Chƣơng 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Chế tạo vật liệu nano Fe3O4, Fe3O4 pha tạp nguyên tố Co
3.1.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu Fe3O4, Fe3O4-x%Co từ giản đồ nhiễu xạ tia X
tia X.
Hình 3.1 trình bày các giản đồ nhiễu xạ tia X chụp các mẫu tổng hợp Fe3O4 và Fe3O4 pha tạp nguyên tố Coban ở các tỷ lệ khác nhau
Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp Co với các tỷ lệ khác nhau
nguyên tố coban ở các tỷ lệ khối lƣợng 2,5% đến 10% (hình 3.1); kết quả trên các giản đồ nhiễu xạ thu đƣợc các pic nhiễu xạ trùng với vị trí pic nhiễu xạ của pha Fe3O4, hoặc pha ferit coban, CoFe2O4 (CoxFe3-xO4) [19, 27, 34]. Hằng số mạng tinh thể a của các mẫu đƣợc tính tốn dựa trên phƣơng pháp phân tích Rietveld sử dụng phần mềm FullProf Suite 2009 [7, 32]. Với các mẫu Fe3O4 pha tạp Co, kích thƣớc mạng tinh thể a = 8,388(7), 8,387(7), 8386(3), 8,383(9), và 8,384(2)Å, có xu hƣớng giảm nhẹ tƣơng ứng với sự tăng của hàm lƣợng Co (từ 0 đến 10%).
Trên các giản đồ của các mẫu pha tạp Co còn thấy xuất hiện 1 pic nhiễu xạ tại vị trí góc 2ζ ~ 44,6º, đƣợc xác định đặc trƣng cho pha tinh thể α-Fe [25, 34, 38]. Sự hình thành pha α-Fe trong phản ứng pha tạp Fe3O4 với Co hiện nay vẫn chƣa đƣợc giải thích một cách rõ rệt. Các nghiên cứu [34, 38] đã giải thích khi trong hỗn hợp phản ứng có sự mất cân đối thành phần tỷ lƣợng Fe(II), có thể xảy ra phản ứng:
[Fe(OH)6]4– → Fe + Fe3O4; hoặc
4Fe(OH)4 → Fe + Fe3O4 + 4H2O.
Khi có mặt Co (II) thì có thể xảy ra phản ứng tạo pha CoxFe3-xO4 theo phƣơng trình phản ứng :
[Fe(OH)6]4– + [Co(OH)4]2– → CoxFe3-xO4 + Fe.
Nhƣ vậy, ion Co2+ (r = 0,72Å) đã tham gia thay thế ion Fe2+ (r = 0,72Å) và/hoặc ion Fe3+ trong hốc bát diện của Fe3O4. Kết quả kéo theo sự thay đổi kích thƣớc mạng lƣới tinh thể của ơ mạng cơ sở Fe3O4 nhƣ đã tính tốn trên.
3.1.2. Khảo sát hình thái học và kích thƣớc hạt của vật liệu nano Fe3O4-
x%Co kết hợp phân tích nguyên tố EDX.
Hình 3.2 là phổ phân tích tán xạ năng lƣợng tia X (EDX) của mẫu Fe3O4 pha tạp 5% Co trên thiết bị Jeol-JSM 5410 LV.
Hình 3.2: Phổ EDX của vật liệu Fe3O4 pha tạp 5% Coban
Các vị trí năng lƣợng đặc trƣng (Kα/ Lα) cho nguyên tố Fe (6,403 keV/ 0,705 keV), Co (6,929 keV/ 0,776 keV), đều đƣợc xác định tƣơng ứng trên phổ EDX. Kết hợp với các kết quả trên giản đồ nhiễu xạ tia X, chứng tỏ nguyên tố Co chỉ tham gia vào cấu trúc mạng lƣới tinh thể của oxit Fe3O4 để tạo pha CoFe2O4 (hay CoxFe3-xO4).
Các ảnh chụp SEM của các mẫu Fe3O4 pha tạp Co tại độ phóng đại × 30.000, × 100.000 đƣợc chụp trên thiết bị SEM S-4800, Hitachi lần đƣợc giới thiệu trên hình 3.3 đến hình 3.6.
Hình 3.4: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 5% Coban
Hình 3.5: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 7,5% Coban
Hình 3.6: Ảnh chụp SEM của mẫu vật liệu Fe3O4 pha tạp nguyên tố 10% Coban
Có thể thấy hình thái học và kích thƣớc hạt của các mẫu khá đồng nhất về hình dạng hạt. Kích thƣớc hạt trung bình của các mẫu Fe3O4 pha tạp với nguyên tố
Co xấp xỉ 60 nm, so sánh với kích thƣớc ~ 40 nm của Fe3O4 [3]. Ở các mẫu Fe3O4 pha tạp với nguyên tố Co từ 5% trở lên, ngồi tập hợp các hạt kích thƣớc nhỏ ~ 60 nm, cịn quan sát thấy sự có mặt của một vài hạt hình bát diện có kích thƣớc giữa 2 đỉnh của khối bát diện khoảng từ 500 đến 1000 nm. Hạt có dạng hình khối bát diện này cũng đƣợc tìm thấy trong nghiên cứu của D. Peng [17], L. Zhao [25] và T. Ishikawa [38] khi chế tạo hạt từ tính có cấu trúc lõi vỏ Fe/ Fe3O4, Fe/CoFe2O4 hay Fe-Co/CoFe2O4 tƣơng ứng.