CHUONG ILCAC TIEN CHAT TONG HOP VÀ CAC PHUONG PHAP NGHIEN CUU CAU TRUC, TINH CHAT
2.2. CÁC PHƯƠNG P HAP NGHIÊN CỨU ĐẶC TRƯNG CUA VAT LIEU
2.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt
2.2.1.1. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai (DTA)
Phân tích nhiệt vi sai (DTA) là phương pháp phân tích nhiệt trong đó mẫu và
chất tham khảo trơ được nung đồng thời trong lò. Chất tham khảo trơ không bị biển đổi trong khoảng nhiệt độ đang khảo sát nên nhiệt độ của nó biến thiên tuyến tính với nhiệt độ của lò. Các phản ứng xảy ra trong mẫu luôn kẻm theo sự thu nhiệt hay toả
nhiệt nên sẽ làm nhiệt độ của mẫu thay đổi không tuyến tính với nhiệt độ của lò.
Phân tích nhiệt thường được tiến hành trong môi trưởng khí tro thường là Nitơ.
Lượng nhiệt được hấp thụ (thu nhiệU hay giải phóng (tỏa nhiệt) khi trong mẫu có những thay đổi lý hoá nhất định.
Kết qua do DTA phụ thuộc vào nhiều yếu tố :
- Các yếu tô phụ thuộc thiết bị, như hình đáng và kích thước lò, khi quyển của lò, vị trí cặp nhiệt, vật liệu làm chén nung, tốc độ nung, ...
- Các yêu tố phụ thuộc mẫu và chất tham khảo như lượng, kích thước hạt . độ dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, hệ số giăn nở nhiệt, ... của mẫu va chất tham khảo.
GVHD: TS. NguyễnAnh Tiên
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page24
Khóa luận tốt nghiệp
Đường cong DTA còn dùng để xác định hiệu ứng nhiệt của phản ửng.Hiệu ứng
nhiệt của phan ứng được tính toán thông qua điện tích peak. Ngoài ra phương pháp
phân tích nhiệt vi sai còn dùng đẻ xác định độ tính khiết của mẫu.
2.2.1.2. Phương pháp phân tích khối lượng nhiệt (TGA)
Phương pháp phân tích khối lượng nhiệt (TGA) là phương pháp khảo sát sự thay đổi khối lượng của chat theo nhiệt độ khi chất được đặt trong lỏ nung có chương trình thay đổi nhiệt độ được kiểm soát một cách chặt chẽ. Nhiệt độ nung có thể lên đến
1600°C.
Tir giản đồ phân tích khôi lượng nhiệt, ta có thể xác định độ bền nhiệt của chat, các qua trình hóa lí xảy ra trong qua trình phân hủy nhiệt cia chất và đồng thời xác
định được độ tỉnh khiết của chat.
Phương pháp phân tích khỏi lượng nhiệt là phương pháp phân tích mà trong đó
các tính chất vật lí, hóa học của mẫu được đo một cách liên tục như những ham của
nhiệt độ (nhiệt độ được thay đổi có quy luật).Trên cơ sở lí thuyết về nhiệt động học, tir sự thay đổi các tính chất đỏ ta có thé xác định được các thông số yêu cầu của việc phân tích. Hiện nay, kĩ thuật này được ứng dụng khá phổ biến trong nhiều lĩnh vực như cho biết thông tin vẻ cầu trúc, độ bền, độ ôn định của phản ứng hóa học, tính chat động học, nhiệt độ chuyển pha, khối lượng mắt di, xác định thành phần khối lượng
các chất có trong mẫu. Phương pháp phân tích này được dùng để xác định tính chất vật lí và hóa học của polyme, những vật liệu có dạng tỉnh thẻ.
Trong phương pháp TGA, mẫu được đặt trên đĩa, cân liên tục và nung nóng đến nhiệt độ bay hơi. Nguyên tắc hoạt động của máy đo TGA dựa vào quá trình tăng nhiệt độ và các quá trình lí hóa xảy ra làm thay đổi khối lượng của mẫu, nhờ đó bộ cảm biển khôi lượng chuyển tin hiệu về máy tinh và chuyên đổi thanh phan phan trăm khối lượng của vật liệu bị mắt đi.
Trong dé tài này, chúng tôi khảo sắt qué trình phản hủy nhiệt của mẫu trên máy
phan tích nhiệt Labsystearam đặt tại Viện H37 — Bộ công an, Hà Nội.
GVHD: TS. NguyễnAnh Tien
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page25
Khóa luận tốt nghiệp
2.2.2. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất của vật liệu 2.2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Nhiéu xa tia X là thiết bị dùng dé nghiên cứu, xác định pha cau trúc tinh thé của vật liệu. Nó là một trong những công cụ quan trọng nhất được sử dụng trong nghiên cứu hóa học chat rắn và khoa học vật liệu (hình 13).
Nguyên tắc:
Theo lý thuyết cấu tạo tinh thé,
mạng tinh thé được xây dựng tử các nguyên tử hay ion phân bố đều đặn
trong không gian theo một quy định
xác định. Khi chiếu một chim electron có năng lượng lớn vào bề
Hình 13 Nhiễu xạ tia X mặt của đối âm cực (anol), các
electron ở bề mặt của đối âm cực bị bức ra và làm xuất hiện lỗ trống. Các electron ở mức năng lượng cao hơn nhảy về mức năng lượng thấp hơn đẻ lap day chỗ trồng và đồng thời lam phát ra năng lượng
thừa và năng lượng đó được gọi là tia X.
Nguyên tắc cơ bản của phương pháp nhiễu xạ tia X là dựa vào định luật Brapg:
nà. = 2dsin8
Trong đó: n - bậc nhiễu xạ (n là số nguyên)
A — bước sóng của tia X
d - khoảng cách giữa hai mặt phẳng tính thé lân cận
0 — góc giữa tia tới và mặt phẳng phản xạ
sẽ cho một cực đại nhiều xạ tại vị trớ gúc ỉ tương ứng trờn giản đồ nhiễu xạ.
Đối với mỗi loại vật liệu kết tỉnh, giản đồ nhiễu xạ tia X là duy nhất và được đặc trưng bởi một bộ vạch nhiễu xạ. Tir giản đồ nhiễu xạ tia X, ta có thể thu được các thông tin về cấu trúc, thành phần pha, thành phan hóa học của mẫu, xác định được chính xác hằng số mạng tỉnh thẻ.
GVHD: TS. NguyễnAnh Tiên
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page26
Khóa luận tốt nghiệp
Trong dé tài này. phố XRD được tiễn hành do trên máy D8-ADVANCE tại Viện
Khoa học và Công nghệ Tp. HCM.
2.2.2.2. Phương pháp kính hiên vi điện tử quét (SEM)
Kính hiển vi điện tử quét là thiết bị để nghiên cứu hình thái học bẻ mặt của mẫu Thiết bi nay dùng dé chụp ảnh vi cấu trúc bể mặt với độ phóng đại lớn gap nhiều lần
so với kính hiển vi quang học (hinh 14),
Nguyên lý hoạt động: một chùm tia điển tử di qua các thâu kinh điện từ dé hội tu
thành một điểm rat nhỏ chiếu lên bé mặt của mẫu nghiên cứu. Nhiéu hiệu ứng xảy ra
khi các hạt điện tử của chim tia va chạm với bẻ mặt của vật rắn, Từ điểm chùm tia va chạm với bẻ mặt cua mẫu có nhiều loại hạt, nhiều loại tia phát ra (tín hiệu). Các tin
hiệu nay baogồm. điện tử thử cấp, chim điện tử tán xa ngược, điện tử hap thụ, điện tử Auger vả tia X,... Căn cử vào thông tin thu được bởi ống đếm từ các tín hiệu trên, người ta có thé dựng lại hình thái bé mặt mẫu một cách chính xác.
Trong dé tài này, mẫu cua chúng tôi được đo bởi máy SEM JOZEON 7410 tại phòng kính hiển vi điện tứ quét SEM của Viện khoa học và Công nghệ Tp. HCM.
2.2.2.3 Phương pháp đo độ từ hóa
Độ từ hóa hay từ đô M (magnetization) là một đại lượng sử dụng trong từ học được
xác định bang tông mômen timguyén tử trên một đơn vithé tích của vật từ. Đôikhi., từ
GVHD: TS. NguyénAnh Tien
SVTH: Nguyễn Thi Thủy Paee27
Khóa luận tốt nghiệp
độ còn được định nghĩa là tổng mômen tử trên một đơn vị khối lượng. Từ độ là một
đại lượng véctơ.
Luc kháng từ H, (coercivity) được định nghĩa bằng giá trị của từ trường cân đặt vào dé
triệt tiêu từ độ hoặc cảm ứng từ của vật từ.Khi gọi là trường đảo từ, đại lượng này
được định nghĩa là từ trường can đặt dé dao chiều từ độ của vật từ.
Thực tế. lực kháng từ chỉ tồn tại ở các vật liệu có trật tự từ (sắt từ. ferrit từ....). Thông thường, lực kháng từ thường được xác định từ đường cong tử tré của vật liệu từ. Dựa
vào khái niệm lực khang từ, người chia vật liệu sắt từ thành hai loại là vật liệu sắt từ cứng vả vật liệu sắt từ mềm:
Vật liệu từ cứng lả khó từ hóa va khó khử từ, nó có lực kháng từ cao.Diéu kiện tối thiểu là trên 100 Oc, nhưng vật liệu từ cứng phd biến thường có lực kháng từ cờ hàng ngàn Oc trở lên. Vật liệu từ cứng có thé dùng dé chế tao các nam châm vĩnh cửu hoặc được sử dụng làm vật liệu ghi từ trong các 4 đĩa cứng, các băng tử.
Vật liệu từ mém phải có lực kháng từ nhỏ hơn cỡ 100 Oe.Những vật liệu có tinh từ mềm tốt, thậm chí có lực kháng từ rất nhỏ (tới cỡ 0.01 Oe). Các chất sắt từ mềm được img dụng trong các lõi biến thé, lõi dẫn từ, cuộn cảm, nam châm điện, cuộn chặn, cảm biển do từ trường....Tuy nhiên, một loại vật liệu từ mềm mới — vật liệu có cấu trúc
nano đang rất được chú trọng nghiên cứu.
Từ tré (magnetic hysteresis) là hiện tượng bat thuận nghịch giữa quá trình từ hóa và đảo từ ở các vật liệusắt từ do khả năng giữ lại từ tinh của các vật liệu sắt từ. Hiện
tượng từ trễ là một đặc trưng quan trong va dễ thấy nhất ở các chất sắt từ.
Hiện tượng từ trễ được biểu hiện thông qua đường cong từ trễ (hình 15) được mô tả như sau: khi tăng dan từ trường đến mức đủ lớn, ta có hiện tượng bão hòa từ, lúc đó tất cả các mômen từ sắp xếp song song với nhau vả trong vật liệu chỉ có một đômen duy nhất. Nếu ta ngắt từ trường, các momen từ sẽ lại có xu hướng hỗn độn vả lại tạo
thành các démen, tuy nhiên, các đômen này vẫn còn tương tác với nhau (ta tưởng tượng hinh ảnh các nam châm hút nhau làm chúng không hỗn độn được) do vậy tống mémen tir trong toàn khỏi không thé bằng 0 mà bằng một giá trị khác 0, gọi là độ từ dư (remanent magnetization). Điều này tạo thành hiện tượng tré của vật liệu.Nếu muốn khử hoàn toàn mémen từ của vật liệu, ta cần đặt một từ trường ngược sao cho
__-_-——_——.mmmmmmmmmmmœaœan
GVHD: TS. NguyénAnh Tiền
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Pape28
Khóa luận tốt nghiệp
mémen tử hoàn toàn bằng 0, gọi là lực kháng từ.Đường cong từ hóa (sự phụ thuộc của tử độ vảo từ trường ngoài của chất sắt từ) khác với chất thuận tử ở chỗ nó là đường cong phi tuyển (của thuận từ là tuyến tinh) va đạt tới bão hòa khí từ trường đủ lớn.
Nguyên tắc chung của phép đo từ trễ là đo sự biển đổi của mémen từ hoặc cảm ứng tir theo sự thay đổi của từ trường. Từ trường đặt vào được biến đổi theo một chu trình (từ giá trị 0 đến giá trị cực đại, sau đó giảm dan và đôi chiều đến từ trường
ngược hướng, và lại đảo trở lại giá trị cực đại ban dau). Có thé đo đường cong từ trễ bing các phương pháp:
ô Đo bằng điện kế xung kớch
ô Do bằng từ kế và cỏc thiết bị đo từ trễ
ô Do bằng phộp đo quang tử (hiệu ứng Kerr),...
(BH)... vợ
Hình 15.Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ
Mẫu bột sau khí được điều chế được dồn vào cốc thủy tinh nhỏ, cân mẫu.Sau đó, cốc thủy tỉnh chứa mẫu trên được đặt vào khe từ của máy. Tiếp theo, nhập các dữ liệu nhằm giúp máy đưa ra kết quả chính xác nhất (mẫu ở dạng nào: rắn hay lỏng, khối lượng mẫu, thông số cần lấy sau khi đo: H, và M,), theo đõi từ trường của máy sao
GVHD: TS. NguyễnAnh Tien
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page29
Khoa luân tôt lệ
cho bão hòa với độ khang từ của bột. Cudi cùng, cho máy hoạt đông và đưa ra biểu đô đường cong tir trễ và kết quả theo yêu cầu
Hình 16 Thiết bj do từ tính MICROSENE EV11
Trong dé tài này. độ từ tính của mẫu vật liệu được do bởi máy Microsene EV1 lở
phòng Vật liệu từ và siêu dẫn của Viện khoa học và Công nghệ Tp. HCM.
.”—annơnnnơơann====—=nanannr—— —E
GVHD: TS. NguyễnAnh Tiên
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page30
Khóa luận tốt nghiệp
CHUONG HUI. THỰC NGHIỆM - KET QUA - THẢO LUẬN
3.1. THỰC NGHIỆM
3.1.1. Hóa chất và dụng cụ
Hóa chit:Fe(NO,);.9(H,0), CúCI;ŠH;O, Y(NO;);.6(H;O) và (NH,);CO;
Dụng cụ: Cốc thuỷ tinh loại 1000 ml. cốc thuỷ tinh loại 50 ml, máy hút chân không. phéu lọc, giấy lọc, đũa thủy tinh, cân phân tích, bếp điện, máy khuấy từ gia nhiệt, tủ sấy, lò nung Wise Therm, chén nung, chén sứ, chày sử,...
3.1.2.Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano Y,.
,Cd, FeO, bằng phương pháp đồng kết tủa
Các loại hóa chất Y(NO;);.6H;O. CdCI;SH;O
và Fe(NO;);.9H,Otinh thé đã được chuẩn bị theo
đúng tỉ lệ hợp thức đẻ tổng hợp nên Y,..Cd,FeO; ứng
với X=0.l và 0.2, sau đó hoà tan hoản toàn trong
nước cất được dung dịch A. Còn tác nhân gây kết tủa
(NH,);CO; được hỏa tan thành dung dich B. Sau đó
2 dung dich nảy được tiến hành theo qui trình sau:
- Nhỏ từ từ dung dịch hỗn hợp muối Y(NO;);
0.01M, CdCl, 0.01M và Fe(NO)); 0.01M với ti lệ
mol tương ứng (1-x):x:1 ( x= 0.1; 0.2) vào một cốc nước đang sôi(hình 17). Sau khi cho hết muối vào ta
đun sôi thêm 5 — 7 phút nữa, trong trường hợp nảy
dung địch có màu nâu đỏ và không đối màu cho đến khi để nguội đến nhiệt độ phòng.
Dung địch thu được để nguội đến nhiệt độ phòng, sau đó nhỏ từ từ dung dịch (NH,);CO;5% vào dé kết tủa hết các cation trong dung dịch.
- Két tủa thu được đem khuấy đều bằng máy khuấy từ trong khoảng thời gian 15 — 20 phút. Sau đó lọc kết tủa bằng máy hút chân không và rửa kết tủa bằng
nước cất vài lần rồi đem phơi khô tự nhiên ở nhiệt độ phòng (khoảng 2-3 ngảy).
Hình 17. Mô tả thi nghiệm
GVHD: TS. NguyễnAnh Tiên
SVTH: Nguyễn Thị Thủy Page31
Khóa luận tốt nghiệp
Kết tủa sau khi phơi khô được nghiên mịn rồi nung trong chén niken với lò nung Wisetherm ở các điều kiện nhiệt độ là 650°C, 750°C và 850°C để kiểm tra sự hoàn thiện việc kết tính vả tạo pha đồng nhất.