CHẾ TẠO HẠT NANO Fe2O3 VÔ ĐỊNH HÌNH VÀ CÁC TÍNH CHẤT


TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN





Hoàng Thanh Cao

CHẾ TẠO HẠT NANO Fe
2
O
3
VÔ ĐỊNH HÌNH
VÀ CÁC TÍNH CHẤT


 604407

 



 

C:



- 2012

c hoàn thành ti:
Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.







ng dn khoa hc: PGS.TS. Nguyễn Hoàng Hải
Phn bin 1: PGS. TS. Ngô Thu Hương  i hc Khoa hc t nhiên  i
hc Quc gia Hà Ni.
Phn bin 2: PGS.TS. Lục Huy Hoàng  i hm Hà Ni







Luc bo v ti Hng chm thi luc ti hc
Khoa hc t nhiên vào hi 08 gi 30, ngày 01 tháng 03 



Có th c ti:
Trung tâm thông tin thư viện Đại học quốc gia Hà Nội.

Lời nói đầu Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 1 Vật lí chất rắn

Lời nói đầu



oxit
             
2
, SiO
2
, ZrO
2
,
Fe
2
O
3

2
, 
nano: SiO
2
, TiO
2
            

               


Có ba ng: t


 t

 
 









        
Lời nói đầu Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 2 Vật lí chất rắn







 







 
 nano  
  :
- 
hình.
-  
crom.
      

 trong 3 

 
 

Lời nói đầu Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 3 Vật lí chất rắn

 
 
     

             
        
nano oxit Fe
2

O
3
và Fe
2-x
Cr
x
O
3
.


Chương 2 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 4 Vật lí chất rắn

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÔ ĐỊNH HÌNH
1.1. Một số tính chất của vật liệu nano
1.1.1. Hiệu ứng bề mặt

 

 


õ 
1.1.2. Hiệu ứng kích thước




 
       

 


 
1.2. Phân loại vật liệu nano


 


Chương 2 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 5 Vật lí chất rắn


+) Phân loại theo tính chất vĩ mô của vật liệu
Vật liệu nano bất đẳng hướng
Vật liệu nano đẳng hướng
+) Phân loại theo hình dáng của vật liệu

Vật liệu nano không chiều.
Vật liệu nano một chiều.
Vật liệu nano hai chiều.



+) Phân loại theo mục đích ứng dụng



Vật liệu nano ứng dụng trong lĩnh vực điện tử
Vật liệu nano ứng dụng trong lĩnh vực quang học, quang tử
Vật liệu nano ứng dụng trong lĩnh vực công nghiệp truyền thống
Vật liệu nano ứng dụng trong y sinh
1.3. Xu hướng chế tạo vật liệu nano
            
 top-down) và hình
 bottom-
up             

 

Chương 2 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 6 Vật lí chất rắn


d
oxit 
Fe
3
O
4
       






 

n
.


  

.
1.4. Vật liệu Fe
2
O
3

1.4.1. Giới thiệu
              

           
54
Fe
,
56
Fe
,
57
Fe
và
58
Fe


ngôi sao thông qua qu 

 

Chương 2 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 7 Vật lí chất rắn


ôxi ôxi 

Fe
2
O
3
là oxit            

a Fe
2
O
3

ga      
           


2
O
3


ng
.
         

2
O
3

and Guiot - 

epsilon Fe
2
O
3
là gamma

epsilon

alpha Fe
2
O
3
     
epsilon Fe
2
O
3

Epsilon Fe

2
O
3
nh alpha Fe
2
O
3

500  700°C.
Beta Fe
2
O
3
 
500
2
O
3


(III) sunphat.
Beta Fe
2
O
3

2
O
3


alpha Fe
2
O
3

2
O
3


Chương 2 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 8 Vật lí chất rắn

1.4.2. α-Fe
2
O
3
(hematite)
-ray 


-Fe
2
O
3
và Al
2
O
3



.


- T
M

 8
nm


      

1.5.3. γ-Fe
2
O
3
(maghemite)
          
thành -Fe
2
O
3

3
O
4

ôxi  

                
maghemite và maghetite, các ion ôxi 


v

(II)   O.
Chương 2 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 9 Vật lí chất rắn

-Fe
2
O
3

3
O
4

 , gamma Fe
2
O
3



   oxit-hidroxit, ôxi hóa     
(II,III) oxit.
1.6. Vật liệu nano oxit sắt vô định hình

Oxit 

oxit 
oxit 
oxit 

tích b 
cho quá trình oxy hóa hydrô , As (V) và Cr (VI) các
tác nhâ  ,      t    ,

2
và O
2
m
.
oxit   -Fe
2
O
3
-Fe
2
O
3
).
e có 
l là 680
o
nano hem
ha
bão hòa cao.  tí 

              
3

c
-Fe
2
O
3
-Fe
2
O
3

o

-Fe
2
O
3

            -Fe
2
O
3
 
 - 500
o

Chương 2 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 10 Vật lí chất rắn

. Oxit s

3
O
4
 .
1.7. Lựa chọn phương pháp chế tạo vật liệu nano oxit vô định hình
  oxit      
hóa, l, hóa siêu âm  cung

các oxit oxit 
 oxit 
  Fe(CO)
5
, FeCl
3
, Fe(NO
3
)
3
, Fe(OAc)
2
, Fe(OEt)
3
.

  oxit -crom 


 
cao.
Phương pháp hóa siêu âm


cách nhúng bình 

o

o
C.
1.8. Các mô hình nghiên cứu động lực học kết tinh
Oxit 







Chương 2 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 11 Vật lí chất rắn


oxit 
 
  

h



o
C [49].
P
a
0
p
a
2
p
E
RK
ln
RT
E
T
β
ln 


o


p
2
1/T
p
) và
 trên, 


nghi

a
.

nano oxit  thái vô
 crom crom


Chương 2 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 12 Vật lí chất rắn

Chương 2
QUY TRÌNH CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT
VẬT LIỆU NANO OXIT SẮT VÀ OXIT SẮT-CROM VÔ ĐỊNH HÌNH

2.1. Quy trình chế tạo mẫu

3

3
.6H
2
O.

3
.6H
2

O, 1.5 g Polyethylene glycol (PEG) và 9 g Urea cho vào




o

o

20kHz trong 
Quá trình oxit -crom 
2-x
Cr
x
O
3

0; 0.05; 0.10; 0.15; 0.20 

3
.6H
2
- 0.01x) và Cr(NO
3
)
3
.9H
2
O 
0.01x.

2.2. Các phép đo khảo sát tính chất của hạt nano
2.2.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X
Fe
2
O
3
và Fe
2-x
Cr
x
O
3

   -ray Bruker D5005(CHLB )      
 - 







 . 
CuK

56A
0
.  








, 






0.0002
o
.


 , 







, 









, 













.

Chương 2 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 13 Vật lí chất rắn

2.2.2. Hiê
̉
n vi điê
̣
n tư

̉
truyê
̀
n qua TEM
 -crom 
 n qua (TEM) trên máy JEM 1200 EX
 80kV 


2.2.3. Đo ca
́
c thông sô
́
tư
̀




-6
- 1000K.
2.2.4. Quét nhiệt vi sai (DSC).

 
t khác nhau 10 - 30 °C/phút trong không khí.
2.2.5. Phô
̉
hô
̀
ng ngoa

̣
i FTIR



FTIR Nicolet 6700 NRX Raman Module - Thermo.
2.2.6. Phô
̉
Raman
        Renishaw Via Raman Micro

632,8 -Ne. Máy có 0 mW
1 cm
-1
.
2.2.7. Phổ M

ssbauer
 pMössbauer 


57
Co:Rh.
Chương 3 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 14 Vật lí chất rắn


Chương 3
CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT

CỦA VẬT LIỆU NANO OXIT SẮT VÔ ĐỊNH HÌNH

3.1. Mở đầu
SaFe
2
O
3
và Fe
2-x
Cr
x
O
3



s Fe
2
O
3
) và -crom vô

2-x
Cr
x
O
3
.05; 0.10; 0.15; 0.



oxit

3.2. Cấu trúc và hình dạng
3.2.1. Kết quả nhiễu xạ tia X
Fe
2
O
3

e
= 70,
80 và 90
o

o
C. 

tinh

oxit 
e
= 80 và 90
o

te Fe
2
O
3
(JCPDS #73-


T
e
= 70
o
C, 
2
O
3
và magnetite Fe
3
O
4
có

3
O
4
JCPDS # 79-
 
Chương 3 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 15 Vật lí chất rắn


 
oxit  
o
 600
o


 400
o

; 35,6 và 62,5
o
gán cho
-Fe
2
O
3
-Fe
2
O
3

a
= 500 và 600
o
C,

a
ngày càng cao.

Hình 3.2: Giản đồ XRD của vật liệu nano oxit sắt vô định hình khi vừa được chế
tạo tại 80
o
C và sau khi ủ ở 220-600°C được so sánh với tệp tin ảnh nhiễu xạ bột
của hematite (JCPDS # 73-2234) và maghemite (JCPDS # 39-1346)

Chương 3 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 16 Vật lí chất rắn


3.2.2. Kết quả chụp TEM
 g nhau. Kích

o
C


3.3. Tính chất từ
oxit s
e
= 70, 80 và 90
o

à do 

mômen t 
oxit mômen 
            


o


 oxit 
e

= 70
o


e
= 80 và 90
o


o

o


o



o

      phòng. Các
oxit 

o
.  
 
  là 
hòa 26 emu/g. 
       
e

= 70
o
C.      
magnetite Fe
3
O
4
và m-Fe
2
O
3
     
     
Chương 3 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 17 Vật lí chất rắn



và hematite 
  
o
   -Fe
2
O
3
  sang -
Fe
2
O

3

e
= 80 và 90
o
 cong nung
nóng  370 - 380
o
C
- 560
o


e
= 70
o


ch các vt liu mt tính st t n 600
o
C.
3.4. Kết quả phân tích phổ M

ssbauer
Có th nhìn th m c i v s dh chuy Isomer (d chuy
hóa h) là 0,35 mm/s và d chuy t c t 0,66 mm/s. Các k qu này là
khá phù h v các báo cáo v các  oxit s vô  hình, do Fe
3+

tr thái high-spin. i này hàm ý r m v ch t là thu t. Ph c

m  nung  600
o
C là khác v s có m c b sáu v. Khi fit cho bi
 siêu tinh t là 512,6 kOe, d chuy Isomer là 0,34 mm/s liê
-Fe. Các thông s này là t v nh báo cáo cho pha hematite. S
 góp c c i ch là 2%. T nh giá tr này, rõ ràng là các m ã
nung bao g ch y là pha -Fe
2
O
3
v tr t ph s t.
3.5. Kết quả phổ phân tích Fourier hồng ngoại (FTIR).

cm
-1
, do liê-OH và nó g
a
t

-1

500 và 600
o

 
-1

.

Chương 3 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 18 Vật lí chất rắn


3.6. Kết quả phổ Raman.

e
= 80 và 90
o
 
pha hematite: A
1g
(225, 494 cm
-1
), E
g
(244, 290, 297, 409, 612 cm
-1
) và dao
 (1320 cm
-1
 
-1

qua trong các t, 

u


                

 
T
e
= 70
o

cm
-1
i 610 và 660 cm
-1

pha magnetite
-1
và
Khi T
a

o

- 750 cm
-1

- 
     ite,
pha hematite
300 và 400
o
 
gán cho 


a
= 500, 600
o
- 750
o

các  A
1g
(225, 494 cm
-1
), Eg (244, 290, 297,
409, 612 cm
-1
) và  (1320 cm
-1
).
3.7. Phân tích nhiệt
D80
o
C
  10  30
o
C/phút
- 180
o
  tron, có ba

p1
= 215, T
p2

= 265 và T
p3
= 505
o


o

Chương 3 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 19 Vật lí chất rắn


       

C

p1
, T
p2
và T
p3


Ion crom oxit
      ion.      oxit crom và pha
hemaoxit  và chún.

r
3+

trong Fe
2-x
Cr
x
O
3

0.15, 0.20 so v
EDS
crom 

3+
trong Fe
2-x
Cr
x
O
3

b3.1).
Bảng 3.1. Thành phần hóa học của các mẫu Fe
2-x
Cr
x
O
3
vừa được chế tạo. Sai số
liên kết trên thành phần là ± 0.5%. Các thông số mạng a và c là của cấu trúc
loại corundum của pha hematite.


1
2
3
4
5
x
0
0.05
0.10
0.15
0.20

0
0.06
0.098
0.17
0.24
a(

)
5.045

5.042
5.039
5.036
5.035
c(

)
13.068
13.067
13.065
13.063
13.062
Chương 3 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 20 Vật lí chất rắn


Ph
. 

p1
và T
p2

p3




Những thay đổi về nhiệt độ đỉnh tỏa nhiệt của Fe
2-x
Cr
x
O
3
khi tăng x.
 
1.9
Cr
0.1
O
3

- 
oxit 
T
x = 0.           T
p1

, T
p2
và T
p3
là
E
a
= 140, 156, 170 kJ/oxit 

p1
, T
p2

p3
.

p1
làm cho 
Chương 3 Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao 21 Vật lí chất rắn


 
         
chúng tôi 1:



1  x


n
dx =

K
0
exp

E
a
/RT

dt.
 E
a
/RT

p1


p1

r

hoàn 
p1
và T
r

Tp1

và t
Tr


a
:
t
Tr
t
Tp 1

e
E
a
RT
r
e
E
a
RT
p1

i vi 
2
O
3
v T
p1

o

C, T
r

o
C thì t
Tr
/t
Tp1

7
.
     
p1
          
            i vi 
Fe
1.9
Cr
0.1
O
3

15 
oxit -crom 

Tài liệu tham khảo Luận văn tốt nghiệp

Hoàng Thanh Cao Vật lí chất rắn

KÊ

́
T LUÂ
̣
N

Luận văn đã có những đóng góp nhâ
́
t đi
̣
nh vơ
́
i như
̃
ng kê
́
t qua
̉
như sau:
- 






2
O
3
và Fe
2-x

Cr
x
O
3















3 - 8



.
- 
2
O
3
và Fe
2-x

Cr
x
O
3























 : quá trình k
và hematite 
o

C.
- N 







,  gian 
nano Fe
2
O
3
, còn khi pha
crom h      oxit 
 m.
Những hướng nghiên cứu tiếp theo:
- 
nano oxit 
- 
oxit 