cấu trúc tinh thể-vật liệu đại cuong

BÀI : CẤU TRÚC MẠNG TINH THỂ BẨY HỆ TINH THỂ VÀ MƯỜI BỐN MẠNG LƯỚI BRAVAIS ● Chất rắn tinh thể I ● Chất rắn vơ định hình : Chất rắn vơ định hình ion xếp theo ngầu nhiên -Ô mạng sở ( tế bào đơn vị - unit cell ) : tinh thể nhỏ có đầy đủ tính chất chất rắn tinh thể -Có dạng tế bào tinh thể - đơn vị tạo thành 14 mạng lưới Bravais minh họa bảng sau Hệ tinh thể Lập phương Tứ phương ( tetragonal ) Lục phương ( hexangonal ) Trực thoi ( orthorhonhic ) Mặt thoi ( rhombihedral ) Mười bốn mạng lưới Bravais Lập phương đơn giản Lập phương tâm khối Lập phương tâm mặt Tứ phương đơn giản Tứ phương tâm khối Trực thoi đơn giản Trực thoi tâm khối Trực thoi tâm đáy Trực thoi tâm mặt Mặt thoi đơn tà Mặt thoi tam tà Mặt thoi đơn giản Mặt thoi tâm đáy CHỈ SỐ MILLER II ● Định nghĩa số MILLER Chỉ số MILLER quy ước thông dụng dùng để mô tả điểm, hướng mặt phẳng cụ thể hệ mạng lưới tinh II.1 Tọa độ điểm - Lựa chọn hệ trục tọa độ-hệ tọa độ vng góc Đề-các để mơ tả tinh thể Sauk hi xác định hệ tọa độ, điểm mạng lưới viết dạng : ( h,k,l) Ba số tương ứng với phần thông số mạng lưới (a, b, c) tương ứng với độ dài tế bào đơn vị theo cạnh : (x,y,z) Vị trí O A B C D E F Tọa độ ( h,k,l ) 0,0,0 1,0,0 0,1,0 0,0,1 1,1,1 1,1,0 ,, Khi đó, biết vị trí điểm ta xác định tọa độ, ta biết tọa độ xác định vị trí điểm cần tìm II.2 Chỉ số hướng Chỉ số hướng xác định theo trình tự sau : ● Xác định tọa độ hai điểm nằm theo hướng tam giác Điểm thứ hai trùng với góc tọa độ = Loại bỏ phân bố số từ hiệu thu để biến thành số nguyên nhỏ ( h,k,l ) ●Viết trị số thu ngoặc vuông [h k l] hay [ k l] với h < Hướng Chỉ số [ h k l ] [1,0,0] [0,1,0] [0,0,1] [2,0,1] [,,] [0,1,0] [1,1,1] [1,1,0] - Trường hợp tính chất nguyên thể đo theo hai hướng khác tìm thấy hồn tồn giống, có tính chất tồn Khi đó, hai hướng gọi hai hướng tương đương - Tập hợp hướng tương đương tạo thành họ hướng ( kí hiệu ngoặc cong : ) Ví dụ: Liên kết hướng họ hướng < 1, 1, > tế bào đơn vị có họ thành viên ? Trả lời : Liên kết hướng họ hướng < 1 > tế bào đơn vị có họ thành viên : < 1 >, < 1 >, < 1 > < >, < >, < > , < >, < > < >, < >, < > II.3 Chỉ số mặt phẳng Chỉ số mặt phẳng xác định theo trình tự : (1) Xác định giao điểm mặt phẳng trục tọa độ (2) Trường hợp mặt phẳng qua điểm gốc tọa độ, khảo sát mặt phẳng tương đương tế bào đơn vị kế cận hay thay đổi vị trí điểm góc dung để gọi tên mặt phẳng (3) Tuy nhiên không đưa số nguyên nhỏ ( loại phân số ) (4).Biểu diễn kết ( h k l ) hay ( k l ) với h < Tập hợp mặt phẳng tương đương tạo thành họ mặt phẳng dạng VÍ dụ Mặt phẳng A B C D E III III.1 Giao điểm ∞, ∞, 1, 1, 1, 1, ∞ ∞, ∞, -1 ,1 Mật độ hệ số xếp ( độ đặc khít ) cấu trúc tinh thể Mật độ đường thẳng ( linear density ) Chỉ số (001) (111) (110) (00) (221) Mật độ đường thẳng số điện mạng lưới tương đương nên đơn vị chiều dài dọc theo hướng khảo sát � = Ví dụ : Tính hướng [ 1 ] [ 1 ] FCC ( lập phương tâm mặt ) �= = III.2 Mật độ mặt phẳng ( planor density ) = Ví dụ : Tính ( 1 ) FCC Ta có : a = b = c 4r = a = = III.3 Mật độ thể tích = Ví dụ : Tính FCC = = = III.4 Hệ số đặc khít ( atomic packing faction ) APF = = = × thể tích ngun tử = × Ví dụ : Tính APF FCC APF = × = = 0,74 IV Cấu trúc kim loại IV.1 Cấu trúc lập phương tâm khối ( BCC ) - - body-centeredcubic Bao gồm hình lập phương, nguyên tử góc tâm hình lập phương Đặc điểm cấu trúc : nguyên tử kim loại tiếp xúc với dọc theo đường chéo khối Các nguyên tử góc không trùng Đặc trưng cho kim loại tungsten ( W : vonfram ), Cr, Fe, Mo,V - Số nguyên tử tế bào đơn vị ô mạng sở n = 8×+1×1 = Mối quan hệ - r ( r : bán kính nguyên tử ) Độ dài đường chéo khối : ( hệ thức lượng tam giác vuông) ( BCC ) = Số phối trí : CN = ( coordination number ) Hệ số xếp nguyên tử : APF = = = = 0,68 Ví dụ : Tính khối lượng riêng Fe có cấu trúc BCC Cho = 55,85, = 1,24 (cm) Bài giải Do có nguyên tử ô mạng sở Ta có : = = 7,87 ( g/) Khối lượng riêng thực tế Fe : = 7,87 ( g/) IV.2 - Cấu trúc lập phương tâm mặt Bao gồm nguyên tử góc tâm mặt Cấu trúc đặc trưng cho kim loại : Al, Ca, Cu, Au, Pb, Ni, Pt Ag nhiệt độ phòng Đặc điểm cấu trúc : nguyên tử tiếp xúc với theo đường chéo mặt, nguyên tử góc khơng chạm Số phối trí CN = 12 Một nguyên tử tiếp xúc với nguyên tử mặt, nguyên tử mặt nguyên tử mặt ứng với kiểu xếp cầu dạng ABCABCABC… Lớp thứ gồm cầu nằm chỗ lõm a Lớp cầu nằm lõm b tạo lớp Lớp nằm sau lớp chỗ lõm a tạo lớp Số nguyên tử ô mạng sở : + = Hệ số xếp nguyên tử : APF = = = = 0,74 - IV.3 Các hốc bát diện FCC : APF ln nhỏ thể tích tế bào đơn vị khoảng trống tạo thành hốc ( lỗ hổng, mao quản ) có hình bát diện nằm tâm tế bào tâm cạnh Số hốc bát diện : + = Độ lớn hốc bát diện : hốc bát diện có bán kính k ( 2k + 2r = ) mà = 4r = 0,414 Các ngun tử có kích thước 41,4% Kích thước nguyên tử chèn vào hốc nguyên tử kia, Cấu trúc lập phương xếp khít - Đặc trưng cho kim loại : Cd, Co, Mg, Ti, Zn Y nhiệt đeoọ phòng Số phối trí ( HCP ) = 12 Kiểu xếp cầu : ABABAB… Số nguyên tử : + + = Trong cấu trúc HCP gọi tế bào lớp gồm tế bào đơn vị Mối quan hệ : = 2r c độ cao tế bào : c = = 1,633 = 3,266r Ví dụ : Tính khối lượng riêng FCC Al, biết = 26,98 (g/), = 1,43 (cm) Bài giải Khối lượng riêng Al : = = 2,708 (g/) V Cấu trúc gốm V.1 Cấu trúc CsCl Cấu trúc CsCl có dạng: - V.2 - V.3 Với anion nằm góc hình lập phương anion nằm tâm hình lập phương Số phối trí CN() = CN() = Mối quan hệ , r, R ion trùng theo đường chéo khối =2 ( CsCl ) = Cấu trúc NaCl Các ion nẳm vị trí FCC ion nằm hốc bát diện Số ion : + = Số ion : + = Số phối trí : CN() = CN() = Cấu trúc đặc trưng cho loại gốm bao gồm số kim loại : MgO, SrO, FeO, BaO, MnO, NiO, KCl Cấu trúc Fluorit - Canxi Florua (Ca) : số dạng MX, thủy tinh theo kiểu cấu trúc Fluorit, ion M nằm vị trí FCC ion : M ( kí hiệu o ), X( kí hiệu ●) chiếm tồn hốc tứ diện - Hốc tứ diện FCC nằm vị trí , dọc theo đường chéo khối - Số phối trí ion : CN(M) = - ; CN(X) = Số ion X = = ; số ion M = + = Cấu trúc đặc trưng cho gốm : U, Th, Zn - V.4 Cấu trúc Perovskiste - Khống CaTi có tên Perocskite - Mở rộng cho vật liệu dạng AB - Về sau vật liệu dạng AB với (A = +2, +3), (B = +3, +4) - CaTi có dạng : ion nằm tâm hình lập phương • nằm tâm hình lập phương nằm tâm góc Số ion : = 11 = ; = = ; = = Số phối trí CN() = ( có ion bao quanh ) Số phối trí cuarCN() = ( có ion ion bao quanh ) Số phối trí CN() = 12 ( có 12 ion bao quanh cách ) - - V.5 Cấu trúc Si ( crystobalite ) Nguyên tử Si nằm vị trí FCC nhóm Si chiếm nửa hốc tứ diên VI Hợp chất bán dẫn Cấu trúc • • • Một số chất bán dẫn quan trọng ZnS ( kẽm sunfua ) Ion kẽm chiếm nửa góc hốc tứ diện Ion nằm vị trí tâm mặt hình lập phương ( FCC ) ● Số phối trí CN() = CN() = ● Các hợp chất bán dẫn khác : GaAs ( nhóm IIIA) BÀI 3: GIẢN ĐỒ PHA ( phase diagram) I QUY TẮC PHA GIBBS ● Gianr đồ pha : mối quan hệ pha cân theo nhiệt độ, áp suất thành phần hệ khảo sát ● Quy tắc pha Gibbs : mối quan hệ yếu tố quy tắc pha Gibbs có dạng sau : F + P = C + Trong : • F : Bậc tự ( Freedom ) • P : Số pha • C : số cấu tử hệ ( components ) • : biến nhiệt độ áp suất - - Pha thành phần đồng hệ.( Ví dụ : nước có pha : rắn , lỏng, hơi) Cấu tử số nguyên tố hay hợp chất tối thiểu cần thiết để tạo nên pha hệ Ví dụ : Hệ CuS.O : tạo thành số hợp chất : CuS.5O ; CuS.O ; CuS khan nước Tuy nhiên C = F (số bậc tự do) : số biến thay đổi khơng làm thay đổi số pha cân hệ Ứng dụng giản đồ pha : sử dụng tổng hợp vật liệu hay sản xuất chất sau : chất tinh khiết có thành phần tinh khiết roc pha xảy Lưu ý : với hệ ngưng kết ( có pha lỏng pha rắn ), ảnh hưởng áp suất không đáng kể, quy tắc pha có dạng : F + P = C + ( quy tắc pha giảm ) HỆ MỘT CẤU TỬ II ● Xét hệ cấu tử nước Giản đồ pha nước có dạng : - - - Gồm miền ứng với pha tồn : nước lỏng, nước đá, nước Đường AB biểu diễn pha cân : pha rắn , pha Rắn → Hơi ( thăng hoa ) Hơi → Rắn ( kết tụ ) Đường BD : pha lỏng, pha hơi, Lỏng→Hơi ( bay ) Hơi → Lỏng ( ngưng tụ ) Đường BC : pha rắn, pha lỏng Rắn → Lỏng ( nóng chảy ) Lỏng → Rắn ( đông đặc ) Điểm B gọi điểm nước ( có pha tồn cân – triple poit )  F+P=C+2 • Với miền , ví dụ : P = 1; C = => F= • Các đường , ví dụ : P = 2; C = => F = ( đơn biến ) • Tại điểm B : P = 3; C = => F = ( vơ biến ) Kết Luận Có thể thay đổi nhiệt độ áp suất không thay đổi số pha, phép thay đổi biến mà không thay pha với miền III HỆ HAI CẤU TỬ ● Hệ cấu tử tạo ơtecti ( eutectic : dễ nóng chảy ) ● Xét hệ cấu tử A-B tạo ơtecti ● Giản đồ hệ có dạng sau : • • • • • • • • • Điểm A biểu diễn 100% cấu tử A Điểm B biểu diễn 100% cấu tử B Điểm C biểu diễn 100% cấu tử C Điểm A’ biểu diễn nhiệt độ nóng chảy A Điểm B’ biểu diễn nhiệt độ nóng chảy B Đường A’E gọi đường lỏng biểu diễn giảm nhiệt độ nóng chảy A thêm B Đường B’E gọi đường lỏng biểu diễn giảm nhiệt độ nóng chảy B thêm A Điểm E ( ơtecti ) hệ AB có nhiệt độ nóng chảy thấp Đường CED đường rắn ●Giản đồ chia làm miền : miền rắn, miền lỏng A, miền lỏng+B, miền đẳng áp A + B ●Xét hệ X (B:60%; A:40%) nhiệt độ hệ tồn dạng lỏng • • • Khi giảm nhiệt độ hệ pha lỏng bão hòa với pha rắn B Tiếp tục giảm nhiệt độ xuống hệ nằm miền pha nên tách thành pha : pha lỏng ( 60% A; 40% B) pha rắn ( 100% ) Tỷ lẹ pha rắn, pha lỏng tạo thành xác định thiết lập phương trình cân vật liệu khối lượng sau : = + ↔ H=R+L • (1) Cân vật liệu theo B : = + Hay H =R+L ↔ ↔ (2) ( : hàm lượng B H ) (R+L)=R+L L( - ) = R ( - ) = = (3) ( Quy tắc cân hay quy tắc đòn bẩy, quy tắc thước) Với hệ khảo sát H : = = Khi đó, L = 80%; R = 20% • • • Tiếp tục giảm nhiệt độ hệ từ H I, hệ I gồm pha : pha rắn D ( 100% ); pha lỏng E bão hòa A B Khi lưu giữ trạng thái pha lỏng E đóng rắn A B hết thành phần pha rắn ngồi B có A Khi hết E thành phần pha rắn chạy từ D I ( I: 100% rắn ) Đường hệ : XKHIN Đường pha rắn : MRD ( 100%B ) → I (60%B) Đường pha lỏng : KLE • Bằng cách tương tự ta xây dựng phương trình sau : = (4) = (5) Ví dụ : Dựa vào giản đồ pha cấu tử A-B Hỏi khối lượng pha rắn pha lỏng tạo thành làm nguội hệ X nhiệt độ → Bài giải Cân vật liệu : L + R = H = 600 (1) Theo B : L + R = H ↔ 0,5 L + R = 6000.6 ↔ Ví dụ : Mơ tả giản đồ hệ Pb – Sn III.1 GIẢN ĐỒ HỆ HAI CẤU TỬ TẠO HỚP CHẤT Xét hai cấu tử A-B tương tác với tạo hớp chất C Giản đồ hệ hai cấu tử xem giản đồ hệ hai cấu tử tạo ơtecti : • • Các mô tả phân tử phản ứng pha III.2 GIẢN ĐỒ HAI CẤU TỬ TẠO DUNG DỊCH • Xét hệ hai cấu tử A-B tạo dung dịch rắn hòa tan vơ hạn Gồm có miền : Miền L+ Miền L Miền • • Giàm nhiệt độ H : hệ nằm hai pha tách thành : LH RH tuân theo quy tắc thăng xây dựng ( phần III ) A-C C-B • Các tính tốn tương tự III.3 • • • GIẢN ĐỒ HAI CẤU TỬ TẠO DUNG DICH RẮN HẠN CHẾ Gỉa sử có cấu tử : Pb-Sn Gồm có miền, pha Gồm có miền , pha III.4 GIẢN ĐỒ BA CẤU TỬ ● Xét giản đồ hệ cấu tử A-B-C tạo ơtecti có dạng hình vẽ sau : • • • • • • • • • • • • III.5 Cấu tử A :100%A Cấu tử B : 100%B Cấu tử C : 100%C Tại A’ : nhiệt độ nóng chảy A Tại B’ : nhiệt độ nóng chảy B Tại C’ : nhiệt độ nóng chảy C Đường AB tạo giản đồ ơtecti nên điểm ơtecti hệ A-B Đường BC tạo giản đồ ơtecti nên điểm ơtecti hệ B-C Đường AC tạo giản đồ ơtecti nên điểm ơtecti hệ A-C Điểm E tạo giản đồ ơtecti hệ A-B-C ● Các miền: L miền nằm bề mặt cong tạo đường A’B’C’E miền phẳng Bề mặt cong bề mặt bão hòa vùng không gian chứa bề mặt chia thành: ▪ AA’ E gồm pha : L+ A Các điểm nằm vùng tạo thành hai pha: pha rắn A pha lỏng nằm bề mặt bão hòa A’E ▪ CC’E gồm pha : L + C Các điểm nằm vùng tạo thành hai pha: pha rắn C pha lỏng nằm bề mặt bão hòa C’E ▪ BB’ gồm pha : L + B Các điểm nằm vùng tạo thành hai pha: pha rắn B pha lỏng nằm bề mặt bão hòa B’ ▪ EABC gồm pha rắn : A + B + C GIẢN ĐỒ HÌNH CHIẾU Khi chiếu trực giao từ xuống ta giản đồ hình chiếu có dạng : ● Giản đồ hệ cấu tử A-B-C : • • • Các bề mặt phương pháp đẳng nhiệt cắt bề mặt cong hình khơng gian hình chiếu xuống ta đường đẳng nhiệt Đọc thành phần giản đồ hình chiếu hệ cấu tử Xét hệ H : nhiệt độ 300 A 20 B 20 C 60 • • • • Hệ trạng thái lỏng, nhiệt độ giảm xuống 200 hệ bắt đầu bào hòa C Tiếp tục giảm nhiệt độ hệ vào vùng không gian CC’, giảm nhiệt độ hệ chia làm hai pha, pha rắn có thành phần LC, pha lỏng nằm đường kéo dài CL cho dến cắt đường E Tủy lệ pha rắn pha lỏng tách tính theo quy tắc địn bẩy, xác định hệ cấu tử Cân vật liệu tổng : L + C = H (1) Cân vật liệu theo C : L + C = H (2) với hàm lượng C L Thay (1) vào (2) : L + C = (C + L) ↔ C () = L () ↔ = Ví dụ : Tính khối lượng pha rắn pha lỏng tạo thành giảm nhiệt độ hệ H từ 300 xuống 120 từ hình vẽ Bài giải Khi làm 300 kg hệ H từ 300 xuống 120 ta có : L + C = 300 (1) 0,32L + C = 0,6300 (2) Từ (1) (2) ta có hệ phương trình :  • • • Tại L, pha lỏng bão hòa B C Tiếp tục giảm nhiệt độ pha lỏng di chuyển từ L E, pha rắn di chuyển từ C đến C’ Tại E, pha lỏng bão hịa A, B, C đóng rắn hồn toàn lúc hết Thành phần pha rắn di chuyển từ C đến A Quỹ tích pha rắn di chuyển từ H→L→E, pha lỏng di chuyển từ C→C’→H Ví dụ : Mơ tả giản đị hình chiếu hệ cấu tử ơtecti Ri-Pb-Sn Bài 4: KỸ THUẬT TỔNG HỢP CHẤT RẮN I KỸ THUẬT TỔNG HỢP CHẤT RẮN I.1 Phương pháp gốm ( phương pháp phản ứng pha rắn ): phương pháp truyền thống tổng hợp vật liệu gốm đitừ nguyên liệu chất rắn Các nguyên liệu thường sử dụng dạng oxit, hidroxit cacbonat hay cac muối phân hủy tạo thành oxit nung (nitrat, axetat,…) Các nguyên liệu nghiền mịn đến cỡ H thích hợp, trộn ép thành viên để tăng bề mặt tiếp xúc không ép thành viên Sự thiêu kết (nung)kết hợp phản ứng hóa học kết khối nung = nhiệt độ nóng chảy mà sản phẩm thu Phản ứng xảy thiêu kết minh họa hình vẽ sau : A+B C Theo tiến hành phản ứng, lớp sản phẩm tạo nhiều Do vậy, tốc độ phản ứng A B giảm thể tích sản phẩm C ngày tăng Vì vậy, để tạo thành sản phẩm C tinh khiết cần phải nung thời gian dài Cho số trường hợp, cần phải nghiền tạo bề mặt tiếp xúc lai , sau ép viên mang nung ● Các yếu tố ảnh hưởng : • Cỡ hạt : nhỏ bề mặt tiếp xúc cấu tử tăng, tốc độ phản ứng tăng, loại máy nghiền, kỹ thuật nghiền (nghiền : khô, ướt), thời gian nghiền Mức độ trộn : độ đồng trộn Thời gian nung Nhiệt độ nung ● Ưu điểm : dễ nghiền, dễ thực quy mô lớn sản xuất công nghiệp ● Nhược điểm : nung nhiệt độ cao, thời gian nung dài gây tốn lượng • • • Ví dụ : Mg • • • MgO + Mg Mg + 2Al → Mg.4O MgC + 2Al → Mg + C + 3O MgO I.2 MgO MgO Mg Phương pháp đồng kết tủa ● Nguyên liệu : phương pháp muối tan chứa cấu tử cần thiết ● Tiến hành thực phản ứng đồng kết tủa để tạo hợp chất trung gian ( tiền chất khác – precursor ),lọc rửa, sấy khô sản phẩm thu ● Nung tiền chất nhiệt độ thích hợp để tạo sản phẩm Ví dụ : Mg • • Đi từ ( 246 g ) 10 ( 666 g ) Cân xác 246 g 666 g 10 hịa tan 1(l) • Pha tiếp dung dịch (M) Tiến hành kết tủa 1(M) 1lít ( ) (1) • • • - Ta có : = (l) + + 1mol 1mol + + + 1mol 3mol  Tổng số mol : = + = (mol)  Thể tích : = (lít) Ở giai đoạn tiến hành theo kỹ thuật (1) Một số cách khác sau : (2) 1lít ( ) dung dịch ( ) (3) - Kỹ thuật kết tủa : nối tiếp ( cách cách ) song song ( cách ) ● Sơ đồ bước tiến hành công nghệ mô tả sau : Dung dịch ( ) Dung dịch Kết tủa Sấy Nung Sản phẩm - - I.3 Ưu điểm sản phẩm : cấu tử nguyên liệu đổ dung dịch tieensp xúc với nhau, tạo ion Do vậy, nung tốc độ phản ứng xảy nhanh hơn, nung nhiệt độ thấp hơn, thời gian ngắn phương pháp gốm Nhược điểm sản phẩm : tiến hành lọc rửa kết tủa trung gian, làm tăng chi phí vận hành Phương pháp sol-gel - Nguyên liệu : hợp chất + Các hợp chất kim + Các muối kim loại vơ - Q trình sol-gel xảy theo bước sau : + Chuẩn bị dung dịch chứa cấu tử cần thiết + Tiến hành thủy phân (thường 60) để tạo sol (phân tử lón) + Phản ứng trùng ngưng phản ứng ngưng tụ sol thành gel (gel polime) mạng không gian ba chiều không bán cứng + Sấy gel nung tạo sản phẩm Ví dụ : Điều chế • • ZnO + Zn Zn + 2Al → Zn.4O • ZnC + 2Al ZnO ● Zn + C + 3O ZnO MgO Zn Điều chế : • • • • • • • • Đi từ hợp chất kim R nhóm : etyl, propyl, butyl,… Chuẩn bị dung dịch Pha dung dịch Đun nóng khuấy 60 tạo thành sol Phản ứng thủy phân tạosol: + Ti(OH) + ……+ Tiếp tục đun khuấy 60 tạo thành gel Phản ứng tạo gel : Ti-OH + HO-Ti + … Ti-O-Ti + …….+ nO Tuy nhiên, thủy phân thực cách thêm nước thêm axitaxetic, axit phản ứng với tạo nước Phản ứng sol-gel đươc xúc tác axit-bazo ● Sơ đồ bước tiến hành công ngệ mô tả sau : Pha dung dịch (đun có khuấy ở60 ) Sol (đun có khuấy ở60) Gel Sấy, nung - sản phẩm Điều chế : tiến hành hoàn toàn tương tự khác dung dịch ban đầu Ngoài + Khi xảy nung : +O +4C+O BÀI : Công nghệ Nano Mở đầu I ● Định nghĩa : Công nghệ Nano công nghệ phát triển quy mô nguyên tử, phân tử, phân tử lớn với độ dài l = 100 nm - Các hạt Nano có cớ hạt trung bình nhỏ 100 nm - Mối quan hệ : Cỡ hạt nguyên tử Kích thước 0,1nm 1nm • • • • • hạt nanomet hạt micromet 100nm 1m đơn tinh thể 100m 1mm 100mm Nguyên tử : 0,1nm 1nm Hạt nanomet : 1nm 100nm Hạt micromet : 1m 100m Đơn tinh thể : 1mm 100mm Ví dụ : dạng đơn tinh thể gồm có : lam ngọc (Saphia) hồng ngọc (Rubi) ● Tính chất hạt Nano : phân tử Nano có tính chất dạng bề mặt lớn Hạt (số nguyên tử) 13 55 147 309 561 1415 2869 Cợ hạt 0,58 1,4 2,1 2,8 3,5 6,5 % nguyên tử bề mặt 92 76 63 52 45 35 28 Nhận xét : Cỡ hạt lớn phần trăm nguyên tử bề mặt giảm • Các hạt nano hạt xem có bề mặt lớn, vậy, hạt Nano có hoạt tính hóa học tăng, tính xúc tác xảy với bề mặt tăng • Độ rỗng lượng vùng cấm tăng cỡ hạt giảm Năng lượng = Phân tử Tăng dần Do vậy, với hợp chất màu sắc thay đổi cỡ hạt thay đổi Ví dụ : CdS chiếu tia tử ngoại phát màu sắc khau từ blue green yellow red cỡ hạt tăng Công nghệ điều chế hạt Nano Các hạt Nano quan trọng công nghiệp : , - II - II.1 ( = ½) (=½) Vật liệu rắn ( =) Nano kim loại ( =) Thị trường sản xuất hạt Nano : vật liệu Nano sản xuất theo hai phương án sau : • Đi từ xuống : hạt to nghiền thành hạt nhỏ • Đi từ lên Phương pháp nghiền - Có thể sử dụng phương pháp nghiền : nghiền ( khô, ướt ) nghiền ( khô với phụ gia( ví dụ muối ) ) • Các muối ) có vai trị làm phân tán hạt nghiền, làm giảm trời gian nghiền làm tăng độ đồng hạt thu Điều vật liệu nghiền chất rắn nghiền bề mặt chúng tích điện âm tích điện dương, thường có diện tích âm Do vậy, bề mặt chất rắn điện tích âm ưu tiên giữ lại ( bề mặt chất rắn ưu tiên hấp phụ cation ) Do hạt mang điện tích dương, nghiện tạo nhỏ bao quanh điện tích dương thúc đẩy q trình Trường hợp có thêm muối, sau nghiền cần rửa sây khơ Vì vậy, phương pháp nghiền khơ tốt Ví dụ :ZnO, sử dụng công nghiệp màu, công nghiệp cao su,… nghiền quặng vàng dung khai thác vàng - Ưu điểm phương pháp nghiền : • Giá hợp lí • Thực quy mơ lớn - • - II.2 Q trình thể quy mô lớn khẳng định từ lâu chế tạo hạt từ 20nm Nhược điểm : • Các hạt tạo thành cỡ hạt khơng đặn • Các hạt lẫn tạp chất từ phụ gia trộn lẫn, bị nghiền Phương pháp sol-gel ● Ưu điểm : Dễ sản xuất, dễ tạo hấp phụ Nano Dễ mở rộng, có khả nâng cấp quy mô Khống chế thành phần xác Sự tổng hợp nhiệt độ cao Tính đồng cao - ● Nhược điểm : Kinh phí nhiên liệu cao Có sử dụng quy mơ độc hại ( ví dụ : sử dụng rượu để hịa tan ) - II.3 Phương pháp kết tủa Tạo hạt Nano có cỡ hạt đồng theo phương pháp thường sử dụng phương pháp kết tủa từ dung dịch đồng Ví dụ : Cho (aq) + tạo dung dịch đồng ( Ure ) Dung dịch đun sơi tạo kết tủa, khí đun sơi Ure phân hủy tạo ammoniac • • Đun sơi : + O + Lọc rửa kết tủa, sau đem nung +O ( hạt Nano ) • • • • Tương tự : Tương tự : Điều chế AgCl Nano dung Promylen clorua theo phương pháp kết tủa đồng từ (aq) + tạo dung dịch đồng nhất, sau phủ lên nhựa ( lớp phim ) Trình tự phản ứng sau : + AgCl ( Hạt Nano đơn phân tán )  Kỹ thuật sử dụng hớp chất mạ Chế tạo hạt Nano kim loại ● Ứng dụng hạt kim loại Nano : làm vật liệu điện tử ( Niken ), làm vật liệu điện từ ( Fe ), vật liệu xúc tác ( Pt ), chất nổ ( Al ), luyện kim bột ( Crom crom có nhiệt độ nóng chảy cao nên khơng thể đúc phương pháp nóng chảy, dung để luyện kim bột ), làm phim ( Ag ), Ag Nano chứa nước đưa vào sử dụng diệt khuẩn ● Nguyên lí : khử muối kim loại tạo thành kim loại, dung môi hữu với kim loại khơng q; cịn nước với kim loại q • Dãy điện hóa : Mn Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au ( Kim loại không quý ) ( Kim loại q ) • Các kim loại khơng q dễ dàng tắc dụng với nước • Các chất khử thường sử dụng axit hữu cơ, rượu đơn chất hay đa chất, andhit, đường, hidrocin Ví dụ : , , , , , K Ví dụ : (aq) + Ni + + ( Hạt Nano ) ( xylem ) III + 3K NiS + • Al + 3KCl + O Ni + + Đối với kim loại quý : Ví dụ : O + 2Au + + 6HCl Phương pháp polyol điều chế chất kim loại Nano : sử dụng chất khử rượu đa chức có nhiệt độ cao ( ví dụ : etylen glycol có nhiệt độ sơi lớn 120) ● Trình tự bước tổng hợp : • Hòa tan muối kim loại tan rượu đa chất etylenlyol chất khứ; muối kim loại hay dung muối axetat Đun sôi vài Tách hạt Nano kim loại tạo tahnhf phương pháp li tâm Rửa rượu • • • -Bằng phương pháp cho phép điều chế hạt Nano Au, Pt, Pd Ag, Rh, Hg, Ir, Cu, Ru, Co, Ni, Fe, Sn, W, -Thiết bị bình phản ứng có dạng ● Các giải pháp điều khiển cỡ hạt : Các giải pháp sau cho phép tạo hạt Nano : • Thay đổi q trình : nhiệt độ, áp suất, nồng độ, hạt áp dụng siêu âm • Sử dụng tác nhân tạo phức • Với ion kim loại, sử dụng chất tạo phức khác phức bền kim loại nano có cỡ lớn Độ bền : ion tham gia tạo phức thành ion sau : , , , Khi đun sôi ( xúc tác polyol ), độ bền phức tăng hạt có cỡ giảm dần • • ● Ag + …… Ảnh hưởng chất tạo mầm Thêm mầm dị thể làm giảm cỡ hạt thu Tổng hạt Niken Nano sử dụng mầm dị thể Ag, Cu, Au Ví dụ : Dung dịch NiS có chứa : 10% Ag ( xúc tác ) tạo mầm Ag 2O + Ag + 2Ag + + 2HN ( mầm) + Ag ( ) Ni ( hạt niken bao quanh mầm) ( mầm )  Cỡ hạt giảm theo thứ tự mầm : Cu Ag Au  Cỡ hạt Ni tạo thành giảm dần : : Cu PtAg Au • • :- ... APF = × = = 0,74 IV Cấu trúc kim loại IV.1 Cấu trúc lập phương tâm khối ( BCC ) - - body-centeredcubic Bao gồm hình lập phương, nguyên tử góc tâm hình lập phương Đặc điểm cấu trúc : nguyên tử kim... biết = 26,98 (g/), = 1,43 (cm) Bài giải Khối lượng riêng Al : = = 2,708 (g/) V Cấu trúc gốm V.1 Cấu trúc CsCl Cấu trúc CsCl có dạng: - V.2 - V.3 Với anion nằm góc hình lập phương anion nằm tâm... ion X = = ; số ion M = + = Cấu trúc đặc trưng cho gốm : U, Th, Zn - V.4 Cấu trúc Perovskiste - Khống CaTi có tên Perocskite - Mở rộng cho vật liệu dạng AB - Về sau vật liệu dạng AB với (A = +2,