1) hidroxit được diéu chế tử muối sắt (II) với dung dich kiểm hoặc dung dịch

Trang 24

CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÓNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU

VAT LIEU OXIT

2.1 Các phương pháp tổng hợp

2.1.1 Phương pháp gốm truyền thong |”

Ban chất của phương pháp gốm truyền thông là thực hiện phan ứng giữa các pha ran ởnhiệt độ cao, sản phẩm thu được thường dưới dạng bột va có cấp hạt cỡ milimet

[heo phương pháp này các chất rin được chuẩn bị theo ty lệ mol hay thành phần %

định trước, được nghiên trộn kỳ ép viên, rồi nung ở nhiệt độ cao trong một thời gian đải,

dé các ion có thể khuếch tán qua bẻ mặt phân cách rin - ran va phản ứng được với nhau đểtao san phẩm phan img đồng thé Nhiệt độ nung can phải >800°C và thời gian từ vải giờ.vai ngày đến vai tuần lễ, ngoài ra còn phái hỗ trợ phản img bằng cách đừng phản ứng độingột ở nhiệt độ cao roi nghiên mẫu, ép nung Quá trình nay lặp lại nhiêu lần dé giảm

khoảng cách và tăng điện tích tiếp xúc giữa các hạt

Phương pháp gồm truyền thống là phương pháp phô biến dé điều chế các vật liệu rắn,

có kích thước cỡ jam, tuy nhiên phương pháp này có một số hạn chế như nhiệt độ nung cao

và thời gian nung đài làm cho sản phẩm kém bên về mặt nhiệt động Quá trình nghiền mẫu

lặp lại nhiều ln, vì vậy thường có lẫn tạp chất vào sản phẩm

2.1.2 Phương pháp đồng kết tủa

Phương pháp đồng kết tủa (co-precipitation) được sử dụng dé chế tao vật liệu từ các

mudi (sunfat, nitrat, clorua, ) của các kim loại thành phan trong hợp thức sản phẩm cuối

cing

Người ta thực hiện khuếch tán các chất tham gia phản img ở mức độ phân tử (precursor

phân tử) Hỗn hợp ban đầu được gọi là precursor có tỷ lệ các ion kim loại đủng theo hợp

thức của hợp chất ma ta cần tổng hợp chuẩn bị hỗn hợp dung dịch chứa các muối tan rồi

thực hiện phản ứng đồng kết tủa (đưới dạng hydroxit, cacbonat, oxalat ) Cudi cùng tiến

hành nhiệt phân sản phẩm rắn đồng kết tủa đó

U'u điểm:

- Chế tạo được vật liệu có kích thước cỡ nanomet.

- Sản phẩm thu được trong mỗi lân điều chế khá nhiều

Trang 25

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths Nguyén Thi Trúc Linh

- Phản img có thé tiến hảnh trong điều kiện nhiệt độ phòng do đó tiết kiệm nănglượng, giảm thiểu quá trình mat mat do bay hơi, it 6 nhiễm môi trường

- Phương pháp dễ tiên hành, không yêu cầu các loại hóa chất đắt tiền làm xúc tác,

thiết bị thí nghiệm đơn giản nhưng vẫn đỏi hỏi những thao tác thi nghiệm cân thận chính

xác và nhiệt độ nung củng thời gian ủ nhiệt thích hợp dé thu được sản phẩm như mong

muốn,

- Trong phương pháp đồng kết tủa các chất muốn khuếch tán sang nhau chi can vượt

quãng đường từ 10 đến 50 lần kích thước 6 mạng cơ sở

Nhược điểm:

- Phan ứng tạo kết tua phụ thuộc vào tích số tan, khả năng tạo phức giữa ion kim loại

vả ion tạo kết tủa, lực ion, độ pH của dung dich

- Tính đồng nhất hóa học của oxit phức hợp tủy thuộc vảo tính đồng nhất của két tủa

từ dung địch.

- Việc chọn điều kiện dé các ion kim loại cùng kết tủa là một công việc rất khó khăn

va phức tạp.

- Quá trình rửa kéo theo một cách chọn lọc cấu tứ nào đấy làm cho sản phẩm thu được

có thành phần khác với thành phan dung dịch ban dau

2.1.3 Phương pháp thủy nhiệt !°Í

Thuật ngữ thủy nhiệt (hydrothermal) có nguồn gốc từ ngành địa chất dùng dé chỉ các

phan ứng dị thể xảy ra khi có mặt dung môi nước ở diéu kiện nhiệt độ cao, dp suất caonhằm hỏa tan hay tái kết tinh các vật liệu tương đỗi ít tan ở điều kiện thường Các phản ứng

này trong thực tế đã làm thay đổi vỏ trái đất

Năm 1892, Karl Josef Bayer đã ding NaOH để ngâm chiết bauxit trong quá trình sản

xuất nhôm hydroxit tỉnh khiết ở điều kiện thủy nhiệt Phương pháp này cũng được dùng để

tổng hợp các đơn tinh thể thạch anh lớn, tổng hợp các zeolit aluminosilicat, các gỗm kỳ

thuật va các chất cỏ câu trúc lỗ xốp lớn ứng dụng trong các lĩnh vực xúc tác, hap phy, tách

chiết.

Phương pháp thủy nhiệt có các ưu điểm sau:

- Tông hợp được vật liệu kích thước nano ở dang bột tắm móng sợi

Trang 26

- Có thẻ kết hợp phương pháp nảy với các kỹ thuật điện hóa vi sỏng

- Không sử dụng nhiệt độ cao va áp suất quá cao hay quá thấp nên Ít gây ảnh hưởng

đến môi trường va giá thành sản phẩm không cao

2.1.4 Phương pháp sol-gel °"!'!"""!

Phương pháp ra đời từ những năm 1950-1960 và được phát triển khá nhanh chóng

Sol là một dạng huyền phù chứa các tiểu phân có đường kính từ 1-100 nm phan tan

trong chất lỏng

Gel là hệ rắn hay nửa rắn trong đó vẫn giữ dung môi dưới dang chất keo hay polyme.

Quả trình sol-gel là một quá trình mà trong đó các hat nano ran phân tán trong một chatlong (sol) tích tụ lại với nhau dé tạo thành một mạng lưới ba chiều liên tục kéo dai trongsuốt chất long (gel)

Dién bién qua trinh sol-gel:

Bude 1 : Các hạt keo mong muốn từ các phân tử huyén phù precursor phan tán vào mộtchất lỏng để tạo nên một hệ sol

Bước 2 : Sự lăng đọng dung dich sol tạo ra các lớp phủ trên dé bang cách phun, nhúng,

quay.

Bước 3 : Các hạt trong hệ sol được polyme hoá thông qua sự loại bỏ các thành phần ôn

định hệ và tạo ra hệ gel ở trạng thái là một mạng lưới liên tục.

Bước 4 : Cuối cùng là quá trình xử lí nhiệt phân các thành phan hữu cơ vô cơ còn lại

và tạo nên một màng tỉnh thể hay vô định hình

Các giai đoạn của quá trình sol-gel:

- Tạo dung dich sol: alkoxide kim loại bi thay phân va ngưng tụ, tạo thành dung dịch

sol ôm những hạt oxit kim loại nhỏ (hạt sol) phân tán trong dung dich sol.

- Gel hóa (gelation): giữa các hat sol hình thành liên kết D6 nhớt của dung dịch tiền

ra vỏ han do có sự hình thành mang lưới oxit kim loại (M-O-M) ba chiêu trong dung dịch.

- Thiêu kết (sintering): đây là quá trinh kết chặt khối mang, được điều khiển bởi năng

lượng phân giới Thông qua quá trình này, gel sẽ chuyền từ pha vô định hình sang pha tỉnh

thé đưới tác dụng của nhiệt độ

Trang 27

Khóa luận tốt ngh GVHD: ThS Nguyễn Thị Trúc Linh

Phản ứng điền hình của phương pháp nay gồm có phản ứng thủy phân vả trùng ngưng

- Phản ứng thủy phân (hinh 2 /): phản ứng thủy phân thay thé nhóm alkoxide

(-OR) trong liên kết kim loại - alkoxide bằng nhóm hydroxyl (-OH) dé tạo thành liên kết

kim loại - hydroxyl

- Phan img ngưng tụ (hình 2.2): là phản ứng tạo nên liên kết kim loại - oxi - kim loại,

là cơ sở câu trúc cho các mang oxit kim loại Hiện tượng ngưng tụ diễn ra liên tục làm cho liên kết kim loại - oxi - kim loại không ngừng tăng lên cho đến khi tạo ra một mạng lưới

kim loại - oxi - kim loại trong toản dung dich.

- Có thể tổng hợp được gốm dưới dạng bột với cắp hạt cỡ nanomet,

- Có thé tổng hợp được gốm dudi dang mang mỏng hay soi;

- Có thể tạo ra mang phủ liên kết mỏng để mang đến sự dính chặt rất tốt giữa vật kim

loại vả màng,

- Có thể tạo mảng dày cung cấp cho quá trình chống sự ăn mòn;

- Có thể phun phủ lên các hình dạng phức tạp;

- Có thé sản xuất được những sản xuất có độ tinh khiết cao,

- Hiệu quả, kinh té, đơn giản dé sản xuat mảng có chất lượng cao

Nhược điểm:

- Sự liên kết trong màng yếu;

- Độ chông mai mon yếu;

- Dé bị rạn nứt khi xử lý ở nhiệt độ cao;

- Chi phi cao đối với những vật liệu thô:

- Hao hụt nhiều trong quá trinh tạo mang

Trang 28

2.1.5 Phương pháp sol-gel sử dụng etylen glycol (EG) '!

2.1.5.1 Etylen ghcol

Etylen glycol (Ethylene glycol) (hinh 2.3) là một hợp chat hữu cơ được sử dung rộngrai và 1a tién thân của polyme Công thức phân tử: C;H,O; hay OH-CH)-CH)-OH, Ở dangnguyên chất, nó là một chất lỏng không màu, không mùi, có vị ngọt

OH

Hình 2.3 Công thức cầu tao cia etylen glycol

2.1.5.2 Vai tré của etylen glycol trong qua trình tổng hợp LaFeO;

Cac diol hoạt động như một dung môi trong bước tao phức va sau đó tham gia vào

phan ứng polyeste hóa với axit cacboxylie như axit citric, axit tactaric vả axit glycolic dé

tạo nên mạng polyme ba chiều với các phức chứa kim loại được trộn lẫn ở mức độ nguyên

tử.

Khi so sánh với đa số các axit thi axit citric (CA) được sử dụng rộng rai nhat trong

phương pháp sol-gel tạo phức do nó có độ ổn định cao Các phức kim loại với phối tứ citric điên hình có xu hướng ôn định do sự kết hợp mạnh của ion citric với các cation kim loại

bao gồm 2 nhóm cacboxyl và | nhóm hydroxy! như:

CA + EG + ion kim loại

Hình 2.4 Sơ dé minh hoa phan ứng xay raViệc thêm EG dan đến sự tạo thành polyeste Phan ứng ngưng ty xuất hiện với sự tạo

thành một phân tử nước (tạo thành từ các ion hydroxit của axit cacboxylic vả các proton từ

Trang 29

Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS Nguyén Thị Trac Linh

rượu) Phân ứng ngưng tụ vả polyme hóa được tăng cường bởi xử lý nhiệt Các mudi kim

loại thích hợp được đưa vao EG, lượng dư dung dich CA được thêm vào dé tạo thành phứckim loại - citrat Sau đó nhiệt độ được tăng lên 80°C để đây mạnh sự tạo thành polyeste do

phản ứng giữa CA tự do dư và EG Mạng lưới polyme của gel được oxy hóa tạo thành

xerogel, xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao để phân hủy các chất hữu cơ, thiêu kết va thu được bộtmẫu oxit

2.2 Các phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)?!

Nhiễu xạ tia X là hiện tượng các chủm tia X nhiễu xạ trên các mặt tỉnh thể của chất rắn

do tính tuần hoàn của cấu trúc tinh thể tạo nên các cực đại vả cực tiểu nhiễu xạ Kỹ thuật

nhiễu xạ tia X được sử dụng để phân tích cấu trúc chất rắn, vật liệu Xét về bản chat vật

lý nhiều xạ tia X cũng gan giống với nhiễu xa điện tử, sự khác nhau trong tinh chất phổnhiễu xạ là do sự khác nhau về tương tác giữa tia X với nguyên tử va sự tương tác giữa điện

tử va nguyên tứ.

Nêu ta quan sát các chim tia tan xa theo phương phan xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang

trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là

Tiêu đề	Nghiên cứu tổng hợp vật liệu LaFeO3 kích thước nanomet bằng phương pháp SOL - GEL
Tác giả	Đào Thị Ngọc Diệp
Người hướng dẫn	ThS. Nguyễn Thị Trỳc Linh
Trường học	Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
Chuyên ngành	Hóa Học
Thể loại	Khóa luận tốt nghiệp
Năm xuất bản	2013
Thành phố	Thành phố Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	59
Dung lượng	87,56 MB