Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Vật liệu nano ferrite spinel có công thức tổng quát $\text{AB}_2\text{O}_4$ ($\text{A} = \text{Co, Ni, Zn, Fe, Mn}$) là nhóm vật liệu từ tính vô cơ thu hút nhiều sự quan tâm nhờ độ bền hóa học cao, độ bền nhiệt và các tính chất điện từ đặc biệt khi kích thước hạt đạt cấp độ nanomet. Trong thực tế, các phương pháp chế tạo ferrite spinel phổ biến như sol-gel, đốt cháy gel hay sol-gel tạo phức tuy giúp các tiền chất phân bố đồng đều và giảm nhiệt độ thiêu kết, nhưng lại đòi hỏi quy trình khảo sát phức tạp về điều kiện tạo đơn pha, thời gian lưu nhiệt kéo dài. Đặc biệt, việc sử dụng các hợp chất hữu cơ tạo gel khi đốt cháy ở nhiệt độ thấp có thể để lại dư lượng carbon, gây suy giảm trực tiếp các đặc trưng điện và từ của sản phẩm.

Để khắc phục nhược điểm trên, đề tài kế thừa hướng nghiên cứu tổng hợp vật liệu perovskite $\text{LaFe}_{1-x}\text{Ni}_x\text{O}3$ và spinel $\text{Co}{1-x}\text{Zn}_x\text{Fe}_2\text{O}_4$ bằng phương pháp đồng kết tủa đơn giản: thực hiện thủy phân từ từ các cation kim loại trong nước nóng ($t > 90^\circ\text{C}$), để nguội rồi mới bổ sung tác nhân kết tủa $\text{NaOH}$ hoặc $\text{KOH}$. Việc thủy phân trước trong nước nóng tạo điều kiện hình thành các mầm kết tủa bền vững và hạn chế tốc độ phát triển kích thước hạt so với kết tủa trực tiếp ở nhiệt độ phòng.

Khóa luận được thực hiện nhằm giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể:

  1. Tổng hợp hệ vật liệu nano spinel $\text{CoFe}_2\text{O}4$ thuần và hệ vật liệu pha tạp Yttrium $\text{CoFe}{2-x}\text{Y}_x\text{O}_4$ ($x = 0; 0{,}1; 0{,}15; 0{,}3; 0{,}5$) bằng phương pháp đồng kết tủa cải tiến qua giai đoạn thủy phân nhiệt.
  2. Khảo sát các điều kiện hóa lý ảnh hưởng đến quá trình hình thành pha tinh thể, bao gồm việc xác định khoảng nhiệt độ nung thích hợp ($500^\circ\text{C}, 700^\circ\text{C}, 800^\circ\text{C}, 900^\circ\text{C}$).
  3. Phân tích, đánh giá chi tiết cấu trúc vi mô, hình thái bề mặt, thành phần hóa học, đặc trưng quang học và đặc trưng từ tính của các mẫu vật liệu tổng hợp được.

Đối tượng nghiên cứu là hệ hạt nano ferrite spinel $\text{CoFe}_2\text{O}4$ và $\text{CoFe}{2-x}\text{Y}_x\text{O}_4$. Phạm vi thực nghiệm được triển khai tại Bộ môn Hóa vô cơ - Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh cùng hệ thống thiết bị đo đạc chuyên sâu tại Trường Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh, Phòng thí nghiệm Công nghệ Nano (Khu Công nghệ cao TP. Hồ Chí Minh), Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam), Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương (Hà Nội) và Viện Tiên tiến Khoa học và Công nghệ - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội; thời gian hoàn thành vào tháng 5 năm 2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Vật liệu ferrite spinel mang cấu trúc mạng tinh thể lập phương tâm mặt thuộc nhóm không gian $Fd\bar{3}m$. Trong một ô mạng cơ sở gồm 8 đơn vị công thức $\text{AB}_2\text{O}_4$ chứa 32 ion oxy $\text{O}^{2-}$, 64 hốc tứ diện (phân mạng A) và 32 hốc bát diện (phân mạng B). Trong tổng số 96 hốc, chỉ có 24 hốc được chiếm giữ bởi các cation (8 cation ở vị trí tứ diện và 16 cation ở vị trí bát diện). Tùy thuộc vào sự phân bố của cation $\text{A}^{2+}$ và $\text{B}^{3+}$, cấu trúc spinel được chia thành ba dạng: spinel thuận (hoàn hảo), spinel đảo và spinel trung gian. Tính chất từ của ferrite spinel bắt nguồn chủ yếu từ ba loại tương tác siêu trao đổi gián tiếp $\text{A}-\text{O}-\text{A}$, $\text{B}-\text{O}-\text{B}$ và $\text{A}-\text{O}-\text{B}$ qua ion trung gian oxy, trong đó tương tác $\text{A}-\text{O}-\text{B}$ với góc liên kết $\phi \approx 125^\circ$ là tương tác chi phối mạnh nhất.

Phương pháp chế tạo được lựa chọn là phương pháp hóa ướt đồng kết tủa kết hợp tiền thủy phân muối nitrate trong nước cất đun sôi ($t > 90^\circ\text{C}$), sau đó tạo kết tủa hydroxide bằng dung dịch $\text{NaOH}$ ở $\text{pH} = 9 \div 10$. Hệ thống các phương pháp phân tích thực nghiệm bao gồm:

  • Phân tích nhiệt vi sai và vi trọng lượng (TGA/DSC): Đo trên máy Labys Evo (TG-DSC-$1600^\circ\text{C}$) trong môi trường không khí khô từ $25^\circ\text{C}$ đến $850^\circ\text{C}$ với tốc độ gia nhiệt $10^\circ\text{C/phút}$.
  • Nhiễu xạ tia X (XRD): Đo trên máy D8 Advance Eco (Bruker AXS, Đức) sử dụng bức xạ $\text{Cu-K}\alpha$ ($\lambda = 0{,}15406\text{ nm}$), góc quét $2\theta$ từ $10^\circ$ đến $80^\circ$. Kích thước tinh thể $d_{\text{XRD}}$ được tính toán theo phương trình Debye-Scherrer: $$d_{\text{XRD}} = \frac{0{,}9\lambda}{\beta \cos\theta}$$ Hằng số mạng $a$ của hệ lập phương được xác định qua quan hệ mặt mạng $d_{hkl}$: $$\frac{1}{d^2} = \frac{h^2+k^2+l^2}{a^2}$$
  • Hiển vi điện tử quét (SEM) và Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX): Thực hiện trên thiết bị S-4800 (Hitachi, Nhật Bản).
  • Hiển vi điện tử truyền qua (TEM): Quan sát hình thái vi cấu trúc và phân bố kích thước hạt trên máy JEE-420 (JEOL, Nhật Bản).
  • Quang phổ hấp thụ tử ngoại - khả kiến (UV-Vis): Ghi phổ trong dải bước sóng $200 \div 800\text{ nm}$ bằng máy Jasco V-550 (JASCO Corp), xác định năng lượng vùng cấm $E_g$ thông qua đồ thị Tauc biểu diễn hàm $(\alpha h\nu)^2$ theo $h\nu$.
  • Từ kế mẫu rung (VSM): Khảo sát các thông số từ tính ở nhiệt độ phòng trên hệ đo Cascade Microtech (Mỹ) với từ trường cực đại đạt $16\text{ kOe}$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa các khái niệm nền tảng về khoa học nano, phân loại vật liệu nano theo số chiều không gian (vật liệu 3 chiều gồm hạt nano, dendrimer, chấm lượng tử; vật liệu 2 chiều gồm ống nano carbon CNT, dây nano; vật liệu 1 chiều gồm màng mỏng) và nêu bật các ứng dụng thực tiễn trong lĩnh vực y sinh (nhiệt từ trị tiêu diệt khối u ung thư, dẫn truyền thuốc, tăng độ tương phản ảnh cộng hưởng từ MRI) cũng như trong điện tử, năng lượng và môi trường.

Nội dung chương đi sâu phân tích cấu trúc tinh thể mạng spinel $\text{AB}_2\text{O}_4$, các yếu tố quyết định sự phân bố cation (bán kính ion, cấu hình electron, năng lượng tĩnh điện), các cơ chế dị hướng từ tinh thể, dị hướng từ bề mặt và bản chất các liên kết trao đổi $\text{A}-\text{O}-\text{B}$. Đồng thời, tác giả tổng hợp, so sánh ưu nhược điểm của bốn phương pháp tổng hợp vật liệu nano oxit chính: thủy nhiệt, sol-gel, phân hủy nhiệt và đồng kết tủa. Chương này cũng tổng thuật các số liệu công bố trước đây về thông số mạng, kích thước hạt, từ độ bão hòa $M_s$ và lực kháng từ $H_c$ của $\text{CoFe}_2\text{O}_4$ khi chế tạo bằng các kỹ thuật khác nhau.

Chương 2: Thực nghiệm và các phương pháp nghiên cứu

Chương 2 trình bày chi tiết danh mục hóa chất gồm $\text{Co(NO}_3\text{)}_2\cdot 6\text{H}_2\text{O}$, $\text{Fe(NO}_3\text{)}_3\cdot 9\text{H}_2\text{O}$, $\text{Y(NO}_3\text{)}_3\cdot 6\text{H}2\text{O}$, $\text{NaOH}$ (Merck), nước cất và quy trình tổng hợp mẫu $\text{CoFe}{2-x}\text{Y}_x\text{O}_4$ ($x = 0; 0{,}1; 0{,}15; 0{,}3; 0{,}5$).

Cơ chế tạo pha spinel diễn ra qua ba giai đoạn phản ứng:

  • Giai đoạn 1: Kết tủa hydroxide đồng thời bằng $\text{NaOH}$: $$\text{Co(NO}_3\text{)}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Co(OH)}_2\downarrow + 2\text{NaNO}_3$$ $$\text{Fe(NO}_3\text{)}_3 + 3\text{NaOH} \rightarrow \text{Fe(OH)}_3\downarrow + 3\text{NaNO}_3$$
  • Giai đoạn 2: Phân hủy nhiệt các hydroxide thành oxit: $$\text{Co(OH)}_2 \xrightarrow{t^\circ} \text{CoO} + \text{H}_2\text{O}$$ $$2\text{Fe(OH)}_3 \xrightarrow{t^\circ} \text{Fe}_2\text{O}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$$
  • Giai đoạn 3: Phản ứng pha rắn tạo cấu trúc spinel: $$\text{CoO} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \xrightarrow{t^\circ} \text{CoFe}_2\text{O}_4$$

Phương trình phản ứng tổng thể điều chế $\text{CoFe}_{2-x}\text{Y}_x\text{O}_4$ được xác lập: $$\text{Co(NO}_3\text{)}_2 + (2-x)\text{Fe(NO}_3\text{)}_3 + x\text{Y(NO}_3\text{)}3 + 8\text{NaOH} \rightarrow \text{CoFe}{2-x}\text{Y}_x\text{O}_4 + 8\text{NaNO}_3 + 4\text{H}_2\text{O}$$

Chương 2 cũng mô tả cấu tạo, nguyên lý hoạt động, sơ đồ thu nhận tín hiệu và điều kiện vận hành chuẩn của từng thiết bị phân tích nhiệt TGA/DSC, nhiễu xạ XRD, hiển vi SEM/TEM, phổ EDX, phổ UV-Vis và từ kế VSM.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 tập trung phân tích toàn diện các kết quả thực nghiệm thu được từ mẫu sau sấy và mẫu sau khi xử lý nhiệt:

Phương pháp phân tích Mẫu khảo sát Điều kiện đo / Xử lý Kết quả và phát hiện chính
TGA / DSC $\text{CoFe}_2\text{O}_4$ ($x = 0$) bột khô $25^\circ\text{C} \div 850^\circ\text{C}$, $10^\circ\text{C/phút}$ Độ hụt khối tổng cộng là $24{,}056%$ (lý thuyết: $23{,}453%$). Xuất hiện peak tỏa nhiệt ở $238{,}58^\circ\text{C}$ (oxi hóa $\text{Co(II)}$ thành $\text{Co}_3\text{O}_4$) và peak thu nhiệt ở $652{,}88^\circ\text{C}$ (phân hủy hoàn toàn hydroxide thành oxit). Khối lượng mẫu ổn định từ sau $400^\circ\text{C}$.
XRD $\text{CoFe}_2\text{O}_4$ Nung ở $500, 700, 800, 900^\circ\text{C}$ (1 giờ) Ở $500^\circ\text{C}$ mẫu ở trạng thái vô định hình. Từ $700^\circ\text{C} \div 900^\circ\text{C}$ hình thành đơn pha lập phương spinel hoàn chỉnh. Kích thước hạt tinh thể tăng dần: $d_{700} = 22{,}07\text{ nm}$, $d_{800} = 27{,}58\text{ nm}$, $d_{900} = 88{,}27\text{ nm}$. Hằng số mạng $a$ ổn định khoảng $8{,}34 \div 8{,}38\text{ \AA}$.
XRD $\text{CoFe}_{2-x}\text{Y}_x\text{O}_4$ ($x = 0 \div 0{,}5$) Nung $800^\circ\text{C}$ trong 1 giờ Mẫu pha tạp ($x = 0{,}1 \div 0{,}5$) xuất hiện peak lạ của tạp chất. Hằng số mạng tăng từ $8{,}3445\text{ \AA}$ ($x=0$) lên $8{,}3648\text{ \AA}$ ($x=0{,}1$) do $r(\text{Y}^{3+}) = 0{,}95\text{ \AA} > r(\text{Fe}^{3+}) = 0{,}67\text{ \AA}$. Kích thước tinh thể biến động nhẹ ($26{,}87 \div 29{,}31\text{ nm}$).
SEM / TEM $\text{CoFe}2\text{O}4$ và $\text{CoFe}{1{,}7}\text{Y}{0{,}3}\text{O}_4$ Nung $800^\circ\text{C}$ Mẫu thuần có dạng hình cầu đồng đều, kích thước $15 \div 35\text{ nm}$, nối với nhau thành chuỗi do tương tác từ tính. Mẫu pha tạp Yttrium có dạng tựa cầu ($30 \div 60\text{ nm}$), kết tụ thành từng đám.
EDX $\text{CoFe}2\text{O}4$ và $\text{CoFe}{1{,}7}\text{Y}{0{,}3}\text{O}_4$ Nung $800^\circ\text{C}$ Mẫu thuần chỉ gồm $\text{Co}$ ($23{,}49%$), $\text{Fe}$ ($38{,}87%$), $\text{O}$ ($35{,}02%$), sát tỷ lệ lý thuyết. Mẫu pha tạp xác nhận có mặt đầy đủ $\text{Co, Fe, Y, O}$ với độ tinh khiết cao, không lẫn tạp nguyên tố khác.
UV-Vis $\text{CoFe}_2\text{O}4$ và $\text{CoFe}{2-x}\text{Y}_x\text{O}_4$ Dải sóng $200 \div 800\text{ nm}$ Năng lượng vùng cấm $E_g$ của $\text{CoFe}2\text{O}4$ tăng theo nhiệt độ nung: $1{,}71\text{ eV}$ ($700^\circ\text{C}$, bờ hấp thụ $725\text{ nm}$) và $1{,}85\text{ eV}$ ($800^\circ\text{C}$, $670\text{ nm}$). Mẫu pha tạp $\text{CoFe}{1{,}7}\text{Y}{0{,}3}\text{O}_4$ có $E_g$ giảm mạnh xuống $1{,}32\text{ eV}$ (bờ hấp thụ dời về $939\text{ nm}$).

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã ghi nhận các kết quả định lượng cụ thể:

  1. Xác lập thành công quy trình tổng hợp hạt nano $\text{CoFe}_2\text{O}_4$ bằng phương pháp đồng kết tủa đơn giản thông qua giai đoạn thủy phân muối nitrate trong nước nóng ($t > 90^\circ\text{C}$), tạo kết tủa với dung dịch $\text{NaOH}$ dư ($\text{pH} = 9 \div 10$).
  2. Xác định được vùng nhiệt độ xử lý thích hợp: mẫu nung ở $500^\circ\text{C}$ chưa kết tinh pha spinel; mẫu nung tại $700^\circ\text{C}$ và $800^\circ\text{C}$ cho đơn pha spinel tinh khiết có kích thước tinh thể nhỏ ($22{,}07\text{ nm}$ và $27{,}58\text{ nm}$), vượt trội hơn so với việc nung ở $900^\circ\text{C}$ (kích thước hạt tăng vọt lên $88{,}27\text{ nm}$).
  3. Phân tích quang phổ UV-Vis chỉ ra rằng vật liệu $\text{CoFe}_2\text{O}_4$ tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa có năng lượng vùng cấm $E_g = 1{,}71\text{ eV}$ ($700^\circ\text{C}$) và $1{,}85\text{ eV}$ ($800^\circ\text{C}$), thấp hơn đáng kể so với phương pháp đốt cháy gel công bố trước đây ($1{,}90\text{ eV}$ và $2{,}03\text{ eV}$), chứng minh khả năng hấp thụ quang học trong vùng ánh sáng khả kiến tốt hơn.
  4. Phát hiện sự suy giảm mạnh của năng lượng vùng cấm khi đưa ion $\text{Y}^{3+}$ vào mạng cấu trúc (mẫu $\text{CoFe}{1{,}7}\text{Y}{0{,}3}\text{O}_4$ có $E_g = 1{,}32\text{ eV}$ so với $1{,}85\text{ eV}$ của mẫu thuần), mở rộng vùng hấp thụ sang bước sóng $939\text{ nm}$ do khuyết tật mạng lưới khi $\text{Y}^{3+}$ thay thế vị trí của $\text{Fe}^{3+}$.

Về mặt đóng góp, đề tài mở rộng hướng tiếp cận thực nghiệm bằng việc lần đầu tiên thử nghiệm pha tạp cation đất hiếm Yttrium ($\text{Y}^{3+}$) vào hệ spinel cobalt ferrite sử dụng kỹ thuật thủy phân kết tủa kiểm soát nhiệt, cung cấp hệ dữ liệu gốc về cấu trúc XRD, phổ phân tích nhiệt, ảnh SEM/TEM, thành phần nguyên tố EDX và tính chất quang phổ UV-Vis.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận tự chỉ ra một số hạn chế và hướng mở:

  • Giản đồ nhiễu xạ XRD của tất cả các mẫu pha tạp $\text{CoFe}_{2-x}\text{Y}_x\text{O}_4$ ($x = 0{,}1; 0{,}15; 0{,}3; 0{,}5$) nung ở $800^\circ\text{C}$ đều xuất hiện đỉnh nhiễu xạ lạ của tạp chất. Điều này chứng tỏ mẫu không đạt trạng thái đơn pha hoàn toàn và quá trình pha tạp Yttrium ở các tỷ lệ trên chưa thành công trọn vẹn do sự chênh lệch bán kính ion quá lớn giữa $\text{Y}^{3+}$ ($0{,}95\text{ \AA}$) và $\text{Fe}^{3+}$ ($0{,}67\text{ \AA}$).
  • Trong phạm vi của khóa luận, cơ chế hình thành pha tạp chất và bản chất tinh thể của đỉnh nhiễu xạ phụ chưa được làm sáng tỏ triệt để.
  • Các hướng nghiên cứu tiếp nối được gợi ý bao gồm: tối ưu hóa chế độ xử lý nhiệt hoặc phương pháp tiền xử lý để hạn chế sự phân tách pha khi pha tạp ion kích thước lớn; khảo sát dải nồng độ pha tạp Yttrium thấp hơn ($x < 0{,}1$); mở rộng đánh giá chi tiết đặc tính từ tính VSM và thử nghiệm hoạt tính xúc tác quang của vật liệu dưới nguồn kích thích ánh sáng khả kiến.

Giá trị tham khảo

Báo cáo 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 vô cơ, Khoa học vật liệu, Vật lý chất rắn và Công nghệ nano:

  • Cung cấp quy trình hóa ướt chi tiết để tổng hợp nano ferrite spinel bằng phương pháp đồng kết tủa cải tiến không sử dụng chất hoạt động bề mặt hay phụ gia polymer tạo gel, giúp tiết kiệm chi phí và hạn chế tạp chất carbon.
  • Cung cấp phương pháp luận và trình tự phân tích đồng bộ từ giản đồ TGA/DSC đến XRD, SEM, TEM, EDX và đồ thị Tauc (UV-Vis) để giải đoán cấu trúc, kích thước hạt và tính chất quang của vật liệu oxit kim loại kích thước nano.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp đồng kết tủa trong khóa luận có điểm cải tiến kỹ thuật nào so với quy trình thông thường?
Tác giả đã thực hiện giai đoạn thủy phân từ từ các cation kim loại trong nước nóng ($t > 90^\circ\text{C}$) trong 15 phút trước khi để nguội về nhiệt độ phòng rồi mới thêm dung dịch kết tủa $\text{NaOH}$ (đạt $\text{pH} = 9 \div 10$). Việc thủy phân nhiệt trước giúp tạo các mầm kết tủa bền vững và hạn chế sự phát triển kích thước hạt so với việc kết tủa trực tiếp ở nhiệt độ thường.

2. Quá trình biến đổi pha khi nung mẫu bột khô diễn ra qua các mốc nhiệt độ nào trên giản đồ TGA/DSC?
Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu $x=0$ cho thấy tổng độ hụt khối từ nhiệt độ phòng đến $850^\circ\text{C}$ là $24{,}056%$ (sát với tính toán lý thuyết $23{,}453%$). Quá trình mất khối lượng chủ yếu kết thúc ở $400^\circ\text{C}$. Trong đó có một peak tỏa nhiệt tại $238{,}58^\circ\text{C}$ ứng với quá trình oxy hóa $\text{Co(II)}$ thành $\text{Co}_3\text{O}_4$ và tạo dung dịch rắn với $\text{Fe}_2\text{O}_3$, cùng một peak thu nhiệt ở $652{,}88^\circ\text{C}$ ứng với phản ứng phân hủy nhiệt hoàn toàn các hydroxide thành các oxit $\text{CoO}$ và $\text{Fe}_2\text{O}_3$.

3. Nhiệt độ nung ảnh hưởng như thế nào đến kích thước tinh thể của vật liệu $\text{CoFe}_2\text{O}_4$?
Theo kết quả XRD tính toán qua phương trình Debye-Scherrer: ở $500^\circ\text{C}$ mẫu hầu như chưa hình thành pha spinel (vô định hình); khi tăng nhiệt độ lên $700^\circ\text{C}$, $800^\circ\text{C}$ và $900^\circ\text{C}$, độ kết tinh tăng dần tương ứng với kích thước tinh thể hạt tăng mạnh từ $22{,}07\text{ nm}$ ($700^\circ\text{C}$), $27{,}58\text{ nm}$ ($800^\circ\text{C}$) lên $88{,}27\text{ nm}$ ($900^\circ\text{C}$).

4. Tại sao sự pha tạp Yttrium ($\text{Y}^{3+}$) với nồng độ $x = 0{,}1 \div 0{,}5$ không tạo được đơn pha tinh thể hoàn toàn?
Do bán kính ion của $\text{Y}^{3+}$ ($0{,}95\text{ \AA}$) lớn hơn nhiều so với bán kính của các cation trong mạng chủ là $\text{Fe}^{3+}$ ($0{,}67\text{ \AA}$) và $\text{Co}^{2+}$ ($0{,}82\text{ \AA}$), dẫn đến sự biến dạng mạng lớn (hằng số mạng $a$ tăng từ $8{,}3445\text{ \AA}$ lên $8{,}3648\text{ \AA}$) và làm xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ của pha tạp chất trên giản đồ XRD.

5. Vì sao kích thước hạt quan sát trên ảnh hiển vi TEM lại lớn hơn kích thước tinh thể tính từ giản đồ XRD?
Công thức Debye-Scherrer áp dụng cho dữ liệu XRD chỉ tính toán kích thước gần đúng của các miền kết tinh sơ cấp (hạt sơ cấp). Trong khi đó, ảnh chụp hiển vi điện tử truyền qua TEM phản ánh kích thước thực tế bao gồm cả các hạt thứ cấp được hình thành do hiện tượng kết tụ và tương tác từ tính giữa các hạt nano với nhau.

Kết luận

Khóa luận đã tổng hợp thành công hệ vật liệu nano ferrite spinel $\text{CoFe}_2\text{O}4$ đơn pha có kích thước hạt đồng đều ($15 \div 35\text{ nm}$) bằng phương pháp đồng kết tủa thông qua giai đoạn thủy phân nhiệt, xác lập $700^\circ\text{C} \div 800^\circ\text{C}$ là khoảng nhiệt độ thiêu kết tối ưu. Việc pha tạp Yttrium ($\text{CoFe}{2-x}\text{Y}_x\text{O}_4$) tuy làm xuất hiện pha tạp chất do sự chênh lệch bán kính ion nhưng đã làm thu hẹp đáng kể năng lượng vùng cấm quang từ $1{,}85\text{ eV}$ xuống $1{,}32\text{ eV}$, giúp nâng cao khả năng hấp thụ quang học. Công trình cung cấp hệ thống số liệu thực nghiệm đầy đủ về cấu trúc vi mô và tính chất lý hóa, tạo tiền đề khoa học cho các nghiên cứu ứng dụng tiếp theo của vật liệu ferrite trong lĩnh vực quang học và từ tính.