CHUONG ILCAC TIEN CHAT TONG HOP VÀ CAC PHUONG PHAP NGHIEN CUU CAU TRUC, TINH CHAT
3.2. KET QUA VÀ THẢO LUẬN
3.1.1. Kết qua tổng hợp vật liệu nano Yạ„Cdạ;EeO,
Dé khảo sát sự thay đôi khôi lượng theo nhiệt độ cũng như các quá trình hỏa lí
xảy ra trong qua trinh phân hủy nhiệt của mẫu kết tủa đã được sấy khô, chúng tôi sử
dụng phương pháp phân tích nhiệt DTA/TGA,
Trên hình 18 là giản đỏ phân tích nhiệtcủa mẫu bột Y¿ gCdạ ;FeO;. Dựa vao hình 18, ta thấysự mắt khối lượng xảy ra chủ yếu ở 3 vùng nhiệt độ: 40°C -280°C; 280°C - 620°C và 620°C - 860°C với téng phan tram mắt khối lượng là 38.36 1%:
- _ Nhiệt độ từ 40°C-280°C, khói lượng mẫu giảm 2.107 mg chiếm 21.159%, ứng với sự mắt nước vật lý của các chất trên bề mặt sản phẩm.
- Tit 280°C-620°C, khôi lượng mẫu giảm 1.360 mg chiếm 13.657%, được gan cho hiện tượng mắt nước hóa học của các phân tử nước liên kết khá chặt chẽ với các phân tử khác trong sản phẩm đồng thời xảy ra sự nhiệt phân các muỗi
Y;(CO:);, CdCO,va giải phóng khí CO),
- _ Khoảng từ 620°C, ta thấy có sự giảm khối lượng và từ 650°C ta quan sát thấy tại đây sự mat khối lượng coi như không đáng kể,chứng tỏ ở khoảng nhiệt độ nay mẫu bột điều chế đã ôn định, các thành phần kém bền xem như đã bị phân
hủy và bay hơi hét.
Từ kết quả phân tích nhiệt, chúng tôi chọn 3 mức nhiệt độ là 650°C, 750°C va 850°C dé nung mẫu.
GVHD: TS. NguyễnAnh Tiên
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page32
ot.
tình 18 Gian dé phản tích nhiệt của mẫu bột Y¿„Cd, FeO;
điều chế bằng phương pháp dong kết tủa
Hình 19, hình 20 là phổ nhiễu xạ tia X ( XRD) của mẫu bột Yo „Cdạ;EeO;sau khi nung ở 650°C, 750°C trong | gidva gián dé ghép phổ của 3 mẫu nung ở 650°C, 750°C,
850°C trong | giờ (hình 21).
Yttrium Iron Oxide
in ide TORTC RESP SRRRTE CELE eter eceee
” ” " - > ˆ
—— Vee #xe©,
Hình 19 Phó XRD của YoxCdy ;FeO; sau khi mung ở 650°C trong | giờ đã ghép với phô chuẩn YFeO;
GVHD: TS. NguyénAnh Tien
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page33
Hình 20. Phô XRD của YoxCdo FeO, sau khi mung ở 750°C trong | giờ đã
ghép với phô chuẩn YFeO;
3“
Vg Fey ôsec “ = =
—— yen ee
Hình 21: Phé XRD của ¥y¢Cdp FeO; sau khi nung ở 650°C, 750°C, 850°C
Quan trong | gid
ghép phỏ, chúng tôi nhận thấy:
- Khi nung ở nhiệt độ 650°C, các peak của sản phẩm mong muốn bắt đầu xuất
hiện với cường độ còn bé, các peak nhỏ của các loại tạp chất xuất hiện rất
nhiều, trong đó có peak tạp chất của Y;FesO„;, 46 tinh khiết chưa cao Như
vay, khí nung ở nhiệt độ 650°C, nhiệt độ nung chưa đủ để hình thành đơn pha
perovskite Yo ôCdằ ;FeO;hoản chớnh.
GVHD: TS. NguyénAnh Tien
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page34
Khóa luận tốt nghiệp
- O nhiệt độ 750°C, chúng tôi thấy các peak của sản phẩm hình thành với cường độ cao hơn khi nung ở 650°C, mẫu nung là chất chuẩn đơn pha đồng nhất có thể vẫn còn lẫn tạp chất nhưng ít hơn nhiều so với nung ở 650°C.
Tir các kết quả phân tích trên, chúng tỏi co thé kết luận rằng, ở nhiệt độ 750°C sự hình thành đơn pha perovskite YogCdo2FeO, là tốt nhất khi tổng hợp vật liệu bằng phương pháp dong kết tủa.
Đề xac định ham lương Cd pha tạp trong mạng YFeO 3, chúng tôi tiễn hành xác
đỉnh ham lương cac nguyên tô Y , Cd va Fe trong mau Y ạzCdạ;FeO; nung ơ 750°C (t=1h) theo chỉ ti êu Ref. AOAC 965.09 tại Trung tâm Dich vu Phân tich thí nghiệm của So Khoa học và Công nghệthành phố Hồ Chí Minh. Kêt qua phân tích được trinh
bày trong bảng 1.
Từ két qua ham lương phần trăm , đưa về ti Jé mol , chúng tôi thu được ti lệ mol Y**:Cđ°":Fe”"~ 8:2:10. Như vay, hàm lượng các ion kim loại trong mẫu vật liệu sau khi nung gần giông vơi cac ham lương cua chung trong mudi ban đầu _. Điều nay co thê kêt luân lương Cd da đi vao mang tinh thé YFeO›.
Như vậy. thông qua các kết quả phân tích nhiệt cùng với kết quả nhiễu xạ tia X
và kết quả xác định ham lượng nguyên tố , ta có thể miêu tả quá trình hình thành đơn
pha YosCdy FeO, bằng các phương trình phản ứng hóa học qua các giai đoạn sau:
Giai đoạn 1:quá trình phản ứng của các mudi ban đầu với tác nhân kết tủa (NH¿);CO: tạo thành các mudi cacbonat không tan va các hydroxit sắt:
2Fe(NOs); + 3(NH¿);CO; + 3HyO— 2Fe(OH);L + 3CO;† + 6NH,NO;
2Y(NO;); + 3(NH¿);CO: —+ Y(CO );1 + 6NH¿NO¿
GVHD: TS. NguyễnAnh Tỉ
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page35
Khóa luận tốt nghiệp
a —————————
CdCl, + (NH¿)‡CO:—› CđCO;+ 2NH,CI
Giai đoạn 2: là quá trình phân huyFe(OH), ,Y;(CO:) và CdCO, khi nung mẫu ở
nhiệt độ cao tạo thành các oxit tương ứng:
2Fe(OH); —+ Fe;O; + 3H;O Y;(CO¿); —+ Y‡O; + 3CO;
CdCO;—+ CdO + CO;
Giai đoạn 3: là quả trỡnh kột hợp giữaFe;Oy, YằO; và CdOở nhiệt độ cao tạo thành
ferrite:
ro0
Tiếp theo, chúng tôi dùng kính hiển vi điện tử quét SEM dé khảo sát hình thái, cấu trúc hạt của các mẫu sau nung. Ảnh SEM ở hình 22 cho thấy ở nhiệt độ 650°C, các hạt có danggan như là hình cầu nhưng bị kết tụ thành những khối hạt lớn với kích thước trung bình từ 60 — 100 nm.Da số các hạt ở nhiệt độ 750°C (hình 23) có dạng hình cầu khá đồng đều, kích thước dao động trong khoảng 40 — 60 nm.Như vậy có thé
Hình 22.Anh SEM của mẫu bộtYa sCdụ ›FeO; sau khi nung ở 650°C t = Th)
——szTrZz.=z=2==Ÿ-.ỶŸTễỶ-Ỷ.Ỷ.-Ÿ-ỶễỶễ.ợ.ỶTễỶễỶễỶẳỶ.-ễỶễỶễỶ-rỶẳễẳễỶễỶ-r-.rẳễẳm
GVHD: TS. NguyễnAnh Tiền
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page36
Khóa luân tốt nghié
Hình 23 Anh SEM của mẫu bột YaxCdụ ;FeO›sau khi nung ở 750°C (t = Ih) 3.2.2. Kết qua tông hợp vật liệu nano Ya„Cdạ,FeO;›
Dựa vao kết qua phân tích nhiệt va kết qua phân tích XRD của các mẫu vật liệu
YoyCda;FeO; ở mục 321, chúng tôi đã tiến hảnh khảo sát mẫu vật liệu
YooCd ¡FeO;nung ở khoảng nhiệt đô 750°C trong vòng | giờ.
Yttrium Iron Oxide
Hình 24. Phó XRD của Yạ/Cá, ¡FeO; sau khi nung ở 750°C trong | giờ đã ghép với phổ chuẩn YFeO,
Trên giản đồ XRD hình 24không thay xuất hiện các peak nhiễu xa đặc trưng của
các pha có chứa Cd như CdCO;, CdO,... Diéu đó cho thấy lượng Cd bổ sung vao
nguyên liệu ban đầu đã đi vào mạng lưới tinh thể của YFeO; Tuy nhiên ở nhiệt
GVHD: TS. NguyễnAnh Tiên
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page37
Na Tee
Hình 25. Phổ XRD của YazCd, FeO; sau khi nung ở 850°C trong | giờ đã
ghép với phổ chuẩn YFeO;
Gian dé nhiễu xạ tia X của các mẫu Yo9Cdo ¡FeO;¿ sau khi nung ở 850°C trong |
giờ được chỉ ra ở hình 25. Ở nhiệt độ nảy, ta có thể bỏ qua sự xuất hiện của peak tạp chất do cường đô của nó rất thấp Nhu vay, sự hình thanh đơn pha perovskite khá
hoàn thiện đối với mẫu Y¿ „Cdạ ¡EeO;được điều chế ở nhiệt độ 850°C.
Với mẫu Ys„Cdạ ¡FeO; chúng tôi chọn mẫu nungở 85ŒC (t=lh) để xác định hàm lượng nguyên tố. Két qua thu được thê hiên qua bang 2.
Bảng 2 Hàm lượng Y. Cd. Fe trong mau vất liêu Yo dy ,FeO; mung 850°C
GVHD TS. NguyễnAnh Tiên
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page38
Khóa luận tốt nghiệp
YosCdạ ¡FeO) saukhi nung gan giông vơi cac ham lương cua chung trong muôi ban dau. Điều nay co thê kết luân lương Cd da đi vao mang tinh thé YFeO ¡.
Hinh 26 la anh SEM của mẫu bột YooCdo (FeO;nung 6850°C trong vòng |
giờ.Kết qua cho thay ở nhiệt độ850°C, các hạt có dang hình cau bị kết đỉnh lại tạo thành những khối hạt có kích thước lớn (trung bình từ 40 — 80 nm).Điều này phù hợp với quy luật khi nhiệt độ tăng kích thước hạt tăng do sự kết dính của các tỉnh thẻ.
Hình 26. Ảnh SEM của mầu bột Y; Cd; FeO;sau khi nung ở
850°C (t = Lh)
eel
GVHD: TS. NguyễnAnh Tiên
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page39
Khóa luận tốt nghié
3.3.3. Các đặc trưng từ tính của vật liệu nano Y; ,Cd,Fe©; (x= 0.1 và 0.2)
Từ tính của các mẫu vật liệu được biếu điển thông qua đường cong từ trể được
chỉ ra ở hinh 27 vả 28
oOẪ
,Ầ
__
š &
Ề
1" -
Magnetization (emu/g)6 ^. _ Magnetization (emu/g) os-
15000-10000 3008 6 oo 190% 15000 -16000 199002 -$000 0 3000 1000% 1340QG
Applied field (Oe) Applied field (Oe)
Hình 27 Gian dé chồng phó từ trễ của Hình 28 Gian dé chồng pho từ trễ của
mẫu vật liệu Yo <Cdp ;FeO; mẫu vật liệu Yo #Cdạ )FeOs
Bảng 3 Thông số từ tính của các mẫu vật liệu
— Nhưng —— HO
Kết quả ở bảng 3cho thay:
- Đối với 2 mẫu vật liệu YoxCdo FeO, điều chế được thì mẫu YsxCdạ;FeO; ở
750°C có lực kháng từ H, khá lớn (>> 100 Oe), đồng thời độ từ du M,củamẫu
này khá bé. Diéu này chứng tỏmẫu YosCdo2FeOs ở 750°C thuộc loại vật liệu
sắt từ cứng, thích hợp trong việc chế tạo các nam châm vĩnh cửu hoặc được sử
GVHD: TS. NguyễnAnh Tiên
SVTH: Nguyễn Thi Thủy Page40
Khoa luận tốt nghiệp
dụng làm vật liệu ghi từ trong các 6 đĩa cửng, các băng từ. Khác với mẫu trên, mẫu Yo 4Cdo FeO, ở 850°C có H,< 100 Oe và tổn hao từ trễ khá thấp (hình 27) cho nên mẫu vật liệu này được xếp vào loại vật liệu sắt từ mềm có thể ding trong các loại vật liệu cảm biến.
- _ Cả hai mẫu vật liệu YogCdp ¡FeO; đều có H, tương đổi bé, bé hơn cả H, của các
mẫu vật liệu YoCdp FeO). Hinh 28 cho thay tôn hao từ tré của cả 2 mẫu vật liệu tương đối bé. Vì vậy, chúng tôi kết luận đây là vật liệu sắt từ mềm, thưởng được dùng lam vật liệu hoạt động trong trường ngoài. Ví dụ như lôi biến thé,
1di nam châm điện, các lõi dẫn từ, ...
Nếu so sánh các đặc trưng tir tính của vật liệu perovskite pha tạp Y;..Cd,FeO; ta thấy các giả trị M, và M, và đặc biệt là H, đều lớn hon so với mẫu vật liệu YFeO; tinh khiết (H, = 25.26 Oe). Điều nay một lan nữa khăng định sự pha tap Cd vào mạng tinh
thẻ YEeO; đã xảy ra làm tăng tính dị hướng từ tỉnh thé của mẫu vật liệu pha tạp.
GVHD: TS. NguyễnAnh Tien
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page41
Khóa luận tốt nghiệp