nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano từ tính y1 xsrxfeo3 (x = 0 1 và 0 2) bằng phương pháp kết tủa hóa học

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HĨA HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC CHUYÊN NGÀNH HĨA VƠ CƠ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH Y 1-xSrx FeO3 (x = 0.1 0.2) BẰNG PHƯƠNG PHÁP KẾT TỦA HÓA HỌC Sinh viên thực hiện: Trần Thị Mai Xuân Giáo viên hướng dẫn: TS Nguyễn Anh Tiến TP Hồ Chí Minh, 05/2013 NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Thầy Nguyễn Anh Tiến tin tưởng giao đề tài tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cơ ngồi Khoa Hóa Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh tận tình giảng dạy truyền thụ kiến thức quý báu làm hành trang giúp em vững bước đường tương lai Cảm ơn ba mẹ, người thân, bạn bè bên, ủng hộ, động viên, giúp đỡ em suốt khoảng thời gian học giảng đường Đại học q trình hồn thành đề tài Lần làm quen với việc nghiên cứu khoa học thời gian cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đóng góp chân thành quý Thầy, Cô bạn để đề tài hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Tp HCM, tháng 05 năm 2013 SVTH Trần Thị Mai Xuân MỤC LỤC MỞ ĐẦU DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NANO 1.1.1 Hạt nano, vật liệu nano công nghệ nano 1.1.2 Phương pháp điều chế vật liệu nano 1.1.3 Ứng dụng công nghệ nano 10 1.2 VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH 13 1.2.1 Vật liệu từ tính 13 1.2.2 Phương pháp điều chế hạt nano từ tính 13 1.3 VẬT LIỆU PEROVSKITE 15 1.3.1 Cấu trúc vật liệu perovskite 15 1.3.2 Sự pha tạp khuyết thiếu oxi 16 1.3.3 Vật liệu sở YFeO 17 1.4 TỔNG QUAN VỀ MỘT SỐ HỢP CHẤT CỦA YTTRI, STRONTI VÀ SẮT 18 1.4.1 Hợp chất yttri 18 1.4.2 Hợp chất stronti 19 1.4.3 Oxit hydroxit sắt 20 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23 2.1 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NHIỆT (TGA/DTA) 23 2.2 PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X (XRD) 24 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHỔ TÁN SẮC NĂNG LƯỢNG TIA X (EDS) 25 2.4 KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM) 26 2.5 PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐỘ TỪ HÓA 27 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 29 3.1 HÓA CHẤT VÀ DỤNG CỤ 29 3.1.1 Hóa chất 29 3.1.2 Dụng cụ 29 3.2 THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH Y 1-x Sr x FeO (x = 0.1 VÀ 0.2) 29 3.3 KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 31 3.3.1 Kết tổng hợp vật liệu nano Y 0.9 Sr 0.1 FeO 31 3.3.2 Kết tổng hợp vật liệu nano Y 0.8 Sr 0.2 FeO 34 3.3.3 Cấu trúc tinh thể họ vật liệu nano Y 1-x Sr x FeO (x= 0.1 0.2) 37 3.3.4 Các đặc trưng từ tính vật liệu nano Y 1-x Sr x FeO (x= 0.1 0.2) 38 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 PHỤ LỤC 43 MỞ ĐẦU Trong thời đại khoa học công nghệ phát triển nay, cơng nghệ nano khơng cịn lĩnh vực mang tính hồi nghi khả thi khoảng nửa kỉ trước mà trở thành lĩnh vực lôi kéo cường quốc vào chạy đua để phát triển ứng dụng Nhiều sản phẩm công nghệ nano, đặc biệt loại vật liệu nano xuất sử dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp, nông nghiệp, y tế, bảo vệ môi trường, an ninh quốc phòng đời sống Một vât liệu nano sử dụng rộng rãi vật liệu từ, loại vật liệu ứng dụng thiết bị máy biến thế, máy phát điện, máy ghi âm, ghi hình Vật liệu nano từ tính cở sở YFeO ứng dụng nhiều thực tế làm chất xúc tác cho trình oxi hóa, làm vật liệu nhạy khí việc chế tạo dụng cụ cảm biến khí hoạt động nhiệt độ cao, làm điện cực,… Có nhiều phương pháp điều chế vật liệu nano: phương pháp hóa ướt, phương pháp học, phương pháp bốc bay, phương pháp hình thành từ pha khí, Gần đây, phương pháp hóa học với ưu điểm thân thiện với môi trường sử dụng rộng rãi nhiệt độ kết tinh thấp, q trình thí nghiệm đơn giản để thu bột mịn có kích thước hạt đồng cho giá trị kinh tế cao coi phương pháp kết tủa hóa học Với lí trên, chọn nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano từ tính Y 1-x Sr x FeO (x = 0.1 0.2) phương pháp kết tủa hóa học” DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU  Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Phân loại vật liệu nano theo hình dáng Hình 1.2 Mơ hình ứng dụng công nghệ nano việc điều trị bệnh Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể perovskite ABO Hình 1.4 Sự biến dạng cấu trúc perovskite góc B-O-B 180o Hình 1.5 Tế bào đơn vị YFeO Hình 1.6 Oxit SrO tự nhiên (a) mạng tinh thể (b) Hình 2.1 Đường cong DTA Hình 2.2 Hiện tượng nhiễu xạ tia X từ hai mặt phẳng mạng tinh thể Hình 2.3 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử qt Hình 2.4 Đường cong từ trễ loại vật liệu sắt từ: vật liệu từ cứng vật liệu từ mềm Hình 3.1 Mơ tả thí nghiệm Hình 3.2 Sơ đồ thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano Y 1-x Sr x FeO Hình 3.3 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu bột Y 0.9 Sr 0.1 FeO Hình 3.4 Phổ XRD Y 0.9 Sr 0.1 FeO 800oC (a) giản đồ ghép phổ nhiệt độ (750, 800 850oC) (b) Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO nung nhiệt độ 750 (a), 800 (b) 850oC (c) thời gian 30 phút Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nung 800oC 30 phút Hình 3.7 Giản đồ XRD mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nhiệt độ 800 (a) 850oC (b) (t = giờ) Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nhiệt độ 800 (a) 850oC (b) (t = giờ) Hình 3.9 Phổ tán sắc lượng tia X mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO Hình 3.10 Giản đồ chồng phổ từ trễ mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO (a) mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO (b)  Danh mục bảng biểu Bảng Kiểu mạng tinh thể thông số tế bào mạng mẫu vật liệu Y1-xSrxFeO3 (x= 0.1 0.2) Bảng2 Thơng số từ tính mẫu vật liệu CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ CƠ SỞ LÍ THUYẾT CỦA ĐỀ TÀI 1.1 GIỚI THIỆU VỀ NANO 1.1.1 Hạt nano, vật liệu nano công nghệ nano Ngày nay, ta tình cờ nghe vài vấn đề sản phẩm có liên quan đến hai chữ “nano” Chữ nano, gốc Hi Lạp, gắn vào trước đơn vị đo để tạo đơn vị ước giảm tỉ lần (10-9) Ví dụ: nanogam = phần tỉ gam, nanomet = phần tỉ mét Nanomet điểm kì diệu kích thước chiều dài, điểm mà vật liệu sáng chế nhỏ người chế tạo cấp độ nguyên tử phân tử giới tự nhiên Công nghệ nano (nanotechnology) ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dáng, kích thước quy mô nanomet (từ đến 100 nm) Khoa học nano (nanoscience) ngành khoa học nghiên cứu tượng can thiệp (manipulation) vào vật liệu quy mô nguyên tử, phân tử đại phân tử Tại quy mơ đó, tính chất vật liệu khác hẳn với tính chất chúng quy mô lớn Ranh giới công nghệ nano khoa học nano không rõ ràng, nhiên chúng có chung đối tượng vật liệu nano Vật liệu nano (nanomaterials) tổ chức, cấu trúc, thiết bị, hệ thống,… có kích thước nano (khoảng từ đến vài trăm nanomet, tức cỡ nguyên tử, phân tử, hay đại phân tử - macromolecule) Các vật liệu với kích thước có tính chất hóa học, nhiệt, điện, từ, quang, xúc tác,… đặc biệt, khác hẳn vật liệu có kích thước lớn Có nhiều cách phân loại vật liệu nano, cách phân loại cho nhiều loại nhỏ nên thường hay làm lẫn lộn khái niệm Sau vài cách phân loại thường dùng:  Phân loại theo hình dáng vật liệu (hình 1.1): người ta đặt tên số chiều không bị giới hạn kích thước nano: - Vật liệu nano khơng chiều hạt có ba chiều có kích thước nano, thường hạt hình cầu, tạo thành trình polyme hóa nhũ tương hay polyme hóa mixen, q trình sol-gel,… Ví dụ: hạt chất phát quang kích thước nano (Oxonica) dùng cho hình điện tử, xúc tác, dược phẩm, chấm lượng tử, hạt từ, TiO , Fe O , ZnO,… - Vật liệu nano chiều vật liệu hai chiều có kích thước nano, chiều thứ ba dài Ví dụ: dây nano, ống nano, sợi nano nitrua bo (BN), C, - Vật liệu nano hai chiều vật liệu chiều có kích thước nano, hai chiều dài hơn, thường có dạng Ví dụ: màng mỏng Ngồi cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nanomet, cấu trúc có nano khơng chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Cũng theo cách phân loại theo hình dáng vật liệu, số tác giả đặt tên số chiều bị giới hạn kích thước nano Nếu hạt nano vật liệu nano ba chiều, dây nano vật liệu nano hai chiều màng mỏng vật liệu nano chiều Cách phân loại phổ biến Hình 1.1 Phân loại vật liệu nano theo hình dáng  Phân loại theo tính chất vật liệu thể khác biệt kích thước nano: - Vật liệu nano kim loại - Vật liệu nano bán dẫn - Vật liệu nano từ tính - Vật liệu nano sinh học,… Đôi người ta phối hợp hai cách phân loại với nhau, phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo khái niệm Ví dụ: khái niệm “hạt nano kim loại’ “hạt” phân loại theo hình dáng, “kim loại” phân loại theo tính chất “vật liệu nano từ tính sinh học” “từ tính” “sinh học” khái niệm có phân loại theo tính chất 1.1.2 Phương pháp điều chế vật liệu nano[1] Dù điều chế vật liệu nano phương pháp theo hai hướng: phương thức từ xuống (top-down) nghĩa chia nhỏ hệ thống lớn để cuối tạo đơn vị có kích thước nano phương thức từ lên (bottom-up) nghĩa lắp hạt cỡ phân tử, nguyên tử hay ion lại để thu kích thước nano Có nhóm phương pháp để điều chế vật liệu nano, phương pháp có ưu nhược điểm riêng, có phương pháp áp dụng để điều chế số vật liệu định 1.1.2.1 Phương pháp hóa ướt (wet chemical) Phương pháp bao gồm phương pháp chế tạo vật liệu dùng hóa keo (colloidal chemistry) phương pháp thủy nhiệt, sol-gel kết tủa Theo phương pháp này, dung dịch chứa ion khác trộn với theo thành phần thích hợp, tác động nhiệt độ, áp suất mà vật liệu nano kết tủa từ dung dịch Sau q trình lọc, sấy khơ, ta thu vật liệu nano Ưu điểm phương pháp hóa ướt chế tạo vật liệu khác vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại Ngoài phương pháp rẻ tiền chế tạo khối lượng lớn vật liệu Nhược điểm hợp chất liên kết bền với phân tử nước gây khó khăn việc nhiệt phân chúng Bên cạnh phương pháp sol-gel có hiệu suất khơng cao 1.1.2.2 Phương pháp học (mechanical) Bao gồm phương pháp tán, nghiền, hợp kim học Theo phương pháp này, vật liệu dạng bột nghiền đến kích thước nhỏ Ngày nay, máy nghiền thường dùng máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay Phương pháp học có ưu điểm đơn giản, dụng cụ chế tạo khơng đắt tiền chế tạo với lượng lớn vật liệu Tuy nhiên lại có nhược điểm hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thước hạt khơng đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ dụng cụ chế tạo thường khó đạt hạt có kích thước nhỏ Phương pháp thường dùng để chế tạo vật liệu hữu kim loại 1.1.2.3 Phương pháp bốc bay Gồm phương pháp quang khắc (lithography), bốc bay chân khơng (vacuum deposition) vật lí, hóa học Các phương pháp áp dụng hiệu để chế tạo 3.3 KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 3.3.1 Kết tổng hợp vật liệu nano Y0.9Sr0.1FeO3 Để khảo sát thay đổi khối lượng theo nhiệt độ q trình hóa lí xảy q trình phân hủy nhiệt mẫu kết tủa sấy khơ, chúng tơi sử dụng phương pháp phân tích nhiệt TGA/DTA Dựa vào giản đồ phân tích nhiệt mẫu bột Y 0.9 Sr 0.1 FeO hình 3.3, ta thấy trình khối lượng xảy từ 90 – 750oC với tổng phần trăm khối lượng 43.61%: - Ở khoảng nhiệt độ 90 - 250oC, xuất peak thu nhiệt ứng với nước vật lí chất bề mặt sản phẩm, đồng thời có tạo thành FeO(OH) - Các trình khối lượng khoảng 250 – 750oC gán cho tượng nước hóa học phân tử nước liên kết chặt chẽ với phân tử khác sản phẩm đồng thời xảy nhiệt phân hydroxit Y(OH) , Fe(OH) ; muối rắn Y (CO ) , SrCO tạo thành kết tủa dung dịch (NH ) CO giải phóng khí CO - Bên cạnh đó, peak tỏa nhiệt khoảng nhiệt độ 550 – 750oC giải thích q trình chuyển pha oxit sinh Như vậy, với thay đổi 40% trọng lượng mẫu, từ 750oC trở lượng sản phẩm không chứng tỏ nhiệt độ mẫu bột điều chế ổn định, thành phần bền xem bị phân hủy bay hết Hình 3.3 Giản đồ phân tích nhiệt mẫu bột Y 0.9 Sr 0.1 FeO Từ kết phân tích nhiệt, chúng tơi lựa chọn ba mức nhiệt độ nung cho mẫu Y 0.9 Sr 0.1 FeO (750, 800 850oC) 30 phút để tiến hành khảo sát Hình 3.4 phổ XRD mẫu bột Y 0.9 Sr 0.1 FeO sau nung 800oC 30 phút (hình 3.4a) giản đồ ghép phổ mẫu nung 750, 800, 850oC 30 phút (hình 3.4b) a) a) b) b) Hình 3.4 Phổ XRD Y 0.9 Sr 0.1 FeO 800oC (a) giản đồ ghép phổ nhiệt độ (750, 800 850oC) (b) Kết XRD cho thấy hầu hết peak nhiễu xạ mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO trùng với peak chuẩn YFeO Bên cạnh đó, mẫu cịn xuất peak tạp chất có cường độ cao Y O với d ~ Å (cụ thể giá trị d 2.79609, 3.05554 3.06661 Å tương ứng với mẫu nhiệt độ 750, 800 850oC) Tuy nhiên nhiệt độ 800oC, cường độ peak tạp chất thấp hai khoảng nhiệt độ cịn lại Ngồi ra, giản đồ XRD cho thấy khơng có xuất peak hợp chất stronti Điều chứng tỏ pha tạp kim loại Sr vào mạng tinh thể YFeO hoàn thiện Từ kết phân tích chúng tơi kết luận rằng, nhiệt độ 800oC hình thành đơn pha perovskite Y 0.9 Sr 0.1 FeO tốt tổng hợp vật liệu phương pháp đồng kết tủa Như vậy, thông qua kết phân tích nhiệt với kết nhiễu xạ tia X, ta miêu tả q trình hình thành đơn pha Y 0.9 Sr 0.1 FeO phương trình phản ứng hóa học qua giai đoạn sau: Giai đoạn 1: trình phản ứng muối ban đầu với tác nhân kết tủa (NH ) CO tạo thành muối cacbonat không tan hydroxit: 2YCl + 3(NH ) CO  Y (CO )  + 6NH Cl 2YCl + 3(NH ) CO + 3H O  2Y(OH)  + 6NH Cl + 3CO  Sr(NO ) + (NH ) CO  SrCO  + 2NH NO 2Fe(NO ) + 3(NH ) CO + H O  2Fe(OH)  + 3CO  + 6NH NO Giai đoạn 2: trình phân huỷ muối cacbonat Y (CO ) , SrCO hydroxit Fe(OH) 3, Y(OH) nung mẫu nhiệt độ cao tạo thành oxit tương ứng: Y (CO ) → Y O + 3CO  2Y(OH)  Y O + 3H O SrCO  SrO + CO  2Fe(OH) → Fe O + 3H O Giai đoạn 3: trình kết hợp oxit nhiệt độ cao tạo thành ferrit: 𝑡 0𝐶 0.9Y O + 0.1.2SrO + Fe O �� 2Y 0.9 Sr 0.1 FeO Tiếp theo, chúng tơi dùng kính hiển vi điện tử qt để khảo sát hình thái cấu trúc hạt mẫu sau nung Ảnh SEM hình 3.5 cho thấy nhiệt độ 750oC, hạt có dạng gần hình cầu bị kết tụ thành khối hạt lớn với kích thước trung bình từ 60 – 100 nm Đa số hạt 800oC có dạng hình cầu đồng đều, kích thước dao động khoảng 40 – 60 nm Còn nhiệt độ 850oC hạt tạo thành có dạng hình cầu phân cạnh yếu, kích thước trung bình từ 50 – 70 nm, ngồi ra, hạt liên kết với tạo thành khối hạt kéo dài Như nói nhiệt độ nung 800oC 30 phút điều kiện thích hợp để tạo hạt nano Y 0.9 Sr 0.1 FeO với kích thước nhỏ b) b) a) c) Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO nung nhiệt độ 750 (a), 800 (b) 850oC (c) thời gian 30 phút 3.3.2 Kết tổng hợp vật liệu nano Y0.8Sr0.2FeO3 Dựa vào kết phân tích nhiệt kết phân tích XRD mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO mục 3.3.1, tiến hành khảo sát mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nung khoảng nhiệt độ 800oC vịng 30 phút Giản đồ XRD (hình 3.6) cho thấy khoảng nhiệt độ này, peak nhiễu xạ đặc trưng cho đơn pha perovskite YFeO hình thành chưa hồn thiện, tinh thể perovskite cịn dạng vơ định hình Điều giải thích lượng stronti pha tạp nhiều mẫu Y 0.9 Sr 0.1 FeO nên nhiệt độ thời gian nung chọn điều kiện chưa thích hợp để stronti pha tạp hoàn toàn vào mạng tinh thể YFeO Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nung 800oC 30 phút Do đó, chúng tơi tiến hành nung sơ mẫu vật liệu nhiệt độ 500oC giờ, sau nâng nhiệt độ nung lên 800oC 850oC vòng Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu hình 3.7 Đối với mẫu điều chế nhiệt độ 800oC, pha YFeO cịn có pha Y O Ở nhiệt độ 850oC, không thấy xuất peak tạp chất ứng với Y O Như vậy, hình thành đơn pha perovskite hoàn thiện mẫu điều chế nhiệt độ 850oC a) b) Hình 3.7 Giản đồ XRD mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nhiệt độ 800 (a) 850oC (b) (t = giờ) Hình 3.8 ảnh SEM mẫu nung 800 850oC vòng Kết cho thấy nhiệt độ cao (850oC), hạt có dạng hình cầu bị kết dính lại nhiều tạo thành khối hạt có kích thước lớn (trung bình từ 50 – 80 nm) so với mẫu nung nhiệt độ 800oC (kích thước hạt dao động khoảng 40 – 60 nm) Điều phù hợp với quy luật nhiệt độ tăng kích thước hạt tăng kết dính tinh thể a) b) Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nhiệt độ 800 (a) 850oC (b) (t = giờ) Các kết SEM cho thấy (hình 3.5 hình 3.8), khoảng nhiệt độ, hạt mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO có kích thước trung bình chênh lệch khơng nhiều lớn so với hạt mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO Tiếp theo, tiến hành phân tích thành phần nguyên tố mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDS) Kết thể hình 3.9 Hình 3.9 Phổ tán sắc lượng tia X mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO Các số liệu thu từ phương pháp phổ tán sắc lượng tia X cho biết thành phần nguyên tố Y, Sr, Fe, O 37.23%, 8.79%, 30.17%, 23.81% ứng với tỉ lệ mol 0.8375 : 0.2006 : 1.0805 : 2.9764 Kết tương đối phù hợp với tỉ lệ lí thuyết vật liệu (sự sai lệch khoảng 5%) 3.3.3 Cấu trúc tinh thể họ vật liệu nano Y1-xSrxFeO3 (x= 0.1 0.2) Thông qua kết XRD mẫu vật liệu điều chế được, xác định thông số vật liệu kiểu mạng tinh thể, thành phần pha, số mạng thể tích mạng sở Kết được liệt kê bảng Bảng Kiểu mạng tinh thể thông số tế bào mạng mẫu vật liệu Y1-xSrxFeO3 (x= 0.1 0.2) Hằng số mạng (Å) Mẫu vật liệu Pha Thể tích Kiểu mạng a b c ô mạng Perovskite Trực thoi 5.5877 7.5951 5.2743 223.57 Y2O3 Lập phương 10.6041 10.6041 10.6041 1192.40 Y 0.9 Sr 0.1 FeO 3_ 30_750 Perovskite Trực thoi 5.5877 7.5951 5.2743 223.57 Y2O3 Lập phương 10.6041 10.6041 10.6041 1192.40 Perovskite Trực thoi 5.2819 5.5957 7.6046 224.76 Y2O3 Lập phương 10.6056 10.6056 10.6056 1192.90 Perovskite Trực thoi 5.2819 5.5957 7.6046 224.76 Y2O3 Lập phương 10.6041 10.6041 10.6041 1192.40 Trực thoi 5.2819 5.5957 7.6046 224.76 Y 0.9 Sr 0.1 FeO 3_ 30_800 Y 0.9 Sr 0.1 FeO 3_ 30_850 Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3_ 1h_800 Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3_ 1h_850 Perovskite Kết bảng cho thấy, mẫu vật liệu có cấu trúc tinh thể trực thoi có mẫu vật liệu Y0.8Sr0.2FeO3 nung 850oC khơng có thành phần tạp chất Y2O3 với mạng tinh thể lập phương So sánh mẫu vật liệu Y0.9Sr0.1FeO3 mẫu nung 750 800oC có thành phần pha, kiểu mạng tinh thể thông số mạng không đổi Mẫu nung nhiệt độ 850oC có thơng số mạng tinh thể thay đổi chút làm thay đổi hình dạng kích thước tế bào mạng Mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nhiệt độ 850oC hồn thiện so với mẫu 800oC khơng có xuất thành phần tạp chất Y O Bảng cho thấy, thể tích mẫu vật liệu tăng lên tăng nồng độ Sr pha tạp lượng Sr thay mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nhiều mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO Từ kết phân tích trên, chúng tơi kết luận rằng, pha tạp thay Sr vào vị trí Y họ vật liệu Y 1-x Sr x FeO (x= 0.1 0.2) làm thay đổi thành phần cấu trúc mạng tinh thể dẫn đến thay đổi thông số mạng Sự thay đổi cho thấy mối tương quan phức tạp thông số cấu trúc tinh thể hàm lượng ion thay Điều dẫn đến thay đổi tính chất điện, nhiệt điện tính chất từ hệ vật liệu chế tạo Do đó, chúng tơi khảo sát đặc trưng từ tính mẫu vật liệu tổng hợp 3.3.4 Các đặc trưng từ tính vật liệu nano Y1-xSrxFeO3 (x= 0.1 0.2) Từ tính mẫu vật liệu biểu diễn thông qua đường cong từ trễ hình 3.10 a) b) Hình 3.10 Giản đồ chồng phổ từ trễ mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO (a) mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO (b) Các thơng số từ tính mẫu vật liệu liệt kê bảng Bảng2 Thông số từ tính mẫu vật liệu STT Loại vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO Y 0.8 Sr 0.2 FeO Mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO _30_750 Y 0.9 Sr 0.1 FeO _30_800 Y 0.9 Sr 0.1 FeO _30_850 Y 0.8 Sr 0.2 FeO _1h_800 Y 0.8 Sr 0.2 FeO _1h_850 Mr (emu/g) 0.008 0.094 0.347 4.049 3.854 Ms (emu/g) 0.200 0.371 0.846 7.505 7.122 H c (Oe) 93.02 2542.77 3019.98 6715.14 7144.16 Từ kết thu bảng ta thấy, mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO điều chế mẫu (mẫu 3) có lực kháng từ H c lớn (>> 100 Oe), đồng thời độ từ dư M r mẫu bé, gần với giá trị Điều chứng tỏ mẫu vật liệu số thuộc loại vật liệu từ cứng, thích hợp việc chế tạo nam châm vĩnh cửu sử dụng làm vật liệu ghi từ ổ đĩa cứng, băng từ Khác với mẫu trên, mẫu có H c < 100 Oe tổn hao từ trễ thấp (hình 3.10a) mẫu vật liệu xếp vào loại vật liệu từ mềm dùng loại vật liệu cảm biến Các thơng số từ tính hai mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO (mẫu 5) lớn, lớn so với mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO , đặc biệt giá trị M r M s lớn nhiều lần Bên cạnh đó, giản đồ phổ hình 3.10b cho thấy tổn hao từ trễ mẫu vật liệu tương đối lớn mẫu vật liệu thuộc loại vật liệu từ cứng Nếu so sánh đặc trưng từ tính vật liệu perovskite pha tạp Y 1-x Sr x FeO ta thấy giá trị M r M s đặc biệt H c lớn so với mẫu vật liệu YFeO tinh khiết (H c = 25.26 Oe)[8] Điều lần khẳng định pha tạp Sr vào mạng tinh thể YFeO xảy làm tăng tính dị hướng từ tinh thể mẫu vật liệu pha tạp Từ kết dự đoán muốn điều chế vật liệu từ mềm sở YFeO với kích thước nano ứng dụng loại vật liệu cảm biến cần giảm tỉ lệ Sr vào cấu trúc YFeO ban đầu tiến hành điều chế mẫu điều kiện nhiệt độ thấp KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Thơng qua q trình nghiên cứu thực đề tài, rút kết luận sau: - Tổng hợp thành công vật liệu nano Y1-xSrxFeO3 (x= 0.1 0.2) với kích thước hạt trung bình từ 40 – 60 nm phương pháp đồng kết tủa nước sôi - Đã tiến hành khảo sát từ tính vật liệu tổng hợp được, nhiên hầu hết mẫu thuộc loại vật liệu từ cứng (có lực kháng từ lớn 100 Oe), riêng vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO nung nhiệt độ 750oC có H c = 93.02 Oe (< 100 Oe) thuộc loại vật liệu từ mềm - Tỉ lệ thực tế nguyên tố mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO chênh lệch khơng nhiều so với tỉ lệ lí thuyết (sai lệch khoảng 5%) Do điều kiện thời gian hạn chế nên chưa thể nghiên cứu sâu đề tài Vì chúng tơi đề xuất phát triển đề tài theo hướng sau: - Tiến hành nghiên cứu điều kiện tối ưu để tổng hợp vật liệu Y 1-x Sr x FeO (x= 0.1 0.2) có kích thước nhỏ nhiệt độ thời gian nung mẫu,… - Nghiên cứu tiến hành tổng hợp vật liệu Y 1-x Sr x FeO theo số phương pháp khác phương pháp nghiền lượng cao, phương pháp sol-gel,… so sánh kết thu với phương pháp đồng kết tủa - Nghiên cứu hoạt tính xúc tác khả hấp phụ ion kim loại nặng họ vật liệu perovskite Y 1-x Sr x FeO TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] TS Phan Thị Hoàng Oanh (2011-2012), Chuyên đề Hóa học chất rắn, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh [2] Nguyễn Hồng Hải (11/2005), Chế tạo ứng dụng hạt nano từ tính sinh học, Báo cáo Hội nghị Vật lí tồn quốc lần thứ [3] Đỗ Thị Anh Thư (2011), Chế tạo nghiên cứu tính chất cảm biến nhạy cồn sở vật liệu oxit perovskite, Luận án Tiến sĩ khoa học vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam - Hà Nội [4] Nguyễn Xuân Lập (2012), Tổng hợp nghiên cứu khả hấp phụ ion Fe3+ vật liệu nano Y 0.8 La 0.2 FeO , Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh [5] Vũ Tùng Lâm, Chế tạo nghiên cứu vật liệu multferroic LaFeO -PZT, Luận văn Thạc sĩ chuyên ngành Vật lí chất rắn, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên [6] TS Phan Thị Hoàng Oanh (2010-2011), Chuyên đề Phân tích cấu trúc vật liệu vô cơ, Trường Đại học Sư phạm TPHCM [7] Uông Văn Vỹ (2012), Chế tạo hợp kim gốc LaNi làm vật liệu cực âm độ bền cao để sử dụng ăcquy Ni-MH, Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu [8] Phan Thị Kiều Liên (2012), Tổng hợp vật liệu nano YFeO phương pháp solgel đồng kết tủa, Khóa luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh Tiếng Anh [9] Zobadeh Momeni Larimi, Ahmad Amirabadizadeh, Amir Zelati, Synthesis of Y O nanoparticles by modified transient morphology method, 2011 International [10] Sanjay Mathur, Michael Veith, Rasa Rapalaviciute, Hao Shen, Gerardo F Goya, Waldir L Martins Filho and Thelma S Berquo, Molecule Derived Synthesis of Nanocrystalline YFeO and Investigations on Its Weak Ferromagnetic Behavior, Chem Mater 2004, 16, 1906-1913 [11] Nguyen Anh Tien, O V Almjasheva, I Ya Mittova, O V Stognei and S A Soldatenko (2009), Synthesis and Magnetic Properties of YFeO Nanocrystals, Inorganic Materials, Vol 45, No 11, pp 1304–1308 PHỤ LỤC PHỤ LỤC GIẢN ĐỒ XRD CỦA CÁC MẪU VẬT LIỆU Giản đồ XRD mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO nung nhiệt độ 750oC 30 phút Giản đồ XRD mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO nung nhiệt độ 800oC 30 phút Giản đồ XRD mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO nung nhiệt độ 850oC 30 phút Giản đồ XRD mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nung nhiệt độ 800oC 30 phút Giản đồ XRD mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nung nhiệt độ 800oC Giản đồ XRD mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nung nhiệt độ 850oC PHỤ LỤC ĐƯỜNG CONG TỪ HÓA CỦA CÁC MẪU VẬT LIỆU Đường cong từ hóa mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO nung nhiệt độ 750oC 30 phút Đường cong từ hóa mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO nung nhiệt độ 800oC 30 phút Đường cong từ hóa mẫu vật liệu Y 0.9 Sr 0.1 FeO nung nhiệt độ 850oC 30 phút Đường cong từ hóa mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nung nhiệt độ 800oC Đường cong từ hóa mẫu vật liệu Y 0.8 Sr 0.2 FeO nung nhiệt độ 850oC ... phương 10 . 605 6 10 . 605 6 10 . 605 6 11 92. 90 Perovskite Trực thoi 5.2 819 5.5957 7. 604 6 224.76 Y2O3 Lập phương 10 . 604 1 10 . 604 1 10 . 604 1 119 2. 40 Trực thoi 5.2 819 5.5957 7. 604 6 224.76 Y 0. 9 Sr 0. 1 FeO 3_ 30_ 800 ... Sr 0. 1 FeO _ 30_ 8 50 Y 0. 8 Sr 0. 2 FeO _1h_ 800 Y 0. 8 Sr 0. 2 FeO _1h_8 50 Mr (emu/g) 0. 008 0. 094 0. 347 4 .04 9 3.854 Ms (emu/g) 0. 200 0. 3 71 0. 846 7. 505 7 .12 2 H c (Oe) 93 .02 2542.77 3 01 9.98 6 715 .14 714 4 .16 ... coi phương pháp kết tủa hóa học Với lí trên, chọn nghiên cứu đề tài ? ?Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano từ tính Y 1- x Sr x FeO (x = 0. 1 0. 2) phương pháp kết tủa hóa học? ?? DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG