Bài tập vật liệu nano trong công nghệ polymer-phát triển CeO2 nano hiệu suất cao-kết hợp lớp phủ kẽm nhúng nóng

Vұt liӋu nano trong công nghӋ Vұt liӋu nano trong công nghӋ
polymerpolymer
Phát triӇn CeO
2
nano hiӋu suҩt cao-kӃt
hӧp lӟp phӫ kӁm nhúng nóng
Svth: Võ Minh Huҩn
Lӟp: 07CNVL
Nӝi dungNӝi dung
Giӟi thiӋu
Thӵc nghiӋm chi tiӃt
KӃt quҧ và thҧo luұn
KӃt luұn
1. Giӟi thiӋu
 Cách mҥ điӋn nhúng nóng đưӧc sӱ dөng lâu đӡi và là phương pháp kinh Cách mҥ điӋn nhúng nóng đưӧc sӱ dөng lâu đӡi và là phương pháp kinh
tӃ bao gӗm xӱ lý bӅ mһt mӟi,lӟp thép mӟi,kӃt hӧp vұt liӋu composite vào tӃ bao gӗm xӱ lý bӅ mһt mӟi,lӟp thép mӟi,kӃt hӧp vұt liӋu composite vào
bӗn tҳm quá trình đưӧc cҧi thiӋn vӟi viӋc bә sung các nguyên tӕ kim loҥi bӗn tҳm quá trình đưӧc cҧi thiӋn vӟi viӋc bә sung các nguyên tӕ kim loҥi
hay oxit ZnO,ZnOhay oxit ZnO,ZnO
22
,TiO,TiO
2 2
đӇ làm chұm quá trình oxi hoá cӫa chҩt nӅn.đӇ làm chұm quá trình oxi hoá cӫa chҩt nӅn.
CeOCeO
2 2
nano composite đã đưӧc tәng hӧp và khám phá như là mӝt kích nano composite đã đưӧc tәng hӧp và khám phá như là mӝt kích
hoҥt hiӋu quҧ đӇ tăng cưӡng hiӋu suҩt mҥ cӫa các lӟp phӫ kӁm hoҥt hiӋu quҧ đӇ tăng cưӡng hiӋu suҩt mҥ cӫa các lӟp phӫ kӁm
nhúng nóng.Các lӟp kӃt hӧp vӟi mӝt sӕ lưӧng tӕi ưu cӫa CeOnhúng nóng.Các lӟp kӃt hӧp vӟi mӝt sӕ lưӧng tӕi ưu cӫa CeO
22
khoҧng 0.1%(20khoҧng 0.1%(20 40nm)cho hiӋu suҩt mҥ tӕt nhҩt.40nm)cho hiӋu suҩt mҥ tӕt nhҩt.
ViӋc đưa CeOViӋc đưa CeO
22

vào lӟp phӫ tҥo ra sӵ cҧi thiӋn đáng kӇ trong mҥ và vào lӟp phӫ tҥo ra sӵ cҧi thiӋn đáng kӇ trong mҥ và
đһc tính vұt lý khác cӫa lӟp phӫ.Nó cũng làm giҧm phҧn ӭng giӳa đһc tính vұt lý khác cӫa lӟp phӫ.Nó cũng làm giҧm phҧn ӭng giӳa
hӧp kim kӁm và sҳt,tҥo hàng rào bҧo vӋ chӕng lҥi các tác nhân ăn hӧp kim kӁm và sҳt,tҥo hàng rào bҧo vӋ chӕng lҥi các tác nhân ăn
mòn.mòn.
2.Thӵc nghiӋm chi tiӃt
2.4 Đһc tính hoá lý
2.3 Quá trình xi mҥ2.3 Quá trình xi mҥ
2.2 Lӵa chӑn và phương pháp xӱ lý chҩt nӅn
2.5 Đһc tinh điӋn hoá
2.1 Chuҭn bӏ hҥt CeO
2
2.1 Chuҭn bӏ hҥt CeO2.1 Chuҭn bӏ hҥt CeO
22
1
.
2
3
Ce(NO
3
)
3
6H
2
O đưӧc hoà tan
trong nưӟc bҵng cách vӯa đun
vӯa khuҩy ӣ nhiӋt đӝ 85-
90
o
C.Sau đó cho NH
4

(OH)
vào,giӳ ӣ t
o
=80
o
Ctrong 2h tҥo
kӃt tӫa Ce(OH)
3
.
Ce(NO
3
)
3
+3 NH
4
(OH)
ĺ3NH
4
NO
3
+Ce(OH)
3
Ļ
Sau đó lӑc,rӱa kӃt tӫa và
nung ӣ 200-400
o
C trong 2h
.
Sӱ dөng tia X quét lên
mүu phân tích các tinh thӇ

đӇ xác đӏnh kích thưӟc cӫa
chúng.Vӟi bưӟc sóng
Ȝ=1,5405A
o
,góc nhiӉu xҥ ș
vӟi 2ș=10-70
o
.Khi đó tính
toán có thӇ tìm ra kích
thưӟc trung bình cӫa hҥt
CeO là 26,05 nm.
Ngưӡi ta sӱ
dөng TEM đӇ đo
kích thưӟc hҥt
CeO
2
,và thӵc tӃ
kích thưӟc trung
bình cӫa hat
là 20 nm
2.2 Lӵa chӑn và phương pháp xӱ lý chҩt nӅn
a) Lӵa chӑn chҩt nӅn
b) Phương pháp xӱ lý
Chҩt nӅn:là thép có
kích thưӟc 3.5*2,5*0,1
cm
3
có thành phҫn:C-
0.09%,Mn-0.34%,P-
0.036%,Si-0.0487% và

Al-0.029%
Mài mòn bҵng giҩy
nhám,tҭy nhӡn bҵng cách
nhúng vào d
2
NaOH 5% ӣ
50
o
C
TiӃp tөc cho vào HCl 8%
trong 20 phút ӣ t
o
phòng.Sau đó ngâm trong
NH
4
Cl 30% trong 30 phút
ӣ 50
o
C
Làm cho bӅ mһt chҩt
nӅn nhҹn,mӏn tăng
cưӡng đӝ bám dính cӫa
kim loҥi nóng chҧy và
tránh bҩt kì quá trinh oxi
hoá trên bӅ mһt chҩt
nӅn.
2.3 Quá trình xi mҥ2.3 Quá trình xi mҥ
 KӁm nguyên chҩt đưӧc cho vào nӗi nҩu chҧy giӳ ӣ nhiӋt đӝ KӁm nguyên chҩt đưӧc cho vào nӗi nҩu chҧy giӳ ӣ nhiӋt đӝ
450450±±1010
oo

C. CeOC. CeO
2 2
đã chuҭn bӏ đưӧc cho vào tҳm kӁm nong chҧy đã chuҭn bӏ đưӧc cho vào tҳm kӁm nong chҧy
và khuҩy bҵng que làm bҵng silicon cacbua.và khuҩy bҵng que làm bҵng silicon cacbua.
 Cho mүu thép vào ngâm trong dung dӏch kӁm nóng chҧy
trong 10s sau đó đem sҩy sơ bӝ ӣ nhiӋt đӝ 200±10
o
C
 Các thông sӕ cӫa quá trình đưӧc cӕ đӏnh tӕi ưu hoá dӵa trên
thӵc nghiӋm.Sӕ lưӧng CeO
2
đưa vào khoҧng 0.1% so vӟi khӕi
lưӧng kӁm nóng chҧy.
2.4 Đһc tính hoá lý
Đӝ cӭng cӫa mүu bҵng
Vickers thӱ đӝ cӭng theo
tiêu chuҭn ASTM E 384-
899 sӱ dөng maý HMV
tác đông lӵc tҧi 50gf vӟi
thӡi gian nhҩn là 12s
Đӝ dày cӫa lӟp phӫ
đưӧc đo bҵng ASTM B
525-93. Đӝ bám dính
cӫa lӟp phӫ xác đӏnh
bӣi ASTM B 571-
79.Mүu đưӧc uӕn cong
đӃn 180
o
sau đó trӣ lҥi
vӏ tri cũ

Sӱ dөng kinh lúp đӇ kiӇm
tra trӵc quan vӃt nӭt,khuyӃt
tұt trên bӅ mһt mүu.Dӵa
trên phân tích phә cӫa
ferroxyl(Kaliferricianide,Na
triClorua,Phenolphtalein)
trên bӅ mһt sҳt.
Quan sát hình thái bӅ
mһt lӟp phӫ bҵng
cách sӱ dөng kính
hiӇn vi điӋn tӱ quét
SEM sau khi làm
sҥch bҵng nưӟc cҩt
và Axeton
Nghiên cӭu mӭc đӝ
đông nhҩt cӫa lӟp phӫ
bҵng cách khҳc lên bӅ
mһt dd HNO
3
65% và
quan sát bҵng kính hiӇn
vi
KIӆM TRA
2.5 Đһc tính điӋn hoá2.5 Đһc tính điӋn hoá
 Các lӟp phӫ đưӧc đánh giá trong các môi trưӡng khác nhau vӅ nhiӋt đӝ và nӗng đӝ Các lӟp phӫ đưӧc đánh giá trong các môi trưӡng khác nhau vӅ nhiӋt đӝ và nӗng đӝ
NaCl. NaCl. Khi đó khҧ năng bҧo vӋ cӫa lӟp phӫ đӵơc đàn giá dӵa trên tình trҥng phân rã
cӫa mүu và các nghiên cӭu phân cӵc.
 Mүu đưӧc nhúng trong dung dӏch NaCl 3.5% làm mӝt điӋn cӵc,thêm mӝt điӋn cӵc
calomen bão hoà và áp đһt vào hӋ mӝt điӋn thӃ.Khi đó theo dõi sӵ thay đәi cân bҵng hӋ
liên tөc trong 30 ngày.

 Phun muӕi thӱ nghiӋm đưӧc thӵc hiӋn theo tiêu chuҭn ASTM B 117, sӱ dөng dung dich
NaCl 5% ӣ 30
o
C trong thӡi gian 15 ngày.Các mүu đӵơc rӱa vӟi ammoniumpersunfat
((NH
4
)
2
S
2
O
8
) 10%,sҩy khô và cân.
 Nghiên cӭu phân cӵc anot đưӧc thӵc hiӋn bҵng cách sӱ dөng hӋ thӕng :mүu thép 1cm
2
làm viêc như mӝt điӋn cӵc,mӝt điên cӵc Pt,và mӝt điӋn cӵc calomel bão hoà nhúng trong
dd NaCl vӟi mұt đӝ dòng là 150mA/cm
2
.
 Sӱ dөng Autolab PGSTAT 30 đӇ phân tích trӣ kháng:dd NaCl 3.5 %,các điӋn cӵc
Ag/AgCl,Pt và mүu 1cm
2
.các phân tích trӣ kháng đưӧc thӵc hiӋn ӣ dҧi tҫn sӕ 1-10 MHz sau
30 phút tiӃp xúc cӫa mүu trong dd điӋn phân.
3. KӃt qӫa và thҧo luұn3. KӃt qӫa và thҧo luұn
3.1 Tiêu chuҭn cӫa quá trình nhúng nóng3.1 Tiêu chuҭn cӫa quá trình nhúng nóng
3.3 Đһc tính điӋn hoá
3.3.1 OCP phân tích sâu
3.3.2 Phân cӵc anot
3.3.3 Muӕi phun thӱ nghiӋm

3.3.4 Phân tích trӣ kháng
3.2 Đһc tính hoá lý
3.1 Tiêu chuҭn cӫa quá trình nhúng nóng3.1 Tiêu chuҭn cӫa quá trình nhúng nóng
 Các hҥt nano CeOCác hҥt nano CeO
22
đã đưӧc chuҭn bӏ như mô tҧ trong phҫn 2.1 và đã đưӧc chuҭn bӏ như mô tҧ trong phҫn 2.1 và
tăng tӍ lӋ khác nhau vào kӁm nóng chҧy.Sau khi tiӃn hành nghiên tăng tӍ lӋ khác nhau vào kӁm nóng chҧy.Sau khi tiӃn hành nghiên
cӭu sơ bӝ vӟi nhiӅu loҥi thép,và quan sát đưӧc rҵng thép có thành cӭu sơ bӝ vӟi nhiӅu loҥi thép,và quan sát đưӧc rҵng thép có thành
phҫn đưӧc diӉn ta trong phҫn 2.2 cho lӟp phӫ tӕt nhҩt. phҫn đưӧc diӉn ta trong phҫn 2.2 cho lӟp phӫ tӕt nhҩt.
 Các tҳm nhúng nóng ӣ nhiӋt đӝ và thӡi gian đã đưӧc xác đӏnh
dӵa vào thӵc nghiӋm cho kӃt quҧ tӕt nhҩt.
 Trong sӕ tҩt cҧ các lӟp phӫ nghiên cӭu thì CeO
2
0.1% cho hiӋu
suҩt mҥ cao và lӟp phӫ bҧo vӋ tӕt nhҩt.Do đó nó đưӧc chӑn cho các
nghiên cӭu chi tiӃt.
3.2 Đһc tính hoá lý
Lӟp phӫ Đӝ cӭng Đӝ dày Sӵ bám chһt Rә khí
tӕc đӝ ăn
mòn
HVN
ȝ
m g/cm
3
/h
Zn nguyênchҩt
55 47
tӕt có
12.99*10
-6

Zn+0.01%Ce
2
57 48
rҩt tӕt có ít
11.12*10-
6
Zn+0.1%CeO
2
59 50
rҩt tӕt không
10.46*10
-6
Zn+ 1%CeO
2
60 51
rҩt tӕt có ít
10.25*10
-6
 Phân tích hoá lý khác nhau đã đưӧc tiӃn hành nhҵm đánh giá vai trò cӫa CeO
2
vӅ
viӋc tăng cưӡng tính cơ hӑc vұt lý cӫa lӟp phӫ.KӃt qӫa đưӧc so sánh ӣ bҧng:
 Mӭc đӝ kӃt dính giӳa lӟp phӫ hӧp kim và thép đã đưӧc kiӇm tra rҩt tӕt như
không có vӃt nӭt thұm chí uӕn lên tӟi 180
o
. Đó là do phҧn ӭng tӕt hӧp kim giӳa lӟp
phӫ và kim loҥi cơ bҧn.
 Các CeO
2
kӃt hӧp lӟp phӫ cho thҩy giá trӏ đӝ cӭng cũng đưӧc cҧi thiӋn hơnn so

vӟi lӟp phӫ kӁm nguyên chҩt Quan sát thҩy rҵng sӵ kӃt hӧp cӫa CeO
2
co ҧnh hưӣng
thuұn lӧi vӅ đӝ dày cӫa lӟp phӫ.
 Bҧn chҩt xӕp cӫa lӟp phӫ đưӧc thӱ nghiӋm bҵng ferroxyl cho thҩy không có phә
màu xanh trên bӅ mһt lӟp phӫ chӭng tӓ có ít rӛ xӕp tӵ nhiên.Hình thái bӅ mһt lӟp phӫ
đưӧc ghi lҥi bҵng SEM:
a)Zn nguyên chҩt b)Zn +0.1%CeO
2
c)lӟp bên trong Zn nguyên chҩt d)lӟp trong có 0.1%CeO
2
a)Zn nguyên chҩt b)Zn +0.1%CeO2 c)lӟp bên trong Zn nguyên chҩt d)lӟp trong có 0.1%CeO2
3.3 Đһc tính điӋn hoá
 3.3.1 OCP phân tích sâu
 Giám sát cӫa OCP là mӝt đo lưӡng nhҥy cҧm đӇ phát hiӋn các giai đoҥn giҧi thӇ khác
nhau cӫa lӟp phӫ trong thӡi gian thӱ nghiӋm ngâm lâu dài.OCP là khҧ năng cân bҵng
cӫa các điӋn cӵc khi không có dòng chҥy trong hӋ thӕng.
 Vào cuӕi thӡi gian 30 ngày,tӍ lӋ ăn mòn xác đӏnh là 10.21*10-6g/cm
2
h và 8.31*10-6
g/cm
2
h cho lӟp phӫ kӁm nguyên chҩt và lӟp có thêm 0.1% CeO
2
. Tҩt cҧ các quan sát này
cho thҩy các yêu cҫu cӫa mӝt nӗng đӝ tӕi ưu cӫa CeO
2
trong lӟp phӫ.
 Trong nhӳng ngày đҫu tiên,tҩt cҧ các lӟp phӫ cӫa mүu giҧi thӇ nhanh. ĐiӅu này xҧy ra
do sӵ bҧo vӋ hi sinh cӫa các lӟp kӁm bên trong.Khi giҧi thӇ tiӃn triӇn,sӵ cân băng chuyӇn

nhiӅu đӃn khu vӵc anot.Trong trưӡng hӧp cӫa CeO
2
0.1% thì cân bҵng әn đӏnh đã đưӧc ghi
nhұn lên đӃn 20 ngày và sau đó nó dӏch chuyӇn nhҽ. ĐiӅu này có thӇ đưӧc quy cho mӝt cҩu
trúc lӟp phӫ tӕt hơn và mӝt rào cҧn tăng cưӡng bҧo vӋ đưӧc cung cҩp bӣi các lӟp bên trong
có chӭa CeO
2
. Do các yӃu tӕ này,lӟp phӫ kӃt hӧp CeO
2
0.1% cho thҩy sӵ dӏch chuyӇn ít
nhҩt và hiӋu suҩt tӕt nhҩt so vӟi các mүu khác.
3.3.2 Phân cӵc anot
 KӃt qӫa cӫa OCP phân tích đưӧc xác nhұn thêm bҵng cách nghiên cӭu KӃt qӫa cӫa OCP phân tích đưӧc xác nhұn thêm bҵng cách nghiên cӭu
phân cӵc.Các nghiên cӭu đã tìm ra sӵ tương quan chһt chӁ vӟi phân tích phân cӵc.Các nghiên cӭu đã tìm ra sӵ tương quan chһt chӁ vӟi phân tích
OCP phân cӵc.OCP phân cӵc.
 Các lӟp phӫ kӁm nguyên chҩt cho mӝt phân cӵc rҩt cao so vӟi lӟp phӫ CeO
2
kӃt hӧp.Lӟp phӫ vӟi 0.1% CeO
2
cho sӵ phân cӵc ít nhҩt trong sӕ các lӟp phӫ
nghiên cӭu.Cҧ hai lӟp phӫ chӭa 0.01% và 1% CeO
2
cũng có phân cӵc nhӓ hơn so
vӟi lӟp phӫ kӁm nguyên chҩt.
3.3.3 Muӕi phun thӱ nghiӋm
 Tҩt cҧ các lӟp phӫ đã bӏ đӅu đưӧc thӱ nghiӋm phun muӕi đӇ kiӇm tra ҧnh hưӣng cӫa đӝ ҭm
và sӵ tұp trung ion tích cӵc(Cl).Sӵ kiӇm tra đưӧc thӵc hiӋn trong mӝt buӗng phun có 5%
muӕi NaCl tҥi nhiӋt đӝ 30
o
C.Các OCP cӫa mүu vұt đã đưӧc theo dõi liên tөc lên đӃn 360h.

trong trưӡng hӧp cӫa các lӟp phӫ có chӭa 0.01% và 1% CeO
2
,rӍ sét hình thành chӍ sau 80h
tiӃp xúc và 150h cho các lӟp phӫ chӭa 0.1% CeO
2
. Tuy nhiên bӅ mһt cӫa lӟp phӫ chӭa 0.1%
CeO
2
không giӕng như trương hӧp cӫa phӫ kӁm tinh khiӃt và các lӟp phӫ có thành phҫn CeO
2
khác. Đó là do hàng rào bҧo vӋ hiӋu quҧ đưӧc cung cҩp bӣi lӟp bên trong đưӧc làm giàu vӟi
CeO
2
.
 Sau 240h,các điӇm đӓ cô lұp đã đưӧc tìm
thҩy trên bӅ mһt lӟp phӫ kӁm nguyên chҩt và
lӟp phӫ chӭa 0.01%CeO
2
,cho thҩy kim loҥi
nӅn đã bӏ ăn mòn.Sau 15 ngày ngâm trong dd
NaCl 5%,tӍ lӋ ăn mòn cӫa kӁm tinh khiӃt và
phӫ 0.1%CeO
2
kӃt hӧp đưӧc xác đӏnh là
12.99*10
-6
g/cm
2
h và 10.46*10
-6

g/cm
2
h. Qua
các phân tích cho thҩy lӟp phӫ chӭa
0.1%CeO
2
cho kӃt quҧ tôt nhҩt.
3.3.4 Phân tích trӣ kháng
 Đo trӣ kháng đưӧc thӵc hiӋn đӇ phân tích nhӳng ҧnh hưӣng phө gia bӅ mһt Đo trӣ kháng đưӧc thӵc hiӋn đӇ phân tích nhӳng ҧnh hưӣng phө gia bӅ mһt
trên hành vi điӋn hoá cӫa lӟp phӫ.trên hành vi điӋn hoá cӫa lӟp phӫ.
 Qua biӇu đӗ không thӇ đánh giá sӵ khác biӋt trong hình dҥng chung cӫa biҿu đӗ
trӣ kháng.Tuy nhiên có sӵ khác biӋt vӅ đӝ phân cӵc các giá trӏ điӋn trӣ(R
p
).Ta
có:I
corr
=B/2.303R
p
vӟi B=b
a
b
c
/b
c
+b
c
trong đó:I
corr
dòng mұt đӝ ăn mòn(A/cm
2

) ,B
hӋ sӕ Tafel,b
c
,b
a
đӝ dӕc tafel catot và anot,R
P
phân cӵc kháng (ȍcm
2
)
 Các lӟp phӫ kӁm có chӭa
0.1% CeO
2
có giá trӏ R
p
cao
86.85(ȍcm
2
) trong khi kӁm tinh
khiӃt chӍ 82.03 (ȍcm
2
) . ĐiӅu
này cho thҩy hiӋu quҧ hàng rào
bҧo vӋ đưӧc cung cҩp bӣi các
lӟp phӫ 0.1%CeO
2
tӕt hơn do ít
rә xӕp.các hӧp chҩt Xeri ӭc chӃ
catot và có xu hưӟng làm chұm
quá trình oxi hoá cӫa kim loai

nӅn.
4. 4. KӃt luұn
 Tính chҩt hoá lý cӫa lӟp phӫ kӁm nhúng nóng đã Tính chҩt hoá lý cӫa lӟp phӫ kӁm nhúng nóng đã
đưӧc cҧi thiӋn bӣi phương tiӋn kӃt hӧp CeOđưӧc cҧi thiӋn bӣi phương tiӋn kӃt hӧp CeO
22
nano trong nano trong
ma trұn.ma trұn.
 BӅ mһt hình thái và cҩu trúc cӫa các lӟp bên trong BӅ mһt hình thái và cҩu trúc cӫa các lӟp bên trong
cӫa lӟp phӫ kӁm đã đưӧc cҧi thiӋn đáng kӇ do sӵ kӃt cӫa lӟp phӫ kӁm đã đưӧc cҧi thiӋn đáng kӇ do sӵ kӃt
hӧp CeOhӧp CeO
22

 Các kӃt hӧp vӟi 0.1% CeOCác kӃt hӧp vӟi 0.1% CeO
22
trong lӟp phӫ đã đӵӧc trong lӟp phӫ đã đӵӧc
tìm thҩy sӁ đưӧc tӕi ưu hoá.Nó thӇ hiӋn hiӋu suҩt tӕt tìm thҩy sӁ đưӧc tӕi ưu hoá.Nó thӇ hiӋn hiӋu suҩt tӕt
hơn và bҧo vӋ hàng rào mҥ so vӟi lӟp phӫ kӁm nguyên hơn và bҧo vӋ hàng rào mҥ so vӟi lӟp phӫ kӁm nguyên
chҩt và các chҩt phӫ kӃt hӧp vӟi nӗng đӝ khác cӫa chҩt và các chҩt phӫ kӃt hӧp vӟi nӗng đӝ khác cӫa
CeOCeO
22

Xin cám ơn sӵ theo dõi cӫa Xin cám ơn sӵ theo dõi cӫa
thҫy và các bҥn !!!thҫy và các bҥn !!!