TỪ TÍNH và TÍNH CHẤT bề mặt của bột NANO fe3o4 CHẾ tạo BẰNG PHƯƠNG PHÁP hóa học

TỪ TÍNH VÀ TÍNH CHẤT BỀ MẶT
CỦA BỘT NANO Fe3O4 CHẾ TẠO
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA HỌC
Sinh viên thực hiện: Hoàng Thị Thâm
Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Trần Minh Thi


Nội dung bài báo cáo
I.

Mở đầu.

II. Phương pháp nghiên cứu.
III. Kết quả và thảo luận.
IV. Kết luận.
V.

Tài liệu tham khảo.


I.

Mục đích

Đặt vấn đề
Hiện nay, Fe3O4 là một loại vật liệu từ tính điển hình, có nhiều ứng dụng trong y
sinh, chất lỏng từ, xử lí ô nhiễm nước…Tuy nhiên Fe3O4 không bền trong môi
trường do bị phân huỷ thành Fe2O3 theo phương trình:
4Fe3O4 + O2 +
18H2O → 6Fe2O3 + 12H2O
Việc pha tạp các nguyên tố khi loại chuyển tiếp nhằm ổn định tính chất hoá học

và tính chất từ của vật liệu, tạo thuận lợi cho ứng dụng
Mục đích nghiên cứu:
- Nghiên cứu chế tạo Fe3O4 pha tạp Cu, Zn
- Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng pha tạp Cu, Zn tới tính chất từ, cấu trúc
vi mô của mẫu
- Khảo sát diện tích bề mặt riêng của hệ mẫu Fe3O4 pha tạp Zn


I. Mở đầu về cấu trúc tinh thể Fe3O4

Hình 1 Cấu trúc tinh spinel của Fe3O4


II .Phương pháp nghiên cứu
• Tạo mẫu (Fe1-xZnxFe2O4, Fe1-xCuxFe2O4) bằng phương
pháp hoá với x = 0; 0,05; 0,10; 0,15
• Các phép đo nghiên cứu (đo nhiễu xạ tia X, đo độ từ hóa, đo
ảnh SEM, ảnh TEM, đo diện tích bề mặt riêng BET).


II. Phương pháp nghiên cứu
• Tạo mẫu
+ Chuẩn bị:
- Hóa chất: dd HCl 37%, Na2SO3, FeCl3.6H2O,
(CH3COO)2Zn.2H2O, (CH3COO)2Cu.H2O độ sạch 99%, nước
cất, axeton độ sạch 99%, NH3 25%.
Dụng cụ: Máy khuấy từ, cốc thủy tinh, con từ, máy
lọc chân không, máy sấy chân không, tủ Host, pipet, giấy lọc…

II. Phương pháp nghiên cứu
• Tạo mẫu
- Chế tạo mẫu Fe3O4 pha tạp
Zn (0% - 15%):
Fe1-xZnxFe2O4
- Chế tạo mẫu Fe3O4 pha tạp
Cu (0% - 15%):
Fe1-xCux Fe2O4.
Hình 2 Sơ đồ chế tạo mẫu


II. Phương pháp nghiên cứu
•• Các
  phép đo nghiên cứu:
- Đo nhiễu xạ tia X (XRD):
Từ phổ nhiễu xạ ta sử dụng công
thức: 2dsin
Để tính khoảng cách giữa các mặt
phẳng mạng d, hằng số mạng a.
Đường kính hạt:
D = 0.9λ/
là độ bán rộng đỉnh phổ.
- Đo độ từ hóa (VSM), đo ảnh SEM,
ảnh TEM, đo diện tích bề mặt riêng
(BET).

Hình 3 Hiện tượng nhiễu xạ trên tinh thể


III. Kết quả và thảo luận

+ Đo nhiễu xạ tia X
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level

(1) (2)
Hình 4 Hình ảnh nhiễu xạ tia X của Fe1-xZnxFe2O4(1), hằng số mạng và kích thước hạt
hệ mẫu Fe1-xZnxFe2O4(2).

Nhận xét: - Ta thấy hằng số mạng trung bình của mẫu pha Zn tăng nhẹ khi
nồng độ pha tạp tăng.
- Kích thước hạt nano chế tạo là nhỏ.


III. Kết quả và thảo luận
+Đo nhiễu xạ tia X

(1) (2)
Hình 5 Hình ảnh nhiễu xạ tia X Fe1-xCuxFe2O4(1), hằng số mạng và kích thước hạt hệ mẫu Fe1xCuxFe2O4(2).

Nhận xét: - Ta thấy hằng số mạng trung bình của mẫu Fe3O4 pha tạp Cu lại giảm
so với mẫu không pha [3].
- Hạt nano chế tạo được có kích thước là nhỏ.


III. Kết quả và thảo luận
+
• Đo

  nhiễu xạ tia X
Kết quả đo nhiễu xạ tia X cho thấy:
- Sự thay đổi tăng hằng số mạng của mẫu Fe1-xZnxFe2O4 (x =
0,5,10,15) chứng tỏ có sự thay thế ion ( bán kính ion 0.64Å) bởi ion
(bán kính ion là 0.74Å) ở vị trí tứ diện (A) [4].
- Hằng số mạng của mẫu Fe1-xCuxFe2O4 (x = 0,5,10,15) giảm
khi nồng độ pha tạp Cu tăng điều đó chứng tỏ ion (bán kính ion 0.76
Å) thay thế ion (bán kính ion 0.83 Å) ở vị trí bát diện (B) [3].


III. Kết quả và thảo luận
• + Đo SEM, đo TEM

Hình 6 Ảnh đo SEM, TEM của các mẫu chế tạo được

Nhận xét: Từ ảnh SEM, TEM ta thấy hạt nano chế tạo được có kích thước hạt là nhỏ, đường
kính của hạt từ 9.3 đến 18.1nm.


III. Kết quả và thảo luận
+ Đo từ tính
-Kết quả đo từ cho thấy
từ từ độ tăng khi nồng độ pha
tạp Zn vào Fe3O4 tăng. Tuy
nhiên sự tăng từ độ chưa thể
hiện rõ quy luật phụ thuộc
vào x
Hình 7 Đường cong từ hóa của mẫu
Fe1-xZnxFe2O4.

III. Kết quả và thảo luận
+
• Đo
  từ tính
- Đối với mẫu chế tạo
Fe3O4 tạp pha tạp Cu ta
thấy từ tính giảm khi nồng
độ pha tạp Cu tăng từ 0 –
15%.
- Do sự thay thế ion
(momen từ riêng ) bởi ion
(momen từ riêng ) vào vị trí
bát diện [3].

Hình 8 Đường cong từ hóa của mẫu
xCuxFe2O4

Fe1-


Giải thích

Các moman từ ở các vị trí A và B phân bố phản song song, do tương tác siêu trao đổi:
- Đối với Fe3O4  trong spin đảo, Fe3+ đều có mặt tại các vị trí A & B với số lượng như nhau nên tính chất 
từ do Fe2+ ở vị trí B quyết định.

- Đối với Cu pha tạp Fe3O4, Hằng số mạng của mẫu Fe1-xCuxFe2O4 (x = 0,5,10,15)   giảm khi nồng độ pha 
tạp Cu tăng điều đó chứng tỏ ion Cu2+ (bán kính ion 0.76 Å) thay thế ion Fe2+ (bán kính ion 0.83 Å) ở vị 
trí bát diện (B) [3]. Do sự thay thế ion Fe2+ (momen từ riêng 4𝜇𝜇) bởi ion Cu2+ (momen từ riêng 1𝜇B) vào 

vị trí bát diện [3], momen từ của mẫu giảm theo sự tăng của hàm lượng Cu
- Đối với Zn pha tạp Fe3O4, theo Jun Liu và cộng sự [4], sự thay thế số ion Fe3+  bởi các ion 𝜇𝜇2+ ở vị trí 
tứ diện A xảy ra, đồng thời số lượng ion 𝜇𝜇2+ tương ứng  ở vị trí bát diện B phát xạ electron và trở thành 
Fe3+ để  cân bằng điện tích của ô mạng. Sự thay thế và chuyển hoá này làm cho phân bố các ion trong 
các phân mạng thay đổi thành: [Znx2+Fe1-x3+]A[Fe3+Fex3+Fe1-x2+]B. Kết quả đo momen từ phụ thuộc 
vào hàm lượng x được được coi là do hướng spin của Fex3+ trong vị trí B có tính quyết định
- Sự thay thế ion 𝜇𝜇3+ ( bán kính ion 0.64Å) bởi ion 𝜇𝜇2+ (bán kính ion là 0.74Å) ở vị trí tứ diện (A) [4]  
làm cho hằng số mạng a của mẫu Fe1-xZnxFe2O4 (x = 0,5,10,15) tăng với sự tăng của x 


III. Kết quả và thảo luận
Khảo sát tính xốp, diện tích bề mặt riêng của các hạt nano:
- Dựa vào nghiên cứu sự hấp thụ khí N2 ở 77K.
- Các phân tử N2 bán dính trên bề dính trên bề mặt các hạt nano
thỏa mãn phương trình hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir:

Trong đó :
P, P0 là áp suất chất bị hấp phụ và áp suất hơi bão hòa của chất bị
hấp thụ.
V thể tích chất bị hấp thụ ở áp suất tương đối P/P0.
Vm thể tích hấp phụ đơn lớp.


III. Kết quả và thảo luận
• Bảng kết quả đo bằng phương pháp BET của mẫu Fe1-xZnxFe2O4

Nhận xét: - Diện tích bề mặt riêng tăng khi nồng độ pha tạp Zn vào Fe3O4 tăng.
- Kích thước lỗ xốp là nhỏ, cỡ nanomet.

IV. Kết luận
Từ tính và sự thay đổi hằng số mạng, tính chất xốp và diện
tích bề mặt riêng của các hạt nano Fe1-xZnxFe2O4,
Fe1-xCuxFe2O4 đã được nghiên cứu. Những đặc điểm này có
thể được khảo sát tiếp trong các ứng dụng trong y học và xử lí ô
nhiễm môi trường. Việc pha tạp Zn và Cu vào Fe3O4 để làm ổn
định độ từ bão hòa của Fe3O4 là hết sức cần thiết, tuy nhiên sự
thay đổi momen từ khi tăng hàm lượng Zn hoặc Cu trong mẫu là
cần được tiếp tục nghiên cứu.


V. Tài liệu tham khảo
1. A. Manikandan, J. Judith Vijaya, and L. John Kennedy. Structural, Optical
and Magnetic Properties of Porous α-Fe2O3 Nanostructures Prepared by
Rapid Combustion Method. Journal of Nanoscience and Nanotechnology
Vol. 13, 2986–2992, 2013.
2.

Deepshikha Rathore, Rajnish Kurchania, and R. K. Pandey. Structural,
Magnetic and Dielectric Properties of Ni1−xZnxFe2O4 (x = 0, 0.5 and 1)
Nanoparticles Synthesized by Chemical Co-Precipitation Method. Journal
of Nanoscience and Nanotechnology Vol. 13, 1812–1819, 2013.

3.

Nguyễn Thị Trang, Nghiên cứu chế tạo tính chất của nano Fe3O4:Cu và
khả năng xử lí asen (III) trong nước, Khóa luận tốt nghiệp, năm 2014.

4.

Jun Liu, Yuezhen Bin, and Masaru Matsuo. Magnetic behavior of Zndoped Fe3O4 nanoparticles estimated in terms of crystal domain size. The
journal of Physical Chemistry C, 116, 2012, p. 134-143