(Khóa luận tốt nghiệp) Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nano ferit Y0.8Sr0.2FeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HĨA HỌC


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HĨA HỌC
Chun ngành: Hóa Vơ Cơ

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH
CHẤT VẬT LIỆU NANO FERIT
Y0.8Sr0.2FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP
ĐỒNG KẾT TỦA

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5/2012


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HĨA HỌC


KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN HĨA HỌC
Chun ngành: Hóa Vơ Cơ

TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH
CHẤT VẬT LIỆU NANO FERIT
Y0.8Sr0.2FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP
ĐỒNG KẾT TỦA
 GVHD: TS. Nguyễn Anh
Tiến
 SVTH: Trương Thị Minh

Nghĩa

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5/2012


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Mục lục
Trang

Mục lục ...................................................................................................................... 1
Lời cảm ơn ................................................................................................................ 3
Mở đầu....................................................................................................................... 4
Chương 1. Lý thuyết tổng quan .............................................................................. 5
1.1. Lý thuyết chung về nano ........................................................................................ 5
1.1.1. Giới thiệu về hóa học nano .............................................................................. 5
1.1.2. Vật liệu nguồn nano ......................................................................................... 6
1.1.3. Ứng dụng của vật liệu nano ............................................................................. 9
1.1.4. Một số mặt trái của công nghệ nano.............................................................. 11
1.2. Tổng quan về các oxit và hydroxit của stronti, yttri và sắt ................................. 13
1.2.1. Oxit sắt ........................................................................................................... 13
1.2.2. Oxit yttri ......................................................................................................... 18
1.2.3. Oxit Stronti ..................................................................................................... 19
1.2.4. Đặc điểm cấu trúc chung của ferit YFeO 3 ..................................................... 20

Chương 2. Các phương pháp tổng hợp và nghiên cứu đề tài ............................ 23
2.1. Phương pháp tổng hợp nano ferit Y-Sr-Fe-O .................................................... 23
2.1.1. Lý thuyết về một số phương pháp tổng hợp bột nano .................................... 23

2.1.2. So sánh ưu nhược điểm các phương pháp ..................................................... 29
2.2. Hóa chất và thiết bị sử dụng ................................................................................ 30
2.2.1. Hóa chất ......................................................................................................... 30
2.2.2. Thiết bị............................................................................................................ 30
2.3. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất bột nano Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 .. 31
2.3.1. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai TGA/DTA .............................................. 31
2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ X-ray ......................................................................... 32
2.3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM ................................................. 35
SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 1


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

2.3.4. Phương pháp đo diện tích bề mặt BET .......................................................... 36
2.3.5. Phương pháp đo độ từ hóa ............................................................................. 38
2.3.6. Phương pháp phân tích khối phổ plasma (ICP-MS) ...................................... 40

Chương 3. Thực nghiệm - Kết quả - Bàn luận .................................................... 42
3.1. Thực nghiệm tổng hợp bột nano Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 ................................................. 42
3.2. Kết quả - Bàn luận ............................................................................................... 44

Kết luận và kiến nghị ............................................................................................. 58
Tài liệu tham khảo.................................................................................................. 60
Phụ lục ..................................................................................................................... 62

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 2


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Lời cảm ơn
Khố luận tốt nghiệp là bước cuối cùng đánh dấu sự trưởng thành của một sinh
viên ở giảng đường Đại học. Đồng thời cũng là cơng việc khó nhất đầu tiên - yêu cầu
nhiều kĩ năng, kiến thức tổng hợp từ trước tới nay mà em chưa từng được thực hiện.
Chính vì vậy, để hồn thành bài khóa luận tốt nghiệp này, em không thể thiếu sự giúp
đỡ của mọi người, qua đây em xin viết vài lời cảm ơn đến tất cả mọi người.
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn q thầy cơ trong Khoa Hóa Trường
Đại học Sư phạm Tp. HCM đã tạo mọi điều kiện nhằm giúp đỡ em tiến hành khóa luận
này đúng tiến độ, cũng như đã tận tâm dạy dỗ em trong suốt những năm đại học. Đặc
biệt là thầy Nguyễn Anh Tiến – người trực tiếp hướng dẫn đề tài, mặc dù rất bận rộn
với công việc, nhưng thầy vẫn dành nhiều thời gian quan tâm hướng dẫn, đóng góp và
sửa chữa những lỗi sai, giúp em đi đúng hướng trong quá trình làm khóa luận. Từ
Thầy em đã học hỏi được rất nhiều điều, từ kiến thức khoa học chuyên ngành đến
những kinh nghiệm sống xã hội.
Nhân đây, con cũng xin gởi lời cảm ơn ba mẹ kính yêu bao lâu nay đã ln
động viên, khích lệ để con hồn thành tốt nhất khóa luận này. Ngồi ra, bạn bè cũng là
những người khơng thể thiếu đã giúp đỡ mình rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài
này.
Do đây là lần đầu tiên thực hiện nghiên cứu khoa học, nên em vẫn còn giới hạn
về kinh nghiệm thực tiễn cũng như kiến thức chuyên ngành, khó tránh khỏi những sai
lầm, thiếu sót. Em mong nhận được những ý kiến đóng góp của q thầy cơ và bạn bè,
để khóa luận được hoàn thiện hơn.

Một lần nữa xin chân thành cảm ơn, chúc mọi người sức khỏe và thành đạt!
Sinh viên thực hiện
Trương Thị Minh Nghĩa

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 3


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Mở đầu

C

ơng nghệ nano là ngành kỹ thuật nghiên cứu và sử dụng các vật liệu có
kích thước khoảng nano (0.1 nanomet – 100 nanomet) nhằm tạo ra sự

biến đổi lí tính một cách sâu sắc do hiệu ứng kích thước lượng tử. Ngày nay, các sản
phẩm của ngành công nghệ nano ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh
vực, không những đạt hiệu quả cao mà còn tỏ ra ưu việt hơn hẳn các sản phẩm có kích
thước thơng thường khác, ví dụ như: cơng nghệ điện tử - quang, cơng nghệ năng
lượng, cơng nghệ hóa học, cơng nghệ hàng không vũ trụ, y học,… Đặc biệt là vật liệu
nano ferit của đất hiếm, gần đây, gây nhiều thu hút về tính chất hóa học và thuộc tính
vật lý độc đáo bởi độ dẫn điện của chúng, thể hiện nhiều tiềm năng ứng dụng trong các
lĩnh vực khác nhau. Chẳng hạn như làm catot trong các tế bào nhiên liệu ôxit rắn, chất
xúc tác hoạt động trong các quá trình oxy hóa, mơi trường kiểm tra phim, vật liệu hoạt
động cảm biến hóa học để phát hiện độ ẩm, nồng độ cồn và các loại khí,... Hơn nữa,

tính chất đáng chú ý của bột ferit (orthoferites) là tốc độ vách domen cao và sự tồn tại
của

đường

Bloch là

đáng

kể cho các ứng dụng trong

cảm

biến

từ

quang

học hiện nay và nhanh chóng đóng chốt từ quang học chuyển đổi. Nhưng liệu tính chất
của nó có bị thay đổi khi cấu trúc được xen bởi nguyên tố có bán kính ngun tử tương
đương như Ca, Sr, Ni,… nên chúng tôi chọn nghiên cứu bột nano ferit với cấu trúc bị
khuyết tật bởi ion Sr so với Y theo tỉ lệ là 2:8.
Tổng hợp bột nano ferit thông thường từ bột oxit, hidroxit hay các muối yêu
cầu ở nhiệt độ cao dẫn đến kích thước hạt tạo thành lớn, độ kết tụ cao gây ảnh hưởng
không tốt đến tính chất của vật liệu sản xuất từ chúng. Gần đây, phương pháp tổng hợp
ferit nano bằng phương pháp đồng kết tủa được sử dụng rộng rãi với ưu thế nhiệt độ
kết tinh thấp, q trình thí nghiệm đơn giản thu được bột mịn có kích thước nano và
đồng nhất cho giá trị kinh tế cao.
Với những lí do trên, chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài “Tổng hợp và nghiên

cứu tính chất của vật liệu nano ferit Y 0.8 Sr 0.2 FeO bằng phương pháp đồng kết tủa”.

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 4


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Chương 1
Lý thuyết tổng quan

1.1. Lý thuyết chung về nano
1.1.1. Giới thiệu về hóa học nano
Nanomet là điểm kì diệu trong kích thước chiều dài, là điểm mà tại đó những
vật sáng chế nhỏ nhất do con người tạo ra ở cấp độ nguyên tử hay phân tử của thế giới
tự nhiên [12]. Cơng nghệ nano có ý nghĩa là kĩ thuật sử dụng kích thước từ 0.1 nm đến
100 nm để tạo ra sự biến đổi hồn tồn lý tính một cách sâu sắc do hiệu ứng kích
thước lượng tử. Trong cơng nghệ nano,
có phương thức từ trên xuống dưới
(top – down, hình 1.1.) nghĩa là chia
nhỏ một hệ thống lớn để cuối cùng tạo
ra được đơn vị có kích thước nano và
phương thức từ dưới lên (bottom - up)
nghĩa là lắp những hạt cỡ phân tử hay
nguyên tử lại để thu kích thước nano.
Đặc biệt gần đây, việc thực hiện cơng
nghệ nano theo phương thức bottom up trở thành kĩ thuật có thể tạo ra các

hình thái vật liệu mà con người hằng
mong ước, nên thu hút nhiều sự quan
tâm. [9]
Hình 1.1. Hai nguyên lý cơ bản của công nghệ nano: Top- down và Bottom- up[9]
Hóa học nghiên cứu về nguyên tử và phân tử - có kích thước nói chung < 1 nm,
trong khi vật lý chất rắn lại đề cập về cơ bản đến mạng vô hạn các nguyên tử hay phân
tử có kích thước lớn hơn 100 nm. Một khoảng trống đáng kể tồn tại giữa phạm vi này,

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 5


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

bao gồm các hạt từ 1-100 nm hay 10-10-6 nguyên tử hay phân tử trên mỗi hạt, đó là
hóa học nano.
Để hiểu hơn về nano, ta cần tìm hiểu một số khái niệm cơ bản sau:
-

Chất keo: là pha lỏng ổn định chứa các hạt có kích thước 1-1000 nm được
gọi là hạt keo (micell).

-

Hạt nano: là hạt rắn trong phạm vi 1-100 nm có thể là khơng tinh thể, là
khối kết tụ của các vi tinh thể hoặc vi đơn tinh thể.

-

Tinh thể nano (nanocrytal): là hạt rắn nghĩa là đơn tinh thể có kích thước cỡ
nanomet.

-

Vật liệu cấu trúc nano hay vật liệu kích thước nano: là vật liệu rắn nào có
kích

thước

nanomet

(hình

1.2.), bao gồm
vật liệu ba chiều
→ hạt, hai chiều

→ màng mỏng,

một chiều → dây
mỏng.

-

Nanocomposite:
vật liệu lai hỗn
tính vơ cơ/hữu

cơ. [9]

Hình 1.2. Biểu đồ so sánh
độ lớn của một số vật thể

1.1.2. Vật liệu nguồn nano
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nm (< 100
nm). Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí.
Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới
đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 6


Khóa luận tốt nghiệp

-

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Vật liệu nano khơng chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, khơng cịn
chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano,...

-

Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano,
điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống
nano,…

-

Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano,
hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng.[5]

Ngồi ra, cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite, trong đó, chỉ có một
phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano khơng chiều, một
chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
Các tính chất vật lý, hóa học của mỗi loại vật liệu đều có một giới hạn về kích
thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hồn tồn bị thay
đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do
kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật
liệu, ví dụ như điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thước vĩ mơ
mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng
đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, thường có giá trị từ vài đến vài trăm
nm, thì định luật Ohm khơng cịn đúng nữa. Lúc đó, điện trở của vật có kích thước
nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử. Không phải bất cứ vật liệu nào có kích thước
nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên cứu.
Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tính chất hóa
học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm (bảng 1.).
Chính vì thế mà người ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa
học nano và công nghệ nano. [9]

Bảng 1. Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu. [2]
Lĩnh vực

Tính chất điện

Tính chất

Độ dài tới hạn (nm)

Bước sóng điện tử

1-100

Qng đường tự do trung 1-10
bình khơng đàn hồi

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 7


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Hiệu ứng đường hầm

10-100

Độ dài vách Đômen

1-100

Quãng đường tán xạ spin

1-100

Hố lượng tử

1-100

Độ dài suy giảm

10-100

Độ sâu bề mặt kim loại

10-100

Độ dài liên kết Cooper

0.1-100

Độ thẩm thấu Meisner

1-100

Tương tác bất định xứ

1-1000

Biên hạt

1-10

Tính chất từ

Tính chất quang

Tính siêu dẫn

Tính chất cơ

Xúc tác

Siêu phân tử

Miễn dịch

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Bán kính khởi động đứt 1-100
vỡ
Sai hỏng mầm

0.1-10

Độ nhăn bề mặt

1-10

Hình học topo bề mặt

1-10

Độ dài Kuhn

1-100

Cấu trúc nhị cấp

1-10

Cấu trúc tam cấp

10-1000

Nhận biết phân tử

1-10

Trang 8


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

1.1.3. Ứng dụng của vật liệu nano[9]
-

Y học: làm thuốc chữa bệnh,
mô nhân tạo,… có khả năng tạo
ra phân tử sinh học mà “chuyển
dược phẩm trong tế bào, điều
này có thể giải phóng các hạt

nano hoặc hóa chất chống ung
thư đáp lại tín hiệu nguy hiểm
từ tế bào bệnh” (hình 1.3.).

Hình 1.3. Ảnh mơ hình chữa bệnh của cơ vi nano[9]
-

Lưu trữ thơng tin: các hạt màu siêu mịn thường tạo ra chất lượng mực cao
hơn về màu sắc, độ bao phủ, tính bền màu. Trên thực tế, các hạt nano đã
được ứng dụng trong audio, băng video và đĩa hiện đại, chúng phụ thuộc vào
tính chất quang và từ của các hạt mịn.

-

Làm lạnh: ở kích thước nhỏ, người ta đã chứng minh được rằng, lợi ích
entropy có thể nhận được nhờ sự đảo chiều của từ tính các hạt nano mang
từ. Nếu các hạt nano có momen từ lớn và độ kháng từ thích hợp, thì hiệu
ứng từ nhiệt có thể cho phép làm lạnh ở quy mô thực tế.
Triển vọng về tủ lạnh hạt nano từ mà không cần đến các chất lỏng làm lạnh
(freon, HFC,...) đã cuốn hút rất nhiều nghiên cứu, và nếu thành công sẽ
mang lại lợi ích to lớn cho xã hội và môi trường.

-

Máy tính hóa học/quang học: các mạng hai chiều, hay ba chiều có trật tự của
kim loại hoặc nano bán dẫn có các tính chất từ và quang đặc biệt. Các vật
liệu này hứa hẹn có nhiều ứng dụng trong cơng nghiệp điện tử, bao gồm cả
máy tính quang học.

-

Gốm và chất cách điện cải tiến: việc nén các hạt gốm kích thước nano tạo ra
các vật rắn mềm dẻo hơn, dường như là do vô số ranh giới hạt tồn tại.
Những vật liệu mới này có thể được sử dụng như là chất thay thế cho kim
loại trong nhiều ứng dụng.

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 9


Khóa luận tốt nghiệp

-

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Kim loại cứng hơn: kim loại hạt nano khi nén vào trong vật rắn sẽ có độ
cứng bề mặt đáng chú ý, đơi khi độ cứng này cao gấp 5 lần so với độ cứng
mẩu kim loại vi tinh thể thông thường.

-

Tiền chất lớp màng: được sử dụng như tiền chất để chế tạo lớp màng kim
loại mỏng được sử dụng sơn phun. Đặc biệt là việc mạ vàng đồ dùng bằng
bạc đã được thực hiện bằng chất keo vàng - axeton.

-

Hóa học bảo vệ môi trường: bao gồm nhiều ứng dụng thiết thực như pin mặt

trời, lọc nước, chất hấp phụ phân ly, chất xúc tác (hình 1.4.).

Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý phản ứng xúc tác của hạt nano bạc.
-

Chất lỏng từ thông minh: chất lỏng sắt là dung dịch chất keo chứa các hạt từ
nhỏ làm ổn định bằng phối tử hoạt tính bề mặt, có tầm quan trọng như đệm
kín chân khơng, bộ giảm xóc nhớt, đệm kín loại trừ chất bẩn.

-

Ắc quy bền: vật liệu cấu trúc nano trong ắc quy ion đã được chứng minh là
rất hữu ích. Ví dụ, gắn tinh thể nano thiếc vào trong chất nền tạo thủy tinh
có thể duy trì tính dẫn điện, ngăn cản sự tạo thành pha của những hợp kim
có hại cho ắc quy.

-

Sensor: khối kết tụ xốp của hạt nano bán dẫn có thể được nghiên cứu bằng
nén tải trọng thấp. Những vật liệu này giữ vững diện tích bề mặt lớn của
chúng, khi hấp thụ các loại khí khác nhau, tính dẫn điện của chúng thay đổi.
Do nhiều khí được phát hiện ra được hấp thụ trên mỗi đơn vị khối lượng so
sánh với bột nén thông thường, sự thay đổi điện xảy ra nhiều lần hơn. Vì
vậy, việc sử dụng các hạt nano tạo ra ưu điểm đáng kể trong công nghệ cảm
biến.

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 10

Khóa luận tốt nghiệp

-

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Nâng cao an ninh quốc gia: hiện nay và trong tương lai, công nghệ nano
đóng vai trị quan trọng trong cơng nghệ chế tạo trang thiết bị qn sự cho
cơng cuộc phịng thủ đất nước. Hơn nữa, việc sử dụng hạt chức năng diện
tích bề mặt lớn như là chất hấp thụ phá hủy các tác nhân chiến tranh sinh
học và hóa học, đã được chứng minh là khá hiệu quả và cho phép đối phó
nhanh với một số vấn đề hậu cần.
Ngồi ra, cịn nhiều lĩnh vực mà ở đó an ninh quốc gia có thể được cải thiện
nhờ các tiến bộ về công nghệ điện tử, quang học, chất xúc tác và chất hấp
thụ.

Sản phẩm của công nghệ nano đã được ứng dụng rộng rãi tại các nước phát
triển. Việc tiêu thụ sản phẩm nano trong một nước gắn chặt với tiêu chuẩn đời sống
của nước đó. Cơng nghệ nano cịn đem lại hiệu quả kinh tế vô cùng to lớn cho các
nước phát triển như Mỹ, Nhật, Đức,... Hiện nay, ở nước ta, công nghệ nano đã được
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống xã hội. Các sản phẩm sử dụng công nghệ nano
xuất hiện ngày càng nhiều và tỏ ra ưu việt. Các sản phẩm này tiêu tốn ít nhiên liệu,
thân thiện với môi trường. Hy vọng trong thời gian tới sản phẩm của công nghệ nano
sẽ đem lại hiệu quả và đem lại kinh tế nhiều hơn nữa cho quốc gia.

1.1.4. Một số mặt trái của công nghệ nano[2]
Công nghệ nano là một bước tiến bộ vượt bậc của công nghệ học, nhưng đang
đặt ra nhiều câu hỏi chưa từng được biết tới trước đây. Bản thân cơng nghệ nano cũng
chứa đựng hai mặt: mặt tích cực đó là có thể tạo ra các sản phẩm mới phục vụ cho nhu

cầu của con người, tuy nhiên, các mặt trái của cơng nghệ nano cũng có thể đa dạng và
rất to lớn khơng thể lường hết được, nó có thể gây ra các tác hại khủng khiếp cho lồi
người. Ví dụ:
-

Người ta có thể tạo ra các lồi vi sinh vật bao gồm cả một số loài virut có thể
gây bệnh đại dịch cho con người mà với khả năng của con người hiện nay khó
có thể khống chế và hạn chế.

-

Người ta có thể tạo ra các vũ khí sinh học, tác hại hơn nhiều so với vũ khí
ngun tử, lại khơng thể dễ dàng khống chế được, nó có thể gây nguy hiểm cho
sự sống trên toàn trái đất.

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 11


Khóa luận tốt nghiệp

-

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Con người cịn có thể tạo ra các loại thuốc, chế phẩm làm biến đổi gen của con
người, gây tác hại lâu dài cho nòi giống, một kiểu như chất độc màu da cam,
song tính năng của chúng mạnh hơn hàng triệu lần, tạo ra các loại thuốc làm
mất trí nhớ, tẩy não, thậm chí tạo ra người nhân tạo phục vụ cho mục đích

xấu,…

-

Khi cơng nghệ nano phát triển thì mơi trường sống có thể sẽ bị ơ nhiễm nặng
bởi các hạt nano, khói bụi nano,… do các nhà máy thải ra. Phân tử nano do
phương tiện giao thơng và khói cơng nghiệp thải ra, sau khi được hít vào cơ thể,
sẽ lọt thẳng vào máu và tủy xương, não làm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe
con người. Ống nano cacbon đang rất được ưa chuộng và quảng cáo mạnh, tác
hại của nó cịn có thể nguy hại hơn cả cả sợi - hạt amiăng độc hại. Ngay việc
thử nghiệm các hạt nano, với tư cách là chất dẫn thuốc trong máu để điều trị
ung thư và một số bệnh khác, cho thấy, chúng có thể dễ dàng phát tán độc tố,
ảnh hưởng xấu đến não bộ, có thể gây ung thư.

-

Các nhà nghiên cứu môi trường Mỹ cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của các hạt
oxit titan có kích thước nano đến việc nuôi cấy các tế bào của chuột. Họ phát
hiện ra rằng, các hạt này có tác dụng kích thích tế bào sản phẩm những chất có
tác dụng bảo vệ trong thời gian ngắn, nhưng sẽ có nguy cơ làm tổn thương nếu
được duy trì trong thời gian dài.

-

Một vấn đề thuộc mặt trái cũng cần xem xét một cách hết sức cẩn thận: đó là
khả năng nhân bản của một số sản phẩm nano (ví dụ tương tự virut máy tính).
Chúng có khả năng nhân bản, phát tán và phá hủy rất mạnh. Trong tương lai,
các dây chuyền sản xuất hàng loạt với sản phẩm là ứng dụng của vật liệu nano
với các máy móc có khả năng nhân bản, tự nhân bản, chúng có thể có khả năng
tạo ra mối hiểm hoạ không thể lường trước đối với con người.

-

Đặc tính khơng thể kiểm sốt – khó khống chế được ngày càng gia tăng của
cơng nghệ nano. Ví dụ, những năm tới đây, các thành tựu khoa học kĩ thuật
quân sự mới trong công nghệ này sẽ tạo ra những mối đe dọa đáng gờm đối với
việc bảo mật thông tin do việc xuất hiện hàng loạt ngun liệu, cảm biến,
phương tiện tính tốn và truyền thông,… Với bước phát triển của công nghệ
nano, các thiết bị và phần mềm gián điệp có thể xâm nhập dễ dàng và kín đáo
vào mọi ngóc ngách của các tổ chức, xí nghiệp. Việc phổ biến các loại điện
thoại có trang bị camera, các máy tính bỏ túi có kết nối hệ thống mạng văn
phòng đang là vấn đề hóc búa đặt ra đối với bộ phận an ninh của nhiều công ty.

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 12


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Một số dược phẩm dựa trên công nghệ sinh học nano giúp các binh lính hay
điệp viên nâng cao khả năng về tâm sinh lí trong thời gian dài. Tuy nhiên, hiện
nay các nghiên cứu về ứng dụng của công nghệ nano “để tẩy não”, làm quên trí
nhớ của một người, hoặc biến họ thành người có đặc tính xấu như giết người
cũng có thể được tiến hành.
-

Rõ ràng, cuộc cách mạng cơng nghệ nano đã tạo ra những vấn đề mới về an

ninh tổng hợp. Nó địi hỏi mỗi quốc gia cũng như xí nghiệp phải có những
chun gia thế hệ nắm vững những kiến thức sâu rộng về khoa học, về khả năng
các phương tiện kĩ thuật hiện đại và cần phải cập nhật thông tin thường xuyên.
Hiện nay, ở nhiều nước, trong đó có chính phủ Mỹ, đã đặc biệt coi trọng những
phương thức phịng tránh mặt trái của cơng nghệ nano.

1.2. Tổng quan về các oxit và hydroxit của stronti, yttri và sắt
1.2.1. Oxit sắt
Về tính chất vật lý, sắt là kim loại màu trắng xám, dễ rèn, dễ dát mỏng và gia
cơng cơ học. Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Dưới 800oC, sắt có tính nhiễm từ, bị
nam châm hút và trở thành nam châm (tạm thời).
Sắt có 4 dạng thù hình (dạng α, β, γ, δ) bền ở những khoảng nhiệt độ nhất định:
α-Fe

→

β-Fe

→

γ-Fe

δ-Fe

→

→

Fe lỏng

Những dạng α và β có cấu trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối nhưng có kiến
trúc electron khác nhau nên Fe(α) có tính sắt và Fe(β) có tính thuận từ, Fe(α) khác với
Fe(β) là khơng hịa tan. Dạng Fe(γ) có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện, dạng
Fe(δ) có cấu trúc lập phương tâm khối như dạng α và β nhưng tồn tại đến nhiệt độ
nóng chảy. [4]

Bảng 1.2. Các hằng số vật lý quan trọng của sắt [4]
Độ

dẫn

điện

To s (oC)

To nc (oC)

(Hg=1)
10

2880

1536

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

BKNT

Độ

(AO)

điện

(g/cm3)

1.26

1.83

7.91

âm KLR

Độ

cứng

(thang
Moxo)
4–5

Trang 13


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Năng lượng ion hóa:

Mức

năng

lượng ion hóa
Năng

lượng

ion hóa (eV)

I1

I2

I3

I4

I5

I6

7.9

16.8

30.63

56

79

103

Về oxit sắt:

Bảng 1.3. Một số tính chất chung của các quặng oxit sắt. [17]

Fe 2 O 3 có tính thuận từ, màu nâu đỏ. Trong hợp chất oxit sắt thì Fe(III) là chất có
trạng thái spin cao (có các electron thuộc phân lớp d). Fe(III) với 5 electron d lớp
ngồi cùng nên có năng lượng mạng lưới trường tinh thể ổn định.
Sắt(III) oxit không chỉ là một vật liệu dùng trong chiến lược công nghiệp mà nó
cịn là một hợp chất được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu tính đa hình và sự
thay đổi hình dạng trong các hạt nano.
Sắt(III) oxit với tất cả các dạng thù hình của nó là một trong những oxit kim loại được
sử dụng nhiều nhất với các ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học và
công nghiệp.

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 14


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Fe 2 O 3 có dạng vơ định hình và tồn tại bốn loại khác nhau (α–Fe 2 O 3 , β-Fe 2 O 3 , δFe 2 O 3 , γ-Fe 2 O 3 ).
α-Fe 2 O 3 và γ-Fe 2 O 3 được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng khống hemantit và

maghemie, bốn loại thù hình của Fe 2 O 3 có kích thước nano đã được tổng hợp và
nghiên cứu rộng rãi trong những năm gần đây.
Nhiệt biến đổi của sắt trong khơng khí khi bị oxi hố làm cho các phản ứng không
đồng nhất dẫn đến Fe 2 O 3 có những hình dạng khác nhau, do đó, nghiên cứu về Fe 2 O 3
trở thành một đề tài hấp dẫn, khá quan trọng trong ngành vật liệu vơ cơ và hố lý, hố
học chất rắn cũng như nhiều ngành khoa học và kỹ thuật khác (hình 1.5.).
Mẫu nung có thể chứa một trong số bốn dạng thù hình của sắt(III) oxit. Các oxit sắt
có thể được điều chế thành các hạt siêu mịn có kích thước khoảng một vài nanomet.
Chất lượng và số lượng của pha thành phần trong quá trình nung phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như: nhiệt độ, thời gian, áp lực, tốc độ dòng khí, độ dày của vật liệu, kích thước
hạt, thành phần hoá học và cấu trúc của vật liệu.
Việc xác định các hình dạng cụ thể của oxit sắt và các cơ chế hình thành nó trong
q trình biến đổi nhiệt khơng chỉ là những nghiên cứu khoa học mà nó còn thể hiện
tầm quan trọng trong ngành kỹ thuật. [17]
Fe 2 O 3 cũng là nguyên liệu đầu vào để sản xuất ferit, ngồi ra nó cịn được sử dụng
trong công nghệ sản xuất gốm sứ, nam châm vĩnh cửu, trong kỹ thuật lưu trữ phương
tiện truyền thơng.
Tính điện, từ và khả năng quang học của các hạt nano siêu thuận từ có tầm quan
trọng trong nhiều ngành cơng nghiệp ứng dụng bao gồm cả việc phát triển mới các
thiết bị điện và thiết bị quang học. Lợi thế của việc sử dụng các hạt Fe 2 O 3 kích thước
nano là do chúng có tính ổn định hố học.

α-Fe 2 O 3 được nghiên cứu và tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng quặng hemantit.
Hemantit có dạng hình thoi ở trung tâm và có cấu trúc lục giác giống như hình dạng
của những viên corodum (α-Al 2 O 3 ) trong mạng lưới oxit, trong đó ion sắt(III) chiếm
2/3 thể tích bát diện.

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 15

Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Hemantit là một trong những sản phẩm cuối cùng của sự biến đổi nhiệt của các hợp
chất sắt(II) và sắt(III). Ngoài phương pháp xử lý nhiệt thì một loạt các phương pháp
khác để tổng hợp hemantit đã được biết đến chẳng hạn như phương pháp ướt.
Hemantit có thể được điều chế bằng cách thuỷ phân muối sắt trong mơi trường axít
mạnh (pH = 1÷2), ở nhiệt độ cao (100°C).

β-Fe 2 O 3 có từ tính khơng ổn định là một điểm riêng để phân biệt nó với các dạng
gamma, alpha và epsilon. β-Fe 2 O 3 siêu bền với nhiệt và được chuyển đổi thành
hemantit ở nhiệt độ khoảng 500°C.

γ-Fe 2 O 3 tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng maghemite. γ-Fe 2 O 3 không bền
với nhiệt và được chuyển thành hemantit ở nhiệt độ cao hơn. Nhiệt độ và cơ chế của
sự thay đổi cấu trúc phụ thuộc vào điều kiện thí nghiệm và đặc biệt là kích thước của
các hạt maghemit. Trong trường hợp cấu trúc hạt bé thì ε-Fe 2 O 3 là chất trung gian
trong sự chuyển đổi cấu trúc từ γ-Fe 2 O 3 → α-Fe 2 O 3 , cơ chế chuyển đổi thành hemantit
phụ thuộc nhiều vào mức độ các hạt tích tụ. γ-Fe 2 O 3 (maghemit) đã thu hút được nhiều

sự nghiên cứu do nó có tính từ và được sử dụng làm chất xúc tác.

ε-Fe 2 O 3 có thể được xem là chất mới nhất trong hợp chất sắt(III) oxit, cấu trúc của
nó được biết đến vào năm 1988 bởi Tronceet. ε-Fe 2 O 3 có hình dạng trực thoi với tám
tế bào đơn vị.
ε-Fe 2 O 3 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel hoặc đun nóng dung dịch kali
ferricyanide với hypochlorite natri và kali hydroxit, sau đó nung kết tủa ở 400°C.

Nhiệt độ chuyển dạng thù hình từ ε-Fe 2 O 3 → α-Fe 2 O 3 nằm trong khoảng từ

500°C÷750°C. Kích thước của các hạt ε-Fe 2 O 3 được chuẩn bị theo những phương
pháp khác nhau là khoảng 30÷80nm.
Fe 2 O 3 được hình thành trong q trình nhiệt phân của FeO(OH) ở 170°C trong
chân khơng. Năm 1975, Howe và Gallagher đã biết được cơ chế mất nước và cấu trúc
của oxit sắt. Họ thấy rằng các oxit có cấu trúc khuyết tật đều có tất cả các đặc tính của
các hợp chất ban đầu. Bốn mơ hình phân phối các anion chỗ trống trong mạng tinh thể
oxit đã được đưa ra. Sắt oxit có cấu trúc dạng ống thì được giữ lại trong quá trình mất
nước, ion sắt(III) có số phối trí là 4.

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 16


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Theo Ayyubetal, một oxit sắt(III) vơ định hình được hình thành từ các hạt rất nhỏ,
có đường kính nhỏ hơn 5 nm. Van Diepen và Popma cho rằng trong Fe 2 O 3 vơ định
hình các ion sắt(III) được bao quanh bởi tám oxi có cấu trúc bát diện trong mạng tinh
thể. Ayyubetal đã nêu được hai hiệu ứng tỏa nhiệt dựa trên đường phân tích nhiệt
DTA, hiệu ứng tỏa nhiệt thứ nhất ở tại 290°C, ơng cho rằng đó là sự hình thành của γFe 2 O 3 và hiệu ứng nhiệt thứ hai ở tại 400°C đó là sự chuyển dạng thù hình từ γ-Fe 2 O 3
sang α-Fe 2 O 3 . Khi tăng nhiệt độ nung lên đến 600°C thì γ-Fe 2 O 3 và ε-Fe 2 O 3 đã khơng
cịn xuất hiện nữa nhưng thay vào đó là β-Fe 2 O 3 , cùng với sự tăng nhiệt độ thì βFe 2 O 3 cũng bị biến thành hemantit.[17]
Fe 3 O 4 có màu đen xám, nó là hỗn hợp của FeO và Fe 2 O 3 . Fe 3 O 4 (magnetit) là loại
có từ tính mạnh nhất trong tất cả các khống vật có mặt trong tự nhiên. Magnetit có vai
trị quan trọng trong việc tìm hiểu các điều kiện mơi trường hình thành đá. Magnetit

phản ứng với ơxi để tạo ra hemantit và cặp khống vật hình thành một vùng đệm có
thể khống chế sự phá hủy của ơxi. Magnetit là nguồn quặng sắt có giá trị, nó hịa tan
chậm trong acid clohidric.
Magnetit có thể được chế trong phịng thí nghiệm ở dạng nước theo phương pháp
Massart bằng cách trộn sắt(II) clorua và sắt(III) clorua trong hydroxit natri. Magnetit
cũng có thể được chế bởi sự đồng kết tủa, gồm một hỗn hợp dung dịch FeCl 3 .6H 2 O và
FeCl 2 .4H 2 O (0.1 M) bằng động cơ quay với tốc độ khoảng 2000 vịng/phút. Tỷ lệ mol
FeCl 3 :FeCl 2 có thể là 2:1, đun dung dịch này ở 70°C, và ngay sau đó nâng tốc độ quay
lên 7500 vịng/phút và thêm nhanh dung dịch NH 4 OH (10% về thể tích), ngay lập tức
sẽ hình thành kết tủa màu đen chứa các hạt magnetit kích thước nano.

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 17


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Hình 1.5. Sơ đồ một số ngành nghiên cứu của oxit sắt trong tự nhiên. [17]
Các hạt Fe 3 O 4 có đường kính trung bình nhỏ hơn 10 nm và có kích thước phân bố
hẹp. Các dạng huyền phù của magnetit có thể trực tiếp bị ơxi hóa trong khơng khí để
tạo thành γ-Fe 2 O 3 .
Q trình oxi hóa Fe 3 O 4 thành γ-Fe 2 O 3 được thực hiện bằng cách điều chỉnh độ
pH của hydrosol của Fe 3 O 4 trong khoảng 3.5, các hydrosol được khuấy trong thời gian
30 phút ở 100°C. Dung dịch chuyển từ màu xanh đen sang màu nâu đỏ.[17]

1.2.2. Oxit yttri
Y 2 O 3 là chất rắn màu trắng và ổn định trong khơng khí. Nó được sử dụng như là

một ngun liệu đầu vào phổ biến cho các ngành khoa học vật liệu cũng như trong
tổng hợp vô cơ.
Oxit yttri dùng chế tạo các dạng ngọc hồng lựu yttri sắt làm các bộ lọc vi sóng hiệu
suất cao, được dùng làm chất xúc tác cho q trình polyme hóa etylen. Ngọc hồng lựu
yttri nhôm, Y 2 O 3 , florua yttri liti, vanadat yttri được dùng trong tổ hợp với các tác
nhân kích thích (dopant) như terbi, ytterbi trong các laze cận - hồng ngoại, được sử
dụng tại các điện cực của một số loại bu-gi hiệu suất cao. [5]
Ngoài ra, oxit Y 2 O 3 được dùng để khử ôxi cho vanadi hay các kim loại phi sắt khác.
Oxit yttri(III) được dùng như là phụ gia kết dính trong sản xuất nitrua silic xốp. Được
sử dụng làm đèn huỳnh quang trong các loại kính hiển vi điện tử truyền, là chất phụ
gia trong sơn, nhựa, nam châm vĩnh cửu, vật liệu phát sáng màu đỏ trong các loại đèn
huỳnh quang.
Các hợp chất chứa nguyên tố này hiếm khi được bắt gặp, nhưng nên hết sức cẩn
thận do chúng có độc tính cao. Các muối của yttri có thể có khả năng gây ung thư.
Khi nhiệt phân yttri hydroxit ở khoảng 500°C trong khoảng 2 giờ thì ta sẽ thu
được oxit yttri.

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 18


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

1.2.3. Oxit Stronti
Oxit SrO ở dạng bột màu trắng, khi nấu chảy trong lò điện rồi để nguội, chúng
ở dạng tinh thể, mạng tinh thể lập phương kiểu muối ăn. Vì SrO có năng lượng mạng
lưới rất lớn nên rất khó nóng chảy và rất bền nhiệt, có thể bị sơi mà khơng phân hủy.

Bảng 1.4. Một vài hằng số vật lý quan trọng của oxit sronti.[4]
Năng lượng mạng lưới, kJ/mol

3913

Nhiệt độ nóng chảy, oC

2460

Nhiệt độ sôi, oC

2500

Bởi vậy, một trong những công dụng lớn nhất của oxit này cũng như một số oxit
nhóm kim loại kiềm thổ trong thực tế là làm vật chịu nhiệt.

a)

b)

Hình 1.6. Oxit SrO trong tự nhiên (a) và mạng tinh thể của nó (b).
Oxit của Sr dễ dàng tan trong nước tạo thành hydroxit và phản ứng phát nhiều
nhiệt:
SrO + H 2 O = Sr(OH) 2
Ngoài ra, SrO cịn có tính hút ẩm mạnh khi để trong khơng khí và có khả năng
hấp thụ khí CO 2 giống như oxit kim loại kiềm, hay là oxit bazơ, có thể tan trong dung
dịch acid tạo thành muối.
SrO + CO 2 = SrCO 3
SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 19


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Ở nhiệt độ cao, nó có thể bị kim loại kiềm, nhơm, silic khử đến kim loại. Oxit
stronti được ứng dụng chủ yếu trong công nghiệp thủy tinh và lên men.
Phương pháp điều chế chủ yếu là nhiệt phân muối cacbonat, nitrat hoặc
900𝑜 𝑐

hydroxit của kim loại stronti. Ví dụ: 2 Sr(NO 3 ) 2 �⎯⎯� 2 SrO + 4 NO 2 + O 2

Do cation của Sr có bán kính lớn nên có khả năng làm bền một số anion lớn như

peoxit, supeoxit tạo nên SrO 2 – là chất bột màu trắng và khó tan trong nước, dễ tan
trong dung dịch acid giải phóng H 2 O 2 . Dung dịch của peroxit này có thể phản ứng với
kiềm và có tính chất của dung dịch H 2 O 2 . [4]
Khi đun nóng, peoxit của Sr phân hủy thành oxit và oxi. Như vậy ở dạng rắn
hay dung dịch peoxit này đều có tính oxi hóa nhưng với chất oxi hóa mạnh hơn, chúng
thể hiện tính khử.
SrO 2 được điều chế bằng cách đun nóng ở 100–130oC để làm mất nước hydrat
peoxit SrO 2 .8H 2 O, được tạo nên khi H 2 O 2 tác dụng với hydroxit tương ứng, hoặc có
thể cho oxit kết hợp trực tiếp với oxi.[4]

1.2.4. Đặc điểm cấu trúc chung của ferit YFeO3
Các ứng dụng của ferit được sử dụng trong cơng nghiệp hóa chất phần lớn đều
dựa trên phức hợp với các oxit kim loại khác. Trong đó, các oxit phức hợp kiểu

perovskit ABO 3 (với A: là ion của kim loại đất
hiếm như Y, La,…; B thường là ion của Fe) là
nổi bật hơn cả. Sự đa dạng về tính chất của các
oxit này được đặc trưng bởi 90% các nguyên
tố kim loại trong bảng hệ thống các nguyên tố
hóa học tồn tại trong tự nhiên ở dạng cấu trúc
oxit kiểu perovskit và khả năng tổng hợp các
oxit perovskit phức hợp bởi việc thay thế từng
phần các cation ở vị trí A và B bằng các
nguyên tố khác (hình 1.7). Sự thay thế này dẫn
đến sự đa dạng trong tính chất của các oxit
Vị trí A

họ perovskit – ABO 3 . Trong phần này

Vị trí B
Vị trí Ơxy
SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 20


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

chúng tơi chỉ đề cập đến cấu trúc hóa học của oxit perovskit trên vật liệu.

Hình 1.7. Cấu trúc perovskit (ABO3) lập phương lý tưởng (dưới) và sự
sắp xếp các bát diện trong cấu trúc perovskit lập phương lý tưởng

(trên).
Đặc điểm chung: cấu trúc perovskit lý tưởng ABO 3 là lập phương được mơ tả như
hình 1.7. Trong cấu trúc này, ơ mạng đơn vị đặc trưng là một hình lập phương (có các
hằng số mạng a=b=c và các góc α=β=γ=90o). Vị trí tám đỉnh của hình lập phương là vị
trí của ion A, thường được gọi là “vị trí A”, tâm của sáu mặt lập phương là vị trí của
ion phối trí, thường là vị trí của ion oxy và tâm của hình lập phương là vị trí của ion B,
thường được gọi là “vị trí B”. Điều đó có nghĩa là xung quanh ion B có sáu ion oxy và
quanh ion A có mười hai ion oxy phối trí. Như vậy cấu trúc perovskit là một siêu cấu
trúc với một khung kiểu ReO 3 được xây dựng bởi sự kết hợp cation A vào trong các
bát diện BO 6. [3]
Đặc trưng tinh thể quan trọng nhất của các hợp chất có cấu trúc này là sự tồn tại
các bát diện BO 6 nội tiếp trong ô mạng đơn vị với sáu ion phối trí (thường là ion O2-)
tại đỉnh của bát diện và một ion dương B tại tâm của bát diện. Cách mơ tả này cho thấy
góc liên kết B-O-B, α=180o và độ dài liên kết B-O giữa các ion dương B và phối trí
bằng nhau.[3] Điều này cho phép chúng ta hình dung một cách tường minh hơn khi có
sự biến dạng của cấu trúc perovskit khi hệ tinh thể khơng cịn là lập phương, độ dài
liên kết B-O theo các trục sẽ khơng bằng nhau và góc liên kết B-O-B sẽ khác 180o
(hình 1.8.). Cấu trúc lập phương lý tưởng này xuất hiện trong các trường hợp ở nhiệt
độ cao, đa số trường hợp xuất hiện sự méo mạng tinh thể. Sự lệch khỏi cấu trúc lý
tưởng dẫn đến các hệ tinh thể đối xứng thấp
hơn như orthorhombic (trực thoi - thường gặp
nhất), rhoboheral (mặt thoi), tetragonal (tứ
giác), monoclinic (đơn tà); chẳng hạn như cấu
trúc tinh thể YFeO 3 bền ở nhiệt độ thường là
orthorhombic. Cấu trúc méo mạng có thể tồn
tại ở nhiệt độ phịng nhưng nó có thể chuyển

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang

21
Hình 1.8. Sự biến dạng cấu
trúc


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

thể sang cấu trúc lập phương khi ở nhiệt độ cao. Sự chuyển pha cấu trúc này có thể
xuất hiện theo nhiều bước qua các pha méo trung gian.

Sự pha tạp dẫn đến cấu trúc khuyết tật: việc thay thế một phần các cation ở vị trí A và
B bằng một nguyên tố thứ ba là một kỹ thuật cơ bản để thay đổi cấu trúc các hợp chất
perovskit, nhằm khám phá ra các tính chất mới. Tính khơng hợp thức dư oxy trong các
oxit perovskit thường không phổ biến do việc gộp oxy vào mạng tinh thể như “oxy
ngoài nút” về mặt nhiệt động học là không
thuận lợi. Hơn nữa, cấu trúc ABO 3 gồm
một mạng AO 3 xếp chặt với các cation B
trong các bát diện BO 6 . Do đó, sẽ có các
nút khuyết ở các vị trí cation. Nhiều cơng
trình nghiên cứu cho thấy các nút khuyết
vị trí cation thường chiếm ưu thế ở vị trí
nguyên tố đất hiếm (vị trí A). Các nút
khuyết vị trí B trong perovskit thường
khơng phổ biến do cation B có điện

Hình 1.9. Tế bào đơn của vị của YFeO3

tích lớn và kích thước nhỏ nên các nút khuyết vị trí B là khơng thích hợp về động học,

cation A lớn hơn, ở vị trí phối trí 12 dễ bị thiếu hụt từng phần. Hơn nữa, dãy BO 3
trong cấu trúc perovskit tạo nên một mạng lưới ba chiều bền vững.

Điển hình là sự thay thế Sr cho Y trong YFeO 3 được thực hiện một cách dễ dàng. Thứ
nhất là các ion Y3+ và Sr2+ có bán kính ion gần bằng nhau, do đó sự thay thế vị trí sẽ
hầu như khơng gây ra sự méo mạng. Thứ hai, sự phân bố vị trí của các ion âm O2quanh Y3+ hoặc Sr2+ là tương đương nhau, cho phép sự thay thế giữa Y3+ và Sr2+ trong
mạng. Thứ ba, sự thay thế Sr2+ cho Y3+ sẽ tạo ra sự bù điện tích cục bộ, nhưng các hạt
tải cục bộ loại p được cân bằng bởi các sự biến đổi một phần Fe3+ thành Fe2+. Cuối
cùng, sự mất điện tích cục bộ do thế chỗ Y3+ bởi Sr2+ được cân bằng bằng cách tạo ra
sự khuyết thiếu oxy. Do đó, chúng tơi có được cơng thức hóa học là Y 1-x Sr x FeO 3 .

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 22


Khóa luận tốt nghiệp

GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến

Chương 2
Các phương pháp tổng hợp và nghiên cứu đề tài

2.1. Phương pháp tổng hợp nano ferit Y-Sr-Fe-O
2.1.1. Lý thuyết về một số phương pháp tổng hợp bột nano
Như đã trình bày ở trên, hai nguyên lý cơ bản của công nghệ nano là Top-down
và Bottom-up. Từ hai nguyên lý này, ta có thể tiến hành nhiều giải pháp công nghệ và
kỹ thuật để chế tạo vật liệu cấu trúc hạt nano. Tiêu biểu là công nghệ sol- gel, công
nghệ hạt nano micell, công nghệ tự lắp ghép phân tử, công nghệ lắng đọng pha hơi hóa
học, cơng nghệ chế tạo polime cấu trúc nano, vật liệu composite. Tuy nhiên, với công

nghệ nào thì điều quan trọng nhất trong tổng hợp vật liệu nano cũng phải là kiểm sốt
được kích thước và sự phân bố theo kích thước của các cấu tử hay các pha tạo thành.
Do đó, các phản ứng trên thường được thực hiện trên những cái khn đóng vai trị
những bình phản ứng nano (ví dụ như các khung cacbon) vừa tạo ra khơng gian thích
hợp, vừa có thể định hướng cho sự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử hoặc giữa các
phân tử với nhau.
Sau đây là một số phương pháp cụ thể để tổng hợp vật liệu nano:
2.1.1.1.

Phương pháp sol-gel

Phương pháp sol-gel được biết từ đầu thế kỉ XIX trong việc nghiên cứu điều
chế thủy tinh từ silicalcoxit, nhưng chỉ được phát triển mạnh từ thập niên 50-60 của
thế kỉ XX. Vật liệu composite lai tính hữu cơ – vơ cơ được đánh giá là thành tích đáng
kể nhất được chế tạo nhờ phương pháp sol-gel.
Sol chính là trạng thái tồn tại ổn định của các hạt rắn tướng colloide bên trong
chất lỏng, và để cho các hạt rắn tồn tại ở trạng thái ổn định thì kích thước của các hạt
phải đủ nhỏ để lực cần cho phát tán lớn hơn trọng lực. Vậy colloide là gì? Colloide là
những hạt có thể thấy được mà khơng thể đi qua màng bán thẩm; trên thực tế, có kích

SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa

Trang 23