tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nano ferit y0 8sr0 2feo3 bằng phương pháp đồng kết tủa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO FERIT Y0.8Sr0.2FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5/2012 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO FERIT Y0.8Sr0.2FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA  GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến  SVTH: Trương Thị Minh Nghĩa Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5/2012 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Mục lục Trang Mục lục Lời cảm ơn Mở đầu Chương Lý thuyết tổng quan 1.1 Lý thuyết chung nano 1.1.1 Giới thiệu hóa học nano 1.1.2 Vật liệu nguồn nano 1.1.3 Ứng dụng vật liệu nano 1.1.4 Một số mặt trái công nghệ nano 11 1.2 Tổng quan oxit hydroxit stronti, yttri sắt 13 1.2.1 Oxit sắt 13 1.2.2 Oxit yttri 18 1.2.3 Oxit Stronti 19 1.2.4 Đặc điểm cấu trúc chung ferit YFeO 20 Chương Các phương pháp tổng hợp nghiên cứu đề tài 23 2.1 Phương pháp tổng hợp nano ferit Y-Sr-Fe-O 23 2.1.1 Lý thuyết số phương pháp tổng hợp bột nano 23 2.1.2 So sánh ưu nhược điểm phương pháp 29 2.2 Hóa chất thiết bị sử dụng 30 2.2.1 Hóa chất 30 2.2.2 Thiết bị 30 2.3 Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc tính chất bột nano Y 0.8 Sr 0.2 FeO 31 2.3.1 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai TGA/DTA 31 2.3.2 Phương pháp nhiễu xạ X-ray 32 2.3.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM 35 SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 2.3.4 Phương pháp đo diện tích bề mặt BET 36 2.3.5 Phương pháp đo độ từ hóa 38 2.3.6 Phương pháp phân tích khối phổ plasma (ICP-MS) 40 Chương Thực nghiệm - Kết - Bàn luận 42 3.1 Thực nghiệm tổng hợp bột nano Y 0.8 Sr 0.2 FeO 42 3.2 Kết - Bàn luận 44 Kết luận kiến nghị 58 Tài liệu tham khảo 60 Phụ lục 62 SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Lời cảm ơn Khoá luận tốt nghiệp bước cuối đánh dấu trưởng thành sinh viên giảng đường Đại học Đồng thời công việc khó - yêu cầu nhiều kĩ năng, kiến thức tổng hợp từ trước tới mà em chưa thực Chính vậy, để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này, em thiếu giúp đỡ người, qua em xin viết vài lời cảm ơn đến tất người Lời em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Hóa Trường Đại học Sư phạm Tp HCM tạo điều kiện nhằm giúp đỡ em tiến hành khóa luận tiến độ, tận tâm dạy dỗ em suốt năm đại học Đặc biệt thầy Nguyễn Anh Tiến – người trực tiếp hướng dẫn đề tài, bận rộn với công việc, thầy dành nhiều thời gian quan tâm hướng dẫn, đóng góp sửa chữa lỗi sai, giúp em hướng trình làm khóa luận Từ Thầy em học hỏi nhiều điều, từ kiến thức khoa học chuyên ngành đến kinh nghiệm sống xã hội Nhân đây, xin gởi lời cảm ơn ba mẹ kính yêu động viên, khích lệ để hoàn thành tốt khóa luận Ngoài ra, bạn bè người thiếu giúp đỡ nhiều trình thực đề tài Do lần thực nghiên cứu khoa học, nên em giới hạn kinh nghiệm thực tiễn kiến thức chuyên ngành, khó tránh khỏi sai lầm, thiếu sót Em mong nhận ý kiến đóng góp quý thầy cô bạn bè, để khóa luận hoàn thiện Một lần xin chân thành cảm ơn, chúc người sức khỏe thành đạt! Sinh viên thực Trương Thị Minh Nghĩa SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Mở đầu C ông nghệ nano ngành kỹ thuật nghiên cứu sử dụng vật liệu có kích thước khoảng nano (0.1 nanomet – 100 nanomet) nhằm tạo biến đổi lí tính cách sâu sắc hiệu ứng kích thước lượng tử Ngày nay, sản phẩm ngành công nghệ nano ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực, đạt hiệu cao mà tỏ ưu việt hẳn sản phẩm có kích thước thông thường khác, ví dụ như: công nghệ điện tử - quang, công nghệ lượng, công nghệ hóa học, công nghệ hàng không vũ trụ, y học,… Đặc biệt vật liệu nano ferit đất hiếm, gần đây, gây nhiều thu hút tính chất hóa học thuộc tính vật lý độc đáo độ dẫn điện chúng, thể nhiều tiềm ứng dụng lĩnh vực khác Chẳng hạn làm catot tế bào nhiên liệu ôxit rắn, chất xúc tác hoạt động trình oxy hóa, môi trường kiểm tra phim, vật liệu hoạt động cảm biến hóa học để phát độ ẩm, nồng độ cồn loại khí, Hơn nữa, tính chất đáng ý bột ferit (orthoferites) tốc độ vách domen cao tồn đường Bloch đáng kể cho ứng dụng cảm biến từ quang học nhanh chóng đóng chốt từ quang học chuyển đổi Nhưng liệu tính chất có bị thay đổi cấu trúc xen nguyên tố có bán kính nguyên tử tương đương Ca, Sr, Ni,… nên chọn nghiên cứu bột nano ferit với cấu trúc bị khuyết tật ion Sr so với Y theo tỉ lệ 2:8 Tổng hợp bột nano ferit thông thường từ bột oxit, hidroxit hay muối yêu cầu nhiệt độ cao dẫn đến kích thước hạt tạo thành lớn, độ kết tụ cao gây ảnh hưởng không tốt đến tính chất vật liệu sản xuất từ chúng Gần đây, phương pháp tổng hợp ferit nano phương pháp đồng kết tủa sử dụng rộng rãi với ưu nhiệt độ kết tinh thấp, trình thí nghiệm đơn giản thu bột mịn có kích thước nano đồng cho giá trị kinh tế cao Với lí trên, chọn nghiên cứu đề tài “Tổng hợp nghiên cứu tính chất vật liệu nano ferit Y 0.8 Sr 0.2 FeO phương pháp đồng kết tủa” SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Chương Lý thuyết tổng quan 1.1 Lý thuyết chung nano 1.1.1 Giới thiệu hóa học nano Nanomet điểm kì diệu kích thước chiều dài, điểm mà vật sáng chế nhỏ người tạo cấp độ nguyên tử hay phân tử giới tự nhiên [12] Công nghệ nano có ý nghĩa kĩ thuật sử dụng kích thước từ 0.1 nm đến 100 nm để tạo biến đổi hoàn toàn lý tính cách sâu sắc hiệu ứng kích thước lượng tử Trong công nghệ nano, có phương thức từ xuống (top – down, hình 1.1.) 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 hay nguyên tử lại để thu kích thước nano Đặc biệt gần đây, việc thực công nghệ nano theo phương thức bottom up trở thành kĩ thuật tạo hình thái vật liệu mà người mong ước, nên thu hút nhiều quan tâm [9] Hình 1.1 Hai nguyên lý công nghệ nano: Top- down Bottom- up[9] Hóa học nghiên cứu nguyên tử phân tử - có kích thước nói chung < nm, vật lý chất rắn lại đề cập đến mạng vô hạn nguyên tử hay phân tử có kích thước lớn 100 nm Một khoảng trống đáng kể tồn phạm vi này, SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến bao gồm hạt từ 1-100 nm hay 10-10-6 nguyên tử hay phân tử hạt, hóa học nano Để hiểu nano, ta cần tìm hiểu số khái niệm sau: - Chất keo: pha lỏng ổn định chứa hạt có kích thước 1-1000 nm gọi hạt keo (micell) - Hạt nano: hạt rắn phạm vi 1-100 nm không tinh thể, khối kết tụ vi tinh thể vi đơn tinh thể - Tinh thể nano (nanocrytal): hạt rắn nghĩa đơn tinh thể có kích thước cỡ nanomet - Vật liệu cấu trúc nano hay vật liệu kích thước nano: vật liệu rắn có kích thước nanomet (hình 1.2.), bao gồm vật liệu ba chiều → hạt, hai chiều → màng mỏng, chiều → dây mỏng - Nanocomposite: vật liệu lai hỗn tính vô cơ/hữu [9] Hình 1.2 Biểu đồ so sánh độ lớn số vật thể 1.1.2 Vật liệu nguồn nano Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nm (< 100 nm) Về trạng thái vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng khí Vật liệu nano tập trung nghiên cứu nay, chủ yếu vật liệu rắn, sau đến chất lỏng khí Về hình dáng vật liệu, người ta phân thành loại sau: SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang Khóa luận tốt nghiệp - GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích thước nano, không chiều tự cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano, - Vật liệu nano chiều vật liệu hai chiều có kích thước nano, điện tử tự chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano,… - Vật liệu nano hai chiều vật liệu chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng.[5] Ngoài ra, có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite, đó, có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano không chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Các tính chất vật lý, hóa học loại vật liệu có giới hạn kích thước Nếu vật liệu mà nhỏ kích thước tính chất hoàn toàn bị thay đổi Người ta gọi kích thước tới hạn Vật liệu nano có tính chất đặc biệt kích thước so sánh với kích thước tới hạn tính chất vật liệu, ví dụ điện trở kim loại tuân theo định luật Ohm kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày Nếu ta giảm kích thước vật liệu xuống nhỏ quãng đường tự trung bình điện tử kim loại, thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm, định luật Ohm không Lúc đó, điện trở vật có kích thước nano tuân theo quy tắc lượng tử Không phải vật liệu có kích thước nano có tính chất khác biệt mà phụ thuộc vào tính chất mà nghiên cứu Các tính chất khác tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang tính chất hóa học khác có độ dài tới hạn khoảng nm (bảng 1.) Chính mà người ta gọi ngành khoa học công nghệ liên quan khoa học nano công nghệ nano [9] Bảng Độ dài tới hạn số tính chất vật liệu [2] Lĩnh vực Tính chất điện Tính chất Độ dài tới hạn (nm) Bước sóng điện tử 1-100 Quãng đường tự trung 1-10 bình không đàn hồi SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hiệu ứng đường hầm 10-100 Độ dài vách Đômen 1-100 Quãng đường tán xạ spin 1-100 Hố lượng tử 1-100 Độ dài suy giảm 10-100 Độ sâu bề mặt kim loại 10-100 Độ dài liên kết Cooper 0.1-100 Độ thẩm thấu Meisner 1-100 Tương tác bất định xứ 1-1000 Biên hạt 1-10 Tính chất từ Tính chất quang Tính siêu dẫn Tính chất Xúc tác Siêu phân tử Miễn dịch SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Bán kính khởi động đứt 1-100 vỡ Sai hỏng mầm 0.1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10 Hình học topo bề mặt 1-10 Độ dài Kuhn 1-100 Cấu trúc nhị cấp 1-10 Cấu trúc tam cấp 10-1000 Nhận biết phân tử 1-10 Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hình 3.4 Giản đồ ghép phổ XRD mẫu nung nhiệt độ: - 750oC : đường màu đen P P - 800oC : đường màu vàng P P - 850oC : đường màu đỏ P P Qua phân tích so sánh phổ ghép XRD (hình 3.4.) nhiệt độ nung 750oC P P cho ta độ tinh khiết cao (ít peak tạp nhất) hình thành đơn pha hoàn chỉnh Tóm lại, trình hình thành đơn pha Y 0.8 Sr 0.2 FeO (orthorhombic) từ tiền R R R R R R chất YCl , Fe(NO ) Sr(NO ) với tác nhân kết tủa Na CO miêu tả R R R R R R R R R R R R R R phương trình phản ứng thông qua giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: trình phản ứng muối ban đầu với tác nhân kết tủa Na CO tạo thành muối cacbonat không tan hydroxit sắt R R R R 2𝑌𝐶𝑙3 + 3𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 → 𝑌2 (𝐶𝑂3 )3 ↓ + 6𝑁𝑎𝐶𝑙 𝑆𝑟(𝑁𝑂3 )2 + 𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 → 𝑆𝑟𝐶𝑂3 ↓ + 2𝑁𝑎𝑁𝑂3 SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 48 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 2𝐹𝑒(𝑁𝑂3 )3 + 3𝑁𝑎2 𝐶𝑂3 + 3𝐻2 𝑂 → 2𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 ↓ + 6𝑁𝑎𝑁𝑂3 + 3𝐶𝑂2 Giai đoạn 2: nhiệt phân tạo oxit muối hydroxit tương ứng nhiệt - độ cao 𝑡𝑜 𝑌2 (𝐶𝑂3 )3 → 𝑌2 𝑂3 + 3𝐶𝑂2 𝑡𝑜 𝑆𝑟𝐶𝑂3 → 𝑆𝑟𝑂 + 𝐶𝑂2 𝑡𝑜 2𝐹𝑒(𝑂𝐻)3 → 𝐹𝑒2 𝑂3 + 3𝐻2 𝑂 Giai đoạn 3: trình kết hợp oxit tạo thành phức hợp ferit có cấu trúc - tinh thể khuyết tật xâm nhập phần ion Sr thay với tỷ lệ phù hợp tính trước ≥750𝑜 𝐶 0.8 𝑌2 𝑂3 + 0.2.2 𝑆𝑟𝑂 + 𝐹𝑒2 𝑂3 �⎯⎯⎯� 𝑌0.8 𝑆𝑟0.2 𝐹𝑒𝑂3±𝛿 Quá trình hình thành đơn pha ferit phản ứng so với giản đồ phân tích nhiệt TGA giản đồ XRD khẳng định việc khảo sát điều kiện nhiệt độ nung 7500C trở hoàn toàn hợp lý P P Nghiên cứu mẫu bột nung phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM), ta thấy: a) b) SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 49 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến c) Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu nung nhiệt độ tương ứng giờ: 750oC (a), 800oC (b), 850oC (c) P P P P P P Từ kết SEM mẫu hình 3.5 cho thấy, nhiệt độ 750oC, hạt tạo P P thành hầu hết hình cầu, có kích thước (40–60 nm) độ đồng cao Ở nhiệt độ cao (800oC 850oC) có kích thước cát hạt tạo thành lớn (60-90 P P P P nm), chí có hạt đạt 100 nm Điều phù hợp với quy luật nhiệt độ nung tăng, kích thước hạt tăng kết dính tinh thể với Như vậy, nhiệt độ nung tối ưu để điều chế bột ferit Y 0.8 Sr 0.2 FeO 750oC (t = R R R R R R P P 2h) để tiến hành khảo sát Tiếp theo, tác giả khảo sát thay đổi kích thước hình thái hạt theo thời gian nung Với kích thước nano (dao động từ 40-50 nm) nhiệt độ 750oC trên, P P chưa đạt mục tiêu mà khóa luận đề từ đầu (< 30 nm) nên tiếp tục khảo sát thời gian nung, thời gian nung dài tạo chùm tinh thể mạnh, kích thước hạt lớn Chúng khảo sát thêm thời gian nung mẫu nhiệt độ 750oC khoảng P P 1giờ 30 phút với hai phương pháp nghiên cứu tương tự (chụp kính hiển vi điện tử quét nghiên cứu giản đồ nhiễu xạ XRD) Hình 3.6 giản đồ XRD mẫu bột điều chế sau nung 750oC 30 phút P SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa P Trang 50 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến a) b) SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 51 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ XRD mẫu nung khoảng thời gian (b) 1h30p (a) 750oC P P Sự hình thành peak ferit YFeO mẫu (750; 1h 30p) mẫu (750; 1h) R R rõ ràng lẫn nhiều peak tạp chất, chứng tỏ hình thành tinh thể ferit YFeO chưa hoàn thiện Có thể thời gian phản ứng chưa đủ lâu để phản ứng xảy R R hoàn toàn nhằm tạo thành YFeO nguyên tử Sr xâm nhập vào mạng tinh thể R R cho Y 0.8 Sr 0.2 FeO Khi kiểm tra, ta thấy peak Y O (1.34, 1.52, 1.55, R R R R R R R R R R 1.21 Ao) Trong đó, mẫu nung 750oC không peak Y O P P P P R R R R Như vậy, khoảng thời gian nung khảo sát cho độ tinh khiết không cao, không đạt yêu cầu Mặt dù, kích thước chúng là: mẫu (750; 1h) đạt 50-90 nm (hình 3.7.a), mẫu (750; 1h30p) đạt 40-90 nm (hình 3.7.b), hai mẫu đạt kích thước nano Tuy nhiên, nhiều hạt vượt giới hạn nano (> 100 nm), độ lệch kích thước hạt lớn, tạo nên kích thước chung mẫu không đồng Chúng dự đoán thời gian lưu nhiệt chưa đủ lâu để hạt tinh thể oxit kết hợp hết với tạo phức hợp có liên kết chặt chẽ, hình thành hạt tinh thể ferit hoàn chỉnh đạt kích thước nano mong muốn Cho nên, ta thấy hạt phân tán không đồng đều, hình dạng hạt đa dạng Mặt khác thay đổi thiết bị trình tiến hành đo nguyên nhân dẫn đến sai số kết SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 52 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến a) b) Hình 3.7 Ảnh SEM mẫu nung 750oC khoảng thời gian: P - 1giờ (a), - 1giờ 30 phút (b) SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa P Trang 53 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến  Tính kích thước tinh thể theo công thức Scherres [5]: P P Bảng 3.1 Kích thước trung bình tinh thể ferit Tên Y 0.8 Sr 0.2 FeO Y 0.8 Sr 0.2 FeO Y 0.8 Sr 0.2 FeO Y 0.8 Sr 0.2 FeO mẫu (750oC,2h) (800oC,2h) (850oC,2h) (750oC,1h) (750oC,1.30h) Kích 9.73 10.59 10.06 5.75 10.75 R R P R R R R P R R P R P R R R R R P R P R R R R R P R R R P R Y 0.8 Sr 0.2 FeO R R P R R R R P thước (nm) Nếu kết tính theo công thức Scherres trên, cho thấy ferit hình thành đạt kích thước nano nhỏ, xem đạt mục tiêu đề tài Tuy nhiên, kết lại không đáng tin cậy, sai số lớn (50%), hai là kết tính theo lí thuyết tinh thể ferit, vật liệu chế tạo thành dạng hạt, tức có kết hợp nhiều tinh thể với nhiệt độ cao, từ làm kích thước hạt thực tế tăng lên nhiều lần Đó lí phải kiểm tra thêm độ lớn hạt phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) để xác hơn, bảng số liệu mang tính chất tham khảo khoa học ban đầu Vậy, chọn thời gian nung nhiệt độ 750oC để chế tạo vật liệu P P ferit nano phạm vi khóa luận này, đồng thời điều kiện tối ưu cho khảo sát sau SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 54 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến  Để đưa bột nung vào ứng dụng làm vật liệu, tác giả tiến hành thăm dò số tính chất trội bột nano ferit Y 0.8 Sr 0.2 FeO bao gồm từ tính khả R R R R R R hấp phụ - Kết khảo sát diện tích riêng bề mặt mẫu bột ferit Y 0.8 Sr 0.2 FeO (hình R R R R R R 3.8.) tổng hợp điều kiện (750oC; giờ) 16.816 m2/g So với vài tài P P P P liệu khác[8][5] kết tương đối nhỏ, dự đoán ban đầu bột ferit điều P P chế chưa thể ứng dụng vào làm vật liệu hấp phụ môi trường (chất thải hữu hay kim loại độc hại) Hình 3.8 Kết đo diện tích bề mặt (BET) Y 0.8 Sr 0.2 FeO điều chế R R R R R R điều kiện tối ưu (750°C; giờ) - Để nghiên cứu từ tính vật liệu, ta lập chu trình từ trễ thực nghiệm, biểu diễn thông qua đồ thị (hình 3.9) SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 55 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hình 3.9 Đường cong từ trễ mẫu Y 0.8 Sr 0.2 FeO (750oC, 2h) R R R R R R P P Dựa vào đường cong (hình 3.9.), ta xác định độ từ tính mẫu ferit tổng hợp điều kiện tối ưu (750oC, giờ) sau: P P Bảng 3.2 Kết độ từ tính vật liệu Từ giản đồ phân tích độ từ tính kết cho thấy, độ từ hóa (M r = 2.945 emu/g R R = 2945 A/m) vật liệu tổng hợp cao bền, đồng thời giá trị độ kháng từ (H c = 5723.69 Oe > 100 Oe) lớn tạo nên chu trình từ trễ rộng Cho nên, R R kết luận vật liệu tổng hợp thuộc loại vật liệu sắt từ cứng, sử dụng để chế tạo nam châm vĩnh cữu tốt hơn, thay dùng vật liệu cảm biến theo dự đoán ban đầu SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 56 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Tuy nhiên, với vật liệu từ cứng, nay, nhiều ứng dụng phổ biến cao, theo tác giả để độ từ tính (M r ) vật liệu tăng lên, chí chuyển sang R R chất từ mềm phải tăng tỉ lệ Sr thêm vào cấu trúc bột ferit YFeO ban đầu Từ đó, có R R thể tạo vật liệu có nhiều ứng dụng hơn, đặc biệt phận cảm biến từ đòi hỏi vật liệu tạo thành phải có độ từ tính cao, xem ngành kĩ thuật thu hút nhiều đầu tư người - Ngoài ra, để kiểm tra lượng Sr xâm nhập vào phân tử feirit, giải thích số kết trên, phân tích thành phần hóa học mẫu ferit sau tổng hợp Do điều kiện vật chất kinh tế, yêu cầu phân tích hết tất nguyên tố mẫu ferit, nên kiểm tra thành phần phần trăm khối lượng nguyên tố Sr (bảng 3.3.) Mẫu phân tích Trung tâm dịch vụ phân tích thí nghiệm thành phố Hồ Chí Minh phương pháp quang phổ ICP (với kim loại chất rắn) Bảng 3.3 Kết kiểm nghiệm Chỉ kiểm Đơn vị tính tiêu Kết Phương pháp 3.58 Ref AOAC 990.08 nghiệm Sr % Trong đó, kết % khối lượng nguyên tố Sr tổng khối lượng ferit Y 0.8 Sr 0.2 FeO (750oC, 2h) theo lí thuyết 8.344 So với lượng thực tế, giảm R R R R R R P P nửa Như lượng Sr xâm nhập vào cấu trúc mạng ferit thay ion Y3+ ít, P P khẳng định lại số giải thích (kết phổ XRD, độ từ tính) Qua đó, ta tính hiệu suất %Sr xâm nhập H = 0.4290 SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 57 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Kết luận kiến nghị Qua trình tìm hiểu lý thuyết nano, với phương pháp tổng hợp nghiên cứu bột nano ferit, phạm vi giới hạn khóa luận tốt nghiệp, tác giả hoàn thành phần thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ nung, thời gian nung đến hình thành hình thái pha độ tinh khiết bột ferit perovskit Y 0.8 Sr 0.2 FeO , đồng thời rút kết luận sau đây: R R - R R R R Phương pháp đồng kết tủa xem phương pháp phù hợp điều kiện thiết bị phòng thí nghiệm đơn giản tác giả bắt đầu nghiên cứu lĩnh vực - Điều kiện tối ưu để tổng hợp vật liệu nano Y 0.8 Sr 0.2 FeO nung 750oC R R R R R R P P - Với Y 0.8 Sr 0.2 FeO chế tạo phương pháp đồng kết tủa kết hợp R R R R R R với số phương pháp nghiên cứu (nhiễu xạ tia X, phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM, đo diện tích bề mặt BET, độ từ tính phân tích quang phổ Plasma ICP-MS) điều tối ưu đạt kích thước nanomet (40-50 nm), có cấu trúc trực thoi (orthorhombic) bền, diện tích bề mặt 16.81 m2/g, P P thuộc chất từ cứng (H c = 5723.69 Oe) dùng vật liệu chế tạo nam châm R R vĩnh cữu - Lượng Sr thực tế có ferit (H = 0.4209) nhiều so với lượng lí thuyết Do chế tạo cần tính toán lượng Sr dư so với lượng lý thuyết, để tham gia phản ứng lượng Sr xâm nhập vào cấu trúc mạng, thay ion Y3+ P P theo tỉ lệ hợp thức ban đầu đặt 2:8 SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 58 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến  Nếu có thêm thời gian điều kiện, sau nghiên cứu sâu để phát triển đề tài theo hướng sau: - Nghiên cứu tính chất ferit thay đổi tỉ lệ mol Sr:Y tham gia phản ứng tạo nên cấu trúc perovskit bột ferit công thức chuẩn ban đầu YFeO R R Y 0.9 Sr 0.1 FeO , Y 0.7 Sr 0.3 FeO , Y 0.6 Sr 0.4 FeO , Y 0.5 Sr 0.5 FeO ,… R - R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R R Khảo sát thêm số điều kiện tổng hợp bột ferit khác tỉ lệ mol chất tham gia, loại tỉ lệ dung môi tiến hành điều chế - Nghiên cứu cụ thể tính chất hấp phụ ion kim loại bột Y 0.8 Sr 0.2 FeO R R R R R R phương pháp khảo sát phổ UV-Vis trước sau sử dụng, chuẩn độ phương pháp hóa lý thực nghiệm khác - Độ bền từ tính vật liệu sau tổng hợp nhiệt độ khác hướng nghiên cứu nâng cao đề tài theo hướng ứng dụng SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 59 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Tài liệu tham khảo 1- Makoto Takagi (Trần Thị Ngọc Lan), Các phương pháp phân tích hóa học, Kagaku-Dojin, NXB Kagaku-Dojin, Nhật Bản, 2006, 380 trang 2- Đào Khắc An, Công nghệ micro nano điện tử, NXB Giáo dục Việt Nam, 2009, 770 trang 3- Đỗ Thị Anh Thư, “Chế tạo nghiên cứu tính chất cảm biến nhạy cồn sở vật liệu peropskit”, Luận án tiến sỹ khoa học - vật liệu, Viện Khoa học – Công nghệ Hà Nội, 2011, 157 trang 4- Hoàng Nhâm, Hóa học vô (tập hai, tập ba), NXB Giáo Dục, 2002, 294 trang 5- Hoàng Triệu Ngọc, “Khảo sát điều kiện tổng hợp bột YFeO3”, Khóa luận tốt nghiệp, ĐH Sư Phạm Tp HCM, 2010, 44 trang 6- Hồ Viết Quý, Các phương pháp phân tích công cụ hóa học đại, NXB Đại học Sư phạm, 2007, 598 trang 7- Lê Minh Đức, “Tổng hợp vật liệu nano composite dạng vỏ - lõi sở polimer dẫn điện – polypyrrole”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, số 5(28), 2008 8- Lưu Minh Đại, “Nghiên cứu tổng hợp CoFe O kích thước nanomet R R R R phương pháp đốt cháy gel”, Tạp chí Hóa học Việt Nam (2010), T.48 (4), trang 404-408 9- Nguyễn Đức Nghĩa, Hóa học nano – Công nghệ vật liệu nguồn, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ Hà Nội, 2007, 572 trang 10- Nguyễn Thị Nhung, Nguyễn Thị Kim Thường, “Nghiên cứu tổng hợp Nano sắt phương pháp hóa học”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN., Khoa học Tự nhiên Công nghệ 23 (2007), tr 253-256 11- Phan Thị Hoàng Oanh, Bài giảng chuyên đề: Phân tích cấu trúc vật liệu vô cơ, Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh, 2010, 44 trang 12- Tôn Tích Ái, Điện từ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 2005, 388 trang 13- Trương Văn Tân, Khoa học Công nghệ nano, NXB Tri thức Tp HCM, 2007, 188 trang 14- Trần Yến My, Dương Hiếu Đẩu, “Khảo sát ảnh hưởng nồng độ tiền chất lên kích thước từ tính hạt nano oxit sắt từ Fe O ”, Tạp chí Khoa học (2011), R R R R trang 272-280, Đại học Cần Thơ SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 60 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 15- Jyh-Chen Chen, Chao-Chang Hu, “Quantitative analysis of YIG, YFeO and R R Fe O in LHPG - grown YIG rods”, Journal of Crystal Growth 249 (2003) 245R R R R 250 16- Pham van Viet, Le Van Hieu, “Synthesis TiO nano structure material by sol R R gel method”, Faculty Materials Science, University of Sciences, VNU - HCMC 17- R.M Cornell, U Schwertmann, The Iron Oxides: Structure, Properties, Reaction, Occurences and Uses, 2003 18- Sanjay Mathur, Michael Veith, Rasa Rapalaviciute, “Molecule Derived Synthesis of Nanocrystalline YFeO and Investigations on Its Weak R R Ferromagnetic Behavior”, Chem - Mater (2004), 16, 1906-1913 19- Shen Hui, Xu Jiayue, Wu Anhua, “Preparation and characterization of perovskite REFeO nanocrystalline powders”, Vol 28, No 3, Jun 2010, p R R 416, JOURNAL OF RARE EARTHS 20- Xiaomeng Lu, Jimin Xie, Huoming Shu, “Microwave-assisted synthesis of nanocrystalline YFeO and study of its photoactivity”, Materials Science and R R Engineering B 138 (2007) 289–292 21- Weicheng Wang, Shoou Li, Yiyun Wen, “Synthesis and Characterization of TiO /YFeO and Its - Photocatalytic Oxidation of Gaseous Benzene”, R R R R Weicheng Wang Acta Physico - Chimica Sinica, 2008, 24(10): 1761-1766 22- Wikipedia.com.vn SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 61 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Phụ lục Phụ lục 1: Kết phân tích phổ TGA Phụ lục 2: Kết phân tích phổ nhiễu xạ tia X Phụ lục 3: Kết đo phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) Phụ lục 4: Kết đo diện tích bề mặt riêng (BET) Phụ lục 5: Kết đo độ từ hóa Phụ lục 6: Bảng kết tính kích thước tinh thể tạo thành Phụ lục 7: Bảng kết phần trăm khối lượng Sr mẫu vật liệu SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 62 [...]... Các phương pháp tổng hợp và nghiên cứu đề tài 2.1 Phương pháp tổng hợp nano ferit Y-Sr-Fe-O 2.1.1 Lý thuyết về một số phương pháp tổng hợp bột nano Như đã trình bày ở trên, hai nguyên lý cơ bản của công nghệ nano là Top-down và Bottom-up Từ hai nguyên lý này, ta có thể tiến hành nhiều giải pháp công nghệ và kỹ thuật để chế tạo vật liệu cấu trúc hạt nano Tiêu biểu là công nghệ sol- gel, công nghệ hạt nano. .. điều chế SiC và B 4 C bằng phương pháp này [9] 2.1.2 So sánh ưu nhược điểm các phương pháp Vì lý do cơ sở vật chất và điều kiện nghiên cứu của phòng thí nghiệm hiện nay còn có hạn, nên chúng tôi chỉ xét hai phương pháp phù hợp nhất, đó là phương pháp sol-gel và phương pháp đồng kết tủa SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 29 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hiện nay, phương pháp sol-gel... suất là có thể so sánh với phương pháp plasma - Oxi hóa cháy: một phương pháp quan trọng về mặt thương mại để chế tạo các bột oxit là oxy hóa các halide trong ngọn lửa 2.1.1.4 Phương pháp dung dịch (phương pháp đồng kết tủa) Rất nhiều phương pháp dung dịch đã được tìm tòi nghiên cứu để điều chế bột nano Ở đây chỉ nêu một số trích dẫn về phương pháp nghiên cứu của Johnson, Turo và Yanovkaya Nếu oxit nhiều... trình tổng hợp Với phương pháp đồng kết tủa sản phẩm tạo thành vẫn đạt được những ưu điểm trên nhưng quy trình và thiết bị tiến hành đơn giản hơn, do tạo ra kết tủa nên không cần kiểm soát khắt khe tính chất của gel tạo thành – bước nghiên cứu khó nhất trong phương pháp sol–gel, mà ở trình độ giới hạn của tác giả chưa thể nắm rõ hết được Hơn nữa, việc nghiên cứu phức gel của ferit oxit với các chất. .. phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất bột nano Y0. 8Sr0. 2FeO3 2.3.1 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai TGA/DTA Khi cung cấp nhiệt cho một chất, trạng thái của chất sẽ thay đổi Các quá trình như nóng chảy, hóa hơi, thăng hoa, ngưng tụ, kết tinh có thể xảy ra; ví dụ nước đá nóng chảy, sôi và hóa hơi Ta có thể quan sát các biến đổi trên bằng mắt thường, hay các thiết bị phân tích Ngoài ra, tùy vào... với nhau Sau đây là một số phương pháp cụ thể để tổng hợp vật liệu nano: 2.1.1.1 Phương pháp sol-gel Phương pháp sol-gel được biết từ đầu thế kỉ XIX trong việc nghiên cứu điều chế thủy tinh từ silicalcoxit, nhưng chỉ được phát triển mạnh từ thập niên 50-60 của thế kỉ XX Vật liệu composite lai tính hữu cơ – vô cơ được đánh giá là thành tích đáng kể nhất được chế tạo nhờ phương pháp sol-gel Sol chính là... bản chất được gia nhiệt thì cũng có thể xảy ra các biến đổi hóa học dẫn đến sự thay đổi thành phần hóa học và cấu trúc vật chất Sự thay đổi trạng thái của vật chất luôn kèm theo sự giải phóng hay hấp thu nhiệt Bằng cách đo lượng nhiệt trao đổi giữa chất khảo sát và môi trường ta có thể biết được các tính chất vật lý cũng như tính chất nhiệt động của chất đó như enthalpy và entropy.[11] - Phương pháp. .. sự nghiên cứu do nó có tính từ và được sử dụng làm chất xúc tác ε-Fe 2 O 3 có thể được xem là chất mới nhất trong hợp chất sắt(III) oxit, cấu trúc của nó được biết đến vào năm 1988 bởi Tronceet ε-Fe 2 O 3 có hình dạng trực thoi với tám tế bào đơn vị ε-Fe 2 O 3 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel hoặc đun nóng dung dịch kali ferricyanide với hypochlorite natri và kali hydroxit, sau đó nung kết tủa. .. dụng rộng rãi và tỏ ra có ưu việt để tạo ra các vật liệu khối, màng mỏng có cấu trúc nano, bột với độ mịn cao hoặc dạng sợi có cấu trúc đa tinh thể hay vô định hình mà các phương pháp khác khó thực hiện được Phương pháp sol-gel nổi trội với ưu điểm trong việc điều chế chất xúc tác nhiều thành phần với độ đồng nhất cao ở nhiệt độ khá thấp Tuy nhiên, so với các phương pháp khác, phương pháp sol-gel yêu... hạt nano từ mà không cần đến các chất lỏng làm lạnh (freon, HFC, ) đã cuốn hút rất nhiều nghiên cứu, và nếu thành công sẽ mang lại lợi ích to lớn cho xã hội và môi trường - Máy tính hóa học/quang học: các mạng hai chiều, hay ba chiều có trật tự của kim loại hoặc nano bán dẫn có các tính chất từ và quang đặc biệt Các vật liệu này hứa hẹn có nhiều ứng dụng trong công nghiệp điện tử, bao gồm cả máy tính ... TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO FERIT Y0. 8Sr0. 2FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA  GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến  SVTH: Trương Thị... tử Không phải vật liệu có kích thước nano có tính chất khác biệt mà phụ thuộc vào tính chất mà nghiên cứu Các tính chất khác tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang tính chất hóa học khác... mịn có kích thước nano đồng cho giá trị kinh tế cao Với lí trên, chọn nghiên cứu đề tài Tổng hợp nghiên cứu tính chất vật liệu nano ferit Y 0.8 Sr 0.2 FeO phương pháp đồng kết tủa SV thực hiện: