Khảo sát cấu trúc và tính chất của vật liệu nano ndfeo3 pha tạp mn ni tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Võ Ngọc Lan

KHẢO SÁT CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT
CỦA VẬT LIỆU NANO NdFeO3 PHA TẠP Mn, Ni
TỔNG HỢP BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

Thành phố Hồ Chí Minh - 2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Võ Ngọc Lan

KHẢO SÁT CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT
CỦA VẬT LIỆU NANO NdFeO3 PHA TẠP Mn, Ni
TỔNG HỢP BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA

Chuyên ngành: Hoá Vô Cơ
Mã số: 8440113

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS. NGUYỄN ANH TIẾN

Thành phố Hồ Chí Minh - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan luận văn “Khảo sát cấu trúc và tính chất của vật liệu
nano NdFeO3 pha tạp Mn, Ni tổng hợp bằng phƣơng pháp đồng kết tủa” là
cơng trình nghiên cứu của riêng tơi dưới sự hướng dẫn của PGS. TS. Nguyễn Anh
Tiến. Một phần số liệu, kết quả nêu ra trong luận văn được trích dẫn từ bài báo của
nhóm nghiên cứu đã đăng trên tạp chí Crystals (Q2, IF 2,404). Các số liệu, kết quả
nghiên cứu là trung thực và chưa được công bố trong bất kì cơng trình nào khác.

Tác giả

Võ Ngọc Lan


LỜI CẢM ƠN
Với lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.
TS. Nguyễn Anh Tiến, người thầy ln tận tâm, hết lịng giúp đỡ, hướng dẫn và tạo
mọi điều kiện thuận lợi nhất để tơi hồn thành luận văn này.
Tơi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các giảng viên Trường Đại học
Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí
Minh, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - những người thầy, người cô đã dạy cho
tôi nhiều kiến thức chuyên ngành, hướng dẫn các công cụ, các phần mềm phục vụ
cho quá trình học cũng như q trình hồn thành luận văn nghiên cứu.
Tơi xin chân thành cảm ơn cán bộ phịng thí nghiệm bộ mơn Vơ cơ, bộ mơn
Hố lí Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, Trường Đại học Bách
Khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Khu cơng nghệ cao Thành phố Hồ Chí Minh, Viện
Cơng nghệ Hố học – Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cơ sở tại
Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện thuận lợi nhất, giúp tơi phân tích mẫu

trong suốt q trình thực nghiệm.
Đồng thời, tơi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, đồng nghiệp, bạn bè đã
giúp đỡ, quan tâm, động viên, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận
văn.
Cuối cùng, xin chân thành chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe, thành công
trong công việc cũng như trong cuộc sống.

Tác giả

Võ Ngọc Lan


MỤC LỤC
Trang phụ bìa
Lời cam đoan
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục hình ảnh
Danh mục bảng biểu
Danh mục sơ đồ
Danh mục chữ viết tắt, kí hiệu
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ....................................... 4
1.1. Vật liệu nano và công nghệ nano ..................................................................... 4
1.2. Sơ lược về vật liệu nano perovskite ................................................................. 4
1.2.1. Cấu trúc perovskite ABO3 lí tưởng............................................................ 5
1.2.2. Cấu trúc perovskite ABO3 pha tạp............................................................. 6
1.2.3. Cấu trúc vật liệu neodymium orthoferrite (NdFeO3) ................................. 8
1.3. Tình hình tổng hợp, khảo sát cấu trúc, tính chất của vật liệu nano
perovskite neodymium orthoferrite ............................................................... 9

1.4. Tình hình tổng hợp, khảo sát cấu trúc, tính chất của vật liệu nano
perovskite neodymium orthoferrite pha tạp................................................. 13
1.5. Hướng nghiên cứu của luận văn .................................................................. 15
Chƣơng 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................. 18
2.1. Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano NdFeO3 pha tạp Mn, Ni ...................... 18
2.1.1. Dụng cụ, thiết bị, hoá chất ....................................................................... 18
2.1.2. Thực nghiệm tổng hợp vật liệu NdFe1-xMxO3.......................................... 18
2.2. Các phương pháp nghiên cứu ......................................................................... 21
2.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt (TGA-DSC) .............................................. 21
2.2.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (PXRD) ...................................................... 22
2.2.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM), hiển vi điện tử truyền qua
(TEM) ...................................................................................................... 24
2.2.4. Phương pháp phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX/EDS) ........................ 25
2.2.5. Phương pháp phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) .................................... 26


2.2.6. Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) ...................................................... 26
Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 28
3.1. Kết quả phân tích nhiệt (TGA-DSC).............................................................. 28
3.1.1. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu kết tủa tổng hợp vật liệu nano
NdFe0,8Ni0,2O3 ......................................................................................... 28
3.1.2. Kết quả phân tích nhiệt của mẫu kết tủa tổng hợp vật liệu nano
NdFe0,8Mn0,2O3 ........................................................................................ 30
3.2. Kết quả phân tích nhiễu xạ tia X .................................................................... 32
3.2.1. Kết quả nhiễu xạ tia X của các mẫu vật liệu nano NdFe1-xNixO3 ........... 32
3.2.2. Kết quả nhiễu xạ tia X của các mẫu vật liệu nano NdFe1-xMnxO3 .......... 40
3.3. Kết quả phân tích SEM và TEM .................................................................... 42
3.3.1. Kết quả SEM và TEM của các mẫu vật liệu nano NdFe1-xNixO3 ........... 42
3.3.2. Kết quả SEM và TEM của các mẫu vật liệu nano NdFe1-xMnxO3 .......... 45
3.4. Kết quả phân tích EDX và EDX-mapping ..................................................... 46

3.4.1. Kết quả EDX và EDX-mapping của các mẫu vật liệu nano NdFe1xNixO3 ...................................................................................................... 46

3.4.2. Kết quả EDX và EDX-mapping của các mẫu vật liệu nano NdFe1xMnxO3 ..................................................................................................... 49

3.6. Kết quả phân tích từ tính VSM ...................................................................... 50
3.6.1. Kết quả VSM của các mẫu vật liệu nano NdFe1-xNixO3 ......................... 50
3.6.2. Kết quả VSM của các mẫu vật liệu nano NdFe1-xMnxO3 ........................ 53
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................... 57
4.1. Kết luận .......................................................................................................... 57
4.2. Kiến nghị ........................................................................................................ 58
BÀI BÁO ĐÃ CÔNG BỐ ....................................................................................... 59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 60
PHỤ LỤC


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1.

Cấu trúc perovskite ABO3 lập phương lí tưởng (a) và sự sắp xếp
các bát diện trong cấu trúc perovskite lập phương lí tưởng (b) [5] ...... 5

Hình 1.2.

Sự biến dạng của cấu trúc perovskite khi góc liên kết B – O – B 
180o [5] .................................................................................................. 7

Hình 1.3.

Méo mạng Jahn – Teller trong cấu trúc perovskite .............................. 8

Hình 1.4.

Cấu trúc tinh thể của NdFeO3 [29] ....................................................... 9

Hình 3.1.

Giản đồ TGA - DSC của mẫu kết tủa NdFe0,8Ni0,2O3 trước khi
nung..................................................................................................... 28

Hình 3.2.

Giản đồ TGA-DSC của mẫu kết tủa NdFe0,8Mn0,2O3 trước khi
nung..................................................................................................... 30

Hình 3.3.

Giản đồ chồng phổ XRD của mẫu vật liệu NdFe1-xNixO3 (với x =
0; 0,1; 0,2; 0,3) nung ở 700°C trong 1h .............................................. 33

Hình 3.4.

Giản đồ XRD quét chậm peak (112) của các mẫu NdFe1-xNixO3
(với x = 0; 0,1; 0,2; 0,3) nung ở 700°C trong 1h ................................ 33

Hình 3.5.

Giản đồ chồng phổ XRD của mẫu vật liệu NdFe1-xNixO3 (với x =
0; 0,1; 0,2; 0,3) nung ở 850°C trong 1h .............................................. 34

Hình 3.6.

Giản đồ XRD quét chậm peak (112) của các mẫu NdFe1-xNixO3
(với x = 0; 0,1; 0,2; 0,3) nung ở 850°C trong 1h ................................ 34

Hình 3.7.

Giản đồ chồng phổ XRD của mẫu vật liệu NdFe1-xNixO3 (với x =
0; 0,1; 0,2; 0,3) nung ở 950°C trong 1h .............................................. 35

Hình 3.8.

Giản đồ XRD quét chậm peak (112) của các mẫu NdFe1-xNixO3
(với x = 0; 0,1; 0,2; 0,3) nung ở 950°C trong 1h ................................ 35

Hình 3.9.

Giản đồ XRD của NdFe0,9Ni0,1O3 sau khi nung ở các nhiệt độ khác
nhau ..................................................................................................... 36

Hình 3.10.

Giản đồ XRD của NdFe0,8Ni0,2O3 sau khi nung ở các nhiệt độ khác
nhau ..................................................................................................... 36

Hình 3.11.

Giản đồ XRD của NdFe0,7Ni0,3O3 sau khi nung ở các nhiệt độ khác
nhau ..................................................................................................... 37

Hình 3.13.

Giản đồ XRD quét chậm peak (112) của các mẫu NdFe1-xMnxO3
(với x = 0; 0,1; 0,2; 0,3) nung ở 950°C trong 1h ................................ 41

Hình 3.14.

Ảnh SEM của mẫu NdFe0,9Ni0,1O3 nung ở 850oC trong 1h ................ 43


Hình 3.15.

Ảnh SEM của mẫu NdFe0,8Ni0,2O3 nung ở 850oC trong 1h ................ 43

Hình 3.16.

Ảnh SEM của mẫu NdFe0,7Ni0,3O3 nung ở 850oC trong 1h ................ 43

Hình 3.17.

Ảnh TEM của mẫu NdFeO3 nung ở 700oC (A) và 850oC (B) trong
1h......................................................................................................... 44

Hình 3.18.

Ảnh TEM của mẫu NdFe0,8Ni0,2O3 nung ở 850oC trong 1h ............... 44

Hình 3.19.

Ảnh SEM của mẫu NdFe0,8Mn0,2O3 nung ở 850oC trong 1h .............. 45

Hình 3.20.

Ảnh TEM của mẫu NdFe0,8Mn0,2O3 nung ở 850oC trong 1h .............. 46

Hình 3.21.

Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) và phổ EDX-mapping của
mẫu NdFeO3 nung ở 850oC trong 1h .................................................. 46

Hình 3.22.

Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) và phổ EDX-mapping của
mẫu NdFe0,9Ni0,1O3 nung ở 850oC trong 1h ....................................... 47

Hình 3.23.

Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) và phổ EDX-mapping của
mẫu NdFe0,8Ni0,2O3 nung ở 850oC trong 1h ....................................... 47

Hình 3.24.

Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) và phổ EDX-mapping của
mẫu NdFe0,7Ni0,3O3 nung ở 850oC trong 1h ....................................... 47

Hình 3.26.

Đường cong từ trễ của mẫu vật liệu nano NdFe1-xNixO3 nung ở
850oC trong 1h, với x = 0 (A); x = 0,1 (B); x = 0,2 (C); x = 0,3
(D) ....................................................................................................... 50

Hình 3.27.

Đường cong từ trễ của mẫu vật liệu nano NdFe1-xNixO3 nung ở
850oC trong 1h .................................................................................... 51

Hình 3.28.

Đường cong từ trễ của mẫu vật liệu nano NdFe0,8Ni0,2O3 nung ở
các nhiệt độ khác nhau, với 700oC (A); 850oC (B); 950oC (C);
tất cả các nhiệt độ (D) ......................................................................... 51

Hình 3.29.

Đường cong từ trễ của mẫu vật liệu nano NdFe1-xMnxO3 nung ở
850oC trong 1h, với x = 0,1 (A); x = 0,2 (B); x = 0,3 (C); tất cả
các giá trị x (D) ................................................................................... 54

Hình 3.30.

Đường cong từ trễ của mẫu vật liệu nano NdFe0,8Ni0,2O3 nung ở
các nhiệt độ khác nhau, với 700oC (A); 850oC (B); 950oC (C); tất
cả các nhiệt độ (D) ................................................................................ 54


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1.

Bán kính các ion và thừa số dung hạn t của đối tượng nghiên cứu
[22] ........................................................................................................ 7

Bảng 2.1.

Bảng liệt kê các hoá chất cần thiết ...................................................... 18

Bảng 2.2.

Thành phần các tiền chất tổng hợp NdFe1-xMxO3 ............................... 19

Bảng 3.1.

Các thơng số cấu trúc và kích thước pha tinh thể NdFe1-xNixO3
nung ở 700°C trong 1h ........................................................................ 38

Bảng 3.2.

Các thơng số cấu trúc và kích thước pha tinh thể NdFe1-xNixO3
nung ở 850°C trong 1h ........................................................................ 38

Bảng 3.3.

Các thông số cấu trúc và kích thước pha tinh thể NdFe1-xNixO3
nung ở 950°C trong 1h ........................................................................ 39

Bảng 3.4.

Các thông số cấu trúc và kích thước pha tinh thể NdFe1-xMnxO3
(với x = 0; 0,1; 0,2; 0,3) nung ở 850°C trong 1h ................................ 42

Bảng 3.5.

Hàm lượng các nguyên tố trong mẫu NdFe1-xNixO3 nung ở
850oC ................................................................................................... 48

Bảng 3.7.

Các đặc trưng từ tính của mẫu vật liệu NdFe1-xNixO3 (x = 0; 0,1;
0,2; 0,3) nung ở 850oC trong 1h ......................................................... 52

Bảng 3.8.

Các đặc trưng từ tính của mẫu vật liệu NdFe0,8Ni0,2O3 nung ở các
nhiệt độ khác nhau trong 1h ................................................................ 52

Bảng 3.9.

Các đặc trưng từ tính của mẫu vật liệu NdFe1-xMnxO3 (x = 0; 0,1;
0,2; 0,3) nung ở 850oC trong 1h ......................................................... 55

Bảng 3.10. Các đặc trưng từ tính của mẫu vật liệu NdFe0,8Mn0,2O3 nung ở các
nhiệt độ khác nhau trong 1h ................................................................ 55
Bảng 3.11. Các đặc trưng từ tính của mẫu vật liệu NdFe1-xMxO3 ............................ 56


DANH MỤC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 2.1. Quy trình tổng hợp hệ vật liệu nano ferrite NdFe1-xMxO3....................... 20
Sơ đồ 2.2. Hình ảnh thực nghiệm tổng hợp hệ vật liệu NdFe1-xMxO3 ...................... 21


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, KÍ HIỆU
VIẾT TẮT

DSC

TÊN TIẾNG ANH
Differential Scanning

Tên Tiếng Việt
Nhiệt vi sai quét

Calorimetry
DTA

Differential Thermal Analysis Phân tích nhiệt vi sai

EDX

Energy Dispersive X-ray

Phổ tán sắc năng lượng tia X

Spectroscopy
Hc

Hysteresis Coercive

Lực kháng từ

Mr

Magnetocaloric remanence

Độ từ dư

Ms

Magnetisation saturated

Độ từ bão hòa

SEM

Scanning Electron

Hiển vi điện tử quét

Microscope
TEM

Transmission Electron

Hiển vi điện tử truyền qua

Microscopy
TGA

Thermal Gravimetric

Phân tích nhiệt khối lượng

Analysis
UV-Vis

UltraViolet-visible

Phổ tử ngoại – khả kiến

Spectroscopy
VSM

Vibrating Sample

Từ kế mẫu rung

Magnetometer
XRD

X-Ray Diffraction

Nhiễu xạ tia X

ABO3

Công thức chung của perovskite

a, b, c

Hằng số mạng tinh thể orthorhombic

d

Khoảng cách giữa hai mặt phẳng tinh thể

D

Kích thước tinh thể xác định từ nhiễu xạ tia X



Bước sóng tia X



Độ bán rộng của phổ nhiễu xạ tia X

rA, rB, rO

Bán kính ion A, B, O

2θ

Góc nhiễu xạ tia X


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận văn
Ngày nay, cơng nghệ nano khơng cịn là lĩnh vực mới mà đã được nhiều nước
quan tâm nghiên cứu, bởi các triển vọng mà nó mang lại. Các ứng dụng của cơng
nghệ nano trong các lĩnh vực như hoá học, sinh học, y học, khoa học vật liệu, …
ngày càng phổ biến rộng rãi, góp phần nâng cao chất lượng cuộc sống của con

người. Công nghệ nano không chỉ giúp chúng ta thu nhỏ kích thước máy móc, thiết
bị mà cịn tăng hiệu suất lên nhiều lần. Trong y học, những phần tử có kích thước cỡ
vài chục nano mét đã được tìm thấy có khả năng tác động đến từng tế bào nhiễm
bệnh.
Hiện nay, các ngành khoa học – kĩ thuật đều cần đến các vật liệu với tính năng
ngày càng đa dạng và chất lượng ngày càng cao. Trong khi nguồn tài nguyên thiên
nhiên đang dần trở nên cạn kiệt, đòi hỏi phải phát hiện, tìm tịi, nghiên cứu và phát
triển những vật liệu mới đã trở thành hướng quan tâm đặc biệt của mỗi quốc gia
trong thời điểm các ngành khoa học phát triển như vũ bão hiện nay. Một trong
những vật liệu đã và đang được nghiên cứu rộng rãi trong những năm gần đây là vật
liệu đất hiếm perovskite và đã trở nên phổ biến trong lĩnh vực khoa học vật liệu
mới. Vật liệu perovskite được tìm thấy lần đầu từ thế kĩ XIX và được biết đến là
một chất điện môi với hằng số điện môi lớn. Ngồi ra, vật liệu perovskite với kích
thước nano được quan tâm nghiên cứu nhiều bởi các tính chất tuyệt vời mà chúng
mang lại như tính chất điện - từ, hoạt động xúc tác, tính siêu dẫn, tính dẫn điện, …
mở ra những triển vọng ứng dụng trong ngành vật liệu cảm biến, xúc tác, điện tử, y
sinh, …
Trong các vật liệu perovskite đất hiếm thì NdFeO3 đã được nghiên cứu và ứng
dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như xúc tác, cảm biến, … Một số tài liệu đã chỉ
ra rằng khi pha tạp một vài kim loại vào cấu trúc NdFeO3 dẫn đến những biến đổi
cả cấu trúc và tính chất. Tuy nhiên, những cơng trình này đều tập trung nghiên cứu
vật liệu được tổng hợp bằng phương pháp phản ứng pha rắn, ưu điểm của phương
pháp này là đơn giản về mặt hố học nhưng lại có nhiều hạn chế như sản phẩm thu


2

được có độ đồng nhất và tinh khiết hố học khơng cao, kích thước hạt lớn, độ đồng
đều kém, khó thực hiện khi trong hệ phản ứng có chất dễ bay hơi, vì vậy chúng tơi
muốn tổng hợp hệ vật liệu bằng phương pháp tương đối đơn giản và có nhiều ưu

điểm hơn – phương pháp đồng kết tủa. Do đó chúng tơi quyết định chọn đề tài
“Khảo sát cấu trúc và tính chất của vật liệu nano NdFeO3 pha tạp Mn, Ni tổng
hợp bằng phƣơng pháp đồng kết tủa”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Tổng hợp vật liệu nano orthoferrite NdFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa.
- Khảo sát ảnh hưởng của sự pha tạp Mn, Ni đến đặc trưng cấu trúc và tính
chất của vật liệu nano orthoferrite NdFeO3.
3. Đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu
- Các hệ vật liệu nano bột NdFe1-xMxO3 (M = Ni, Mn; x = 0; 0,1; 0,2; 0,3 theo
tính tốn lí thuyết).
3.2. Nội dung nghiên cứu
- Nghiên cứu tổng quan các tài liệu liên quan tới đề tài nghiên cứu.
- Xây dựng quy trình tổng hợp các hệ vật liệu nghiên cứu.
- Xác định các đặc trưng cấu trúc của các hệ vật liệu nano tổng hợp được.
- Xác định các đặc trưng từ tính của hệ vật liệu nano tổng hợp được.
- Phân tích xu hướng biến đổi cấu trúc và tính chất của vật liệu nano NdFeO3
vào hàm lượng pha tạp Ni, Mn.
- Viết và hoàn thành luận văn.
3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Tổng hợp vật liệu bằng phương pháp đồng kết tủa.
- Khảo sát các q trình hố lí xảy ra theo nhiệt độ bằng phương pháp phân
tích nhiệt (TGA - DSC).
- Khảo sát cấu trúc tinh thể bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (PXRD).
- Hình thái bề mặt của mẫu vật liệu được mơ tả bằng kính hiển vi điện tử qt
(SEM).


3

- Hình thái hạt, kích thước, độ phân tán của vật liệu được kiểm tra bằng kính
hiển vi điện tử truyền qua (TEM).
- Phân tích thành phần các nguyên tố trong mẫu bằng phổ tán sắc năng lượng
tia X (EDX).
- Đường cong từ trễ, từ độ bão hòa, độ từ dư và lực kháng từ của các mẫu bột
được đo bằng thiết bị từ kế mẫu rung (VSM).
4. Bố cục luận văn
Luận văn bao gồm phần mở đầu, 4 chương chính và phụ lục, 66 trang chính
và 60 nguồn tài liệu tham khảo.
Chương 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
Chương 2. Thực nghiệm và phương pháp nghiên cứu.
Chương 3. Kết quả và thảo luận.
Chương 4. Kết luận và kiến nghị.


4

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Vật liệu nano và công nghệ nano
Ngày nay, khái niệm nano khơng cịn xa lạ đối với con người. Ngành cơng
nghệ nano đã được nhiều nước quan tâm nghiên cứu, triển khai ứng dụng, phục vụ
từ an ninh – quốc phòng đến cuộc sống hàng ngày, mở ra triển vọng mới cho ngành
công nghiệp hiện đại.
- Công nghệ nano (nanotechnology) là ngành cơng nghệ liên quan đến việc
thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc
điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (từ 1 đến 100 nm) [1].
- Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can
thiệp vào vật liệu ở quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử [1].
- Vật liệu nano là các tổ chức, cấu trúc, thiết bị, hệ thống, … có kích thước
nano. Các vật liệu có kích thước như vậy có những tính chất hoá học, nhiệt, điện, từ,

quang, xúc tác, … rất đặc biệt, khác hẳn với các vật liệu có kích thước lớn [1].
Dựa trên các đặc tính cơ bản của vật liệu, lĩnh vực ứng dụng, hình dạng hay
kích thước mà có thể phân loại vật liệu nano theo số chiều (một chiều, hai chiều,
không chiều), lĩnh vực ứng dụng (vật liệu nano kim loại, bán dẫn, từ tính, sinh học).
Do những tính chất của hệ vật liệu (điện, từ, quang, xúc tác, …) nên vật liệu
nano đã được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực từ gần gũi với đời sống con
người. Một số ứng dụng của ngành công nghệ nano:
- Công nghệ nano trong sinh học và y học.
- Ứng dụng của công nghệ nano trong lĩnh vực thực phẩm.
- Trong lĩnh vực điện tử, quang điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông.
- Trong lĩnh vực môi trường.
- Trong lĩnh vực năng lượng.
- Trong lĩnh vực quốc phịng và hàng khơng vũ trụ.
1.2. Sơ lƣợc về vật liệu nano perovskite
Perovskite là một cách gọi chung của các vật liệu có cấu trúc tinh thể tương tự
với cấu trúc của vật liệu calcium titanate (CaTiO3) – được tìm thấy bởi nhà địa chất
Gustav Rose ở dãy núi Ural vào năm 1839 [2–4]. Các loại perovskite của oxide kim


5

loại có cơng thức chung ABO3 với A là ngun tố đất hiếm thuộc họ lantanoit (A =
Y, La, Pr, Nd, Eu, Gd, …) hay kim loại kiềm thổ (Ca, Ba, ...) và B là các kim loại
chuyển tiếp thuộc họ d (Mn, Fe, Co, Ni, Ti, …).
1.2.1. Cấu trúc perovskite ABO3 lí tƣởng
Cấu trúc perovskite ABO3 lí tưởng có dạng lập phương với các thông số mạng
a = b = c và α = β = γ = 90o. Chúng ta có thể mơ tả cấu trúc lí tưởng perovskite dưới
dạng sắp xếp các bát diện (Hình 1.1).

Hình 1.1. Cấu trúc perovskite ABO3 lập phƣơng lí tƣởng (a) và sự sắp xếp các

bát diện trong cấu trúc perovskite lập phƣơng lí tƣởng (b) [5]
Cation A nằm tại đỉnh của hình lập phương, cation B có bán kính nhỏ hơn nằm
tại tâm của hình lập phương, anion O2- nằm vị trí tâm của các mặt của hình lập
phương. Cation B được bao quanh bởi 8 cation A và 6 anion O2-. Quanh mỗi vị trí
A có 12 anion O2- phối vị tạo thành đa diện AO12. Ngoài ra, cấu trúc tinh thể của
hợp chất perovskite cịn có thể mơ tả dưới dạng sắp xếp các bát diện BO6 với cation
B nằm ở hốc của bát diện BO6, còn các anion O2- nằm ở đỉnh của bát diện BO6. Các
góc B – O – B bằng 180o và độ dài liên kết B – O bằng nhau theo mọi phương. Bát
diện BO6 này ảnh hưởng rất nhiều đến tính chất điện và tính chất từ của vật liệu [6].
Các oxide perovskite thể hiện tính chất vật lí và hố học rất đa dạng. Tính dẫn
điện của oxide perovskite thể hiện trong dải rộng như siêu dẫn [7], kim loại [8], bán
dẫn (gồm cả độ dẫn loại n và p) [9], cách điện [10], dẫn ion [11]; ngồi ra cịn thể
hiện là các vật liệu có tính chất điện, từ đặc biệt như áp điện [12], hiệu ứng từ nhiệt
khổng lồ [13], hiệu ứng từ trở khổng lồ [14], sắt từ [15], phản sắt từ [16], …. Do đó,
oxide perovskite được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như
pin nhiên liệu oxide rắn [17], chất xúc tác và cảm biến hoá học [18–21], …


6

1.2.2. Cấu trúc perovskite ABO3 pha tạp
Các tính chất khác nhau của vật liệu perovskite sẽ bị ảnh hưởng, tác động bởi
phương pháp tổng hợp (phản ứng pha rắn, phương pháp gol - sel, …), điều kiện
nung (nhiệt độ, áp suất, môi trường, …) và đặc biệt là sự thay thế một phần cation
A, B bằng một hoặc một số cation khác. Điều này được giải thích là do khi thay thế
cation A, B sẽ dẫn đến sự biến đổi trạng thái oxy hoá, sự biến đổi trạng thái hoá học
của A, B, tạo ra các khuyết tật mạng, cấu trúc, … [6]. Vật liệu perovskite ABO3 khi
pha tạp có thể viết dưới dạng công thức (A1-xA’xB1-yBy’)O3+ (0 ≤ x, y ≤ 1).
Trong cấu trúc lí tưởng, khoảng cách B – O là a/2 (a là hằng số mạng của ô
mạng lập phương), trong khi khoảng cách A – O là a/√ và mối liên hệ giữa các

bán kính ion là:
rA + rO = √

(rB + rO)

(1.1)

Tuy nhiên, người ta nhận ra rằng cấu trúc lập phương của hợp chất ABO3 vẫn
tồn tại ngay cả khi phương trình trên khơng được thỏa mãn. Do đó, để giải thích sự
sai lệch cấu trúc tinh thể, ta đánh giá qua hệ số dung sai t do Goldchmit đưa ra:
t=

(1.2)

√

với rA, rB, rO lần lượt là bán kính của các ion A, B, O.
Cấu trúc perovskite được xem là ổn định khi 0 ≤ x, y ≤ 0,2; rA > 0,9Å, rB >
0,5Å.
- t = 1, ta có cấu trúc perovskite là hình lập phương lí tưởng.
- 1 < t < 1,13 hoặc t < 0,7 ta có cấu trúc hexagonal.
- 0,9 < t < 1, ta có cấu trúc cubic.
- 0,75 < t < 0,9, ta có cấu trúc orthohombic.
Khi t

1, mạng tinh thể bị méo, góc liên kết B – O – B khơng cịn là 180o nữa

mà bị bẻ cong và độ dài liên kết B – O theo các phương khác nhau sẽ khác nhau
(Hình 1.2). Lúc này cấu trúc tinh thể bị thay đổi, dẫn tới thay đổi các tính chất vốn
có của nó [6].

7

Hình 1.2. Sự biến dạng của cấu trúc perovskite khi góc liên kết B – O – B 
180o [5]
Bảng 1.1. Bán kính các ion và thừa số dung hạn t của đối tƣợng nghiên
cứu [22]

t

Ion

Nd3+

Fe3+

Ni3+

Mn3+

O2-

Bán kính (Å)

0,983

0,650

0,600

0,650

1,400

NdFeO3

0,822

NdNiO3

0,823

NdFe0,8Ni0,2O3

0,826

NdMnO3

0,822

NdFe0,8Mn0,2O3

0,822

Xét vật liệu NdFeO3 pha tạp manganese hoặc nickel, ta thấy cấu trúc vẫn là
orthorhombic (số liệu trình bày trong Bảng 1.1).
Khi một hợp chất perovskite có sự pha tạp và có sự thay thế nguyên tử này
bằng nguyên tử kia thì cấu trúc tinh thể của nó sẽ bị biến dạng khơng còn là cấu trúc
ban đầu, hiện tượng này gọi là méo mạng Jahn – Teller.

Khi một phân tử có tính đối xứng cao với các quỹ đạo điện tử suy biến sẽ phải
biến dạng để loại bỏ suy biến, giảm tính đối xứng và giảm năng lượng tự do. Ví dụ,
ion Cu2+ có cấu hình electron lớp ngồi cùng 3d9 ( t 62g e3g ). Mức t 62g suy biến bậc 3,
chứa 6 electron nên chỉ có một cách sắp xếp duy nhất là một orbital chứa 2 electron.


8

Tuy nhiên, mức e3g suy biến bậc 2, chứa 3 eclectron nên sẽ có thể có hai cách sắp
xếp là: d1x

2

- y2

d z22 hoặc d 2x 2 - y2 d1z2 .

Nếu theo cách sắp xếp thứ nhất thì mật độ electron trên trục z tăng lên, lực liên
kết giữa ion trung tâm và các electron trên trục z giảm, dẫn đến liên kết trên trục z
bị kéo dài (méo kiểu I), tương tự, nếu theo cách thứ hai thì liên kết trên trục x và y
sẽ bị kéo dài (méo kiểu II). Trong cả hai trường hợp, lực hút giữa Cu2+ với các ion
oxygen sẽ không đồng nhất giữa trục z và trên mặt phẳng xy, dẫn đến độ dài liên kết
Cu – O trên trục z và các trục x, y khơng bằng nhau (Hình 1,3).
Vật liệu perovskite pha tạp đang được giới khoa học quan tâm nghiên cứu trên
thế giới vì chúng biểu hiện tiềm năng to lớn trong rất nhiễu lĩnh vực như y học
(perovskite kép La2NiMnO6 trong hấp thụ huyết thanh albumin [23]), thiết bị
chuyển mạch cảm biến NdFe1-xMnxO3 [24], thiết bị làm sensor (perovskite dùng
làm sensor có thể phát hiện hơi cồn [5, 25] hay các khí độc CO, NO, NO2 [20, 26],
làm điện cực [27], xúc tác [28], ….

Hình 1.3. Méo mạng Jahn – Teller trong cấu trúc perovskite
1.2.3. Cấu trúc vật liệu neodymium orthoferrite (NdFeO3)
Trong hơn hai thập kỉ qua, việc nghiên cứu các hạt nano và vật liệu có cấu trúc
nano đã trở thành chủ đề được quan tâm đặc biệt trong ngành vật liệu vơ cơ. Trong
đó, vật liệu nano NdFeO3 đã được nghiên cứu rất nhiều bởi các tính chất và ứng
dụng.
Ở nhiệt độ phịng, NdFeO3 có cấu trúc tinh thể trực thoi thuộc nhóm khơng
gian D162h (Pbnm) với tế bào ngun thủy chứa bốn đơn vị cơng thức (Hình 1.4),
dưới nhiệt độ Neel TN1 (760K), ion Fe3+ thể hiện phản sắt từ, trong khi nhiệt độ


9

phịng, thể hiện tính sắt từ yếu dọc theo trục c [29], trong đó FeO6 được hình thành
do sự phối trí của các ion Fe3+ bởi sáu ion O2-. Ba cạnh tranh tương tác từ trong
NdFeO3 là Fe - Fe, Nd - Fe và Nd - Nd quyết định tính chất từ và cấu trúc hấp dẫn
của nó dẫn đến các ứng dụng khác nhau [30].
NdFeO3 được sử dụng như một chất xúc tác tuyệt vời cho nhiều phản ứng như
phản ứng thốt khí hydrogen, đốt methane và oxy hố carbon dioxide, sử dụng
trong pin nhiên liệu oxide rắn S/O2 như một vật liệu anode [5, 6, 17, 31]. NdFeO3
và các hình thức pha tạp của nó có thể cung cấp nhiều cơ hội để cải thiện cảm biến
khí như khí CO, … [32].

Hình 1.4. Cấu trúc tinh thể của NdFeO3 [29]
1.3. Tình hình tổng hợp, khảo sát cấu trúc, tính chất của vật liệu nano
perovskite neodymium orthoferrite
Đặc điểm cấu trúc, tính chất của các perovskite neodymium được bắt đầu
nghiên cứu từ những năm 1970 của thế kỉ trước, khi đó H. Pinto và H. Shaked [33]
đã sử dụng neutron có bước sóng dài trong nghiên cứu cấu trúc orthoferrite đất hiếm
PrFeO3, NdFeO3. Trong nghiên cứu này, hai nhà khoa học đã đưa ra mơ hình nhiễu

xạ đa tinh thể của NdFeO3 với neutron có bước sóng khoảng 2,4Å và đường cong
nhiệt độ - cường độ cho phản xạ {101} của mẫu NdFeO3, các kết quả thu được thì


10

lớn hơn so với các kết quả bằng phép đo từ hố thường được tìm thấy trong các
orthoferrite khác. Những năm sau đó, tính chất từ của vật liệu NdFeO3 được nghiên
cứu khá nhiều. Năm 1993, Galdon và các cộng sự [34] đã tiến hành tổng hợp
NdFeO3 bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp ceramic, đồng kết
tủa của hydroxide, kết tinh đồng thời từ dung dịch nitrate để khảo sát nhiệt độ nung
hình thành mẫu vật liệu. Kết quả cho thấy các mẫu hydroxide thu được từ ammonia
có kết cấu mịn hơn so với các mẫu từ sodium hydroxide. Kết quả cho thấy quá trình
nung hình thành mẫu điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa bắt đầu từ khoảng
nhiệt độ 500oC, trong khi đó, các phương pháp khác phải đến hơn 600oC thì mới bắt
đầu hình thành NdFeO3 với cường độ rất thấp.
Tính chất từ và cả các tính chất khác như kích thước tinh thể, trật tự moment
từ của Nd3+, sự giản nỡ nhiệt bất thường của đa tinh thể, … trong NdFeO3 được các
nhà khoa học đặc biệt quan tâm và tiếp tục nghiên cứu cho đến những năm cuối thế
kỉ XX và đầu thế kỉ XXI [20, 27, 35, 36], các kết quả thu được một lần nữa khẳng
định lại NdFeO3 có tính chất từ là do ion Nd3+ và Fe3+. Tuy nhiên, trong những
nghiên cứu này vẫn còn riêng lẻ, chỉ dừng lại việc khảo sát từ tính mà chưa quan
tâm đến tính chất có thể có khác cũng như việc ứng dụng tính chất này vào thực tế.
Một trong những ứng dụng khác của NdFeO3 đã được Chen Tongyun trình
bày đó là làm vật liệu anode cho pin nhiên liệu oxide rắn S/O2 [17]. Pin nhiên liệu
rắn S/O2 (S/O2-SOFC) có thể cải thiện tỉ lệ sử dụng năng lượng thông qua chuyển
đổi nhiệt đốt cháy của sulfur thành năng lượng điện trực tiếp và sulfur trioxide là
chất trung gian trong công nghiệp sản xuất sunfuric acid có thể thu được trực tiếp
thơng qua S/O2-SOFC. Vật liệu anode NdFeO3 được điều chế bằng phương pháp
sol-gel ở 700oC trong 2 giờ, độ ổn định pha của NdFeO3 trong hơi sulfur hoặc khí

quyển sulfur dioxide đã được nghiên cứu. Đơn tế bào, bao gồm cấu trúc NdFeO3SDC/SDC/LSM-SDC, được chế tạo bằng phương pháp in màn và được thử nghiệm
bằng thiết bị chế tạo với hơi sulfur hoặc sulfur dioxide làm nhiên liệu. Như đã chỉ ra
trong phân tích nhiễu xạ tia X (XRD), NdFeO3 ổn định trong hơi sulfur hoặc sulfur
dioxide ở 800oC, thành phần pha của hỗn hợp NdFeO3 và SDC (Ce pha tạp Sm)
không thay đổi sau khi hỗn hợp được nung ở 800oC trong 4 giờ. Ảnh kính hiển vi


11

điện tử truyền qua (TEM) cho thấy kích thước hạt trung bình của bột NdFeO3 là
khoảng 80 nm. Với hơi sulfur hoặc SO2 làm nhiên liệu, điện áp mạch mở tối đa
(OCV) của đơn tế bào lần lượt là 409 mV ở 620oC và 474 mV ở 650oC; mật độ
năng lượng tối đa của đơn tế bào lần lượt là 0,125 mW·cm-2 ở 620oC và 0,265
mW·cm-2 ở 650oC. Mặc dù mật độ năng lượng khơng lí tưởng, các nghiên cứu sâu
hơn đang được tiến hành và mật độ năng lượng của đơn tế bào có thể được cải thiện
hơn nữa. NdFeO3 là một ứng cử viên có thể cho anode S/O2 và SO2/O2-SOFC.
M. Khorasani – Motlagh (2013) [37] đã tổng hợp tinh thể nano NdFeO3 bằng
phương pháp đồng kết tủa với sự có mặt của acid octanoic như chất hoạt động bề
mặt. Phương pháp đồng kết tủa có thể tạo ra các hạt mịn, độ tinh khiết cao, cân
bằng hoá học của các oxide kim loại đơn và đa thành phần. Sản phẩm được nghiên
cứu bởi quang phổ hồng ngoại (FTIR), nhiễu xạ tia X (XRD), kính hiển vi điện tử
quét (SEM) và phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX). Các kết quả cho thấy, các hạt
tinh thể nano NdFeO3 có hình cầu với kích thước hạt trung bình khoảng 69 nm, thu
được ở nhiệt độ nung 800°C, các hạt đồng nhất cả về hình thái và kích thước hạt.
Kết quả chỉ ra rằng lượng chất hoạt động bề mặt, pH và tốc độ khuấy có vai trị
quan trọng trong tính đồng nhất và kích thước của sản phẩm. Q trình điều chế
cũng có thể được áp dụng để tổng hợp các oxide kim loại khác.
Năm 2016, Minh Dai Luu và cộng sự [38] đã điều chế perovskite NdFeO3
bằng phương pháp đốt sử dụng rượu polyvinyl (PVA) và tiền chất kim loại nitrate
tương ứng trong điều kiện tối ưu, sử dụng dung dịch có pH = 2, nhiệt độ tạo gel

80oC, tỉ lệ mol kim loại/PVA là 1:3 và nhiệt độ nung là 600oC, được nghiên cứu
ứng dụng để xử lí arsenic trong nước sinh hoạt. Để chứng minh sự có mặt của As
(V) trên bề mặt vật liệu, tác giả tiến hành phân tích phổ hồng ngoại (FTIR) và phổ
Raman, phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) trên mẫu trước và sau khi hấp phụ As
(V). Các đường đẳng nhiệt hấp phụ chỉ ra rằng chất hấp phụ NdFeO3 có khả năng
hấp thụ As (V) cao ở các giá trị pH trong khoảng từ 3 đến 7 và giảm nhanh khi pH
của dung dịch tăng từ 7 đến 10. Khả năng hấp phụ As (V) tối đa của chất hấp phụ
NdFeO3 đạt giá trị 126,58 mg·g-1, cao hơn nhiều so với hầu hết các chất hấp phụ
arsenate. Phân tích FTIR chỉ ra rằng các nhóm hydroxyl trên bề mặt chất hấp phụ có


12

liên quan đến sự hấp phụ As (V), hình thành liên kết M – O – As, kết quả trước và
sau khi hấp phụ cho thấy sự thay đổi các peak đặc trưng của liên kết M – O trên vật
liệu NdFeO3. Kết quả phân tích phổ Raman của vật liệu trước và sau khi hấp phụ As
(V) cho thấy sự hình thành phức As (V) với vật liệu trên bề mặt vật liệu hấp phụ. Sự
hiện diện của các anion cạnh tranh như Cl−, SO42- và F− không can thiệp lớn vào sự
hấp phụ As (V), trong khi sự hiện diện của H2PO4- làm giảm đáng kể sự hấp phụ As
(V). Chất hấp phụ đã qua sử dụng có thể được tái sinh hiệu quả bằng dung dịch
NaOH 0,5 M để sử dụng nhiều lần mà không bị giảm công suất đáng kể.
Mostafa và các cộng sự [39] đã tổng hợp các hạt nano NdFeO3 bằng phương
pháp siêu âm với chất hoạt động bề mặt acid octanoic, phương pháp này có hai ưu
điểm là thời gian nhanh và khơng cần nhiệt độ cao trong quá trình phản ứng, việc sử
dụng bức xạ siêu âm đã tạo ra các hạt nhỏ hơn. Sản phẩm sau khi nung ở 800oC
trong 4 giờ và được đặc trưng bằng các phương pháp phân tích như FTIR, SEM,
XRD, EDX thì thu tinh thể có cấu trúc trực thoi, các hạt nano đồng nhất về hình thái
và kích thước hạt, có kích thước khoảng 40 nm.
Mehrnoush Nakhaei [40] đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của kích thước hạt và
biến dạng mạng tinh thể đến tính chất từ và điện môi của NdFeO3. Các hạt nano

được điều chế bằng phương pháp sol – gel, các mẫu thu được đã được nung ở các
nhiệt độ khác nhau (700oC, 800oC, 900oC, 1000oC) để khảo sát cấu trúc, từ tính và
điện mơi của chúng, phương pháp W-H cho thấy biến dạng mạng tinh thể giảm khi
tăng kích thước hạt, hằng số điện môi giảm khi tăng tần số từ 500 Hz đến 6 MHz và
sau đó lại tăng.
Yanping Chen [41] nghiên cứu màng dày NdFeO3 cảm biến CO2. Kết quả thí
nghiệm cho thấy điện trở NdFeO3 trong khí CO2 lớn hơn so với trong khơng khí và
độ nhạy khí CO2 tăng lên khi tăng độ ẩm tương đối ở nhiệt độ phòng. Độ nhạy S
của cảm biến màng bột nano NdFeO3 được nung ở nhiệt độ 600oC đạt 3000 ppm
CO2, ở nhiệt độ hoạt động 200oC có thể đạt tới 2,36 cho nền khơng khí ẩm với 72%
rh, lớn hơn giá trị tương ứng (1,83) trong khơng khí với 25% rh. Độ nhạy của vật
liệu cảm biến CO2 mới với nồng độ CO2 dao động từ 1000 đến 9000 ppm ở một
phạm vi độ ẩm tương đối rộng do đó có thể được sử dụng làm vật liệu cảm biến


13

CO2 mới.
1.4. Tình hình tổng hợp, khảo sát cấu trúc, tính chất của vật liệu nano
perovskite neodymium orthoferrite pha tạp
Như đã trình bày ở trên, khi thay thế một phần cation A hoặc cation B hoặc cả
A, B bằng một hoặc vài ion khác sẽ dẫn đến thay đổi cấu trúc và do đó một số tính
chất của perovskite cũng sẽ thay đổi theo. Tuy nhiên, việc thay thế này có thể là tốt
– tức là có thể tăng tính chất từ, hoạt tính xúc tác, ... của vật liệu nhưng cũng có thể
khơng tốt, vì vậy các nhà khoa học đã tiến hành pha tạp vào NdFeO3 các ion khác
nhau để tìm hiểu về những thay đổi có thể xảy ra.
Năm 2009, Abida Bashir [42] đã pha tạp một phần ion Fe3+ bằng Ni nhằm
khảo sát cấu trúc, cấu trúc điện tử, từ tính của các mẫu NdFe1-xNixO3 (0 ≤ x ≤ 0,3)
tổng hợp bằng phản ứng pha rắn từ Nd2O3, FeO và NiO được nghiền thành bột mịn
sau đó ép viên và nung trong mơi trường khơng khí ở 1000oC trong 12 giờ, các mẫu

được nung thiêu kết hai lần, tiếp tục được nghiền trung gian và tạo hạt ở 1250oC
trong 12 giờ và 1300oC trong 24 giờ. Các sản phẩm được đo nhiễu xạ tia X, phổ
Mössbauer, từ kế mẫu rung VSM, NEXAFS. Phân tích XRD cho thấy sự giảm thể
tích với sự gia tăng nồng độ Ni do bán kính ion của Ni nhỏ hơn so với Fe; NEXAFS
cho thấy trạng thái đối xứng bát diện và trạng thái oxy hoá của các ion Fe, Nd, Ni là
+3, hàm lượng Ni tăng lên kết hợp với tác động lai hoá orbital 3d của Ni và 2p của
O làm tăng mật độ trạng thái; phổ Mössbauer cho thấy sự dịch chuyển đồng phân và
tăng các giá trị tách khi tăng nồng độ Ni do biến dạng chồng chéo; từ hoá phụ thuộc
nhiệt độ cho thấy giao điểm của các nhánh từ hoá liên quan mật thiết với hiện tượng
đảo chiều quay và ảnh hưởng của moment Nd ở nhiệt độ thấp. Các phép đo M – H
được thực hiện ở các nhiệt độ khác nhau cho thấy trạng thái sắt từ khơng bão hịa ở
nhiệt độ phịng và sự đóng góp thuận từ của các phân lớp Nd. Từ đó, tác giả kết
luận khi pha tạp Ni tại các vị trí của Fe cho phép điều chỉnh các tính chất từ của hệ
thống, cho thấy sự chuyển đổi các tính chất từ tính, có thể được thực hiện trong các
ứng dụng của các thiết bị từ tính và do đó điều khiển sóng mang và moment của hệ
thống.


14

Tác giả Zhang Ru và cộng sự [32] xác định ảnh hưởng khi pha tạp Co đến tính
cảm ứng điện và CO của NdFeO3. Bột NdFe1-xCoxO3 (x = 0,0 – 0,5) được điều chế
bằng phương pháp sol – gel. Kết quả thu nhận khi phân tích mẫu bằng nhiễu xạ tia
X thì phù hợp với các cơng trình đã cơng bố trước đó; cấu trúc trực thoi, thể tích tế
bào đơn vị và kích thước hạt giảm khi tăng hàm lượng Co trong mẫu. Đặc biệt, tác
giả nhận thấy là tính bán dẫn của NdFe1-xCoxO3 thay đổi theo hàm lượng Co, khi x
tăng độ dẫn tăng lên, sau đó giảm xuống giá trị tối thiểu tại x = 0,4 và cuối cùng
tăng trở lại. Khi x < 0,3 các perovskite thể hiện tính bán dẫn loại p, và khi x > 0,3
thì thay đổi thành loại n. Các cảm biến được đo bằng một mạch thơng thường và
tính chất của chúng được đo ở các điều kiện khác nhau. Nồng độ CO lần lượt là

0,01%, 0,03%, 0,05%, 0,07% và 0,09%. Do sự thay đổi điện trở khác nhau trong
trường hợp giảm khí thể hiện bởi các loại bán dẫn khác nhau (loại p, loại n), độ
nhạy của cảm biến được xác định là S = ((Rg – Ra)/ Ra) 100%, trong đó Rg, Ra là
điện trở được đo trong mơi trường CO và khơng khí. Các cảm biến đối với CO phản
ứng cao hơn trong khi nhiệt độ tối ưu thấp hơn. Độ nhạy cao nhất với 0,03% khí CO
đạt 1215% ở 170oC đối với cảm biến NdFeO3 (cao hơn nhiều so với các cảm biến
CO dựa trên các perovskite khác); tuy nhiên, pha tạp Co2+ trong NdFeO3 không cải
thiện các độ nhạy khí.
Zhan-lei Wu và các cộng sự [43] đã nghiên cứu các ảnh hưởng khi pha tạp Pd
đến cảm biến acetone của NdFeO3. Các đặc tính cảm biến acetone của NdFeO3 pha
tạp Pd đã được nghiên cứu từ nhiệt độ phòng đến 400oC, NdFeO3 được tổng hợp
bằng phương pháp sol – gel và các dẫn xuất Pd với hàm lượng 1% đến 5% được
đưa vào hạt nano NdFeO3 bằng phương pháp khuếch tán nhiệt. Phổ nhiễu xạ tia X
và kính hiển vi điện tử quét cho thấy NdFeO3 có cấu trúc trực thoi với kích thước
hạt trung bình khoảng 40 nm. Một phản ứng cảm biến acetone rõ ràng được quan
sát thấy khi hàm lương Pd khoảng 3%. Thời gian đáp ứng và hồi phục của cảm biến
đối với khí acetone 5 10-4 lần lượt là 16 và 1 giây, đều này cho thấy vật liệu có độ
nhạy tốt với acetone. Đồng thời nó thể hiện tính chọn lọc tốt đối với khí acetone và
hứa hẹn đây có thể là một hướng mới trong việc phát triển cảm biến acetone.