ảnh hưởng của điều kiện điều chế lên quá trình hình thành pha, cấu trúc và từ tính của vật liệu nano yfeo3

Các nghiên cứu về vật liệu perovskite dạng hạt có kích thước nano cũng được tập trung nghiên cứu trong thời gian gần đây, đặc biệt là sự bất thường của tính chất siêu dẫn và tính chất từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH



KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP

Chuyên ngành: Hoá Vô Cơ

Tên đề tài:

ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐIỀU CHẾ LÊN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHA, CẤU TRÚC VÀ

GVHD: TS Nguyễn Anh Tiến

SVTH : Dương Thu Đông

Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

Lời cảm ơn 3

LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 4

Chương 1 - TỔNG QUAN 5

1.1 Giới thiệu về công nghệ nano và vật liệu nano 5

1.1.1 Mở đầu và các khái niệm cơ bản [2],[13],[17] 5

1.1.2 Phân loại vật liệu nano 6

1.1.3 Phương pháp điều chế vật liệu nano 7

1.1.4 Ứng dụng của vật liệu nano[6] 9

1.2 Vật liệu perovskite dạng ABO3[9] 10

1.2.1 Cấu trúc lí tưởng của perovskite 10

1.2.2 Tính chất của perovskite [1],[2] 11

1.2.3 Các phương pháp điều chế perovskite 12

1.3 Sắt và các hợp chất của sắt 15

1.3.1 Sắt 15

1.3.2 Oxit sắt 17

1.3.3 Hiđroxit sắt 19

1.4 Ytrium và các hợp chất của yttrium 20

1.4.1 Oxit Yttrium 20

1.4.2.Hiđroxit Yttrium 21

1.5 Giới thiệu về perovskite YFeO3[2] 23

1.5.1 Cấu trúc lí tưởng của perovskite YFeO3 23

1.5.2 Ứng dụng của perovskite YFeO3 24

CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM 25

2.1 Các phương pháp nghiên cứu tính chất bột nanoYFeO3 25

2.1.1 Phương pháp phân tích nhiệt vi sai TGA/DTA [8] 25

2.1.2 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [7] 26

2.1.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM [8] 29

2.1.4 Phương pháp đo độ từ hóa[16] 30

2.2 Hoá chất và thiết bị 32

2.2.1 Hoá chất 32

2.2.2 Dụng cụ thiết bị 33

2.3 Phương pháp thực nghiệm 33

CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 34

3.1 Kết quả và thảo luận YFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa trong nước nóng 34

3.2 Kết quả và thảo luận YFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa trong nước lạnh 43

3.3 So sánh kết quả hai phương pháp tổng hợp 49

CHƯƠNG 4- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 52

4.1 Kết luận 52

4.2 Kiến nghị 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

Lời cảm ơn

Khoá luận tốt nghiệp là bước cuối cùng đánh dấu sự trưởng thành của một sinh viên ở giảng đường đại học Đồng thời cũng là công việc khó nhất đầu tiên - yêu cầu nhiều kĩ năng, kiến thức tổng hợp từ trước tới nay mà em chưa từng được thực hiện Để hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này, em không thể thiếu sự giúp đỡ của mọi người

Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Hóa trường Đại học Sư phạm Tp.HCM đã tạo mọi điều kiện nhằm giúp đỡ em thực hiện khóa luận này đúng tiến độ, cũng như đã tận tâm dạy dỗ em trong suốt những năm đại học Đặc biệt là thầy Nguyễn Anh Tiến – người trực tiếp hướng dẫn đề tài, mặc dù rất bận rộn với công việc, nhưng thầy vẫn dành nhiều thời gian quan tâm hướng dẫn, góp ý, sửa chữa giúp em đi đúng hướng trong quá trình làm khóa luận Từ thầy em đã học hỏi được rất nhiều điều từ kiến thức khoa học chuyên ngành đến những kinh nghiệm sống xã hội

Nhân đây con cũng xin gởi lời cảm ơn ba mẹ kính yêu bao lâu nay đã luôn động viên, khích lệ để con hoàn thành tốt nhất khóa luận này Ngoài ra, bạn bè cũng là những người không thể thiếu đã giúp đỡ mình rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này

Do đây là lần đầu tiên thực hiện nghiên cứu khoa học, nên em vẫn còn giới hạn về kinh nghiệm thực tiễn cũng như kiến thức chuyên ngành, khó tránh khỏi những sai sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và phê bình của quý thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn mọi người, chúc sức khỏe và thành đạt!

Sinh viên thực hiện kí tên

LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trong hơn hai thập kỷ qua, sự phát triển của công nghệ nano diễn ra mạnh mẽ Các vật liệu nano chiếm vị trí hàng đầu về tốc độ phát triển trong

cả hai khía cạnh: tăng cường kiến thức khoa học và các ứng dụng[11]

Các nghiên cứu về vật liệu perovskite dạng hạt có kích thước nano cũng được tập trung nghiên cứu trong thời gian gần đây, đặc biệt là sự bất thường của tính chất siêu dẫn và tính chất từ Bên cạnh đó, các tính chất vật

lý cơ bản có liên quan mật thiết với các ứng dụng, đặc biệt là các tính chất điện và từ của các vật liệu nano perovskite cũng đang được tập trung nghiên cứu [11]

Hầu hết các ứng dụng ngày nay đòi hỏi các hạt nano phải có độ từ hoá cao, kích thước đồng đều và phân tán tốt trong môi trường dung dịch… Do

đó tôi chọn đề tài: “ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐIỀU CHẾ LÊN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHA, CẤU TRÚC VÀ TỪ TÍNH CỦA VẬT LIỆU NANO YFeO3” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình

Tổng hợp YFeO3 bằng cách nung các oxit hoặc các muối cacbonat, hiđroxit, nitrat, oxalat…đòi hỏi ở nhiệt độ cao, hiệu quả kết tinh hạt thấp không có lợi về mặt kinh tế Gần đây phương pháp tổng hợp YFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa được sử dụng rộng rãi hơn, vì nhiệt độ kết tinh thấp, quá trình thí nghiệm đơn giản thu được bột mịn và hình thái hạt đồng nhất

Mục tiêu của đề tài này là khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên thành phần pha, cấu trúc và từ tính của vật liệu nano YFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa

Chương 1 - TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về công nghệ nano và vật liệu nano

Trong khoảng hai thập niên gần 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 đã công bố hàng loạt các bài báo, các công trình khoa học, các tạp chí 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

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

vị ước giảm đi 1 tỷ lần (10-9) Ví dụ: nanogam = 1 phần tỷ gam; nanomet =

1 phần tỷ mét hay 1nm = 10-9

m

Khoa học nghiên cứu về hạt nano đã và đang được quan tâm do chúng có tính chất vật lý, hoá học và nhiều ứng dụng khác đặc biệt hơn so với khi nghiên cứu về hạt micro

Công nghệ nano[13]

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 (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

Khoa học nano[17]

là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp vào vật liệu ở quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các

quy mô lớn hơn Ngành khoa học này liên quan đến nhiều ngành khoa học khác như vật lý học, hóa học, sinh học

Vật liệu nano[13]

là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét 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

Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano, mỗi cách phân loại cho ra rất nhiều loại nhỏ nên thường hay làm lẫn lộn các khái niệm Sau đây là một vài cách phân loại thường dùng

Phân loại theo hình dáng của vật liệu: theo cách phân loại này

người ta đặt tên số chiều không bị giới hạn ở kích thước nano:

+ Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano), ví

dụ:đám nano, hạt nano vàng và bạc

+ Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước

nano, hai chiều kia dài hơn ví dụ: ống nano cacbon, sợi kẽm oxit…

+ Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước

nano, chiều thứ ba dài hơn ví dụ:màng mỏng

+ Ngoài ra còn có 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, hai chiều đan xen lẫn nhau

- Cũng theo cách phân loại theo hình dáng của vật liệu, một số người đặt tên số chiều bị giới hạn ở kích thước nano Nếu như thế thì hạt nano là vật liệu nano 3 chiều, dây nano là vật liệu nano 2 chiều và màng mỏng là vật liệu nano 1 chiều Cách này ít phổ biến hơn cách ban đầu

Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano:

+ Vật liệu nano kim loại;

từ tính sinh học” trong đó cả “từ tính” và “sinh học” đều là khái niệm có được khi phân loại theo tính chất

1.1.3 Phương pháp điều chế vật liệu nano

Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp chính: phương pháp

từ trên xuống (top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up) Phương

pháp từ trên xuống là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử, phân tử hay ion Sau đây ta xét đặc điểm của từng phương pháp

- Phương pháp từ trên xuống

Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu)

+ Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh) Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột

đến kích thước nano Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt nano)

+ Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cực lớn mà không làm phá huỷ vật liệu Nhiệt độ

có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng, còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm)

+ Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang

khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp

- Phương pháp từ dưới lên

Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion Phương pháp từ dưới lên được phát triểnmạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này Phương pháp từ dưới lên có thể

là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa-lý

+ Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang) Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha

vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh) Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: vật liệu được dùng sản xuất ổ cứngmáy tính

+ Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình

thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel, ) và từ pha khí (nhiệt phân, ) Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,

+ Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,

1.1.4 Ứng dụng của vật liệu nano[6]

Vật liệu nano bao gồm bột nano và tinh thể nano có rất nhiều ứng dụng do chúng có nhiều tính chất cơ, lý, hoá rất đặc biệt Sau đây là một số ứng dụng:

- Vật liệu ngăn cách: loại cửa sổ thông minh, tấm kính trong tức là ánh sáng nhìn thấy lọt qua dễ dàng, tia tử ngoại và hồng ngoại không lọt qua được Đó là nhờ phủ lên một lớp hạt nano tinh thể, thí dụ hạt oxit ăngtimon thiếc (ATO) hay oxit inđi thiếc (ITO)

- Ứng dụng trong chế tạo máy: công nghệ nano có thể tạo ra những vật liệu rất cứng dùng để cắt gọt trong chế tạo máy Gốm tinh thể nano có thể nén và liên kết thành nhiều hình dạng khác nhau ở nhiệt độ khá thấp

- Ứng dụng để làm màn hình: màn hình tivi, máy tính thông thường hiện nay luôn có một lớp mỏng gồm các hạt phôtpho (có pha tạp), khi điện

tử đập vào thì loé sáng lên Năng suất phân giải của màn hình phụ thuộc vào kích thước của điểm ảnh tức là phụ thuộc vào kích thước của các hạt phôtpho.Ống nano cacbon cũng được dùng làm màn hình có năng suất phân giải cực cao

- Ứng dụng làm pin: các loại pin niken – hiđro kim loại Ni – MH (nickel metal hydride) được làm từ các hạt nano niken và hiđro kim loại chứa được rất nhiều điện năng kéo dài thời gian làm việc

- Nam châm cực mạnh: nam châm càng mạnh khi càng tăng tỉ lệ diện tích bề mặt hạt từ trong một đơn vị thể tích của vật liệu từ Loại nam châm đất hiếm hạt nano này được dùng trong các động cơ tàu biển, máy phát điện cho ôtô, các dụng cụ phân tích cực nhạy

- Ứng dụng trong động cơ ôtô máy bay: để ít tổn hao nhiệt người ta phủ một lớp nano tinh thể ở xylanh, thường là gốm oxit silic, lớp gốm này giữ nhiệt rất tốt

- Vật liệu thích nghi sinh học để cấy vào cơ thể: vật liệu phôtphat canxi, vật liệu của xương tự nhiên Vì vậy, dùng vật liệu nano này có tính chất như là vật liệu nhân tạo bắt chước xương tự nhiên Cacbua silic nano tinh thể (SiC) là vật liệu có khả năng làm van tim nhân tạo

1.2 Vật liệu perovskite dạng ABO3[9]

Kiểu cấu trúc này đặc trưng cho các hợp chất có công thức ABO3 trong đó: A là các nguyên tố nhóm kiềm thổ hoặc nhóm đất hiếm; B là các nguyên

tố thuộc nhóm chuyển tiếp; O là oxi Hình 1.2.1 biểu diễn ô mạng cơ sở của CaTiO3, một cấu trúc tinh thể perovskite lập phương lí tưởng

Từ hình vẽ ta thấy: tại các đỉnh của ô mạng là các ion canxi; tại tâm các mặt khối là các ion oxi; ion titan nằm ở tâm khối của ô mạng Như vậy, các ion titan (nguyên tố B trong ABO3) nằm ở tâm của khối bát diện đều do

6 ion oxi tạo thành Để có cấu trúc tinh thể kiểu perovskite thì bán kính ion của các nguyên tố trong hợp chất ABO3 phải thỏa mãn điều kiện sau:

Bán kính ion B phải đủ bé để có thể vào hổng bát diện, bán kính ion B

và O phải tương đương vì chúng là hai thành phần để tạo nên mạng lập phương tâm mặt Đa số các trường hợp trong hợp chất ABO3: A là các nguyên tố hóa trị II như: Ca, Sr, Ba, Cd, Pb,…; B là các nguyên tố có hóa trị

IV như: Ti, Th, Sn, Zr, Hf, Ge,…Tuy nhiên vẫn có những trường hợp cả A

và B điều là hóa trị III và cấu trúc tinh thể vẫn perovskite như: A là các kim loại đất hiếm La, Y ; B là Cr, Fe, Mn … Một số các hợp chất ABO3 sau đây vẫn còn cấu trúc perovskite:NaCrO3, (Li, Na, K)NbO3 với A hóa trị V

Các perovskite được chú ý nhiều bởi tính chất vật lý của chúng: tính chất từ, tính chất điện và tính quang học Còn hoạt tính xúc tác của chúng mới bắt đầu được nghiên cứu từ năm 1952 bởi Parravano

Tính chất hấp thụ của perovskite ABO3 (B là kim loại chuyển tiếp) ở

250C phụ thuộc vào cấu trúc điện tử của B3+ và lớn nhất đối với Fe3+

Các nghiên cứu cho thấy O2 và CO bị hấp thụ trên các tấm bề mặt khác nhau, trong khi CO có liên kết với cả oxi bề mặt và ion kim loại của perovskite

Hoạt tính xúc tác của perovskite được quyết định chủ yếu bởi tính chất oxi hóa - khử của các kim loại trong xúc tác, trong đó kim loại chuyển tiếp B đóng vai trò là trung tâm hoạt động của xúc tác trong các quá trình oxi hóa - khử

Hoạt tính của một chất xúc tác được quyết định bởi nhiều yếu tố như khả năng hấp thụ các chất phản ứng, khả năng oxi hóa - khử của các cation trong xúc tác, tính axit - bazơ, độ bền nhiệt, và bề mặt riêng của xúc tác

1.2.3.1 Phương pháp gốm truyền thống [15]

Bản chất của phương pháp là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn ở nhiệt độ cao, sản phẩm thu được thường dưới dạng bột và có cấp hạt cỡ milimet hay micromet Từ sản phẩm đó mới tiến hành tạo hình và thực hiện quá trình kết khối thành vật liệu cụ thể Đây là phương pháp đã được phát triển lâu đời nhất nhưng hiện nay vẫn còn được ứng dụng rộng rãi Các công đoạn theo phương pháp này như sau:

Chuẩn bị phối liệu → nghiền, trộn → ép viên → nung → sản phẩm

Ưu điểm của phương pháp gốm truyền thống: hoá chất không đắt tiền, các thao tác dễ tự động hoá nên dễ dàng đưa vào dây chuyền sản xuất với lượng lớn

Nhược điểm: Đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp, tính đồng nhất của sản phẩm không cao, kích thước hạt lớn (cỡ milimet hay micromet) nên khi ép tạo thành sản phẩm thường có độ rỗng lớn, phản ứng trong pha rắn diễn ra chậm và xảy ra ở nhiệt độ cao

1.2.3.2 Phương pháp đồng tạo phức [14],[15]

Nguyên tắc của phương pháp này là cho các muối kim loại tạo phức cùng nhau với phối tử trong dung dịch Sau đó tiến hành phân huỷ nhiệt phức chất có thành phần hợp thức mong muốn Phương pháp này đạt được

sự phân bố lý tưởng các cấu tử trong hệ phản ứng vì rằng trong mạng lưới tinh thể của phức rắn đã có sự phân bố hoàn toàn có trật tự của các ion

Ưu điểm của phương pháp đồng tạo phức: là trong hỗn hợp ban đầu đưa vào nung (hỗn hợp các phức chất) đã bảo đảm tỷ lệ hợp thức của các cấu tử đúng như trong vật liệu mong muốn

Nhược điểm: tìm các phức chất đa nhân không dễ dàng và công việc tổng hợp phức chất tương đối phức tạp đòi hỏi nhiều phối tử đắt tiền Do đó với các vật liệu đòi hỏi phải bảo đảm chính xác tỷ lệ hợp thức

1.2.3.3 Phương pháp đồng kết tủa [14],[15]

Đây là một trong những phương pháp đang được sử dụng rộng rãi để tổng hợp vật liệu Phương pháp này cho phép khuếch tán các chất tham gia phản ứng khá tốt, tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc của các chất phản ứng do đó

có thể điều chế được vật liệu mong muốn ở điều kiện nhiệt độ nung thấp

Một điều quan trọng là thành phần của vật liệu ảnh hưởng đến nhiều tính chất, do đó tiến hành phản ứng đồng kết tủa, trong điều kiện nghiêm ngặt để kết tủa có thành phần mong muốn Phương pháp đồng kết tủa có ưu điểm sau:

- Cho sản phẩm tương đối tinh khiết

- Tính đồng nhất của sản phẩm cao

1.2.3.4 Phương pháp sol – gel [10]

Mặc dù đã được nghiên cứu vào những năm 30 của thế kỉ trước Nhưng gần đây, cùng với sự ra đời và phát triển của kĩ thuật nano, phương pháp sol-gel lại được quan tâm rất nhiều vì nó rất thành công trong tổng hợp vật liệu cấp hạt nano

Trong quá trình sol-gel, giai đoạn đầu tiên là sự thuỷ phân và ngưng tụ tiền chất để hình thành sol, dạng đồng nhất của các hạt oxit siêu nhỏ trong chất lỏng Chất đầu để tổng hợp sol này là các hợp chất hoạt động của kim

loại như các alkoxide của silic, nhôm, titan…Giai đoạn này có thể điều khiển bằng sự thay đổi pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng, xúc tác, nồng độ tác nhân, tỷ lệ nước…Các hạt sol có thể lớn lên và đông tụ để hình thành mạng polyme liên tục hay gel chứa các bẫy dung môi Phương pháp làm khô

sẽ xác định các tính chất của sản phẩm cuối cùng: gel có thể được nung nóng

để loại trừ các phân tử dung môi, gây áp lực lên mao quản và làm sụp đổ mạng gel, hoặc làm khô siêu tới hạn, cho phép loại bỏ các phân tử dung môi

mà không sụp đổ mạng gel Sản phẩm cuối cùng thu được từ phương pháp làm khô siêu tới hạn gọi là aerogel, theo phương pháp nung gọi là xerogel

Bên cạnh gel còn có thể thu được nhiều loại sản phẩm khác

1.2.3.5 Tổng hợp đốt cháy gel polyme [10]

Tổng hợp đốt cháy (CS – Combustion synthesis) trở thành một trong những kỹ thuật quan trọng trong điều chế các vật liệu gốm mới (về cấu trúc

và chức năng), composit, vật liệu nano và vật liệu khối

Trong số các phương pháp hoá học, tổng hợp đốt cháy có thể tạo ra tinh thể bột nano oxit và oxit phức hợp ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời gian ngắn và có thể đạt ngay đến sản phẩm cuối cùng mà không cần phải xử

lí nhiệt thêm nên hạn chế được sự tạo pha trung gian và tiết kiệm được năng lượng

Quá trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hoá khử toả nhiệt mạnh giữa hợp phần chứa kim loại và hợp phần không kim loại, phản ứng trao đổi giữa các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng chứa hợp chất hay hỗn hợp oxi hoá khử … Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốt cháy thành

một phương pháp hấp dẫn sản xuất các vật liệu mới với chi phí thấp so với các phương pháp truyền thống Một số ưu điểm khác của phương pháp đốt cháy là:

- Thiết bị công nghệ tương đối đơn giản

- Sản phẩm có độ tinh khiết cao

Trong phương pháp đốt cháy gel polime, để ngăn ngừa sự tách pha cũng như sự đồng nhất cao cho sản phẩm, phương pháp hoá học ướt thường

sử dụng các tác nhân tạo gel Một số polyme hữu cơ được sử dụng ngoài vai trò tác nhân tạo gel, còn là nguồn nhiên liệu như polivinyl alcol, polietylen glycol, polyacrylic axit Trong phương pháp này, dung dịch tiền chất gồm dung dịch các muối kim loại (thường là muối nitrat) được trộn với polyme hoà tan trong nước tạo thành hỗn hợp nhớt Làm bay hơi nước hoàn toàn hỗn hợp này thu được khối xốp nhẹ và đem nung ở khoảng 300 – 900o

C thu được là các oxit phức hợp mịn

C

Nhi ệt thăng hoa kJ/mol

T ỉ

kh ối

Độ cứng (thang Moxơ)

Độ dẫn điện (Hg=1)

Sắt có 4 dạng thù hình bền ở những khoảng nhiệt độ xác định:

Fe α 700�⎯⎯� Fe β 𝑜𝐶 911�⎯⎯� Fe γ oC 1390�⎯⎯⎯� Fe δ oC 1536�⎯⎯⎯� Fe lỏng oC

Những dạng α và β có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối (hình 1.3.1) nhưng có kiến trúc electron khác nhau nên Fe α có tính sắt-từ và Fe β

có tính thuận từ, Fe α khác với Fe β là không hòa tan cacbon (C), Fe γ có

kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm diện(hình 1.3.2) và tính thuận từ, Fe δ

có kiến trúc lập phương tâm khối như Fe α nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng

chảy

Khác với hầu hết kim loại, Fe, Co và Ni có tính sắt-từ: chúng bị nam châm hút và dưới tác dụng của dòng điện chúng trở thành nam châm Từ - tính của sắt đã được phát hiện từ thời cổ xưa, cách đây hơn hai ngàn năm người Trung Hoa đã biết dung từ-tính đó để chế tạo la bàn và đến ngày nay

loại la bàn đó vẫn còn được sử dụng Nguyên nhân của tính sắt-từ không

phải chỉ là ở nguyên tử hay ion mà chủ yếu là ở mạng lưới tinh thể của chất

Sắt, coban và niken tạo nên rất nhiều hợp kim quan trọng Tùy thuộc

vào lượng C trong sắt người ta chia ra: sắt mềm (<0,2%C), thép (0,2 – 1,7%C) và gang (1,7 – 5%C)

Đáng chú ý là C tan đáng kể trong Fe γ Dung dịch rắn của C trong Fe γ

được gọi làaustenit, chứa đến 1,7%C (về khối lượng) Đây là một pha xâm

nhập, trong mạng lưới tinh thể austenite những nguyên tử C chiếm trung điểm của các cạnh và tâm của lập phương (hình 1.3.3)

Hình 1.3.1 Ti nh thể kiểu

lập phương tâm khối Hình 1.3.2 Ti lập phương tâm diện nh thể kiểu

Khi cho kết tinh thép chứa đến 1,7%C, mới đầu không có khả năng hòa tan C nên C tách ra, do đó thu được hỗn hợp tinh thể của than chì và Fe α

gọi là ferit Nếu làm nguội tương đối nhanh, cacbon tách ra ở dạng Fe3C

Nếu làm nguội lạnh rất nhanh (tôi thép), Fe γ chuyển thành Fe α nhưng C

chưa kịp tách ra nên thu được một pha không bền về mặt nhiệt động, đó là dung dịch rắn quá bão hòa của C trong Fe α gọi là mactensit (hình 1.3.4)

Sắt có độ tinh khiết cao có chứa dưới

0,001% tạp chất, có từ tính tốt và dễ hàn, nhưng tính chất cơ học không cao,

độ bền kém hơn nhiều so với gang và các loại thép; không thể dùng trong vật liệu chế tạo

Sắt tinh khiết kỹ thuật chứa 0,02 - 0,04% cacbon, ngoài ra có các tạp chất khác như oxi, nitơ, lưu huỳnh, photpho cũng có từ tính tốt và dễ hàn, có tính cơ học cao, dùng trong vật liệu chế tạo

1.3.2 Oxit sắt

Cả ba oxit sắt là hợp chất không hợp thức và dễ biến đổi lẫn nhau Sơ

đồ dưới đây biểu diễn sự biến đổi đó:

Fe2O3 ⇌ Fe3O4 ⇌ FeO

Hình 1.3.3 Mạng lưới

tinh thể austenite Hình 1.3.4 Mạng lưới tinh thể mactensit

Sự tăng nhiệt độ và tác dụng của chất khử làm cho cân bằng chuyển

dịch theo chiều thuận Ngược lại sự tăng lượng khí oxi làm cho cân bằng chuyển dịch theo chiều nghịch

Nguyên nhân của sự sai lệch với thành phần hợp thức và sự biến đỗi lẫn nhau là Fe3O4, FeO cũng như Fe2O3-γ có kiến trúc tinh thể giống nhau: trong tinh thể, những ion O2-

sắp xếp sít sao kiểu lập phương tạo nên những

lỗ trống bát diện và lỗ trống tứ diện, ở tâm của những lỗ trống đó là ion Fe2+

, ion Fe3+

Tinh thể FeO có kiến trúc kiểu NaCl: mỗi ion Fe2+ được phối trí bởi 6 ion O2- và mỗi ion O2- được phối trí bởi 6 ion Fe2+, nghĩa là trong những lỗ

trống bát diện tạo nên bởi ion O

có ion Fe2+ còn trong lỗ trống tứ diện không có ion Nếu trong tất cả những lỗ trống bát diện đều có ion Fe2+

thì oxit sắt có công thức lí tưởng là FeO Khi một số ion Fe2+ được thay thế

bằng 2/3 những ion Fe3+

, tinh thể có kiến trúc khuyết và oxit có công thức Fe1-xO (thường x~0,05)

Nếu quá trình thay thế đó tiếp tục cho đến khi 2/3 tổng số ion sắt là

Fe3+, một nửa chiếm lỗ trống bát diện và một nửa chiếm lỗ trống tứ diện, thì tinh thể có kiến trúc khuyết hơn nữa và oxit có công thức Fe3O4

Ion Fe3+ có bán kính 0,64Å, bé hơn ion Fe2+

có bán kính 0,76Å nên có

thể chiếm lỗ trống tứ diện bé hơn lỗ trống bát diện Trong toàn bộ lỗ trống bát diện đó, những ion Fe2+

và Fe3+ được sắp xếp một cách ngẫu nhiên đến

mức những ion đó không phải đổi chỗ cho nhau mà thực tế chỉ cần electron

nhảy từ ion này sang ion khác ở bên cạnh và kết quả là những electron chuyển động trong toàn tinh thể Đó là nguyên nhân của tính dẫn điện và ánh kim của oxit sắt-từ

Nếu số ion Fe2+

còn lại trong tinh thể oxit sắt-từ được thay thế hết bằng ion Fe3+ thì oxit sắt có công thức Fe2O3

Sắt (III) oxit tạo ra ba dạng thù hình là 𝛼 – Fe2O3 là tinh thể lục phương dạng thuận từ và tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật hematic, dạng 𝛾 – Fe2O3 là tinh thể lập phương, dạng sắt từ và dạng 𝛿 – Fe2O3 có cấu trúc kiểu corinđon

Khi nung sắt (III) hiđroxit, nói đúng hơn là oxit bị hiđrat hoá Fe2O3 nH2O, ở nhiệt độ thấp hơn 650oC tạo ra chất rắn ở dạng bột màu đỏ nâu, nhưng nếu nung ở nhiệt độ cao hơn tạo thành tinh thể màu xám đen không có khả năng tan trong axit , tương tự như Cr2O3, Al2O3 dạng tinh thể:

Fe2O3 nH2O 𝑡0

�� Fe2O3 + nH2O Fe2O3 cũng có thể điều chế bằng cách nung FeSO4.7H2O;FeO hoặc một muối sắt (II) của axit dễ bay hơi khác

Ngoài ra trong công nghiệp được điều chế bằng cách nung quặng pirit

Bên cạnh tính chất chủ yếu là tính bazơ, Fe2O3 còn có tính axit tạo thành muối ferit màu vàng hoặc đỏ,khi nung hỗn hợp Na2CO3 + Fe2O3

Khi nung với C, hoặc nung trong luồng khí CO, H2 hoặc khí than đá,Fe2O3 sẽ bị khử thành Fe

1.3.3 Hiđroxit sắt

Sắt (III) hiđroxit là chất kết tủa màu đỏ nâu được tạo ra khi cho một tác nhân kết tủa như dung dịch kiềm, dung dịch amoniac, dung dịch cacbonat tác dụng với dung dịch muối Fe(III):

FeCl3 + 3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3 ↓ + 3NH4Cl 2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Fe(OH)3 ↓ + 6NaCl + 3CO2

Thực ra, dạng kết tủa keo màu nâu đỏ vô định hình đó là dạng

Fe2O3.nH2O, với hàm lượng nước khác nhau Trong công thức thường viết

Fe(OH)3 chính là Fe2O3.3H2O; trong thiên nhiên, dạng hematic nâu Fe2O3.H2O hay là FeO(OH)

Fe(OH)3 khô là những cục xốp, khối lượng riêng thay đổi trong

khoảng từ 3,4g/cm3 đến 3,9g/cm3 Hầu như không tan trong nước (Tt = 4.10-38)

Khi đun nóng Fe(OH)3 đến 500 – 700oC sẽ mất nước hoàn toàn biến

thành Fe2O3:

2Fe(OH)3500−7000

�⎯⎯⎯⎯⎯⎯�Fe2O3 + 3H2O Bên cạnh tính chất chủ yếu là tính bazơ, Fe(OH)3còn thể hiện tính axit

yếu ( axit ferơ HFeO2 ) nên khi cho Fe(OH)3tác dụng với kiềm đặc nóng hay

bằng cách nấu chảy với Na2CO3 hay K2CO3 tạo thành muối ferit NaFeO2

hay KFeO2:

Fe(OH)3 + NaOH(đ) → NaFeO𝑡0 2 + 2H2O

NaFeO2hay các ferit khác đều bị thuỷ phân đến kiềm và Fe 2O3:

2NaFeO2 + H2O → Fe2O3 + 2NaOH

Ngoài các ferit của kim loại kiềm, người ta còn biết một số ferit khác

như Mg(FeO2)2, Zn(FeO2)2…

1.4 Ytrium và các hợp chất của yttrium

1.4.1 Oxit Yttrium

Y2O3 là chất rắn màu trắng và ổn định trong không khí Nó được sử

dụng như là một nguyên liệu đầu vào phổ biến cho các ngành khoa học vật

liệu cũng như trong tổng hợp vô cơ

Hình 1.4.1 Ảnh TEM của Y 2 O 3

Oxit yttrium (III) là hợp chất

quan trọng nhất và được sử dụng rộng

rãi để tạo ra các chất lân quang YVO4

Oxit yttrium dùng chế tạo các

dạng ngọc hồng lựu yttri sắt làm các

bộ lọc vi sóng hiệu suất cao

Được dùng làm chất xúc tác cho

quá trình polyme hóa etylen Ngọc

hồng lựu yttri nhôm, Y2O3, florua yttri

liti, vanadat yttri được dùng trong tổ

hợp với các tác nhân kích thích

(dopant) như terbi, ytterbi trong các

laze cận-hồng ngoại Nó được sử dụng

tại các điện cực của một số loại bu gi hiệu

suất cao

Nó được dùng để khử oxi cho vanadi hay các kim loại phi sắt khác Oxit yttrium (III) được dùng như là phụ gia kết dính trong sản xuất nitrua silic xốp Được sử dụng làm đèn huỳnh quang trong các loại kính hiển vi điện tử truyền, là chất phụ gia trong sơn, nhựa, nam châm vĩnh cửu, vật liệu phát sáng màu đỏ trong các loại đèn huỳnh quang

Các hợp chất chứa nguyên tố này hiếm khi được bắt gặp, nhưng nên hết sức cẩn thận do chúng có độc tính cao Các muối của yttri có thể có khả năng gây ung thư

Yttrium hiđroxit hay còn được gọi là yttri hiđrat, là một vật liệu quan trọng được sử dụng trong lĩnh vực gốm sứ, thủy tinh và điện tử…

Hình 1.4.2 Ảnh FESEM của Fe(OH) 3 dạng ống

Kể từ khi phát hiện ra ống nano cacbon vào năm 1991, một vật liệu có

cơ cấu là dạng ống rỗng (hình 1.4.2) với diện tích bề mặt lớn đã thu hút đáng kể sự chú ý do tính chất độc đáo của nó trong việc vận chuyển điện và phát quang Ngoài ra yttrium hiđroxit còn được tìm thấy ở dạng dây

Hình 1.4.3 Cơ chế hình thành yttrium hiđroxit dạng ống và dạng dây

Sự phát triển của các thanh yttrium hiđroxit nano được bắt đầu từ các tinh thể nano có cấu trúc 1D, những tinh thể được sắp xếp theo cùng một

Hình 1.5.1 Cấu trúc của perovskite YFeO 3

hướng và hợp thành một bó có kích thước micro, sau đó những bó yttrium hiđroxit có kích thước micro thì tiếp tục phát triển thành dạng ống bởi sự mất tình định hướng và ưu tiên phát triển theo dạng đường tròn Cuối cùng các ống có kích thước micro cũng bị giải thể từ các khiếm khuyết trên bề mặt và từ đó hình thành dây nano

Yttrium hiđroxit đã được tìm thấy trong các bộ cảm biến, vận chuyển chất lỏng hoặc chất khí, ngoài ra chúng còn được sử dụng làm chất xúc tác… trong những năm gần dây, sự tổng hợp các hợp chất đất hiếm dạng ống nano đã thu hút được nhiều sự chú ý mạnh mẽ do chúng có thể được sử dụng để làm nhãn sinh học, phát quang trong các thiết bị có hiệu suất cao, chất xúc tác và một số vật liệu chức năng khác…

Có nhiều phương pháp để tổng hợp yttrium hiđroxit như: phương pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt…

Khi nhiệt phân yttrium hiđroxit ở khoảng 500°C trong khoảng 2 giờ

thì ta sẽ thu được oxit yttrium

1.5 Giới thiệu về perovskite YFeO3[2]

1.5.1 Cấu trúc lí tưởng của perovskite YFeO3

Điều kiện đầu tiên để tổng hợp

YFeO3tồn tại ở dạng đơn pha là phải

xác định đúng tỷ lệ Y3+

/ Fe3+, kết tinh trong mạng cơ sở trực thoi, một cấu

trúc biến dạng của mạng lập phương

Biến dạng từ Perovskite lí tưởng chủ

yếu là do ion Y3+

, còn ion Fe3+ vẫn tồn tại trong ô mạng

Cấu trúc mạng tạo thành liên kết Fe - O - Fe.Hình vẽ trên cũng chứng tỏ mỗi ion sắt cùng tồn tại trong 6 tế bào đơn vị hay còn gọi là các ô mạng cơ

sở "láng giềng"

Vì thế liên kết của Fe có phần nào phản tính song song, kết quả là xuất hiện từ hóa, tạo ra tính sắt từ yếu Tính chất này phản ánh được tính chất bất đẳng hướng của YFeO3 Điều đáng chú ý nhất là sự hình thành khối, vận tốc

từ trường, tính chất được chú ý nhiều nhất của vật liệu YFeO3 tính chất từ và quang, chúng được ứng dụng trong cảm biến từ trường, và các thiết bị lưu

dữ liệu Tuy nhiên, việc tổng hợp YFeO3 đơn pha gặp nhiều khó khăn, nguyên nhân có thể là do sự hạn chế của phương pháp tổng hợp Trước đây,

phương pháp ''ướt'' được sử dụng nhiều để tổng hợp các oxit lưỡng tính nhưng ứng dụng đối với hệ trực thoi thì không thuận lợi Nguyên nhân cóthể

là do sự hình thành các hiđroxit hoặc các phức của Y3+

và Fe3+ tạo nên sự trùng hợp chồng chéo Do đó, làm ảnh hưởng đến quá trình xử lí nhiệt cũng như những con đường khuếch tán khác nhau

Tuy nhiên, để giải quyết những khó khăn đó thì trong quá trình tổng hợp phải kiểm soát liên tục thành phần hóa học, cần chú ý các điều kiện như: tỉ lệ các ion, pH, nhiệt độ, thời gian nung mẫu gel

1.5.2 Ứng dụng của perovskite YFeO3

YFeO3 đơn tinh thể được sử dụng trong bộ cảm biến và các thiết bị truyền thông, nó có nhiệm vụ chuyển đổi quay và từ trường, ở đó những tinh thể hoạt động như cảm ứng điện

Tinh thể YFeO3 có kích thước nano có khả năng ứng dụng trong chiếu xạ dưới ánh sáng nhìn thấy Do cấu trúc của YFeO3 thuộc loại perovskite quang phổ hấp thụ YFeO3 là chất xúc tác cơ bản đã được nghiên cứu trong quá trình oxi hóa thuốc nhuộm hữu cơ Ngoài ra, YFeO3 có cấu trúc lục giác

có hoạt tính xúc tác cao còn được sử dụng trong quá trình oxi hoá CO thành CO2

Có thể kết hợp với SrTiO3 để tạo thành bản phim mỏng, có độ phân giải

điện tử cao cho thấy sự hiện diện của từ trường cao

CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM

2.1 Các phương pháp nghiên cứu tính chất bột nanoYFeO3

Mọi quá trình biến đổi trong vật liệu đều xảy ra kèm theo sự biến đổi nhiệt Nhóm các phương pháp nghiên cứu bằng cách ghi lại những quá trình hoá lý xảy ra khi nung mẫu như: thu - phát nhiệt, biến đổi khối lượng….theo nhiệt độ hoặc thời gian gọi là các phương pháp phân tích nhiệt

Để tăng độ nhạy khi đo, người ta dùng phương pháp phân tích vi sai (DTA) Đây là phương pháp so sánh biến đổi trong mẫu thử với mẫu chuẩn

là mẫu không có hiệu ứng nhiệt trong quá trình nghiên cứu bằng cặp nhiệt điện Mẫu chuẩn đóng vai trò đối chứng, cân bằng phần nhiệt chỉ dùng tăng nhiệt độ của mẫu cần nghiên cứu

Hiệu ứng nhiệt ghi nhận sẽ được biểu diễn trên đồ thị mà trục nằm ngang là thời gian hoặc nhiệt độ lò Trục thẳng đứng là chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu thí nghiệm và mẫu trơ, biểu thị bằng 0

C hoặc 𝜇V Đường cong DTA ghi nhận chính là chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu thử và mẫu chuẩn theo nhiệt độ hoặc thời gian ∆T = Tmẫu thử − Tmẫu chuẩn

Nếu trong mẫu thử không xảy ra bất cứ hiệu ứng nhiệt nào, tính chất vật lý của bột mẫu thử và mẫu trơ tương đương, đường ghi nhận sẽ là đường thẳng nằm ngang Khi trong mẫu thử xảy ra hiệu ứng nhiệt, sẽ có chênh lệch nhiệt độ giữa hai mẫu, đường ghi nhận được sẽ là đường cong hướng lên trên, hoặc xuống dưới so với đường nằm ngang

Do chênh lệch nhiệt độ giữa hai mẫu đo bằng cường độ dòng của pin nhiệt điện có hai đầu tiếp xúc với cốc chứa mẫu nên chiều ứng với dòng khi hiệu ứng là toả nhiệt hoặc thu nhiệt Khi có hiệu ứng toả nhiệt, nhiệt độ mẫu thử cao hơn nhiệt độ mẫu trơ, đường cong hướng lên trên Khi có hiệu ứng thu nhiệt, ngược lại, đường cong hướng xuống dưới

Thông thường, các hiệu ứng thu nhiệt có mũi hướng xuống dưới, còn hiệu ứng toả nhiệt có mũi hướng lên Với những thiết bị hiện đại, người ta ghi cả đường cong vi phân 𝑑(𝐷𝑇𝐴)𝑑𝑇 để tiện xác định nhiệt độ xảy ra hiệu ứng (thường là nét mờ)

Trên biểu đồ phân tích, thường có các đường cong phân tích nhiệt vi sai (DTA), tổn thất trọng lượng (TG), tổn thất trọng lượng vi sai (DTG) cùng các thang đo tương ứng

Dựa vào đường cong phân tích nhiệt vi sai DTA và tổn thất trọng lượng tương ứng, có thể nghiên cứu những biến đổi hoá học và vật lý xảy ra trong mẫu cần nghiên cứu và khoảng nhiêt độ xảy ra hiệu ứng Những biến đổi xảy ra luôn kèm theo hiệu ứng thu nhiệt hay toả nhiệt thông thường là: kết tinh, phân huỷ, phân huỷ oxi, oxi hoá, khử trong môi trường khí, phản ứng pha rắn, phản ứng oxi hoá – khử, quá trình polime hoá, phát triển tinh thể trong pha thuỷ tinh, sôi, bay hơi, thăng hoa, hấp phụ, biến đổi tại điểm Curie, biến đổi thù hình…

Các quá trình hoá lý xảy ra khi nung mẫu được nghiên cứu bằng phương pháp phân tích nhiệt DTA/TGA tại phòng thí nghiệm hoá lý, Khoa Hoá, trường ĐHSP 1 Hà Nội

Trong phương pháp này, người ta chiếu một chùm tia X đơn sắc vào mẫu nghiên cứu Phương pháp chế tạo mẫu phụ thuộc vào tính chất của chất Nếu bộ tinh thể bền trong không khí thì người ta dùng sợi thủy tinh Pyrex mảnh, tẩm bằng một lớp keo rồi lăn sợi trên bột tinh thể Các vi tinh thể sẽ bám xung quanh sợi, tạo thành mẫu Nếu bột tinh thể không bền trong không khí (chảy rữa khi hút hơi nước, tác dụng với ôxi, CO2 …), người ta cho bột tinh thể vào một ống mao quản bằng thủy tinh Pyrex rồi hàn kín lại