nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano y0 8la0 2feo3 bằng phương pháp 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 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO Y0.8La0.2FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA TP 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 NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO Y0.8La0.2FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA Giáo viên hướng dẫn: TS Dương Bá Vũ Sinh viên thực hiện: Nguyễn Xuân Lập TP Hồ Chí Minh, tháng năm 2012 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ NHẬN XÉT CỦA HỘI ĐỒNG KHOA HỌC SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ LỜI CẢM ƠN Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS Dương Bá Vũ TS Nguyễn Anh Tiến giao đề tài tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình nghiên cứu hoàn thành khóa luận Em xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô Khoa Hóa Trường Đại học Sư phạm TP HCM dạy dỗ giúp đỡ em suốt năm học đại học Em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn bè động viên tinh thần giúp đỡ em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp Do em lần làm quen với việc nghiên cứu khoa học nên tránh khỏi sai sót, mong nhận đóng góp ý kiến quý Thầy Cô bạn Em xin chân thành cảm ơn! Tp HCM, tháng năm 2012 SVTH Nguyễn Xuân Lập SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ HẠT NANO, VẬT LIỆU PEROVSKITE VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CHÚNG 1.1 HẠT NANO VÀ VẬT LIỆU NANO 1.2 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT 1.3 PHƯƠNG PHÁP SOL- GEL ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT 11 1.4 CẤU TRÚC TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU PEROVSKITE ABO 14 1.4.1 Cấu trúc tinh thể ABO 14 1.4.2 Cấu trúc tinh thể ABO biến tính 15 1.5 VẬT LIỆU TRÊN CƠ SỞ YFeO VÀ LĨNH VỰC ỨNG DỤNG 16 1.6 TỔNG QUAN TÍNH CHẤT CỦA OXIT, HYDROXIT SẮT, YTTRIUM VÀ LANTHANUM 17 1.6.1 Oxit hydroxit sắt 17 1.6.2 Oxit hydroxit yttrium 22 1.6.3 Oxit hydroxit lanthanum 24 CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26 2.1 PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X (XRD) 26 2.2 PHƯƠNG PHÁP KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM) 27 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG NHIỆT (TG) 28 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 29 3.1 TỔNG HỢP BỘT NANO Y 0.8 La 0.2 FeO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA 29 3.1.1 Hóa chất dụng cụ 29 3.1.2 Phương pháp thực nghiệm 29 3.2 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA BỘT NANO Y 0.8 La 0.2 FeO TỔNG HỢP THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA 30 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 35 TÀI LIỆU THAM KHẢO 36 SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ MỞ ĐẦU Trong kỉ nguyên kinh tế tri thức với tốc độ biến đổi thông tin chóng mặt theo giây phút, hàng ngày hàng có nhiều chất phát tổng hợp Trong số ta không kể đến vật liệu nano - loại vật liệu tiên tiến có nhiều ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Vật liệu perovskite ABO bắt đầu biết đến từ đầu kỷ 19 Thời gian nhà khoa học chưa thực quan tâm đến chúng, khoảng vài chục năm trở lại có nhiều công trình nghiên cứu vật liệu perovskite ABO Do vật liệu có độ bền nhiệt lớn nên hoạt động môi trường nhiệt độ cao Ngoài ra, pha tạp hay thay số nguyên tố (thí dụ: Ba, Sr, Fe, Ni, Y, Nd, Ti…) vào vị trí A B dẫn đến số hiệu ứng vật lý lý thú hiệu ứng nhiệt điện (Thermoelectric effect), hiệu ứng từ nhiệt (Magnetocaloric effect), từ trở khổng lồ (Collosal- magenetoresistance effect)… Điều mở số ứng dụng vật liệu perovskite số lĩnh vực công nghiệp đại điện tử, thông tin, điện lạnh, hóa dầu, pin nhiệt điện, máy phát điện… mà không gây ô nhiễm môi trường Trong năm gần đây, vật liệu orthoferrite LnFeO (Ln vị trí nguyên tố đất La, Nd, Eu… Y) ứng dụng nhiều thực nghiệm, đặc biệt LaFeO – chất mở đầu cho dãy nguyên tố đất hiếm, vật liệu làm chất xúc tác phản ứng oxi hóa phần metan, làm vật liệu xúc tác, làm sensor nhạy khí, làm điện cực nhiệt độ cao (SOFC)… Phương pháp thông thường dễ để điều chế ferrite tổng hợp gốm Nhược điểm phương pháp yêu cầu nhiệt độ cao (to > 1200°C) để thu pha đơn tinh thể, dẫn đến ferrite thu có kích thước hạt lớn không đồng nhất, diện tích bề mặt thấp kết tụ hạt Ngày nay, để điều chế vật liệu nano người ta thường sử dụng phương pháp như: phương pháp kết tinh cryochemical, phương pháp hoá, phương pháp thuỷ nhiệt, phương pháp điện hoá, Phương pháp hóa học điều chế vật liệu từ oxit ngày coi chiếm ưu đảm bảo tính đồng hóa học hoạt tính cao bột ferrite tạo thành Trong phương pháp đồng kết tủa cấu tử từ dung dịch lỏng chúng đơn giản, đảm bảo tính đồng hoá học thân thiện với môi trường SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ Từ nguyên nhân kể chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano Y 0.8 La 0.2 FeO phương pháp đồng kết tủa” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp với mong muốn đóng góp thêm thông tin loại vật liệu Nội dụng khóa luận gồm: - Mở đầu Lý chọn đề tài nghiên cứu - Chương Tổng quan hạt nano vật liệu perovskite Trình bày tổng quan vật liệu nano có cấu trúc perovskite phương pháp điều chế chúng - Chương Các phương pháp nghiên cứu Trình bày phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi vật liệu tổng hợp - Chương Thực nghiệm - Kết - Thảo luận Trình bày phương pháp tổng hợp mẫu kết nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi mẫu tổng hợp đưa nhận xét, giải thích kết - Kết luận Tóm tắt kết đạt đề tài - Tài liệu tham khảo SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ Chương TỔNG QUAN VỀ HẠT NANO, VẬT LIỆU PEROVSKITE VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ CHÚNG 1.1 HẠT NANO VÀ VẬT LIỆU NANO[1][4] Trong khoảng hai thập niên gần đây, khoa học xuất dãy từ gắn liền với hậu tố “nano” cấu trúc nano, công nghệ nano, vật liệu nano, hoá học nano, vật lý nano, học nano, công nghệ sinh học nano, hiệu ứng kích thước nano 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 nano Xuất nhiều trung tâm, viện nghiên cứu, tổ môn, khoa, chuyên ngành công nghệ nano vật liệu nano Chữ “nano”, gốc Hy Lạp, gắn vào trước đơn vị đo để tạo đơn vị ước giảm tỷ lần (10-9) Ví dụ: nanogam = phần tỷ gam; nanomet = phần tỷ mét hay nm = 10-9 m 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 trước Công nghệ nano tổ hợp trình chế tạo vật liệu, thiết bị máy móc hệ kỹ thuật mà chức chúng xác định cấu trúc nano, tức đơn vị cấu trúc có kích thước từ đến 100 nm Công nghệ nano 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 vật liệu chiều có kích thước nanomet 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 Thông thường vật liệu nano phân thành nhiều loại, phụ thuộc vào hình dạng, cấu trúc vật liệu kích thước chúng v.v… SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ Hình 1.1 Phân loại vật liệu nano 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 1.1 1.2)  Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích thước nano, 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 (hình 1.1)  Vật liệu nano ba chiều vật liệu dạng khối cấu tạo từ hạt nano tinh thể Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano không chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ Hình 1.2 Cấu trúc vật liệu nano không chiều (0D), chiều (1D), chiều (2D), chiều (3D) Ngoài ra, người ta phân loại dạng vật liệu nano dựa vào lĩnh vực ứng dụng khác chúng:  Vật liệu nano kim loại  Vật liệu nano bán dẫn  Vật liệu nano từ tính  Vật liệu nano sinh học Hình 1.3 Phân loại vật liệu nano theo hình dạng Quá trình tổng hợp cấu trúc nano khác “hạt, thanh, dây, ống (hình 1.3) hay cấu trúc nano kì dị” với đồng kích thước, hình dạng pha tinh thể tập trung nghiên cứu Theo đó, nhiều hệ vật liệu nano với mục đích ứng dụng khác tạo SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ Được dùng làm chất xúc tác cho trình polyme hóa etylen Ngọc hồng lựu yttrium nhôm, Y O , florua yttrium liti, vanadat yttri dùng tổ hợp với tác nhân kích thích (dopant) terbi, ytterbi laser cận-hồng ngoại Nó sử dụng điện cực số loại bu gi hiệu suất cao Nó dùng để khử oxi cho vanadi hay kim loại phi sắt khác Oxit yttrium (III) dùng phụ gia kết dính sản xuất nitrua silic xốp Được sử Hình 1.11 Ảnh TEM củaY2O3 [4] dụng làm đèn huỳnh quang loại kính hiển vi điện tử truyền, chất phụ gia sơn, nhựa, nam châm vĩnh cửu, vật liệu phát sáng màu đỏ loại đèn huỳnh quang Các hợp chất chứa nguyên tố bắt gặp, nên cẩn thận chúng có độc tính cao Các muối yttri có khả gây ung thư 1.6.2.2 Yttrium hydroxit Yttrium hydroxit hay gọi yttrium hydrat, vật liệu quan trọng sử dụng lĩnh vực gốm sứ, thủy tinh điện tử… Hình 1.12 Ảnh SEM Y(OH) dạng ống [4] SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 23 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ Kể từ phát ống nano carbon vào năm 1991, vật liệu có cấu dạng ống rỗng với diện tích bề mặt lớn thu hút đáng kể ý tính chất độc đáo việc vận chuyển điện phát quang Y(OH) (hình 1.13) Ngoài yttrium hydroxit tìm thấy dạng dây (hình 1.13) Hình 1.13 Cơ chế hình thành yttrium hydroxit dạng ống dạng dây [4] Sự phát triển yttrium hydroxit nano tinh thể nano có cấu trúc 1D, tinh thể xếp theo hướng hợp thành bó có kích thước micro, sau bó yttrium hydroxit có kích thước micro tiếp tục phát triển thành dạng ống tính định hướng ưu tiên phát triển theo dạng đường tròn Cuối ống có kích thước micro bị giải thể từ khiếm khuyết bề mặt từ hình thành dây nano Chúng tìm thấy cảm biến, vận chuyển chất lỏng chất khí, chúng sử dụng làm chất xúc tác… năm gần dây, tổng hợp hợp chất đất dạng ống nano thu hút nhiều ý mạnh mẽ chúng sử dụng để làm nhãn sinh học, phát quang thiết bị có hiệu suất cao, chất xúc tác số vật liệu chức khác… Có nhiều phương pháp để tổng hợp yttrium hydroxit như: phương pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt… Khi nhiệt phân yttrium hydroxit khoảng 500°C khoảng 2h ta thu yttrium oxit 1.6.3 Oxit hydroxit lanthanum 1.6.3.1 Oxit lanthanum [14] Lanthanum oxit (La O ) chất bột trắng, vô định hình, khối lượng riêng 6,41 g/cm3, khó nóng chảy không tan nước tan dung dịch axit amoni clorua Điều chế cách nhiệt phân La(OH) , La(NO ) hay La (CO ) Dùng để sản xuất mạng đèn măng sông SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 24 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ Cải thiện độ kháng kiềm thủy tinh dùng chế tạo loại kính quang học đặc biệt, như: o Kính hấp thụ tia hồng ngoại; o Các thấu kính cho camera kính thiên văn, có chiết suất cao độ tán sắc thấp Oxit lantan hexaborua lantan sử dụng ống chân không vật liệu cho catôt nóng với độ xạ điện tử mạnh Các tinh thể hexaborua lantan (LaB ) sử dụng nguồn xạ nhiệt điện tử có độ sáng cao, tuổi thọ dài cho kính hiển vi điện tử quét (SEM) 1.6.3.2 Hydroxit lanthanum [5] Hiđroxit nguyên tố đất chất kết tủa tan nước, nước thể tính bazơ yếu, độ bazơ giảm dần từ La(OH) đến Lu(OH) , tan axit vô muối amoni, không tan nước dung dịch kiềm dư Ln(OH) không bền, nhiệt độ cao phân hủy tạo thành Ln O 900 −1000 C La (OH )3  → La2O3 + 3H 2O o o Tích số tan hiđroxit đất nhỏ: Ví dụ: TLa ( OH )3 = 1,0.10−19 ; TLu ( OH )3 = 2,5.10−24 Độ bền nhiệt hiđroxit đất giảm dần từ La đến Lu SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 25 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ CHƯƠNG CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 PHƯƠNG PHÁP NHIỄU XẠ TIA X (XRD)[3][4] Nguyên tắc: Khi chiếu chùm electron có lượng lớn vào bề mặt đối âm cực (anot), electron bề mặt đối âm cực bị làm xuất lỗ trống Các electron mức lượng cao nhảy mức lượng thấp để lấp đầy chổ trống đồng thời làm phát lượng thừa lượng gọi tia X Định luật Bragg Giả sử có chùm tia X đơn sắc đến gặp tinh thể phản xạ mặt phẳng Hình 2.1 Nhiễu xạ tia X mạng Để có giao thoa sóng phản xạ, sóng phải pha, nghĩa hiệu 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 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: Φ= A Trong đó: U U kλ βcosθ A E (3) A A Φ : kích thước tinh thể λ : bước sóng xạ tia X ( Cu − Kα =0.154 nm) k: hệ số (0.89) SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 26 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ β : độ rộng ½ chiều cao peak sau trừ độ rộng thiết bị Ứng dụng: Phương pháp XRD dùng để xác định cấu trúc, thành phần pha dựa số lượng, vị trí cường độ pick phổ nhiễu xạ tia X để suy đoán kiểu mạng từ xác định chất vật thể Trong đề tài này, phổ XRD tiến hành đo máy D8-ADVANCE Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, TP HCM 2.2 PHƯƠNG PHÁP KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUÉT (SEM)[3][4] 1B P P Kính hiển vi điện tử quét (SEM): loại kính hiển vi điện tử tạo ảnh có độ phân giải cao bề mặt mẫu Ưu điểm: không cần phá mẫu phân tích hoạt động môi trường chân không thấp Nguyên lý hoạt động tạo ảnh SEM Một chùm điện tử qua thấu kính điện tử để hội tụ thành điểm nhỏ chiếu lên bề mặt mẫu nghiên cứu Nhiều hiệu ứng xảy hạt điện tử chùm tia va chạm với bề mặt vật rắn Từ điểm chùm tia va chạm với bề mặt mẫu có nhiều loại hạt, nhiều loại tia phát (tín hiệu) Mỗi loại tín hiệu phản ánh đặc điểm mẫu điểm điện tử chiếu vào Cho chùm điện tử quét mẫu, đồng thời quét tia điện tử hình đèn hình cách đồng bộ, thu khuyết đại tín hiệu mẫu phát để làm thay đổi cường độ sáng tia điện tử quét hình ta thu ảnh Cho tia điện tử quét ảnh với biên độ d nhỏ (cỡ mm hay µm) tia điện tử quét hình với biên độ D lớn (bằng kích thước hinh) ảnh có độ phóng đại D/d Độ phóng đại kính hiển vi điện tử quét thông thường từ vài ngàn đến vài trăm ngàn lần Năng suất phân giải phụ thuộc vào đường kính chùm tia điện tử hội tụ chiếu lên mẫu Với súng điện tử thông thường, suất phân giải nm kiểu ảnh điện tử thứ cấp Như thấy chi tiết thô công nghệ nano Những kính hiển vi điện tử tốt có súng phát xạ trường, kích thước chùm điện tử chiếu vào mẫu nhỏ 0,2 nm, lắp thêm nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược để quan sát hạt cỡ nm theo dõi cách xếp nguyên tử hạt nano SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 27 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ Trong đề tài này, phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) tiến hành đo 2B máy SEM phòng phân tích hóa học hóa nước, trung tâm phân tích vật liệu đánh giá hư hỏng, Viện Khoa học Vật liệu, Hà Nội, Việt Nam 2.3 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH KHỐI LƯỢNG NHIỆT (TG)[3][4] 12B P P Phương pháp phân tích khối lượng nhiệt (TGA) phương pháp khảo sát thay đổi khối lượng chất theo nhiệt độ chất đặt lò nung có chương trình thay đổi nhiệt độ kiểm soát cách chặt chẽ Nhiệt độ nung lên đến 1600°C Mẫu nối với cân nhiệt để cân mẫu liên tục trình nung Để liên tục phát thay đổi mẫu trình nung, chén đựng mẫu phải nối kết với cân nhiệt Đường cong TG giúp ta xác định độ bền nhiệt chất, trình hóa lí xảy trình phân hủy nhiệt chất đồng thời xác định độ tinh khiết chất Quá trình phân hủy nhiệt mẫu đề tài thực máy STA 409 PCNETZSCH Khoa Công nghệ Vật liệu, Trường Đại học Bách Khoa TP HCM SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 28 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ CHƯƠNG THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 3B 3.1 TỔNG HỢP BỘT NANO Y 0.8 La 0.2 FeO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG 13B R R R R R R KẾT TỦA 3.1.1 Hóa chất dụng cụ 20B 3.1.1.1 Hóa chất 30B Các hóa chất sử dụng đề tài muối Fe(NO ) 3· 9H O, YCl 3· 6H O, R R R R R R R R R R LaCl 7H O, dung dịch NH 25% (d = 0.908 g/ml), nước cất, dung dịch HCl 1M,… R R R R R R 3.1.1.2 Dụng cụ 31B Cốc thuỷ tinh loại 1000 ml, cốc thuỷ tinh loại 50 ml, pipet loại 50 ml 10 ml, máy hút chân không, cuvet, phễu lọc, giấy lọc, bình định mức 100 ml, bếp điện, máy khuấy từ gia nhiệt, lò nung Wise Therm, chén nung, máy UV-VIS… 3.1.2 Phương pháp thực nghiệm[4][11] 21B P Để tổng hợp bột Y 0.8 La 0.2 FeO với kích thước hạt nanomet, đơn phase độ R R R R R R đồng cao, cần phân tích tìm kiếm điều kiện tối ưu để tổng hợp chúng Trên sở phân tích tài liệu tham khảo sử dụng phương pháp đồng kết tủa cấu tử từ dung dịch nước chúng, phương pháp đảm bảo tính đồng hoá học hoạt tính cao bột ferrite tạo thành Nhỏ từ từ hỗn hợp dung dịch muối YCl , R R LaCl FeCl với tỉ lệ mol tương ứng : : 10 vào R R R R cốc nước sôi Sau cho hết muối vào ta đun sôi thêm – phút nữa, trường hợp dung dịch có màu nâu đỏ không đổi màu để nguội đến nhiệt độ phòng Dung dịch nhận để nguội đến nhiệt độ phòng, sau nhỏ từ từ dung dịch amoniac (0,5%) vào để kết tủa hết caion dung dịch Kết tủa thu thí nghiệm khuấy máy khuấy từ khoảng thời gian 15–20 SVTH: Nguyễn Xuân Lập Hình 3.1 Mô tả thí nghiệm Trang 29 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ phút Sau lọc kết tủa máy hút chân không rửa kết tủa nước cất vài lần đem phơi khô nhiệt độ phòng đến khối lượng không đổi Kết tủa (dạng bột) nhận đem nung không khí lò nung (Wise Therm) từ nhiệt độ phòng đến khoảng nhiệt độ khác để kiểm tra hoàn thiện việc kết tinh tạo pha đồng Sơ đồ thực nghiệm sau (hình 3.2) YCl3.6H2O, LaCl3.7H2O Fe(NO3)3.9H2O Nước cất Dung dịch Y3+, La3+ Fe3+ Khuấy từ, + dd NH3 Gel nhớt Lọc, để khô tự nhiên Gel khô Nung Sản phẩm Hình 3.2 Sơ đồ chế tạo vật liệu Y 0.8 La 0.2 FeO U U R R R R R 3.2 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT HÓA LÝ CỦA BỘT NANO Y 0.8 La 0.2 FeO 14B R R R R R R TỔNG HỢP THEO PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA  Dựa vào giản đồ phân tích nhiệt khối lượng TGA (hình 3.3), ta thấy: • Sự khối lượng xảy chủ yếu vùng nhiệt độ từ 90o-110oC, 170o-190oC P P P P P P P P từ 670o-720oC P P P P • Quá trình khối lượng khoảng 100oC trình nước bề mặt, P P đường TG cho thấy % khối lượng 4,09% • Quá trình khối lượng khoảng 170o-190o giải thích nước P P P P hydroxit Fe(OH) , Y(OH) , La(OH) nung nhiệt độ cao trình R R R R R R nước kèm theo hiệu ứng thu nhiệt xảy đến nhiệt độ khoảng từ 400o-500oC P P P P • Ở 500oC khối lượng mẫu giảm xấp xỉ 40% P P SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 30 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ • Ở nhiệt độ khoảng từ 670o-720o ta thấy có giảm khối lượng từ 720o ta quan P P P P P P sát thấy đường đẳng khối lượng tương ứng với trình chuyển phase kết tinh hạt nano Y 0.8 La 0.2 FeO Từ kết phân tích nhiệt, chọn mức R R R R R R nhiệt độ nung mẫu (750oC, 850oC) để khảo sát phương pháp XRD SEM P P P P Hình 3.3 Đồ thị đường cong phân tích nhiệt khối lượng (TGA) mẫu bột điều chế theo U U phương pháp đồng kết tủa  Hình 3.4 phổ XRD mẫu sau nung 750oC 850oC P P P P Nhìn vào phổ XRD nhiệt độ 750oC, 850oC gần giống giống P P P P với phổ chuẩn YFeO Vị trí đỉnh nhiễu xạ mẫu nung nhiệt độ khác R R không bị thay đổi nhiều so với mẫu chuẩn Tuy nhiên, có mở rộng khoảng cách mạng d giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu nung 750oC, 850oC so với mẫu YFeO tinh khiết P P P P R R [8, 11] (Bảng 2) SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 31 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ Hình 3.4 Phổ XRD bột Y 0.8 La 0.2 FeO điều chế theo phương pháp đồng kết tủa sau U U R R R R R R nung a-750oC, b-850oC P P P P Bảng Kết phân tích nhiễu xạ tia X mẫu Y La FeO R № peak hình 3.4 R R RR R R R YFeO [8, 11] 3,4096 2,6915 1,7073 1,5345 Y 0.8 La 0.2 FeO 3,4375 2,7096 2,1182 1,7126 R d; [Å] RR R R R R R R Chú ý: Bảng trích số peak mẫu điều chế để minh hoạ U U Nguyên nhân bán kính ion La3+ ( rLa3+ = 0,136 nm) lớn bán kính ion Y3+ ( P P P P rY 3+ = 0,119 nm) làm cho khoảng cách mạng d tăng Điều chứng tỏ có xâm nhập La3+ vào mạng YFeO Mặt khác, giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu sau P P R R nung 750oC hay 850oC không quan sát thấy phase tạp chất P P P P La O , Y O , LaOCl, YOCl…Điều cách gián tiếp nói lên xâm nhập hoàn R R R R R R R R toàn ion La3+ vào mạng YFeO P P R R Như vậy, từ đường cong phân tích nhiệt giản đồ nhiễu xạ tia X ta thấy kết tinh tạo phase đồng Y 0.8 La 0.2 FeO hoàn thiện nhiệt độ khoảng 750oC Quá R R R R R R P P trình tạo thành đơn phase Y 0.8 La 0.2 FeO từ tiền chất điều chế theo phương pháp đồng R R R R R R kết tủa miêu tả phương trình phản ứng hóa học thông qua giai đoạn sau: Giai đoạn 1: trình kết tủa hidroxit Fe(OH) ,Y(OH) La(OH) tác R R R R R R nhân kết tủa dung dịch nước amoniac: SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 32 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ FeCl + 3NH OH → Fe(OH) ↓ + 3NH Cl R R R R R R R R YCl + 3NH OH → Y(OH) ↓ + 3NH Cl R R R R R R R R LaCl + 3NH OH → La(OH) ↓ + 3NH Cl R R R R R R R R Giai đoạn 2: trình phân huỷ hidroxit Fe(OH) ,Y(OH) La(OH) R R R R R R nung mẫu nhiệt độ cao tạo thành oxit tương ứng: 2Fe(OH) → Fe O + 3H O R R R R R R R R 2Y(OH) → Y O + 3H O R R R R R R R R 2La(OH) → La O + 3H O R R R R R R R R Giai đoạn 3: trình kết hợp oxit Fe O , Y O , La O nhiệt độ cao tạo R R R R R R R R R R R R thành ferrite: 750 C → 2Y La FeO Fe O + 0.8Y O + 0.2La O  0.8 0.2 R R R R R R R R R R R R R R R R R  Hình 3.5, 3.6 ảnh SEM mẫu sau nung khoảng nhiệt độ 750oC P P 850oC P P Hình 3.5 Ảnh SEM mẫu bột sau nung 750°C (t = 1h) U U SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 33 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ Hình 3.6 Ảnh SEM mẫu bột sau nung 850°C (t = 1h) U U Từ ảnh SEM, ta thấy hạt Y 0.8 La 0.2 FeO tạo thành có dạng hình cầu phân cạnh yếu, R R R R R R kích thước dao động khoảng 30-50 nm Ngoài ra, hạt liên kết với tạo thành khối hạt kéo dài SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 34 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trên sở nội dung kết thu đề tài, ta có kết luận sau:  Tổng quan vật liệu nano, phân loại vật liệu nano dựa vào dấu hiệu khác số chiều, kích thước, hình dạng, lĩnh vực ứng dụng  Tìm hiểu cấu trúc, phương pháp điều chế vật liệu perovskite dạng ABO R R lĩnh vực ứng dụng chúng;  Tổng quan oxit, hydroxit sắt, lanthanum, yttrium;  Tóm tắt phương pháp nghiên cứu sử dụng đề tài (XRD, SEM TGA);  Đã tổng hợp vật liệu nano Y 0.8 La 0.2 FeO phương pháp đồng kết tủa với R R R R R R kích thước hạt cấu trúc ≤ 50 nm; Do lần làm quen với việc nghiên cứu khoa học nên em chưa thể nghiên cứu sâu đề tài này, có hội tiếp tục em phát triển đề tài theo hướng:  Nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thời gian nung đến hình thái kích thước hạt Y 0.8 La 0.2 FeO ; R R R R R R  Nghiên cứu từ tính hạt nano Y 0.8 La 0.2 FeO để từ ứng dụng chúng vào R R R R R R thiết bị truyền động cảm biến v.v  Tổng hợp bước đầu nghiên cứu từ tính hệ vật liệu perovskite Y x La 1-x FeO R SVTH: Nguyễn Xuân Lập R R R R R Trang 35 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: TS Dương Bá Vũ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lâm Thị Kiều Giang (2011), “Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano thấp chiều yttri, ziriconi tính chất quang chúng”, Luận án Tiến sĩ Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam-Hà Nội [2] 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 Việt Nam-Hà Nội [3] TS Phan Thị Hoàng Oanh, “Chuyên đề Phân tích cấu trúc vật liệu vô cơ”, Trường Đại học Sư phạm TP HCM [4] Hoàng Triệu Ngọc (2010), “Khảo sát điều kiện tổng hợp bột nano YFeO ”, Khóa R R luận tốt nghiệp, Trường Đại học Sư phạm TP HCM [5] Hoàng Nhâm Hóa học vô Tập NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 2009 [6] Lưu Minh Đại, Nguyễn Xuân Dũng, “Tổng hợp perovskit LaMnO phương R R pháp đốt cháy gel nhiệt độ thấp”, Tạp chí Hóa học, T.48(1), trang 18-23, 2010 [7] Nguyễn Hữu Đức, Trần Mậu Danh, Trần Thị Dung, “Chế tạo nghiên cứu tính chất từ hạt nano Fe O ứng dụng y sinh học”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, R R R R Khoa học Tự nhiên Công nghệ 23, trang 231-237, 2007 [8] Nguyễn Minh Tuấn, Nguyễn Thị Thuỷ, Đặng Lê Minh, Nguyễn Phú Thùy, “Tính chất điện hợp chất Perovskite lưỡng nguyên tố đất (La 1-x Y x ) FeO ”, Hội nghị Vật R R R R R R lý chất rắn Khoa học Vật liệu toàn quốc lần thứ (SPMS-2009), trang 052, Đà Nẵng 8-10/11/2009 [9] Nguyễn Minh Tuấn, Nguyễn Thị Thuỷ, Đặng Lê Minh, Nguyễn Phú Thùy, “Tính chất từ bất thường hợp chất Perovskite lưỡng nguyên tố đất (La 1-x Y x )FeO R R R R R R (La 1-y Nd y )FeO ”, Hội nghị Vật lý chất rắn Khoa học Vật liệu toàn quốc lần thứ R R R R R R (SPMS-2009), trang 054, Đà Nẵng 8-10/11/2009 [10] Nguyễn Thị Anh (2009), “Phân tích lượng nhỏ nguyên tố đất lớp mạ hợp kim Ni- Zn”, Luận văn Thạc sỹ, Đại học Khoa học Tự nhiên, Hà Nội [11] Dinh Van Tac, V O Mittova, and I Ya Mittova, Influence of Lanthanum Content and Annealing Temperature on the Size and Magnetic Properties of Sol–Gel Derived Y – x La x FeO Nanocrystals// Inorganic Materials, 2011, Vol 47, No 5, pp 521–526 R R R R R R © Pleiades Publishing, Ltd., 2011 SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 36 Khóa Luận Tốt Nghiệp [12] GVHD: TS Dương Bá Vũ Dinh Van Tac, V O Mittova, and I Ya Mittova, Synthesis and Magnetic Properties of Nanocrystalline Y R – x Cd x FeO – δ R R R R R (0 ≤ x ≤ 0.2), Inorganic Materials, 2011, Vol 47, No 10, pp 1141–1146 © Pleiades Publishing, Ltd., 2011 [13] S M Khetre, H V Jadhav and S R Bamane, Synthesis and characterization of nanocrystalline LaFeO by combustion route//RASARAN J.Chem Vol.3, No.1 R R (2010), 82-86 Trang Web: [14]http://dictionary.bachkhoatoanthu.gov.vn/default.aspx?param=1647aWQ9MTU0Nz UmZ3JvdXBpZD0ma2luZD1zdGFydCZrZXl3b3JkPWw=&page=3 SVTH: Nguyễn Xuân Lập Trang 37 [...]... bốn phương pháp phổ biến, mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm khác nhau, một số phương pháp chỉ có thể được áp dụng với một số vật liệu nhất định mà thôi Sau đây là một số phương pháp:  Phương pháp hóa ướt (wet chemical): bao gồm các phương pháp chế tạo vật liệu dùng trong hóa keo (colloidal chemistry) như phương pháp thủy nhiệt, sol-gel và kết tủa Theo phương pháp này, các dung dịch chứa... của phương pháp hóa ướt là có thể chế tạo các vật liệu khác nhau như vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại Ngoài ra, phương pháp này rẻ tiền và có thể chế tạo được một khối lượng lớn vật liệu  Nhược điểm chính là các hợp chất có thể liên kết bền với phân tử nước gây khó khăn trong việc nhiệt phân chúng  Phương pháp cơ học (mechanical): bao gồm các phương pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học Theo phương pháp. .. bay nhiệt độ cao, plasma Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ pha khí Nhiệt phân là phương pháp có từ rất lâu, được dùng để tạo các vật liệu đơn giản như carbon, silicon Ví dụ: Trần Châu Cẩm Hoàng (2010), Tổng hợp, biến tính bề mặt và định hình vật liệu nano carbon (carbone nanotube) thu được bằng phương pháp phân hủy xúc tác các hợp chất chứa carbon trong điều kiện Việt... tác… trong những năm gần dây, sự tổng hợp các hợp chất đất hiếm dạng ống nano 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 hydroxit như: phương pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt… Khi nhiệt phân... thang nano Ngoài ra còn có nhiều tính chất đặc trưng khác của vật liệu như: hoạt tính bề mặt, diện tích bề mặt; các tính chất nhiệt, điện, từ, quang học, cơ học, hóa học thậm chí cả sinh học… của vật liệu cũng bị thay đổi khi giảm kích thước đến giá trị nanomet 1.2 SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT[4] Hình 1.4 Kích thước của vật liệu Các vật liệu nano có thể thu được bằng bốn phương pháp. .. UV-VIS… 3.1.2 Phương pháp thực nghiệm[4][11] 21B P Để tổng hợp được bột Y 0.8 La 0.2 FeO 3 với kích thước hạt nanomet, đơn phase và độ R R R R R R đồng nhất cao, chúng ta cần phân tích và tìm kiếm các điều kiện tối ưu để tổng hợp chúng Trên cơ sở phân tích các tài liệu tham khảo chúng tôi đã sử dụng phương pháp đồng kết tủa các cấu tử từ dung dịch nước của chúng, phương pháp này đảm bảo được tính đồng nhất... một tỷ phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất mà các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch Sau các quá trình lọc, sấy khô, ta thu được các vật liệu nano Ví dụ: Lâm Thị Kiều Giang (2011), Nghiên cứu chế tạo vật liệu nano thấp chiều trên nền yttri, ziriconi và tính chất quang của chúng”, Luận án Tiến sĩ Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã chế tạo thành công các hạt nano Y 2 O 3 và ZrO... Tuyển tập Báo cáo Hội nghị Sinh viên Nghiên cứu Khoa học lần thứ 7 Đại học Đà Nẵng năm 2010 Bằng phương pháp này người ta đã thu được carbon nano dạng ống, với đường kính ngoài của ống carbon nano trung bình từ 10-30 nm  Ưu điểm: phương pháp đốt laser có thể tạo được nhiều loại vật liệu  Nhược điểm: chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu suất của chúng thấp Phương pháp plasma một chiều và xoay chiều... để tạo rất nhiều vật liệu khác nhau nhưng lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì nhiệt độ của nó có thể đến 900°C 1.3 PHƯƠNG PHÁP SOL- GEL ĐIỀU CHẾ BỘT NANO OXIT Phương pháp sol-gel do R.Roy đề xuất năm 1956 cho phép trộn lẫn các chất ở quy mô nguyên tử Do đó sản phẩm thu được có độ đồng nhất và độ tinh khiết rất cao, bề mặt riêng lớn, dải phổ phân bố kích thước hẹp Phương pháp này ra đời từ... của Fe 2 O 3 có kích thước nano đã được tổng hợp và nghiên cứu rộng rãi trong những năm gần đây Nhiệt biến đổi của chất sắt trong không khí khi bị oxi hoá làm cho các phản ứng không đồng nhất dẫn đến Fe 2 O 3 có những hình dạng khác nhau, nó trở thành một quá trình nghiên cứu khá quan trọng trong ngành vật liệu vô cơ và hoá lý, hoá học chất rắn cũng như ngành nghiên cứu khoáng vật, kỹ thuật… Mẫu nung ... KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HOÁ HỌC CHUYÊN NGÀNH HÓA VÔ CƠ NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO Y0. 8La0. 2FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA Giáo viên hướng dẫn: TS Dương Bá Vũ Sinh viên thực hiện:... vi vật liệu tổng hợp - Chương Thực nghiệm - Kết - Thảo luận Trình bày phương pháp tổng hợp mẫu kết nghiên cứu cấu trúc tinh thể, cấu trúc tế vi mẫu tổng hợp đưa nhận xét, giải thích kết - Kết. .. Tổng quan hạt nano vật liệu perovskite Trình bày tổng quan vật liệu nano có cấu trúc perovskite phương pháp điều chế chúng - Chương Các phương pháp nghiên cứu Trình bày phương pháp khảo sát cấu