M ỤC LỤC
3.3.2. Phương pháp 2
Dựa vào giản đồ XRD (hình 27) ta thấy ở nhiệt độ 750°C đã có sự hình thành các peak tương ứng với thành phần pha LaFeO3, tuy nhiên các pha tạp chất còn tương đối nhiều.
Hình 27. Giản đồ XRD đã ghép với peak chuẩn của mẫu bột điều chế theo phương pháp 2, sau khi nung ở 750oC trong 3h.
Kết quả SEM (hình 28) cho thấy các hạt tạo thành có cấu trúc dạng vảy cá rất lạ với độ mỏng của nó chỉ khoảng 10 – 20 nm, trong khi độ rộng của hạt có thể lên đến 100 nm hoặc hơn.
Hình 28.Ảnh SEM của mẫu bột điều chế theo phương pháp 2, sau khi nung ở 750°C trong 3h.
Trên giản đồ XRD của mẫu bột điều chế theo phương pháp 2, sau khi nung ở 850°C (t = 3h), chỉ thiết lập được một pha tinh thể duy nhất tương ứng với LaFeO3. Các peak thu được hầu như trùng khít với peak chuẩn (hình 29).
Hình 29. Giản đồ XRD đã ghép với peak chuẩn của mẫu bột điều chế theo phương pháp 2, sau khi nung ở 850oC trong 3h
Kết quả phân tích SEM và TEM (hình 30) cho thấy, bột thu được sau khi nung ở 850°C hầu như đồng nhất theo kích thước và hình dạng. Các hạt có kích thước nằm trong khoảng từ 20 – 50 nm có cấu trúc hình cầu, hình cầu phân cạnh yếu.
a)
Hình 30. Ảnh SEM và TEM của mẫu bột điều chế theo phương pháp 2 sau khi nung ở 850°C trong 3h
Tăng nhiệt độ nhưng giữ nguyên thời gian nung thì đo được kết quả SEM hình 31 các hạt có kích thước nhỏ có độ đồng đều, các hạt rời rạc kích thước đả rất nhỏ.
Hình 31. Ảnh SEM của mẫu bột điều chế theo phương pháp 2 sau khi nung ở 950°C trong 3h
Hình 32 là ảnh chụp kết quả SEM của phương pháp 2 khi ta nung ở 9500C và trong 1h thì ta thấy các hạt đã tách rời nhau có kích thước hạt từ 20 – 50nm các hạt có hình tròn và tương đối đồng đều.
Hình 32. Ảnh SEM của mẫu bột điều chế theo phương pháp 2 sau khi nung ở 950°C trong 1h
Khi này ta sẽ khảo sát thêm yếu tố nhiệt độ để kết quả đánh được tốt hơn khi tăng nhiệt độ lên 10000C thì ta có ảnh SEM của mẫu hình 33 ta có các hạt kết khối dù kích thước nhỏ và khá đồng đều.
Hình 33. Ảnh SEM của mẫu bột điều chế theo phương pháp 2 sau khi nung ở 1000°C trong 1h
Như vậy thời gian nung trong 1h là chưa đủ để các hạt tách nhau ra nên ta sẽ khảo sát ở cùng nhiệt độ này nhưng trong thời gian là 3h.
Khi nung ở 3h ta có ảnh XRD (hình 34) trùng lắp với các peak chuẩn, cường độ trung bình chỉ có 1 pha duy nhất không còn các peak tạp chất bên cạnh đó cường độ các peak cũng đã cao hơn.
Hình 34. Giản đồ XRD đã ghép với peak chuẩn của mẫu bột điều chế theo phương pháp 2, sau khi nung ở 1000o
C trong 3h
Trên hình 35 là kết quả thu được khi nghiên cứu SEM và TEM các mẫu bột LaFeO3 điều chế theo phương pháp 2 kể trên sau khi nung ở nhiệt độ 1000°C, thời gian nung 3h. Có kích thước không vượt quá 20 nm, các hạt LaFeO3 tạo thành có dạng hình cầu đồng nhất, hình cầu hoặc hình bầu dục với sự phân cạnh yếu, ngoài ra một số hạt còn tạo thành thể liên tinh.
Hình 35. Ảnh SEM và TEM của mẫu bột điều chế theo phương pháp 2, sau khi nung ở 1000°C trong 3h
Kết quả nghiên cứu từ tính của mẫu bột LaFeO3 điều chế bằng hai phương pháp trên sau khi nung ở 1000oC trong 3h được thể hiện ở hình 36, 37 và bảng 2.
Dựa vào hình 36, 37 và bảng 2 ta thấy vật liệu nano LaFeO3 điều chế bằng hai phương pháp (đồng kết tủa sử dụng axit oleic làm chất phân tán bề mặt và phương pháp sol – gel) có các đặc trưng từ tính như độ từ dư, độ từ hóa bão hòa, lực kháng từ tích năng lượng từ cực đại hầu như giống nhau. Trong đó độ từ dư tương đối nhỏ (≤ 1 emu/g).
Kết hợp việc quan sát hình dạng đường cong này so với đường cong của các kết quả mà tác giả đã tham khảo thì vật liệu trên có tính chất thuận từ và là vật liệu từ mềm. Thông số biểu hiện đặc trưng cho nhận định trên nhất là Hc = 27 và 28 (Oe).Thông qua việc nhận xét đường cong từ trễ trên, thì ta có thể kết luận được vật liệu trên có tính tính đối xứng tinh thể tương đối cao.
Như đã tìm hiểu ban đầu, LaFeO3 được ứng dụng trong thực tiễn là sử dụng trong bộ cảm biến và các thiết bị truyền thông , nó có nhiệm vụ chuyển đổi quay và từ trường, ở đó những tinh thể hoạt động như cảm ứng điện.Giống như kết quả tìm hiểu ban đầu, thì có tính siêu thuận từ. Do có tính siêu thuận từ mạnh như vậy nên vật liệu này sẽ được ứng dụng trong các hạt nano từ tính, làm tăng tính truyền dẫn trong các hệ dẫn lực, dẫn từ,… Như vậy, đã tổng hợp được có kích thước hạt nano và có thể mang lại nhiều ứng dụng trong thực tế.
Đồng kết tủa các cation kim loại La3+ và Fe3+ bằng hai phương pháp đã điều chế được các tinh thể nano LaFeO3 với kích thước trung bình nhỏ hơn 100 nm. Điều chế LaFeO3 bằng phương pháp 2 giảm được kích thước đáng kể so với phương pháp 1. Độ từ hóa của LaFeO3 điều chế phương pháp 2 lớn hơn so với độ từ hóa của LaFeO3 điều chế bằng 1 do có kích thước lớn và sự đa dạng về hình thái các tinh thể tạo thành.
Thí nghiệm TN 1 TN2
Bảng 2.Thông số phân tích từ tính của mẫu bột LaFeO3 điều chế theo hai phương pháp
Hình 36. Đồ thị đường cong biểu diễn sự độ từ hóa của LaFeO3 điều chế theo hai phương pháp khác nhau sau khi nung ở 1000°C trong vòng 3h
0 0.5 1 1.5 2 0 2000 4000 6000 8000 1 104 TN1 TN2 M (e mu /g ) H (Oe)
Độ từ hóa bão hòa ( emu/ g) 1.7 1.81
Lực kháng từ (Hc) (Oe) 27 28
Hình 37.Đồ thị đường cong từ trễ của LaFeO3 điều chế theo hai phương pháp khác nhau sau khi nung ở 1000°C trong vòng 3h
-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2 -1 104 -5000 0 5000 1 104 TN1 (emu/g) TN2 (emu/g) M (e mu /g ) H (Oe)
Tiến hành đo diện tích bề mặt bằng phương pháp BET cho thấy cả hai mẫu bột đều có diện tích bề mặt khá lớn, khoảng 25,00 m2/g. Kết quả đo diện tích bề mặt ( BET ) của mẫu 1 khoảng 17 m2/g ; mẫu 2 khoảng 27 m2
/g . BET trên hệ đo Micromeritics – AutoChem II 2920.
Hình 38. Kết quả đo diện tích bề mặt (BET) của LaFeO3 được điều chế theo phương pháp 2 sau khi nung ở 850°C trong thời gian 3h
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trên cơ sở nội dung và kết quả thu được của đề tài, ta có các kết luận sau:
Tổng quan về vật liệu nano, phân loại vật liệu nano dựa vào các dấu hiệu khác nhau như số chiều, kích thước, hình dạng, lĩnh vực ứng dụng,...
Tìm hiểu về cấu trúc, phương pháp điều chế vật liệu perovskite dạng ABO3 và các lĩnh vực ứng dụng chúng;
Tổng quan về oxit, hydroxit của sắt, lantan;
Tóm tắt các phương pháp nghiên cứu được sử dụng trong đề tài (XRD, SEM, TGA);
Đã tổng hợp được vật liệu nano LaFeO3 theo phương pháp đồng kết tủa bằng axit oleic và phương pháp sol – gel sử dụng axit citric với kích thước hạt cấu trúc ≤50 nm;
Nghiên cứu khảo sát các điều kiện nhiệt đô, thời gian tối ưu để điều chế bột nano LaFeO3;
Bước đầu đã nghiên cứu được từ tính của vật liệu LaFeO3 và diện tích bề mặt, để từ đó có thể ứng dụng chúng trong thực tiễn.
Do lần đầu tiên làm quen với việc nghiên cứu khoa học nên em chưa thể nghiên cứu sâu hơn về đề tài này, nếu có cơ hội được tiếp tục thì em sẽ phát triển đề tài theo hướng:
Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất có hoạt tính bề mặt khác (như etylenglycol, glycerin,...) lên quá trình hình thành các tinh thể nano LaFeO3;
Nghiên cứu tìm ra các tác nhân tạo phức khác trong phương pháp 2 ( như acid tartic và một số loại amin,...) cùng với ảnh hưởng của pH cũng như nồng độ của cấu tử so với nồng độ ion trung tâm;
Nghiên cứu tổng hợp bột nano của LaMnO3, LaCoO3, LaNiO3,...
Nghiên cứu tổng hợp và khảo sát tính chất từ của hệ vật liệu khi có dạng La1- xBxFeO3.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
[1] Trịnh Văn Biều (2009), Phương pháp thực hiện đề tài nghiên cứu khoa học, ĐHSP TP.HCM.
[2] Nguyễn Hoàng Hải (2007), “Các hạt nano kim loại”, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
[3] Trịnh Hân, Ngụy Tuyết Nhung (2006), Cơ sở hóa học tinh thể, NXB Đại học quốc gia Hà Nội.
[4] Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa Học Nano, Hà Nội.
[5] Hoàng Nhâm (2000), Hóa học vô cơ tập ba, NXB Giáo Dục.
[6] TS.Phan Thị Hoàng Oanh, Chuyên đề Phân tích cấu trúc vật liệu vô cơ, Trường Đại học Sư Phạm TPHCM
[7] Nguyễn Đình Phổ (2006), Hóa học chất rắn và ứng dụng, NXB ĐHQG TP.HCM. [8] Phạm Văn Roãn, Đặng Thế Ngôn (2008), Hóa học các nguyên tố đất hiếm và phóng xạ, NXB ĐHSP TP.HCM.
[9] Phan Văn Tường (2007), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, NXB Đại học quốc gia Hà Nội.
[10] Trương Văn Tấn (2010), Khoa học và công nghệ nano, NXB Tri Thức.
[11] S.Ghosh, S. Dasgupta (2010), Synthesis, characterization and properties of nanocystallline perovskite cathode materials, Materials Science-Poland, Vol 28, No.2. [12] Shen Hai, Xu Jiayue, Wu Anhua (2009), Preparation and characterization of perovskite REFeO3 nanocrystalline powders, Journal of Rare Earths.
[13] Sang-Cheol Han, Sujandi (2005), Fuctionalization of SBA-16 mesoporous metarials with Cobalt(III) cage amine complex, Korean Chem, Vol.26, 1381-1385. [14] Benedict Ita, P Murugavel, V Ponndambalam (2003), Magnetic properties of Lanthanum orthoferrite fine powders prepared by different chemical routes, Indian Academy of Sciences, Vol 115, Nos 5&6, 519-524.
[15] Alison Jones, M. Saiful Islam (2008), Atomic-scale insight into LaFeO3 perovskite: defect nanoclusters and ion migration, University of Bath, United Kingdom.
[16] S.M Khetre, H.V Jadhav, S.R Bamane (2010), Synsthesis and characterization of nanocrystalline LaFeO3 by combustion route, Rasayan J.Chem, Vol.3, No.1, 82-86. [17] Te-Wan Kim, Ryong Ryoo, Kamil P.Gierszal, Mietek Jaroniee, Leonid A.Solovyov (2005), Characterization of mesoporous carbons synthesized with SBA-16 silica template, Journal of Materials Chemistry, No.15, 1560-1571.
[18] Bernard Moody (1991), Coparative inorganic chemistry 3rd edition, Chapman Hall Inc
[19] Joh R. Reitz (1994), Foundations of electromagnetic theory 4th edition, Addison Wesley Publishing.
[20] Eric M.Rivera-Munoz, Rafael Huirache-Acuna (2010), Sol-gel drived SBA-16 msoporous material, International Journal of Molecular Sciences, No.11, 3069-3086.
[21] M. G. Rosmaninho1, J. C. Tristão1, F. C. C. Moura1, R. M. Lago1, M. H. Araújo1 and J. L. G. Fierro2 Analytical and Bioanalytical Chemistry (2009) Structural and surface analysis of unsupported and alumina-supported La(Mn,Fe,Mo)O3perovskite oxides.
[22] M.Sivakumar, A.Gedanken, W.Zhong, Y.H.Jiang, Y.W.Du, I.Brukental, D.Bhattacharya, Y.Yeshurun and I.Nowik (2003), Sonochemical synthesis of nanocrystalline LaFeO3, Journal of Materials Chemistry, No.14, 764-769.
[23] Quing Xu (2008), Citrate method synthesis, characterization and mixed electronic-ionic conducion properties of La0.6Sr0.8CoFeO3 perovskite-type complex oxides, University of Technology, China.