nghiên cứu tổng hợp, khảo sát cấu trúc và tính chất của vật liệu nano perovskite y1-xcaxfeo3

Đại cương về vật liệu nano Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, trong khoa học xuất hiện một dãy các từ mới gắn liền với hậu tố “nano” như cấu trúc nano, công nghệ nano, vật liệu nan

SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH ĐOÀN

CHƯƠNG TRÌNH VƯỜN ƯƠM SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ

 * 

BÁO CÁO NGHIỆM THU

(Đã được chỉnh sửa theo góp ý của Hội đồng nghiệm thu ngày 23/01/2014)

1-xCaxFeO3

CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI:

CƠ QUAN CHỦ TRÌ: TRUNG TÂM PHÁT TRIỂN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ

Nội dung: (Theo đề cương đã duyệt và hợp đồng đã ký

Công việc dự kiến Công việc đã thực hiện

Y0.9Ca0.1FeO3 0.8Ca0.2FeO3

2+

MỤC LỤC

Trang

2 Tóm tắt đề tài/dự án (gồm tiếng Việt và tiếng Anh) 3

8 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

1.6 Sơ đồ tổng hợp ABO3 theo phương pháp gốm truyền

3.1 Giản đồ XRD của kết tủa trước khi nung 34 3.2 Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu bột 35 3.3 Phổ XRD của mẫu vật liệu sau khi nung 650°C (t=1h): 37 3.4 Phổ XRD của mẫu vật liệu sau khi nung 750°C (t=1h) 38 3.5 Ảnh TEM của mẫu vật liệu YFeO3 nung ở 750°C (t =

1h): – điều chế theo PP 2; d và e – điều chế

theo PP 1

39

3.6 Ảnh SEM của mẫu vật liệu YFeO3 nung ở 750°C (t =

1h): a, b – điều chế theo PP 1; c, d – điều chế theo PP 2

(Mẫu tài liệu tham khảo)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Abe M and al., Sequestration of holotrich protozoa in the reticulo-rumen of

cattle, In : Applied Environmental Microbiology 41, 1981, 758 – 765

[2] Akin D.E., Influence of phenolic acid on rumen fungi, Agronomy journal,

9

QUYẾT TOÁN KINH PHÍ

(Phần này Trung tâm Phát triển KHCN sẽ bổ sung)

Đề tài:

Chủ nhiệm:

Cơ quan chủ trì:

Thời gian đăng ký trong hợp đồng:

Thời gian thực hiện giai đoạn 1: (Dùng cho báo cáo giám định)

Tổng kinh phí được duyệt:

Kinh phí cấp giai đoạn 1: (số tiền) (Theo thông báo số: /TB-KHCN ngày…) Kinh phí cấp giai đoạn 2: (số tiền) (Theo thông báo số: /TB-KHCN ngày…)

Ngân sách

Nguồn khác

I Kinh phí được cấp trong năm

II Kinh phí quyết toán trong năm

1 Công chất xám

2 Công thuê khoán

3 Nguyên, nhiên, vật liệu, dụng

cụ, phụ tùng, văn phòng phẩm

4 Thiết bị

5 Xét duyệt, giám định, nghiệm

thu

6 Hội nghị, hội thảo

7 Đánh máy tài liệu

8 Giao thông liên lạc

9 Chi phí điều hành

III Tiết kiệm 5%

IV Kinh phí chuyển sang năm sau

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Đại cương về vật liệu nano

Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, trong khoa học xuất hiện một dãy

các từ mới gắn liền với hậu tố “nano” như cấu trúc nano, công nghệ nano, vật

liệu nano, hoá học nano, vật lý nano, cơ học nano, công nghệ sinh học nano, hiệu ứng kích thước nano v.v Người ta cũng đã công bố hàng loạt các bài báo, các công trình khoa học, các tạp chí, sách chuyên khảo và tổ chức nhiều hội nghị, hội thảo gắn liền với chủ đề công nghệ nano Xuất hiện nhiều trung tâm, viện nghiên cứu, tổ bộ môn, khoa, chuyên ngành về công nghệ nano và vật liệu nano

Khi giảm kích thước hạt đến thang nanomet sẽ dẫn đến xuất hiện trong chúng “hiệu ứng kích thước lượng tử”, khi đó kích thước các đối tượng nghiên cứu có thể so sánh được với bước sóng De Broglie của electron và photon Một trong những nguyên nhân cơ bản làm thay đổi các tính chất hóa lý của vật liệu

có kích thước hạt nhỏ là tăng vai trò năng lượng bề mặt (theo quan điểm về năng lượng)

Chữ “nano”, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra

đơn vị ước giảm đi 1 tỷ lần [21] Ví dụ: nanogam = 1 phần tỷ gam; nanomet = 1 phần tỷ mét hay 1 nm = 10-9

m (có thế so sánh là 1nm nhỏ hơn độ dày sợi tóc của con người 100 ngàn lần)

“Khoa học nano” là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự

can thiệp vào vật liệu ở cấp độ nguyên tử, phân tử và đại phân tử Tại các quy

mô này, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng ở quy mô lớn hơn Loại vật liệu này đã và đang được quan tâm do chúng có nhiều tính chất vật lý, hoá học và nhiều ứng dụng khác đặc biệt hơn so với vật liệu micro thông

“Công nghệ nano” là tổ hợp các quá trình chế tạo ra vật liệu, các thiết

bị máy móc và các hệ kỹ thuật mà chức năng của chúng được xác định bởi cấu trúc nano, tức là các đơn vị cấu trúc có kích thước từ 1 đến 100 nm Công nghệ nano xuất hiện trên cầu nối của một số ngành khoa học như hoá học, vật lý, cơ học, khoa học vật liệu, sinh học và nhiều lĩnh vực khác của khoa học ngày càng

đi sâu vào nhiều lĩnh vực hiện đại của khoa học và kỹ thuật và thông qua chúng,

nó đi vào đời sống của chúng ta [22]

“Vật liệu nano” là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước

nanomet Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và khí Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí

Thông thường vật liệu nano được phân ra thành nhiều loại, phụ thuộc vào hình dạng, chức năng, lĩnh vực ứng dụng, cấu trúc của vật liệu và kích thước của chúng v.v

Về mặt cấu trúc thì vật liệu nano được phân ra thành 4 loại: vật liệu nano không chiều (0D), một chiều (1D), hai chiều (2D) (hình 1.1)

Hình 1.1 Phân loại vật liệu nano theo số chiều

Vật liệu nano không chiều là vật liệu cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử như đám nano, hạt nano v.v Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được

tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ dây nano, ống nano v.v Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự

do, ví dụ như màng mỏng Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong

đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều hay hai chiều đan xen lẫn nhau

Ngoài ra, người ta còn phân loại các dạng vật liệu nano dựa vào lĩnh vực ứng dụng khác nhau của chúng như vật liệu nano kim loại, vật liệu nano bán dẫn, vật liệu nano từ tính, vật liệu nano sinh học

Quá trình tổng hợp các cấu trúc nano khác nhau như “hạt, thanh, dây, ống (hình 1.2) hay các cấu trúc nano kì dị”với sự đồng đều về kích thước, hình dạng

và pha tinh thể đang được tập trung nghiên cứu [23] Theo đó, nhiều hệ vật liệu nano mới với những mục đích ứng dụng khác nhau được tạo ra

Hình 1.2 Phân loại vật liệu nano theo hình dạng

Theo quan điểm của nhiều tác giả, “hạt nano” là một đối tượng nano

không chiều (0D) mà kích thước tất cả các chiều đều có một bậc đại lượng, về nguyên tắc, các hạt nano có dạng hình cầu [24, 25] Theo quan điểm về năng lượng sự giảm kích thước hạt sẽ làm tăng vai trò năng lượng bề mặt của hạt cấu trúc

Các tính chất đặc trưng cho bản chất của vật liệu như: hằng số điện môi, điểm nóng chảy, chiết suất cũng có thể bị thay đổi khi giảm kích thước xuống thang nano Ngoài ra, còn có nhiều tính chất đặc trưng khác của vật liệu như: hoạt tính bề mặt, diện tích bề mặt; các tính chất nhiệt, điện, từ, quang học, cơ học, hóa học và thậm chí cả sinh học… của vật liệu cũng bị thay đổi khi giảm kích thước đến giá trị nanomet

Ngày nay để tổng hợp vật liệu nano người ta dựa vào hai nguyên lý cơ bản:

1) Nguyên lý từ trên xuống dưới (top-down), nghĩa là chia nhỏ một hệ thống lớn để cuối cùng tạo ra được đơn vị có kích thước nano;

2) Nguyên lý từ dưới lên (bottom-up), nghĩa là lắp ghép những nguyên tử, phân tử hay ion để tạo ra những hạt có kich thước nano

Gần đây, việc chế tạo vật liệu nano theo phương thức bottom-up đã trở thành kỹ thuật có thể tạo ra các vật liệu đa dạng về hình thái và kích thước mà loài người hằng mong muốn, nên thu hút được sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu và thực nghiệm trong và ngoài nước Trong bối cảnh đó người ta nói đến hóa học nano, đặc biệt là hóa học cao phân tử có thể trở thành một phương tiện quan trọng của phương thức bottom-up

Ngoài ra, theo tác giả về nguyên tắc có thể chế tạo vật liệu nano từ vật liệu nano, có nghĩa là thực hiện phản ứng giữa các chất có kích thước nano để tạo ra một vật liệu nano có thành phần hóa học khác với thành phần hóa học của vật liệu nano ban đầu Tuy nhiên, theo các tài liệu trích dẫn chưa có một hệ vật liệu nano nào được tổng hợp theo phương pháp này Có thể là do phương pháp này khó thực hiện và không có lợi về mặt kinh tế

1.2 Cấu trúc của mạng tinh thể perovskite ABO 3

1.2.1 Cấu trúc tinh thể ABO 3 lý tưởng

Hợp chất perovskite ABO3 thuần có cấu trúc tinh thể lý tưởng như hình 1.3 [26] Ô mạng cơ sở là hình lập phương tâm khối với các thông số mạng cơ

sở thỏa mãn: a b c và 90o

Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể của perovskite ABO 3 lý tưởng

Ở đây cation A nằm tại các mặt của hình lập phương, còn cation B có bán kính nhỏ hơn nằm tại tâm của hình lập phương Cation B được bao quanh bởi 8 cation A và 6 anion O2-, còn quanh mỗi vị trí A có 12 anion O2-

như ở hình 1.3a Ngoài ra, có thể mô tả cấu trúc tinh thể perovskite lý tưởng dưới dạng sắp xếp các bát diện BO6 như hình 1.3b Trong trường hợp này, cation B nằm tại vị trí các hốc bát diện, tâm của hình lập phương tạo bởi 8 cation B lân cận là vị trí của cation A Từ hình 1.3b, có thể thấy góc liên kết B – O – B là 180° và độ dài liên kết B – O bằng nhau theo mọi phương Bát diện FeO6 ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất điện và tính chất từ của vật liệu

b)

1.2.2 Cấu trúc tinh thể ABO 3 biến tính

Cấu trúc tinh thể ABO3 biến tính là khi cation A hoặc B hoặc cả cation A

và B được thay thế một phần bởi các cation kim loại khác, có thể viết dưới dạng công thức tổng quát ' '

A A x B B y O

x y (0 x, y 1) Với A và A’ có thể là các nguyên tố đất hiếm hóa trị (III) như La, Y, Nd, Pr… hay các kim loại hóa trị (II) như Ca, Sr, Ba, Pb, Zn, Cd, Hg…; B và B’ có thể là các kim loại chuyển tiếp ho d như Mn, Co, Fe, Ni, Cr hay các kim loại hóa trị (IV) như Ti, Sn, Zr,

Ge … Ví dụ một số hệ thường gặp: CaTiO3, LaFe1-xNixO3, LaNi1-xCoxO3, LaCo1-xFexO3, La1-xSrxFeO3, La1-xTixFeO3, La1-xNdxFeO3, LaFe0.5Ga0.5O3, La1-

xSrxMnO3, La1-xCaxMnO3 , Ca1-xNdxMnO3, Ca1-xNdxMn1-yFeyO3 ; La1-xSrxMn

1-yNiyO3 [18-20, 27, 28]

Sự pha tạp thay thế sẽ tạo ra trạng thái hỗn hợp hóa trị và sai lệch cấu trúc làm cho hợp chất nền trở thành vật liệu có nhiều hiệu ứng lý thú như hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng từ trở khổng lồ, hiệu ứng từ nhiệt … Sự sai lệch cấu trúc tinh thể được đánh giá thông qua thừa số dung hạn t do Goldsmith đưa ra:

2

A O

B O

R R t

R R

Với RA, RB, RO lần lượt là bán kính của các ion A2+(A3+), B4+(B3+) và O2- Cấu trúc perovskite được coi là ổn định khi 0,79 < t < 1,02 Điều đó kéo theo các cation phải có kích thước giới hạn: RA > 0,9 và RB > 0.5 Ǻ Khi t = 1, ta có cấu trúc perovskite là hình lập phương như hình 1.3 Khi t ≠ 1, cấu trúc perovskite không còn dạng lập phương lý tưởng, dẫn tới góc liên kêt B – O – B khác 1800

, đồng thời độ dài liên kết B – O theo các phương khác nhau sẽ khác nhau (hình 1.4)

Hình 1.4 Sự biến dạng cấu trúc perovskite khi góc B-O-B 180

Chính sự thay đổi cấu trúc mạng tinh thể perovskite mà các tính chất đối xứng, tính chất điện, tính chất từ của vật liệu bị thay đổi Đặc biệt khi có lẫn các cation kim loại khác với các tỉ lệ hợp thức phù hợp sẽ tạo ra những loại hợp chất mới có tính chất đặc biệt vượt trội hơn so với tính chất của vật liệu tinh thể thuần ban đầu Đây là hướng nghiên cứu mới đang thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu trong nước cũng như trên thế giới

1.2.3 Vật liệu trên cơ sở YFeO 3

Tinh thể YFeO3 có cấu trúc trực thoi hoặc lục giác (giống YAlO3) tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp nên nó Mỗi tế bào đơn vị YFeO3 chứa 4 ion Fe3+

ở mỗi đỉnh nhưng các trục của 4 ion sắt hơi nghiêng so với bát diện (hình 1.5) Các hiện tượng biến dạng của perovskite chủ yếu ở vị trí Y3+

trong khi đó các ion Fe3+ vẫn được giữ nguyên trong thể bát diện Các công trình nghiên cứu tổng hợp YFeO3 cho thấy, orthoferrite yttrium có thể tổng hợp bằng phản ứng pha rắn thông thường từ oxit hay nitrat của kim loại tương ứng Khi nghiên cứu

hệ Fe2O3 – Y2O3 bằng cách nung hỗn hợp các oxit ở 15000C bằng phương pháp nhiễu xạ tia X người ta quan sát thấy hai hợp chất YFeO3 và Y3Fe5O12 Hợp chất YFeO3 có cấu trúc perovskite, còn Y3Fe5O12 có cấu trúc garnet Các thông

số ô mạng tinh thể của YFeO3 theo [29]: a = 5.279, b = 7.609, c = 5.590Å Phản ứng tạo garnet xảy ra qua hai giai đoạn:

5Fe2O3 + 3Y2O3 → 6YFeO3 + 2Fe2O3 (700 – 1100 C) 6YFeO3 + 2Fe2O3 → 2Y3Fe5O12 (1100 – 1300 C)

So sánh các dữ liệu thực nghiệm khác nhau ta thấy bên cạnh hợp chất với cấu trúc garnet Y3Fe5O12 thì trong hệ Fe2O3 – Y2O3 còn có hợp chất với cấu trúc perovskite YFeO3 Theo thành phần hóa học thì chúng rất gần nhau, có nghĩa là khi tổng hợp garnet sẽ có sự tạo thành perovskite

Yttrium orthoferrite đơn tinh thể được sử dụng trong bộ cảm biến và thiết

bị truyền động, nó có nhiệm vụ như bộ chuyển đổi quang và từ trường, ở đó những tinh thể orthoferrite hoạt động như định luật cảm ứng điện từ của Faraday Ngoài ra, YFeO3 còn được dùng để chế tạo màng mỏng

Các tinh thể YFeO3 kích thước nanomet có khả năng ứng dụng trong chiếu xạ quang xúc tác dưới ánh sáng nhìn thấy, do cấu trúc của nó thuộc loại perovskite và nó có thuộc tính quang phổ hấp thụ Ngoài ra, YFeO3 cũng được nghiên cứu làm chất xúc tác trong quá trình oxi hóa thuốc nhuộm hữu cơ hay oxi hóa CO thành CO2

Hình 1.5 Tế bào đơn vị của YFeO 3

Tuy nhiên, theo các tài liệu công bố hiện chưa có công trình nghiên cứu các đặc trưng từ tính của vật liệu nano YFeO3 như: từ độ bão hòa, độ từ dư, lực kháng từ ở nhiệt độ phòng, đặc biệt là các đặc trưng từ tính của vật liệu nano YFeO3 pha tạp ion Ca2+

1.3 Các phương pháp tổng hợp perovskite ABO 3

Ngày nay, để tổng hợp vật liệu nano nói chung và vật liệu perovskite ABO3 nói riêng người ta dựa vào hai nguyên lý cơ bản là top-down và bottom-

up như đã trình bày ở mục 1.1 Dựa vào hai nguyên lý đó người ta chia ra thành các phương pháp hay nhóm phương pháp khác nhau để điều chế vật liệu nano, mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, có những phương pháp chỉ

có thể áp dụng để điều chế một số vật liệu nhất định Sau đây là một số phương pháp cơ bản thường dùng để tổng hợp vật liệu perovskite ABO3

1.3.1 Phương pháp gốm truyền thống

Phương pháp thông thường và dễ nhất để tổng hợp vật liệu perovskite ABO3 là tổng hợp gốm Phương pháp này có thể khái quát theo sơ đồ như hình 1.6 [30]

Hình 1.6 Sơ đồ tổng hợp ABO 3 theo phương pháp gốm truyền thống

Nguyên liệu chính dùng để tổng hợp ABO3 là các oxit, hidroxit hoặc các muối có thể phân hủy ở nhiệt độ cao tạo oxit như cacbonat, nitrate, oxalat Nguyên liệu được trộn với nhau theo tỉ lệ hợp thức để tạo phối liệu Ngoài ra có thể thêm các chất khoáng hóa để tăng tốc độ phản ứng và giảm nhiệt độ nung

Trong phương pháp tổng hợp gốm, nhiệt độ nung thường rất cao (khoảng

1200 – 1500ºC) Sản phẩm được nghiền đến kích cỡ thích hợp (thường 1 – 30 µm) bằng máy nghiền bi năng lượng cao, sấy khô rồi đưa vào các silo chứa

Nguyên liệu Phối liệu Nghiền trộn Sấy Nung sơ bộ

Ép viên Nhung thiêu kết

Nghiền mịn Đóng bao

thời gian các công đoạn lại kéo dài và tiêu tốn năng lượng Chất lượng sản phẩm tùy thuộc vào bề mặt tiếp xúc giữa các hạt pha rắn, nhiệt độ nung và thời gian lưu nhiệt Cho đến nay phương pháp này vẫn được sử dụng nhiều trong công nghiệp và cũng cho hiệu quả kinh tế cao

1.3.2 Phương pháp đồng kết tủa

Các ion sẽ được kết tủa đồng thời trong một dung dịch bằng một tác nhân kết tủa thích hợp Ví dụ, để tổng hợp Y1-xCaxFeO3 có thể đi từ dung dịch chứa các ion Y3+, Ca2+ và Fe3+ rồi kết tủa đồng thời bằng dung dịch amoni cacbonat tạo các kết tủa cacbonat Y2(CO3)3, Y(OH)3, CaCO3 và Fe(OH)3 tương ứng Sau

đó tiến hành sấy và nung kết tủa sẽ thu được các oxit Y2O3, CaO, Fe2O3 có mức

độ phân tán cao Ưu điểm của phương pháp này là do các hạt oxit được trộn và phân tán đồng đều trong nhau và cấp hạt nhỏ nên phản ứng pha rắn xảy ra thuận lợi, nhiệt độ nung thấp hơn nhiều so với phương pháp gốm truyền thống Nhược điểm chính của phương pháp này là các kết tủa có tích số tan, độ tan khác nhau cùng với sự bắt đầu và hòa tan kết tủa các cation kim loại khác nhau xảy ra ở các giá trị pH khác nhau nên khó đảm bảo được kết tủa đồng thời và tỉ lệ hợp thức của kết tủa Ngoài ra, vật liệu tổng hợp theo phương pháp này thường có

sự kết tụ giữa các hạt gây ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu được sản xuất từ chúng

Để giảm tối đa khả năng kết tụ giữa các hạt kết tủa ta có điều chỉnh tốc

độ thủy phân của các cation kim loại bằng cách nhỏ từ từ dung dịch hỗn hợp muối với tỉ lệ hợp thức đã được tính trước vào cốc nước đun sôi, sau đó

mới cho dung dịch chứa tác nhân kết tủa Điều chế vật liệu nano Y

1-xCaxFeO3 với x = 0.0; 0.1 và 0.2 theo tính toán lý thuyết bằng phương pháp trên chưa được biết đến

1.3.3 Phương pháp sol – gel

Phương pháp sol-gel ra đời từ những năm 1950 – 1960 và được phát triển nhanh chóng do có nhiều ưu điểm như có thể tổng hợp vật liệu dưới dạng bột, màng mỏng hay sợi với kích thước cấu trúc đạt micro hay nanomet

Bản chất của phương pháp sol – gel là dựa trên các phản ứng thuỷ phân

và ngưng tụ các tiền chất, bằng cách điều chỉnh tốc độ của hai phản ứng thuỷ phân và ngưng tụ ta sẽ thu được sản phẩm mong muốn [31, 32] Các phản ứng xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với phương pháp tổng hợp từ pha rắn nên tiết kiệm được năng lượng Vật liệu được hình thành từ cấp độ quy mô nguyên

tử, phân tử, ion nên có độ đồng nhất rất cao, bề mặt riêng lớn, dải phân bố kích thước hạt hẹp

Dựa vào vật liệu ban đầu sử dụng cho quá trình tổng hợp người ta chia phương pháp sol-gel thành 3 dạng chính: phương pháp sol-gel theo con đường thuỷ phân muối; phương pháp sol-gel tạo phức và phương pháp sol-gel theo con đường thuỷ phân alkoxide kim loại M(OR)n trong đó R là gốc ankyl

Ngoài những phương pháp trên còn có một số phương pháp khác như phương pháp khuếch tán rắn – lỏng, phương pháp cơ hóa, phương pháp điện hóa v.v

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Để góp phần tìm được quy trình tổng hợp vật liệu nano oxit phức hợp nói chung và vật liệu nano YFeO3 nói riêng, nhóm tác giả tiến hành khảo sát các điều kiện tối ưu của phương pháp đồng kết tủa các cấu tử từ dung dịch lỏng để tổng hợp chúng Trước hết chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện điều chế lên thành phần pha, kích thước và hình thái hạt của vật liệu nano YFeO3, từ đó chọn quy trình tối ưu nhất để tổng hợp vật liệu nano pha tạp

Y0.9Ca0.1FeO3 và Y0.8Ca0.2FeO3 (theo tính toán lý thuyết)

Vật liệu bột thu được sẽ được xác định từ độ bão hòa, độ từ dư, lực kháng

từ và đường cong từ trễ bằng hệ đo từ mẫu rung thực hiện ở nhiệt độ phòng

2.2 Nội dung nghiên cứu

2.2.1 Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano YFeO 3

2.2.1.1 Chuẩn bị nguyên liệu đầu

Các hóa chất ban đầu được sử dụng: Fe(NO3)3.9H2O, Y(NO3)3.6H2O, dung dịch nước amoniac 25 – 28%, khối lượng riêng d = 0,901 g/ml, nước cất

Các tiền chất ban đầu được dùng để đồng kết tủa các hidroxit Y(OH)3 và Fe(OH)3 là các dung dịch muối sắt (III) nitrat và ytri nitrat Các dung dịch muối được chuẩn bị bằng cách hòa tan các muối tương ứng vào nước cất ở nhiệt độ phòng Dung dịch thu được được pha loãng đến nồng độ 0,15M Dung dịch amoniac đậm đặc được pha loãng đến nồng độ 5% Dung dịch hỗn hợp đương lượng các muối được trộn lẫn trước khi tiến hành kết tủa

2.2.1.2 Tổng hợp vật liệu nano YFeO 3 bằng phương pháp đồng kết tủa

Để tổng hợp vật liệu YFeO3 với các đặc trưng như kích thước hạt nano,

đơn pha, độ đồng nhất cao, không có sự kết tụ giữa các hạt cần phân tích so

sánh các phương pháp tổng hợp của các tác giả đi trước để tìm kiếm các điều

kiện tối ưu để tổng hợp chúng

Trên cơ sở các tài liệu đã được công bố chúng tôi chọn phương pháp

đồng kết tủa các cation Y3+

và Fe3+ bằng dung dịch nước amoniac

Vật liệu nano YFeO3 được điều chế theo hai phương pháp sau đây:

1

Phương pháp 1 Nhỏ từ từ dung dịch nước chứa hỗn hợp đương lượng

muối Y(NO3)3 và Fe(NO3)3 vào cốc đựng dung dịch nước amoniac 5% và được khuấy đều trên máy khuấy từ Sau khi cho hết muối vào -

1

Phương pháp 2 Nhỏ từ từ dung dịch nước chứa hỗn hợp đương lượng

muối Y(NO3)3 và Fe(NO3)3 vào một cốc nước đang sôi và được khuấy đều trên máy khuấy từ Sau khi cho hết hỗn hợp muối thì đun sôi thêm 3 – 5 phút nữa, lúc này dung dịch có màu nâu đỏ và không đổi màu khi để nguội đến nhiệt độ phòng Sau đó cho thêm dung dịch nước amoniac 5% vào cốc thu được ở trên, lượng amoniac cho vào lấy dư để kết tủa hết các cation Y3+

và Fe3+ (thử nước lọc bằng phenolphthalein)

Trong cả hai phương pháp ở trên, kết tủa được khuấy đều trên máy khuấy

từ khoảng 15 – 20 phút, sau đó lọc, rửa kết tủa vài lần bằng nước cất rồi khô

ở nhiệt độ phòng

Kết tủa phơi khô được nghiền mịn và nung trong môi trường

không khí từ nhiệt độ phòng đến các nhiệt độ khác nhau để kiểm tra sự hoàn thiện việc kết tinh và tạo pha đồng nhất :