Chương 3 : Chế tạo nghiờn cứu hệ vật liệu Ba1-x-ySrxYyTiO3
4.1. Tổng hợp vật liệu nano BaTiO3 bằng phương phỏp thuỷ nhiệt
4.1.3. Giải thớch sự hỡnh thành của BaTiO3 trong quỏ trỡnh tổng
phương phỏp thuỷ nhiệt
Sự hỡnh thành BaTiO3 trong quỏ trỡnh tổng hợp bằng phương phỏp thuỷ nhiệt từ cỏc tiền chất: BaCl2.2H2O, TiCl3 và KOH. Cơ chế phản ứng trong quỏ trỡnh tổng
hợp cú thể giả thiết xảy ra như sau:
Trước phản ứng thuỷ nhiệt: BaCl2 + 2KOH -----> Ba(OH)2 + 2KCl (4.1)
TiCl3 + 3KOH -----> Ti(OH)3 + 3KCl (4.2) Trong phản ứng thuỷ nhiệt:
4Ba(OH)2 + 4Ti(OH)3 + O2 + 2H2O ----> 4BaTiO3 + 12H2O (4.3)
Trong quỏ trỡnh điều chế BaTiO3 bằng phương phỏp thuỷ nhiệt, do ỏp suất
trong lũ ủ rất cao (cú thể lờn tới xấp xỉ hàng chục atm), sự va chạm mạnh giữa cỏc phõn tử dung mụi và cỏc hạt kết tủa làm cản trở sự bỏm dớnh và phỏt triển cỏc hạt trờn mầm. Sự phỏt triển của hạt cú thể dựa trờn kết quả nghiờn cứu của E. T. Park trong pha rắn [84]:
Dn = A.t.exp RT E (4.4)
Trong đú: D là kớch thước hạt trung bỡnh theo thời gian, n là số mũ của hệ số
động học phỏt triển hạt, E là năng lượng hoạt hoỏ, A là hằng số đặc trưng của vật
liệu, T là nhiệt độ tuyệt đối, R là hằng số khớ. Dựa vào phương trỡnh 4.4 ta nhận thấy,
khi tăng thời gian phản ứng, hay tăng nhiệt độ ủ thỡ kớch thước hạt BaTiO3 đều tăng
lờn. Kết quả thực nghiệm hoàn toàn phự hợp với lý thuyết. Như vậy, bột nano BaTiO3 cú độ tinh khiết cao đó được tổng hợp từ BaCl2.2H2O và TiCl3 bằng phương phỏp thuỷ nhiệt kết hợp bi nghiền. Kết quả chứng tỏ rằng sự cú mặt của bi nghiền làm phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn trong thời gian ngắn hơn. Chỳng tụi đó
tổng hợp được bột BaTiO3 cú kớch thước hạt khoảng 20 nm ở nhiệt độ thấp là 80 0C trong thời gian 5 giờ. Như vậy là nhiệt độ tổng hợp và thời gian tổng hợp khi cú bi nghiền đều thấp hơn so với những kết quả đó được cụng bố trước đõy [63, 132].
Kớch cỡ hạt và tớnh tứ giỏc của BaTiO3 tăng khi tăng nhiệt độ nung. Sự chuyển pha
từ lập phương thuận điện sang tứ giỏc sắt điện tại cỡ hạt khoảng 70 nm.