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Tổng hợp ferit MFe2O4 (với m là ni và co) bằng phương pháp hóa học ướt, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc và từ tính

BQ
CONG THLTONG
TRU^OfNG
CAO DANG HOA CHAT
BAO CAO TONG KET
DE TAI
NGHIEN ClTU KHOA
HOC
CONG NGHE
CAP BO
MA SO:
101-69-RD
TONG
HOfP FERIT MFe204 (VCfl
M LA Ni VA Co)
BANG
PHLTONG
PHAP HOA
HOC
UOfT,
NGHIEN

CtTU
DAC
TRUNG
CAU
TRUC VA
Ttr
TINH
CHU NHIEM DE TAI: ThS. VU DINH NGO
Cac thanh vien tham gia:
- TS. QUAN DINH KHOA
- PGS.TS. NGO SY
LCONG
-
ThS.
NGUYEN
THI
KIM DUNG
-
ThS.
DAM
THI
THANH
HtTONG
-
KS.
HA QUANG ANH
- CN.
LU'ONG
VIET
CUOfNG
- CN. LE DIEN THANH
- CN. NGUYEN
DlTC
TUAN
PHU THO,
12/2009
9^^
^' /
X//C\/
/,Zrc.i


^iO-
lU^OU
MUC
LUC
Trang
MO
DAU 1
PHAN
I:
TONG QUAN
VE
TINH HINH NGHIEN
ClTU
VA
NHIEM
VU
CUA DE
TAI
1.1.
Cac dac
trirng
cua vat
lieu
tir
2
1.1.
1.
Cac dac
tnmg
ciia
vat
lieu
tir
cijmg
2
1.1.2.
Cac dac
trung
vat
lieu
tir mem 3
1.2.
Dac
trirng
cau
triic
va
tinh chat ciia
cac
ferit spinen
5
1.2.1.
Cau
tnic
cac
ferit spinen
5
1.2.2.
Tinh chat
tir va
dien
ciia
ferit spinen
7
1.2.3. Tinh chat
xuc tac 9
1.3. Tinh chat
va
irng
dung
cua
ferit kich
thirffc
nano
9
1.3.1.
Sir
bien
doi
tinh chat
tir cua cac vat
lieu nano
so vol vat
lieu khoi
9
1.3.2.
Nhung
ung
dung
va
huong nghien
cuu
chinh
ve vat
lieu
tir
nano
10
1.4.
Mot so
phvong
phap tong
hop
coban ferit
va
niken ferit
11
1.4.1.
Tong
hgp
coban ferit
va
niken ferit bang phuang phap
gom
11
1.4.2.
Tong
hop
coban ferit
va
niken ferit bang phuong phap
hoa hoc
uot 12
1.5.
Mot so ket qua
nghien
ciru
tong
hop
ferit
cap hat
nano
16
1.6.
Muc
tieu ciia
de tai 18
PHAN
THlT
II:
THU'C NGHIEM
19
2.1.
Hoa
chat, dung
cu va
thiet
bi 19
2.1.1.
Hoa
chat
19
2.1.2. Dung
cu va
thiet
bi 19
2.2.
Cac
phu-ong
phap
du-ffc
su-
dung
di xac
dinh
dac
tinh
cua vat
lieu
20
2.2.1.
Phuong phap
ghi
gian
do
nhilu
xa tia X 20
2.2.2. Phuong phap phan tich nhiet
20
2.2.3.
Phuong
phap kinh hien
vi
dien
tir 20
2.2.4. Phuong phap
xac
dinh
tir
tinh
vat
lieu bang
thiSt
bi tir
k^
mau
rung
21
PHAN
THlT
III:
KET QUA VA
THAO LUAN
22
3.1.
Tong
hop
niken ferit
(CoFe204)
cap hat
nano
bSng
phiro'ng phap
dong
ket tua
3.1.1.
Khao
sat anh
huong
ciia
pH
dung dich
den
kich thuoc
hat 22
3.1.2.
Khao
sat anh
huong
ciia n6ng
do
dung dich
dkn
kich thuoc
hat 24
3.1.3.
Khao
sat anh
huong
cua
nhiet
do kk tua va
thoi gian
khuSy
26
3.1.4.
Khao
sat anh
huong
ciia lugng
dung moi trong dung dich ddng
k6t
tua 27
3.1.5.
Khao
sat anh
huong
cua
nhiet
do
nung
va
thoi gian nung
28
3.2.
Tong
ho"p
coban ferit
(CoFe204)
cap hat
nano bang phu-ong phap
dong
ket
tiia
3.2.1.
Khao
sat anh
huong ciia nong
do
dung djch
d^n
kich thuoc
hat 33
22
32
chira
Fe^*
va
Mn^^
ham
lu-tfng
cao
39
3.2.2 Khao sat anh huong
ciia
thoi gian khuay den kich thuoc hat 34
3.2.3.
Khao sat anh huong
ciia
ty le etanol /nuoc trong dung dich ket
tiia
35
3.2.4. Khao sat anh huong
ciia
nhiet do nung va thoi gian nung 36
3.3.
Xay du-ng quy trinh
t6ng
hop niken ferit va coban ferit cap hat
nano bang
phno-ng
phap dong ket tua qui mo phong thi nghiem
3.3.1.
So do qui trinh tong hop 39
3.3.2. Giai thich qui
trinh
39
3.3.3.
Ket qua ap dung qui trinh 40
3.4.
Tong
hgp
niken ferit
(NiFe204)
va coban ferit
(CoFe204)
cap hat
nano
bling phirang
phap sol-gel
3.4.1.
Khao sat anh huong
ciia
pH dung dich den qua trinh tao gel va kich
thuoc hat ferit
3.4.2. Khao sat anh huong
ciia
thoi gian khuay 43
3.4.3.
Khao sat anh huong cua nhiet do nung va thoi gian nung 44
3.4.4. Khao sat anh huong cua ti le chat nen 47
3.4.5.
Qui trinh tong hop niken ferit va coban ferit cap hat nano bang
phuong phap sol- gel, qui mo phong thi nghiem
PHAN
IV: THAM DO KHA NANG DUNG CUA BOT NANO FERIT 52
4.1.
Che tao loi
tu-
va nam cham 52
4.2.
Tham do kha nang sir dung bot ferit nano trong xir ly
nirdc
co
42
42
48
53
4.2
1.
Phuong phap xac dinh ham luong
Mn^"^
53
4.2.2.
Phuong phap xac dinh ham luong
Fe^^
54
4.2.3.
Sii
dung bpt nano ferit hap phu cac ion
Mn^^,
Fe^"^
trong nuoc 56
4.3.
Tham do kha nang hap phu cac ion
As^
va
Pb^^
trong niro'c
bSng
bot
nano ferit
KET LUAN 60
TAI LIEU THAM KHAO 62
MdDAU
Vat lieu tir da
dugc
nghien ciru va sir dung rat rgng rai trong thuc te trong cac
thiet bi phuc vu doi song con nguoi nhu: may bien the, dgng co dien, may phat dien
den cac thiet bi dien
tii
hien dai nhu may tinh, may ghi am, may ghi hinh va ca
trong cac
ITnh
vuc
xiic
tac cho cac qua trinh tong hgp
hiju
co, xir ly moi
trudng
Ciing voi
sir
phat trien ciia khoa hgc va cong nghe viec che tao vat lieu tir nano vdi
tinh nang uu viet ngay cang dugc
chii
trgng trong nhirng nam gan day. Trong sd cac
vat lieu tir dugc
chii
y nhieu cd ferit tir dang cau tnic spinen AB2O4. Ferit tir la vat
lieu quan trgng bdi chiing cd do tir tham, do bao hda tir tuong ddi cao, dien trd lai
rat
Idn
thich hgp cho cac dung cu hoat ddng d tan sd cao vi giam su mat mat nang
lugng tang tudi thg thiet bi.
Vat lieu tir ferit spinen cd kich thuoc nano met cd the dugc dieu che theo nhieu
phuong phap khac nhau. Vdi phuong phap vat ly la nghien trdn nung ep nhieu lan,
nhugc diem cua phuong phap vat ly la vat lieu bi bay hoi hao hut nhieu, nhiing chat
tham gia che tao khdng cdn nhu ban dau, mat khac cdi nghien phai ciing vat lieu vdi
ddi tugng nghien
ciiu,
kich thuoc hat khdng deu, thanh phan khdng ddng nhat, be
mat rieng nhd, d nhiem mdi trudng. Gan day de dieu che vat lieu tir nano ngudi ta
thudng sir dung phuong phap hoa hgc udt. Cd nhieu phuong phap hoa hgc de dieu
che loai vat lieu nay nhu: phuong phap ddng ket tua va phan huy nhiet, phuong
phap su dung tien chat, phuong phap sol-gel, thuy nhiet Vdi
nhiJng
uu diem cho
san pham cd do tinh khiet cao, cac chat dau phan bd ddng deu, nhiet do phan img
thap,
kich thuoc hat san pham nhd, tranh dugc su ngung tu cua cac hat trong qua
trinh thieu ket, vat lieu thu dugc chat lugng cao hon cac san pham che tao bang phuong
phap gdm truyen thdng v.v Trong dd phuong phap ddng ket
tiia
va sol - gel dang
dugc sir dung rat thanh cdng trong tdng hgp vat lieu nano dac biet la vat lieu tir.
Vi vay chung tdi dang ky thuc hien de tai nghien cuu:
Tong hgrpferU MFe204
(vdi
Mid
Ni
vd Co) cdp
hgt
nano
bdng phuang phdp
hod hoc
udt,
nghien ciru dgc trung cdu
true vd
tu
tinh.
Vdi mong mudn cd the ddng gdp nhirng luan cir khoa hgc va ket qua thuc
nghiem trong
Imh
vuc mdi me - hda hgc nano va cdng nghe nano.
PHAN
I
TONG QUAN VE TINH HINH NGHIEN
ClTU
VA NHIEM VU
CUA DE TAI
1.1. Cac dac trirng cua vat lieu
tir
7.7.7. Cdc dgc trung ciia vgt lieu tir cirng
[1,4,6,7,13,18]
Vat lieu tir ciing la loai vat lieu tir dugc phat hien va sir dung sdm nhat trong
lich sir loai ngudi. Ngudi Trung Qudc da che tao ra cac kim chi nam diing de xac
dinh phuong hudng ngay tir nhimg nam 1046 -
771
TCN. Dd la cac da nam cham
cd kha nang
hiit
sat va dinh hudng Bac - Nam va la ban thuc su xuat hien nhieu la
the ky thir 7 trudc cdng nguyen ddng thdi d Trung Qudc va Hy Lap. Cac kim chi
nam trong la ban la mdt dang cua vat lieu tir ciing, la cac dxit sat
Fe304.
Ngay nay
vat lieu tir cimg cd nhirng
ling
dung phd bien trong che tao cac nam cham vTnh cim
hoac dugc
sii
dung lam vat lieu ghi tir trong cac d
dia
ciing, cac bang tir
Cac vat lieu tir ciing thuong pham diing de che tao nam cham vTnh
ciiu
xuat
hien lan dau tien vao nhirng nam tir 1740 den 1750 d chau Au va thuc su phat trien
manh
tir
cudi the ky
19,
dau the ky 20 den nay.
Vat lieu tir ciing cd nhieu dac trung tir hgc: luc khang tir, tich nang lugng
cue
dai,
cam
ling
tir du va
sir
phu thugc cua tinh chat tir vao nhiet do, do ben, do
chdng mai mdn Tren hinh 1.1 ghi dudng cong tir tre cua vat lieu tir ciing.
Hinh 1.1. Dudng cong tir tre vd cdc ddc trung
ciia
vdt lieu tu cung
*Lirc
khang
tir:
Luc khang tir, ky hieu la
He
la dai lugng quan trgng dac
trung cho tinh tir cimg cua vat lieu tir
cimg.
Vdi vat lieu tir cirng la khd tir hda va
khd khir tir nen cd luc khang tir cao. Dilu kien tdi thieu la tren 100 Oe, nhung vat
lieu tir cimg phd biln thudng cd
lire
khang tir co hang ngan Oe trd len. Ngudn gdc
cua
lire
khang
tir Idn
trong cac vat lieu tir ciing chu yeu lien quan den den di hudng
tir tinh
thi Idn
trong vat lieu. Cac vat lieu tir ciing thudng cd cau tnic tinh the cd
tinh ddi xiing kem hon so vdi cac vat lieu tir mem va chiing cd di hudng tir tinh the
rat
Idn.
Luc khang tir cua vat lieu tir ciing thudng dugc tinh bang cdng thirc:
//,
=
a.^
+
b(N,
-
N2)L
+
c.^
Is
^
s
Trong dd:
- Thanh phdn
thii nhSt
cd ddng gdp
Idn
nhat vdi
A^i
la hang sd di hudng tir tinh
the bac
1,
/^
la tir do bao hda.
- Thanh
phSn
thir 2, ddng gdp nhd hon mdt bac vdi
A'^i,
A^2
la
thira sd
khii
tir do
theo hai phuong khac nhau.
- Thanh phan
thii
3 cd ddng gdp nhd nhat vdi
X,^
la tir giao bao hda, x la irng suat
ndi.
Va a, b, c lan lugt la cac he sd ddng gdp.
*Tich
nang
lu-ong tir
cu-c dai: La dai lugng dac trung cho do manh yeu
ciia
vat
lieu tir, dugc dac trung bdi nang lugng tir
cue
dai cd the tdn trir trong mdt don vj the
tich vat lieu tir. Dai lugng nay cd don vi la don vi mat do nang lugng
IJ/m^].
Tich
nang lugng tir
cue
dai dugc xac dinh tren dudng cong
khii
tir thugc ve gdc phan tu
thir 2 tren dudng cong tir tre, la mdt diem sao cho gia tri
ciia
tich cam img tir B va tir
trudng H la
cue
dai. Vi the,
tich
nang lugng tir cue dai thudng dugc ky hieu la
{B.H)max-
De
cd tich nang lugng tir cao, vat lieu can cd
lire
khang tir
Idn
va cam
ling
tir du cao.
*Cam
irng
tu- du-: Cam
ling
tir du, thudng ky hieu la
B^
hay
J^,
la cam img tir
cdn du sau khi ngat tir trudng.
*Nhiet do Curie: Day la nhiet do ma tai dd vat lieu bi mat tir tinh, trd thanh
chat thuan tir. Mgt sd vat lieu tir ciing dugc img dung trong cac nam cham hoat
dgng d nhiet do cao nen nd ddi hdi nhiet do Curie rat cao. Loai vat lieu tir ciing cd
nhiet do Curie cao nhat hien nay la nhdm cac vat lieu tren nen SmCo.
7.7.2. Cdc dgc trung vgt lieu tie mem
[4,6,7,13,18
]
Day la vat lieu tir phd bien, de tir hda va
khii
tir. Vat lieu tir
mim
thudng
dugc diing lam vat lieu hoat ddng trong trudng ngoai, vi du nhu loi bien
thi,
loi
nam cham dien, cac loi dan tir
Hinh
1.2.
Mpt
s6
ung dung
cua
vdt
lieu
tu
mem
trong ky thuat
(Cong
ty
Hitachi)
Tren hinh
1.3
ghi dudng cong tir
tri
va cac dac trung vat lieu tir mem.
B
CAm urto
Li.rc kliano
'iJ"
J
^ct
Dl^n tich 1
b(«-(.i di«n J
C
an»
L/no
bao hoa
y"*-
OCf
tu
Oibn> CMC
' /
1
1
ban dau
3
dai
H
Hinh
1.3.
Dudng cong
tir tre ciia
vdt lieu tu mem
*Luc khdng
tie:
Luc khang tir cua cac vat lieu tir mem nhd hon cd
100
Oe. Nhung
vat lieu
cd
tinh tir
mim
tdt,
tham chi cd
lire khang tir
rat
nhd
(tdi
co
0,01
Oe).
*Cdm ieng tie bao
hda,
Bs
hay tu
dp
bdo hoa
M^:
Vat lieu tir mem thudng cd
tir do bao hda rat cao. Loai cd tir do cao nhat la hgp kim
FegsCoss
cd tir do bao hda
dat tdi 2,34 T.
*Dp tie tham ban dau. La thdng sd rat quan trgng ndi len tinh tir mem
ciia
vat lieu tir
mim.
Do tham tir ban dau dugc dinh nghia bdi cdng thiic:
lim
^'
H"
0 dll
Vat lieu tir mem cd do tir tham ban dau tir vai tram den vai ngan, cac vat lieu
cd tinh tir mem tdt cd the dat tdi vai chuc ngan, tham chi hang tram ngan. Do tir
thSm
(permeability) la dai lugng dac trung cho kha nang phan irng cua vat lieu tir
dudi tac dung cua tir trudng ngoai.
*Dp
thdm
tie cue
dgi:
Ta biet rang vat lieu sat tir khdng nhirng cd do tir tham
Idn
ma cdn cd do tir tham la mdt ham
ciia
tir trudng ngoai. Do tir tham
cue
dai la
mdt thdng sd quan trgng. Cd nhirng vat lieu sat tir mem cd do tir tham
cue
dai rat
cao,
tdi hang vai tram ngan vi du nhu permalloy, hay hgp kim nano tinh the
Finemet
*Tdn hao dong
Fucd:
Nhu da biet, vat lieu tir mem dugc sir dung trong tir
trudng ngoai, va neu sir dung trong trudng xoay chieu, se sinh ra cac ddng dien
Foucault gay mat mat nang lugng va tda nhiet. Cdng suat tdn hao Fucd dugc tinh
theo cdng thiic:
p
_ '^
/
•'
^ Foiiedult o
S i.p
Trong dd:
Bs'.
Cam img tir bao hoa
ciia
loi; d: Do day ciia loi;
kf:
He so dac tnmg.
/ Tan so tir truang xoay chieu; y: Khoi
lugng
rieng vat lieu; p: Dien tro suat
Tir cdng thiic nay ta ly giai dugc viec cac loi bien the tdn Si (FeSi) dugc che tao
thanh cac la mdng nham lam giam do day, giam tdn hao ddng xoay. Ddng thdi, loi FeSi
chi cd the sir dung cho bien the
tAn
sd thap vi d
tin
sd cao, tdn hao se rat
Idn
(do FeSi cd
dien trd suat thap), trong khi cac ferit cd the sir dung d cac tdn sd rat cao do chung cd ban
chat gdm, cd dien trd suat rat
Idn,
lam giam tdn hao ddng xoay.
*T6n
hao
tre:
Khi vat lieu tir mem dugc sir dung trong tir trudng ngoai, nd se bi tir
hda va tao ra chu trinh
tre,
va se cd nang lugng bj tdn hao cho viec tir hda vat lieu.
*Dgc trung tan so: Khi
sii
dung d tan sd cang cao, pham chat
ciia
vat lieu
cang bi suy giam, do dd
sir
thay ddi cua pham chat theo tan sd la mdt thdng sd rat
dang quan tam.
*Tiegido:
Ve mat ban chat, tir giao la su thay ddi hinh dang vat lieu tir dudi
tac dung cua tir trudng ngoai. Viec khu tir giao giiip cho viec tao ra tinh tir
mim
tdt.
Cd nhiing vat lieu cd tir giao bang 0 nhu vat lieu vd djnh hinh nen Co.
1.2. Dac tru-ng cau triic va tinh chat cua cac ferit spinen 14,6,13,16,18,25]
7,2.7.
Cau
true
cdc ferit spinen
Cac ferit spinen cd cdng thiic
MFe204,
trong dd
M^""
la cac cation kim loai
hda tri 2 nhu
Fe^^,
Ni^"",
Cu^"",
Mg^^,
Zn^^Co^*
Cac ferit cd cau tnic tinh
thi
spinen. Cau tnic nay bao gdm cac nguyen tir oxi gdi gem chac dac lap phuong mat
tam va cac cation M
^
va
Fe^^
lan lugt chiem cir cac hdc bat dien (O) va tir dien
(T+,T-) tao nen tir phan mang oxi.
Hinh
1.4.
Te bdo mgng cua tinh the ferit spinen
Moi tl bao mang cd 8 phan
tii
MFe204,
trong dd cd 32 nguyen
tii
oxi, 16
nguyen tir
Fe''^
va 8 nguyen tir
M^"^,
64 hdc T (T+, T-) va 32 hdc
O.
Nhu vay, mdi tinh
thi
spinen cd 96 hdc T va O, trong khi dd chi cd 24
cation, chiem 1/4 sd hdc.
NIU
8 cation
M^^
chilm cac hdc T, cdn
16
cation
Fe^^
chiem cac hdc O thi
ferit tuong ling cd cau tnic spinen thuan
MlFeFe]04.
NIU
8 cation
M^^
chilm cac hdc O, 8 cation
Fe^*
nam hdc O va 8 cdn lai nam
hdc T thi spinen tuong img cd cau tnic spinen dao
FelMFe]04.
NIU
24 cation dugc phan bd mdt
each
ngau nhien vao ca hdc O va hdc T thi
ferit tuong irng cd cau tnic spinen trung gian.
B
Ba
16d
Hinh 1.6. Cdc hoc trong tu
dien
vd bdt dien trong ferit spinen
Sir
phan bd cac ion kim loai vao cac hdc
tii
dien hay hdc bat dien phu thugc
vao cac yeu td: ban kinh cac ion kim loai,
sir
phu hgp ve cau hinh dien tir
ciia
ion
kim loai va nang lugng tmh dien cua mang.
+ Cau hinh electron
ciia
ion
M^^:
Tuy thugc vao cau hinh electron cua ion
M
^
ma cac cation nay cd the chiem d hdc
tii
dien hay hdc bat dien va vi vay tao
nen cau tnic spinen thuan hoac spinen dao. Vi du,
Zn^^,
Cd^^
cd cau hinh dien tir
d"',
sd phdi tri thuan
Igi
la 4, nen chiem chu yeu d hdc
tii
dien va tao nen ferit cd cau tnic
:2+
,2+
spinen thuan. Cdn Ni va Fe cd cau hinh dien tir tuong img la 3d va 3d , sd phdi tri
thuan
Igi
la 6, nen chiem hdc bat dien va tao nen ferit cd cau tnic spinen dao.
+ Ban kinh cac cation: Vi hdc T cd kich
thude
be hon hdc O nen neu ban
kinh cua
M^^
Idn
hon
ciia
Fe^"^
thi
M^^
cd xu hudng chiem cac hdc O va ngugc lai.
+ Nang lugng tuong tac
tinh
dien: Cac cation trong mang ludi tinh the ion cd
xu hudng sap xep sao cho tdng nang lugng tuong tac tmh dien la
Idn
nhat va
lire
ddy
tinh
dien giira cac cation la be nhat.
Phan mang oxi bi bien dang khi cac cation tham nhap vao cac hdc T va hdc O. The
tich hdc T be hon hdc O nen khi cac cation tham nhap vao hdc T se lam cho khdng gian
hdc T tang len
bSng each
ndi rgng ca 4 ion oxi (gian nd khdng gian
tii
dien).
Sir
gian nd
nay cd
thi
xac dinh dugc nhd phuong phap XRD hoac nhieu xa notron. De dac trung cho
su gian nd khdng gian tir dien ngudi ta dua vao mgt khai niem ggi la thdng sd oxi.
Sir
dich
chuyin cac ion
O^'
nhu vay se lam tang the tich hdc T va giam the tich hdc O, ket qua la
lam cho
thi
tich hai hdc T va O trong mang ludi gan bang nhau.
Mdi lien he giira thdng sd oxi (W) va kich
thude
hdc T
(rA),
kich
thude
hdc
O
{TQ)
dugc bilu dien bang he thiic:
rA=(W-0.25).a-ro
rB=(0.625-W).a -
ro
Trudng hgp mang lap phuong ly tudng thi W
=
0.375
A la hang sd mang ludi spinen (A),
rA
va
r^
la ban kinh khdi cau nam trong
khdng gian
tii
dien va khdng gian bat dien,
ro
la ban kinh
ciia
oxi.
7.2.2. Tinh chat tie vd dien cua ferit spinen
Do cau tnic cac spinen gdm 2 phan mang, cac mdmen tir d phan mang A va
B phan bd phan song song. Dieu nay dugc giai thich nhd
sir
phu thugc gdc
ciia
tuong tac sieu trao ddi (tuong tac am): AOB
«
125^
AOA
~
80°, BOB
«
90°, do dd
tuong tac phan sat tir giira A va B la manh nhit.
Trong spinen dao, do ion
Fe^^
ed mat ca d ca hai phan mang vdi sd lugng
nhu nhau nen mdmen tir chi do
M^^
quyet dinh.
Hinh
1.7.
Su sdp xep spin trong cdc ferit spinen ddo
Do vay vdi M
ISn
lugt la
Mn^^
Fe^^
Co^^
Ni^^
Cu^^,
Zn^*
vdi sd dien tir d
tuong img la 5, 6, 7, 8, 9, 10, ta lan lugt cd cac ferit vdi mdmen tir tren mdt don vi
cdng thiic tinh ra
[IQ
lan lugt la 5, 4, 3, 2, 1, 0. Thuc nghiem da khang dinh ket qua
nay (hinh
1.7).
Mdt sd thdng sd cua ferit spinen don gian dugc liet ke tren bang 1.1.
=p
cong
donv
S
4
3
2
1
n
.\
1 1
i
\A
I i
\. * 1
'\^
1
i^\Jf
1
^\
1
Hinh 1.8. Mdmen tu bdo hoa cua mpt
dem
vi cong thdc cua ferit spinen nhu
mpt hdm so cua cdc dien tu 3d tren mpt ion M
^.
Dudng lien net la ket qud ly
thuyet, cdc diem(X) la kit qud thirc nghiem. Cdc mid ten dudi chi su phdn bo spin
cua cdc ion
M^.
Bdng 1.1. Mpt so tinh chdt
ciia
ferit dan gian
Vgt lieu
MnFe204
FeFe204
CoFe204
NiFe204
CuFe204
MgFe204
M/MB
4,6-5,0
4,1
3,7
2,3
1,3
Is (gauss)
408
471
392
267
133
110
TefCC)
300
585
520
585
455
440
Hang so
mgng (A)
8,50
8,39
8,38
8,34
8,64 - 8,24
8,36
Mat dp
(g/cm
^)
5,00
5,24
5,29
5,38
5,38
4,52
Cac spinen cd kha nang dan dien d nhiet do cao,
sir
dan dien phu thugc ban
chat cac cation, dien tich va
sir
phan bd cac cation trong cac hdc T va O. Vi du
trudng hgp
Fe304
la chat
din
dien do
Fe^"^
va
Fe^^
dugc phan bd trong cac hdc bat
dien tiep
xiic
nhau qua canh do dd kha nang dan dien kha tdt, trong khi dd
Mn304
cd cac cation
Mn^^
va
Mn^*
phan bd trong hoc T nen
din
dien kem hon.
Cau hinh electron
ciia
cac kim loai nhat la
sir
xen
phii
cac AOd
ciia
mdi kim
loai khac nhau nen co che
din
dien cd
thi
dang lo trdng
(LiMn204)
hoac dang
electron tu do nhu
LiV204.
8
Kha nang
din
dien
ciia
spinen cdn phu thugc vao dieu kien xir ly nhiet va
phuong phap dieu che.
Theo do dan dien ngudi ta chia spinen ra 3 nhdm:
Nhdm aluminat cd do dan dien nhd nhat, nhdm cromit do dan dien trung
binh, nhdm ferit cd do
din
dien nhd nhat. Rieng
Fe304
cd do dan dien gan bang do
dan dien
ciia
kim loai.
1.2.3. Tinh chdt
xiic
tdc
Cac vat lieu
clu
tnic tinh
thi
spinen da dugc nghien cim va
ling
dung trong
nhilu
ITnh
vuc: cdng nghiep gdm sir, vat lieu ky thuat nhiet da thu dugc nhung ket
qua tdt. Trong nhirng nam
gin
day ngudi ta cdn nghien
ciiu
sir dung cac spinen
nano trong cac
ITnh
vuc
xiic
tac cho cac phan irng hda hgc tdng hgp hiru co- hda
dlu,
xuc tac
xir
ly mdi trudng,
chi
tao dien cue, sensor nhay khi
Trong cac cdng trinh
[55,
56, 57] cac tac gia tdng hgp va nghien cim hoat
tinh
xiic
tac
ciia
cac spinen bac 2-3,
Zn[FexCr2.x04]
trong cac phan
ling
dehidro hda
etylbenzen thanh stiren, ngoai ra cdn mdt sd he spinen dugc nghien cim trong cac
phan ling oxi hda hidrocacbon, dehidro hda hidrocacbon, oxidehidro hda
hidrocacbon thanh olefin; nghien cuu sir dung spinen trong cac hop
xiic
tac xir ly
khi thai ddng co xang Ben canh dd, cac spinen cdn dugc nghien ciiru che tao ldp
phii
dien
cue
catot hoac diing lam dien cue, che tao cac sensor nhay khi
hidrocacbon dd la cac spinen:
LiMn204,
LiMnCo04,
Mn2.xCOxNi1.xO4
Viec tdng hgp dugc cac loai vat lieu hat nano, mang mdng nano da md ra
kha nang
ling
dung cang rdng va hieu qua
ciia
cac loai spinen dac biet trong
ITnh
vuc
xiic
tac, dien hda, dien
xiic
tac
1.3. Tinh chat va
irng
dung ciia ferit kich
thiroc
nano
[7,8,11,13,18]
Cac spinen ndi chung va ferit spinen ndi rieng dang vat lieu khdi cd nhieu
ling dung trong cdng nghiep do chung cd tinh chat qui nhu tinh chat tir, kha nang
ben nhiet, kha nang
xiic
tac Tuy nhien, cac spinen cau tnic nano la nhirng vat lieu
mdi,
ngudi ta dang nghien
ciiu
de md rdng kha nang
ling
dung
ciia
loai vat lieu nay,
dac biet trong cac
ITnh
vuc vat lieu tir nano, chat ldng tir, xuc tac cac phan irng hda
hgc,
xu ly mdi trudng v.v
1.3.1.
Su
Men
doi tinh chat
tie ciia
cdc vgt lieu nano so vdi vgt lieu khoi
Khi giam kich thude
ciia
cac hat tinh the den cd micro, cac tinh chat vat ly
ciia
vat lieu van tuan theo cac qui luat nhu trong vat lieu khdi, nhung khi dat den
kich thuoc nano thi cac tinh chat bieu hien theo cac qui luat khac thudng vdi nhieu
tinh chat vat ly
thii
vi va cd nhieu img dung trong thuc te, trong dd dae biet la cac
tinh chat tir,
xiic
tac Cac tinh chat vat ly khac thudng
ciia
vat lieu nano chu yeu
gay ra bdi hai yeu td:
* Kich
thude
ciia cdc hgt tinh the: Kich
thude
hat tinh the giam lam cho %
nguyen tir, ion nam tren be mat tang len nhanh va hang sd mang giam xudng. Cac ion
hay nguyen tir nam tren be mat tuong tac vdi cac ion hay nguyen tir xung quanh hoan
toan khac vdi cac nguyen tir nam ben trong, nen vi tri
ciia
chiing bi thay ddi, dan den cac
tinh
chit
khac bi thay ddi theo.
Mat khac, su giam kich thude hat tinh the cdn anh hudng den cap trao ddi: co
chi
lugng
tii ciia
tuong tac trao ddi trong cac hat
ciia
vat lieu tir gay ra
sir
dinh
hudng
ciia
mdmen tir tren toan bd tinh the, nhung ciing gay ra
sir
anh hudng den cac
hat ben canh ggi la tuong tac cap trao ddi. Ddi vdi cac vat lieu khdi, cac hat cd kich
thude
micro trd len cap trao ddi nhd hon rat nhieu so vdi tuong tac nhiet ddng trong
mdi hat. Vi vay, tinh chat
vT
md dugc xac dinh bdi qui luat nhiet ddng
vT
md trong
cac hat. Khi kich
thude
cac hat giam xudng den don vi nano, tuong tac trao ddi cd
thi
so sanh hoac
Idn
hon tuong tac nhiet ddng, cac hat trao ddi vdi nhau. Trong
trudng hgp nay cac hat rieng le mat tinh chat tir rieng cua nd, cau tnic tir tinh va tinh
chat mdi dugc tao ra. Qui luat khdng che tir tinh khac so vdi vat lieu cd cap hat
Idn.
* Su bdt giu luang
tie:
Cac electron bi giam cam trong cac hd the nam trong
cac hat.
Sir
giam cam lugng tir nay tao nen cac tinh chat khac thudng
ciia
vat lieu
nano nhu:
+ Dien trd cua vat lieu nano
Idn
hon rat nhieu so vdi vat lieu khdi. Dieu nay rat
cd Igi ddi vdi cac ferit tir hoat ddng d viing tan sd cao vi giam
sir
mat mat nang lugng.
+ Tuy nhien, khac vdi vat lieu khdi cd dien trd giam nhe khi hoat ddng trong
tir trudng cd tan sd cao, dien trd
ciia
vat lieu nano lai giam manh d dieu kien do
(hieu irng tir trd
Idn).
+ Mau sac
ciia
vat lieu dang nano khac dang khdi. Do vay cd the tdng hgp
cac gdm sieu min, mau sac phong
phii
Vdi nhirng dac diem ndi bat,
sir
ra ddi ciia
ITnh
vuc vat lieu tir nano tao nen
cudc each mang trong
ITnh
vuc vat lieu tir.
7.i.2. Nhitng ung dung vd hudng nghien cieu chinh ve vgt lieu
tie
nano
Nhiing irng dung va hudng nghien
ciiu
chinh hien nay vdi cac hat nano tir la:
- Nghien
ciiu
tdng hgp va kha nang
ling
dung cua eae hat nano tir trong
ITnh
virc
che tao cac linh kien dien
tii
sieu nhd, cdn ggi la ky thuat dien tir-spin, sir dung
ddng thdi hai thugc tinh dien tich va spin cua dien
tii
trong ciing mdt linh kien, md
ra tuong lai rdng
Idn
cho che tao linh kien dien tir, ban
din
v.v
10
- Nghien ciru che tao cac vat lieu tir hat nano, mang mdng nano trong cdng
nghe ghi am, ghi hinh tren cac bang tir, dTa cimg, dTa mem, cac dau dgc, dau ghi,
cac thiet bi nghe nhin, cac the tir vdi ldp phu nano cd the tang mat do thdng tin d
dTa len rat nhieu lan ma lai giam kich
thude
cua thiet bi.
- Nghien
ciiu
che tao cac chat ldng tir thdng minh sir dung trong cdng nghe
nhan dang va tach te bao, chat dinh vi trong ky thuat chuan doan benh, chat dan
thude
trong dieu tri benh la nhirng
ITnh
vuc nghien cuu rat sdi ddng.
- Nghien
ciiu
cac
ling
dung trong
ITnh
vuc
xiic
tac cho tdng hgp hiru co - hda
dlu
vdi do chgn
Igc
va hieu suat rat cao, cac
xiic
tac cho cdng nghe xir ly mdi
trudng: xir ly khi,
xii
ly
nude
1.4. Mot s6
phu-OTig
phap
t6ng
hop coban ferit va niken ferit
7.^.7.
Tdng hap coban ferit vd niken ferit bdng phuang phdp gdm
KT
thuat tdng hgp ferit
bing
phuong phap gdm da dugc nhieu tac gia nghien
ciiu,
dl tdng hgp theo phuong phap nay ngudi ta thudng diing cac nguyen lieu dau
la cac oxit: CoO, NiO va
Fe203,
chiing dugc dinh lugng chinh xac, nghien trdn kT
dk cd
sir
ddng
nhit
cao
ciia
phdi lieu phan img. De qua trinh phan
ling
tdt hon,
ngudi ta ep phdi lieu thanh vien, ap
lire
ep den hang tram KG/cm . Nhiet do nung
1250 - 1300V, tuy thugc thanh
phin
phdi lieu.
Phan ling tao ferit d nhiet do tren
1200°C
nhu sau:
CoO +
FcjOs = CoFe204
NiO +
Fe203 = NiFe204
Trong phan
ling
tren NiO, CoO cd cau tnic lap phuong, sd phdi tri
Ni^^
va
O^"
deu bang 6 cdn
Fe203
gidng
AI2O3
cau tnic 2 phan mang, phan mang oxi gdi gem
chac dac luc phuong, phan mang Fe
^
chiem 2/3 cac hdc bat dien, cdn lai cac hdc
tii
dien deu trdng. Cac oxit CoO, NiO cd nhiet do ndng chay cao (CoO cd
tpc:
1810
°C;
NiO cd cd
tnc
: 1955
°C)
va cac spinen
CoFe204
va
NiFe204
deu cd nhiet do ndng
chay cao
~
2000
°C
vi vay phan
ling
xay ra khi nung hdn hgp cac oxit xay ra chi 0
pha ran. Phan irng dien ra khi cac cau
tii
tiep
xiic
vdi nhau, tai vi tri tiep
xiic,
cac
cation
Ni^"^
va
Co^"^
khuech tan tir phia NiO va CoO di vao cac hdc T cua pha
Fe203
cdn
Fe^*
khuech tan theo chieu ngugc lai. Ngay khi ldp
NiFe204
hoac
CoFe204
hinh
thanh se la nhirng mam phat trien nen pha mdi
NiFe204
hoac
CoFe204.
De qua trinh phan img thuan
Igi,
cac oxit phai trdn deu tdi da,
sir
tiep
xiic
cac
pha vdi be mat
Idn
vi vay nghien min cac hdn hgp bdt ban dau la yeu td anh hudng
Idn
den tdc do phan img. Su tiep
xiic
cang tdt khi ep mau vdi cudng do hgp ly (yeu
cau khdng qua nen gay
sir
phan ldp phdi lieu).
11
Qua trinh chuyen ddng nhiet,
sir
khuech tan cac cation,
sir
bien ddi cau tnic
tao ra cac khuyet tat mang ludi tai viing tiep
xiic
trd nen manh d nhiet do cao vi vay
vdi phan img pha ran duy tri nhiet do cao la yeu td cd tinh quyet dinh den tdc do
phan ling. Khi pha spinen va ket tinh tao tinh the hoan chinh, nang lugng
ciia
he
giam xudng, he spinen trd nen ben virng.
Viing tiep xuc
Pha spinen
NiFe204
Pha CoO
Co^^
Pha
Fe203
Fe^"
Pha spinen
CoFe204
Hinh 1.8. Mo td ca che khuech tdn trong phdn dng tgo spinen
Phuong phap gdm truyen thdng da dugc
ling
dung rat phd bien trong tdng
hgp nhieu loai vat lieu
[1,3,17,18].
La phuong phap don gian, de td chirc san xuat d
qui md cdng nghiep nhung la phuong phap tieu tdn nhieu nang lugng nghien, va
nhiet nang cho nung phdi lieu d nhiet do cao. San pham ket tinh vdi tinh the
Idn,
de
phan ling xay ra hoan toan thudng phai nghien- nung nhieu lan.
7 ^.2.
Tong hgp coban ferit vd niken ferit bang phuang phdp hda hpc udt
a. Tong hgp
coban
ferit vd niken ferd bdng phucrng phdp dong ket tua
Day la mdt trong nhirng phuong phap dang dugc sir dung kha phd bien de tdng
hgp vat lieu mdi ndi chung, va tdng hgp cac vat lieu kich thude nano met ndi rieng.
Nguyen tac cua phuong phap nay la tiln hanh
kit tiia
ddng thdi (dung ti le hgp thirc san
pham can tdng hgp) dudi dang hidroxyt hoac mudi khdng tan nhu: oxalat, cacbonat [5,
6,7,13,]
cd the phan img chuyen thanh san pham trong qua trinh nung.
Vi tich sd tan
ciia
cac ket
tiia
khdng gidng nhau, kha nang tao phirc
giQ-a
cac
cation kim loai va anion lam ket
tiia
cang khdng gidng nhau do dd de khdng che
thanh phan san pham nhu mong mudn ddi hdi cd nhimg tinh toan va thuc nghiem
vdi do chinh xac cao.
Mat khac ket
tiia
cua cac kim loai khac nhau bat dau va
kit
thiic d cac gia trj
pH khac nhau nen trat tu trdn lan cac chat khi lam ket
tiia
cd anh hudng idn
din sir
12
khuech tan cac chat ket tiia. Vi du, khi ddng ket
tiia
dudi dang hidroxyt coban
(II)
va hidrotxyt sat (111) neu ta diing dung dich NaOH + amoniac dd vao hdn hgp dung
dich mudi
ciia
chiing thi trudc het xay ra
sir
ket tiia
ciia
hidroxyt sat
111,
den khi bat
dau ket tua hidroxyt coban thi lugng sat trong dung dich khdng cdn
phii
hgp vdi ti
le 1/2 nhu mong mudn de tao pha spinen.
De thuc hien ket tua ddng thdi bao dam cho
sir
tiep
xiic
tdt cac chat phan
ling
chiing ta phai thuc hien qui trinh ngugc lai, nghTa la dd hdn hgp dung dich mudi
kim loai vao dung dich
NaOH+
amoniac.
Nhieu cdng trinh nghien ciiru mdi day ve
ITnh
vuc ferit spinen cap hat nano da
dung phuong phap ddng ket
tiia
de tdng hgp
[5,6,11,26,29].
Cac ket qua khao sat cho thay nhiet do phan
ling
tao ra pha spinen
ciia
phuong phap ddng ket tua thap hon kha nhieu so vdi phuong phap gdm truyen
thdng. Cac ket qua nghien ciru cua chiing tdi da cdng bd cGng kha thdng nhat vdi
cac cdng trinh da nghien ciru trudc day. Phan
ling
tao ferit coban va ferit niken
thudng d khoang
700°C-
800°C
da cho tinh
thi
kha hoan thien, dp hat tir 15- 30
nm. Dieu dd dugc giai thich, qua trinh ddng ket
tiia
de tao cac prescusor ddng ket
tiia
cho phep trdn lan cac chat phan irng d qui md phan
tii,
nguyen tu vdi kich thuoc
cac hat cd hat keo vai chuc nm do dd chiing de phan
ling
de tao ferit khi nung d
nhiet do tren
700°C.
Co che hinh thanh tien chat
ciia
ket
tiia
hidroxyt tir cac mudi kim loai khi
ddng ket tua, ngay trong qua trinh say ~
110°C
da hinh thanh cac lien ket kim
loai-
oxi-
kim loai dau tien theo co che dugc de nghi nhu sau:
OH OH
I I
Ni(0H)2 +
2Fe(OH)3
'^°"^'
>
H-[0- Fe-0- Ni-0- Fe - 0]n-H
^°°°''
>
NiFe204
(ferit spinen);
OH OH
I I
Co(OH)2
+
2Fe(OH)3
'^°°''
>
H-[0- Fe-0- Ni-0- Fe -
0]n-H '''"''
>
CoFe204
(ferit spinen);
Tir cac tien chat cd cac lien ket ban
dlu,
khi nung ngay d nhiet do
~ 700°C
da phan img tao ra cac tinh the spinen
NiFe204
hoac
CoFe204
cap hat nano.
Vdi cac tien chat la cac mudi it tan oxalat, cacbonat hinh thanh trong qua
trinh ddng ket tua d dieu kien dung dich kha loang, tien hanh ddng thdi nen cd
sir
bao
phii,
lien ket
ciia
cac phan tu, khi nung, chiing phan huy tao ra pha trung gian cd
be mat mdi sinh, khuyet tat nhieu nen phan img dien ra theo co
chi
pha
rin
cd mat
13
pha khi, lam giam nhiet do phan img xudng kha nhieu so vdi phan img pha ran don
thuan.
b. Tong hap coban ferit vd niken ferit bdng phucrng phdp
sol-gelfl
7,20,30,35,43]
Qua trinh sol-gel hda gdm 2 giai doan:
Giai doan dau tien la su thiiy phan va ddng tu tien chat de hinh thanh sol (sol:
la dang huyen
phii
ddng nhat cua cac hat oxit cd kich thude sieu nhd trong chat
ldng).
Tien chat de tdng hgp sol nay la cac hgp chat hoat dgng
ciia
kim
loai
hay a
kim nhu alkoxide cua
silic,
nhdm, titan Giai doan nay cd the dieu khien bang
sir
thay ddi pH, nhiet do, thdi gian phan
ling,
xiic
tac, ndng do tac nhan, ti
le
H2O
Giai doan 2: Cac hat sol cd the
Idn
len va ddng tu hinh thanh nen mang
polime lien tuc hay gel chira day cac bay hat dung mdi.
De thu dugc san pham cudi ciing ngudi ta tien hanh lam khd gel. Gel cd the
nung ndng de loai trir cac phan tir dung mdi (gay ap
lire
len mao quan va sup dd
mang gel), san pham thu dugc ggi la xerogel.
Hoac gel cd the say khd sieu tdi han cho phep loai bd cac phan
tii
dung mdi
va
gifl-
nguyen cau tnic mang gel. San pham cudi ciing thu dugc la arogel.
So vdi phuong phap tdng hgp vat lieu truyen thdng cho chat lugng san
phim
chua cao, khd dieu khien ti le cac chat trong san pham cudi ciing kich thude hat thu dugc
Idn,
can nhiet do tdng hgp cao Phuong phap sol-gel cd nhieu thuan
Igi
hon nhu:
- Cho san pham tinh khiet: vi qua trinh tdng hgp sir dung cac loai hda chat 0
dang min nen cd the ap dung
kT
thuat tinh che nhu: Chung cat, thang hoa, sac ky va
ket tinh lai.
- Tinh ddng nhat ciia san pham cao: Do
sir
phan tan cua cac chat ban dau d mirc
do phan tir nen ti le hda hgc
ciia
san pham dat dugc nhu mong mudn.
- De dieu chinh cac tinh chat
ciia
san pham cudi ciing thdng qua
sir
thay ddi
cac thdng sd nhu nhiet do, ndng do, pH
- Nhiet do tdng hgp vat lieu thap: Vi san pham gel bdt ddng nhat va kich
thude
hat nhd nen
sir Idn
len cua tinh
thi
cd
thi
thu dugc d nhiet do thap.
Vi hau het cac alkoxide deu khdng hda tan trong
nude
nen
sir
thiiy phan
ciia
cac alkoxide chi xay ra khi them
nude
vao dung dich khdng phai la nude cua cac
alkoxide (nhu etanol).
Sir
thiiy phan
ciia
cac alkoxide xay ra thuan
Igi
khi tinh
Nucleophin
(tinh ai
lire) ciia
cac tac nhan cang
Idn.
Sau khi thuy phan se thu dugc mdt monome hoat ddng, su ddng tu tilp theo
xay ra theo mgt trong ba co che sau:
14
-
Sir
oxo hda: Phan img giira 2 phan
tOr
M-OH
hinh thanh mdt cau ndi oxo
va tach ra mgt phan tir nude:
M-OH
+
M-OH
-^ M(M-OH)M-OH
M(M-OH)M-OH -^
M-O-M-(HOH)
M-O-M-(HOH)
-^
M-O-M +
H2O
Su
alool
hda: Phan
ling
giira M-OH va alkoxide ket qua hinh thanh mdt
khdi "ol" san
phim
nay tiep theo dd chiu
sir
chuyen rdi proton de hinh thanh nhdm
ROH dl tach hon.
M-OH
+
M-OR
-> M(M-OH)M-OR
M(M-OH)M-OR -^
M-O-M-(HOR)
M-O-M-(HOR)
->
M-O-M + ROH
Sir
ol hda: khi ion kim loai trung tam chua dat den sd phdi tri bao hda (khi
dugc phdi tri bdi cac phan
tii nude
hoac dung mdi), mdt cau ndi hidroxo cd the
dugc hinh thanh.
M-OH
+
M-(HOR)^
M(M-OH)M
+ ROH
va
M-OH
+ M-(HOH)
-> M(M-OH)M
+
H2O
Vi du:
sir
thuy phan va ddng tu
ciia
TEOS:
Si(OC2H5)4
xay ra nhu sau:
±
-Li
I
Su loai nude hoac ruou de hinh thanh cac cau
lien
ket mdi cua oxi va kim loai.
-Si-OR + HOH
^
-Si-OH + ROH
I
X
I
I I
X
I I
-Si-H + -Si-OH
^
-Si-O-Si- + HOH
I I
\
I
I
-Si-OH
+ -Si-OR
^
-Si-O-Si-
+ ROH
f
I
'
^
Cac ket qua tdng hgp ferit bang phuong phap sol- gel sir dung cac alcoxide
silic (TEOS) da kha thanh cdng tao nen cac hat ferit nano phan tan tren nen
Si02,
la
khdi lien tuc khdng cd tir tinh. Kha nhieu tac gia da di theo hudng nay de tdng hgp
cac ferit vdi thanh phan khac nhau [30,43,48].
c. Phuang phdp dong tgo phuc [
5,6,11,17,29,36]
Nguyen tac ciia phuong phap nay la cho cac mudi kim
loai
tao phirc ciing
nhau vdi phdi
tii
trong dung dich. Sau dd tien hanh phan huy nhiet phirc chat cd
thanh phan hgp thirc vdi ferit mudn dieu che. Phuong phap nay dat dugc
sir
phan bd
15
ly tudng cac cau tir trong he phan img vi rang trong mang ludi tinh the
ciia
phirc ran
dd cd
sir
phan bd hoan toan cd trat tu
ciia
cac ion.
Uu diem ciia phuong phap ddng tao phirc: Trong hdn hgp ban dau dua vao
nung (hdn hgp cac phirc chat) da bao dam ti le hgp thirc
ciia
cac cau tir dung nhu
trotig vat lieu mong mudn.
Nhugc diem: Tim cac phiic chat da nhan khdng phai de dang va cdng viec
tdng hgp phiic chat tuong ddi phiic tap ddi hdi nhieu phdi tir dat tien. Do dd vdi cac
vat
lieu
ddi hdi phai bao dam chinh xac ti le hgp thiic thi mdi can thiet tdng hgp
theo phuong phap nay. Vi du, de tdng hgp ferit niken chiing ta cd the bat dau tir
phiic chat cd cdng thirc
Ni3Fe6(CH3COO)i7030H.12C5H5N.
Dieu ly
thii
la phiic nay
cd the tinh che thanh dang nguyen chat bang each ket tinh lai trong pyridin.
1.5.
Mpt so kit qud
nghien
cuu tdng hap ferit
cap
hgt nano
* Lee, Seung Wha va cac cdng
sir
[35] da tdng hgp Zn-Co-ferit bang phuong
phap sol-gel. Tac gia da xac dinh dugc rang, hang sd mang tang khi ham lugng
Zn^""
tang.
MIU
vat lieu cd cdng thiic
Coo,9Zno,iFe204
dugc nung d 673K, 523K, 573K
deu cd cau tnic ferit spinen. Tuy nhien, mau dugc nung d 673K the hien tinh ferit
tir, cdn mau nung d 573K, 523K the hien ddng thdi tinh sieu thuan tir va ferit tir, do
bao hda tir va
lire
khang tir Idn nhat tuong irng 81,1 emu/g va
132,8
Oe.
* Hong Wen Wang va cac cdng
sir [41]
da cdng bd cac ket qua nghien curu
tdng hgp tinh the Ni-Zn-ferit cap hat nano bang phuong phap thuy nhiet. Ket qua
nhieu xa XRD cho thay mau vat lieu
Nio,5Zno,5Fe204
cd cau tnic ferit spinen khi
ngay khi nung d
120°C
trong
Ih.
Kich
thude
trung binh cua hat tinh the ferit spinen
la
15^20nm.
* Updhyay, Chandan va cac cdng su [45] da tdng hgp
Nii.xZnxFe204
(x=0,0,
0,25,
0,5, 0,75) bang phuong phap ddng ket
tiia
va thuy nhiet. Mau vat lieu cd tnic
ferit spinen, kich thude hat tinh the trung binh tir 12nm.
Sir
phan bd
ciia
cac cation
trong tinh the khdng chi phu thude vao ham lugng
Zn^"^,
kich thude hat ma cdn phu
thugc vao giai doan ddng ket
tiia.
Cac mau vat lieu ma cac tac gia nay thu dugc ti le
Fe
^
chiem
cii
cac hdc
tii
dien nhieu hon so vdi vat lieu khdi.
*
Elsa
E.
Sileo
va eae cdng
sir
[36] da cdng bd eae ket qua nghien
ciiu
tdng
hgp
Nii.x ZnxFe204
(x
=
0,0; 0,2; 0,4; 0,5; 0,7) bang phuong phap tien chat citrat.
Gel thu dugc khi trdn cac mudi natri
ciia
Ni(ll), Zn(ll), Fe(lll) va axit citric dugc
nung d
200°C
va sau dd thieu ket d
1000°C.
Ket qua gian dd nhilu xa tia X cho
thay: sau khi nung gel thu dugc pha don tinh the, cap hat nano, qua trinh thieu ket
lam tang kich
thude
hat. Ket qua nghien cim cho thay hang sd mang tang khi ham
lugng Zn
^"^
tang.
^
16
* Bang phuong phap micelle
ngugc.
Shannon A.Morrison va cac cdng
sir
da
tdng hgp dugc Ni-Zn-ferit d nhiet do thudng ma khdng ddi hdi them mdt qua trinh
thieu ket nao khac. He chat hoat ddng be mat dugc sir dung de tdng hgp cac hat
nano theo micelle ngugc la natri dioctyl sulfosuccinate (AOT) dugc pha trong dung
mdi 2,2,4- trimetyl pentan (isooctan). Kich
thude
hat thu dugc tir 6,2
^
6,8nm, tir
tinh khdng cao, do bao hda ve tir tinh d 300K la 25,9 emu/g.
* H.H.Nien va cac cdng
sir
[47] da cdng bd cac ket qua nghien
ciiu
tdng hgp
Mn-Zn-ferit bang phuong phap nghien trdn co hgc, nung: Mn-Zn-ferit tren nen
Sn02
va
Ti02
dugc chuan bi theo ky thuat ceramic thdng thudng. Cac bdt
MnC03,
ZnO va nghien trong
12
gid tren may nghien. Bdt san pham cudi ciing dugc nung
trong khdng khi d
900°C
trong 3 gid. Sau khi nung bdt dugc nghien lai. Trong sudt
qua trinh nghiin udt cac bdt
Sn02,
Ti02,
CaO va
Si02
ndng dugc them vao. Sau dd
bdt dugc ep vien (dang
dTa,
dudng kinh 10,7mm cao 2mm) trudc khi nung.
* O.Pena va cac cdng
sir
[49] da cdngbd cac ket qua nghien
ciiu
dieu che
NiMn2.xC0x04
spinen bang phuong phap ceramic thdng thudng. Tir cac chat dau
la
C03O4, NiO, CuO va MnO kich cd d
1050°C
trong 1 gid. Vat lieu sau dd dugc
nghien lai dugc ep va thieu ket trong 2 gid vdi tdc do gia nhiet
la 50°C/phiit
va lam
lanh trong khdng khi vdi tdc do
20°C/phut
vdi hdn hgp dau img vdi cac gia tri x
khac nhau. Vdi gia tri x thay ddi tir 0,2; 0,5 den 1,5, cac hgp chat thu dugc deu
la
cd
cau tnic spinen. Thdng sd mang
ciia
san pham
NiMn2-xCOx04
cd tang len chut it
theo
sir
tang ham lugng Co.
* Souad Ammar va cac cdng
sir
[29] da cdngbd cac ket qua nghien
ciiu
tdng
hgp
CoFe204
bang phuong phap thuy phan trong rugu da chirc. Cac chat dau dugc
diing la mudi
FeCl3
va
Co(CH3COO)2.4H20
theo ti
le
2:1 dugc them vao 250ml cua
1,2 - propandiol. Cac phan tir nano
CoFe204
thu dugc cd dudng kinh 5,5 nm. Hdn
hgp dugc dun ndng cd diem sdi
160°C
va tdc do
6°C/phiit.
Pha ferit dugc hinh thanh
thdng qua pha trung gian. Hdn hgp dugc it nhat khuay trdn trong 5 gid den khi san
pham cudi ciing la pha ran tinh khiet. Sau khi dk ngudi den nhiet do phdng, cac
phan
tii
dugc tach bang phuong phap Iy tam, nia bang
etylenglyeol
va axeton va
dugc lam khd trong khdng khi d
50°C.
Sau dd dugc nung d
327''C.
Chup gian dd
nhieu xa tia X xac dinh
CoFe204
la don pha, thdng sd mang a
=
8,390
A°.
Phan tich
hoa hgc va phd tia X chi ra pha nay giau ion Fe
(111)
vdi lugng Co it hon 5%. Cac
thdng sd tir tinh do dugc do bao hda tir 13 - 15 emu/g;
lire
khang tir 13,2 - 14,5 Oe;
do tir du
0,36-0,38
emu/g.
* A. S.Albuquerque va cac cdng
sir
[22] tdng hgp niken ferit
NiFe204 bing
phan irng ddng ket
tiia.
Tiep theo, da xac dinh cau true va kich thude san
phim bing
17
phuong phap nhieu xa tia X, xac dinh tir tinh cua hat bang phuong phap tir ke
mlu
rung. Bdt niken ferit dugc tdng hgp bang each hoa tan sat va niken nitrat trong
nude
cat vdi thanh phan
moi
diing hgp thirc. Sau 1 gid khuay, them NaOH (2,5 M) vao
dung dich, san pham ket
tiia
sau dd dugc nia bang nude cat va etanol. Bdt min nhan
dugc sau qua trinh lam khd d
70°C
trong 20 gid. Cac mau vdi kich cd phan tir trung
binh khac nhau dugc tao ra bang each nung tir
300°C
tdi
600°C
trong 2 gid d khdng
khi.
Phan tich nhieu xa tia X cac mau bdt cd dudng kinh trung binh la 8 -
15
nm vdi
cac mau nung d 300, 400, 500 va
600°C.
Phep do tir ke mau rung chi ra ban chat tir
khac nhau lien quan den tinh the vat lieu. Cac mau cd nm cd do bao hda tir 5 ~ 24
emu/g d
27°C
va tir
16-28
emu/g d
-268,8°C.
Mlu
nung
400°C
ed
lire
khang tir
168 Oe d
27°C,
mlu
nung 300V cd
lire
khang tir 9450e d
-268,8°C.
*C)
trong
nude
viec nghien cuu ve vat
lieu
tir nano spinen chua nhieu, nhat la cac
nghien
ciiu
mdt each he thdng ve phuong phap tdng hgp loai vat lieu nay. Cac cdng trinh
da dugc cdng bd
ciia
nhdm nghien
ciiu
trung tam KHVL thugc khoa Vat ly Trudng
DHKHTN- DHQGHN, tmng tam KHVL Dai hgc BKHN va Vien KHCNVN ehu ylu
nghien
ciiu
cac ferit nano chiia
dit
hiem, cac peropkite vi vay viec nghien cim tdng hgp
cac ferit spinen cua coban va niken la mdt hudng nghien cuu tiem nang, vira ed y nghTa
khoa hgc vira cd y nghTa thuc tien trong giai doan hien nay va nhimg nam tiep theo.
1.6. Muc tieu va noi dung nghien
ciru
ciia de tai
Muc tieu: Nghien
eiiu
tdng hgp vat lieu nano ferit
MFe204vdi
(M la Ni, Co)
bang phuong phap hoa hgc udt, khao sat cac yeu td anh hudng den qua trinh tdng
hgp va tinh chat
ciia
san pham thu dugc, xay dung qui trinh tdng hgp loai vat lieu
nay qui md phdng thi nghiem.
Npi dung nghien cieu:
1.
Tdng hgp ferit
ciia
Ni, Co tir cac cac mudi
eiia
chiing bang mdt sd
phuong phap hoa hgc: ddng ket
tiia,
sol-gel.
2.
Nghien
ciiu
dieu kien che tao ferit kich thude hat nanomet, khao sat cac
dac trung cau tnic cua san pham bang cac phuong phap vat ly hien dai.
DTA-TG, XRD, SEM, TEM,
3.
Khao sat tinh chat tir
ciia
san pham thu dugc bang thiet bi tir ke mau rung VSM.
4.
Xay dung qui trinh tdng hgp niken ferit va coban ferit cap hat nano d qui
md phdng thi nghiem.
5.
Tham dd kha nang irng dung cua san pham.
18
PHAN
THU*
II:
THlTC
NGHIEM
2.1.
Hoa chat, dung cu va thiet bi
2.7.7. Hod chdt
Cac hoa chat dugc sir dung trong nghien
ciiu
la loai tinh khiet phan tich cua
Merck
(Diic),
Trung Qudc va Phap. Cu the nhu sau:
-
Ni(N03)2.6H20,
Co(N03)2.6H20
loai PA cua Merck
(Diic).
-
Fe(N03)3.9H20
loai PA cua Merck (Dire).
- Ethanol; 1,2 - Propandiol loai PA
ciia
Merck (Dire).
- HNO3 loai PA dac cua Merck
(Diic).
- Amoniac dac loai PA cua Merck
(Diic).
- NaOH ran loai tinh khiet PA cua Trung Qudc.
- Tetraethoxysilane (TEOS)
ciia
Merck
(Diie).
- Cac loai thude
thii,
chi thi phan tich cua Dire, Phap, Trung Qudc.
2.7.2.
Dung cu vd thiet bi
* Dung cu
- Cac binh dinh
miic
cac loai.
- Cdc thuy tinh, binh ndn, doa thuy tinh.
- Buret, pipet cac loai va dng ly tam.
- Cdi ma nao.
* Thilt bj
- May ly tam Hettich EBA 8 cua
Prolabo
(Phap).
- Can phan tich (±
0,000Ig)
Mettler Toledo (Thuy ST).
- May khuay tir gia nhiet Veia
ciia Cole
Parmer Instrument Company (My).
- Til say chan khdng Labtech cua Han Qudc (cd dieu khien nhiet do).
- Ld nung (cd dieu khien nhiet do) -
Diic
- May ep mau 300kN
ciia
Italia.
- Cac he thiet bj nghien
eiiu
cau tnic va tinh chat tir
ciia
vat lieu.
19
2.2.
Cac
phu-ong
phap
dirp-c sir
dung de xac djnh dac tinh ciia vat heu dieu che
dirge
2.2.7. Phuang phdp ghi
gian
do
nhieu
xg
tia
X
Cac mau san pham dugc ghi gian dd nhieu xa tia X (Gian dd XRD) tren may
SIEMENS D5005 cua
Dire
tai Trung tam Hoa hgc vat lieu, Khoa Hoa hge - Trudng
DHKHTN- DHQGHN. Cac che do ghi gian dd nhieu xa tia X nhu sau:
+ Gdc quay
26
tir 20
H-
80°.
+ Tdc do 0,037giay, 40 kV- 40 mA.
+ Andt Cu,
Xcu (KJ
=
1,54056
A.
+ Kieh thude hat dugc tinh toan theo phuong trinh
Scherre.
d =
K.X/B.cosO
vdi d- kich thude hat tinh the.
B-
FWHM- be rdng tai
V2
chieu cao
ciia
pic.
e- Gdc Bragg;
20/2.
K
=
0,89.
a =
dhki
(h^
+
k^
+
1^)'^^;
h = 3; k =
I
= 1.
2.2.2.
Phuang phdp phan tich nhiet
Cac mau san pham dugc ghi gian dd phan tich nhiet tren may Labsys
TG/DSC
SET
ARAM - cua Phap - tai Trung tam Hoa vat lieu, Khoa Hoa - Trudng
Dai hgc Khoa hgc tu nhien. Cac che do ghi gian dd phan tich nhiet nhu sau:
+ Tdc do ddt ndng
10°
C/phut.
+ Nang nhiet do tir 25°C tdi 1200°C.
+ Mdi trudng khdng khi.
2.2.3.
Phuang phdp kinh hien vi
dien
tie
a. Cac mau san pham dugc chup anh SEM vdi thiet
bi
va che do chup nhu sau:
+ Kinh hiln vi dien tir quel S- 4800, sd hieu HI - 9022-
0003.
+ Kilu anh JPG.
+ Dien
thi
tir 0
H-
2000V.
+ Do phdng dai tir
30 ^ 120000
lln.
+ Khoang
each
lam viec:
2400|im.
+ Ddng phat ra: 12900 nA.
+ Khi quyen chan khdng.
b.
Cac mau san pham dugc chup anh TEM (JEOL 1010 - Nhat Ban) va tai
Phdng thi nghiem Hda hgc Polime trudng dai hgc OSAKA - Nhat Ban vdi ehe do
20
chup nhu sau: Do phan giai: 5 =
3
A°, do phan giai x50- x600.000
2.2.4.
Phuang
phdp xdc dinh
tie
tinh vgt lieu bdng thiet bf
tie
ke mdu rung
He do VSM tai phdng thi nghiem tir va sieu dan thugc Vien Khoa hgc Vat
lieu - Vien Khoa hgc va Cdng nghe Viet Nam va trung tam khoa hgc vat lieu - Khoa
Vat ly - Trudng DHKHTN-DHQGHN. He do nay cd cac tinh nang nhu sau:
+ Cd kha nang do tir do phu thugc nhiet do va phu thude vao tir trudng ngoai
vdi do nhay la ~
lO""*
emu, tir trudng cue dai len den
13kOe,
dai nhiet do do tir 77 K
din 1000
K.
+ He cd kha nang do tir do phu thude nhiet do va phu thugc tir trudng ngoai
vdi do nhay
lO""*
emu.
+ Tir trudng cue dai la
13kOe.
+ Dai nhiet do do tir 77
^
lOOOK.
+ Cudng do tir trudng
1
T.
t
^
21
PHAN
THir
III:
KET QUA VA THAO LUAN
3.1.
Tong hgp niken ferit
(NiFe204)
cap hat nano bang
phirong
phap dong ket tiia
Cac hoa chat sir dung trong nghien
eiiu
la loai tinh khiet phan tich:
Ni(N03)2.6H20, Fe(N03)3.9H20,
1,2-propandiol,
etanol, NH4OH, NaOH cua hang
Merck (CHLB Dire).
DI
dieu che
NiFe204
bang phuong phap ddng ket tua, dung dich
ciia
cac
cation
Ni^^
va
Fe^^
vdi ti le 1/2 (ndng do
Ni^^
tir
10"^M din
5.10"^M,
ndng do tuong
ling
ciia
Fe^^
tir
2.10'^M
den
lO'^M)
da dugc chuan bi. Qua trinh ddng ket
tiia
dugc
tiln hanh trong dung mdi hdn hgp rugu - nude. pH cua dung dich ddng ket tua dugc
dilu ehinh
bing
hdn hgp NaOH + NH4OH sao cho sau khi ket thiic phan
ling
dat
9.0
^
9.5. Trong qua trinh ddng
kit
tiia,
nhiet do
ciia
dung dich dugc duy tri d 60°C
trong dilu kien khuay manh lien tue trong thdi gian 45 phiit.
Sau phan
ling,
ket
tiia
dugc tach bang li tam tren may Hettic (CHLB Dire),
nia
2^3
lan bang nude cat va axeton (mau dat trung tinh), say trong
tii
say chan
khdng Labtech (Han Qudc) d 80°C trong 24h, nung trong
Id
nung
Nabertherm
(CHLB Dire) d 500
^ 1000°C
vdi thdi gian luu 0,5
H-
6h. Gian dd XRD cua cac
mlu
niken ferit dugc ghi tren may D8 Advance Bruker
ciia
CHLB
Dire,
vdi gdc 29 tir 20
^
80°, tdc do 0,03°c/s, andt Cu,
XQU
(KJ
=
1,54056A.
Kich thude hat trung binh
(nm)
eiia
cac tinh the niken ferit dugc tinh theo phuong trinh Scherrer
5.7.7.
Khdo sdt dnh hudng
cdapH
dung dich den kich
thude
hgt
Qua trinh thi nghiem dugc tien hanh vdi dieu kien la:
- Ndng do eua cac
chit
dlu:
Ni^^
la 0.025M,
Fe^^
la 0.05M.
- Nhiet do dung dich: 60°C
- 1,2 propandiol vdi ti le the tich so vdi dung dich chat dau bang
1/10.
- Thdi gian phan
ling:
45 phiit.
- Dieu kien tach va rira ket
tiia:
nia bang nude cat va axeton.
- Dieu kien say: 24h d nhiet do
80°C
trong
tii
say chan khdng.
- Dieu kien nung: tdc do nang nhiet
10°C/phiit,
duy tri 0
700°C
trong thdi
gian 2h, sau dd lam ngudi mau bang each ngat
Id
va mau ngudi den nhiet do phdng.
- Gia tri pH
ciia
dung dich sau ket tua dugc duy tri: 8,5; 9,0; 9,5;
10,0; 11,0;
dieu chinh pH bang dung dich hdn hgp NH3 + NaOH.
* Ket qua nghien
ciiu
cau tnic pha tinh the bang nhieu xa tia X
22

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