Chương 2 CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ LÝ THUYẾT
3.1. Các kết quả thực nghiệm trên hệ perovskite đơn lớp CaMnO3
3.1.1. Chế tạo hệ vật liệu perovskite CaMnO3 và nghiên cứu tính chất
Các hóa chất cần thiết ban đầu gồm có: bột CaCO3 độ sạch 98 %, bột MnO2 độ sạch 99,9 % của hãng Merck, ethanol 96o và chất kết dính PVA (polyvinyl ancohol). Ngoài ra các thiết bị được sử dụng gồm có: lị nung điều khiển nhiệt độ Carbolite (Mỹ) và máy ép mẫu STENJHO 60 tại Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.
H nh 3.1. Giản đồ DTA/TG (a) và quá tr nh nung sơ bộ (b) của mẫu gốm CaMnO3
Nhiệt độ (0C) TP 900 4 h 8 h 4 h 4h 400 8h 16h t 0 (a) (b)
Quy trình chế tạo mẫu CaMnO3 theo phương pháp gốm gồm các bước chính được mơ tả như sơ đồ Hình 2.1, các nguyên liệu ban đầu là CaCO3 và MnO2 với tỉ lệ mol 1:1. Các oxit và muối trên được đem đi cân theo đúng tỉ lệ với sai số < 0,1 % và được trộn lẫn. Hỗn hợp bột được nghiền khô trong cối mã não (khoảng 4h) cho đồng nhất rồi tiếp tục được nghiền ướt trong dung môi cồn (cũng khoảng 4h). Sau đó, mẫu được, ép viên (với áp lực 4 tấn/cm2) và nung sơ bộ ở 900oC trong khoảng 8h (Hình 3.1b). Sau khi thực hiện nung sơ bộ, các viên gốm lần lượt được nghiền khô và nghiền ướt trong cồn lần 2 (tổng cộng khoảng 8h). Hỗn hợp bột sau đó được sấy khơ, ép thành các viên nhỏ hình trụ có đường kính d = 14 mm và bề dầy khoảng 3 mm dưới áp lực 6 tấn/cm2. Các mẫu này được nung thiêu kết trong không khí ở 1200oC trong 24h, tốc độ gia nhiệt 4o
C/phút.
Chế độ nung sơ bộ cho các mẫu khác nhau là khác nhau dựa trên giản đồ phân tích nhiệt vi sai (Hình 3.1a). Giản đồ cho thấy có hai đỉnh tỏa nhiệt tại 350o
C và 750 oC tương ứng với sự hụt khối tại 370 oC và trong đoạn từ 550 o
C – 750 oC. Quá trình diễn ra tại 350 oC chủ yếu là q trình đốt cháy (tỏa nhiệt) và giải phóng CO2+ H2O từ các tiền chất hữu cơ có trong mẫu.
Q trình thay đổi nhiệt độ từ 550 o
C – 750 oC liên quan đến sự kết tinh và hình thành pha, trong đó vẫn quan sát thấy sự hụt khối nhẹ, có thể liên quan đến sự phóng thích O2 dư hoặc CO2 trong mẫu.