Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát các đặc trưng của vật liệu nano spinen ni1 xcoxfe2o4 bằng phương pháp đồng kết tủa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Tiến Đạt NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU NANO SPINEN Ni1-xCoxFe2O4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Tiến Đạt NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU NANO SPINEN Ni1-xCoxFe2O4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA Chun ngành : Hóa vơ Mã số : 60 44 01 13 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN ANH TIẾN Thành phố Hồ Chí Minh – 2016 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi hướng dẫn TS Nguyễn Anh Tiến Các số liệu kết luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả Nguyễn Tiến Đạt LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Anh Tiến hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy, Khoa Hóa Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh giúp đỡ q trình học tập thực luận văn tốt nghiệp Trong trình nghiên cứu hồn thành đề tài luận văn, tơi nhận giúp đỡ nhiệt tình chun viên phịng thí nghiệm Hóa vơ cơ, Phịng thí nghiệm Hóa lý - Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh, khoa Khoa học Vật liệu - Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh Xin chân thành cảm ơn! Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới tất bạn bè người thân gia đình ln quan tâm, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Tác giả Nguyễn Tiến Đạt MỤC LỤC Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục Danh mục chữ viết tắt ký hiệu Danh mục bảng Danh mục hình MỞ ĐẦU 1  Chương TỔNG QUAN 5  1.1 Giới thiệu công nghệ nano vật liệu nano 5  1.1.1 Một số khái niệm 5  1.1.2 Ứng dụng công nghệ nano 7  1.2 Cấu trúc tinh thể tính chất ferit spinen 10  1.2.1 Cấu trúc tinh thể 10  1.2.2 Tính chất từ điện ferit spinen 15  1.2.3 Sự ảnh hưởng kích thước hạt tới lực kháng từ 17  1.3 Các đặc trưng vật liệu từ 19  1.3.1 Chu trình từ trễ đường cong từ trễ 19  1.3.2 Các đặc trưng vật liệu từ cứng 19  1.3.3 Các đặc trưng vật liệu từ mềm 21  1.4 Các nghiên cứu ferit spinen NiFe2O4 CoFe2O4 kích thước nanomet 22  1.5 Các nghiên cứu ảnh hưởng nguyên tố pha tạp lên cấu trúc tính chất vật liệu sở ferit niken ferit coban 28  1.6 Các ứng dụng ferit spinen kích thước nanomet 29  Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU NANO OXIT 33  2.1 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano ferit 33  2.1.1 Phương pháp gốm truyền thống 33 2.1.2 Phương pháp sol - gel 34 2.1.3 Phương pháp đồng tạo phức 36 2.1.4 Phương pháp đồng kết tủa 36 2.2 Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu nano spinen Ni1-xCoxFe2O4 38  2.2.1 Phương pháp phân tích nhiệt 38 2.2.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 40 2.2.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 42 2.2.4 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 44 2.2.5 Phương pháp phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 45 2.2.6 Phương pháp đo đường cong từ trễ 46 Chương THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 48  3.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị 48  3.1.1 Hóa chất 48 3.1.2 Dụng cụ thiết bị 48 3.2 Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano Ni1-xCoxFe2O4 (x = 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1) 48  3.3 Kết tổng hợp vật liệu nano NiFe2O4 50  3.3.1 Kết phân tích nhiệt 50 3.3.2 Kết nhiễu xạ tia X 52 3.3.3 Kết phân tích SEM, TEM 55 3.4 Kết tổng hợp vật liệu nano CoFe2O4 56  3.4.1 Kết phân tích nhiệt 56 3.4.2 Kết nhiễu xạ tia X 57 3.4.3 Kết phân tích TEM 60 3.5 Kết tổng hợp vật liệu nano Ni1-xCoxFe2O4 (x=0,2; 0,4; 0,6; 0,8) 60  3.5.1 Kết phân tích nhiệt 60 3.5.2 Kết nhiễu xạ tia X 61 3.5.3 Kết phân tích EDX 71 3.5.4 Kết phân tích TEM 72 3.6 Kết phân tích VSM 73  3.6.1 Lực kháng từ 74 3.6.2 Độ từ bão hòa Ms độ từ dư Mr 77 3.6.3 Các đặc trưng từ tính vật liệu Ni1-xCoxFe2O4 (x=0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1) 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82  TÀI LIỆU THAM KHẢO 85  PHỤ LỤC  DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU DTA : Phân tích nhiệt vi sai EDX : Phổ tán sắc lượng tia X MeFe2O4 : Cơng thức chung ferit spinen SEM : Kính hiển vi điện tử quét TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua TGA : Phân tích nhiệt vi trọng lượng VSM : Từ kế mẫu rung XRD : Nhiễu xạ tia X a : Hằng số mạng tinh thể d : Khoảng cách hai mặt phẳng tinh thể dXRD : Kích thước tinh thể xác định từ nhiễu xạ tia X Hc : Lực kháng từ Mr : Độ từ dư Ms : Độ từ bão hòa λ : Bước sóng β : Độ bán rộng phổ nhiễu xạ tia X 2θ : Góc nhiễu xạ tia X A : Phân mạng bốn mặt B : Phân mạng tám mặt RA : Bán kính lỗ trống phân mạng A RB : Bán kính lỗ trống phân mạng B RO : Bán kính oxy µ : Tham số oxy DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bán kính ion bán kính lỗ trống số ferit spinen điển Bảng 1.2 Bảng 1.3 hình 13 Hằng số mạng (a) tham số oxy (u) số ferit spinen 14 Phân bố ion kim loại ô mạng sở ferit spinen Bảng 1.4 Bảng 3.1 MeO.Fe2O3 15 Một số tính chất ferit đơn giản 17 Thành phần tiền chất tổng hợp vật liệu nano Ni1-xCoxFe2O4 49 Bảng 3.2 Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.5 Bảng 3.6 Bảng 3.7 Thông số cấu trúc tinh thể NiFe2O4 nano nung nhiệt độ khác 54 Thông số cấu trúc tinh thể CoFe2O4 nano nung nhiệt độ khác 59 Một số thông số phổ XRD mẫu sau nung 700oC 65 Các thông số cấu trúc tinh thể mẫu Ni1-xCoxFe2O4 nung 800oC giờ, tính theo mặt mạng (311) 67 Một số thông số phổ XRD mẫu sau nung 1000oC 67 Một số thông số phổ XRD mẫu (x = 0,4) nung nhiệt độ khác 71 Bảng 3.8 Thành phần mẫu Ni0,2Co0,8Fe2O4 nung 1000oC 71 Bảng 3.9 Thơng số từ tính mẫu vật liệu Ni1-xCoxFe2O4 nung nhiệt độ khác 73 Bảng 3.10 Lực kháng từ mẫu nung nhiệt độ khác 76 Bảng 3.11 Giá trị lực kháng từ Hc phụ thuộc nồng độ pha tạp (các mẫu Bảng 3.12 Bảng 3.13 Bảng 3.14 Bảng 3.15 nung 1000oC, giờ) 76 Giá trị độ bão hòa từ Ms 77 Giá trị độ từ dư Mr 78 Kích thước thơng số từ vật liệu nano NiFe2O4 79 Giá trị thông số từ mẫu CoFe2O4 nung 700oC, 800oC 1000oC 80 Bảng 3.16 Các thông số từ vật liệu NiFe2O4 CoFe2O4 nung 700oC 80 DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể ferit spinen 11 Vị trí ion kim loại (hình trịn nhỏ) phân mạng B Hình 1.3 cấu trúc spinen 12 Ion oxi cấu trúc spinen (hình trịn trắng nhỏ) Hình trịn nhỏ gạch chéo ion kim loại phân mạng B Hình trịn nhỏ Hình 1.4 Hình 1.5 màu đen ion kim loại phân mạng A 12 Sự xếp spin ferit spinen đảo 16 Momen từ bão hòa đơn vị công thức ferit spinen hàm số điện tử 3d ion Me2+ Đường liền nét kết lí thuyết, điểm (X) kết thực nghiệm Các mũi tên phân bố spin ion Me2+ 16 Hình 1.6 Hình 1.7 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào đường kính hạt nano từ 18 Đường cong từ trễ đặc trưng vật liệu từ cứng 20 Hình 1.8 Đồ thị ZFC-FC (trái) đường cong từ hóa hạt nano NiFe2O4 chế tạo phương pháp thủy nhiệt (a) kích thước hạt 6nm, (b) kích thước hạt nm 24 Hình 1.9 Đường cong từ hóa đo 250 K thể tính chất siêu thuận từ hạt nano NiFe2O4 24 Hình 1.10 Nhiệt độ khóa (TB) lực kháng từ (HC) phụ thuộc vào kích thước hạt mẫu nano NiFe2O4 Hc đạt giá trị lớn kích thước D = 11nm 25 Hình 1.11 Sự phụ thuộc lực kháng từ momen từ bão hịa vào nhiệt Hình 1.12 Hình 1.13 Hình 1.14 Hình 1.15 độ nung 28 Sự phụ thuộc số mạng vào hàm lượng Zn2+ 29 Ứng dụng chất lỏng từ loa điện động 30 Chất lỏng từ làm kín ổ trục quay bơm chân khơng turbo 30 Sơ đồ phân tách tế bào hạt nano từ 31 Hình 1.16 Cơ chế truyền dẫn thuốc ADN đến tế bào 31 Hình 1.17 Nguyên lí gia nhiệt điều trị khối u 32 Hình 1.18 Tăng chất lượng ảnh chụp máy cộng hưởng từ 32 P15 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,8Co0,2Fe2O4 - nung 700oC P16 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,8Co0,2Fe2O4 - nung 800oC P17 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,8Co0,2Fe2O4 - nung 1000oC P18 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,6Co0,4Fe2O4 - nung 700oC P19 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,6Co0,4Fe2O4 - nung 800oC P20 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,6Co0,4Fe2O4 - nung 1000oC P21 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,4Co0,6Fe2O4 - nung 700oC P22 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,4Co0,6Fe2O4 - nung 800oC P23 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,4Co0,6Fe2O4 - nung 1000oC P24 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,2Co0,8Fe2O4 - nung 700oC P25 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,2Co0,8Fe2O4 - nung 800oC P26 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp Ni0,2Co0,8Fe2O4 - nung 1000oC P27 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp CoFe2O4 - nung 700oC P28 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp CoFe2O4 - nung 800oC P29 Đường cong từ trễ mẫu tổng hợp CoFe2O4 - nung 1000oC ... Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU NANO OXIT 2.1 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano ferit 2.1.1 Phương pháp gốm truyền thống Kĩ thuật tổng hợp ferit phương. .. hợp thức cần thiết tổng hợp theo phương pháp 2.1.4 Phương pháp đồng kết tủa Phương pháp đồng kết tủa phương pháp sử dụng phổ biến để tổng hợp vật liệu nói chung tổng hợp vật liệu kích thước nanomet... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Tiến Đạt NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VÀ KHẢO SÁT CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU NANO SPINEN Ni1- xCoxFe2O4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA Chun