CHƯƠNG 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1. Chế tạo màng sắt điện bằng phương pháp quay phủ sol-gel
2.1.1. Quy trình chế tạo màng bằng phương pháp quay phủ sol-gel
Phương pháp quay phủ sol-gel là quy trình tổng hợp vật liệu dạng oxit từ các hệ keo phân tán. Các bước cơ bản của quy trình quay phủ sol-gel điển hình được trình bày trên hình 2.1.
Nguyên liệu chế tạo sol thường dùng là muối và alkoxide của các kim loại. So với nguồn nguyên liệu ban đầu là muối thì việc dùng alkoxide đắt tiền hơn nhưng lại cho độ sạch cao hơn. Các alkoxide kim loại là hợp chất có công thức hoá học dạng M(OR)n. Giai đoạn chuẩn bị sol được thực hiện bằng cách hoà tan nguồn alkoxide trong dung môi thích hợp. Quá trình hình thành các hạt sol khi đó cũng như cấu trúc và đặc tính của chúng do hai phản ứng sau quyết định [42]:
Phản ứng thuỷ phân:
M(OR)n + H2O → M(OR)n-1(OH) + ROH (2.1) Phản ứng ngưng tụ hình thành liên kết M-O-M:
2M(OR)n-1(OH) → M2O(OR)2n-2 + H2O (2.2) Hay
M(OR)n + M(OR)n-1(OH) → M2O(OR)2n-2 + ROH (2.3) Thông thường các alkoxide kim loại phản ứng rất mãnh liệt với nước, các kết tủa nhanh chóng hình thành và tách ra khỏi dung dịch. Để đảm bảo cho các phản ứng ngưng tụ mong muốn xảy ra thì vấn đề kiểm soát được tốc độ thuỷ phân phải được giải quyết. Có hai phương pháp điều khiển tốc độ thuỷ phân dùng trong thực tế như là:
Thế gốc alkoxy: Cho alkoxide phản ứng với dung môi thích hợp có thể thế hoàn toàn gốc alkoxy nhậy cảm với nước bằng gốc ít nhậy cảm hơn.
M(OR)n + nR’OH → M(OR’)n + nROH (2.4) Các dung môi hay dùng trong phương pháp này là 2-methoxyethanol.
Biến tính alkoxide: Cho thêm các chất như axit acetic, acetylacetone có thể thay thế một phần gốc alkoxy bằng các gốc mà sản phẩm tạo ra sẽ ổn định và ít nhậy cảm với nước hơn.
M(OR)n + xCH3COOH → M(OR)n-x(OOCCH3)x + xROH (2.5) Quá trình Gel hoá được thúc đẩy bằng các tác nhân như là nhiệt độ để bay hơi bớt lượng dung môi, các hạt sol khi đó sẽ liên kết với nhau để tạo ra khung rắn ba chiều chiếm toàn bộ thể tích dung dịch. Quá trình làm khô làm bay hơi hết dung môi cũng như đốt cháy các hợp chất hữu cơ còn sót lại. Vật liệu sau giai đoạn này còn ở dạng vô định hình, để có vật liệu kết tinh cần phải có giai đoạn ủ nhiệt ở nhiệt độ thích hợp.