CHƯƠNG 1: TONG QUAN VAN DE NGHIÊN CỨU 1. Vật liệu nano va công nghệ nano N+Wo 1. Hạt nano, vật liệu nano, công nghệ nano 1. Phân loại và một số lĩnh vực ứng dụng của vật liệu nano 1.
Các đặc trưng của vật liệu từ 1. Một số khái niệm 1. Các đặc trưng của vật liệu từ cứng 1. Các đặc trưng của vật liệu từ mềm 11 1.
Đặc trưng cấu trúc của tinh thé perovskite ABOa 11 1. Các phương pháp tong hợp vật liệu nano perovskite 14 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2. Phương pháp nghiên cứu 19 2. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA) 19 2.
Phương pháp quét vi sai (DSC) 19 2.Phương pháp nhiễu xa tia X (XRD) 20 2. Phuong pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 22 2. Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) 22 2. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) 23 2.
Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 23 2. Dụng cụ, thiết bị, hóa chất 24 2. Thực nghiệm tông hop vật liệu nano perovskite LaFei.xNixO3 š 25 CHƯƠNG 3: KÉT QUÁ VÀ THẢO LUẬN 3. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano LaFeO3 27 3.
Kết quả phân tích nhiệt 27 3. Kết quả nhiễu xa tia X (XRD) 29 3. Kết quả SEM và TEM 29 3. Kết qua tổng hợp vật liệu nano LaFe1-xNixO3.
Kết quả nhiễu xa tia X (XRD) 30 3. Kết qua XRD của các oxit niken và sắt (III) 34 3. Kết quả TEM 37 3. Kết quả phân tích EDX 37 3.
Kết quả VSM 39 CHUONG 4: KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 4. Kiến nghị 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 PHỤ LỤC 46 Phụ lục 1. CAC THONG SO CUA PHO CHUAN LaFeOa 46 Phu lục 2. CAC KET QUA PHAN TICH XRD LaFe1-xNixO3.5 & OXT 47 Phu luc 3.
KET QUA PHAN TICH EDX CUA MAU VAT LIEU 50 DANH MUC CAC CHU VIET TAT VA KY HIEU DTA: Phan tich nhiét vi sai EDX: Phổ tán sắc năng lượng tia X ABOs: Công thức chung của perovskite SEM: Kính hiển vi điện tử quét TEM: Kính hiển vi điện tử truyền qua TGA: Phân tích nhiệt vi trọng lượng VSM: Từ kế mẫu rung XRD: Nhiễu xạ tia X Hang số mạng tinh thé orthorhombic Khoảng cách giữa hai mặt phang tinh thé Kích thước tinh thé xác định từ nhiễu xa tia X Lực kháng từ Độ từ dư Độ từ bão hòa Bước sóng tia X Độ bán rộng của phổ nhiễu xa tia X Góc nhiễu xạ tia X Bán kính lon A Bán kính ion B Bán kính ion oxy DANH MUC CAC BANG Trang Bang 1. Bang ban kính cua các ion trong vật liệu LaFe}. Một số nano oxit kim loại thu được bằng phương pháp 15 sol - gel. Một số nano oxit kim loại thu được bằng phương pháp 17 dong kết tủa.
Bảng dụng cụ, thiết bị và hóa chất can thiết. Thành phan các tién chat tong hợp vật liệu nano 25 LaFei. Các thông số cấu trúc và kích thước pha tỉnh thể 34 LaFei. Thông số mang của các mẫu kết tủa nung ở 900°C trong Lh.
Hàm lượng các nguyên tô trong mẫu LaFeo,ssNio,1sO3 39 và LaFeo,zsNio2sO3 nung ở 900°C. Các đặc trưng từ tính cua vật liệu nano LaFe}. DANH MỤC CÁC HÌNH VE Trang Hình 1. Phân loại vật liệu nano theo số chiêu.
Đường từ hóa cơ bản và đường cong từ trễ. Đường cong từ tré và các đặc trưng của vật liệu từ cứng. Các dạng nam châm đất hiếm NdFeB: a) hình nhẫn; 10 b) hình khối; c) hình tròn; d) hình cung. Đường cong từ tré và các đặc trưng của vật liệu từ mêm.
Cau trúc perovskite ly tưởng. Sự biến dạng của cấu trúc perovskite khi góc liên kết 13 B-O-B khác 180°. Hiện tượng nhiễu xạ tia X từ hai mặt phẳng tỉnh thể. Sơ đồ kính hiển vi điện tử điện tử truyền qua.
Sơ đô máy từ kế mẫu rung. Sơ đồ nguyên lý của hệ ghi nhận tín hiệu phổ EDX. Sơ đồ khối của kính hiển vi điện tử quét. Sơ đô mô tả quy trình thực nghiệm tong hop vật liệu 26 nano LaFe}-xNixO3- 6.
Giản do TG-DSC của mâu kết tủa. Giản đồ XRD của LaFeO3 sau khi nung ở các nhiệt độ 29 khác nhau. Anh SEM (A) và TEM (B) của mẫu vật liệu LaFeO3 sau 30 khi nung 900°C. Giản đồ XRD của mẫu LaFeo.
Gian do XRD của mẫu LaFeo. Giản đồ XRD của mẫu LaFeosNioaO3 nung ở nhiệt 32 độ 900°C. Giản đô XRD của mẫu LaFeozsNioasO› nung ở 900°C. Giản đô chông phổ XRD của mẫu vật liệu 33 LaFe}-xNixO3 (x=0,1; x=0, I5; x=0,2; x=0,3).
Giản đồ XRD của Fe203 nung ở 900°C trong Ih. Giản đô XRD của NiO nung ở 900°C trong Lh. Gian đô chồng phổ XRD của 2 oxit với mẫu vật liệu nano 36 pha tạp LaFeo,7sNio,2503 nung ở 900°C trong Lh. Ảnh TEM của vật liệu nano LaFe}1-xNixO3 (x=0,2 và 0,25) 37 nung 900°C.
Phổ EDX của mẫu LaFeo,ssNio,1sO3 nung ở 900C. Phổ EDX của mẫu LaFeo,7sNio2s03 nung ở 900°C. Đường cong từ trễ của mẫu vật liệu LaFei. Đường cong từ tré của mau vật liệu nano LaFei.vNi¿O3-s 40 nung ở nhiệt độ 900°C.
1 MỞ ĐÀU Ngày nay, công nghệ nano đã trở thành một ngành công nghệ được đầu tư nghiên cứu các ứng dụng để tạo ra các sản phẩm có giá trị đối với đời sống con người. Các ứng dụng của công nghệ nano trong các lĩnh vực như hóa học, sinh học, y học, khoa học vật liệu,. ngày càng phổ biến và rộng rãi hơn, góp phần giúp cho cuộc sống của con người ngày càng tốt đẹp hơn [9, 19]. Vật liệu nano giành được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu cũng như các nhà đầu tư vì những tính chất đặc trưng và ưu việt của chúng.
Đặc biệt là vật liệu perovskite ABO3 và pervoskite pha tạp được ứng dụng trong các lĩnh vực như điện tử, điện lạnh, công nghệ thông tin, pin nhiệt điện,. Vật liệu perovskite ABO3 có tính dẫn điện, tính chất từ, tính xúc tác nhờ sự pha tạp, chúng trở thành những vật liệu siêu dẫn khi ở nhiệt độ cao, có hiệu ứng từ khong 16 [23, 24], hiệu ứng từ điện trở siêu khống lồ hoặc hình thành nên các chất xúc tác mới [1, 10]. Trong đề tài này, nghiên cứu ảnh hưởng của sự pha tạp ion Ni?* đến các đặc trưng cấu trúc và đặc trưng từ tính của vật liệu nano perovskite LaFeOa. Vật liệu perovskite có thé tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó phương pháp đơn giản và dễ thực hiện nhất là phương pháp cơ học (phương pháp tổng hợp gốm truyền thống), nhưng phương pháp này đòi hỏi phải thực hiện ở nhiệt độ cao thường (t° > 1200°C) dẫn đến kích thước hạt lớn và không đồng nhất [15].
Ngày nay, dé tong hợp vật liệu perovskite có kích thước nano có thé sử dụng một số phương pháp hóa ướt như phương pháp sol-gel, phương pháp thủy nhiệt, phương pháp điện hóa, phương pháp sol-gel đồng tạo phức [1, 2, 26]. Những phương pháp này có ưu điểm là vật liệu tổng hợp được có kích thước nhỏ, độ đồng nhất và độ đồng đều cao nhưng bên cạnh đó các phương pháp này đòi hỏi phải khảo sát nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành đơn pha tinh thé như nhiệt độ nung, nhiệt độ tạo gel, giá tri pH của môi trường, tỉ lệ mol chất tạo gel/ion kim loại, chất tạo gel,. Do đó trong luận văn này, chúng tôi sử dụng phương pháp đồng kết tủa đơn giản thông qua giai đoạn thủy phân từ từ các cation kim loại trong nước nóng trước (t > 90°C), sau đó dé nguội rồi thêm vào các tác nhân kết tủa phù hợp. Việc thủy phân từ từ các cation kim loại trong nước nóng trước, rôi đê nguội sẽ tạo thành kết tủa bên và hạn chê sự lớn lên vê kích thước hat so với 2 khi kết tủa ở nhiệt độ phòng.
Bằng phương pháp này, nhóm nghiên cứu của TS. Nguyễn Anh Tiến đã công bố về việc tổng hợp thành công một số hệ vật liệu nano perovskite YFeO3 [20] hay các vật liệu pha tạp như Y:.„Ca„FeO2a-; [16] và thậm chi cả hệ spinen pha tạp Coi. Nhằm mục đích đi sâu nghiên cứu và tìm hiểu các đặc trưng của vật liệu nano LaFeO khi pha tạp Ni (II). Chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài “ Nghiên cứu ảnh hưởng của sự pha tạp Ni đến các đặc trưng của vật liệu nano perovskite LaFei.s ” làm đề tài khóa luận tốt nghiệp.
TONG QUAN VAN ĐÈ NGHIÊN CỨU 1. Vật liệu nano và công nghệ nano 11. Hat nano, vật liệu nano, công nghệ nano Cùng với sự phát triển không ngừng của các ngành công nghệ cao như công nghệ thông tin, công nghệ sinh học thì ngành công nghệ nano cũng ngày càng phát triển và có nhiều ứng dụng quan trọng trong cuộc sống. Do là lời dự đoán của nhà vật lý nổi tiếng Richard Feynman (1928-1988, giải Nobel Vật lý 1965) trong một bài nói chuyện năm 1959 với nhan đề “ There’s plenty of room at the bottom’’, ông cho răng Khoa học đã đi vào chiều sâu của cấu trúc vật chất đến từng nguyên tử, phân tử và sâu hơn nữa.
Đó không chỉ là những dự đoán, bắt đầu những năm 1870 các nhà khoa học, nghiên cứu bắt đầu chú ý đến vật liệu có kích thước siêu nhỏ cỡ micromet do những ứng dụng mang tính đột phá trong ngành cơ khí, quang học và từ. Ngay nay, công nghệ nano là một ngành không chỉ nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học mà còn các nhà kinh tế, chính trị vì những lợi ích của chúng mang lại [9, 19]. “Công nghệ nano (nanotechnology)”: là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng viéc điều khiển hình dang, kích thước trên quy mô nanomet (từ 1 đến 100nm) [14]. “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 hắn 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, hóa học và nhiều ứng dụng khác đặc biệt hơn so với vật liệu micro truyền thống có cùng thành phần hóa học. “Hóa học nano” nghiên cứu các phương pháp tông hợp và xác định tính chat của vật liệu có kích thước hạt cấu trúc từ 1-100 nm hay khoảng 101-105 nguyên tử hoặc phân tử trên mỗi hạt. Một trong những đối tượng chính của ngành công nghệ nano là vật liệu nano.
“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.