Nghiên cứu một số vật liệu NaNô Perovskite chế tạo bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao

iệu nhận đƣợc phƣơng pháp có bề mặt riêng lớn mật độ sai hỏng mạng cao, chúng phù hợp cho ứng dụng với vai trò nhƣ chất xúc tác chất dẫn điện tử Gần phòng thí nghiệm Việt Nam hạt perovskite ABO3 đƣợc tổng hợp chủ yếu phƣơng pháp hóa ƣớt Trong phƣơng pháp nghiền lƣợng cao đƣợc sử dụng nhƣng kết thu đƣợc chƣa đầy đủ, nhiều vấn đề chƣa đƣợc giải Dựa vào điều kiện thiết bị, tài liệu tham khảo, khả cộng tác nghiên cứu với nhóm nghiên cứu nƣớc nƣớc ngồi chúng tơi lựa chọn đề tài cho luận văn là: Nghiên cứu số vật liệu nanô perovskite chế tạo phƣơng pháp nghiền lƣợng cao Mục tiêu luận văn:  Tổng hợp hạt perovskite ABO3 với A= La, Sr, Ca, Ce B = Co, Mn, Zn phƣơng pháp nghiền lƣợng cao  Nghiên cứu hình thành cấu trúc perovskite, hình thái, kích thƣớc hạt cho ba họ mẫu LaCoO3 , La0.7Ca0.3MnO3 La0.7Sr0.3MnO3 theo thời gian nghiền khác  Nghiên cứu thông số từ qua phép đo từ nhiệt từ trễ  Đánh giá hoạt tính xúc tác số mẫu qua thơng số diện tích bề mặt riêng (hấp thụ vật lý khí N2) phản ứng ơxy hóa- khử  Đánh giá khả ứng dụng phƣơng pháp nghiền lƣợng cao phục vụ công việc nghiên cứu nhƣ định hƣớng ứng dụng Việt Nam Nội dung phƣơng pháp nghiên cứu: Luận văn đƣợc tiến hành phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm Các mẫu đƣợc chế tạo nghiên cứu tính chất từ Phòng thí nghiệm Vật lý Vật liệu từ - Siêu dẫn thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Sinica, Teipei, Đài Footer Page Loan of 27 Cấu trúc mẫu đƣợc khảo sát qua phổ nhiễu xạ tia X, hình thái kích thƣớc Header Page of 27 hạt đƣợc nghiên cứu sơ ảnh hiển vi điện tử quét phân giải cao thực thiết bị có Viện Khoa học Vật liệu Các nghiên cứu sâu hình thái kích thƣớc số mẫu đƣợc thực hệ kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao Viện Vật lý thuộc Trƣờng Đại học Kỹ thuật Tổng hợp Chemnitz (Cộng hòa Liên bang Đức) Các phép xác định hoạt tính xúc tác, diện tích bề mặt riêng vật liệu đƣợc thực Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng Viện Cơng nghệ Hóa học thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam thành phố Hồ Chí Minh Bố cục luận văn: Luận văn gồm 62 trang, bao gồm phần: lời cảm ơn, danh sách chữ viết tắt, kí hiệu MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN KẾT LUẬN Danh mục công trình tác giả Tài liệu tham khảo Các kết luận văn đƣợc cơng bố báo tạp chí báo cáo hội nghị chuyên ngành nƣớc quốc tế Footer Page of 27 Header Page of 27 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Cấu trúc tƣơng tác từ perovskite 1.1.1 Cấu trúc A Những hợp chất có cơng thức ABO3 B thƣờng đƣợc gọi hợp chất 11/2(1/2,1/2,1/ O perovskite Ô mạng sở 2) hình lập phƣơng với cation đỉnh (a) gọi vị trí A cation tâm hình lập phƣơng gọi vị trí B Tâm mặt (b) bên vị trí ion ligan, thƣờng anion ơxy (Hình 1.1 a) Hai nhóm hợp chất  perovskite tiêu biểu với nguyên tố đất nhƣ La, Nd…ở vị trí A Co Mn vị trí B có tên gọi tƣơng ứng Cobaltite Manganite Đặc trƣng quan trọng cấu Hình 1.1 Cấ u trúc mạ ng trúc tồn bát diện MnO6 với ion perrovskite (ABO3) lý tư ng -2 3+ 4+ sắ p xế p bát diệ n cấ u trúc O đỉnh ion Mn Mn nằm tâm bát diện (Hình 1.1 b) Sự xếp bát diện liên quan đến độ dài liên kết Mn-O góc liên kết α hợp đƣờng nối ion Mn ôxy Khi thay đổi thành phần hóa học vật liệu dẫn đến thay đổi cấu trúc tinh thể, độ dài góc liên kết Sự ổn định liên kết ion A, B ôxy đƣợc V.Goldschmidt đánh giá qua “thừa số dung hạn t”: t rA  rB  rA  rB  (1.1) Trong rA, rB r0 tƣơng ứng bán kính ion vị trí A, B O Trên thực tế cấu trúc perovskite đƣợc hình thành ơxít giá trị t nằm khoảng 0.89 < t < 1.02, ion ơxy có bán kính r0 = 0.14 nm phối trí với ion khác Các hợp chất Manganite pha tạp lỗ trống đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều tính chất điện từ lý thú Các quỹ đạo điện tử 3d Footer Page of 27 trƣờng tinh thể bị suy biến dẫn tới tách mức lƣợng Sự tách mức Header Page 10 of 27 tạo nên kiểu méo mạng Jahn-Teller, với số kiểu méo mạng khác nhƣ kiểu GdFeO3, méo mạng polaron điện mơi, polaron từ có ảnh hƣởng lớn lên cƣờng độ tƣơng tác, đặc biệt tƣơng tác trao đổi kép ảnh hƣởng đến tính chất hóa lý vật liệu Manganite Footer Page 10 of 27 Header Page 11 of 27 Tà i liệ u tham khả o Tiế ng Việ t Lê Viế t Báu (2005), Ảnh hư ng củ a việ c thay mộ t số nguyên tố cho Mn lên tính chấ t đ iệ n-từ củ a perovskite(La,Sr)MnO3, Luậ n án Tiế n sĩ Khoa họ c Vậ t liệ u, Việ n Khoa họ c Vậ t liệ u, Hà Nộ i Đà o Nguyên Hoà i Nam (1998), Các tính chấ t thủ y tinh từ mộ t số vậ t liệ u perovskite ABO3, Luậ n án Tiế n sĩ Vậ t lý,Việ n Khoa họ c Vậ t liệ u, Hà Nộ i Trầ n Thị Minh Nguyệ t, N C Tráng, N Q Huấ n, N.V Quí, T Q Chi, N D Thai, Đ T Chân, N Q Trung, L.H.Đă ng (2007), “ Nghiên cứu công nghệ chế tạ o hoạ t tính củ a vậ t liệ u xúc tác perovskite La1xSrxCoO3 có kích thước nanomet bằ ng phương pháp Sol-Gel Citric” , Đã đ ợ c phả n biệ n đ ng ý đ ă ng Tạ p chí Hóa họ c Hồ Sĩ Thoả ng, Lưu Cẩ m Lộ c (2007), Chuyể n hóa Hiđ rocacbon cacbon oxit hệ xúc tác kim loạ i oxit kim loạ i, Nhà xuấ t bả n Khoa họ c tự nhiên Công nghệ , Hà Nộ i Lê Thị Cát Tường (2005), Nghiên u cấ u trúc củ a mộ t số vậ t liệ u perovskite(ABO3) vậ t liệ u nanô tinh thể bằ ng nhiễ u xạ tia X mẫ u t, Luậ n án Tiế n sĩ Khoa họ c Vậ t liệ u, Việ n Khoa họ c Vậ t liệ u, Hà Nộ i Tiế ng Anh Arrott A S., Templeton T L and Yoshida Y., “ Model For Nonuniform Magnetization Processes In Particles With Enhanced Surface Anisotropy” , (1993), IEEE Trans.Magn., 29, p 2622 Bean C P and Livingston J D (1959), “ Surface, Catalytic, and Magnetic Properties of Small Iron Particles: The Effect of Chemisorption of Hydrogen on Magnetic Anisotrop” , J Appl Phys., 30, p 120S Coey J.M., “ Noncollinear Spin Arrangement in Ultrafine Ferrimagnetic Crystallites” , (1971), Phys.Rev.Lett., 27, p.1140 Crespin M., Hall K.W., “ The surface chemistry of some perovskite oxides” , (1981), J Catal, 69, p 359 10 Chen C W (1986), “ Magnetism and Metallurgy of Soft Magnetic Materials” , (NewYork: Dover), pp 73- 75 11 Dinega D P and Bawendi M G., “ A Solution-Phase Chemical Approach to a New Crystal Structure of Cobalt” , (1999), Angew Chem Int Ed.Engl., 38, p.1788 12 Gaffet E., Bernard F., Niepce J., Charlot F and Gras C (1999), “ Some recent developments in mechanical activation and mechanosynthesis” , J.Mater.Chem., 9, pp 305-314 13 Gangopadhyay S., Hadjipanayis G.C (1992), “ Magnetic properties of ultrafine iron particles” , Phys.Rev.B, Vol.45, 17, pp 9778-9787 Footer Page 11 of 27 Header Page 12 of 27 14 Garcia-O J., Porto M., Rivas J and Bunde A.,” Influence of the cubic anisotropy constants on the hysteresis loops of single-domain particles: A Monte Carlo study” , (1999), J Appl.Phys., 85, p 2287 15 Gavrilov D., Vinogradov O., Shaw W J D “ Collision Detection Algorithms in Simulation of Granular Materials “ , (1995), Proc Inter Conf.on Composite Materials, ICCM-10, vol III., p 11 16 Hellstern E., Fecht H.J., Garland C., Johnson W.L (1989), “ Multicomponent ultrafine microstructures” , Mater.Res.Soc, vol 132, pp 137-42 17 Kaliaguine S., Neste V A., Szabo V., Gallot J E., Bassir M., Muzychuk R (2001), “ Perovskite-type oxides synthesized by reative grinding” , App.Cat A, General 209, pp 345-358 18 Kerr I (1993), Metal Powder Rep, 48, pp.36-8 19 Kirchnerova J., Alifanti M., Delmon B.(2002), “ Evidence of phase cooperation in the LaCoO3-CeO2-Co3O4 catalytic system in relation to activity in methane combustion” , App Cat A, 231, pp 65-80 20 Koch C C (1997), „ Nanostructured Mater’ , pp 913-22 21 Kodama R and Berkowitz A E., “ Surface Spin Disorder in NiFe2O4 Nanoparticles” , (1996), Phys Rev Lett., 77, pp 394– 22 Li S., Wang K., Sun L., Wang Z (1992), Scripta Metall Mater, pp 2743742 23 Néel L (1959), J de Physique et le Radium, 20, pp 215– 21 24 Phuc N X., Đ H Manh, L T C Tuong, T Đ Thanh, V Vong, L T Hung, T T M Nguyet and L V Hong (2004), “ Perovskite nanoparticles: synthesis by reactive mechanical milling and characterization” , Proc 2ndIWONN’ 04, Hanoi, Vietnam, October 22-23, pp 249-252 25 Phuc N X., Ha M Nguyen, D H Manh, L T Hung, L T C Tuong, L V Hong, Yeong-Der Yao (2006), “ Perovskite nanoparticles: fabrication by reactive milling and magnetic characteristics” , J.Mag.Mag.Mat, 304, pp 133-137 26 Roy S., Dubenko I., Edorh D., Alib N (2004), “ Size induced variations in structural and magnetic properties of double exchange La0.8Sr0.2MnO3- nano-ferromagnet, J.Appl.Phys., 89, pp 1202-1208 27 Ryan D and Tun Z., “ Thermal Demagnetisation of a Field-Cooled SpinGlass” , (2002), J Appl Phys., 91, p 8266 28 Shingu P.H., Huang B., Nishitani S.R., Nasu S (1988), Suppl Trans Japan Inst Metals, 29, pp 3-10 29 Stoner E C and Wohlfarth E P., “ A mechanism of magnetic hysteresis in heterogeneous alloys” , (1948), Trans Roy Soc London, A, 240, p 599 30 Street R and Woolley J C., “ A Study of Magnetic Viscosity” , (1949) Proc Roy Soc A., 62, p 562– 72 Footer Page 12 of 27 Header Page 13 of 27 31 Suryanarayana C (1998), “ Technologies and applications in powder metal” ,ASM handbook of OH:ASM International 7, pp 80-90 32 Suryanarayana C., Norton M.G., (1998), “ X-ray difraction: a practical approach” , NY Plenum, New York 33 Suryanaryana C (2001), “ Mechanical alloying and milling” , Progress in Materials Science, 46, pp 1-184 34 Thompson J.R., Politis C., “ Formation of amorphous ti-pd alloys by mechanical alloying methods.” , (1987), Europhys Lett, 3, pp 199-205 35 Tracy J B., Weiss D N., Dinega D P and Bawendi M G., “ Exchange biasing and magnetic properties of partially and fully oxidized colloidal cobalt nanoparticle” , (2005), Phys Rev B, 72, p 064404 36 Victora R H., “ Predicted time dependence of the switching field for magnetic materials” , (1989), Phys Rev Lett, 63, pp 457– 60 37 Volpe L and Boudart M., “ Topotactic preparation of powders with high specific surface area.” , (1985), J.Sol.St.Chem.,59, p 332 38 Weller D., Moser A., Folks L., Best M E., Lee W., Toney M F., Schwickert M., Thiele J-U and Doerner M F (2000), IEEE Trans Magn., 36, pp.10– 15 39 Xiong.G, Zhi Z.L., Yang X.J., Lu L., Wang X., “ Synthesis and microstructural control of nanocrystalline titania powders via a stearic acid method” , (1997), J Mat.Sci.Lett., 16 , p 1064 40 Zhang J., Boyd C and Luo W., “ Two mechanisms and a scaling relation for dynamics in ferrofluids” , (1996), Phys Rev Lett, 77, p 390 Footer Page 13 of 27  ...Header Page of 27 hạt đƣợc nghiên cứu sơ ảnh hiển vi điện tử quét phân giải cao thực thiết bị có Viện Khoa học Vật liệu Các nghiên cứu sâu hình thái kích thƣớc số mẫu đƣợc thực hệ kính hiển... giải cao Viện Vật lý thuộc Trƣờng Đại học Kỹ thuật Tổng hợp Chemnitz (Cộng hòa Liên bang Đức) Các phép xác định hoạt tính xúc tác, diện tích bề mặt riêng vật liệu đƣợc thực Viện Khoa học Vật liệu. .. Chân, N Q Trung, L.H.Đă ng (2007), “ Nghiên cứu công nghệ chế tạ o hoạ t tính củ a vậ t liệ u xúc tác perovskite La1xSrxCoO3 có kích thước nanomet bằ ng phương pháp Sol-Gel Citric” , Đã đ ợ c phả