A. Giới thiệu về perovskit
3.2. Một số đặc trưng cấu trúc của vật liệu YFeO3 theo phương pháp đồng kết tủa
kết tủa
Không chỉ dừng lại ở việc tổng hợp YFeO3 bằng phương pháp sol – gel, tác giả đã tổng hợp vật liệu nano YFeO3 theo phương pháp đồng kết tủa với tác nhân kết tủa là dung dịch NH3.
Dựa vào giản đồ phân tích nhiệt khối lượng của mẫu bột điều chế theo phương pháp sol – gel cùng với các tài liệu tham khảo chúng tôi chọn nhiệt độ nung mẫu là 750o
C (t = 1h 30 phút). Thật vậy, kết quả 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 là NH3 đã thể hiện sự kết tinh hoàn thiện ở 750oC, các peak hình thành tương đối trùng khít với peak chuẩn. Sự pha tạp của các chất khác không thấy xuất hiện. So sánh kết quả này với kết quả của phương pháp sol-gel thì mẫu bột điều chế theo phương pháp này đã đạt được sự tinh khiết về sự tồn tại của đơn pha YFeO3.
Hình 23. Giản đồ XRD của mẫu bột điều chế theo phương pháp đồng kết tủa
đã ghép với peak chuẩn sau khi nung ở 750°C trong 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), các hạt có dạng đồng đều hình cầu tròn, phân cạnh. Hình thái và kích thước của mẫu bột nung ở 750oC đã được hoàn thiện theo ý nghĩa hạt nano.
Tuy nhiên có một vài vị trí bắt đầu sự kết dính, nguyên nhân là do các hạt có xu hướng kết khối lại do năng lượng bề mặt lớn.
Từ cơ sở suy luận trên mẫu bột được nung ở 850oC và 950oC, rõ ràng, kích thước và hình dạng đã tăng lên đáng kể, vượt mức gấp đôi so với mẫu bột được nung ở 750oC (42 – 88 nm). Bên cạnh đó hình dạng cũng không đồng đều, hạt to nhỏ khác nhau, các hạt sếp lại gần nhau hơn (hình 25).
Điều này có thể được giải thích là do nhiệt độ nung quá cao, thời gian ổn định nhiệt độ (lên 950o
C và làm nguội) lâu hơn, do đó làm cho các hạt tự kết khối lại với nhau, các hạt này xen kẽ với các lỗ trống của các hạt khác làm cho hình dạng chặt khít hơn kèm theo là sự tăng lên một cách đáng kể về kích thước.
Tóm lại quá trình hình thành vật liệu YFeO3 từ các tiền chất trong cả hai phương pháp có thể được miêu tả thông qua các giai đoạn sau:
Giai đoạn 1: là quá trình kết tủa các hidroxit Fe(OH)3 và Y(OH)3 bằng tác nhân kết tủa là dung dịch nước amoniac:
Fe(NO3)3 + 3NH4OH → Fe(OH)3 + 3NH4NO3
Hình 24. Ảnh SEM của mẫu bột sau
khi nung ở 750°C trong 1h 30 phút
Hình 25. Ảnh SEM của mẫu bột
Giai đoạn 2: là quá trình phân huỷ các hidroxit Fe(OH)3 và Y(OH)3 khi nung mẫu ở nhiệt độ cao:
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O Y(OH)3 → Y2O3 + 3H2O
Giai đoạn 3: là quá trình kết hợp giữa hai oxit sắt (III) và ytri tạo thành ferrit:
0
750 2
2 3 2 3 C 3
Fe O +Y O → YFeO