Đề tài: Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất vật lí của vật liệu nền Zirconium Titanate

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI Lã Quý Hoãn Đề tài: Chế tạo nghiên cứu số tính chất vật lý vật liệu ZrTiO4 CHUYÊN NGÀNH : VẬT LÍ CHẤT RẮN MÃ SỐ : 60.44.07 Hà Nội - 2011 NỘI DUNG BÁO CÁO Lý chọn đề tài Tổng quan Thực nghiệm Kết thảo luận Kết luận Vật liệu ZrTiO4 dạng khối có số điện môi cao, tổn hao điện môi thấp, tính ổn định nhiệt tốt có cộng hưởng sóng cực ngắn Được ứng dụng chế tạo linh kiện sóng cực ngắn, sử dụng hệ thống thông tin, sợi quang chất chịu nhiệt độ cao Vật liệu ứng dụng chế tạo thiết bị sensor độ ẩm Cấu trúc tinh thể vật liệu ZrTiO4 phụ thuộc mạnh vào điều kiện tổng hợp, đặc biệt nhiệt độ thời gian nung Với lí vào điều kiện công nghệ Trung tâm khoa học Công nghệ Nano, chọn đề tài: ế ứ ộ ố ấ ậ ủ ậ ệ ề Chế tạo thành công vật liệu ZnTiO4 số phương pháp: Phương pháp phản ứng pha rắn, Phương pháp sol-gel, Phương pháp thủy nhiệt Trên sở mẫu tổng hợp đem khảo sát hiển vi điện tử quét (SEM), phân tích nhiễu xạ tia X, đo phổ tán xạ Raman phổ hấp thụ thảo luận kết thu Cấu trúc ZrTiO4 phù hợp với thẻ chuẩn JCPDS số 340415 Pha chủ yếu có cấu trúc trực giao thuộc nhóm khơng gian Pbcn (số 60) với số mạng là: a = 5,028, b = 5,476 c = 4,786Å Thể tích mạng sở 123,51 Å3[29] Các nguyên tử Zr, Ti O tinh thể ZrTiO4 đối xứng vị trí tương ứng với số wyckoff 4c, 4c 8d Phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp, xuất bốn pha khơng chủ yếu monoclinic-ZrO2, tứ giác-ZrO2, anatase-TiO2 rultile-TiO2 [28] 1.3.4 Áp suất điện trường [50] 1.4 Các kết nghiên cứu tính điện mơi [51] 1.5 Các kết nghiên cứu phổ Raman [47][48] Phương pháp chế tạo mẫu STT Phương pháp chế tạo Kí hiệu mẫu Phương pháp phản ứng phứ pha rắn M1 Phương pháp sol-gel M2, M3 Phương pháp thủy nhiệt M4, M5 2.1.1 Chế tạo theo phương pháp phản ứng pha rắn a chất theo hợp phần Nung sơ Sơ đồ chế tạo mẫu M1 2.1.2 Chế tạo theo phương pháp sol-gel Sơ đồ chế tạo mẫu M2 M3 2.1.2 Chế tạo theo phương pháp thủy nhiệt ZrOCl2.8H2O 99% + H2O Kết tủa trắng đục Sơ đồ chế tạo mẫu M4 M5 Kết thảo luận 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X 3.2 Hiển vi điện tử quét (SEM) 3.3 Phổ hấp thụ U-vis 3.4 Phổ Raman Kết luận (111) 0.8 0.6 0.0 20 * 30 40 50 60 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M1 (013) (311) (122) (131) (031) (112) (220) (022) (202) (201) (121) (211) 0.2 (200) (120) 0.4 (020) Vật liệu ZrTiO4 tổng hợp đơn pha, cấu trúc mạng hoàn hảo, có cấu trúc trực giao thuộc nhóm khơng gian tinh thể học Pbcn (nhóm điểm mmm, D2h) 1.0 (110) Các đỉnh nhiễu xạ phù hợp với thẻ chuẩn JCPDS số 34-0415 nghiên cứu trước 70 M2 M3 1.2 1.2 M5 M4 1.0 0.9 0.8 0.6 0.6 800oC 0.4 0.3 0.2 0.0 20 30 40 50 60 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M2, M3 70 0.0 600oC 20 30 40 50 60 70 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu M4, M5 Các đỉnh nhiễu xạ phù hợp với thẻ chuẩn JCPDS số 340415 nghiên cứu trước Vật liệu ZrTiO4 tổng hợp đa pha, có cấu trúc trực giao thuộc nhóm khơng gian tinh thể học Pbcn Bảng 3.3 Bảng so sánh số mạng tính tốn bảng 3.2 với thẻ chuẩn JCPDS số 34- 0415 o Hằng số mạng ( A ) theo thẻ chuẩn Mẫu a b c M1 M2 M5 Hằng số mạng ( o A ) tính tốn sai khác a b c 5,032 / 0,004 5,028 5,476 4,786 5,464 / 0,012 4,791 / 0,005 5,000 / 0,028 5,460 / 0,016 4,773 / 0,013 5,034 / 0,006 5,476 / 0,000 4,798 / 0,012 Bảng 3.5 Kết tính kích thước hạt cơng thức Debye – Scherrer mẫu M1, M2, M5 ọ ẳ ặ ẫ ộ ộ M5 M2 M1 0.6 M5 M2 M1 2.0 1.5 1.0 0.3 0.5 0.0 200 300 400 500 0.0 Hình 3.8 Phổ hấp thụ UV-vis mẫu ZrTiO4 (a) Phổ hấp thụ mẫu theo bước sóng (b) Phổ hấp thụ mẫu theo lượng M1 M2 M5 1.2 Tính tốn lý thuyết: = 4Ag(xx,yy,zz)+ 5B1g(xy) + 4B2g(xz) + 5B3g(yz) RA 1.0 0.8 0.6 0.4 Tại vị trí lân cận số sóng 0.2 815cm-1 cường độ đỉnh 0.0 mẫu M1 yếu 400 600 1.2 mẫu M5 lớn dấu hiệu 200 1.0 cho thấy tính trật tự 800 1000 M1 M2 M5 0.8 0.6 mẫu M1 lớn mẫu M5 0.4 nhỏ 0.2 0.0 600 800 1000 Hình 3.10 Phổ Raman mẫu M1, M2, M5 • Trong đề tài này, chế tạo thành công vật liệu ZrTiO4 theo ba phương pháp khác khảo sát cấu trúc tính chất quang học chúng Các kết luận văn tóm tắt sau: Chế tạo mẫu ZrTiO4 theo ba phương pháp: phản ứng pha rắn, phương pháp sol-gel phương pháp thủy nhiệt Nhiệt độ phản ứng thủy nhiệt sol-gel giảm đáng kể so với nhiệt độ phản ứng pha rắn (từ khoảng 1100oC xuống 800oC) Phương pháp sol-gel, phương pháp thủy nhiệt có hiệu phương pháp phản ứng pha rắn việc kiểm sốt hình thái kích thước hạt ZrTiO4 Mẫu tổng hợp phương pháp phản ứng pha rắn đồng so với mẫu tổng hợp hai phương pháp sol-gel phương pháp thủy nhiệt • • Các mẫu chế tạo có cấu trúc trực giao thuộc nhóm khơng gian Pbcn (số 60) Nếu tổng hợp mẫu theo phương pháp phản ứng pha rắn có nhiệt độ nung cao (trên 1300oC) mẫu thu có cấu trúc đơn pha, mẫu tổng hợp theo phương pháp thủy nhiệt sol-gel có cấu trúc đa pha Kích thước hạt phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp, cụ thể kích thước hạt tổng hợp theo phương pháp phản ứng pha rắn lớn nhiều so với phương pháp sol-gel phương pháp thủy nhiệt Kích thước hạt phụ thuộc vào nhiệt độ nung, kích thước hạt tăng tăng nhiệt độ nung • Mẫu tổng hợp theo phương pháp phản ứng pha rắn có độ trật tự cao so với mẫu tổng hợp theo phương pháp sol-gel phương pháp thủy nhiệt • Mẫu hấp thụ ánh sáng ứng với vùng ánh sáng tím vùng ánh sáng nhìn thấy; bề rộng dải cấm, bờ phổ hấp thụ phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp Trung tâm KH&CN Nano ĐHSP ... M4, M5 2.1.1 Chế tạo theo phương pháp phản ứng pha rắn a chất theo hợp phần Nung sơ Sơ đồ chế tạo mẫu M1 2.1.2 Chế tạo theo phương pháp sol-gel Sơ đồ chế tạo mẫu M2 M3 2.1.2 Chế tạo theo phương... quang chất chịu nhiệt độ cao Vật liệu ứng dụng chế tạo thiết bị sensor độ ẩm Cấu trúc tinh thể vật liệu ZrTiO4 phụ thuộc mạnh vào điều kiện tổng hợp, đặc biệt nhiệt độ thời gian nung Với lí vào... suất điện trường [50] 1.4 Các kết nghiên cứu tính điện môi [51] 1.5 Các kết nghiên cứu phổ Raman [47][48] Phương pháp chế tạo mẫu STT Phương pháp chế tạo Kí hiệu mẫu Phương pháp phản ứng phứ