Tổng hợp gốm dititanat Ln2Ti207 và ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm đến gốm bari titanat BaTiO3

MỞ ĐẦU

1. PHẦN MỘT: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Vài nét về gốm kĩ thuật điện

1.1.1. Những khái niệm cơ bản về gốm

1.1.2. Gốm kĩ thuật điện môi

1.1.3. Chất xenhet điện

1.1.4. Chất áp điện

1.1.5. Titanat đất hiếm

1.2. Tương tác giữa La2O3 - TiO2

1.3. Cấu trúc của pyroclo A2B2O7

1.4. Tương tác giữa BaO - TiO2

1.5. Các phương pháp tổng hợp gốm bột dititanat nguyên tố đất hiếm L112Ti2O7

1.5.1. Phương pháp cổ điển

1.5.2. Phương pháp đồng kết tủa

1.5.3. Phương pháp đồng tạo phức

1.5.4. Phương pháp phân hủy muối nitrat

1.5.5. Quá trình nung thiêu kết để tạo gốm

1.5.6. Tổng hợp đơn tinh thể titanat NTBH

2. PHẦN HAI: PHÂN TÍCH, ĐỔI CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Chuẩn bị hóa chất và các thiết bị nghiên cứu

2.1.1. Chuẩn bị hóa chất

2.1.2. Pha dung dịch EDTA 10-2M

2.1.3. Chuẩn bị dung dịch muối NTBH

2.1.4. Chuẩn bị dung dịch TiCl4

2.1.5. Thiết bị nghiên cứu

3. PHẦN BA: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu phương pháp phân tán các chất phản ứng

3.1.1. Các phương pháp chuẩn bị mẫu

3.1.2. Nghiên cứu tính chất của hỗn hợp ban đầu

3.1.2.1. Ảnh kính hiển vi điện tử

3.1.2.2. Xác định thành phần, hóa học của hỗn hợp

3.1.2.3. Nghiên cứu phân hủy nhiệt của hỗn hợp phản ứng

3.1.2.4. Bỏng học của quá trình tạo thành pha sản phẩm La2Ti2O7

3.1.3. Nhận xét

3.2. Vai trò của tác nhân kết tủa (OH-, C2O4 2-, CO3 2-) đối với sự phân tán bột rắn TiO2 vào dung dịch [La(NO3)3]2

3.3. Phương pháp chuẩn bị mẫu

3.3.1. Nghiên cứu thành phần và tính chất của hỗn hợp ban đầu

3.3.2. Vai trò của tác nhân kết tủa (OH-, C2O4 2-, CO3 2-) đối với sự đông kết tủa

3.4. Nghiên cứu thành phần và tính chất của hỗn hợp ban đầu

3.4.1. Nhận xét

3.5. Tăng bột gốm titanat NTBH La2Ti2O7

3.5.1. Tổng hợp titanyloxalat NTBH

3.5.2. Xác định thành phần và nghiên cứu tính chất của hỗn hợp ban đầu

3.5.2.1. Thành phần hóa học

3.5.2.2. Quá trình phân hủy nhiệt

3.5.3. Chế tạo gốm và khảo sát tính chất

3.5.3.1. Thành phần hóa học của gốm La2Ti2O7

3.5.3.2. Cấu trúc tinh thể, xác định một vài thông số vật lí

3.5.4. Thám dò bước đầu ảnh hưởng của La2Ti2O7 đến tính chất của gốm bari titanat (BaTiO3)

3.5.4.1. Ảnh hưởng của nồng độ phụ gia La2Ti2O7 đến tính chất của gốm bari titanat (BaTiO3)

3.5.4.2. Ảnh hưởng của La2Ti2O7 (Ln=La, Pr, Nd, Gd, Hữ, 7) đến tính chất của gốm bari titanat (BaTiO3)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC

I. Tổng quan về gốm dititanat Ln2Ti2O7 và BaTiO3

Gốm dititanat Ln2Ti2O7 và gốm bari titanat BaTiO3 là hai loại vật liệu gốm quan trọng trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Gốm dititanat Ln2Ti2O7, với cấu trúc pyroclo, đã thu hút sự chú ý của các nhà nghiên cứu nhờ vào tính chất điện và quang học đặc biệt. Trong khi đó, BaTiO3 là một trong những gốm áp điện phổ biến nhất, được ứng dụng rộng rãi trong các thiết bị điện tử. Sự kết hợp giữa hai loại gốm này có thể tạo ra những tính chất mới, mở ra nhiều hướng nghiên cứu và ứng dụng mới.

1.1. Đặc điểm cấu trúc của gốm dititanat Ln2Ti2O7

Gốm dititanat Ln2Ti2O7 có cấu trúc dạng pyroclo, khác biệt so với cấu trúc perovskite của BaTiO3. Cấu trúc này cho phép Ln2Ti2O7 có những tính chất điện và quang học độc đáo, như khả năng phân cực cao và độ dẫn điện tốt. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc thay thế các ion trong cấu trúc có thể cải thiện đáng kể tính chất của gốm này.

1.2. Tính chất điện của gốm bari titanat BaTiO3

Gốm BaTiO3 nổi tiếng với tính chất áp điện và điện môi cao. Tại nhiệt độ phòng, BaTiO3 có cấu trúc tinh thể hình thoi, nhưng khi nhiệt độ tăng lên, nó chuyển sang cấu trúc lập phương. Sự thay đổi này ảnh hưởng đến tính chất điện của gốm, làm cho BaTiO3 trở thành một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong cảm biến và thiết bị điện tử.

II. Thách thức trong việc tổng hợp gốm dititanat Ln2Ti2O7

Việc tổng hợp gốm dititanat Ln2Ti2O7 gặp nhiều thách thức, bao gồm việc kiểm soát kích thước hạt, cấu trúc tinh thể và tính đồng nhất của sản phẩm. Các phương pháp tổng hợp như nung nóng, kết tủa và đồng tạo phức đã được nghiên cứu để cải thiện chất lượng của gốm. Tuy nhiên, việc đạt được các điều kiện tối ưu cho từng phương pháp vẫn là một bài toán khó.

2.1. Các phương pháp tổng hợp gốm dititanat

Có nhiều phương pháp tổng hợp gốm dititanat Ln2Ti2O7, bao gồm phương pháp nung nóng hỗn hợp bột, phương pháp kết tủa và phương pháp đồng tạo phức. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, ảnh hưởng đến tính chất cuối cùng của gốm. Nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc tối ưu hóa các điều kiện tổng hợp để đạt được sản phẩm có chất lượng cao nhất.

2.2. Vấn đề kiểm soát kích thước hạt trong tổng hợp

Kích thước hạt của gốm dititanat Ln2Ti2O7 ảnh hưởng lớn đến tính chất điện và quang học của vật liệu. Việc kiểm soát kích thước hạt trong quá trình tổng hợp là rất quan trọng. Các yếu tố như nhiệt độ nung, thời gian và tỷ lệ nguyên liệu đều có thể tác động đến kích thước hạt. Nghiên cứu hiện tại đang tìm kiếm các phương pháp hiệu quả để kiểm soát kích thước hạt trong quá trình tổng hợp.

III. Ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm đến gốm BaTiO3

Nguyên tố đất hiếm, đặc biệt là các ion Ln3+, đã được chứng minh là có ảnh hưởng tích cực đến tính chất của gốm BaTiO3. Việc thêm các ion này vào cấu trúc của BaTiO3 có thể cải thiện đáng kể tính chất điện và quang học của vật liệu. Nghiên cứu về ảnh hưởng của các nguyên tố đất hiếm đến BaTiO3 đang mở ra nhiều hướng đi mới trong việc phát triển các vật liệu gốm tiên tiến.

3.1. Cơ chế ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm

Nguyên tố đất hiếm có thể thay thế các ion trong cấu trúc của BaTiO3, tạo ra các lỗ trống và làm tăng khả năng phân cực của vật liệu. Sự thay thế này không chỉ cải thiện tính chất điện mà còn có thể làm tăng độ bền nhiệt và độ ổn định của gốm. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa nồng độ nguyên tố đất hiếm là rất quan trọng để đạt được tính chất mong muốn.

3.2. Kết quả nghiên cứu về gốm BaTiO3 có chứa nguyên tố đất hiếm

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc thêm nguyên tố đất hiếm vào BaTiO3 có thể cải thiện đáng kể tính chất điện của gốm. Các kết quả cho thấy rằng gốm BaTiO3 có chứa nguyên tố đất hiếm có khả năng áp điện cao hơn và độ dẫn điện tốt hơn so với gốm BaTiO3 thông thường. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các thiết bị điện tử và cảm biến.

IV. Ứng dụng thực tiễn của gốm dititanat và BaTiO3

Gốm dititanat Ln2Ti2O7 và gốm BaTiO3 có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, từ điện tử đến quang học. Gốm BaTiO3 được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị cảm biến, tụ điện và các ứng dụng áp điện khác. Trong khi đó, gốm dititanat Ln2Ti2O7 đang được nghiên cứu cho các ứng dụng quang học và điện tử mới, nhờ vào tính chất độc đáo của nó.

4.1. Ứng dụng của gốm BaTiO3 trong công nghiệp

Gốm BaTiO3 được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp, bao gồm cảm biến áp suất, tụ điện và các thiết bị điện tử khác. Tính chất áp điện của BaTiO3 làm cho nó trở thành một vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong lĩnh vực điện tử. Nghiên cứu hiện tại đang tìm kiếm các cách để cải thiện hiệu suất của gốm BaTiO3 trong các ứng dụng này.

4.2. Tiềm năng ứng dụng của gốm dititanat Ln2Ti2O7

Gốm dititanat Ln2Ti2O7 có tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực quang học và điện tử. Tính chất quang học độc đáo của gốm này có thể được khai thác trong các thiết bị quang học như cảm biến ánh sáng và các ứng dụng quang điện. Nghiên cứu về ứng dụng của gốm dititanat Ln2Ti2O7 đang được đẩy mạnh để khám phá thêm nhiều khả năng mới.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu gốm dititanat và BaTiO3

Nghiên cứu về gốm dititanat Ln2Ti2O7 và gốm BaTiO3 đang mở ra nhiều hướng đi mới trong lĩnh vực vật liệu gốm. Sự kết hợp giữa hai loại gốm này có thể tạo ra những tính chất mới, hứa hẹn nhiều ứng dụng trong tương lai. Việc tối ưu hóa các phương pháp tổng hợp và nghiên cứu ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm sẽ là những bước quan trọng trong việc phát triển các vật liệu gốm tiên tiến.

5.1. Hướng nghiên cứu tương lai trong lĩnh vực gốm

Hướng nghiên cứu tương lai sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa các phương pháp tổng hợp gốm dititanat và BaTiO3, cũng như nghiên cứu sâu hơn về ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm đến tính chất của gốm. Các nghiên cứu này sẽ giúp phát triển các vật liệu gốm mới với tính chất vượt trội, phục vụ cho các ứng dụng công nghệ cao.

5.2. Tiềm năng ứng dụng trong công nghệ mới

Với những tính chất độc đáo của gốm dititanat và BaTiO3, tiềm năng ứng dụng trong công nghệ mới là rất lớn. Các nghiên cứu hiện tại đang hướng tới việc phát triển các thiết bị điện tử và quang học mới, sử dụng các vật liệu gốm này. Điều này không chỉ mở ra cơ hội mới cho ngành công nghiệp mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của công nghệ.

Nghiên cứu tổng hợp gốm dititanat Ln2Ti207 và ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm đến gốm bari titanat BaTiO3