Nghiên cứu tổng hợp chất màu cỡ nano trên cơ sở kẽm ferit và ứng dụng

MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các ký hiệu, hình ảnh, phụ lục
MỞ ĐẦU

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

2

1.1 Giới thiệu về công nghệ nano

2

1.1.1. Xuất phát điểm công nghệ nano

2

1.1.2. Vật liệu nano

3

1.1.3. Hóa học nano

5

1.1.4. Ứng dụng công nghệ nano

5

1.2. Giới thiệu về chất màu vô cơ

8

1.2.1 Giới thiệu về màu sắc
1.2.2. Chất màu trên cơ sở spinen kẽm ferit

14

1.2.2.1 Giới thiệu về spinen và ứng dụng

20

1.2.2.2 Tổng hợp vật liệu ZnFe2O4

20
22

1.3 Giới thiệu về sơn
1.3.1. Thành phần cơ bản của sơn

8

22

1.3.2. Yêu cầu về chất lượng của sơn

23

1.3.3. Sơn alkyd
CHƢƠNG 2. CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

24
27

2.1. Thiết bị, dụng cụ và hóa chất thí nghiệm

27

2.1.1. Thiết bị dụng cụ thí nghiệm

27

2.1.2. Hóa chất thí nghiệm

27

2.2. Tổng hợp kẽm ferrit theo phương pháp phân hủy nhiệt tiền chất muối

27

2.3. Pha chế chất màu kẽm ferit vào trong sơn alkyd, đánh giá khả năng

29

1


chống ăn mòn của sơn
2.4. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu

29

2.4.1. Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD)

29

2.4.2. Phương pháp phân tích nhiệt (DTA)

30

2.4.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)

31

2.4.4. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)

32

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu tổng hợp chất màu kẽm ferit ZnFe2O4 theo phương pháp
phân hủy nhiệt tiền chất muối, có mặt gôm arabic
3.2. Nghiên cứu tổng hợp chất màu kẽm ferit ZnFe2O4 theo phương pháp
phân hủy nhiệt tiền chất muối có mặt PVA
3.3. Nghiên cứu tổng hợp chất màu kẽm ferit ZnFe2O4 theo phương pháp

phân hủy nhiệt tiền chất muối có mặt axit xitric.
3.4. Nghiên cứu tổng hợp kẽm ferit pha tạp mangan dạng ZnFe2-xMnxO4
3.5. Thử nghiệm ứng dụng kẽm ferrit làm chất tạo màu, phụ gia chống ăn
mòn trong sơn alkyd

33
33

43

45
49
54

KẾT LUẬN

57

TÀI LIỆU THAM KHẢO

58

PHỤ LỤC

2


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

1

Bảng 1.1 Màu của các chất theo bước sóng ánh sáng bị hấp thụ

11

2

Bảng 1.2 Một số loại bột màu vô cơ thường dùng

13

3

Bảng 1.3 Tính chất của một số spinen

18

4

Bảng 1.5 Thành phần sơn alkyd chống gỉ SAKT 18-02

25

5

Bảng 1.6 Chất lượng một số hệ sơn phủ bảo vệ chống ăn mòn

25

6

Bảng 3.1 Thành phần phối liệu các mẫu TC 1 – 4

33

7

Bảng 3.2 Một số thông số về phổ XRD

38

8

Bảng 3.3 Một số thông số về phổ XRD của các mẫu 1.9 – 4.9

41

9

Bảng 3.4 Thành phần phối liệu các mẫu TC 5 – 7

44

10

Bảng 3.5 Thành phần phối liệu các mẫu TC 8 – 10

46

11

Bảng 3.6 Thành phần phối liệu các mẫu TC11-13

50

12

Bảng 3.7 Một số thông số về phổ XRD của các mẫu 11.8 -13.8

52

3


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, HÌNH ẢNH VÀ PHỤ LỤC
STT

Ký hiệu, hình ảnh và phụ lục

Trang

1

DTA - Phương pháp phân tích nhiệt

2

SEM - Scanning Election Microscopy (Kính hiển vi điện tử quét)

3

IR - Ifrared spectrocopy (Quang phổ hồng ngoại)

4

XRD - X-ray Difraction (Nhiễu xạ tia X)

5

Hình 1.1 Sóng ánh sáng

8

6

9

7

Hình 1.2 Cơ chế tương tác của photon với chất rắn
Hình 1.3 Tế bào mạng của spinen

15

8

Hình 2.1 Sơ đồ tổng hợp kẽm ferrit theo phương pháp

28

phân hủy nhiệt tiền chất muối
9

Hình 3.1 Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu TC1

34

10

Hình 3.2 Dạng bề ngoài của mẫu 1.8-4.8

35

11

Hình 3.3, 3.4,3.5, 3.6 Phổ XRD của mẫu 1.8-2.8-3.8-4.8

15

Hình 3.7 Dạng bề ngoài của mẫu 1.9-4.9

18

Hình 3.10, 3.11 Phổ XRD của mẫu 3.9-4.9

40-41

19

Hình 3.12, 3.13, 3.14, 3.15 Ảnh SEM mẫu 1.8-2.8-3.8-4.8

42-43

20

Hình 3.16 Dạng bề ngoài của mẫu 5.8-7.8

44

21

Hình 3.17, 3.18, 3.19 Ảnh SEM mẫu 5.8-6.8-7.8

45

22

Hình 3.20 Dạng bề ngoài của các mẫu 8.8-10.8

46

23

Hình 3.21 Phổ XRD mẫu 10.8

47

24

Hình 3.22, 3.23, 3.24 Ảnh SEM mẫu 8.8-9.8-10.8

47

25

Hình 3.25 Phổ IR của mẫu 6.8

48

26

Hình 3.26 Phổ IR của mẫu 6.8

49

27

Hình 3.27 Dạng bề ngoài của các mẫu 11.8-13.8

50

28

Hình 3.28, 3.29, 3.30 Phổ XRD của mẫu 11.8-12.8-13.8

51

29

Hình 3.31 Phổ IR của mẫu 13.8

53

4

36-37
39


MỞ ĐẦU
Khoa học nano đã bắt đầu từ thập kỷ 60 của thế kỷ trước, trong những năm
gần đây khoa học và công nghệ nano phát triển, bùng nổ. Các chuyên gia dự báo
rằng, công nghệ nano sẽ là một trong những ngành công nghệ đột phá, có tác dụng
tích cực nhất trong vòng 25 năm tới đối với nền kinh tế thế giới.
Rất nhiều phương pháp nghiên cứu hiện đại ra đời để phục vụ cho lĩnh vực
này như: phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử truyền qua
(TEM), kính hiển vi điện tử quét (SEM) … Điều này sẽ tạo tiền đề cho sự phát triển
mạnh mẽ của công nghệ nano và đưa hướng nghiên cứu vật liệu nano thành nhiệm
vụ hàng đầu.
Vật liệu nano có những tính năng ưu việt như có độ bền cơ học cao, tính chất
điện quang nổi trội, hoạt tính xúc tác cao, khả năng phân tán … Vì vậy, vật liệu
nano được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như điện tử, quang điện tử, công nghệ
thông tin và truyền thông cũng như sinh học, y học, môi trường, công nghệ vật liệu
mới, công nghệ quân sự, công nghệ vũ trụ....
Nghiên cứu tổng hợp chất màu cỡ nano là một hướng nghiên cứu khá thú vị.

Bởi khi dùng loại chất màu này trong sản xuất các loại sơn đặc biệt thì đây là một
dạng chất màu có nhiều tính năng ưu việt hơn nhiều so với chất màu thông thường.
Nó có khả năng tạo ra màng sơn mỏng hơn, khả năng phân tán cao trong sơn, khả
năng chống ăn mòn cao cho bề mặt cần bảo vệ, khả năng hấp thụ được sóng rada
khi làm vật liệu ngụy trang và nhiều ứng dụng khác nữa.
Xuất phát từ những nhận định trên, nên việc thực hiện “Nghiên cứu tổng
hợp chất màu cỡ nano trên cơ sở kẽm ferit và ứng dụng ” là một việc làm cần thiết
Nhiệm vụ của luận văn là:
- Nghiên cứu tổng hợp chất màu ZnFe2O4 theo phương pháp phân hủy nhiệt
tiền chất muối, có hoặc không có mặt gôm arabic, PVA, axit xitric.
- Nghiên cứu tổng hợp chất màu ZnFe2O4 pha tạp mangan theo phương pháp
phân hủy nhiệt tiền chất muối.
-. Ứng dụng làm phụ gia chống ăn mòn trong chế tạo sơn alkyd.

1


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về công nghệ nano
1.1.1. Xuất phát điểm của công nghệ nano
Năm 1959 giáo sư Richard Feynman (Viện kỹ thuật Massatchusets-MIT) đề
ra một thuyết táo bạo: "Thay vì phân chia vật chất, tại sao chúng ta không đi từ cái
vô cùng nhỏ?". Mười năm sau, sinh viên Eric Drexler nghĩ ra thuật ngữ
Nanotechnologie. Năm 1985, 2 nhà nghiên cứu Gerd Bining (Đức) và Heinrich
Rohrer (Thuỵ Sỹ) tạo ra kính hiển vi, có khả năng nhìn những vật chỉ nhỏ bằng 1/25
kích thước phân tử. Một năm sau, họ đoạt giải Nobel. Năm 1990, một nhà nghiên
cứu của hãng IBM Don Eigler mới đạt được những thành công từ kỹ thuật nano, đã
vẽ lại được biểu tượng của nhiều công ty bằng những dạng vật chất siêu nhỏ, từ kỹ
thuật siêu nhỏ. Từ đó nano xem như được công chúng biết đến.
Công nghệ nano thuộc vào lĩnh vực khoa học và công nghệ ở quy mô nano

của các nguyên tử và phân tử. Những tính chất của vật chất trong lĩnh vực này có
thể được quan sát và khảo sát ở quy mô vi mô hoặc vĩ mô và được ứng dụng để phát
triển các nguyên liệu, dụng cụ với những chức năng và tính năng mới. Trong công
nghệ nano, nghiên cứu và sử dụng các hệ bao gồm các cấu tử có kích thước
nanomet (10-9m) với cấu trúc phân tử hoàn chỉnh trong việc chuyển hoá vật chất,
năng lượng và thông tin. Trước đây, thuật ngữ này được sử dụng với ý nghĩa hẹp
hơn, ám chỉ các kỹ thuật sản xuất và đo đạc các thực thể với kích thước nhỏ hơn
100 nm.
Như vậy, theo định nghĩa thì công nghệ nano không phải là công nghệ bao
hàm nghiên cứu cơ bản về cấu tử có độ lớn nằm giữa 1 nm và 100 nm. Để hiểu rõ
hơn định nghĩa, ta có thể nêu ra một số ví dụ của thế giới nano. Chẳng hạn những
hạt muội than (chúng cỡ vài vài trăm nm) từ một thế kỷ nay là phụ gia không thể
thiếu cho vật liệu cao su làm lốp xe vì nó tạo độ bền cần thiết cho vật liệu. Vậy từ
lâu vật liệu nano đã đi vào cuộc sống thường nhật của chúng ta. Một số chất dùng

2


trong tiêm chủng cũng thuộc “nano” bởi vì chúng chứa một hoặc một vài chủng
protein, nghĩa là các phần tử vi mô ở cỡ nanomet nhưng chúng ta không thể xếp
chúng vào công nghệ nano được.
1.1.2. Vật liệu nano
Công nghệ nano không thể xuất hiện nếu như không có vật liệu nano. Khó có
thể xác định chính xác thời điểm xuất hiện của khoa học vật liệu nano, song người
ta nhận thấy rằng vài thập niên cuối của thế kỷ XX là thời điểm mà các nhà vật lý,
hoá học và vật liệu học quan tâm mạnh mẽ đến việc điều chế, nghiên cứu tính chất
và những sự chuyển hoá của các phần tử có kích thước nano. Đó là do các phần tử
nano biểu hiện những tính chất điện, hoá, cơ, quang, từ ... khác rất nhiều so với vật
liệu khối thông thường. Ví dụ fulleren C60 gồm 12 mặt ngũ giác đều, 20 mặt lục
giác đều, mỗi C có lai hoá sp2, do đó có hệ electron  giải toả đều cả mặt trong và

mặt ngoài của phân tử hình cầu, tương tự như hệ electron  giải toả trên lớp graphit.
Người ta xem fulleren là dạng hình cầu của graphit. C60 kết tinh dạng tinh thể lập
phương tâm diện màu đỏ tía, tan tốt trong dung môi không phân cực, có khả năng
thăng hoa. Tinh thể C60 được biến tính bởi kim loại kiềm hay kiềm thổ (K3C60,
CsRb2C60) có tính siêu dẫn ở nhiệt độ cao (333K). Màng mỏng C60 có thể bị hidro
hoá, metyl hoá, halogel hoá, trong đó các nhóm thế nằm ở mặt ngoài. Nó tạo thành
phức

chất

với

kim

loại

chuyển

tiếp

như

C60O2Os2(4-t-butylpyridin)2,

C60Ir(CO)Cl(PH3)2 ...
Khái niệm vật liệu nano tương đối rộng, chúng có thể là tập hợp các nguyên
tử kim loại hay phi kim, oxit, sunfua, cacbua, nitrua ... có kích thước trong khoảng
1-100 nm; Đó cũng có thể là các vật liệu xốp với đường kính mao quản dưới 100
nm (zeolit, photphat và cacboxylat kim loại). Như vậy, vật liệu nano có thể thuộc
kiểu siêu phân tán hay hệ rắn với độ xốp cao.

Có thể nhận thấy rằng ở vật liệu nano, do kích thước hạt vô cùng nhỏ (chỉ
lớn hơn kích thước phân tử 1 – 2 bậc) nên hầu hết các nguyên tử tự do thể hiện toàn
bộ tính chất của mình khi tương tác với môi trường xung quanh. Trong khi ở vật

3


liệu thông thường chỉ có một số ít nguyên tử nằm trên bề mặt, còn phần lớn các
nguyên tử nằm sâu trong thể tích của vật, bị các nguyên tử ở lớp ngoài che chắn. Do
đó có thể chờ đợi ở các vật liệu nano những tính chất khác thường sau:
- Tương tác của các nguyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởng bởi
các biến đổi trong phạm vi thang nano, do đó khi làm thay đổi cấu hình của vật liệu
ở thang nano ta có thể điều khiển được các tính chất của vật liệu theo ý muốn mà
không cần thay đổi thành phần hoá học của nó.
- Vật liệu có cấu trúc nano có tỷ lệ diện tích bề mặt rất lớn nên chúng là vật
liệu lý tưởng để làm xúc tác cho các phản ứng hoá học, thiết bị lưu trữ thông tin.
Các chất xúc tác có cấu trúc nano sẽ làm tăng hiệu suất của các phản ứng hoá học,
và các quá trình cháy đồng thời sẽ làm giảm tới mức tối thiểu phế liệu và các chất
khí gây hiệu ứng nhà kính. Hơn nữa một nửa số dược phẩm mới đang dùng để chữa
trị hiện nay đều ở dạng các hạt có kích thước micromet và không tan trong nước,
nhưng nếu kích thước được giảm xuống thang nanomet thì chúng sẽ rất dễ dàng
được hoà tan. Vì vậy, vật liệu nano sẽ tạo ra một sự phát triển mạnh mẽ trong việc
sản suất các loại thuốc mới với hiệu quả cao và dễ sử dụng hơn .
- Tốc độ tương tác, truyền tin giữa các cấu trúc nano nhanh hơn rất nhiều so
với cấu trúc micro và có thể sử dụng tính chất ưu việt này để chế tạo ra hệ thống
thiết bị truyền tin nhanh với hiệu quả năng lượng cao.
- Vì các hệ sinh học về cơ bản có tổ chức vật chất ở thang nano, nên nếu các
bộ phận nhân tạo dùng trong tế bào có tổ chức cấu trúc nano bắt chước tự nhiên thì
chúng dễ dàng tương thích sinh học.
Những nghiên cứu về vât liệu nano hiện đang dừng ở mức khảo sát và thăm

dò, nghĩa là tìm phương pháp điều chế rồi khảo sát cấu tạo và tính chất sản phẩm
thu được, tích luỹ dữ kiện. Những nghiên cứu lí thuyết mô hình hoá các loại vật liệu
nano mới và tính chất của chúng đã xuất hiện nhưng chưa nhiều, kết quả chưa được
kiểm chứng vì dữ kiện thực nghiệm còn ít.
Hiện nay các vật liệu nano được phân loại như sau:
- Vật liệu nano trên cơ sở cacbon như ống cacbon

4


- Các loại vật liệu không trên cơ sở cacbon: vật liệu kim loại, vật liệu oxit,
vật liệu xốp ...
- Các phân tử tự tổ chức và tự nhận biết.
1.1.3. Hoá học nano
Hoá học nano là khoa học nghiên cứu các phương pháp tổng hợp và xác định
tính chất của vật liệu nano.
Để tổng hợp các vật liệu nano người ta có thể dùng tất cả các phương pháp
tổng hợp hoá học truyền thống như ngưng tụ pha hơi, phản ứng pha khí, kết tủa
trong dung dịch, nhiệt phân, thuỷ phân, điện kết tủa, oxi hoá, phản ứng vận chuyển,
sol – gel... Tuy nhiên, điều quan trọng nhất để tổng hợp vật liệu nano là kiểm soát
kích thước và sự phân bố theo kích thước của các cấu tử hay các pha tạo thành, do
đó các phản ứng thường được thực hiện trên khuôn (đóng vai trò như những bình
phản ứng nano) vừa tạo ra không gian thích hợp, vừa có thể định hướng cho sự sắp
xếp các nguyên tử trong phân tử hoặc giữa các các phân tử với nhau. Ngày nay
người ta đã dùng các khuôn là các ion kim loại, các mixen được tạo thành bởi các
chất hoạt động bề mặt, các màng photpholipit.
1.1.4. Ứng dụng của công nghệ nano
- Khác với các chất độn thông thường, nếu sử dụng chất độn bentonit cỡ
nano với lượng rất nhỏ thì có thể tăng tính ổn định nhiệt của polyamit thêm khoảng
500C. Nếu chỉ bổ sung các chất độn nano ở mức 2% trọng lượng của vật liệu

composit thì có thể giảm 50% độ thẩm thấu đối với oxy, CO2 và hơi nước.
- Cỡ hạt đặt biệt mịn của các chất độn bentonit cỡ nano, cho phép tạo ra các
lớp vật liệu silicat vô cơ 3 chiều, trong chất nền hữu cơ với hàm lượng chất độn chỉ
ở mức vài phần trăm trọng lượng. Khi cháy, mạng khoáng chất vô cơ này góp phần
tạo thành các vách cứng, nhờ đó ngăn lửa lan rộng. Tính chất này được áp dụng để
sản xuất các vật liệu có tính năng chống cháy.

5


- Các loại bột màu đặc biệt với khả năng hấp thụ cao (ví dụ canxi cacbonat tự
nhiên, nghiền mịn với các biến đổi đặc biệt trong cấu trúc bề mặt) đã được phát
triển cho các loại sơn đặc biệt.
Những loại bột màu đặc biệt này có tốc độ hấp thụ nhanh hơn và dung tích
lỏng lớn gấp 10 lần so với bột màu đồng nhất thông thường. Những tính chất này
rất có lợi đối với nhiều ứng dụng đòi hỏi tính hấp thụ chất lỏng cao, ví dụ các
loại mực in.
Nhiều ứng dụng đã được tiến hành trong nhiều lĩnh vực ít ai ngờ và những ý
tưởng mới và lạ nhất đang hình thành ở khắp mọi công ty lớn trên thế giới. Chẳng
hạn, những phân tử polyme siêu nhỏ và siêu bền, được dùng để chế tạo ván trượt
tuyết, giúp trượt dễ hơn. Quần áo của các vận động viên hay nhà thám hiểm cũng
được dệt từ các loại sợi nano siêu kín và siêu mỏng, chống chọi tốt với cái lạnh
khắc nghiệt của vùng cực hay đỉnh Everest. Một quả bóng tennis được chế tạo từ kỹ
thuật nano sẽ có sức chịu đựng gấp đôi so với bóng hiện nay. Dầu hay kem dưỡng
da từ nano sẽ giúp da chống lại tia cực tím một các hữu hiệu. Máy in Xerox vào
năm 2015 có kích thước chỉ bằng viên xúc xắc. Những tấm pin mặt trời hay trạm
điện mặt trời chỉ to bằng hòn tẩy. Một loạt công ty đã nhảy vào cuộc: Mitsubishi,
Motorola, Lucent, Hitachi, Nec, Sony, Microsoft, IBM. Riêng Mitsubishi đã đầu tư
hơn 100 triệu Euro cho nano đến năm 2007. Công ty này sẽ tạo ra những loại sợi
carbone nhỏ chắc hơn thép 100 lần và nhẹ hơn thép 6 lần. Hewlett - Packard cũng

không muốn chậm chân: nhà nghiên cứu Stanley Williams dang chỉ huy hệ thống
phòng thí nghiệm thử nghiệm nhiều loại chất liệu nano. Theo tạp chí Forber, giáo sư
này là một trong những cao thủ về nano của thế giới. Hiện nay, Williams đã thành
công trong việc nhét một bóng bán dẫn vào một phân tử. Một khoản ngân sách, chỉ
riêng năm 2003, đã có 3 tỷ Euro được chi ra cho những nhà nghiên cứu nano. Tạp
chí Asiaweek nhận định rằng thị trường nano chưa bùng nổ sớm tại Châu á, nhưng
Trung Quốc không muốn thua kém Nhật Bản và Ấn Độ…

6


Công nghệ nano với vấn đề môi trƣờng
Hoá học xanh và môi trường được quan tâm đặc biệt trong thời gian gần đây.
Các kim loại dạng bột mịn như Fe, Zn thể hiện hoạt tính cao với các hợp chất hữu
cơ chứa clo trong môi trường nước. Điều này dẫn tới việc sử dụng thành công loại
màng chứa cát và bột kim loại xốp để làm sạch nước ngầm. Các oxit kim loại nano
với sự phân huỷ của chất hấp phụ, do đó các vật liệu mới này được gọi là các “chất
hấp thụ phân huỷ”. Chúng được sử dụng trong việc xử lí khí, phá huỷ các chất độc
hại.
Công nghệ nano với vấn đề năng lƣợng
Nhu cầu về năng lượng là một thách thức nghiêm trọng đối với sự tồn tại và
phát triển của thế giới. Trước một thực tế là các nguồn năng lượng truyền thống
đang ngày một cạn kiệt thì việc tìm ra các nguồn năng lượng khác thay thế là một
nhiệm vụ cấp bách đặt ra. Năng lượng mặt trời có thể chuyển hoá trực tiếp thành
điện năng nhờ pin quang điện. Nguồn nhiên liệu sạch là hidro có thể được tạo ra
nhờ phản ứng quang hoá phân huỷ nước. Các quá trình trên đạt hiệu quả cao khi sử
dụng các vật liệu nano. Việc lưu trữ hidro được thực hiện khi sử dụng các vật liệu
ống nano.
Công nghệ nano với lĩnh vực vật liệu
Vật liệu composit gồm các vật liệu khác nhau về cấu trúc và thành phần, sử

dụng các hạt nano trong vật liệu composit làm tăng tính chất cơ lí, giảm khối lượng,
tăng khả năng chịu nhiệt và hoá chất, thay đổi tương tác với ánh sáng và các bức xạ
khác. Các vật liệu gốm composit được sử dụng làm lớp mạ trong điều kiện cơ, nhiệt
khắc nhiệt. Các lớp mạ tạo bởi các hạt nano có các tính chất khác thường như thay
đổi màu khi có dòng điện đi qua. Các loại sơn tường chứa các hạt nano làm tăng
khả năng chống bám bụi. Trên thị trường đã xuất hiện loại thuỷ tinh tự làm sạch do
được mạ một lớp các hạt nano chống bám bụi.

7


1.2. Giới thiệu về chất màu vô cơ
1.2.1 Giới thiệu về màu sắc
Bức

điện t
Bức xạ điện từ là sự phát và truyền năng lượng dưới dạng sóng điện từ. Mỗi

sóng gồm hai thành phần điện trường và từ trường vuông góc với nhau và vuông
góc với phương truyền.

nh

ng nh

ng

Phổ của bức xạ điện từ trải rộng từ tia γ (do các chất phóng xạ phát ra)
có bước sóng cỡ 10 -12 m, qua tia Rơnghen, tia tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy, tia
hồng ngoại và cuối cùng là sóng rađio (sóng vô tuyến điện) với bước sóng dài

105 m. Ánh sáng nhìn thấy nằm trong một vùng hẹp của phổ với bước sóng từ
0,4µm đến 0,7µm.
T nh chất h t của ánh sáng
Ánh sáng là một đề tài luôn thu hút được sự quan tâm của các nhà khoa học
trên thế giới. Đến nay lý thuyết về ánh sáng đã được làm sáng tỏ và được dùng làm
cở sở để giải thích rất nhiều hiện tượng tự nhiên. Theo quan điểm lượng tử, bức xạ
điện từ là các hạt lượng tử hay photon. Mỗi photon mang một năng lượng ε được
xác định bởi phương trình:

  h  h

8

c



(1.1)


Trong đó: h- là hằng số Plăng, giá trị h = 6,63.10-34 J.s
Như vậy, năng lượng photon tỉ lệ thuận với tần số và tỉ lệ nghịch với bước
sóng của ánh sáng.
Tƣơng tác gi a ánh sáng và vật rắn
Khi chùm photon chiếu vào một chất rắn, sự tương tác diễn ra, điều này liên
quan đến lý thuyết lượng tử. Theo nguyên lý tán xạ bức xạ điện từ của Huygen, khi
các photon đến gần tiếp xúc với một chất rắn, các vectơ điện trường và từ trường
của các photon tới cặp đôi với các vectơ điện trường và từ trường của các electron
trong các nguyên tử của chất rắn. Tương tác này gồm 4 thành phần, cụ thể là:
R - bức xạ được phản xạ,

A - bức xạ được hấp thụ,
T - bức xạ được truyền qua
S - bức xạ được tán xạ.
Cơ chế này được minh họa ở hình 1.2 như sau:

nh

C

h

ng

pho on

i h

n

Ta có Io = IR + IA + IT + IS với:
+ Io là cường độ ánh sáng tới
+ IR, IA, IT, IS là cường độ ánh sáng được phản xạ, hấp thụ, truyền qua và tán xạ

9


Trong trường hợp hấp thụ, năng lượng của photon làm thay đổi năng lượng
của nguyên tử hoặc phân tử trong chất rắn, dẫn đến làm nóng lên ở vị trí hấp thụ.
Khi photon truyền qua chất rắn (coi như chất rắn là trong suốt đối với chiều dài
sóng photon), không có tương tác nào xảy ra. Khi phản xạ (tán xạ), photon có thể va

chạm đàn hồi hoặc không đàn hồi với các nguyên tử chất rắn. Ở trường hợp va
chạm đàn hồi bước sóng không thay đổi, còn va chạm không đàn hồi làm thay đổi
bước sóng của các photon. Điều này có nghĩa là một phần năng lượng hấp thụ tạo ra
trạng thái “kích thích”, ở đó electron được chuyển lên vùng năng lượng cao hơn.
Trường hợp bước sóng photon phát ra không bị thay đổi, photon được gọi là “tán
xạ” và sự phản xạ là một va chạm đàn hồi.
Các công thức có thể áp dụng đối với các tính chất quang học của chất rắn
như sau:
Độ hấp thụ:
A = log 1 /T = log Io /I
Trong đó:

(1.2)

I: là cường độ ánh sáng đo được
Io: là cường độ ánh sáng tới

Độ truyền qua:
T = I / Io

(1.3)

Cường độ: Cường độ I được định nghĩa là năng lượng trên một đơn vị diện
tích của một chùm photon, tức là bức xạ điện từ.
Một phần cường độ ban đầu Io được hấp thụ, phần khác được truyền qua,
phần khác được tán xạ và một phần khác nữa được phản xạ. Các thành phần, S và
T, là các quá trình không phụ thuộc vào bước sóng của photon tới, trong khi R và A
chủ yếu là phụ thuộc vào bước sóng.
Trường hợp sự hấp thụ là rất nhỏ so với sự tán xạ, chất màu có màu trắng.
Trường hợp sự hấp thụ là cao hơn nhiều so với sự tán xạ ở trong vùng ánh sáng

10


nhìn thấy, chất màu có màu đen. Ở các chất màu có màu khác, sự hấp thu là chọn
lọc (phụ thuộc bước sóng). Chẳng hạn, một chất có màu lục khi chúng chỉ cho tia
màu lục đi qua hoặc nó hấp thụ tia màu đỏ và cho tất cả các tia khác đi qua . Bảng
1.1 sau chỉ ra màu của các chất theo bước sóng ánh sáng bị hấp thụ.
Bảng

Màu

h

heo b

ng nh

ng bị h p hụ

Bước sóng của
vạch hấp thụ (nm)

Năng lượng
kJ/mol

Màu của ánh sáng
bị hấp thụ

Màu của chất

<400

>299

Tia tử ngoại

Không màu

400 – 435

299 – 274

Tím

Lục – Vàng

435 – 480

274 – 249

Lam

Vàng

480 – 490

249 – 244

Lam – Lục nhạt

Cam

490 – 500

244 – 238

Lục – Lam nhạt

Đỏ

500 – 560

238 – 214

Lục

Đỏ tía

560 – 580

214 – 206

Lục – Vàng

Tím

580 – 595

206 – 200

Vàng

Lam

595 – 605

200 – 198

Cam

Lam – Lục nhạt

605 – 750

198 – 149

Đỏ

Lục – Lam nhạt

>750

<149

Tia hồng ngoại

Không màu

11

Các ngu ên t g

màu

Các nguyên tố gây màu ở các chất rắn thường là các ion kim loại chuyển
tiếp ở trạng thái oxy hóa khác nhau. Nguyên tố kim loại chuyển tiếp là các nguyên
tố mà phân lớp d hoặc f chưa được điền đầy đủ các electron. Trong bảng hệ thống
tuần hoàn các nguyên tố chuyển tiếp bắt đầu từ chu kì 4 đến chu kì 7, ở các nhóm B.
Các nguyên tố chuyển tiếp có dạng tổng quát (n-1)d1-10ns1-2, họ lantan và họ actini
có cấu hình điện tử tổng quát dạng (n-2)f1-14 (n-1)d0-1 ns2. Các dạng oxy hóa khác
nhau của các nguyên tố chuyển tiếp được hình thành bằng cách mất đi electron lớp
ngoài cùng. Dưới tác dụng của trường tinh thể có sự phân tách mức năng lượng của
các ion kim loại chuyển tiếp và do vậy chúng có khả năng hấp thụ ánh sáng trong
vùng nhìn thấy nên chúng có màu.
Trong tổng hợp chất màu, các ion kim loại chuyển tiếp được đưa vào phối
liệu dưới dạng các oxit hoặc muối có khả năng phân hủy nhiệt tạo thành oxit ở nhiệt
độ cao trong quá trình nung phối liệu màu.
Bột màu vô cơ
Bột màu vô cơ phần lớn là các oxit hay muối kim loại thêm vào với chất tạo
màng để không những làm cho bề mặt sơn được nhẵn, có màu đẹp, mà còn ảnh
hưởng nhiều đến tính chất lý hóa của màng sơn. Trong nhiều trường hợp bột màu
làm tăng sức bền cơ học, tăng tính chống ăn mòn, tăng sức chịu đựng với tác dụng
của khí quyển và một vài tính chất kỹ thuật khác.
Do đó cần lựa chọn bột màu để sử dụng cho thích hợp. Khi chọn cần căn cứ
vào các yếu tố chính sau đây.
- Khả năng phủ là số lượng bột màu cần thiết để phủ lên 1 m2 bề mặt sơn.
Muốn cho khả năng phủ của bột màu lớn thì bột màu không nên quá mịn, kích
thước hạt không nên dưới 0,5 - 1µm mà cần chỉ cần có độ mịn vừa phải, kích thước

hạt 0,5 - 10 µm.
- Độ ngấm dầu là hàm lượng tính bằng gam cần dùng để ngấm với 100 gam
bột màu thành một loại bột nhão. Độ ngấm dầu càng bé càng tốt vì sẽ tiêu tốn ít dầu

12


để ngấm bột dầu. Có thể căn cứ vào độ ngấm dầu để xác định lượng dầu phải dùng khi
sản xuất sơn màu. Trong thức tế lượng dầu cần dùng thường gấp đôi độ ngấm dầu.
- Độ mịn của bột màu có ảnh hưởng nhiều đến phẩm chất của màng sơn mà
đặc biệt là ảnh hưởng đến khả năng phủ của bột màu.
Bảng .2 Mộ ố loại bộ màu ô

h ờng dùng

Thành phần chủ
ếu

Kh i
lƣợng
riêng

ZnS+BaSO4

4,18-4,30

2PbCO3.Pb(OH)2

6,7-6,86

ZnO

5,66

- Bary sunfat

BaSO4

4,35-4,49

- Titan dioxyt

TiO2

3,85-3,9

- Bột nhôm

Al

2,64

- Bột kẽm

Zn

7,06

Dùng sơn nền chống gỉ

94% C

1,6-2

Dùng sơn nền chống gỉ

Pb

11,344

Tên bột màu

Tác dụng và ph m vi
sử dụng

1. Bột màu trắng
- Litopon
- Chì cacbonat
- Kẽm oxyt

Bột màu dùng cho các
loại sơn trong nhà
Dùng cho sơn bền với
tác dụng của thời tiết
Bột màu phổ biến

2. Bột màu xám

3. Bột màu đen
- Muội than

- Bột chì
4. Bột màu vàng
- Chì cromat
- Bột kẽm-crom
5. Bột màu đỏ, da
cam
- Quặng sắt mumia

PbCrO4

6-6,12

mZnOnCrO3.qK2O
pH2O

Fe2O3

13

Dùng làm sơn nền chống
gỉ trên nhôm và kim loại
khác


- Xuric chì

Pb3O4

8,8

Mn2O3nH2O

4,2-4,4

Bột màu chống gỉ tốt
nhất

6. Bột màu nâu
- Mangan oxyt
7. Bột màu tím
- Phế phẩm pyrit

Fe2O3

4,95

Dùng phổ biến, bền với
kiềm mà không bền với
axit

K4Fe(CN)6 với
K3Fe(CN)6

1,85

Bền với ánh sáng và thời
tiết

Cr2O3

4,95-5,21

Dùng phổ biến không
bền với kiềm.

8. Bột màu xanh lá
cây
- Milori
9. Bột màu xanh da
cam
- Crôm oxyt

1.2.2. Chất màu trên cơ sở spinen kẽm ferit
1.2.2.1 Giới thiệu về spinen và ứng dụng
Spinen là tên gọi khoáng vật có công thức MgAl2O4. Có thể xem spinen như
là hợp chất của hai oxit: oxit bazơ của kim loại hoá trị 2 và oxit lưỡng tính của kim
loại hóa trị 3.
MgO + Al2O3 = MgAl2O4
Spinen là đại diện cho một loạt các hợp chất có công thức tổng quát AB2O4.
Trong đó A là cation hoá trị 2 và B là cation hoá trị 3. Mạng lưới spinen gồm các
ion oxi gói ghém chắc đặc lập phương mặt tâm, các cation A2+ và B3+ được sắp xếp
vào các hốc tứ diện và bát diện (T+, T−, O). Mỗi tế bào mạng gồm 8 phân tử
AB2O4, nghĩa là có 8 khối lập phương bé (hình 1.3) trong đó có 32 ion oxi, 8 cation
A2+ và 16 cation B3+ Ta có thể tính toán số cation, số anion và số hốc tứ diện T, số
hốc bát diện O khi tưởng tượng ghép 8 khối lập phương tâm mặt lại với nhau.

14


Hình 1.3 T bào mạng

pinen

Số ion oxi gồm:
8 đỉnh của lập phương lớn:

8 × 1/8 = 1

6 mặt lập phương lớn :

6 × 1/2 = 3

12 mặt nhỏ trong lập phương: 12 × 1

= 12

24 mặt nhỏ phía ngoài :

24 × 1/2 = 12

12 cạnh của lập phương lớn:

12 × 1/4 = 3

Tâm của lập phương lớn

=1

Như vậy tổng số có 32 oxi
Số hốc T (còn gọi là phân mạng A). Mỗi lập phương nhỏ có 8 hốc tứ diện

nằm trong lập phương đó. Tế bào mạng spinen có 8 lập phương nhỏ. Như vậy mỗi
tế bào spinen có 8 ×8 = 64 hốc T.
Số hốc O (còn gọi là phân mạng B) gồm:
8 tâm của 8 lập phương bé:

8×1 = 8

24 cạnh biên của lập phương bé: 24 × 1/4 = 6
24 cạnh giữa của 6 mặt biên:

24 × 1/2 = 12

6 cạnh nằm trong lập phương:

6×1 =6

Như vậy, mỗi tinh thể spinen có 64 + 32 = 96 hốc T và O. Mà số cation chỉ
có 8 + 16 = 24 cation. Nghĩa là chỉ 1/4 số hốc trống chứa cation, còn 3/4 hốc
trống để không.

15


Nếu 8 cation A nằm trong 8 hốc trống T, còn 16 cation B nằm vào hốc O thì
gọi là mạng lưới spinen thuận, ký hiệu A[BB]O4. Nếu 8 cation A nằm trong 8 hốc
trống O, còn 16 cation B phân làm hai: 8 cation nằm vào hốc T, 8 cation nằm vào
hốc O thì gọi là spinen nghịch đảo, ký hiệu B[A.B]O4.
Nếu 24 cation A và B được phân bố một cách thống kê vào các hốc T và hốc
O thì gọi là spinen trung gian.
Kết quả nghiên cứu cho thấy cấu trúc lập phương tâm mặt của phân mạng

oxi bị biến dạng khi cation chui vào hốc T và hốc O. Thể tích hốc T bé hơn thể tích
hốc O nên khi cation chui vào phân mạng A làm cho không gian của hốc T tăng lên
bằng cách nới rộng cả 4 ion oxi (giãn nở không gian tứ diện). Để đặc trưng cho sự
giãn nở không gian tứ diện người ta đưa vào một khái niệm gọi là thông số oxi.
Thông số oxi được xác định bằng phương pháp ghi giản đồ nhiễu xạ tia X hoặc giản
đồ nơtron. Sự chuyển dịch ion oxi như vậy làm tăng thể tích không gian tứ diện và
giảm thể tích không gian bát diện, kết quả làm cho thể tích của chúng gần bằng
nhau.
Mối liên hệ giữa thông số oxi (W) và kích thước hốc T (rA), kích thước hốc
trống O (rB) được biểu diễn bằng hệ thức:
rA = (W – 0,25) × a3 − rO
rB = (0,625 − W) × a − rO
Trường hợp mạng lưới lập phương lí tưởng thì W = 0,375.
Với a là hằng số mạng lưới spinen (Å), rA và rB là bán kính khối cầu nằm
trong không gian tứ diện và không gian bát diện, rO là bán kính oxi.
Số tinh thể kết tinh theo mạng lưới spinen khá phổ biến trong hợp chất vô cơ.
Trong công thức tổng quát AB2O4 thì A2+ có thể là Cu, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd,
Mn, Pb, Fe, Co, Ni. Cation B3+ có thể là Al, Cr, Fe, Mn, ít khi gặp Ga, In, La, V, Sb,
Rh. Tổ hợp các cation đó lại cho thấy có rất nhiều hợp chất spinen. Tuy nhiên cũng
cần phải nói thêm rằng không phải tất cả các hợp chất có công thức AB2O4 đều kết
tinh theo hệ lập phương như spinen. Ví dụ như BeAl2O4, CaCr2O4 thuộc hệ hình
thoi, còn SrAl2O4 thuộc hệ tứ phương. Trong khi đó một số hợp chất oxit ứng với

16


công thức A2BO4 (ứng với A2+ B4+), ví dụ Mg2TiO4 lại kết tinh theo hệ lập phương
và được sắp xếp vào nhóm spinen. Đó là các hợp chất như titanat, stanat của coban,
sắt(II), magiê, kẽm,… Ngoài các oxit phức tạp ra, còn có các spinen có anion là
chalcogen (S2−, Se2−, Te2−) hoặc halogen. Ví dụ Li2NiF4. Do khả năng thay thế đồng

hình, đồng hoá trị hoặc không đồng hoá trị các cation trong spinen oxit làm cho số
lượng hợp chất spinen tăng lên rất lớn.
Các hợp chất spinen có giá trị rất lớn trong kỹ thuật. Chúng được sử dụng
làm bột màu, vật liệu chịu lửa, vật liệu kỹ thuật điện tử, đá quý,… Do đó vấn đề
nghiên cứu tổng hợp spinen và các tính chất, cơ, điện của chúng là đối tượng nghiên
cứu của nhiều nhà khoa học. Theo độ dẫn điện, có thể đánh giá được cấu tạo bên
trong của spinen. Ví dụ Fe3O4 và Mn3O4 đều có cấu trúc spinen, nhưng trong khi
Mn3O4 là chất điện môi (không dẫn điện) còn Fe3O4 lại có độ dẫn điện cao như
kim loại. Đó là do Fe3O4 có cấu trúc spinen đảo: Fe3+T[Fe2+Fe3+]OO4, còn Mn3O4
có cấu trúc spinen thuận: Mn2+T[Mn23+]OO4. Trong mạng tinh thể spinen Fe3O4,
các ion Fe2+ và Fe3+ được phân bố trong các bát diện. Các bát diện này tiếp xúc với
nhau theo một cạnh chung, do đó cation sắt có mức oxi hoá khác nhau mà ở gần
nhau nên trao đổi điện tích dễ dàng, lỗ trống dương có thể chuyển từ Fe2+ sang Fe3+.
Còn mạng tinh thể spinen Mn3O4 thì Mn3+nằm trong bát diện, Mn2+ nằm trong tứ
diện. Bát diện và tứ diện chỉ tiếp xúc với nhau qua đỉnh, nghĩa là các cation Mn3+ và
Mn2+nằm cách xa nhau hơn so với khoảng cách Fe2+và Fe3+ trong Fe3O4. Điều này
làm cho sự trao đổi điện tích trong Mn3O4 khó khăn hơn nhiều.

17


Bảng
Công thức

MgAl2O4

Tinh thể
Lập
phương

0

a(A )

3 Tính h

mộ ố pinen
3

Độ cứng d(g/cm )

Giãn nở

0

T

nc

5

R(9000C)

(-10 )

8,09

8

3,57

2135

0,593

75,3.104

ZnAl2O4

Nt

8,09

7,5-8

4,58

1930

0,596

18,6.104

CoAl2O4

Nt

8,1

>7

4,37

1960

-

11,7.104

NiAl2O4

Nt

8,04

-

4,45

2020

-

36,4.104

CuAl2O4

Nt

-

4,58

Không tương hợp

MnAl2O4

Nt

-

4,12

-

-

-

FeCr2O4

Nt

>7

4,392

1780

0,90

-

MgCr2O4

Nt

6

4,429

2330

0.96

10,3.102

CuFe2O4

Nt

-

5,700

-

-

-

MgFe2O4

Nt

8,36

6,65

4,560

1750

1,15

25,1

ZnFe2O4

Nt

8,42

6,5

5,330

-

-

78,0

CdFe2O4

Nt

-

5,800

-

-

-

MnFe2O4

Nt

6

4,900

-

FeFe2O4

Nt

6

5,210

1598

1,53

5,4

8,31

-

Vấn đề nghiên cứu tổng hợp spinen và nghiên cứu tính chất quang, cơ nhiệt,
điện, từ của chúng là đối tượng của nhiều nhà hoá học vô cơ. Theo độ dẫn điện có
thể đánh giá gián tiếp về cấu tạo bên trong của spinen cũng như của dung dịch rắn
spinen. Về độ dẫn điện thì có thể xếp các spinen thuộc về loại hợp chất bán dẫn và
có thể phân thành 3 nhóm:

18


- Aluminat có độ dẫn điện rất bé (điện trở riêng ở 990oC R = 105÷106
ohm.cm), cromit có độ dẫn điện trung bình (R ở 990oC từ 103÷104 ohm.cm), ferit
có độ dẫn điện cao (R ở 990oC từ 10÷102 ohm.cm) riêng FeFe2O4 có độ dẫn điện
gần bằng độ dẫn điện của kim loại. Trong aluminat, tính dẫn điện được quyết định
bởi cation hoá trị 2, còn cromit và ferit (trừ hợp chất FeO) lại được quyết định bởi
cation hoá trị 3.

Một trong các đặc tính quan trọng của spinen là dễ dàng tạo thành dung dịch
rắn thay thế với nhau do thông số mạng của chúng gần bằng nhau.
Ví dụ, các hệ spinen MgAl2O4-MgCr2O4, FeCr2O4-FeFe2O4 có giản đồ trạng
thái thuộc kiểu tính tan không hạn chế. Cromit cũng dễ trộn lẫn với ferit. Một số
spinen có thể tạo dung dịch rắn với nhôm oxit, đặc biệt với γ-Al2O3 có mạng lưới
giống với mạng lưới tinh thể của spinen. Nói chung, tính chất của spinen được
quyết định bởi tính chất và hàm lượng của các oxit hợp phần. Khi tổng hợp spinen
hoặc khi hình thành dung dịch kiểu spinen đều có sự tăng thể tích của pha tinh thể.
Một nét đặc trưng cần quan tâm là phản ứng thay thế trong spinen, ví dụ các
aluminat với oxit có 3 kiểu tương tác:
1) MgO + BeAl2O4 = MgAl2O4 + BeO
2) MgO + NiAl2O4 = (Ni,Mg)O + (Mg,Ni)Al2O4
3) Các aluminat trộn lẫn hoàn toàn còn các oxit thì trộn lẫn không hoàn toàn.
Ví dụ trong các hệ oxit kẽm.
Đặc tính rất quan trọng đối với kỹ thuật của spinen là độ chịu lửa cao, bền
với các tác nhân oxi hoá cũng như tác nhân khử .
Trong các spinen trên đây thì FeFe2O4 có ý nghĩa quan trọng nhất, trong đó
sắt ở hai mức oxi hoá là II và III. Dựa vào kết quả nghiên cứu độ dẫn điện và từ tính
có thể kết luận được rằng FeFe2O4 thuộc kiểu spinen nghịch đảo, nghĩa là FeII nằm
trong hốc O còn Fe III một nửa nằm trong hốc O, một nửa nằm trong hốc T.
Các oxit phức hợp với cấu trúc spinel (AB2O4) là vật liệu kim vô cơ và được
sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau. Chúng được sử dụng không chỉ là

19


sắc tố chịu nhiệt có thể được áp dụng cho màu sắc lên gốm sứ, vật liệu xúc tác, vật
liệu từ tính và vật liệu hấp thụ sóng.
Hợp chất với công thức chung AFe2O4 (A: Zn,Ni, Co, Cu, Cd) đã được
nghiên cứu rộng rãi, trong đó có ứng dụng cao để làm vật liệu điện cực dương của

pin, pin lithium-ion cho năng lượng cao (600 ~ 1000 mAh g-1). Trong số đó, Zn
Fe2O4 cho thấy một khả năng hồi phục năng lượng cao (công suất lý thuyết: 1072
mAh g-1) vì Zn có thể đóng góp bổ sung khả năng do hợp kim phản ứng ngoài, sự
thay đổi dung lượng trong khi phản ứng chuyển đổi. Người ta đã tổng hợp được
hình cầu rỗng có đường kính cỡ 1μm cho thấy khả năng hồi phục 900 mAh. Nhà
khoa học Chowdari tìm thấy khối ZnFe2O4 với một loạt các kích thước hạt của 100
~ 300 nm thực hiện 615 mAh g-1 sau 50 chu kỳ.
Trong một số trường hợp ZnFe2O4 nano được sử dụng làm chất hấp phụ khí
H2S. Đây là một phương pháp tương đối có hiệu quả. Người ta cũng điều chế
ZnFe2O4 nano dùng để làm chất màu và chất chống ăn mòn trong một số loại sơn có
ứng dụng đặc biệt. ZnFe2O4 nano cũng được ứng dụng làm chất màu trong các loại
mực in đặc biệt và rất nhiều các ứng dụng cụ thể khác.
1.2.2.2 Tổng hợp vật liệu ZnFe2O4
- Các nhà khoa học Gui-Qin Yang, Bing Han, Zheng-Tao Sun, Le-Mei yan,
Xiu-Yu Wang ở Khoa Hóa, Đại học Tianjin, Trung Quốc, năm 2002 đã điều chế và
xác định đặc tính của chất màu màu nâu cỡ nano có cấu trúc AB2O4. Vật liệu ban
đầu ZnCl2, AR và FeCL3.6H2O, AR được cân chính xác theo tỷ lệ nhất định và hòa
tan vào dung môi. Điều chỉnh nhiệt độ của nước làm mát ở 37oC và dung dịch
amoniac ( Vamoniac: V

nước

= 1:1) amoniac có nồng độ 15 mol.l-1. Thực hiện phản

ứng, các hydroxit được hình thành. Lọc lấy kết tủa và đem nung ở nhiệt độ cao. Sản
phẩm thu được có kích thước hạt khoảng 60-70 nm.
- George B, Smith, Sycamore; Kent A. Orlandimi ở Mỹ vào năm 1974 , đã
điều chế thành công chất màu kẽm ferrit bằng cách cho 30 gam ZnO phân tán trong
1200 ml nước, ở 150oC. Tiếp theo đó cho thêm 200 gam Fe2O3 được phân tán trong
800 ml nước, ở 60oC. Điều chỉnh nhiệt độ của hỗn hợp là 125oC, khuấy trong vòng

20


20 phút và sau đó nâng nhiệt độ lên 135oC. Điều chỉnh pH của dung dịch ở 5 bằng
dung dịch NaOH. Sản phẩm thu được đem sấy ở 200oC trong 1 giờ. Sau đó nung ở
1300oC trong 1 giờ.
- Khoa Hóa, Đại học Sant Gadge Bade Amravati, Ấn Độ, năm 2012 đã điều
chế và xác định đặc tính của ZnFe2O4 bằng phương pháp đồng kết tủa sử dụng vật
liệu ban đầu ZnCl2, AR và FeCL3.6H2O, AR. Chúng được cân chính xác theo tỷ lệ
1:2 ở pH=7,5 sản phẩm thu được nung ở 500oC trong 5 giờ . Thực hiện phản ứng,
các hydroxit được hình thành. Lọc lấy kết tủa và đem nung ở nhiệt độ cao. Sản
phẩm thu được có kích thước hạt khoảng 37-57 nm.
- Huayun Xu, Xianglan Chen, Liang Chen, Li’e Li, Liqiang Xu, Jian Yang,
Yitai Qian ở Đại học Chiết Giang, Trung Quốc đã tổng hợp ZnFe2O4 như sau: dùng
2 mol FeCl3. 6H2O và 1 mol ZnCl2 được pha trộn và khuấy mạnh, điều chỉnh độ
pH đến 9 bằng dung dịch NaOH. Sau đó nung ở 200oC trong 24 giờ. Các sản phẩm
được thu được bằng cách ly tâm, rửa sạch với nước cất và cồn, sau đó sấy khô ở
80oC trong không khí cho 8 giờ. Cuối cùng đem nung ở 500 oC, 600 oC và 700 oC
trong 3 giờ. Sản phẩm thu được có kích thước hạt trong khoảng 30 - 90 nm.
- Hai nhà khoa học Marykutty Thomas & K C George ở Khoa Vật lý,
Trường Cao đẳng Kottayam, Kerala của Ấn Độ, vào tháng 12 năm 2008 đã tổng
hợp kẽm ferrite bằng phương pháp đồng kết tủa ở nhiệt độ phòng như sau: dung
dịch Zn (NO3)2, dung dịch Fe(NO3)3 và hỗn hợp rượu amoniac (NH4OH). Dung
dịch hỗn hợp rượu amoniac 25% được thêm vào cho đến khi pH nằm giữa 9 và 11 ở
nhiệt độ phòng. Các kết tủa được rửa nhiều lần với nước cất, lọc, sấy khô trong lò ở
90 oC và nung ở 150 oC trong 2 giờ. Sản phẩm thu được có thích thước cỡ 30-50 nm.
- Changwa Yao, Qiaoshi Zeng, GF Goya, T. Torres, Jinfang Liu, Haiping
Wu, Mingyuan Ge, Yuewu Zeng, Youwen Wang, và JZ Giang ở Trung tâm Quốc
tế Vật liệu mới-cấu trúc (ICNSM) và Phòng thí nghiệm vật liệu mới, có cấu trúc,

Đại học Chiết Giang, Trung Quốc, và Viện Universitario Tây Ban Nha năm 2007;
đã tiến hành điều chế: lấy 0,11 g (0,5 mol) ZnAc. 2H2O và 5 ml ethanol khan đã
được đặt trong một cốc thủy tinh 50 ml. Hỗn hợp này được đun nóng đến 70oC,

21