hạt nano oxit Cobalt
Việc khảo sát nhiệt độ nung cho thấy, tại nhiệt độ 750 oC trong 3 giờ thu được vật liệu đơn pha Co3O4. Tuy nhiên, thời gian nung kéo dài dẫn tới sự lớn lên của kích thước hạt cỡ 150 nm, và do vậy đỉnh hấp thụ quang của vật liệu không còn xuất hiện đỉnh thứ nhất, đỉnh thứ hai cũng xuất hiện yếu ở bước sóng ngoài vùng nhìn thấy. Trên cơ sở đó, việc nung tại nhiệt độ 750 oC được thực hiện theo các thời gian khác nhau nhằm tối ưu điều kiện công nghệ để thu được Co3O4 đơn pha và kích thước hạt nhỏ. Thời gian thực hiện nung là 0,5 giờ; 1 giờ; 1,5 giờ và 3 giờ, giản đồ XRD trên hình 3.11 xác định phổ nhiễu xạ của các mẫu nung với thời gian tương ứng.
Hình 3.11: Giản đồ XRD của mẫu nung tại nhiệt độ 750 oC trong: a) 0,5 giờ; b) 1 giờ, c) 1,5 giờ và d) 3 giờ.
Giản đồ XRD hình 3.11a cho thấy, với thời gian ủ 0,5 giờ các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng cho pha tinh thể lập phương của Co3O4. Các đỉnh nhiễu xạ có cường độ yếu và độ rộng vạch phổ rộng ứng với hạt Co3O4 hình thành sau 0,5 giờ nung có kích thước nhỏ. Khi kéo dài thời gian ủ lên tới 1 giờ, nhận thấy các đỉnh phổ có cường độ mạnh lên và độ rộng vạch phổ thu hẹp lại (hình 3.11.b). Khi thời gian nung lớn hơn là 1,5 và 3 giờ (hình 3.11c,d) cường độ nhiễu xạ tăng rõ rệt và độ rộng vạch phổ càng thu hẹp. Nhận thấy độ rộng vạch phổ sau nung 1,5 giờ khá giống với khi nung tại 3 giờ, như vậy sau nung 1,5 giờ kích thước hạt đã khá lớn, quan sát ảnh
SEM trên hình 3.12c cho ta thấy trực quan hình ảnh kích thước hạt Co3O4, kết quả này phản ánh đúng phổ nhiễu xạ thu được trên hình 3.11.c.
Hình 3.12: Ảnh SEM của mẫu nung tại nhiệt độ 750 oC trong: a) 0,5 giờ; b) 1 giờ, c) 1,5 giờ và d) 3 giờ.
Ảnh SEM trên hình 3.12a cho thấy các hạt Co3O4 có kích thước vào khoảng 30-50 nm, các hạt có biên hạt chưa rõ ràng, còn dính vào nhau thành từng đám. Khi nâng thời gian nung tới 1 giờ, các hạt lớn lên có kích thước khoảng 50 nm với độ đồng nhất khá cao và các hạt có biên hạt rõ ràng (hình 3.12b).
Kết quả phân tích giản đồ XRD (hình 3.11) và ảnh hình thái học các hạt hình thành khi nung tại 750 oC với thời gian nung khác nhau (hình 3.12) cho phép rút ra kết luận ban đầu rằng thời gian nung tối ưu là 1 giờ.
Các phép đo phổ UV-vis (hình 3.13) và đo từ độ phụ thuộc từ trường (hình 3.14) được thực hiện với tất cả các mẫu nung tại 750 oC với thời gian nung khác nhau, nhằm xác định tính chất và xác nhận thời gian nung tối ưu. Phổ hấp thụ UV- Vis hình 3.13a xuất hiện đỉnh hấp thụ tại bước sóng khoảng 390 nm ứng với kích
d) c)
b) a)
thước hạt của Co3O4 rất nhỏ 20-30 nm, phù hợp với kết quả của Saeed Farhadi và cộng sự [40].
Hình 3.13:Phổ hấp thụ UV- vis của mẫu khi nung tại nhiệt độ T= 750oC: a) t = 0,5 giờ; b) t = 1 giờ; c) t = 1,5 giờ và d) t = 3 giờ
Khi tăng thời gian nung lên 1 giờ đỉnh phổ hấp thụ thứ nhất xuất hiện khá rõ trong khoảng bước sóng 450 - 500 nm (hình 3.13b), đỉnh phổ hấp thụ thứ hai không xuất hiện rõ. Thời gian nung là 1,5 giờ thì đỉnh phổ hấp thụ thứ nhất dịch về phía bước sóng dài hơn trong khoảng bước sóng 520 -540 nm, và đỉnh phổ hấp thụ thứ hai bắt đầu xuất hiện rõ trong vùng 780 -800 nm (hình 3.13c), đỉnh phổ này nằm ngoài vùng ánh sáng nhìn thấy. Như vậy, với thời gian nung tăng - kích thước hạt tăng và hệ quả là đỉnh phổ hấp thụ sẽ dịch về phía bước sóng dài.
Đường M(H) của các mẫu nung theo thời gian tại nhiệt độ 750 oC trên hình 3.14 cho thấy từ độ đo tại từ trường 1000 Oe tăng theo thời gian ủ, tăng từ 0,12 - 0,27 emu/g. Kết quả xác định từ độ này cũng đưa tới nhận xét rằng kích thước hạt tăng sẽ dẫn tới sự tăng từ độ, tiến dần tới giá trị của mẫu khối và các mẫu đều thể hiện đặc trưng từ của vật liệu thuận từ.
Hình 3.14:Đường từ độ M(H) của mẫu khi nung tại nhiệt độ T= 750oC: a) t = 0,5 giờ; b) t = 1 giờ; c) t = 1,5 giờ và d) t = 3 giờ