CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN
4.3. Bao phủ hạt nanô ôxít sắt bằng lớp vỏ SiO 2
4.3.1. Khảo sát bao phủ hạt nanô ôxít sắt từ theo thời gian
Sau khi tiến hành bao phủ hạt nanô ôxít sắt bằng lớp vỏ SiO2 theo thời gian 2 giờ, 4 giờ, 8 giờ chúng tôi tiến hành các phép phân tích FT-IR, từ kế mẫu rung và chụp ảnh TEM để kiểm tra sự bao bọc của SiO2 lên hạt nanô Fe3O4.
Hình 4.14. So sánh phổ FT-IR của mẫu M3 bọc trong thời gian 4 giờ, 8 giờ.
Bảng 4.6. Bảng tương quan giữa các dao động và số sóng của mẫu M3_S.
Qua hình, ta thấy sau khi bọc lớp SiO2, mẫu M3_S vẫn giữ nguyên các dao động đặc trưng của pha Fe3O4 như ban đầu. Ngoài ra, mẫu M3_S còn xuất hiện dao động của nhóm -OH. Cụ thể là tại vùng phổ xung quanh 1633 cm-1 tương ứng dao
Số sóng
(cm-1) 465 798 942 1088/1215 1633
Dao động (Si-O-Si) (O-Si-O) (Si-OH) as(Si-O-Si) (-OH)
động cong của nhóm -OH có trong nước và rượu còn sót lại trong mẫu sau khi sấy.
Những dao động đặc trưng của SiO2 như vùng 942 cm-1 là do dao động thẳng của nhóm Si-OH. Vùng phổ tại 1088 cm-1 và 1215 cm-1 là dao động thẳng bất đối xứng của liên kết Si-O-Si. Trong khi đó, vùng dao động ở số sóng 798 cm-1 tương ứng với dao động thẳng O-Si-O, và 465 cm-1 thuộc về dao động cong (Si-O-Si) [1,3].
Bên cạnh đó, chúng tôi cũng khảo sát sự ảnh hưởng lớp SiO2 đến độ từ tính so với mẫu M3 chưa bọc SiO2 bằng cách đo đường cong từ hóa mẫu M3_S.
Kết quả đo đạc đường cong từ hóa của mẫu M3_S được trình bày trên hình 4.15 và được tóm tắt ở bảng 4.7.
Hình 4.15. So sánh kết quả VSM của mẫu Fe3O4 (M3) và Fe3O4@SiO2 (M3_S).
Bảng 4.7. So sánh kết quả đường cong từ hóa của mẫu M3 và M3_S và tài liệu tham khảo.
Mẫu
Độ từ dƣ Mr (emu/g)
Độ từ hóa cực đại Mmax
(emu/g)
Mr/Mmax Độ kháng từ Hc (Oe)
M3 5.933 69.753 0.085 54.95
M3_S 1.994 27.094 0.073 55.62
tham khảo
Fe3O4 32.27 – 58.33
Fe3O4@SiO2 6.71 – 13.6
Với kết quả phân tích đường cong từ hóa của mẫu M3_S được biểu hiện qua bảng 4.7 cho ta thấy độ từ hóa bão hòa cực đại là 27.094 emu/g. Nguyên nhân của sự giảm xuống đáng kể của độ từ hóa cực đại là do sự đóng góp của lớp vỏ silica nghịch từ, bên cạnh đó ta biết rằng năng lượng từ của chất từ tính trong từ trường ngoài là một tính chất phụ thuộc vào kích thước hạt và số lượng phân tử từ tính trong một đơn đômen [1, 2]. Điều này đặc biệt có tầm ảnh hưởng lớn khi đó là các hạt nanô, với tỉ lệ diện tích bề mặt trên thể tích là rất lớn. Ngoài ra do có thể tồn tại một lượng ít của ôxít sắt vô định hình được hình thành trong quá trình tạo hạt [7, 13]cho nên độ từ hóa cực đại của hạt M3_S nhỏ hơn so với hạt nanô ôxít sắt M3. Tuy nhiên tỉ lệ giữa độ từ dư và độ từ hóa cực đại Mr/Mmax là 0.073 xấp xỉ gần bằng 0 nên chúng tôi kết luận mẫu M3_S có tính siêu thuận từ.
Để kiểm chứng sự bao bọc của lớp vỏ SiO2 lên hạt nanô ôxít sắt Fe3O4 một cách trực quan hơn, chúng tôi đã tiến hành chụp ảnh TEM mẫu M3_S ở các thang đo khác nhau: 5 μm, 200 nm và 100 nm nhằm khảo sát độ phân tán và kích thước hạt.
Kết quả được thể hiện qua hình 4.16.
Hỡnh 4.16. Ảnh TEM của mẫu M3_S ở cỏc thang đo 5 àm, 100 nm và 200 nm.
Trên ảnh chụp TEM hình 4.16, ta thấy rõ những hạt nhỏ đậm màu phân tán trên nền sáng màu, so sánh với ảnh chụp TEM mẫu hạt nanô ôxít sắt bao phủ SiO2 của nhóm tác giả [6, 7] chúng tôi kết luận những hạt sẫm màu này là hạt nanô ôxít sắt, phần màu sáng chính là SiO2.
Tuy nhiên, hạt nanô ôxít sắt phân bố chưa đều, có nhiều hạt nằm riêng rẽ nhưng cũng có nhiều hạt kết dính lại thành đám và phần lõi còn bọc nhiều hạt. Với những hạt nằm riêng rẽ thì kích thước khoảng 150 nm và lớp vỏ SiO2 có độ dày khoảng 50 nm và độ dày của lớp vỏ SiO2 có thể lý giải như sau: Hạt nanô ôxít sắt Fe3O4 có từ tính mạnh chưa phân tán tốt ở quá trình tổng hợp và xử lý đã kết luận nêu tại mục 4.1.