Tổng hợp niken ferit cấp hạt nano theo phương pháp đồng kết tủa, nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ

Có nhiều phương pháphoá học để điều chế loại vật liệu này như: Phương pháp tổng hợp phản ứngpha rắn, phương pháp sử dụng tiền chất, phương pháp đồng kết tủa, phươngpháp sol-gel, phương p

MỞ ĐẦU

Công nghệ nano điều chế vật liệu mới đặc biệt là vật liệu từ đang rấtđược quan tâm do hiệu ứng thu nhỏ kích thước làm xuất hiện nhiều tính chấtmới so với vật liệu khối thông thường

Vật liệu từ đã được nghiên cứu và sử dụng rất rộng rãi trong thực tế,trong các thiết bị phục vụ đời sống con người như: máy biến thế, động cơđiện, máy phát điện… cho đến các thiết bị điện tử hiện đại như máy tính, máyghi âm, máy ghi hình…Cùng với sự phát triển của khoa học và công nghệ,việc chế tạo vật liệu từ nano với tính năng ưu việt ngày càng được chú trọngtrong những năm gần đây Trong số các vật liệu từ được chú ý nhiều có ferit

loại chuyển tiếp dãy I hoặc kim loại kiềm thổ) Ferit từ là vật liệu quan trọngbởi chúng có độ từ thẩm, độ bão hoà từ tương đối cao, điện trở lại rất lớn…thích hợp cho các dụng cụ hoạt động ở tần số cao vì giảm sự mất mát nănglượng, tăng tuổi thọ thiết bị

Vật liệu từ ferit spinen có kích thước nano có thể được điều chế theo nhiềuphương pháp khác nhau Phương pháp vật lý với các công đoạn chế hoánghiền trộn nung ép nhiều lần, có nhược điểm là sản phẩm dẽ bị nhiễm bẩn,thành phần dễ bị thay đổi, kích thước hạt không đều, thành phần không đồngnhất, bề mặt riêng nhỏ, ô nhiễm môi trường Gần đây để điều chế vật liệu từnano người ta thường sử dụng phương pháp hoá học Có nhiều phương pháphoá học để điều chế loại vật liệu này như: Phương pháp tổng hợp phản ứngpha rắn, phương pháp sử dụng tiền chất, phương pháp đồng kết tủa, phươngpháp sol-gel, phương pháp thuỷ nhiệt và phân huỷ nhiệt pha hơi, v.v Vớinhững ưu điểm cho sản phẩm có độ tinh khiết cao, các chất đầu phân bố đồngđều, nhiệt độ phản ứng thấp, kích thước hạt sản phẩm nhỏ, tránh được sựngưng tụ của các hạt trong quá trình thiêu kết, vật liệu thu được chất lượng

cao, v.v nên phương pháp đồng kết tủa đang được sử dụng rất thành côngtrong tổng hợp vật liệu nano dạng bột, đặc biệt là vật liệu từ Trong đó nikenferit là loại vật liệu từ có nhiều ưu điểm của vật liệu từ mềm nên đang được

nhiều người quan tâm nghiên cứu.Vì vậy chúng tôi chọn đề tài “ Tổng hợp Niken ferit cấp hạt nano theo phương pháp đồng kết tủa, nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ” làm đề tài luận văn tốt nghiệp thạc sỹ - chuyên ngành

hoá cô cơ với mong muốn làm sáng tỏ những tính năng ưu việt của loại vậtliệu này nhằm ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn và có thể đóng góp một phầnnhỏ cho nền sản xuất vật liệu trong nước

Chương 1 - TỔNG QUAN

1.1 CẤU TRÚC CỦA FERIT SPINEN[11]

Cấu trúc spinen được minh hoạ trên hình 1.1

Hình1 1 Cấu trúc ferit spinen

phân mạng lập phương tâm mặt đặc khít Các ion kim loại chiếm các vị tríhốc trống trong phân mạng anion đó và được phân thành hai nhóm: các hốc tứdiện ( hốc T) và các hốc bát diện(hốc O)

Khi chiếm hốc trống tứ diện mỗi ion kim loại được bao quanh bởi 4 ionoxy (nhóm A)

Khi chiếm các hốc trống bát diện mỗi ion kim loại được bao quanh bởi

6 ion oxy (nhóm B)

Hình 2 mô tả cấu trúc của các hốc trống tứ diện và các hốc trống bátdiện

a b

Hình1 2 Các hốc trống tứ diện(a) và bát diện(b) trong ferit spinen.

chiếm các hốc bát diện vì tỷ số số ion oxy bao quanh các hốc tứ diện và hốc

spinen đảo Sự phân bố các ion kim loại vào các hốc tứ diện hay hốc bát diệnphụ thuộc vào các yếu tố: bán kính các ion kim loại, sự phù hợp về cấu hình

bát diện và tạo nên vật liệu ferit có cấu trúc spinen đảo

+ Bán kính các cation: Vì hốc T có kích thước bé hơn hốc O nên nếu

ngược lại

+ Kích thước các hạt tinh thể

+ Năng lượng tương tác tĩnh điện: Các cation trong mạng lưới tinh thểion có xu hướng sắp xếp sao cho tổng năng lượng tương tác tĩnh điện là lớnnhất và lực đẩy tĩnh điện giữa các cation là bé nhất

Phân mạng oxi bị biến dạng khi các cation thâm nhập vào các hốc T vàhốc O Kích thước hốc T bé hơn hốc O nên khi các cation thâm nhập vào hốc

T sẽ làm cho không gian hốc T bị giãn nở Sự giãn nở này có thể xác địnhđược nhờ phương pháp XRD hoặc nhiễu xạ nơtron Sự dịch chuyển các ion

cho thể tích hai hốc T và O trong mạng lưới gần bằng nhau

1.2.TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU RẮN.

1.2.1 Khái niệm về vật liệu từ [4,11]

Các vật liệu bị từ hoá nhiều hay ít trong từ trường được gọi là các vậtliệu từ Từ tính của các vật liệu từ khác nhau tuỳ thuộc vào cấu trúc từ củachúng

gọi là độ nhiễm từ hay độ từ hoá, hoặc từ độ I Đó là một véctơ hướng từ cực

Trong hệ SI, đơn vị của mômen từ M là Wb.m (vêbe.m), đơn vị của độ

Mối liên hệ giữa độ từ hoá I và từ trường H có thể được biểu diễn dướidạng:

I = χH

Đại lượng χ được gọi là độ từ cảm hay hệ số từ hoá Đơn vị của χ là

Đại lượng μ được gọi là độ thẩm từ Trong hệ SI, đơn vị của μ cũng làH/m

1.2.2 Phân loại vật liệu từ [1,3,11,13]

Dựa vào giá trị tuyệt đối và dấu của độ từ cảm χ của vật liệu, người taphân loại các vật liệu thành ba loại chính sau: nghịch từ, thuận từ và sắt từ

của điện tử quanh hạt nhân do cảm ứng điện từ bởi từ trường ngoài

từ mà mômen từ (spin) cô lập, định hướng hỗn loạn do tác dụng nhiệt Khiđặt vào từ trường ngoài (H  0) các mômen từ nguyên tử định hướng theo từ

c Vật liệu sắt từ

Vật liệu sắt từ có hai loại: sắt từ và phản sắt từ

+ Vật liệu sắt từ: Trong vật liệu này các spin sắp xếp song song vớinhau nên tương tác giữa các spin là dương và lớn Khi T tăng, do dao động

định luật tuyến tính với T (gọi là định luật Curie - Weiss)

+ Vật liệu phản sắt từ:

Trong vật liệu phản sắt từ, các spin sắp xếp phản song song, vì vậychúng bù trừ nhau làm cho từ tính yếu đi hoặc bị triệt tiêu Vật liệu phản sắt

từ giống vật liệu thuận từ ở chỗ có từ tính yếu, nhưng khác với vật liệu thuận

vật liệu thuận từ

d Vật liệu ferit từ

* Vật liệu ferit từ thuộc nhóm vật liệu phản sắt từ không bù trừ Ở vậtliệu ferit từ, hai vị trí mạng A và B trong tinh thể có các spin với độ lớn khácnhau và sắp xếp phản song song với nhau dẫn đến từ độ tổng cộng kháckhông cả khi từ trường ngoài bằng không Từ độ tổng cộng này được gọi là từ

* Vật liệu từ giả bền: Vật liệu từ giả bền là vật liệu có sự chuyển từtrạng thái phản sắt từ sang trạng thái sắt từ khi từ trường ngoài đủ lớn tácdụng

* Vật liệu sắt từ ký sinh là vật liệu thể hiện tính sắt từ yếu kèm theo với

của chúng giảm về 0 ở điểm Neel, ở đấy sự sắp xếp phản sắt từ của spinkhông còn nữa

1.2.3 Tính chất từ của ferit spinen

Các mômen từ ở phân mạng A và B phân bố phản song song Điều nàyđược giải thích nhờ sự phụ thuộc góc của tương tác siêu trao đổi (tương tác

A và B là mạnh nhất

Trong spinen đảo, do ion Fe3+có mặt cả ở cả hai phân mạng với số

Hình 1.3 Sự sắp xếp spin trong các ferit spinel đảo

tử d tương ứng là 5, 6, 7, 8, 9, 10, ta lần lượt có các ferit với mômen từ trên

khẳng định kết quả này (Hình1.4) Một số thông số của ferit spinen đơn giảnđược liệt kê trên bảng 1.1

Hình 1.4 Mômen từ bão hoà của một đơn vị công thức của ferit spinel

quả lý thuyết, các điểm là kết quả thực nghiệm Các mũi tên dưới chỉ sự phân

Bảng 1.1 Một số tính chất của Ferit đơn giản.

408 471 392 267 133 110 306 417

300 585 520 585 455 440 670 675

8,50 8,39 8,38 8,34 8,64 – 8,24 8,36 8,33

5,00 5,24 5,29 5,38 5,38 4,52 4,47

1.2.4 Những yếu tố làm thay đổi từ tính của ferit spinen.[2,3,4]

không đóng góp vào từ tính của hạt tinh thể

hốc bát diện với số phối trí 6 (có năng lượng làm bền bởi trường tinh thể, khả

gian Các ferit thông thường là ferit đảo một phần hoặc đảo hoàn toàn

+ Sự định hướng của spin trong các hốc T (thuộc phân mạng A) và O(thuộc phân mạng B) Sự định hướng này trong tinh thể ferit spinen phụ thuộcchủ yếu vào tương tác siêu trao đổi (là tương tác xảy ra giữa hai ion kim loại

ion kim loại và orbital lấp đầy của anion cầu nối Sự xen phủ có thể hìnhthành các liên kết kiểu σ hoặc π).

+ Từ tính của ferit được xác định bởi thành phần hóa học của chúng Ví

kẽm đưa vào phải hết sức chính xác

1.2.5 Vật liệu phản sắt từ và tương tác trao đổi gián tiếp [11]

Phân bố phản sắt từ của các mômen từ - tức là phân bố phản song songcủa chúng - dẫn đến triệt tiêu mômen từ tổng cộng Sự phân bố các mômen từtheo kiểu đó được xác định bằng phương pháp nhiễu xạ nơtron Các hạtnơtron không có điện tích và do đó không nhạy với điện tích của các ion trongmạng tinh thể Nhưng vì nơtron có mômen từ nên nó bị tán xạ mạnh bởi cácmômen từ của mạng Nếu các mômen từ phân bố có trật tự, các chùm neutrontán xạ sẽ giao thoa nhau và cho các đường nhiễu xạ đặc trưng giống nhưchùm điện tử tán xạ trên các điện tích trong nhiễu xạ kế điện tử

Bằng phương pháp nhiễu xạ nơtron, Shull và Smart đã phát hiện ra sựphân bố phản sắt từ của MnO Cấu hình của các mômen từ trong mạng được

mô tả trên hình 5 (trong vùng nhiệt độ trật tự)

Hình 1 5 Cấu trúc tinh thể và cấu trúc từ của MnO

Hình1 6 Phổ nhiễu xạ nơtron của tinh thể MnO ở các nhiệt độ thấp

Phổ nhiễu xạ nơtron của tinh thể này được trình bày trên hình 6 Sự

gọi là nhiệt độ Neel mà ở trên nhiệt độ đó sự phân bố là mất trật tự Như vậy

rất yếu Tương tác trao đổi mạnh dẫn đến sự sắp xếp trật tự (sắp xếp phảnsong song) của các mômen từ trong vật liệu này được giả thiết là thông quaquĩ đạo p của ion oxy Tương tác này do Kramers và Anderson đề xướng gọi

là tương tác siêu trao đổi hay tương tác trao đổi gián tiếp

Hình 1.7 Dạng quỹ đạo 2p của ion O

tương tác trao đổi mạnh giữa các điện tử hướng spin của điện tử này theo

điện tử như thế chứa kém hơn một nửa thì tất cả các điện tử 3d này sẽ có spin

sang cần phải có spin phản song song với mômen spin tổng của ion Điện tử

cũng theo phương pháp đã mô tả trên.Theo nguyên lý Pauli, hai điện tử bị di

phải có mômen từ phản song song để thực hiện quy tắc Hund đồng thời trênhai ion đó

Tương tác trao đổi gián tiếp như vậy sẽ phụ thuộc vào góc tạo bởi 3 ion

hàm sóng p với các hàm sóng d nhỏ nhất)

1.3 Sự biến đổi các tính chất từ của vật liệu khi giảm kích thước so với các vật liệu khối [22,32,33,34]

Khi giảm kích thước của các hạt tinh thể đến cỡ micro, các tính chất vật

lý của vật liệu vẫn tuân theo các quy luật như trong vật liệu khối, nhưng khiđạt đến kích thước nano thì các tính chất biểu hiện theo các quy luật khácthường với nhiều tính chất vật lý quan trọng và có nhiều ứng dụng trong thực

tế, trong đó đặc biệt là các tính chất từ Các tính chất vật lý khác thường củavật liệu nano chủ yếu gây ra bởi hai yếu tố :

* Kích thước của các hạt tinh thể : Kích thước hạt tinh thể giảm làm tỷ

lệ % nguyên tử, ion nằm trên bề mặt tăng lên nhanh và hằng số mạng giảmxuống Các ion hay nguyên tử nằm trên bề mặt tương tác với các ion haynguyên tử xung quanh hoàn toàn khác với các nguyên tử nằm bên trong, nên

vị trí của chúng cũng bị thay đổi, dẫn đến các tính chất khác cũng bị thay đổitheo

Mặt khác, sự giảm kích thước hạt tinh thể còn ảnh hưởng đến cặp traođổi: cơ chế lượng tử của tương tác trao đổi trong các hạt của vật liệu từ gây ra

sự định hướng của mômen từ trên toàn bộ tinh thể, nhưng cũng gây ra sự ảnhhưởng đến các hạt bên cạnh gọi là tương tác cặp trao đổi Đối với các vật liệukhối, các hạt có kích thước micro trở lên cặp trao đổi nhỏ hơn rất nhiều so vớitương tác nhiệt động trong mỗi hạt Vì vậy, tính chất vĩ mô được xác định bởiquy luật nhiệt động vĩ mô trong các hạt Khi kích thước các hạt giảm xuốngđến đơn vị nano, tương tác trao đổi có thể so sánh hoặc lớn hơn tương tácnhiệt động, các hạt trao đổi với nhau Trong trường hợp này các hạt riêng lẻmất tính chất từ riêng của nó, cấu trúc từ tính và tính chất mới được tạo ra.Quy luật khống chế từ tính khác so với vật liệu có cấp hạt lớn

* Sự bắt giữ lượng tử : Các electron bị giam cầm trong các hố thế nằmtrong các hạt Sự giam cầm lượng tử này tạo nên các tính chất khác thườngcủa vật liệu nano như :

+ Điện trở của vật liệu nano lớn hơn rất nhiều so với vật liệu khối Điềunày rất có lợi đối với các ferrit từ hoạt động ở vùng tần số cao vì giảm sự mấtmát năng lượng.

+ Tuy nhiên, khác với vật liệu khối có điện trở giảm nhẹ khi hoạt độngtrong từ trường có tần số cao, điện trở của vật liệu nano lại giảm mạnh ở điềukiện đó (hiệu ứng từ trở lớn)

+ Màu sắc của vật liệu dạng nano khác dạng khối Do vậy có thể tổnghợp các gốm siêu mịn, màu sắc phong phú …

Với những đặc điểm nổi bật, sự ra đời của lĩnh vực vật liệu từ nano tạonên cuộc cách mạng trong lĩnh vực vật liệu từ

1.4 So sánh vật liệu từ ferit với các vật liệu từ khác [16].

+ Vật liệu từ ferit được sử dụng và phát triển trong lĩnh vực cao tần vàsiêu cao tần Đó là do ferit được chế tạo bằng cách thiêu kết các oxit Nhữngion oxi trong mạng tinh thể có tác dụng cách điện các ion kim loại dẫn đến

Điện trở suất cao giúp cho các ferit hoạt động tốt ở tần số cao Bởi vì, ở tần sốcao làm tổn hao nhiệt, độ từ thẩm giảm ảnh hưởng xấu đến từ tính của cácvật liệu sắt từ Một trong các biện pháp hiệu qủa làm giảm tổn hao nhiệt là sửdụng vật liệu có điện trở suất cao - vật liệu ferit

+ Về từ tính, độ từ thẩm của ferit tương đối cao so với lõi sắt, lõi hợpkim cao cấp Lõi sắt có độ từ thẩm thấp từ 10 – 100 H/m, lõi hợp kim cao cấp

có độ từ thẩm cao hơn từ 15 – 550 H/m Trong khi đó ferit có độ từ thẩm cao

và thay đổi trong phạm vi rộng từ 100 – 2000 H/m; cảm ứng từ bão hoà nhỏ;

+ Ferit có tất cả các đặc tính của ceramic là rất cứng, giòn và co ngót

lớn khi thiêu kết

1.5 Một số phương pháp tổng hợp vật liệu ferit cấp hạt nano

1.5.1 Phương pháp gốm truyền thống [10]

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

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

Ưu điểm của phương pháp truyền thống: Dùng ít hoá chất, hoá chấtkhông đắt tiền, các thao tác dễ tự động hoá nên dễ dàng đưa vào dây chuyềnsản xuất với lượng lớn

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

từ bị giảm sút

1.5.2 Phương pháp sol-gel [14,25]

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 gel lại được quan tâm rất nhiều vì nó rất thành công trong tổng hợp vật liệucấp hạt nano

Trong quá trình sol-gel, giai đoạn đầu tiên là sự thuỷ phân và đông tụ tiềnchất để hình thành sol, dạng đồng nhất của các hạt oxít siêu nhỏ trong chấtlỏng Chất đầu để tổng hợp sol này là các hợp chất hoạt động của kim loạinhư 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 polime

liên tục hay gel chứa các bẫy dung môi Phương pháp làm khô sẽ xác định cáctính chất của sản phẩm cuối cùng: gel có thể được nung nóng để loại trừ cácphân tử dung môi, gây áp lực lên mao quản và làm sụp đổ mạng gel, hoặc làmkhô siêu tới hạn, cho phép loại bỏ các phân tử dung môi mà không sụp đổmạng gel Sản phẩm cuối cùng thu được từ phương pháp làm khô siêu tới hạngọi là aerogel, theo phương pháp nung gọi là xerogel Bên cạnh gel còn có thểthu được nhiều loại sản phẩm khác.

1.5.3 Phương pháp đồng tạo phức [9,10]

Nguyên tắc của phương pháp này là cho các muối kim loại tạo phứccùng nhau với phối tử trong dung dịch Sau đó tiến hành phân huỷ nhiệt phứcchất có thành phần hợp thức với ferrit muốn điều chế Phương pháp này đạtđược sự phân bố lý tưởng các cấu tử trong hệ phản ứng vì rằng trong mạnglưới 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: Trong hỗn hợp ban đầu đưavào nung (hỗn hợp các phức chất) đã bảo đảm tỷ lệ hợp thức của các cấu tửđúng như trong vật liệu mong muốn

Nhược điểm: Tìm các phức chất đa nhân không phải dễ dàng và côngviệc 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 thì mới cầnthiết tổng hợp theo phương pháp này Ví dụ, để tổng hợp niken ferit chúng ta

Điều lý thú là phức này có thể tinh chế thành dạng nguyên chất bằng cách kếttinh lại trong pyridin

1.5.4 Phương pháp precursor- hợp chất [ 19]

Các cation kim loại sẽ rút nhắn được quãng đường khuyếch tán rất nhiều nếuchúng được đưa vào cùng một chất đầu Các chất đầu này được gọi là

precursor- hợp chất như precursor – xianua, precursor – oxalat, precursor –axetat, Nhiệt phân các precursor này sẽ thu được các oxit phức hợp.

Phương pháp precursor các hợp chất có ưu điểm hơn so với các phương phápkhác ở chỗ nó cho phép trộn lẫn các chất ở qui mô nguyên tử Quãng đường

nhất cao, bề mặt riêng lớn, nhiệt độ nung không cao và thời gian nung mẫungắn, tiết kiệm năng lượng

Tuy nhiên hạn chế của phương pháp này là thành phần của oxit phức hợpphải trùng với thành phần của precursor hợp chất, phương pháp này chỉ có thể

nhược điểm của phương pháp này , người ta đưa ra phương pháp dung dịch rắn

precursor-1.5.5 Phương pháp precursor – dung dịch rắn[19].

Kết tinh các muối nitrat, cacbonat, oxalat từ dung dịch các muối kim loạihợp phần thu được các dung dịch rắn Bằng cách nhiệt phân các precursor –dung dịch rắn thu được các oxit phức hợp

Phương pháp precursor- dung dịch rắn không những có đầy đủ ưu điểm củaphương pháp precursor- hợp chất mà còn cho phép tổng hợp các oxit có thànhphần phức hợp từ tỉ lượng đến không tỉ lượng Tuy nhiên không phải bất kìchất nào cũng có thể chế tạo được các dung dịch rắn Do vậy không thể điềuchế tất cả các oxit phức hợp theo phương pháp này

1.5.6 Phương pháp đồng kết tủa [9,10]

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

có thể điều chế được vật liệu ferit spinen mong muốn ở điều kiện nhiệt độnung tạo sản phẩm thấp

Một điều quan trọng là thành phần của vật liệu ảnh hưởng đến nhiềutính chất, do đó khi tiến hành phản ứng đồng kết tủa, làm sao thu được phakết tủa có thành phần mong muốn

Khác với các phương pháp tổng hợp vật liệu truyền thống cần nhiệt độ,

sự đồng nhất của sản phẩm thấp, khó điều khiển tỉ lệ các chất trong sản phẩmcuối cùng, kích thước các hạt thu được lớn, cần nhiều phương pháp tiêu hao,nhiều năng lượng và thời gian Phương pháp đồng kết tủa có nhiều thuận lợihơn như :

* Cho sản phẩm tinh khiết, vì quá trình sử dụng các phân tử tiền chấtkhông phải là các khối vật liệu lớn

* Tính đồng nhất của sản phẩm cao, dễ điều khiển tỉ lệ hoá học: quá trìnhcho phép lấy những lượng chính xác chất đầu trộn với nhau theo tỉ lệ hoá họccủa sản phẩm đạt được như mong muốn Điều này đặc biệt quan trọng trongtổng hợp các vật liệu cao cấp, đòi hỏi tỉ lệ chính xác của các cấu tử trong vật

* Điều chỉnh các tính chất thông qua điều chỉnh các yếu tố Sự thay đổicác điều kiện phản ứng như: pH, nhiệt độ, nồng độ, tốc độ của sự thuỷ phân,

sự kết tinh ảnh hưởng hình thái học, độ lớn và tính chất của các hạt sản phẩmcuối cùng

* Tổng hợp ở nhiệt độ thấp Vì sản phẩm bột khô đồng nhất và kích thướchạt nhỏ hơn phương pháp xay nghiền-thiêu kết, sự lớn lên của tinh thể có thểthu được ở nhiệt độ thấp Điều này cho phép tổng hợp các pha kém bền và cóthể có sự tham gia của các phân tử hữu cơ kém bền nhiệt trong sản phẩm cuốicùng Sau khi làm mất các chất dễ bay hơi, có thể được hình thành Nhiệt độthấp tránh được ảnh hưởng về sự thiêu kết các hạt

1.6 Một số kết quả tổng hợp, nghiên cứu ferrit kim loại và Ni-ferrit.

bằng phản ứng đồng kết tủa Tiếp theo họ xác định cấu trúc và kích thước sảnphẩm bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, xác định từ tính của hạt bằng phươngpháp từ kế mẫu rung Bột nickel ferit được tổng hợp bằng cách hoà tan sắt vànickel nitrát trong nước cất với thành phần mol đúng hợp thức Sau 1 giờkhuấy, thêm NaOH (2,5 M) vào dung dịch, sản phẩm kết tủa sau đó được rửa

trong 20 giờ Các mẫu với kích cỡ phần tử trung bình khác nhau được tạo ra

nhiễu xạ tia X các mẫu bột có đường kính trung bình là 5, 6, 8 và 15 nm

rung chỉ ra bản chất từ khác nhau liên quan đến tinh thể vật liệu Các mẫu cỡ

* Hong - Wen Wang và các cộng sự [22] đã công bố các kết quả nghiêncứu tổng hợp tinh thể Ni-Zn-ferit cấp hạt nano bằng phương pháp thuỷ nhiệt

thể ferit spinen là 10  20 nm

(x=0,0, 0,25, 0,5, 0,75) bằng phương pháp đồng kết tủa và thuỷ nhiệt Mẫuvật liệu có trúc ferit spinen, kích thước hạt tinh thể trung bình từ 6  12 nm

Sự phân bố của các cation trong tinh thể không chỉ phụ thuộc vào hàm lượng

vật liệu mà các tác giả này thu được tỷ lệ Fe3+ chiếm cứ các hốc tứ diện nhiềuhơn so với vật liệu khối.

* Elsa E Sileo và các cộng sự [19] đã công bố các kết quả nghiên cứu

chất citrat Gel thu được khi trộn các muối natri của Ni(II), Zn(II), Fe(III) và

nhiễu xạ tia X cho thấy: sau khi nung gel thu được pha đơn tinh thể, cấp hạtnano, quá trình thiêu kết làm tăng kích thước hạt Kết quả nghiên cứu cho

* H.H.Nien và các cộng sự [21] đã công bố các kết quả nghiên cứutổng hợp Mn-Zn-ferit bằng phương pháp nghiền trộn cơ học, nung: Mn-Zn-

kính 10,7 mm cao 2 mm) trước khi nung

* O.Pena và các cộng sự [27] đã công bố các kết quả nghiên cứu điều

sau đó được nghiền lại được ép và thiêu kết trong 2 giờ với tốc độ gia nhiệt là

ứng với các giá trị x khác nhau Với giá trị x thay đổi từ 0,2; 0,5 đến 1,5, cáchợp chất thu được đều là có cấu trúc spinen Thông số mạng của sản phẩm

* Souad Ammar và các cộng sự [33] đã công bố các kết quả nghiên cứu

ít nhất khuấy trộn trong 5 giờ đến khi sản phẩm cuối cùng là pha rắn tinhkhiết Sau khi để nguội đến nhiệt độ phòng, các phần tử đựoc tách bằngphương pháp ly tâm, rửa bằng etylenglycol và axeton và được làm khô trong

phổ tia X chỉ ra pha này giàu ion Fe (III) với lượng Co ít hơn 5% Các thông

số từ tính đo được độ bão hoà từ 13 - 15 emu/g; lực kháng từ 13,2 - 14,5 Oe ;

độ từ dư 0,36 - 0,38 emu/g

1.7 Một số yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và từ tính của vật liệu niken ferit điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa

1.7.1 Ảnh hưởng của nồng độ muối vô cơ

Trong phản ứng đồng kết tủa tạo sản phẩm hiđroxit kim loại thì nồng độ

Tuy nhiên khi nồng độ các muối vô cơ càng cao sẽ dẫn đến việc tạo ra nhiềumầm kết tinh làm tăng kích thước hạt

1.7.2 Ảnh hưởng của yếu tố dung môi.

Việc thêm các dung môi hữu cơ vào dung dịch phản ứng có thể làm giảmtốc độ của phản ứng thuỷ phân và do vậy có thể làm giảm kích thước của vậtliệu điều chế được Tuỳ từng vật liệu cần điều chế mà chúng ta chọn dungmôi thích hợp để đạt được kết quả tốt nhất Trong quá trình tổng hợp niken

ferit chúng tôi chọn dung môi hữu cơ là rượu etylic vì đây là hoá chất dễ muagiá thành không cao nhưng có khả năng hoạt động tương đối tốt

1.7.3 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn và nhiệt độ đồng kết tủa

Phản ứng thuỷ phân là phản ứng thu nhiệt, nên khi nhiệt độ càng cao thìphản ứng xẩy ra càng mạnh Nhiệt độ dung dịch càng cao thì ion chuyển độngcàng mạnh với năng lượng lớn và khi được khuấy trộn thì khả năng phân tán

phản ứng làm đẩy mạnh tốc độ tạo mầm sản phẩm phản ứng, giúp tạo hạt kếttủa có kích thước nhỏ

1.7.4 Ảnh hưởng của pH đồng kết tủa

pH của dung dịch khi thực hiện phản ứng đồng kết tủa phải đảm bảo để kếttủa được đồng thời và hoàn toàn các ion kim loại, tạo được kết tủa có thànhphần hợp thức với ferit, tránh hiện tượng kết tủa lần lượt các ion Tác nhân

không để lại tạp chất trong sản phẩm cuối cùng sau nung Tuy nhiên nó có thểtạo phức amin với đa số ion kim loại với độ bền khác nhau Khi sử dụng dungdịch NaOH để điều chỉnh pH dung dịch thì ta sẽ gặp một khó khăn là: một sốion kim loại lưỡng tính có thể tạo phức hyđroxit tan và đặc biệt là khó rửa hếtcác ion kim loại kiềm khỏi kết tủa nên có thể sản phẩm cuối cùng còn lại mộtlượng tạp chất oxit kim loại kiềm Vì vậy việc sử dụng tác nhân kết tủa phảicân nhắc trong từng trường hợp cụ thể sao cho quá trình đồng kết tủa phải xẩy

ra hoàn toàn, kết tủa thu được có thành phần hợp thức và khi rửa kết tủa thì

1.7.5 Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy và thời gian sấy

Kích thước và pha tinh thể hình thành sau này cũng có thể bị ảnh hưởngbởi nhiệt độ sấy và thời gian sấy Nếu nhiệt độ sấy quá thấp làm cho các phần

tử nước và dung môi bay hơi chậm thời gian sấy sẽ kéo dài có thể ảnh hưởng

đến kích thước hạt do hiện tượng kết tinh lại Nếu nhiệt độ sấy quá cao sẽ làmcho các hạt nhỏ tan ra và kết tinh lại thành các hạt lớn trong quá trình sấy, gâynên hiện tượng tăng kích thước hạt và phân bố kích thước hạt không đồngđều Vì vậy nhiệt độ sấy phải vừa phải và thời gian sấy phải càng ngắn càngtốt Điều này chỉ có thể đạt được khi tiến hành sấy trong tủ sấy chân không.

1.7.6 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung và thời gian nung

Nhiệt độ nung và thời gian nung ảnh hưởng khá nhiều tới kích thước vàcấu trúc tinh thể của sản phẩm Kết quả thực nghiệm ở nhiều công trình đãcông bố cho thấy, nhiệt độ nung càng lớn, thời gian nung càng lâu thì kíchthước hạt càng lớn Quá trình nung là một bước quan trọng trong qui trình

điều chế các vật liệu kích thước nano

1.8 Mục đích và nội dung nghiên cứu của luận văn

1.8.1 Mục đích của luận văn

Theo các số liệu công bố hàng năm thế giới đã sử dụng hàng trăm nghìn

quan trọng để sản xuất máy biến thế tần số cao Do chưa sản xuất được loạimáy này ở trong nước nên chúng ta vẫn phải nhập từ nước ngoài, nguyênnhân chính là chúng ta chưa sản xuất được bột ferit từ đạt chất lượng Trong

bởi giá thành sản xuất rẻ mà vẫn đảm bảo tính năng phù hợp với yêu cầu thiếtbị

Các nghiên cứu điều chế niken ferit kích thước nano trên thế giới là khánhiều nhưng chưa có công trình nào công bố nghiên cứu một cách hệ thống vàđưa ra quy trình tối ưu hoá cho quá trình điều chế Do đó chúng tôi đặt kếhoạch nghiên cứu điều chế nickel ferit với tính hệ thống cao thông qua việcđánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và từ tínhcủa vật liệu niken ferit dạng bột kích thước nano bằng phương pháp đồng kết

tủa Từ kết quả thu được chúng tôi có thể xây dựng qui trình điều chế loại vậtliệu này ở qui mô phòng thí nghiệm và thử nghiệm một cách hiệu quả.

Mục tiêu của luận văn là điều chế được vật liệu niken ferrit từ mềm(lực kháng từ < 200 Oe) có độ bão hòa từ lớn, cấu trúc spinen và kích thướchạt nano

1.8.2 Các nội dung nghiên cứu của luận văn

- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấp hạt và tính chất từ của sản phẩmnhư như: nồng độ dung dịch, tỷ lệ dung môi, nhiệt độ kết tủa, thời gian làmmuồi, nhiệt độ và thời gian sấy, nhiệt độ và thời gian nung

đồng kết tủa trên cơ sở thực nghiệm

- Rượu Etylic của Trung Quốc

- Amoniac đặc loại PA của Trung Quốc

- Nước cất hai lần

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị

* Dụng cụ

- Bình định mức các loại.

- Cốc thuỷ tinh, đũa thuỷ tinh

- Pipet các loại và ống ly tâm

- Ống đong các loại

- Chén nung

- Cối mã não

* Thiết bị

- Máy ly tâm Hettich EBA 8 của Prolabo (Pháp)

- Máy khuấy từ gia nhiệt Veia của Cole Parmer Instrument Company(Mỹ)

- Máy đo pH

- Tủ sấy chân không Labtech của Hàn Quốc (có điều khiển nhiệt độ)

- Lò nung (có điều khiển nhiệt độ) Volcah MC 25 (Prolabo - Pháp)

- Máy nhiễu xạ tia X SIEMENS D5005 (Đức)

- Máy ghi đường cong từ trễ VSM (của Anh)

- Cân phân tích (± 0,0001g) Mettler Toledo (Thuỵ sĩ)

2.1.3 Chuẩn bị dung dịch thuốc thử và dung dịch chất đầu

* Dung dịch EDTA 0,01M :

nước đến ½ thể tích của bình, lắc cho tan hết tinh thể, thêm nước đến vạchmức, đậy nút, lắc đều

chuyển định lượng vào bình định mức 500ml, pha nước cất 2 lần đến ½ thểtích của bình, lắc cho tan hết tinh thể, thêm nước đến vạch mức, lắc đều

Nồng độ của dung dịch được xác định bằng phương pháp chuẩn độ

cam trong dung dịch đệm pH = 5-6

2 lần đến ½ thể tích của bình, lắc cho tan hết tinh thể, thêm nước đến vạchmức, lắc đều

chuẩn độ ngược Quá trình được tiến hành như sau: Thêm 1 lượng dư dungdịch EDTA chuản có nồng độ đã biết 0,01M, sau đó chuẩn độ lượng dư

10 với chỉ thị Eriocrom T đen

2.2 Kỹ thuật thực nghiệm tổng hợp niken ferit theo phương pháp đồng kết tủa.

Sơ đồ điều chế bột niken ferit cấp hạt nano theo phương pháp đồng kếttủa được trình bày trên hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ minh hoạ quy trình điều chế niken ferit theo phương pháp

đồng kết tủa.

Quá trình thực nghiệm được tiến hành như sau:

tinh, khuấy đều bằng máy khuấy từ trong 15 phút ở nhiệt độ thường (được dung dịch A)

+ Chuẩn bị dung dịch B (dung dịch chỉnh pH): Đong một thể tích xácđịnh nước cất 2 lần vào cốc thuỷ tinh chịu nhiệt 500ml, cho tiếp một thể tích

Khuấy

để chỉnh pH đến thích hợp cho quá trình đồng kết tủa Khuấy đều dung dịch

B trên máy khuấy từ, gia nhiệt đến nhiệt độ thích hợp

+ Rót nhanh toàn bộ dung dịch A trộn đều ở trên vào cốc 500ml chứadung dịch B đang được khuấy, chất kết tủa xuất hiện có mầu vàng nâu, tiếptục khuấy và gia nhiệt ở nhiệt độ và thời gian thích hợp để có kết quả mongmuốn

+ Ly tâm để thu kết tủa và rửa kết tủa thu được bằng nước cất, tách pharắn ra khỏi pha lỏng bằng máy ly tâm đến pH của nước lọc bằng 7, sấy khôkết tủa ở nhiệt độ và thời gian thích hợp trong tủ sấy chân không Sản phẩmkhô được lấy mẫu ghi phân tích nhiệt để chọn chế độ nung thích hợp

+ Sau đó kết tủa được nung ở các nhiệt độ và thời gian khác nhautrong lò nung Sản phẩm sau khi nung được để nguội, nghiền mịn, cân khốilượng để tính hiệu suất điều chế, phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X để xácđịnh thành phần pha, đo vòng từ trễ, chụp ảnh H-SEM

Trong quá trình điều chế thì tuỳ theo điều kiện phản ứng mà sản phẩmthu được có thành phần và cấu trúc khác nhau, dẫn đến kích cỡ hạt, thànhphần pha, từ tính sẽ khác nhau Các tác nhân có khả năng gây ảnh hưởng đó lànhiệt độ nung, nhiệt độ tiến hành phản ứng, giá trị pH đồng kết tủa, thời giannung, nồng độ các cấu tử tham gia quá trình phản ứng, nhiệt độ sấy, thời giansấy và dung môi

2.3 Các phương pháp được sử dụng để xác định cấu trúc và tính chất từ của vật liệu điều chế được

2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X để khảo sát thành phần pha và kích thước hạt trung bình [7,12]

Nguồn phát tia X: Tia X dùng trong nghiên cứu cấu trúc có bước sóng

khác nhau tức có bước sóng khác nhau, chẳng hạn như với anot bằng đồng

Tinh thể có cấu trúc trật tự theo ba chiều với tính tuần hoàn đặc trưngdọc theo các trục tinh thể học Khi một chùm tia X chiếu vào tinh thể, trênđường đi nó sẽ làm cho các điện tử dao động cùng tần số với tia tới Nhữngđiện tử bị kích thích này hấp thụ một phần năng lượng của bức xạ tia X Nóichung, các sóng này triệt tiêu lẫn nhau, nhưng trong vài hướng nhất địnhchúng cùng pha nên tăng cường lẫn nhau, tạo nên hiệu ứng giao thoa gây ranhiễu xạ Khi chiếu một chùm tia X đơn sắc lên hạt tinh thể, ứng với mộtbước sóng, tia X sẽ phản xạ từ một họ mặt mạng trong những điều kiện nhấtđịnh Ví dụ, chùm tia X chiếu vào tinh thể, tạo với mặt tinh thể một góc θ,khoảng cách giữa các mặt là d

Hình 2.2 Nhiễu xạ tia X theo mô hình Bragg.

nên chúng giao thoa với nhau nếu hiệu số đường đi của chúng bằng một sốnguyên lần độ dài sóng :

Từ (1) và (2) ta có : 2dsinθ = nλ (n gọi là bậc phản xạ, n =1,2,3….).Phương trình trên được gọi là phương trình Bragg-Vulf

Phương trình này mô tả điều kiện phản xạ Nó là phương trình cơ bảntrong nghiên cứu cấu trúc tinh thể bằng tia X

Kĩ thuật nhiễu xạ tia X cung cấp một số thông tin chủ yếu đối với mẫuvật liệu nghiên cứu như: Sự tồn tại các pha định tính, định lượng, hằng sốmạng tinh thể, kích thước mạng tinh thể, sự kéo căng micro, sự kéo căngtrong giới hạn mạng tinh thể do khuyết tật trong mạng tinh thể gây ra Thêmvào đó sử dụng kĩ thuật Fourier phân tích hình dạng của pic thu được sự phân

bố kích thước của các vi tinh thể

* Sự tồn tại pha định tính, định lượng được nhận dạng chủ yếu dựa vào

vị trí, cường độ, diện tích thu được từ nhiễu xạ nghiêng

* Hằng số mạng của tinh thể: trên cơ sở các giá trị d thu được từ phổnhiễu xạ tia X ta tính được hằng số mạng của hạt tinh thể thông qua các biểuthức :

Hệ lập phương

=

cách giữa hai mặt mạng kề nhau trong họ mặt mạng trên, được xác định trênphổ nhiễu xạ tia X ; a là các thông số mạng cần xác định

* Kích thước hạt tinh thể

Kích thước hạt tinh thể thu được từ nhiễu xạ tia X được tính theo côngthức Scherrer:

t = Trong đó

λ (Å) là độ dài bước sóng tia X, khi dùng anot bằng đồng

K ≈ 0.89

Từ các giản đồ nhiệt T, DTA, DTG, G hoặc T thu được từ bộ phận xử

lý thông tin ta giải thích được quá trình xảy ra khi tiến hành nung mẫu cóchứa từ một đến nhiều cấu tử Đó là quá trình chuyển hoá thù hình (quaDTA), các quá trình phân huỷ nhiệt, các quá trình phản ứng xảy ra giữa chấtnghiên cứu và khí quyển trong lò nung Các thông tin thu được từ giản đồnhiệt không những cho phép giải thích cơ chế của quá trình mà còn cho phépxác định thành phần định tính và định lượng của các pha có trong mẫu, chophép tiến hành tính toán các giá trị nhiệt động và động học của quá trình xảy

ra trong mẫu

2.3.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử [5]

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét ( SEM – Scanning ElectronMicroscopy)

Phương pháp SEM được sử dụng để xác định hình dạng và cấu trúc bềmặt của vật liệu Ưu điểm của phương pháp SEM là có thể thu được nhữngbức ảnh 3 chiều chất lượng cao và không đòi hỏi phức tạp trong khâu chuẩn

bị mẫu Tuy nhiên phương pháp SEM có độ phóng đại nhỏ hơn so với phươngpháp TEM Phương pháp SEM đặc biệt hữu dụng, bởi vì nó cho độ phóng đại

có thể thay đổi từ 10 đến 100000 lần với hình ảnh rõ nét, hiển thị ba chiều phùhợp cho việc phân tích hình dạng và cấu trúc bề mặt

2.3.4 Phương pháp xác định từ tính của vật liệu VSM [6]

Nguyên lý đo và cấu trúc của một hệ từ kế mẫu rung (Vibrating Sample

Magnetometer viết tắt là VSM) Với hệ VSM, mẫu được rung với tần số cố

định trong vùng cuộn dây thu, bằng cách sử dụng một màng rung điện độnggắn liền với cần mẫu Tín hiệu xoay chiều lấy ra từ các cuộn dây thu đượckhuếch đại bằng một máy khuếch đại lọc lựa tần số nhạy pha Việc biến tínhiệu từ độ thành tín hiệu điện xoay chiều là một ưu điểm chính của của thiết

bị VSM, điều này cho phép nâng cao độ nhạy và thu nhận kết quả đo mộtcách liên tục

Hệ từ kế mẫu rung (VSM) tại phòng thí nghiệm Vật lý Từ và Siêu dẫn

(Viện Khoa học Vật liệu ) đã được xây dựng từ năm 1992 Hệ đo này cho khảnăng đo từ độ phụ thuộc nhiệt độ và phụ thuộc vào từ trường ngoài với độ

đến 1000 K

Đặc biệt, trong phương pháp rung mẫu này, mẫu phải được rung trongmột từ trường đồng nhất khá cao Trong các phép đo yêu cầu có độ chính xáccao, cũng như các nguyên tắc khác, sự phụ thuộc của tín hiệu đo theo hìnhdạng và kích thước mẫu đo cũng đã được khảo sát

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và từ tính của bột niken ferit được tổng hợp theo phương pháp

Cấu trúc tinh thể, kích thước hạt và từ tính của bột niken ferit bị ảnh hưởngcủa một loạt các yếu tố trong quá trình điều chế Vì vậy chung tôi đặt vấn đềkhảo sát các yếu tố trong quá trình điều chế có thể ảnh hưởng đến cấu trúc vàtính chất của sản phẩm Từ các kết quả nghiên cứu được có thể xây dựng quytrình thích hợp cho việc điều chế loại vật liệu từ mềm này Các yếu tố ảnhhưởng được khảo sát trong luận văn này bao gồm:

1- Ảnh hưởng của nồng độ chất đầu khi đồng kết tủa

2- Ảnh hưởng của dung môi

3- Ảnh hưởng của nhiệt độ khi đồng kết tủa

4- Ảnh hưởng của thời gian làm muồi khi đồng kết tủa

5- Ảnh hưởng của điều kiện sấy

6- Ảnh hưởng của nhiệt độ nung

7- Ảnh hưởng của thời gian nung

Các tiêu chí để đánh giá chất lượng của sản phẩm là:

+ Sản phẩm có kích thước nhỏ, đồng đều cỡ nano met

+ Sản phẩm có cấu trúc tinh thể đơn pha spinen

+ Sản phẩm có tính chất từ đặc trưng của vật liệu từ mềm: độ bão hoà

từ lớn, lực kháng từ nhỏ

3.1.1 Ảnh hưởng của nồng độ các muối vô cơ.

đồng kết tủa ít nhất là 9 Về mặt lí thuyết, khi pH của quá trình kết tủa càngtăng thì tốc độ phản ứng tăng, do đó sản phẩm thu được sẽ có kích thước hạt

tinh thể nhỏ nhưng chúng ta không thể tiến hành ở pH quá lớn được vì pH

lớn gây khó khăn trong việc làm sạch sản phẩm và sẽ có ảnh hưởng đến cấutrúc và tính chất của vật liệu điều chế được Vì vậy chúng tôi chọn pH củadung dịch sau khi thuỷ phân nằm trong khoảng 9 - 9,3

Quá trình thực nghiệm được tiến hành như đã nêu ở mục 2.2

Trong thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nồng độ chúng tôi chọn điềukiện phản ứng sau:

- Thời gian phản ứng 45 phút

- Tỉ lệ rượu etylic là 10% so với tổng thể tích toàn dung dịch

- Điều kiện tách và rửa kết tủa: Kết tủa được tách bằng li tâm và rửa bằngnước cất 2 lần đến pH nước lọc cuối bằng 7

gian 2h, sau đó ngắt lò và để mẫu nguội cùng lò

- pH của dung dịch sau khi thuỷ phân nằm trong khoảng 9 - 9,3

HeatFlow/µV

-60 -40 -20 0 20

Mass variation : -26.007 % Peak :117.6324 °C

Peak :221.8235 °C Peak :297.3558 °C

Figure:

Crucible:PT 100 µl Atmosphere:Air Experiment:Hang M2 21-3

Procedure: 30 > 800C (10 C.min-1) (Zone 2) Labsys TG

Exo

Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt

Từ giản đồ phân tích nhiệt chúng tôi thấy có 3 hiệu ứng mất khối lượng ở

phân tích nhiệt là 26.007% Nếu giả thiết kết tủa thu được sau khi sấy khô có

tử nước, tương đương 23,5% khối lượng ban đầu Dựa vào đường DTG chúng

hiệu ứng thu nhiệt mạnh trên đường DTA, nên có thể tương ứng với sự mất 2

hơn, kèm theo hiệu ứng thu nhiệt nhỏ trên đường DTA, nên có thể tương ứngvới sự mất 1 phân tử nước ở mỗi pic trên giản đồ Việc tổng khối lượng bị haohụt trong quá trình nâng nhiệt lớn hơn 2.5% so với tính toán có thể là do mấtnước ẩm của mẫu phân tích Dựa vào giản đồ phân tích nhiệt chúng ta có thể

cùng lò, sau đó đem các sản phẩm bột chụp X – RAY chúng tôi thấy mẫu M2

nhất và có cấu trúc đơn pha spinen Kết quả chụp phân tích pha bằng phương

Mau 14M2

000441485 (D) Trevorite, syn NiFe2O4 Y: 90.49 % d x by: 1 WL: 1.5406 Cubic a 8.33930 b 8.33930 c 8.33930 alpha 90.000 beta 90.000 gamma 90.000 Facecentered Fd3m (227) 8

-1)

File: Hang mau 10M2.raw - Start: 20.000 ° - End: 70.010 ° - Step: 0.030 ° - Step time: 0.7 s - Anode: Cu - WL1: 1.5406 - Creation: 5/14/2007 7:59:41 AM

Left Angle: 34.070 ° - Right Angle: 37.190 ° - Left Int.: 1.43 Cps - Right Int.: 1.43 Cps - Obs Max: 35.760 ° - d (Obs Max): 2.509 - Max Int.: 212 Cps - Net Height: 211 Cps - FWHM: 0.561 ° - Chord Mid.: 3

có cấu trúc đơn pha spinen, kích thước hạt nhỏ (14,71nm)

50 100 150 200 250 300

Hình3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu Mi

Nhìn vào phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu Mi chúng tôi thấy rằng các mẫu

Mi có cùng dạng cấu trúc spinen không bị lẫn các pha khác, không xuất hiệncác pic đặc trưng của sắt oxit và niken oxit Như vậy cấu trúc của sản phẩm làspinen thuần nhất

Bảng 3.2 : Các pic đặc trưng và kích thước hạt của các mẫu Mi

Hình 3.4 Kích thước hạt phụ thuộc vào nồng độ

Nhìn vào đồ thị hình 3.4 chúng ta thấy rằng khi nồng độ các chất đầutăng lên thì kích thước hạt trung bình của sản phẩm có giảm xuống sau đó

tăng lên, có giá trị cực tiểu ở nồng độ Ni(NO3)2 là 2.5.10-3 M và nồng độ của

của chất đầu tăng lên, số mầm kết tủa cũng tăng theo nên kích thước hạt có

chất đầu, tốc độ phát triển mầm tăng làm cho kích thước hạt kết tủa cũng tăng

Dựa nào ảnh SEM ta thấy rằng hạt niken ferit điều chế được có kích thước

Từ kết quả đo vòng từ trễ chúng tôi nhận thấy rằng vật liệu điều chếđược là vật liệu từ mềm có độ bão hoà từ tương đối cao và lực kháng từ nhỏ

Kết luận: Từ các kết quả khảo sát ở trên, chúng tôi thấy rằng nồng độ của

3.1.2 Ảnh hưởng của tỉ lệ rượu etylic trong dung dịch khi đồng kết tủa.

Dung môi dùng tổng hợp niken ferit theo phương pháp đồng kết tủa chúngtôi sử dụng là hệ dung môi hỗn hợp nước - rượu etylic Quá trình thựcnghiệm được tiến hành như đã nêu ở mục 2.2 Điều kiện trong các thínghiệm này như sau:

- Thời gian phản ứng 45 phút

- Điều kiện tách và rửa kết tủa: Kết tủa được tách bằng li tâm và rửa bằngnước cất 2 lần đến pH nước lọc cuối bằng 7

gian 2h, sau đó ngắt lò và để mẫu nguội cùng lò

- pH của dung dịch sau khi thuỷ phân nằm trong khoảng 9 - 9,3

- Tỷ lệ về thể tích của rượu etylic so với tổng thể tích của dung dịch khiđồng kết tủa thay đổi từ được đưa ra ở bảng 3.3

Kết quả chụp giản đồ XRD của mẫu niken ferit với tỉ lệ dung môi là 15%được đưa ra trên hình 3.7

Từ các hình 3.7 và 3.8 có thể thấy rằng các mẫu sản phẩm tổng hợp đượcđều có cấu trúc spinen, không có mặt của các pha khác Sự phụ thuộc của kíchthước hạt trung bình của các mẫu niken ferit đồng kết tủa với tỉ lệ rượu etylickhác nhau được đưa ra ở bảng 3.4

50 100 150 200 250 300

Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu Ei