Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu hướng phát triển của khoa học và công nghệ vật liệu hiện đại, vật liệu kích thước nanomet nhận được sự quan tâm sâu rộng nhờ các hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước tới hạn mang lại những đặc tính điện, từ, quang và xúc tác khác biệt so với vật liệu dạng khối truyền thống. Trong nhóm oxide phức hợp, các cấu trúc ferrite đất hiếm dạng perovskite $Re\text{FeO}_3$ (với $Re$ là các nguyên tố nhóm Lanthanides như La, Pr, Nd, Tb, Ho, Yb) thể hiện tiềm năng ứng dụng phong phú trong nhiều lĩnh vực công nghệ cao. Riêng đối với ytterbium ferrite ($\text{YbFeO}_3$), các nghiên cứu trước đây đã chứng minh triển vọng ứng dụng thực tiễn trong công nghệ chế tạo vật liệu từ tính, xúc tác quang hóa xử lý chất màu hữu cơ dưới ánh sáng khả kiến và cảm biến khí acetone phục vụ chẩn đoán y sinh học.

Để chế tạo vật liệu nano perovskite, các phương pháp phổ biến bao gồm phản ứng pha rắn, sol-gel và đồng kết tủa. Trong đó, phương pháp đồng kết tủa sở hữu nhiều ưu điểm nhờ tính đơn giản, thân thiện với môi trường, cho sản phẩm có độ tinh khiết cao, diện tích bề mặt riêng lớn và độ đồng nhất tốt. Tuy nhiên, quy trình đồng kết tủa truyền thống đối với các cation $Re^{3+}$ và $\text{Fe}^{3+}$ thường yêu cầu thủy phân muối trong nước nóng rồi phải để nguội hoàn toàn về nhiệt độ phòng mới tiến hành nhỏ tác nhân tạo kết tủa để kiểm soát sự thay đổi giá trị pH. Nhằm rút ngắn thời gian thực nghiệm, khóa luận đặt vấn đề khảo sát quy trình kết tủa trực tiếp khi dung dịch sau thủy phân vẫn còn đang duy trì ở nhiệt độ sôi mà không cần qua khâu làm nguội.

Mục tiêu và các nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài được triển khai bao gồm:

  1. Thiết lập quy trình tổng hợp vật liệu nano perovskite $\text{YbFeO}_3$ bằng phương pháp đồng kết tủa ở nhiệt độ cao với tác nhân tạo tủa là dung dịch sodium hydroxide ($\text{NaOH}$) được thêm trực tiếp vào hệ khi dung dịch đang sôi.
  2. Khảo sát quá trình kết tinh và hình thành pha tinh thể của vật liệu sau khi xử lý nhiệt (nung) ở hai mốc nhiệt độ 850 °C và 950 °C trong thời gian 1 giờ.
  3. Nghiên cứu đặc trưng cấu trúc tinh thể, hình thái học, thành phần hóa học và các tính chất từ tính, quang học của vật liệu thông qua hệ thống phương pháp phân tích hóa lý hiện đại gồm PXRD, EDX, TEM, FTIR, VSM và UV-Vis.
  4. Đối chiếu các thông số mạng, kích thước tinh thể và đặc trưng cấu trúc thu được với cơ sở dữ liệu tinh thể chuẩn và các công trình tổng hợp $\text{YbFeO}_3$ trước đó để đánh giá hiệu quả của quy trình cải tiến.

Đối tượng nghiên cứu của khóa luận là vật liệu nano bột ytterbium ferrite perovskite ($\text{YbFeO}_3$). Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian bao gồm các thực nghiệm tổng hợp hóa học được tiến hành tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh; các phép đo phân tích đặc trưng được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Hải Quan (TP. Hồ Chí Minh), Trung tâm Nghiên cứu Triển khai Khu Công nghệ cao TP. Hồ Chí Minh, Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương (Hà Nội), Trường Đại học Bách khoa Hà Nội và Viện Vật lý thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Thời gian hoàn thành khóa luận vào tháng 4 năm 2024.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khóa luận xây dựng trên nền tảng lý thuyết tinh thể học vật liệu perovskite với công thức tổng quát $\text{ABO}_3$. Cấu trúc perovskite lý tưởng thuộc hệ lập phương (cubic) với ba cạnh mạng $a = b = c$ và các góc $\alpha = \beta = \gamma = 90^\circ$, trong đó cation $A$ ($\text{Yb}^{3+}$) nằm tại các đỉnh của khối lập phương, cation $B$ ($\text{Fe}^{3+}$) nằm ở tâm khối và các anion $\text{O}^{2-}$ nằm tại tâm các mặt tạo thành các khối bát diện $\text{BO}_6$. Điều kiện bền vững hình học của cấu trúc được đánh giá thông qua thừa số dung sai Goldschmidt $t$: $$R_A + R_O = t\sqrt{2}(R_B + R_O)$$ với $R_A, R_B, R_O$ lần lượt là bán kính ion của các thành phần và giá trị $t$ nằm trong khoảng $0{,}8 < t < 1$. Dưới ảnh hưởng của các điều kiện công nghệ và sự sai lệch góc liên kết $\text{B-O-B} \neq 180^\circ$, cấu trúc mạng tinh thể trải qua hiện tượng suy biến đối xứng, chuyển dịch từ hệ lập phương sang hệ trực thoi (orthorhombic). Về mặt từ tính, khóa luận vận dụng các mô hình tương tác trong oxide phức hợp gồm tương tác gián tiếp RKKY (Ruderman-Kittel-Kasuya-Yoshida), tương tác siêu trao đổi (Super-Exchange - SE) và tương tác trao đổi kép (Double-Exchange - DE).

Hóa chất sử dụng trong thực nghiệm gồm có muối ytterbium(III) nitrate pentahydrate $\text{Yb(NO}_3\text{)}_3\cdot 5\text{H}_2\text{O}$, iron(III) nitrate nonahydrate $\text{Fe(NO}_3\text{)}_3\cdot 9\text{H}_2\text{O}$, dung dịch $\text{NaOH}$ 5%, nước cất hai lần và giấy chỉ thị pH.

Quy trình thực nghiệm được tiến hành thông qua các giai đoạn:

  • Hòa tan chính xác 3,5930 gam $\text{Yb(NO}_3\text{)}_3\cdot 5\text{H}_2\text{O}$ và 3,2320 gam $\text{Fe(NO}_3\text{)}_3\cdot 9\text{H}_2\text{O}$ (tỉ lệ mol $\text{Yb}^{3+} : \text{Fe}^{3+} = 1 : 1$, tính toán để điều chế 0,008 mol sản phẩm lý thuyết) trong nước cất định mức 50 mL, thu được dung dịch màu vàng nâu có pH = 1.
  • Nhỏ từ từ dung dịch muối vào cốc chứa 600 mL nước cất đang đun nóng trên máy khuấy từ gia nhiệt ở mức 6 (nhiệt độ duy trì $> 95\ ^\circ\text{C}$), thực hiện quá trình thủy phân cation kim loại, dung dịch chuyển sang màu đỏ nâu với pH = 1 - 2.
  • Giữ nguyên trạng thái gia nhiệt và khuấy trộn, sử dụng buret nhỏ từng giọt dung dịch $\text{NaOH}$ 5% trực tiếp vào dung dịch đang sôi cho đến khi môi trường đạt giá trị pH = 10, tiếp tục duy trì khuấy trộn trong 45 phút để hệ kết tủa hoàn toàn.
  • Ngắt nhiệt, để nguội hỗn hợp trong 45 phút cho kết tủa màu nâu đậm lắng xuống đáy. Lọc chân không lấy kết tủa, rửa nhiều lần bằng nước cất đến khi dịch lọc đạt giá trị pH = 7.
  • Làm khô kết tủa tự nhiên ở nhiệt độ phòng trong 3 ngày đến khối lượng không đổi, sau đó nghiền mịn và đem nung trong lò nung ở hai mức nhiệt độ 850 °C và 950 °C trong 1 giờ.

Các phương pháp phân tích đặc trưng hóa lý được áp dụng bao gồm:

  • Phương pháp nhiễu xạ tia X bột (PXRD): Thực hiện trên máy EMPYREAN - PANalytical (Hà Lan) với bức xạ $\text{CuK}_\alpha$ ($\lambda = 0{,}1541\ \text{nm}$), dải góc quét $2\theta$ từ 10° đến 80° (hoặc 20° đến 80°), bước quét $0{,}02^\circ/\text{giây}$. Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm X'pert HighScore Plus; thể tích ô mạng $V$ được xác định theo hệ thức mạng trực thoi $V = a \times b \times c$; kích thước trung bình tinh thể $D$ được tính toán qua phương trình Williamson - Hall: $$\beta \cos(\theta) = \frac{K\lambda}{D} + 4\varepsilon \sin(\theta)$$ với hằng số hình dạng Scherrer $K = 0{,}89$, $\beta$ là độ rộng bán phổ FWHM tính theo radian và $\theta$ là góc nhiễu xạ Bragg.
  • Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) và lập bản đồ nguyên tố (EDX-mapping): Đo trên thiết bị H-7593 HORIBA (Anh) với chùm điện tử năng lượng 0 - 8,6 keV dựa trên định luật Moseley để xác định thành phần hóa học định tính, định lượng và độ đồng nhất phân bố nguyên tố.
  • Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): Thực hiện trên máy JEM - 1400 (Nhật Bản) với điện áp gia tốc chùm điện tử từ 80 - 300 kV nhằm xác định hình thái và kích thước hạt thực tế.
  • Phương pháp quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR): Đo trên máy NICOLET 6700 (Hãng Thermo) trong dải số sóng 400 - 4000 $\text{cm}^{-1}$ để nhận diện các liên kết dao động đặc trưng trong mạng tinh thể.
  • Phương pháp đo từ kế mẫu rung (VSM): Thực hiện trên hệ đo MicroSense EV11 nhằm xác định các đại lượng từ tính: độ từ hóa bão hòa ($M_s$), từ dư ($M_r$) và lực kháng từ ($H_c$).
  • Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-Vis: Sử dụng máy UV-2600 Shimadzu (Nhật Bản) tích hợp quả cầu tích phân ISR-2600 Plus, dải bước sóng 220 - 1400 nm; xác định độ rộng vùng cấm ($E_g$) thông qua mô hình đồ thị Tauc: $$(\alpha h\nu)^{1/n} = B(h\nu - E_g)$$

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan

Nội dung chương trình bày hệ thống cơ sở lý thuyết về khoa học nano và công nghệ nano, định nghĩa vật liệu nano theo các tiêu chí số chiều (0D, 1D, 2D và nanocomposites), trạng thái tồn tại và phân loại chức năng ứng dụng. Tác giả đi sâu phân tích hai nguyên nhân vật lý cốt lõi tạo nên tính chất đặc biệt của vật liệu nano là hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước tới hạn, kèm theo bảng tổng hợp độ dài tới hạn của các hiện tượng vật lý - hóa học trong thang đo nanomet (từ 1 đến 100 nm).

Chương 1 phân tích chi tiết cấu trúc tinh thể mạng perovskite $\text{ABO}_3$, các điều kiện bán kính ion theo thừa số dung sai Goldschmidt, sự suy biến đối xứng tinh thể thành các hệ tinh thể có độ đối xứng thấp hơn (trực thoi, mặt thoi, tứ phương, đơn tà, tam tà). Tác giả so sánh ưu và nhược điểm của ba phương pháp tổng hợp gốm vô cơ chính: phương pháp phản ứng pha rắn (đơn giản nhưng kích thước hạt lớn, nhiệt độ cao, tính đồng nhất kém), phương pháp sol-gel (tạo màng mỏng tốt, kích thước kiểm soát nhưng chi phí precursor metal alkoxide cao, dễ nứt vỡ) và phương pháp đồng kết tủa (nhiệt độ xử lý thấp hơn, sản phẩm tinh khiết, hạt đồng đều). Phần cuối chương tổng thuật các nghiên cứu trong nước và quốc tế về tổng hợp và ứng dụng của $\text{YbFeO}_3$, đồng thời làm rõ lý thuyết về các đại lượng từ tính ($M, M_s, M_r, H_c$), phân loại vật liệu từ mềm - từ cứng và các cơ chế tương tác từ (RKKY, SE, DE).

Chương 2. Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano perovskite YbFeO3

Chương 2 mô tả chi tiết danh mục hóa chất, dụng cụ thực nghiệm và quy trình tổng hợp mẫu bột nano $\text{YbFeO}_3$. Điểm mấu chốt được tác giả nhấn mạnh là thao tác thêm chất kết tủa $\text{NaOH}$ 5% trực tiếp vào dung dịch muối nitrate sau giai đoạn thủy phân khi hệ còn đang duy trì ở nhiệt độ sôi ($> 95\ ^\circ\text{C}$) nhằm bỏ qua khâu chờ nguội, giúp tiết kiệm thời gian chế tạo.

Chương này cũng trình bày chi tiết nguyên lý hoạt động, cấu tạo thiết bị và mục đích phân tích của 6 phương pháp phân tích công cụ: PXRD (nguyên lý nhiễu xạ tia X, góc phản xạ Bragg, thuật toán Williamson - Hall tính kích thước tinh thể), FTIR (nguyên lý dao động hóa trị và dao động quay của phân tử), TEM (nguyên lý tán xạ chùm điện tử năng lượng cao xuyên qua mẫu), EDX (nguyên lý kích thích chùm điện tử phát xạ tia X đặc trưng theo định luật Moseley), VSM (nguyên lý cảm ứng điện từ xác định moment từ) và UV-Vis (nguyên lý kích thích chuyển dịch electron giữa vùng hóa trị và vùng dẫn, phương pháp ngoại suy tuyến tính đồ thị Tauc).

Chương 3. Kết quả và thảo luận

Chương 3 tập trung phân tích và biện giải các dữ liệu thực nghiệm thu được từ các phép đo hóa lý trên mẫu $\text{YbFeO}_3$ sau nung ở 850 °C và 950 °C:

  • Phân tích PXRD: Giản đồ nhiễu xạ của cả hai mẫu nung ở 850 °C và 950 °C xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ đặc trưng trùng khớp hoàn toàn với giản đồ chuẩn của pha trực thoi $o\text{-YbFeO}_3$ theo cơ sở dữ liệu Crystallography Open Database (COD ID #2107089), chứng minh pha perovskite đơn pha đã hình thành thành công. Sử dụng đồ thị Williamson - Hall, kích thước trung bình tinh thể được xác định là 13 nm đối với mẫu nung ở 850 °C và 15 nm đối với mẫu nung ở 950 °C. Cường độ đỉnh nhiễu xạ và kích thước tinh thể tăng khi tăng nhiệt độ nung được giải thích do động học tương tác phân tử và sự phát triển mầm tinh thể ở nhiệt độ cao.
  • Phân tích EDX và EDX-mapping: Phổ tán sắc năng lượng tia X của mẫu nung ở 850 °C ghi nhận sự có mặt thuần khiết của ba nguyên tố Yb, Fe và O, hoàn toàn không phát hiện tạp chất lạ. Kết quả định lượng tỉ lệ nguyên tử $\text{Yb} : \text{Fe} : \text{O}$ đạt xấp xỉ tỉ lệ hợp thức lý thuyết $1 : 1 : 3$. Ảnh lập bản đồ EDX-mapping khẳng định các nguyên tố Yb, Fe và O phân bố rất đồng đều trên bề mặt vật liệu.
  • Phân tích TEM: Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của mẫu nung ở 850 °C cho thấy sự đa dạng về hình thái hạt, bao gồm các hạt nhỏ dạng hình cầu, các hạt lớn hơn có dạng hình khối lục giác và khối bát đối xứng với các cạnh sắc nét, cùng một số vùng hạt kết tụ dạng chùm. Kích thước hạt ghi nhận trong khoảng 14 - 20 nm, tương thích chặt chẽ với kích thước tinh thể 13 nm xác định từ PXRD.
  • Phân tích FTIR, UV-Vis và VSM: Xác nhận sự hình thành các liên kết dao động kim loại - oxy trong mạng bát diện và khối đa diện, xác định giá trị độ rộng vùng cấm quang học $E_g$ và làm sáng tỏ các đặc trưng từ tính ($M_s, M_r, H_c$) của mẫu nung ở hai mức nhiệt độ.

Chương 4. Kết luận và kiến nghị

Nêu tóm tắt các kết quả đạt được về quy trình tổng hợp, các thông số cấu trúc tinh thể, hình thái hạt và tính chất của vật liệu $\text{YbFeO}_3$; đồng thời đề xuất các định hướng nghiên cứu mở rộng trong tương lai.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã chứng minh tính khả thi của quy trình cải tiến tổng hợp vật liệu nano perovskite $\text{YbFeO}_3$ đơn pha bằng phương pháp đồng kết tủa ở nhiệt độ cao với tác nhân $\text{NaOH}$. Các số liệu thực nghiệm đo đạc và tính toán cụ thể được tổng hợp trong các bảng sau:

Mẫu nghiên cứu / Chuẩn đối chiếu Nhiệt độ nung (°C) Thể tích ô mạng ($10^{-3}\ \text{nm}^3$) Kích thước tinh thể $D$ (nm) Kích thước hạt qua TEM (nm)
$\text{YbFeO}_3\text{-SH-850}^\circ\text{C}$ (Khóa luận) 850 218,365 13 14 - 20
$\text{YbFeO}_3\text{-SH-950}^\circ\text{C}$ (Khóa luận) 950 218,626 15 Chưa đo
Chuẩn $o\text{-YbFeO}_3$ (COD ID #2107089) - 220,303 - -

Số liệu định lượng thành phần nguyên tố từ phép đo phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) tại nhiệt độ 850 °C:

Nguyên tố Tỉ lệ nguyên tử lý thuyết (%) Tỉ lệ hợp thức xác định qua phổ EDX
Yb 20,0 Phù hợp tỉ lệ hợp thức lý thuyết $\text{Yb} : \text{Fe} : \text{O} \approx 1 : 1 : 3$
Fe 20,0
O 60,0

Các đóng góp khoa học chính được tác giả tự xác định:

  • Đã rút ngắn đáng kể thời gian thực nghiệm so với các quy trình đồng kết tủa truyền thống bằng cách loại bỏ hoàn toàn giai đoạn chờ làm nguội dung dịch sau thủy phân, nhỏ trực tiếp tác nhân kết tủa $\text{NaOH}$ vào hệ dung dịch muối nitrate khi còn đang sôi ($> 95\ ^\circ\text{C}$).
  • Chế tạo thành công vật liệu nano $\text{YbFeO}_3$ đạt độ tinh khiết cao, cấu trúc đơn pha trực thoi mà không bị lẫn các pha tạp chất oxide riêng rẽ.
  • Kích thước hạt và kích thước tinh thể của vật liệu điều chế theo quy trình này ($D = 13\ \text{nm}$ ở 850 °C và $15\ \text{nm}$ ở 950 °C) đạt giá trị nhỏ hơn đáng kể so với các công trình công bố trước đây sử dụng phương pháp phản ứng pha rắn hoặc đồng kết tủa ở nhiệt độ thường, từ đó mở rộng tiềm năng ứng dụng bề mặt của vật liệu nano từ tính.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Về mặt hạn chế, khóa luận tự nhận định một số điểm tồn tại do điều kiện và phương pháp thực nghiệm:

  • Do giới hạn độ phóng đại và sự kết tụ dạng chùm của các hạt trên ảnh TEM, nghiên cứu chưa thể xác định được kích thước trung bình hạt trên toàn thể mẫu mà mới chỉ ước lượng được khoảng dao động kích thước (14 - 20 nm), do đó chưa đủ cơ sở khẳng định tuyệt đối hạt ở trạng thái đơn tinh thể hay đa tinh thể.
  • Thể tích ô mạng của mẫu tổng hợp được ($218{,}365 \times 10^{-3}\ \text{nm}^3$ ở 850 °C và $218{,}626 \times 10^{-3}\ \text{nm}^3$ ở 950 °C) nhỏ hơn so với thể tích mạng của mẫu chuẩn lý thuyết COD ID #2107089 ($220{,}303 \times 10^{-3}\ \text{nm}^3$), cho thấy mạng tinh thể có sự biến dạng nhất định trong quá trình hình thành pha.
  • Nghiên cứu mới dừng lại ở việc khảo sát cấu trúc tại hai mốc nhiệt độ nung cố định (850 °C và 950 °C trong 1 giờ) và đánh giá các tính chất vật lý cơ bản, chưa đi sâu thử nghiệm các điều kiện khảo sát ảnh hưởng của nồng độ kiềm hay các khoảng nhiệt độ nung thấp hơn.

Hướng nghiên cứu tiếp theo được đề xuất:

  • Tiếp tục khảo sát tối ưu hóa các thông số công nghệ như tốc độ khuấy, thời gian nung và các dải nhiệt độ nung khác nhau nhằm kiểm soát tốt hơn độ biến dạng mạng tinh thể.
  • Thử nghiệm đánh giá hoạt tính xúc tác quang hóa thực tế của vật liệu nano $\text{YbFeO}_3$ trong phản ứng phân hủy phẩm nhuộm methyl orange (MO) và chế tạo thử nghiệm màng cảm biến khí acetone phục vụ chẩn đoán y sinh học dựa trên các đặc tính cấu trúc đã đạt được.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu viên thuộc các chuyên ngành Hóa học vô cơ, Hóa học vật liệu, Khoa học và Công nghệ nano, Vật lý chất rắn.

Những phần có giá trị tham khảo cao trong văn bản bao gồm:

  • Quy trình thực nghiệm chi tiết ở Chương 2 về kỹ thuật đồng kết tủa ở nhiệt độ cao không qua giai đoạn làm nguội dung dịch, cung cấp quy trình chế tạo cụ thể cho các hệ vật liệu ferrite đất hiếm $Re\text{FeO}_3$.
  • Phương pháp xử lý dữ liệu thực nghiệm tinh thể học: cách tính toán thông số mạng tinh thể trực thoi, thể tích ô mạng và kỹ thuật ứng dụng phương trình Williamson - Hall bằng phần mềm X'pert HighScore Plus để tách biệt ảnh hưởng của kích thước tinh thể và biến dạng mạng.
  • Tổng quan hệ thống về các kỹ thuật phân tích hóa lý vật liệu rắn (PXRD, FTIR, TEM, EDX, VSM, UV-Vis) kèm theo công thức toán học và nguyên lý đo đạc chuẩn xác.

Câu hỏi thường gặp

1. Điểm cải tiến kỹ thuật cốt lõi trong quy trình tổng hợp $\text{YbFeO}_3$ của đề tài này so với các nghiên cứu đồng kết tủa trước đây là gì?
Trong các quy trình đồng kết tủa thông thường, dung dịch cation kim loại sau khi thủy phân trong nước nóng bắt buộc phải để nguội hoàn toàn về nhiệt độ phòng rồi mới nhỏ tác nhân tạo tủa để tránh ảnh hưởng bất lợi của nhiệt độ đến quá trình kết tủa và pH. Ngược lại, đề tài đã đưa dung dịch $\text{NaOH}$ 5% vào hệ ngay khi dung dịch thủy phân còn đang sôi ($> 95\ ^\circ\text{C}$), giúp tiết kiệm thời gian thực nghiệm mà vẫn tạo được kết tủa đồng nhất và thu được sản phẩm đơn pha tinh khiết.

2. Nhiệt độ nung ảnh hưởng như thế nào đến kích thước tinh thể và thể tích ô mạng của $\text{YbFeO}_3$?
Theo dữ liệu phân tích PXRD và phương trình Williamson - Hall, khi nhiệt độ nung tăng từ 850 °C lên 950 °C, kích thước trung bình tinh thể tăng từ 13 nm lên 15 nm do động năng phân tử tăng thúc đẩy quá trình kết tinh và phát triển hạt. Trong khi đó, thể tích ô mạng hầu như không thay đổi đáng kể ($218{,}365 \times 10^{-3}\ \text{nm}^3$ ở 850 °C so với $218{,}626 \times 10^{-3}\ \text{nm}^3$ ở 950 °C), khẳng định trạng thái đơn pha đã hình thành bền vững ngay từ mốc 850 °C.

3. Vì sao thể tích ô mạng của mẫu $\text{YbFeO}_3$ tổng hợp lại nhỏ hơn so với thẻ chuẩn COD ID #2107089?
Dữ liệu tính toán cho thấy thể tích ô mạng của mẫu đạt khoảng $218{,}365 - 218{,}626 \times 10^{-3}\ \text{nm}^3$, thấp hơn giá trị mẫu chuẩn ($220{,}303 \times 10^{-3}\ \text{nm}^3$). Tác giả giải thích rằng trong quá trình hình thành pha perovskite theo quy trình đồng kết tủa ở nhiệt độ cao, mạng tinh thể đã chịu sự suy biến đối xứng và biến dạng cấu trúc nhất định so với mạng tinh thể trực thoi lý tưởng của chất chuẩn.

4. Kết quả phân tích EDX và EDX-mapping chứng minh điều gì về chất lượng hạt nano tạo thành?
Phổ EDX trong dải năng lượng 0 - 8,6 keV chỉ ghi nhận các vạch tín hiệu đặc trưng của ba nguyên tố Yb, Fe và O mà không có bất kỳ đỉnh tạp chất nào, xác nhận mẫu tổng hợp đạt độ tinh khiết hóa học cao. Tỉ lệ số nguyên tử tính toán xấp xỉ tỉ lệ hợp thức lý thuyết $1 : 1 : 3$, đồng thời ảnh lập bản đồ EDX-mapping cho thấy các nguyên tố phân bố rất đồng đều trên bề mặt hạt.

5. Khóa luận sử dụng mô hình nào để xác định độ rộng vùng cấm quang học của vật liệu?
Khóa luận sử dụng phổ hấp thụ quang học phân tử UV-Vis ghi nhận trong dải bước sóng 220 - 1400 nm trên máy UV-2600 (sử dụng quả cầu tích phân ISR-2600 Plus) và áp dụng phương pháp ngoại suy tuyến tính đồ thị Tauc theo phương trình $(\alpha h\nu)^{1/n} = B(h\nu - E_g)$ để xác định năng lượng vùng cấm $E_g$ của vật liệu bán dẫn.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Huy Hoàng đã xây dựng thành công quy trình tổng hợp vật liệu nano bột ytterbium ferrite perovskite ($\text{YbFeO}_3$) đơn pha bằng phương pháp đồng kết tủa ở nhiệt độ cao sử dụng tác nhân kết tủa $\text{NaOH}$. Kết quả thực nghiệm khẳng định sau khi nung ở 850 °C và 950 °C trong 1 giờ, sản phẩm thu được có cấu trúc trực thoi đơn pha, độ tinh khiết cao, tỉ lệ nguyên tử $\text{Yb} : \text{Fe} : \text{O}$ đạt chuẩn hợp thức $1 : 1 : 3$ với kích thước tinh thể nhỏ đạt 13 - 15 nm và kích thước hạt TEM dao động từ 14 - 20 nm. Đề tài đã đóng góp một cải tiến thực nghiệm có giá trị trong việc rút ngắn thời gian điều chế vật liệu nano ferrite đất hiếm, tạo cơ sở thực nghiệm vững chắc cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo trong lĩnh vực xúc tác quang và linh kiện từ tính.