tổng hợp vật liệu nano yfeo3 bằng phương pháp sol– gel và đồng kết tủa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HOÁ  KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HOÁ HỌC CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO YFeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL– GEL VÀ ĐỒNG KẾT TỦA Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HOÁ  KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HOÁ HỌC CHUYÊN NGÀNH: HÓA VÔ CƠ TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO YFeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL– GEL VÀ ĐỒNG KẾT TỦA GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến SVTH: Phan Thị Kiều Liên Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến LỜI NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC Chủ tịch SVTH: Phan Thị Kiều Liên GV phản biện GVHD Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến LỜI CẢM ƠN Viết luận văn khoa học công việc khó khăn từ trước đến Trong trình nghiên cứu thực nghiệm viết báo cáo, em gặp nhiều bỡ ngỡ nhiều vấn đề phát sinh ý muốn Bài luận văn không hoàn thành không giúp đỡ nhiệt tình quí thầy cô, bạn bè gia đình Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Anh Tiến giao cho em đề tài tận tình hướng dẫn em suốt trình thực luận văn Xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Hóa nói chung thầy cô môn hóa lí nói riêng, tạo nhiều điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đề tài Và không quên cảm ơn ba mẹ nuôi dưỡng đến ngày hôm nay, động viên, an ủi bên cạnh suốt trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn Tp HCM, ngày tháng năm 2012 SV Phan Thị Kiều Liên SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI CHƯƠNG TỔNG QUAN .8 1.1 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO 1.1.1 Hạt nano vật liệu nano (khái niệm, phân loại thông tin chung) 1.1.2 Perovskit 10 A Giới thiệu perovskit 10 1.1.3 Ứng dụng vật liệu nano .17 1.2 TỔNG QUAN TÍNH CHẤT CỦA YTTRI, SẮT 18 1.2.1 Oxit sắt hidroxit sắt .18 2.1.1 Oxit yttrium hydroxit yttrium 24 1.3 GIỚI THIỆU PEROVSKIT YFeO 26 1.3.1 Cấu trúc lí tính YFeO 26 1.3.2 Ứng dụng 27 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 28 2.1 TỔNG HỢP YFeO .28 2.1.1 Dụng cụ hóa chất 28 2.1.2 Phương pháp tổng hợp 28 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LÍ ĐẶC TRƯNG 30 CHO VẬT LIỆU 30 2.2.1 Phương pháp phân tích nhiệt 30 2.2.2 2.2.3 Phương pháp phân tích cấu trúc nhiễu xạ tia X .31 Khảo sát hình thái học bề mặt kích thước kính hiển vi điện tử quét SEM 33 2.2.4 Phương pháp đo từ tính 34 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .35 3.1 Một số đặc trưng cấu trúc vật liệu YFeO theo phương pháp sol - gel 35 3.2 Một số đặc trưng cấu trúc vật liệu YFeO theo phương pháp đồng kết tủa 39 3.3 So sánh hai phương pháp tổng hợp 41 SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 3.4 Khảo sát từ tính YFeO 41 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44 SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Khoa học công nghệ ngày phát triển, nhiều vật liệu sử dụng để phục vụ cho sống ngày cao người Một vật liệu “vật liệu nano’’ Vật liệu nano lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi động thời gian gần Điều thể số công trình khoa học, số phát minh sáng chế, số công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ gia tăng theo cấp số mũ Con số ước tính số tiền đầu tư vào lĩnh vực lên đến 8,6 tỷ đô la vào năm 2004 [1] Vậy vật liệu nano lại thu hút nhiều đầu tư tài nhân lực đến Vật liệu nano có nhiều ứng dụng sống: y dược, công nghệ môi trường, công nghệ sinh học, lượng, hàng không vũ trụ, nhiều ngành công nghiệp khác Tính chất “thú vị” vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước nhỏ bé chúng so với vật liệu khối thông thường có thành phần hóa học Các oxit phức hợp dạng perovskit nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano, công thức tổng quát ABO đó: A cation kim loại có kích thước lớn, thường cation nguyên tố đất hiếm, B cation kim loại chuyển tiếp (Co, Cu, Mn, Fe,…) Trong vài chục năm gần đây, có nhiều phương pháp để tổng hợp bột vật liệu như: phương pháp tổng hợp thông qua pha rắn, phương pháp tổng hợp thông qua pha lỏng, phương pháp tổng hợp pha khí,… Thông qua việc nghiên cứu ứng dụng cách tổng hợp bột nên chọn đề tài: “TỔNG HỢP VẬT LIỆU PEROVSKIT YFeO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL VÀ ĐỒNG KẾT TỦA” SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU NANO 1.1.1 Hạt nano vật liệu nano (khái niệm, phân loại thông tin chung) Trong khoảng hai thập niên gần đây, khoa học xuất dãy từ gắn liền với hậu tố “nano”: cấu trúc, công nghệ, vật liệu, hoá học, vật lý, học, công nghệ sinh học, hiệu thước, ứng kích v.v Người ta công bố hàng loạt báo, công trình khoa học, tạp chí tổ chức nhiều hội nghị, hội thảo gắn liền với chủ đề công nghệ Hình1 Mô tả kích thước hạt nano Xuất nhiều trung tâm, viện nghiên cứu, tổ môn, khoa, chuyên nghành công nghệ vật liệu [2] Chữ “nano”, gốc Hy Lạp, gắn vào trước đơn vị đo để tạo đơn vị ước giảm tỷ lần (10-9) Ví dụ: gam = phần tỷ gam; met = phần tỷ mét hay 1nm = 10-9 m (Hình 1) Khoa học nghiên cứu hạt nano quan tâm chúng có tính chất vật lý, hoá học nhiều ứng dụng khác đặc biệt so với nghiên cứu hạt micro Công nghệ nano [2] tổ hợp trình chế tạo vật liệu, thiết bị máy móc hệ kỹ thuật mà chức chúng xác định cấu trúc , tức đơn vị cấu trúc có kích thước từ đến 100 nm Công nghệ xuất cầu nối số ngành khoa học (hoá học, vật lý, học, khoa học vật liệu, sinh học nhiều lĩnh vực khác khoa học), ngày sâu vào nhiều lĩnh vực đại khoa học kỹ thuật thông qua chúng, vào đời sống Vật liệu nano [2] vật liệu chiều có kích thước nano mét Về trạng thái vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng khí SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Vật liệu nano tập trung nghiên cứu nay, chủ yếu vật liệu rắn, sau đến chất lỏng khí Thông thường vật liệu nano phân thành nhiều loại, phụ thuộc vào hình dạng, cấu trúc vật liệu kích thước vật liệu v.v Hình Phân loại vật liệu theo số chiều Về mặt cấu trúc vật liệu nano phân thành loại: vật liệu nano không chiều (0D), chiều (1D), hai chiều (2D) ba chiều (3D) (hình 2)  Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích thước, không chiều tự cho điện tử) Ví dụ : đám nano, hạt nano v.v  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 v.v  Vật liệu nano hai chiều vật liệu chiều có kích thước nano, hai chiều tự Ví dụ: màng mỏng, v.v SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến  Vật liệu nano ba chiều vật liệu dạng khối cấu tạo từ hạt tinh thể Vật liệu có cấu trúc nano hay composite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có không chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Ngoài để phân biệt dạng vật liệu nano người ta dựa vào khác ứng dụng chúng:  Vật liệu nano kim loại  Vật liệu nano bán dẫn  Vật liệu nano từ tính  Vật liệu nano sinh học 1.1.2 Perovskit A Giới thiệu perovskit Các oxit hỗn hợp dạng perovskit (gọi tắt perovskit) có công thức tổng quát ABO (trong đó, A cation có kích thước lớn B) Chúng có cấu trúc tương tự CaTiO (là khoáng chất đặt tên cho nhóm hợp chất này) Parravano người có công trình nghiên cứu sớm perovskit (thực năm 1952, 1953) [5] Trong công thức trên, A cation có kích thước lớn B, thường cation nguyên tố đất hiếm, kim loại kiềm, kiềm thổ cation có kích thước lớn Pb2+, Bi3+; B cation kim loại chuyển tiếp 3d, 4d, 5d (như Co, Cu, Cr, Ni, Pt, Pd, Ru, Fe, Mn,…) Trong thực tế, khoảng 90% kim loại tự nhiên bảng hệ thống tuần hoàn bền vững cấu trúc perovskit Hơn nữa, perovskit tổng hợp cation khác A’ B’ tạo thành perovskit có công thức (A x A’ 1-x )(B y B’ 1-y )O Hệ perovskit có khả dẫn điện ion electron, có khả cho oxi thấm qua mà không cần phải có điện cực hay dòng điện bên tác động vào Khi khảo sát đặc tính perovskit người ta thường ý đến vị trí khiếm khuyết (các lỗ trống) anion oxi hệ Các lỗ trống hình thành trình hình thành mạng lưới tinh thể perovskit bắt đầu nhiệt độ khoảng 500oC Ở nhiệt độ cao hơn, lỗ trống anion oxi mạng lưới tinh thể perovskit hình thành liên tục trao đổi vị tí SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 10 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Đối với loại vật liệu kết tinh, giản đồ nhiễu xạ tia X đặc trưng vạch nhiễu xạ Phân tích giản đồ nhiễu xạ, ta thu thông tin định tính, định lượng pha tinh thể có vật liệu xác định xác số mạng, phân biệt vật liệu kết tinh với vật thước hạt trung bình từ công thức gần Scherrer Giả sử có chùm tia X đơn sắc đến gặp tinh thể phản xạ mặt phẳng mạng Để có giao thoa sóng phản xạ, sóng phải pha, nghĩa hiệu Hình 15 Sơ đồ khối thiết bị nhiễu xạ tia X quang trình chúng phải số nguyên lần bước sóng Hiệu quang trình: ∆ = 2dsinθ (1) Đối với nhiều góc tới θ giá trị ∆ số nguyên lần bước sóng λ nên tia X phản xạ có giao thoa giảm Khi ∆= nλ sóng phản xạ pha ta có giao thoa tăng Như ta thu cường độ sóng phản xạ tăng mạnh góc tới θ thoả mãn điều kiện: 2dsinθ = nλ (2) Đây nội dung định luật Bragg [4] Ứng dụng định luật Bragg để xác định khoảng cách mạng d biết λ góc tới θ tương ứng với vạch thu Ta tính kích thước trung bình mẫu theo công thức Scherrer sau: kλ (3) βcosθ Φ= A E A SVTH: Phan Thị Kiều Liên A A Trang 32 Khóa luận tốt nghiệp Trong đó: U GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Φ : kích thước tinh thể U λ : bước sóng xạ tia X (0.154nm) k: hệ số (0.89) β : độ rộng ½ chiều cao peak sau trừ độ rộng thiết bị Trong đề tài phổ XRD tiến hành đo máy D8-ADVANCE Viện Khoa Học Và Công Nghệ TPHCM 2.2.3 Khảo sát hình thái học bề mặt kích thước kính hiển vi 26B điện tử quét SEM Kính hiển vi điện tử quét (hình 16) thiết bị sử dụng để nghiên cứu hình thái học bề mặt mẫu Đây thiết bị dùng để chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt với độ phóng đại lớn gấp nhiều lần so với kính hiển vi quang học với nguyên tắc hoạt động sau Chùm tia điện tử có lượng cao - gọi chùm điện tử sơ cấp tạo điều khiển chùm tia quét diện tích nhỏ bề mặt mẫu Sau đó, tín hiệu Hình 16 Sơ đồ nguyên lí kính hiển vi điện tử quét ( SEM ) phát tương tác điện tử sơ cấp tạo điều khiển chùm tia quét diện tích nhỏ bề mặt mẫu Sau đó, tín hiệu phát tương tác điện tử sơ cấp với mẫu - gọi tín hiệu thứ cấp ghi nhận phân tích Các tín hiệu bao gồm: điện tử thứ cấp (1), chùm điện tử tán xạ ngược (2), điện tử tán xạ không đàn hồi (4), điện tử hấp thụ (5), điện tử Auger (6), tia X (7) Các tín hiệu (1,2,5,6,7) sử dụng kính hiển vi điện tử quét Căn vào thông tin thu ống đếm từ tín hiệu trên, người ta dựng lại hình thái bề mặt cách xác [4] Trong đề tài phổ SEM tiến hành đo Viện Khoa Học Công Nghệ TP HCM Một số mẫu đo phòng Vật Liệu Đánh Gía Hư Hỏng Hà Nội SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 33 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 2.2.4 Phương pháp đo từ tính 27B Từ trễ tượng bất thuận nghịch trình từ hóa đảo từ vật liệu sắt từ khả giữ lại từ tính vật liệu sắt từ Hiện tượng từ trễ đặc trưng quan trọng dễ thấy chất sắt từ Hiện tượng từ trễ biểu thông qua đường cong từ trễ (hình 17) (Từ độ - từ trường, M(H) hay cảm ứng từ - Từ trường, B(H)), mô tả sau: sau từ hóa vật sắt từ đến từ trường bất kỳ, ta giảm dần từ trường quay lại theo chiều ngược, không quay trở đường cong từ hóa ban đầu nữa, mà theo đường khác Và ta đảo từ theo chu trình kín (từ chiều sang chiều kia), ta có đường cong kín gọi đường Hình 17 Đường cong từ trễ cong từ trễ hay chu trình từ trễ Tính chất từ trễ tính chất nội đặc trưng vật liệu sắt từ, tượng trễ biểu khả từ tính của chất sắt từ Nguyên tắc chung phép đo từ trễ đo biến đổi mômen từ cảm ứng từ theo thay đổi từ trường Từ trường đặt vào biến đổi theo chu trình (từ giá trị đến giá trị cực đại, sau giảm dần đổi chiều đến từ trường ngược hướng, lại đảo trở lại giá trị cực đại ban đầu Trong đề tài từ tính tiến hành đo Viện Khoa Học Và Công Nghệ TPHCM SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 34 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Một số đặc trưng cấu trúc vật liệu YFeO theo phương pháp sol - gel Đường cong phân tích nhiệt phụ thuộc vào phương pháp điều chế có khác hai phương pháp Trong trường hợp hóa chất phản ứng dựa tương tác kiểm soát nguyên tử phân tử để đạt cấu trúc vật liệu Hình 18 Đồ thị đường cong phân tích nhiệt mẫu bột điều chế theo phương pháp sol-gel Tuy nhiên, để có kết mong muốn cần ý đến điều kiện nghiên cứu, ảnh hưởng thời gian, nhiệt độ Ví dụ, trộn lẫn hạt tạp chất, kích thước hạt không đạt, tồn đồng thời hai mạng tinh thể chất, gây tính chất hóa học ứng dụng khác Để phân tích bước phân hủy nhiệt độ, mẫu chất nung đến 1000oC (hình 18) Các đường TG có khoảng dài phạm vi nhiệt độ 200 – 300oC Đây việc tách nước chất hữu diện gel khô Việc nước trình phân hủy (gốc citrat, hidroxit) hiển nhiên xảy liên tục tương ứng khoảng nhiệt độ 300 – 650oC Điều thể rõ thông qua sụt giảm khối lượng mẫu Sự khối lượng từ 650oC tương đối SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 35 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến nhỏ so với trọng lượng mẫu ( 6.5% / 100%), trình kết tinh YFeO bắt đầu hình thành thông qua ảnh XRD Sự giảm khối lượng tương đối nhỏ, trình tách nước nhóm hydroxy lại xảy trình kết tinh nóng oxit Kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu bột điều chế theo phương pháp solgel với tác nhân phân tán acid citric sau nung 750°C với thời gian nung 2h (hình 19.a), ta thấy, giản đồ xuất peak tương ứng với pha YFeO , nhiên peak tương ứng với pha tạp chất xuất nhiều Điều đặc biệt có tồn đồng thời pha tinh thể khác nhau: cấu trúc trực thoi: kiểu cấu trúc mong muốn hợp chất perovskit, tồn cấu trúc lục phương, kiểu cấu trúc không mong muốn hợp chất perovskit, cấu trúc dễ bị biến đổi thay đổi nhiệt độ Điều chứng tỏ, trình nung thiêu kết nhiệt độ 750°C (t = 2h) chưa hoàn thiện việc kết tinh tạo pha đồng Tiến hành nghiên cứu mẫu bột phương pháp SEM ta thấy hạt bột tạo thành với kích thước không đồng đều: hạt nhỏ với kích thước từ 50 nm, hạt lớn 50 – 70 nm, chí có hạt với kích thước > 100 nm (hình 19b) Sự tồn lớp mạng chưa tách rời rõ, điều chứng tỏ nhiệt độ nung chưa đủ để phá vỡ mạng a b Hình 19 Giản đồ XRD (a) ghép với peak chuẩn SEM (b) mẫu bột điều chế theo phương pháp sol-gel sau nung 750°C 2h SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 36 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Để khắc phục nhược điểm tiến hành nung mẫu bột nhiệt độ cao 850oC 2h Dựa vào đồ thị XRD (hình 20) ta thấy, cường độ peak YFeO sau nung 850°C (t = 2h) cao so với mẫu bột nung 750°C (t = 2h) peak hình thành đa số trùng khít với peak chuẩn Ngoài kiểu mạng lục phương bị phá vỡ, cường độ peak tạp chất tương đối giảm Hình 20 Giản đồ XRD mẫu bột ghép với peak chuẩn sau nung 850°C 2h Quan sát ảnh SEM hình 21, kết hợp với việc so sánh ảnh SEM hình 19.b có khác rõ ràng, xuất hạt tinh thể khác kích thước hình dạng, nhiều hạt đạt kích thước nhỏ 20 nm, có hạt có kích thước lớn Hình 21 Ảnh SEM mẫu bột ghép với peak chuẩn sau nung 850°C 2h SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 37 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 50 nm Bên cạnh lớp mạng bị phá hủy, bắt đầu hình thành hạt tinh thể nhỏ Điều giải thích hình thành mạng tinh thể hoàn chỉnh bắt đầu (ảnh hưởng tạp chất không đáng kể) Tiếp tục nung mẫu bột nhiệt độ 1000oC thời gian 2h, quan sát giản đồ XRD ảnh SEM (hình 22.a hình 22.b), ta thấy: lúc cường độ peak mẫu tăng lên nhiều cường độ peak tạp chất không đáng kể, peak Fe Y 12 Kết quan sát từ ảnh SEM, cho ta thấy bột thu tương đối đồng theo kích thước hình dạng, hạt có kích thước từ 50 - 70 nm, có dạng hình tròn cầu Do đó, ta chấp nhận tồn tương đối nhỏ tạp chất tiếp tục tiến hành thí nghiệm ứng dụng mẫu bột nung thời gian 2h 1000oC Dự đoán, tiếp tục nung mẫu bột nhiệt độ cao hơn, kết khối tăng lên, ưu tiên cho hình thành Fe Y 12 b a Hình 22 Giản đồ XRD (a) ghép với peak chuẩn SEM (b) mẫu bột điều chế theo phương pháp sol-gel sau nung 1000°C 2h SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 38 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 3.2 Một số đặc trưng cấu trúc vật liệu YFeO theo phương pháp đồng kết tủa Không dừng lại việc tổng hợp YFeO phương pháp sol – gel, tác giả tổng hợp vật liệu nano YFeO theo phương pháp đồng kết tủa với tác nhân kết tủa dung dịch NH Dựa vào giản đồ phân tích nhiệt khối lượng mẫu bột điều chế theo phương pháp sol – gel với tài liệu tham khảo chọn nhiệt độ nung mẫu 750oC (t = 1h 30 phút) Thật vậy, kết phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy (hình 23) mẫu bột điều chế theo phương pháp đồng kết tủa với tác nhân kết tủa NH thể kết tinh hoàn thiện 750oC, peak hình thành tương đối trùng khít với peak chuẩn Sự pha tạp chất khác không thấy xuất So sánh kết với kết phương pháp sol-gel mẫu bột điều chế theo phương pháp đạt tinh khiết tồn đơn pha YFeO Hình 23 Giản đồ XRD mẫu bột điều chế theo phương pháp đồng kết tủa ghép với peak chuẩn sau nung 750°C 1h 30 phút Kết hợp với ảnh SEM, (hình 24) tương ứng nhiệt độ 750oC, mẫu bột có kích thước tương đối nhỏ (42-50 nm), hạt có dạng đồng hình cầu tròn, phân cạnh Hình thái kích thước mẫu bột nung 750oC hoàn thiện theo ý nghĩa hạt nano SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 39 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Tuy nhiên có vài vị trí bắt đầu kết dính, nguyên nhân hạt có xu hướng kết khối lại lượng bề mặt lớn Từ sở suy luận mẫu bột nung 850oC 950oC, rõ ràng, kích thước hình dạng tăng lên đáng kể, vượt mức gấp đôi so với mẫu bột nung 750oC (42 – 88 nm) Bên cạnh hình dạng không đồng đều, hạt to nhỏ khác nhau, hạt sếp lại gần (hình 25) Điều giải Hình 24 Ảnh SEM mẫu bột sau nung 750°C 1h 30 phút thích nhiệt độ nung cao, thời gian ổn định nhiệt độ (lên 950oC làm nguội) lâu hơn, làm cho hạt tự kết khối lại với nhau, hạt xen kẽ với lỗ trống hạt khác làm cho hình dạng chặt khít kèm theo tăng lên cách đáng kể kích thước Hình 25 Ảnh SEM mẫu bột sau nung 850°C 1h 30 phút Tóm lại trình hình thành vật liệu YFeO từ tiền chất hai phương pháp miêu tả thông qua giai đoạn sau: Giai đoạn 1: trình kết tủa hidroxit Fe(OH) Y(OH) tác nhân kết tủa dung dịch nước amoniac: Fe(NO ) + 3NH OH → Fe(OH) + 3NH NO YCl + 3NH OH → Y(OH) + 3NH Cl SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 40 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Giai đoạn 2: trình phân huỷ hidroxit Fe(OH) Y(OH) nung mẫu nhiệt độ cao: to 2Fe(OH) → Fe O + 3H O to Y(OH) → Y O + 3H O Giai đoạn 3: trình kết hợp hai oxit sắt (III) ytri tạo thành ferrit: 7500C Fe O + Y O  → 2YFeO 3 3.3 So sánh hai phương pháp tổng hợp Điều kiện tổng hợp vật liệu YFeO phương pháp sol – gel đồng kết tủa tóm tắt bảng Từ bảng ta thấy rõ ràng tổng hợp vật liệu YFeO phương pháp đồng kết tủa có nhiều ưu điểm vượt trội so với phương pháp sol – gel tiết kiệm thời gian lượng Bảng1 So sánh kết tổng hợp YFeO theo phương pháp sol – gel đồng kết tủa Phương pháp Thời gian tiến hành Nhiệt độ Thời Kích thước nung tối ưu gian hạt nung Phương pháp ngày, khảo sát liên tục 1000oC 2h 40 nm Phương pháp tiếng, không kể thời gian 750oC 1h 30 40 nm đồng kết tủa để mẫu khô tự nhiên sol- gel phút 3.4 Khảo sát từ tính YFeO Trong mẫu thu trên, mẫu điều chế theo phương pháp đồng kết tủa, nung nhiệt độ 750oC (1h 30 phút) xem hoàn thiện Nên tác giả chọn mẫu để đo từ tính, kết thể hình 26 SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 41 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hình 26 Đường cong từ trễ YFeO điều chế theo phương pháp đồng kết tủa sau nung 750oC (1h30 phút) Phân tích đường cong từ trễ, ta thu thông số sau:  Từ dư (M r ) : 2.502E - (emu/g)  Độ từ hóa bão hòa: 238.555 E - 3(emu/ g)  Lực kháng từ (H c ) 26.25 (Oe)  Tích lượng từ cực đại (BH) Kết hợp việc quan sát hình dạng đường cong so với đường cong kết mà tác giả tham khảo vật liệu có tính chất thuận từ vật liệu từ mềm Thông số biểu đặc trưng cho nhận định H c = 26.25 (Oe) Thông qua việc nhận xét đường cong từ trễ trên, ta kết luận vật liệu có tính tính đối xứng tinh thể tương đối cao SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 42 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Như tìm hiểu ban đầu, YFeO ứng dụng thực tiễn sử dụng cảm biến thiết bị truyền thông, có nhiệm vụ chuyển đổi quay từ trường, tinh thể hoạt động cảm ứng điện Giống kết tìm hiểu ban đầu, có tính siêu thuận từ Do có tính siêu thuận từ mạnh nên vật liệu ứng dụng hạt từ tính, làm tăng tính truyền dẫn hệ dẫn lực, dẫn từ….Như vậy, tổng hợp YFeO có kích thước hạt mang lại nhiều ứng dụng thực tế So sánh với kết nghiên cứu từ tính Fe O [8], H c Fe O 30 Oe Như YFeO có tính thuận từ cao so với Fe O , việc tồng hợp YFeO đánh dấu nhiều bước ứng dụng ngành vật liệu nano SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 43 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trong trình nghiên cứu thực khóa luận tác giả tìm hiểu thông tin công nghệ nano nói chung vật liệu perovskit nói riêng Đồng thời tìm hiểu phương pháp vật lí phân tích vật liệu Thông qua tiến hành thực nghiệm phương pháp sol-gel phương pháp đồng kết tủa để tổng hợp bột yttrium orthoferrit (YFeO ) có kích thước rút số kết luận sau: Đã tổng hợp vật liệu bột YFeO phương pháp: sol – gel đồng kết tủa: - Điều kiện tối ưu phương pháp sol – gel mẫu bột nung 1000oC (t = 2h), phương pháp đồng kết tủa 750oC 1h 30 phút - Phương pháp đồng kết tủa cho nhiều ưu điểm phương pháp sol – gel tiết kiệm lượng thời gian, yếu tố quan trọng ứng dụng thực tiễn - Đã khảo sát đường cong từ trễ vật liệu nano YFeO tổng hợp theo phương pháp đồng kết tủa chứng minh vật liệu thu thuộc vật liệu từ mềm (H c = 26.25 Oe) vật liệu siêu thuận từ Do khóa luận thực thời gian tương đối gấp rút nên em chưa thể nghiên cứu sâu đề tài này, có hội tiếp tục em phát triển đề tài theo hướng:  Kích thước hạt YFeO  Tiếp tục khống chế điều kiện nhiệt độ, thời gian nung, pH, phương pháp sol - gel để thu kết tốt Tổng hợp YFeO theo phương pháp đồng kết tủa môi trường nước  lạnh Nghiên cứu từ tính mẫu lại, khả hấp thụ kim loại hạt  YFeO để từ ứng dụng chúng vào thiết bị truyền động cảm biến v.v SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 44 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hoàng Hải (2007), “Các hạt kim loại”, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 110trang Nguyễn Thị Thu Trang (2009), “Nghiên cứu điều chế TiO từ dung dịch titanyl sulfate phương pháp sol-gel”, Luận văn Thạc sĩ Hóa học, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên TPHCM TS Phan Thị Hoàng Oanh, Chuyên đề Phân tích cấu trúc vật liệu vô cơ, Trường Đại học Sư Phạm TPHCM, 56 trang Ngô Tiến Quyết (2009), “Tổng hợp nghiên cứu đặc trưng hoạt tính xúc tác mang vật liệu mao quản trung bình SBA – 15 ”, Luận văn thạc sĩ khoa học, trường Đại học Quốc gia Hà Nội, 68trang Đỗ Thị Anh Thư (2011), “Chế tạo nghiên cứu tính chất cảm biến nhạy cồn sở vật liệu oxit perovskit”, Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu, Viện khoa học công nghệ vật liệu Hà Nội, 123 trang Hoàng Triệu Ngọc (2011), “ Khảo sát điều kiện tổng hợp bột perovskit Y FeO ”, Khóa luận tốt nghiệp, chuyên nghành hóa vô cơ, trường Đại học Sư Phạm HCM, 47trang Vũ Đăng Độ - Triệu Thị Nguyệt (2009), “Hóa học vô cơ, nguyên tố d f”, nhà xuất Giáo dục, 148 trang Nguyễn Hữu Đức (2007), “Chế tạo nghiên cứu từ tính Fe O ứng dụng y sinh học”, tạp chí khoa học Đại Học Quốc gia Hà Nội, trang 231 - 237 Shen, H, Xu J, Zhao J, Shi (2009), “Magnetic and thermal properties of perovskite YFeO single crytals”, Matersci.Erg B, pp.78 – 80 10 M.Mohapatra and S Anmand (2010), “Synthsis and applications of - structured iron oxides/ hydroxides”, Internaional Journal of Engineering of Science and Technolgy, pp 146-177 11 SHEN Hui, XU Jiayue, WU (2010), “Peparation and characterization of perovskit REFeO ”, school of Materials science and Engineering 12 Adam, W.Wawe (2003), “science and techonologies opportunies uncertainers”, Royal society and Royal Academy of engineering News, pp 37 – 42 SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 45 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến 13 J.charence Davies (2007), “ EPA and teconoly over sight for the 21st Centuny”, Project on Emerging technoloies, pp – 16 14 Radek Zboril (2002), “Iron (III) Oxides from Thermal Processess Synthesis, Structural and Magnetic Properties, Molssbauer Spectroscopy Characterization, and Applications”, Chem Mater, Vol 14, pp 969-982 15 R.M.Comell, U Schwertmann (2003), “The iron oxides: structure, properties, reactions, occurences and uses”, Second, Completely Revised and Extended Edition, WILEY-VCH GmbH & Co.KgaA 16 Yiwei deng (1997), “Formation of iron (III) hydroxides from Homogeneous solutions”, Wat Res, Vol 31, pp.1347-1354 17 Y.-C Wu a, S Parola b, O Marty c, J Mugnier (2004), “Elaboration, structural characterization and optical properties of the yttrium alkoxide derived Y O planar optical waveguides”, Optical Materials, Vol 27, pp 21–27 18 M hartmanova, e morha (ova, i travenec; a urusovskaya, gknab; korobkov (1989), “Defect structure and physical properties of Y O ”, Sohd State Iomcs, Vol 36, pp 137-142 19 Sanjay Mathur, Michael Veith, Rasa Rapalaviciute, Hao Shen, Gerardo F Goya, Waldir L Martins Filho and Thelma S Berquo (2004), “Molecule Derived Synthesis of crystalline YFeO and Investigations on Its Weak Ferromagnetic Behavior” Chem, Mater, Vol 16, pp 1906-1913 20 Diego M Gil M Carolina Navarro M Cristina Lagarrigue J Guimpel Rau´ l E Carbonio M Ine´s Go´mez (2010), “Synthesis and structural characterization of perovskite YFeO by thermal decomposition of a cyano complex precursor, Y[Fe(CN) ].4H O”, J Therm Anal Calorim, Vol 103, pp 889–896 SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 46 [...]... tác… Trong những năm gần đây, sự tổng hợp các hợp chất đất hiếm dạng ống đã thu hút được nhiều sự chú ý mạnh mẽ do chúng có thể được sử dụng để làm nhãn sinh học, phát quang trong các thiết bị có hiệu suất cao, chất xúc tác và một số vật liệu chức năng khác… Có nhiều phương pháp để tổng hợp yttrium hydroxide như: phương pháp solgel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt… Khi nhiệt phân yttrium... Hình 12 Sơ đồ thực nghiệm tổng hợp vật liệu YFeO 3 theo phương pháp sol -gel B Phương pháp đồng kết tủa Tổng hợp 0.01 mol YFeO 3 Các chất ban đầu được sử dụng là YCl 3 ·6H 2 O, Fe(NO 3 ) 3 ·9H 2 O Tác nhân kết tủa các cation Fe3+ và Y3+ là dung dịch nước amoniac Hòa tan 4.0398g muối Fe(NO 3 ) 3 9H 2 O và 3.0334g muối YCl 3 6H 2 O vào 20ml nước cất, cho 20 ml hỗn hợp muối trên vào 500 ml nước cất đang sôi... còn tổng hợp perovskit bằng phương pháp nghiền cơ học các hỗn hợp oxit rắn ở áp suất O 2 cao Bằng cách bổ sung một số chất phụ gia thích hợp, các sản phẩm tạo thành có diện tích bề mặt riêng khá lớn Tuy nhiên, bề mặt riêng giảm đáng kể khi nung ở nhiệt độ cao  Phương pháp tổng hợp từ dung dịch: Nhằm hạn chế nhược điểm của phản ứng pha rắn, người ta đã phát triển phương pháp sol - gel và đồng kết tủa. .. nhiệt độ đòi hỏi thấp hơn các phương pháp cổ điển khác Ngoài ra, các phương pháp tổng hợp từ dung dịch còn có các ưu điểm như khống chế tốt hơn tỉ lệ nguyên tử, độ tinh khiết và kích thước hạt Vì vậy, sản phẩm được tổng hợp theo phương pháp này có độ đồng đều và hoạt tính xúc tác cao Phương pháp tổng hợp từ dung dịch có 2 nhóm chính: Nhóm thứ nhất dựa trên quá trình kết tủa cùng với quá trình lọc, ly... đồng kết tủa 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LÍ ĐẶC TRƯNG CHO VẬT LIỆU 2.2.1 Phương pháp phân tích nhiệt Dựa trên các hiệu ứng thu được khi gia nhiệt vật liệu, phương pháp phân tích nhiệt được dùng để xác định nhiệt độ chuyển pha, độ hụt khối năng lượng, năng lượng chuyển pha, sự thay đổi về kích thước, ứng suất, tính chất đàn hồi của vật liệu Các phương pháp phân tích nhiệt thường được kết hợp với... 800K Quá trình oxi hóa các sản phẩm khử của Co và La 2 O 3 ở 673K sẽ thiết lập lại cấu trúc của perovskit D Các phương pháp hóa học điều chế perovskit Các phương pháp hóa học tổng hợp perovkit rất phong phú: perovskit có thể được tổng hợp từ pha rắn, pha khí, từ dung dịch hay tổng hợp trên chất mang  Phương pháp tổng hợp thông qua phản ứng pha rắn Phương pháp cổ điển nhất để điều chế perovskit là nghiền... tạo thành perovskit [5] Phương pháp sol- gel: là phương pháp hay được sử dụng nhất, bao gồm các bước cơ bản: tổng hợp các alkoxit kim loại, thực hiện có điều khiển quá trình thủy phân và polime hóa; sấy; nung [5] Phương pháp citrat: phương pháp này được nghiên cứu bởi Zhang và các cộng sự Bằng cách sử dụng phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TG), nhiễu xạ Rơnghen (XRD) và phổ hồng ngoại (IR),... điện tử và xúc tác Phương pháp tổng hợp thông qua phản ứng pha khí  Phương pháp tổng hợp qua phản ứng pha khí chủ yếu dùng để tổng hợp các màng perovskit, có thể sử dụng nhiều kỹ thuật laser, phun xạ mantheron, bay hơi chùm điện tử - Ưu điểm: phương pháp đốt laser thì có thể tạo được nhiều loại vật liệu [6] - Nhược điểm: chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu suất của chúng thấp Phương pháp plasma... Học Và Công Nghệ TPHCM SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 34 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Một số đặc trưng cấu trúc của vật liệu YFeO 3 theo phương pháp sol - gel Đường cong phân tích nhiệt phụ thuộc vào phương pháp điều chế và có sự khác nhau giữa hai phương pháp Trong trường hợp này các hóa chất phản ứng dựa trên tương tác kiểm soát giữa các nguyên tử và. .. cất) vào hệ trên, lượng NH 3 cho vào phải kết tủa hoàn toàn các cation Kết tủa ở trên được lọc cẩn thận bằng máy lọc và để khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng (2-3 ngày) Mẫu chất trên được nung ở các nhiệt độ khác nhau 750oC, 850oC, 950oC trong 1 giờ 30 phút SVTH: Phan Thị Kiều Liên Trang 29 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến Hình 13 Sơ đồ thực nghiệm tổng hợp vật liệu YFeO 3 theo phương pháp đồng ... trúc vật liệu YFeO theo phương pháp đồng kết tủa Không dừng lại việc tổng hợp YFeO phương pháp sol – gel, tác giả tổng hợp vật liệu nano YFeO theo phương pháp đồng kết tủa với tác nhân kết tủa. .. nghiệm tổng hợp vật liệu YFeO theo phương pháp đồng kết tủa 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VẬT LÍ ĐẶC TRƯNG CHO VẬT LIỆU 2.2.1 Phương pháp phân tích nhiệt Dựa hiệu ứng thu gia nhiệt vật liệu, phương. .. Fe,…) Trong vài chục năm gần đây, có nhiều phương pháp để tổng hợp bột vật liệu như: phương pháp tổng hợp thông qua pha rắn, phương pháp tổng hợp thông qua pha lỏng, phương pháp tổng hợp pha khí,…