2.1.2. Phƣơng pháp đồng kết tủa
Cơ sở của phương pháp đồng kết tủa: Sự kết tủa đồng thời của chất nền và chất kích hoạt
Ưu điểm: Dùng phương pháp hóa học để tăng mức độ tiếp xúc giữa các chất tham gia phản ứng và hạ nhiệt độ phản ứng. Phương pháp này cho sản phẩm dưới dạng bột mịn hơn sản phẩm thu được theo phương pháp gốm truyền thống.
Ở phương pháp đồng kết tủa, hiện tượng khuếch tán của các chất tham gia phản ứng ở mức độ phân tử .
Quy trình chế tạo:
+ Pha hỗn hợp dung dịch chứa hai muối của chất nền và chất kích hoạt sao cho sản phẩm kết tủa thu được, ứng với tỉ lệ chất nền chất kích hoạt như trong sản phẩm mong muốn.
+ Tạo kết ủa + Lọc kết tủa
+ Sấy khô kết tủa trên ta thu được mẫu dưới dạng bột
+ Tiến hành ủ mẫu ở vài trăm độ để tạo nên cấu trúc hoàn hảo của mạng tinh thể. Trong phương pháp đồng kết tủa có hai vấn đề cần lưu ý:
+ Đảm bảo đúng quy trinh đồng kết tủa nghĩa là đồng thời kết tủa cả hai kim loại đó.
+ Phải đảm bảo trong hỗn hợp pha rắn chứa hai ion kim loại theo đúng tỉ lệ như trong sản phẩm gốm mong muốn: Chúng ta đã biết tích số tan của các chất khác nhau là rất khác nhau. Do đó trong hỗn hợp hai chất kết tủa có thể chứa hai kim loại khơng đúng như hai kim loại đó trong dung dịch chuẩn ban đầu. Vì vậy việc chọn điều kiện để thu được kết tủa có tỉ lệ các cation kim loại theo ý muốn đòi hỏi phải tiến hành thực nghiệm hoặc tính tốn trước:
(1) Phương pháp tính: Từ các phương trình phản ứng khi hệ đạt trạng thái cân bằng ta tính nồng độ của các sản phẩm tạo ra dựa vào giá trị tích số tan K của mỗi phương trình phản ứng trong các tài liệu tham khảo. Từ đó ta xác định tỉ lệ dung dịch ban đầu.
(2) Phương pháp thực nghiệm: Tiến hành phân tích thành phần kết tủa của tất cả các mẫu chế tạo, từ đó đưa ra cơng thức thực nghiệm giữa pha kết tủa (y) phụ thuộc vào tỉ lệ của các cation kim loại trong dung dịch ban đầu (x).
Sự sai khác giữa hai phương pháp này có thể do các nguyên nhân sau:
+ Trong thực nghiệm có tiến hành nhiều cơng đoạn lọc, rửa, sai số của phép tích phân mà ta khơng lưu ý đến.
+ Tính tốn đều dựa vào tích số tan,hằng số điện li… mà tài liệu tham khảo đã cho các số khác nhau.
Sự khuếch tán cũng như độ hịa tan của các chất kích hoạt ZnS phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ chế tạo cũng như bản chất và các dạng muối của chất kích hoạt đó: logC(mol%)= B T T A nc / (2.1)
Trong đó : A, B là hằng số xác định, phụ thuộc hợp chất đưa vào và bộ huỳnh quang.
T, Tnc là nhiệt độ chế tạo mẫu và nhiệt nóng chảy của hợp chất chứa chất kích hoạt .
2.1.3. Phƣơng pháp bọc phủ các chất hoạt hóa bề mặt vật liệu ZnS:Mn
Như đã nói ở trên, các hạt nano có nhiều ưu điểm và tính ứng dụng cao hơn các vật liệu khối cùng loại.Việc giảm kích thước của hạt nano tới kích thước đủ nhỏ sẽ làm tăng tính chất điện, thay đổi tính chất quang, tăng khả năng xúc táccủa chúng do có hiệu ứng giam cầm lượng tử . Đồng thời việc giảm kích thước hạt này cũng làm thay đổi hiệu ứng bề mặt , đây là cũng là nguyên nhân dẫn tới nhiều tính chất
mới lạ so với vật liệu khối.Hiê ̣u ứng bề măt là hiê ̣u ứng liên quan đến các nguyên tử bề mă ̣t của vâ ̣t liê ̣u. Các nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu. Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng khi vật liệu có kích thước nhỏ dẫn đến hiệu ứng bề mặt tăng . Ví dụ, xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano hình cầu . Nếu coi số nguyên tử ở trên bề mặt là n s và tổng số nguyên tử là n thì ta có phương trình liên hệ giữa chúng là ns = 4n2/3
. Từ đó rút ra được tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử sẽ là
f = ns/n = 4n2/3 /n = 4/n1/3 = 4r0/r, vớ i r0 là bán kính của nguyên tử và r là bán kính của hạt nano . Như vậy, khi kích thước của vật liệu giảm tức r giảm thì tỉ số f
tăng lên. Khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các ngun tử bề mặt - hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỉ số f tăng. Khi kích thước của vật liệu
giảm đến nm thì giá trịf này sẽ tăng lên đáng kể . Để có thể giảm kích thước của hạt làm tăng hiệu ứng bề mặt người ta đã nghiên cứu nhiều phương pháp, trong đó có phương pháp sử dụng các chất hoạt hóa bề mặt như là các chất polymer. Chúng ta có thể hình dung các hạt nano được bọc phủ như hình 2.2