NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHA TẠP Cd ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU NANO PEROVSKITE Y1-xCdxFeO3

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Hấp Minh Cường

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHA TẠP
Cd ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU
NANO PEROVSKITE Y1-xCdxFeO3

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Thành phố Hồ Chí Minh – 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Hấp Minh Cường

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ PHA TẠP
Cd ĐẾN CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU
NANO PEROVSKITE Y1-xCdxFeO3

Chuyên ngành : Hóa vô cơ
Mã số

: 60 44 01 13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. NGUYỄN ANH TIẾN

Thành phố Hồ Chí Minh – 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng
dẫn của TS. Nguyễn Anh Tiến. Hầu hết các số liệu, kết quả nêu trong luận văn
là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả
Hấp Minh Cường


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin dành những lời cảm ơn đầu tiên và sâu sắc nhất gửi tới TS. Nguyễn
Anh Tiến – người Thầy trực tiếp hướng dẫn tôi, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện
thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành cuốn luận văn.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới các thầy cô Trường Đại học Sư
phạm Thành phố Hồ Chí Minh TS. Dương Bá Vũ, TS. Phan Thị Hoàng Oanh, TS.
Đỗ Văn Huê, TS. Nguyễn Thị Trúc Linh; các thầy cô Trường Đại học Khoa học
Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh, PGS. TS. Nguyễn Thị Phương Phong, TS.
Nguyễn Quốc Chính; các thầy cô Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí
Minh, GS. TSKH. Vũ Đình Huy, PGS. TS. Lê Văn Thăng, TS. Nguyễn Trần Hà,
những người đã dạy cho tôi nhiều kiến thức bổ ích và giúp đỡ tôi rất nhiều trong
suốt quá trình hoàn thành khóa học.
Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí
Minh, Trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Khu Công nghệ cao
Thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm Manar, Viện Khoa học Vật liệu ứng dụng
Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi nhất, giúp tôi phân tích kết quả
thực nghiệm trong suốt quá trình thực hiện luận văn.

Cuối cùng, tôi xin dành tình cảm đặc biệt gửi tới Bố, Mẹ, các anh chị và
những người bạn của tôi là người đã luôn mong mỏi, động viên tôi, giúp tôi thêm
động lực để hoàn thành luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn!
Tác giả

Hấp Minh Cường


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các bảng
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
Chương 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................................ 4
1.1. Vật liệu nano và công nghệ nano ................................................................ 4
1.1.1. Sơ lược về vật liệu nano, công nghệ nano và hóa học nano ................. 4
1.1.2. Phân loại vật liệu nano .......................................................................... 6
1.1.3. Một số lĩnh vực ứng dụng công nghệ nano .......................................... 8
1.2. Cấu trúc và tính chất của vật liệu perovskite .............................................. 9
1.2.1. Cấu trúc tinh thể vật liệu perovskite ..................................................... 9
1.2.2. Tính chất của vật liệu perovskite ........................................................ 12
1.3. Sơ lược về vật liệu từ ................................................................................ 13
1.3.1. Một số khái niệm ................................................................................ 13
1.3.2. Phân loại vật liệu từ ............................................................................ 14
1.4. Tình hình tổng hợp và nghiên cứu vật liệu YFeO3 và sự pha tạp
trên nền YFeO3........................................................................................ 16

Chương 2. CÁC TIỀN CHẤT VÀ PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP,
NGHIÊN CỨU CÁC ĐẶC TRƯNG CỦA VẬT LIỆU
NANO OXIT PEROVSKITE Y1-xCdxFeO3 ................................ 19
2.1. Các hợp chất của sắt.................................................................................. 19
2.1.1. Sắt (III) oxit – Fe2O3 ........................................................................... 19
2.1.2. Sắt (III) hiđroxit – Fe(OH)3 ................................................................ 21
2.1.3. Muối sắt (III) ....................................................................................... 21


2.2. Các hợp chất của ytri................................................................................. 22
2.2.1. Oxit của ytri – Y2O3 ............................................................................ 22
2.2.2. Hiđroxit của ytri – Y(OH)3 ................................................................. 22
2.2.3. Ytri nitrat – Y(NO3)3 ........................................................................... 23
2.3. Các hợp chất của cadimi ........................................................................... 23
2.3.1. Oxit của cadimi – CdO ....................................................................... 23
2.3.2. Hiđroxit của cadimi – Cd(OH)2 .......................................................... 24
2.3.3. Muối của cadimi ................................................................................. 24
2.4. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano oxit perovskite ........................ 24
2.4.1. Phương pháp thủy nhiệt ...................................................................... 25
2.4.2. Phương pháp sol – gel ......................................................................... 26
2.4.3. Phương pháp đồng kết tủa .................................................................. 27
2.5. Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng của vật liệu
nano peroskite Y1-xCdxFeO3 ................................................................... 29
2.5.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) .................................................... 29
2.5.2. Phương pháp phân tích nhiệt .............................................................. 31
2.5.3. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua TEM ................................... 32
2.5.4. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS) ............................. 32
2.5.5. Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) ................................................. 33
Chương 3. THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................... 35
3.1. Hóa chất, thiết bị, dụng cụ ........................................................................ 35

3.1.1. Hóa chất .............................................................................................. 35
3.1.2. Thiết bị, dụng cụ ................................................................................. 35
3.2. Thực nghiệm ............................................................................................. 35
3.3. Kết quả và thảo luận.................................................................................. 38
3.3.1. Kết quả tổng hợp vật liệu nano Y0.8Cd0.2FeO3 .................................... 38
3.3.2. Kết quả tổng hợp vật liệu nano pha tạp Y1-xCdxFeO3......................... 50


3.3.3. Kết quả tổng hợp vật liệu nano Y0.85Cd0.15FeO,
Y0.75Cd0.25FeO3 và Y0.65Cd0.35FeO3...................................................... 57
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................... 61
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ ....................................................... 63
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................ 64
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
1. Chữ viết tắt
ABO3

:

Công thức chung của oxit perovskite

DSC

:

Nhiệt lượng kế vi sai

DTA

:

Phân tích nhiệt vi sai

CCD

:

Cảm biến chuyển đổi hình ảnh

CBED

:

Nhiễu xạ vùng hội tụ

EDX

:

Phổ tán sắc năng lượng tia X

SAD

:

Nhiễu xạ vùng lựa chọn

SHS

:

Phương pháp đốt cháy

SPM

:

Kính hiển vi quét đầu dò

PVA

:

Poli(vinyl axetat)

TEM

:

Kính hiển vi điện tử truyền qua

TGA

:

Phân tích nhiệt vi trọng lượng

VSM

:

Từ kế mẫu rung

XRD

:

Nhiễu xạ tia X

2. Các ký hiệu
a, b, c

Hằng số mạng tinh thể

d

Khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể

DXRD

Kích thước hạt xác định từ nhiễu xạ tia X

Hc

Lực kháng từ

Mr

Độ từ dư

Ms

Độ từ bão hòa

λ

Bước sóng

𝛽

Độ bán rộng của phổ nhiễu xạ tia X

2θ

Góc nhiễu xạ tia X


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. So sánh kích thước của một số vật...................................................... 5
Bảng 3.1. Thành phần các tiền chất tổng hợp vật liệu nano Y1-xCdxFeO3 ........ 36
Bảng 3.2. Bảng dịch chuyển giá trị góc 2θ đối với ba họ mặt mạng có
cường độ cao nhất của mẫu Y0.8Cd0.2FeO3 sau khi nung ở
các nhiệt độ khác nhau ...................................................................... 41
Bảng 3.3. Thông số mạng pha orthorhombic và kích thước pha tinh thể của
mẫu Y0.8Cd0.2FeO3 nung ở 650°C và 750°C ..................................... 41
Bảng 3.4. Bảng giá trị góc 2θ tương ứng tại các họ mặt mạng của pha
orthorhombic Y0.8Cd0.2FeO3 sau khi nung ở các nhiệt độ khác nhau44

Bảng 3.5. Thông số mạng tinh thể và kích thước pha tinh thể của mẫu
Y0.8Cd0.2FeO3 .................................................................................... 45
Bảng 3.6. Hàm lượng các nguyên tố trong các mẫu Y0.8Cd0.2FeO3
nung 750°C ....................................................................................... 47
Bảng 3.7. Các đặc trưng từ tính của vật liệu Y0.8Cd0.2FeO3 .............................. 49
Bảng 3.8. Sự thay đổi giá trị góc 2θ và kích thước pha tinh thể của mẫu
Y1-xCdxFeO3 nung ở 750°C với các giá trị x khác nhau ................... 51
Bảng 3.9. Thông số mạng tinh thể orthorhombic của mẫu Y1-xCdxFeO3
sau khi nung ở 750°C (1h) ................................................................ 53
Bảng 3.10. Hàm lượng các nguyên tố trong các mẫu Y0.9Cd0.1FeO3 và
Y0.7Cd0.3FeO3 nung ở 750°C ............................................................. 55
Bảng 3.11. Các đặc trưng từ tính của vật liệu nano Y1-xCdxFeO3
(x = 0,1; 0,2 và 0,3) nung ở 750°C trong 1h ..................................... 56
Bảng 3.12. Các đặc trưng từ tính của vật liệu nung ở 750°C ............................. 59


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Một số sản phẩm sử dụng công nghệ nano ......................................... 4
Hình 1.2. Phân loại vật liệu nano theo số chiều.................................................. 7
Hình 1.3. Cấu trúc peroskite lý tưởng................................................................. 9
Hình 1.4. Sự biến dạng của cấu trúc perovskite khi góc liên kết B-O-B
khác 180°........................................................................................... 10
Hình 1.5. Hình dạng đường cong từ trễ ............................................................ 13
Hình 2.1. Kiến trúc tinh thể FeO và tinh thể Fe3O4 .......................................... 20
Hình 2.2. Tinh thể muối Y(NO3)3.6H2O ........................................................... 23
Hình 2.3. Các giai đoạn chính trong quá trình sol – gel tổng hợp vật liệu ....... 26
Hình 2.4. Hình ảnh nhiễu xạ của chùm tia X trên các họ mặt mạng ................ 29
Hình 2.5. Các đường cong phân tích nhiệt khối lượng ..................................... 31
Hình 2.6. Hình dạng của các đường đặc trung thu được của kỹ thuật phân tích
nhiệt tiêu chuẩn ................................................................................. 32

Hình 2.7. Đặc trưng của phương pháp tán xạ năng lượng tia X ....................... 33
Hình 3.1. Sơ đồ mô tả quy trình tổng hợp vật liệu nano biến tính
Y1-xCdxFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa................................... 37
Hình 3.2. Giản đồ TG – DTG của mẫu kết tủa với x = 0,2 .............................. 38
Hình 3.3. Giản đồ XRD của mẫu Y0.8Cd0.2FeO3 nung ở 650°C ....................... 40
Hình 3.4. Giản đồ XRD của mẫu Y0.8Cd0.2FeO3 nung ở 750°C ....................... 40
Hình 3.5. Giản đồ XRD của mẫu Y0.8Cd0.2FeO3 nung ở 850°C ....................... 42
Hình 3.6. Giản đồ XRD của mẫu Y0.8Cd0.2FeO3 nung ở 950°C ....................... 43
Hình 3.7. Giản đồ XRD của mẫu Y0.8Cd0.2FeO3 nung ở các nhiệt độ
khác nhau .......................................................................................... 44
Hình 3.8. Biểu đồ biến thiên các thông số mạng ô cơ sở của mẫu
Y0.8Cd0.2FeO3 theo nhiệt độ ............................................................... 45
Hình 3.9. Ảnh TEM của mẫu Y0.8Cd0.2FeO3 nung ở 750°C ............................. 46


Hình 3.10. Phổ EDS của mẫu Y0.8Cd0.2FeO3 nung ở 750°C............................... 48
Hình 3.11. Đường cong từ trễ của mẫu vật liệu nano Y0.8Cd0.2FeO3
sau khi nung ở các nhiệt độ khác nhau ............................................. 49
Hình 3.12. Giản đồ XRD của mẫu Y0.9Cd0.1FeO3 nung ở 750°C ....................... 50
Hình 3.13. Giản đồ XRD của mẫu Y0.7Cd0.3FeO3 nung ở 750°C ....................... 52
Hình 3.14. Giản đồ chồng phổ XRD của vật liệu nano Y1-xCdxFeO3
(x = 0,1; x = 0,2; x = 0,3 ) nung 750°C ............................................ 52
Hình 3.15. Ảnh TEM của mẫuY0.7Cd0.3FeO3 nung ở 750°C .............................. 53
Hình 3.16. Phổ EDS của mẫu Y0,9Cd0,1FeO3 nung ở 750°C............................... 54
Hình 3.17. Phổ EDS của mẫu Y0,7Cd0,3FeO3 nung ở 750°C............................... 54
Hình 3.18. Đồ thị chồng phổ đường cong từ trễ của vật liệu nano
Y1-xCdxFeO3 (x = 0,1; 0,2 và 0,3) nung ở 750°C trong 1h ............... 56
Hình 3.19. Giản đồ XRD của mẫu Y0.85Cd0.15FeO3 nung ở 750°C .................... 57
Hình 3.20. Giản đồ XRD của mẫu Y0.75Cd0.25FeO3 nung ở 750°C .................... 57
Hình 3.21. Giản đồ XRD của mẫu Y0.65Cd0.35FeO3 nung ở 750°C .................... 58

Hình 3.22. Giản đồ XRD của mẫu Y1-xCdxFeO3 nung ở 750°C ......................... 59