Download luận văn đồ án tốt nghiệp ngành hóa vô cơ với đề tài: Ảnh hưởng của điều kiện điều chế lên quá trình hình thành pha, cấu trúc và từ tính của vật liệu nano yfeo3, cho các bạn tham khảo

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
Chuyên ngành: Hoá Vô Cơ
Tên đề tài:
ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐIỀU CHẾ LÊN
QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHA, CẤU TRÚC VÀ
TỪ TÍNH CỦA VẬT LIỆU NANO YFeO3
GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến
SVTH : Dương Thu Đông
Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng 05 năm 2013

2. MỤC LỤC
MỤC LỤC....................................................................................... 1
Lời cảm ơn...................................................................................... 3
LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI................................................................... 4
Chương 1 - TỔNG QUAN ............................................................ 5
1.1. Giới thiệu về công nghệ nano và vật liệu nano ................................... 5
1.1.1. Mở đầu và các khái niệm cơ bản[2],[13],[17]
.............................................. 5
1.1.2. Phân loại vật liệu nano .......................................................................... 6
1.1.3. Phương pháp điều chế vật liệu nano ..................................................... 7
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano[6].............................................................. 9
1.2. Vật liệu perovskite dạng ABO3[9].................................................... 10
1.2.1. Cấu trúc lí tưởng của perovskite ......................................................... 10
1.2.2. Tính chất của perovskite [1],[2].......................................................... 11
1.2.3. Các phương pháp điều chế perovskite ................................................ 12
1.3. Sắt và các hợp chất của sắt ................................................................ 15
1.3.1. Sắt........................................................................................................ 15
1.3.2. Oxit sắt ................................................................................................ 17
1.3.3. Hiđroxit sắt.......................................................................................... 19
1.4. Ytrium và các hợp chất của yttrium .................................................. 20
1.4.1. Oxit Yttrium ........................................................................................ 20
1.4.2.Hiđroxit Yttrium................................................................................... 21
1.5. Giới thiệu về perovskite YFeO3[2]................................................... 23
1.5.1. Cấu trúc lí tưởng của perovskite YFeO3 ............................................ 23
1.5.2. Ứng dụng của perovskite YFeO3........................................................ 24
CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM................................................. 25
2.1. Các phương pháp nghiên cứu tính chất bột nanoYFeO3 .................. 25
2.1.1. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai TGA/DTA[8]
............................... 25
2.1.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)[7]
................................................. 26
2.1.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM[8]
................................... 29
2.1.4. Phương pháp đo độ từ hóa[16]............................................................ 30
2.2. Hoá chất và thiết bị............................................................................ 32

3. 2.2.1. Hoá chất.............................................................................................. 32
2.2.2. Dụng cụ thiết bị................................................................................... 33
2.3. Phương pháp thực nghiệm................................................................. 33
CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN................................ 34
3.1. Kết quả và thảo luận YFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa trong
nước nóng. ................................................................................................ 34
3.2. Kết quả và thảo luận YFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa trong
nước lạnh................................................................................................... 43
3.3. So sánh kết quả hai phương pháp tổng hợp ........................................... 49
CHƯƠNG 4- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................. 52
4.1. Kết luận.............................................................................................. 52
4.2. Kiến nghị............................................................................................ 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................... 53

4. Lời cảm ơn
Khoá luận tốt nghiệp là bước cuối cùng đánh dấu sự trưởng thành của
một sinh viên ở giảng đường đại học. Đồng thời cũng là công việc khó nhất
đầu tiên - yêu cầu nhiều kĩ năng, kiến thức tổng hợp từ trước tới nay mà em
chưa từng được thực hiện. Để hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này, em
không thể thiếu sự giúp đỡ của mọi người.
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Hóa
trường Đại học Sư phạm Tp.HCM đã tạo mọi điều kiện nhằm giúp đỡ em
thực hiện khóa luận này đúng tiến độ, cũng như đã tận tâm dạy dỗ em trong
suốt những năm đại học. Đặc biệt là thầy Nguyễn Anh Tiến – người trực tiếp
hướng dẫn đề tài, mặc dù rất bận rộn với công việc, nhưng thầy vẫn dành
nhiều thời gian quan tâm hướng dẫn, góp ý, sửa chữa giúp em đi đúng
hướng trong quá trình làm khóa luận. Từ thầy em đã học hỏi được rất nhiều
điều từ kiến thức khoa học chuyên ngành đến những kinh nghiệm sống xã
hội.
Nhân đây con cũng xin gởi lời cảm ơn ba mẹ kính yêu bao lâu nay đã
luôn động viên, khích lệ để con hoàn thành tốt nhất khóa luận này. Ngoài ra,
bạn bè cũng là những người không thể thiếu đã giúp đỡ mình rất nhiều trong
quá trình thực hiện đề tài này.
Do đây là lần đầu tiên thực hiện nghiên cứu khoa học, nên em vẫn còn
giới hạn về kinh nghiệm thực tiễn cũng như kiến thức chuyên ngành, khó
tránh khỏi những sai sót. Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp và
phê bình của quý thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn mọi người, chúc sức khỏe và thành đạt!
Sinh viên thực hiện kí tên

5. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong hơn hai thập kỷ qua, sự phát triển của công nghệ nano diễn ra
mạnh mẽ. Các vật liệu nano chiếm vị trí hàng đầu về tốc độ phát triển trong
cả hai khía cạnh: tăng cường kiến thức khoa học và các ứng dụng[11].
Các nghiên cứu về vật liệu perovskite dạng hạt có kích thước nano
cũng được tập trung nghiên cứu trong thời gian gần đây, đặc biệt là sự bất
thường của tính chất siêu dẫn và tính chất từ. Bên cạnh đó, các tính chất vật
lý cơ bản có liên quan mật thiết với các ứng dụng, đặc biệt là các tính chất
điện và từ của các vật liệu nano perovskite cũng đang được tập trung nghiên
cứu [11].
Hầu hết các ứng dụng ngày nay đòi hỏi các hạt nano phải có độ từ hoá
cao, kích thước đồng đều và phân tán tốt trong môi trường dung dịch…..Do
đó tôi chọn đề tài: “ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN ĐIỀU CHẾ LÊN
QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHA, CẤU TRÚC VÀ TỪ TÍNH CỦA VẬT
LIỆU NANO YFeO3” làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình.
Tổng hợp YFeO3 bằng cách nung các oxit hoặc các muối cacbonat,
hiđroxit, nitrat, oxalat…đòi hỏi ở nhiệt độ cao, hiệu quả kết tinh hạt thấp
không có lợi về mặt kinh tế. Gần đây phương pháp tổng hợp YFeO3 bằng
phương pháp đồng kết tủa được sử dụng rộng rãi hơn, vì nhiệt độ kết tinh
thấp, quá trình thí nghiệm đơn giản thu được bột mịn và hình thái hạt đồng
nhất.
Mục tiêu của đề tài này là khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên thành
phần pha, cấu trúc và từ tính của vật liệu nano YFeO3 bằng phương pháp
đồng kết tủa.

6. Chương 1 - TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về công nghệ nano và vật liệu nano
1.1.1. Mở đầu và các khái niệm cơ bản[2],[13],[17]
Trong khoảng hai thập niên gần đây, trong khoa học xuất hiện một dãy các
từ mới gắn liền với hậu tố “nano” như: cấu trúc nano, công nghệ nano, vật
liệu nano, hoá học nano, vật lý nano, cơ học nano, công nghệ sinh học nano,
hiệu ứng kích thước nano v.v. Người ta đã công bố hàng loạt các bài báo,
các công trình khoa học, các tạp chí và tổ chức nhiều hội nghị, hội thảo gắn
liền với chủ đề công nghệ nano. Xuất hiện nhiều trung tâm, viện nghiên
cứu, tổ bộ môn, khoa, chuyên ngành về công nghệ nano và vật liệu nano.
Chữ “nano”, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra đơn
vị ước giảm đi 1 tỷ lần (10-9
). Ví dụ: nanogam = 1 phần tỷ gam; nanomet =
1 phần tỷ mét hay 1nm = 10-9
m.
Khoa học nghiên cứu về hạt nano đã và đang được quan tâm do chúng có
tính chất vật lý, hoá học và nhiều ứng dụng khác đặc biệt hơn so với khi
nghiên cứu về hạt micro.
Công nghệ nano[13]
là tổ hợp các quá trình chế tạo ra vật liệu, các thiết bị
máy móc và các hệ kỹ thuật mà chức năng của chúng được xác định bởi cấu
trúc nano, tức là các đơn vị cấu trúc có kích thước từ 1 đến 100 nm. Công
nghệ nano xuất hiện trên cầu nối của một số ngành khoa học (hoá học, vật
lý, cơ học, khoa học vật liệu, sinh học và nhiều lĩnh vực khác của khoa học),
ngày càng đi sâu vào nhiều lĩnh vực hiện đại của khoa học và kỹ thuật và
thông qua chúng, nó đi vào đời sống của chúng ta.
Khoa học nano[17]
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. Tại các
quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các

7. quy mô lớn hơn. Ngành khoa học này liên quan đến nhiều ngành khoa học
khác như vật lý học, hóa học, sinh học..
Vật liệu nano[13]
là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano
mét. Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn,
lỏng và khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là
vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí.
1.1.2. Phân loại vật liệu nano
Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano, mỗi cách phân loại cho ra
rất nhiều loại nhỏ nên thường hay làm lẫn lộn các khái niệm. Sau đây là một
vài cách phân loại thường dùng.
Phân loại theo hình dáng của vật liệu: theo cách phân loại này
người ta đặt tên số chiều không bị giới hạn ở kích thước nano:
+ Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano), ví
dụ:đám nano, hạt nano vàng và bạc...
+ Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước
nano, hai chiều kia dài hơn ví dụ: ống nano cacbon, sợi kẽm oxit….
+ Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước
nano, chiều thứ ba dài hơn ví dụ:màng mỏng...
+ Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite, trong
đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có
nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
- Cũng theo cách phân loại theo hình dáng của vật liệu, một số người
đặt tên số chiều bị giới hạn ở kích thước nano. Nếu như thế thì hạt nano là
vật liệu nano 3 chiều, dây nano là vật liệu nano 2 chiều và màng mỏng là vật
liệu nano 1 chiều. Cách này ít phổ biến hơn cách ban đầu.
Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước
nano:

8. + Vật liệu nano kim loại;
+ Vật liệu nano bán dẫn;
+ Vật liệu nano từ tính;
+ Vật liệu nano sinh học;
+.v.v...
Nhiều khi người ta phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc phối
hợp hai khái niệm nhỏ để tạo ra các khái niệm mới. Ví dụ, đối tượng chính
của chúng ta sau đây là “hạt nano kim loại” trong đó “hạt” được phân loại
theo hình dáng, “kim loại” được phân loại theo tính chất hoặc “vật liệu nano
từ tính sinh học” trong đó cả “từ tính” và “sinh học” đều là khái niệm có
được khi phân loại theo tính chất.
1.1.3. Phương pháp điều chế vật liệu nano
Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp chính: phương pháp
từ trên xuống (top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up). Phương
pháp từ trên xuống là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có
kích thước lớn hơn; phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt
nano từ các nguyên tử, phân tử hay ion. Sau đây ta xét đặc điểm của từng
phương pháp.
- Phương pháp từ trên xuống
Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể
khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. Đây là các phương
pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật
liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu).
+ Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với
những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối.
Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (còn gọi là
nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột

9. đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt
nano).
+ Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt
nhằm tạo ra sự biến dạng cực lớn mà không làm phá huỷ vật liệu. Nhiệt độ
có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ
gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng, còn
ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các vật liệu
nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm).
+ Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang
khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp.
- Phương pháp từ dưới lên
Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion.
Phương pháp từ dưới lên được phát triểnmạnh mẽ vì tính linh động và chất
lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng
hiện nay được chế tạo từ phương pháp này. Phương pháp từ dưới lên có thể
là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa-lý.
+ Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử
hoặc chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ
phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang).
Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ
nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha
vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh). Phương pháp
vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: vật liệu
được dùng sản xuất ổ cứng máy tính.
+ Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion.
Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ
thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên,
chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình

10. thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel,...) và từ pha
khí (nhiệt phân,...). Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống
nano, màng nano, bột nano,...
+ Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các
nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí,... Phương
pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột
nano,...
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano[6]
Vật liệu nano bao gồm bột nano và tinh thể nano có rất nhiều ứng
dụng do chúng có nhiều tính chất cơ, lý, hoá rất đặc biệt. Sau đây là một số
ứng dụng:
- Vật liệu ngăn cách: loại cửa sổ thông minh, tấm kính trong tức là
ánh sáng nhìn thấy lọt qua dễ dàng, tia tử ngoại và hồng ngoại không lọt qua
được. Đó là nhờ phủ lên một lớp hạt nano tinh thể, thí dụ hạt oxit ăngtimon
thiếc (ATO) hay oxit inđi thiếc (ITO).
- Ứng dụng trong chế tạo máy: công nghệ nano có thể tạo ra những
vật liệu rất cứng dùng để cắt gọt trong chế tạo máy. Gốm tinh thể nano có
thể nén và liên kết thành nhiều hình dạng khác nhau ở nhiệt độ khá thấp.
- Ứng dụng để làm màn hình: màn hình tivi, máy tính thông thường
hiện nay luôn có một lớp mỏng gồm các hạt phôtpho (có pha tạp), khi điện
tử đập vào thì loé sáng lên. Năng suất phân giải của màn hình phụ thuộc vào
kích thước của điểm ảnh tức là phụ thuộc vào kích thước của các hạt
phôtpho.Ống nano cacbon cũng được dùng làm màn hình có năng suất phân
giải cực cao.
- Ứng dụng làm pin: các loại pin niken – hiđro kim loại Ni – MH
(nickel metal hydride) được làm từ các hạt nano niken và hiđro kim loại
chứa được rất nhiều điện năng kéo dài thời gian làm việc.

11. - Nam châm cực mạnh: nam châm càng mạnh khi càng tăng tỉ lệ diện
tích bề mặt hạt từ trong một đơn vị thể tích của vật liệu từ. Loại nam châm
đất hiếm hạt nano này được dùng trong các động cơ tàu biển, máy phát điện
cho ôtô, các dụng cụ phân tích cực nhạy.
- Ứng dụng trong động cơ ôtô máy bay: để ít tổn hao nhiệt người ta
phủ một lớp nano tinh thể ở xylanh, thường là gốm oxit silic, lớp gốm này
giữ nhiệt rất tốt.
- Vật liệu thích nghi sinh học để cấy vào cơ thể: vật liệu phôtphat
canxi, vật liệu của xương tự nhiên. Vì vậy, dùng vật liệu nano này có tính
chất như là vật liệu nhân tạo bắt chước xương tự nhiên. Cacbua silic nano
tinh thể (SiC) là vật liệu có khả năng làm van tim nhân tạo.
1.2. Vật liệu perovskite dạng ABO3[9]
1.2.1. Cấu trúc lí tưởng của perovskite
Kiểu cấu trúc này đặc trưng cho các hợp chất có công thức ABO3 trong
đó: A là các nguyên tố nhóm kiềm thổ hoặc nhóm đất hiếm; B là các nguyên
tố thuộc nhóm chuyển tiếp; O là oxi. Hình 1.2.1 biểu diễn ô mạng cơ sở của
CaTiO3, một cấu trúc tinh thể perovskite lập phương lí tưởng.
Vị trí A: Ca2+
Ion ligand: O2-
Vị trí B: Ti4+
Hình 1.2.1. Biểu diễn ô mạng cơ sở của CaTiO3

12. Từ hình vẽ ta thấy: tại các đỉnh của ô mạng là các ion canxi; tại tâm
các mặt khối là các ion oxi; ion titan nằm ở tâm khối của ô mạng. Như vậy,
các ion titan (nguyên tố B trong ABO3) nằm ở tâm của khối bát diện đều do
6 ion oxi tạo thành. Để có cấu trúc tinh thể kiểu perovskite thì bán kính ion
của các nguyên tố trong hợp chất ABO3 phải thỏa mãn điều kiện sau:
𝑅 𝐴 + 𝑅 𝐵 = 𝑡. √2(𝑅 𝐵 + 𝑅 𝑂)
Ở đây: t là thừa số Gonsmitd
RA là bán kính ion A
RB là bán kính ion B
RO là bán kính ion O; 𝑅 𝑂 = 1,36Å
𝑅 𝐴~𝑅 𝑂; 𝑅 𝐵 < 𝑅 𝐴; 0,79 < 𝑡 < 1,02
Bán kính ion B phải đủ bé để có thể vào hổng bát diện, bán kính ion B
và O phải tương đương vì chúng là hai thành phần để tạo nên mạng lập
phương tâm mặt. Đa số các trường hợp trong hợp chất ABO3: A là các
nguyên tố hóa trị II như: Ca, Sr, Ba, Cd, Pb,…; B là các nguyên tố có hóa trị
IV như: Ti, Th, Sn, Zr, Hf, Ge,…Tuy nhiên vẫn có những trường hợp cả A
và B điều là hóa trị III và cấu trúc tinh thể vẫn perovskite như: A là các kim
loại đất hiếm La, Y ; B là Cr, Fe, Mn … Một số các hợp chất ABO3 sau đây
vẫn còn cấu trúc perovskite:NaCrO3, (Li, Na, K)NbO3 với A hóa trị V.
1.2.2. Tính chất của perovskite [1],[2]
Các perovskite được chú ý nhiều bởi tính chất vật lý của chúng: tính
chất từ, tính chất điện và tính quang học. Còn hoạt tính xúc tác của chúng
mới bắt đầu được nghiên cứu từ năm 1952 bởi Parravano.
Tính chất hấp thụ của perovskite ABO3 (B là kim loại chuyển tiếp) ở
250
C phụ thuộc vào cấu trúc điện tử của B3+
và lớn nhất đối với Fe3+
. Các
nghiên cứu cho thấy O2 và CO bị hấp thụ trên các tấm bề mặt khác nhau,
trong khi CO có liên kết với cả oxi bề mặt và ion kim loại của perovskite....

13. Hoạt tính xúc tác của perovskite được quyết định chủ yếu bởi tính chất
oxi hóa - khử của các kim loại trong xúc tác, trong đó kim loại chuyển tiếp B
đóng vai trò là trung tâm hoạt động của xúc tác trong các quá trình oxi hóa -
khử.
Hoạt tính của một chất xúc tác được quyết định bởi nhiều yếu tố như khả
năng hấp thụ các chất phản ứng, khả năng oxi hóa - khử của các cation trong
xúc tác, tính axit - bazơ, độ bền nhiệt,... và bề mặt riêng của xúc tác.
1.2.3. Các phương pháp điều chế perovskite
1.2.3.1. Phương pháp gốm truyền thống [15]
Bản chất của phương pháp là thực hiện phản ứng giữa các pha rắn ở
nhiệt độ cao, sản phẩm thu được thường dưới dạng bột và có cấp hạt cỡ
milimet hay micromet. Từ sản phẩm đó mới tiến hành tạo hình và thực hiện
quá trình kết khối thành vật liệu cụ thể. Đây là phương pháp đã được phát
triển lâu đời nhất nhưng hiện nay vẫn còn được ứng dụng rộng rãi. Các công
đoạn theo phương pháp này như sau:
Chuẩn bị phối liệu → nghiền, trộn → ép viên → nung → sản phẩm.
Ưu điểm của phương pháp gốm truyền thống: hoá chất không đắt tiền,
các thao tác dễ tự động hoá nên dễ dàng đưa vào dây chuyền sản xuất với
lượng lớn.
Nhược điểm: Đòi hỏi nhiều thiết bị phức tạp, tính đồng nhất của sản
phẩm không cao, kích thước hạt lớn (cỡ milimet hay micromet) nên khi ép
tạo thành sản phẩm thường có độ rỗng lớn, phản ứng trong pha rắn diễn ra
chậm và xảy ra ở nhiệt độ cao.
1.2.3.2. Phương pháp đồng tạo phức [14],[15]
Nguyên tắc của phương pháp này là cho các muối kim loại tạo phức
cùng nhau với phối tử trong dung dịch. Sau đó tiến hành phân huỷ nhiệt
phức chất có thành phần hợp thức mong muốn. Phương pháp này đạt được

14. sự phân bố lý tưởng các cấu tử trong hệ phản ứng vì rằng trong mạng lưới
tinh thể của phức rắn đã có sự phân bố hoàn toàn có trật tự của các ion.
Ưu điểm của phương pháp đồng tạo phức: là trong hỗn hợp ban đầu
đưa vào nung (hỗn hợp các phức chất) đã bảo đảm tỷ lệ hợp thức của các
cấu tử đúng như trong vật liệu mong muốn.
Nhược điểm: tìm các phức chất đa nhân không dễ dàng và công việc
tổng hợp phức chất tương đối phức tạp đòi hỏi nhiều phối tử đắt tiền. Do đó
với các vật liệu đòi hỏi phải bảo đảm chính xác tỷ lệ hợp thức.
1.2.3.3. Phương pháp đồng kết tủa [14],[15]
Đây là một trong những phương pháp đang được sử dụng rộng rãi để
tổng hợp vật liệu. Phương pháp này cho phép khuếch tán các chất tham gia
phản ứng khá tốt, tăng đáng kể bề mặt tiếp xúc của các chất phản ứng do đó
có thể điều chế được vật liệu mong muốn ở điều kiện nhiệt độ nung thấp.
Một điều quan trọng là thành phần của vật liệu ảnh hưởng đến nhiều
tính chất, do đó tiến hành phản ứng đồng kết tủa, trong điều kiện nghiêm
ngặt để kết tủa có thành phần mong muốn. Phương pháp đồng kết tủa có ưu
điểm sau:
- Cho sản phẩm tương đối tinh khiết.
- Tính đồng nhất của sản phẩm cao.
1.2.3.4. Phương pháp sol – gel [10]
Mặc dù đã được nghiên cứu vào những năm 30 của thế kỉ trước.
Nhưng gần đây, cùng với sự ra đời và phát triển của kĩ thuật nano, phương
pháp sol-gel lại được quan tâm rất nhiều vì nó rất thành công trong tổng hợp
vật liệu cấp hạt nano.
Trong quá trình sol-gel, giai đoạn đầu tiên là sự thuỷ phân và ngưng tụ
tiền chất để hình thành sol, dạng đồng nhất của các hạt oxit siêu nhỏ trong
chất lỏng. Chất đầu để tổng hợp sol này là các hợp chất hoạt động của kim

15. loại như các alkoxide của silic, nhôm, titan…Giai đoạn này có thể điều
khiển bằng sự thay đổi pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng, xúc tác, nồng độ
tác nhân, tỷ lệ nước…Các hạt sol có thể lớn lên và đông tụ để hình thành
mạng polyme liên tục hay gel chứa các bẫy dung môi. Phương pháp làm khô
sẽ xác định các tính chất của sản phẩm cuối cùng: gel có thể được nung nóng
để loại trừ các phân tử dung môi, gây áp lực lên mao quản và làm sụp đổ
mạng gel, hoặc làm khô siêu tới hạn, cho phép loại bỏ các phân tử dung môi
mà không sụp đổ mạng gel. Sản phẩm cuối cùng thu được từ phương pháp
làm khô siêu tới hạn gọi là aerogel, theo phương pháp nung gọi là xerogel.
Bên cạnh gel còn có thể thu được nhiều loại sản phẩm khác.
1.2.3.5. Tổng hợp đốt cháy gel polyme [10]
Tổng hợp đốt cháy (CS – Combustion synthesis) trở thành một trong
những kỹ thuật quan trọng trong điều chế các vật liệu gốm mới (về cấu trúc
và chức năng), composit, vật liệu nano và vật liệu khối.
Trong số các phương pháp hoá học, tổng hợp đốt cháy có thể tạo ra
tinh thể bột nano oxit và oxit phức hợp ở nhiệt độ thấp hơn trong một thời
gian ngắn và có thể đạt ngay đến sản phẩm cuối cùng mà không cần phải xử
lí nhiệt thêm nên hạn chế được sự tạo pha trung gian và tiết kiệm được năng
lượng .
Quá trình tổng hợp đốt cháy xảy ra phản ứng oxi hoá khử toả nhiệt
mạnh giữa hợp phần chứa kim loại và hợp phần không kim loại, phản ứng
trao đổi giữa các hợp chất hoạt tính hoặc phản ứng chứa hợp chất hay hỗn
hợp oxi hoá khử … Những đặc tính này làm cho tổng hợp đốt cháy thành
một phương pháp hấp dẫn sản xuất các vật liệu mới với chi phí thấp so với
các phương pháp truyền thống. Một số ưu điểm khác của phương pháp đốt
cháy là:
- Thiết bị công nghệ tương đối đơn giản.
- Sản phẩm có độ tinh khiết cao.

16. Trong phương pháp đốt cháy gel polime, để ngăn ngừa sự tách pha
cũng như sự đồng nhất cao cho sản phẩm, phương pháp hoá học ướt thường
sử dụng các tác nhân tạo gel. Một số polyme hữu cơ được sử dụng ngoài vai
trò tác nhân tạo gel, còn là nguồn nhiên liệu như polivinyl alcol, polietylen
glycol, polyacrylic axit. Trong phương pháp này, dung dịch tiền chất gồm
dung dịch các muối kim loại (thường là muối nitrat) được trộn với polyme
hoà tan trong nước tạo thành hỗn hợp nhớt. Làm bay hơi nước hoàn toàn hỗn
hợp này thu được khối xốp nhẹ và đem nung ở khoảng 300 – 900o
C thu
được là các oxit phức hợp mịn.
1.3. Sắt và các hợp chất của sắt
1.3.1. Sắt
Bảng 1.3.1. Hằng số vật lí quan trọng của kim loại
Kim
loại (E)
Nhiệt độ
nóng
chảy o
C
Nhiệt
độ sôi
o
C
Nhiệt
thăng hoa
kJ/mol
Tỉ
khối
Độ cứng
(thang
Moxơ)
Độ dẫn
điện
(Hg=1)
Fe 1536 2880 418 7,91 4 – 5 10
Sắt có 4 dạng thù hình bền ở những khoảng nhiệt độ xác định:
Fe α
700 𝑜 𝐶
�⎯⎯� Fe β
911oC
�⎯⎯� Fe γ
1390oC
�⎯⎯⎯� Fe δ
1536oC
�⎯⎯⎯� Fe lỏng

17. Những dạng α và β có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối (hình
1.3.1) nhưng có kiến trúc electron khác nhau nên Fe α có tính sắt-từ và Fe β
có tính thuận từ, Fe α khác với Fe β là không hòa tan cacbon (C), Fe γ có
kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm diện(hình 1.3.2) và tính thuận từ, Fe δ
có kiến trúc lập phương tâm khối như Fe α nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng
chảy.
Khác với hầu hết kim loại, Fe, Co và Ni có tính sắt-từ: chúng bị nam
châm hút và dưới tác dụng của dòng điện chúng trở thành nam châm. Từ -
tính của sắt đã được phát hiện từ thời cổ xưa, cách đây hơn hai ngàn năm
người Trung Hoa đã biết dung từ-tính đó để chế tạo la bàn và đến ngày nay
loại la bàn đó vẫn còn được sử dụng. Nguyên nhân của tính sắt-từ không
phải chỉ là ở nguyên tử hay ion mà chủ yếu là ở mạng lưới tinh thể của chất.
Sắt, coban và niken tạo nên rất nhiều hợp kim quan trọng. Tùy thuộc
vào lượng C trong sắt người ta chia ra: sắt mềm (<0,2%C), thép (0,2 –
1,7%C) và gang (1,7 – 5%C).
Đáng chú ý là C tan đáng kể trong Fe γ. Dung dịch rắn của C trong Fe γ
được gọi làaustenit, chứa đến 1,7%C (về khối lượng). Đây là một pha xâm
nhập, trong mạng lưới tinh thể austenite những nguyên tử C chiếm trung
điểm của các cạnh và tâm của lập phương (hình 1.3.3).
Hình 1.3.1. Tinh thể kiểu
lập phương tâm khối
Hình 1.3.2. Tinh thể kiểu
lập phương tâm diện

18. Khi cho kết tinh thép chứa đến 1,7%C, mới đầu không có khả năng hòa
tan C nên C tách ra, do đó thu được hỗn hợp tinh thể của than chì và Fe α
gọi là ferit. Nếu làm nguội tương đối nhanh, cacbon tách ra ở dạng Fe3C.
Nếu làm nguội lạnh rất nhanh (tôi thép), Fe γ chuyển thành Fe α nhưng C
chưa kịp tách ra nên thu được một pha không bền về mặt nhiệt động, đó là
dung dịch rắn quá bão hòa của C trong Fe α gọi là mactensit (hình 1.3.4).
Sắt có độ tinh khiết cao có chứa dưới
0,001% tạp chất, có từ tính tốt và dễ hàn, nhưng tính chất cơ học không cao,
độ bền kém hơn nhiều so với gang và các loại thép; không thể dùng trong
vật liệu chế tạo.
Sắt tinh khiết kỹ thuật chứa 0,02 - 0,04% cacbon, ngoài ra có các tạp
chất khác như oxi, nitơ, lưu huỳnh, photpho cũng có từ tính tốt và dễ hàn, có
tính cơ học cao, dùng trong vật liệu chế tạo.
1.3.2. Oxit sắt
Cả ba oxit sắt là hợp chất không hợp thức và dễ biến đổi lẫn nhau. Sơ
đồ dưới đây biểu diễn sự biến đổi đó:
Fe2O3 ⇌ Fe3O4 ⇌ FeO
Hình 1.3.3. Mạng lưới
tinh thể austenite
Hình 1.3.4. Mạng lưới
tinh thể mactensit

19. Sự tăng nhiệt độ và tác dụng của chất khử làm cho cân bằng chuyển
dịch theo chiều thuận. Ngược lại sự tăng lượng khí oxi làm cho cân bằng
chuyển dịch theo chiều nghịch.
Nguyên nhân của sự sai lệch với thành phần hợp thức và sự biến đỗi lẫn
nhau là Fe3O4, FeO cũng như Fe2O3-γ có kiến trúc tinh thể giống nhau:
trong tinh thể, những ion O2-
sắp xếp sít sao kiểu lập phương tạo nên những
lỗ trống bát diện và lỗ trống tứ diện, ở tâm của những lỗ trống đó là ion Fe2+
,
ion Fe3+
.
Tinh thể FeO có kiến trúc kiểu NaCl: mỗi ion Fe2+
được phối trí bởi 6
ion O2-
và mỗi ion O2-
được phối trí bởi 6 ion Fe2+
, nghĩa là trong những lỗ
trống bát diện tạo nên bởi ion O2-
có ion Fe2+
còn trong lỗ trống tứ diện
không có ion. Nếu trong tất cả những lỗ trống bát diện đều có ion Fe2+
thì
oxit sắt có công thức lí tưởng là FeO. Khi một số ion Fe2+
được thay thế
bằng 2/3 những ion Fe3+
, tinh thể có kiến trúc khuyết và oxit có công thức
Fe1-xO (thường x~0,05).
Nếu quá trình thay thế đó tiếp tục cho đến khi 2/3 tổng số ion sắt là
Fe3+
, một nửa chiếm lỗ trống bát diện và một nửa chiếm lỗ trống tứ diện, thì
tinh thể có kiến trúc khuyết hơn nữa và oxit có công thức Fe3O4.
Ion Fe3+
có bán kính 0,64Å, bé hơn ion Fe2+
có bán kính 0,76Å nên có
thể chiếm lỗ trống tứ diện bé hơn lỗ trống bát diện. Trong toàn bộ lỗ trống
bát diện đó, những ion Fe2+
và Fe3+
được sắp xếp một cách ngẫu nhiên đến
mức những ion đó không phải đổi chỗ cho nhau mà thực tế chỉ cần electron
nhảy từ ion này sang ion khác ở bên cạnh và kết quả là những electron
chuyển động trong toàn tinh thể. Đó là nguyên nhân của tính dẫn điện và ánh
kim của oxit sắt-từ.
Nếu số ion Fe2+
còn lại trong tinh thể oxit sắt-từ được thay thế hết bằng
ion Fe3+
thì oxit sắt có công thức Fe2O3.

20. Sắt (III) oxit tạo ra ba dạng thù hình là 𝛼 – Fe2O3 là tinh thể lục
phương dạng thuận từ và tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng khoáng vật
hematic, dạng 𝛾 – Fe2O3 là tinh thể lập phương, dạng sắt từ và dạng 𝛿 –
Fe2O3 có cấu trúc kiểu corinđon.
Khi nung sắt (III) hiđroxit, nói đúng hơn là oxit bị hiđrat hoá
Fe2O3. nH2O, ở nhiệt độ thấp hơn 650o
C tạo ra chất rắn ở dạng bột màu đỏ
nâu, nhưng nếu nung ở nhiệt độ cao hơn tạo thành tinh thể màu xám đen
không có khả năng tan trong axit , tương tự như Cr2O3, Al2O3 dạng tinh thể:
Fe2O3. nH2O
𝑡0
�� Fe2O3 + nH2O
Fe2O3 cũng có thể điều chế bằng cách nung FeSO4.7H2O;FeO hoặc
một muối sắt (II) của axit dễ bay hơi khác .
Ngoài ra trong công nghiệp được điều chế bằng cách nung quặng pirit
mà thành phần chính là FeS2.
Fe2O3 nóng chảy ở 1565o
C và thăng hoa ở 2000o
C.
Fe2O3 tan trong axit tạo thành ion phức [ Fe(OH2)6 ]3+
không màu;
màu nâu của dung dịch muối sắt (III) là do màu của sản phẩm phản ứng thuỷ
phân,tức là màu của các ion phức hiđroxo – aquo.
Bên cạnh tính chất chủ yếu là tính bazơ, Fe2O3 còn có tính axit tạo
thành muối ferit màu vàng hoặc đỏ,khi nung hỗn hợp Na2CO3 + Fe2O3 .
Khi nung với C, hoặc nung trong luồng khí CO, H2 hoặc khí than
đá,Fe2O3 sẽ bị khử thành Fe.
1.3.3. Hiđroxit sắt
Sắt (III) hiđroxit là chất kết tủa màu đỏ nâu được tạo ra khi cho một
tác nhân kết tủa như dung dịch kiềm, dung dịch amoniac, dung dịch
cacbonat tác dụng với dung dịch muối Fe(III):
FeCl3 + 3NH3 + 3H2O → Fe(OH)3 ↓ + 3NH4Cl
2FeCl3 + 3Na2CO3 + 3H2O → 2Fe(OH)3 ↓ + 6NaCl + 3CO2

21. Thực ra, dạng kết tủa keo màu nâu đỏ vô định hình đó là dạng
Fe2O3.nH2O, với hàm lượng nước khác nhau. Trong công thức thường viết
Fe(OH)3 chính là Fe2O3.3H2O; trong thiên nhiên, dạng hematic nâu
Fe2O3.H2O hay là FeO(OH).
Fe(OH)3 khô là những cục xốp, khối lượng riêng thay đổi trong
khoảng từ 3,4g/cm3
đến 3,9g/cm3
. Hầu như không tan trong nước
(Tt = 4.10-38
).
Khi đun nóng Fe(OH)3 đến 500 – 700o
C sẽ mất nước hoàn toàn biến
thành Fe2O3:
2Fe(OH)3
500−7000
�⎯⎯⎯⎯⎯⎯�Fe2O3 + 3H2O
Bên cạnh tính chất chủ yếu là tính bazơ, Fe(OH)3còn thể hiện tính axit
yếu ( axit ferơ HFeO2 ) nên khi cho Fe(OH)3tác dụng với kiềm đặc nóng hay
bằng cách nấu chảy với Na2CO3 hay K2CO3 tạo thành muối ferit NaFeO2
hay KFeO2:
Fe(OH)3 + NaOH(đ)
𝑡0
→ NaFeO2 + 2H2O
NaFeO2hay các ferit khác đều bị thuỷ phân đến kiềm và Fe2O3:
2NaFeO2 + H2O → Fe2O3 + 2NaOH
Ngoài các ferit của kim loại kiềm, người ta còn biết một số ferit khác
như Mg(FeO2)2, Zn(FeO2)2…
1.4. Ytrium và các hợp chất của yttrium
1.4.1. Oxit Yttrium
Y2O3 là chất rắn màu trắng và ổn định trong không khí. Nó được sử
dụng như là một nguyên liệu đầu vào phổ biến cho các ngành khoa học vật
liệu cũng như trong tổng hợp vô cơ.

22. Hình 1.4.1.Ảnh TEM của Y2O3
Oxit yttrium (III) là hợp chất
quan trọng nhất và được sử dụng rộng
rãi để tạo ra các chất lân quang YVO4.
Oxit yttrium dùng chế tạo các
dạng ngọc hồng lựu yttri sắt làm các
bộ lọc vi sóng hiệu suất cao.
Được dùng làm chất xúc tác cho
quá trình polyme hóa etylen. Ngọc
hồng lựu yttri nhôm, Y2O3, florua yttri
liti, vanadat yttri được dùng trong tổ
hợp với các tác nhân kích thích
(dopant) như terbi, ytterbi trong các
laze cận-hồng ngoại. Nó được sử dụng
tại các điện cực của một số loại bu gi hiệu
suất cao.
Nó được dùng để khử oxi cho vanadi hay các kim loại phi sắt khác.
Oxit yttrium (III) được dùng như là phụ gia kết dính trong sản xuất nitrua
silic xốp. Được sử dụng làm đèn huỳnh quang trong các loại kính hiển vi
điện tử truyền, là chất phụ gia trong sơn, nhựa, nam châm vĩnh cửu, vật liệu
phát sáng màu đỏ trong các loại đèn huỳnh quang.
Các hợp chất chứa nguyên tố này hiếm khi được bắt gặp, nhưng nên
hết sức cẩn thận do chúng có độc tính cao. Các muối của yttri có thể có khả
năng gây ung thư.
1.4.2.Hiđroxit Yttrium
Yttrium hiđroxit hay còn được gọi là yttri hiđrat, là một vật liệu quan
trọng được sử dụng trong lĩnh vực gốm sứ, thủy tinh và điện tử…

23. Hình 1.4.2. Ảnh FESEM của Fe(OH)3 dạng ống
Kể từ khi phát hiện ra ống nano cacbon vào năm 1991, một vật liệu có
cơ cấu là dạng ống rỗng (hình 1.4.2) với diện tích bề mặt lớn đã thu hút
đáng kể sự chú ý do tính chất độc đáo của nó trong việc vận chuyển điện và
phát quang. Ngoài ra yttrium hiđroxit còn được tìm thấy ở dạng dây.
Hình 1.4.3. Cơ chế hình thành yttrium hiđroxit dạng ống và dạng dây
Sự phát triển của các thanh yttrium hiđroxit nano được bắt đầu từ các
tinh thể nano có cấu trúc 1D, những tinh thể được sắp xếp theo cùng một

24. Hình 1.5.1. Cấu trúc của perovskite YFeO3
hướng và hợp thành một bó có kích thước micro, sau đó những bó yttrium
hiđroxit có kích thước micro thì tiếp tục phát triển thành dạng ống bởi sự
mất tình định hướng và ưu tiên phát triển theo dạng đường tròn. Cuối cùng
các ống có kích thước micro cũng bị giải thể từ các khiếm khuyết trên bề
mặt và từ đó hình thành dây nano.
Yttrium hiđroxit đã được tìm thấy trong các bộ cảm biến, vận chuyển
chất lỏng hoặc chất khí, ngoài ra chúng còn được sử dụng làm chất xúc
tác… trong những năm gần dây, sự tổng hợp các hợp chất đất hiếm dạng
ống nano đã thu hút được nhiều sự chú ý mạnh mẽ do chúng có thể được sử
dụng để làm nhãn sinh học, phát quang trong các thiết bị có hiệu suất cao,
chất xúc tác và một số vật liệu chức năng khác…
Có nhiều phương pháp để tổng hợp yttrium hiđroxit như: phương
pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa, phương pháp thủy nhiệt…
Khi nhiệt phân yttrium hiđroxit ở khoảng 500°C trong khoảng 2 giờ
thì ta sẽ thu được oxit yttrium.
1.5. Giới thiệu về perovskite YFeO3[2]
1.5.1. Cấu trúc lí tưởng của perovskite YFeO3
Điều kiện đầu tiên để tổng hợp
YFeO3tồn tại ở dạng đơn pha là phải
xác định đúng tỷ lệ Y3+
/ Fe3+
, kết tinh
trong mạng cơ sở trực thoi, một cấu
trúc biến dạng của mạng lập phương.
Biến dạng từ Perovskite lí tưởng chủ
yếu là do ion Y3+
, còn ion Fe3+
vẫn
tồn tại trong ô mạng.
Cấu trúc mạng tạo thành liên kết Fe - O - Fe.Hình vẽ trên cũng chứng tỏ
mỗi ion sắt cùng tồn tại trong 6 tế bào đơn vị hay còn gọi là các ô mạng cơ
sở "láng giềng" .

25. Vì thế liên kết của Fe có phần nào phản tính song song, kết quả là xuất
hiện từ hóa, tạo ra tính sắt từ yếu. Tính chất này phản ánh được tính chất bất
đẳng hướng của YFeO3. Điều đáng chú ý nhất là sự hình thành khối, vận tốc
từ trường, tính chất được chú ý nhiều nhất của vật liệu YFeO3 tính chất từ và
quang, chúng được ứng dụng trong cảm biến từ trường, và các thiết bị lưu
dữ liệu. Tuy nhiên, việc tổng hợp YFeO3 đơn pha gặp nhiều khó khăn,
nguyên nhân có thể là do sự hạn chế của phương pháp tổng hợp. Trước đây,
phương pháp ''ướt'' được sử dụng nhiều để tổng hợp các oxit lưỡng tính
nhưng ứng dụng đối với hệ trực thoi thì không thuận lợi. Nguyên nhân cóthể
là do sự hình thành các hiđroxit hoặc các phức của Y3+
và Fe3+
tạo nên sự
trùng hợp chồng chéo. Do đó, làm ảnh hưởng đến quá trình xử lí nhiệt cũng
như những con đường khuếch tán khác nhau.
Tuy nhiên, để giải quyết những khó khăn đó thì trong quá trình tổng hợp
phải kiểm soát liên tục thành phần hóa học, cần chú ý các điều kiện như: tỉ lệ
các ion, pH, nhiệt độ, thời gian nung mẫu gel ...
1.5.2. Ứng dụng của perovskite YFeO3
YFeO3 đơn tinh thể được sử dụng trong bộ cảm biến và các thiết bị
truyền thông, nó có nhiệm vụ chuyển đổi quay và từ trường, ở đó những tinh
thể hoạt động như cảm ứng điện.
Tinh thể YFeO3 có kích thước nano có khả năng ứng dụng trong chiếu xạ
dưới ánh sáng nhìn thấy. Do cấu trúc của YFeO3 thuộc loại perovskite
quang phổ hấp thụ. YFeO3 là chất xúc tác cơ bản đã được nghiên cứu trong
quá trình oxi hóa thuốc nhuộm hữu cơ. Ngoài ra, YFeO3 có cấu trúc lục giác
có hoạt tính xúc tác cao còn được sử dụng trong quá trình oxi hoá CO thành
CO2.
Có thể kết hợp với SrTiO3 để tạo thành bản phim mỏng, có độ phân giải
điện tử cao cho thấy sự hiện diện của từ trường cao.

26. CHƯƠNG 2 - THỰC NGHIỆM
2.1. Các phương pháp nghiên cứu tính chất bột nanoYFeO3
2.1.1. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai TGA/DTA[8]
Mọi quá trình biến đổi trong vật liệu đều xảy ra kèm theo sự biến đổi
nhiệt. Nhóm các phương pháp nghiên cứu bằng cách ghi lại những quá trình
hoá lý xảy ra khi nung mẫu như: thu - phát nhiệt, biến đổi khối lượng….theo
nhiệt độ hoặc thời gian gọi là các phương pháp phân tích nhiệt.
Để tăng độ nhạy khi đo, người ta dùng phương pháp phân tích vi sai
(DTA). Đây là phương pháp so sánh biến đổi trong mẫu thử với mẫu chuẩn
là mẫu không có hiệu ứng nhiệt trong quá trình nghiên cứu bằng cặp nhiệt
điện. Mẫu chuẩn đóng vai trò đối chứng, cân bằng phần nhiệt chỉ dùng tăng
nhiệt độ của mẫu cần nghiên cứu.
Hiệu ứng nhiệt ghi nhận sẽ được biểu diễn trên đồ thị mà trục nằm
ngang là thời gian hoặc nhiệt độ lò. Trục thẳng đứng là chênh lệch nhiệt độ
giữa mẫu thí nghiệm và mẫu trơ, biểu thị bằng 0
C hoặc 𝜇V. Đường cong
DTA ghi nhận chính là chênh lệch nhiệt độ giữa mẫu thử và mẫu chuẩn theo
nhiệt độ hoặc thời gian ∆T = Tmẫu thử − Tmẫu chuẩn .
Nếu trong mẫu thử không xảy ra bất cứ hiệu ứng nhiệt nào, tính chất
vật lý của bột mẫu thử và mẫu trơ tương đương, đường ghi nhận sẽ là đường
thẳng nằm ngang. Khi trong mẫu thử xảy ra hiệu ứng nhiệt, sẽ có chênh lệch
nhiệt độ giữa hai mẫu, đường ghi nhận được sẽ là đường cong hướng lên
trên, hoặc xuống dưới so với đường nằm ngang.
Do chênh lệch nhiệt độ giữa hai mẫu đo bằng cường độ dòng của pin
nhiệt điện có hai đầu tiếp xúc với cốc chứa mẫu nên chiều ứng với dòng khi
hiệu ứng là toả nhiệt hoặc thu nhiệt. Khi có hiệu ứng toả nhiệt, nhiệt độ mẫu
thử cao hơn nhiệt độ mẫu trơ, đường cong hướng lên trên. Khi có hiệu ứng
thu nhiệt, ngược lại, đường cong hướng xuống dưới.

27. Thông thường, các hiệu ứng thu nhiệt có mũi hướng xuống dưới, còn
hiệu ứng toả nhiệt có mũi hướng lên. Với những thiết bị hiện đại, người ta
ghi cả đường cong vi phân
𝑑(𝐷𝑇𝐴)
𝑑𝑇
để tiện xác định nhiệt độ xảy ra hiệu ứng
(thường là nét mờ).
Trên biểu đồ phân tích, thường có các đường cong phân tích nhiệt vi
sai (DTA), tổn thất trọng lượng (TG), tổn thất trọng lượng vi sai (DTG)
cùng các thang đo tương ứng.
Dựa vào đường cong phân tích nhiệt vi sai DTA và tổn thất trọng
lượng tương ứng, có thể nghiên cứu những biến đổi hoá học và vật lý xảy ra
trong mẫu cần nghiên cứu và khoảng nhiêt độ xảy ra hiệu ứng. Những biến
đổi xảy ra luôn kèm theo hiệu ứng thu nhiệt hay toả nhiệt thông thường là:
kết tinh, phân huỷ, phân huỷ oxi, oxi hoá, khử trong môi trường khí, phản
ứng pha rắn, phản ứng oxi hoá – khử, quá trình polime hoá, phát triển tinh
thể trong pha thuỷ tinh, sôi, bay hơi, thăng hoa, hấp phụ, biến đổi tại điểm
Curie, biến đổi thù hình….
Các quá trình hoá lý xảy ra khi nung mẫu được nghiên cứu bằng
phương pháp phân tích nhiệt DTA/TGA tại phòng thí nghiệm hoá lý, Khoa
Hoá, trường ĐHSP 1 Hà Nội.
2.1.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)[7]
Trong phương pháp này, người ta chiếu một chùm tia X đơn sắc vào
mẫu nghiên cứu. Phương pháp chế tạo mẫu phụ thuộc vào tính chất của chất.
Nếu bộ tinh thể bền trong không khí thì người ta dùng sợi thủy tinh Pyrex
mảnh, tẩm bằng một lớp keo rồi lăn sợi trên bột tinh thể. Các vi tinh thể sẽ
bám xung quanh sợi, tạo thành mẫu. Nếu bột tinh thể không bền trong không
khí (chảy rữa khi hút hơi nước, tác dụng với ôxi, CO2 …), người ta cho bột
tinh thể vào một ống mao quản bằng thủy tinh Pyrex rồi hàn kín lại.

28. Thủy tinh pyrex thường được dùng
cho mục đích này vì nó có hệ số hấp thụ
tia X bé.
Các vi tinh thể trong bột có kích
thước cỡ 0,01 đến 0,001mm.
Nếu bột tinh thể có kích thước lớn
hơn thì phải đem nghiền mịn trước khi
chế tạo mẫu.
Chùm tia X tới (đơn sắc) có bước sóng𝜆 nằm trong mặt phẳng của
hình vẽ. Họ các mặt phẳng nguyên tử (hkl) trong mạng tinh thể song song
cách đều nhau một khoảng bằng 𝑑(ℎ𝑘𝑙)và cắt mặt phẳng hình vẽ với giao
tuyến là những đường thẳng song song. Chùm tia X có phương truyền làm
với các mặt phẳng trong họ các mặt mạng tinh thể (hkl) góc 𝜃. Chùm tia X
tán xạ từ các nguyên tử trên mặt mạng tinh thể (hkl) truyền đi khắp mọi
phương. Nhưng trong đó có một vài tia nằm trong mặt phẳng tới và tạo
thành góc 𝜃 với mặt mạng tinh thể (hkl). Nếu xem xét một cách hình thức
theo hình học, có thể xem mặt mạng tinh thể (hkl) là mặt gương phản xạ,
chùm tia tán xạ có vị trí đặc biệt chính là tia phản xạ của tia tới. Do vậy
trong nhiều tài liệu vẫn dùng thuật ngữ mặt mạng tinh thể (hkl) là mặt phản
xạ. Góc giữa phương của tia tới và phương của tia tán xạ là 2θ. Do tia X có
năng lượng cao nên có khả năng xuyên sâu vào những lớp phía dưới bề mật
mẫu đo, gây ra phản xạ trên nhiều mặt mạng tinh thể (hkl).
Tất cả các tia phản xạ đó tạo nên chùm tia X song song có cùng bước
sóng và có phương truyền làm với phương tia tới một góc 2𝜃. Số lượng mặt
phẳng thuộc họ (hkl) là mặt phẳng phản xạ phụ thuộc vào bước sóng tia X
tới, vào các nguyên tố hoá học và cấu trúc tinh thể của vật liệu. Khi hiệu số
pha giữa các tia X phản xạ là 2nπ (n là số nguyên), tại điểm hội tụ chùm tia
sẽ có vân giao thoa với cường độ ánh sáng hiện đại. Đó là cực đại nhiễu xạ.
Hình 2.1.1.Máy đo phổ nhiễu
xạ tia X

29. Hiệu quang trình giữa hai tia bằng 2𝑑𝑠𝑖𝑛𝜃. Bragg đã biểu diễn điều kiện để
có hiện tượng nhiễu xạ như sau ( còn gọi là phương trình Bragg ):
2𝑑𝑠𝑖𝑛𝜃 = 𝑛𝜆
Trong đó: d là khoảng cách giữa hai mặt phản xạ kế tiếp trong họ các mặt
mạng tinh thể (hkl);
θ là góc giữa tia tới (hoặc tia phản xạ) với mặt phản xạ;
n là bậc phản xạ (nguyên dương);
𝜆 là bước sóng của tia tới.
Hình 2.1.2 : Hiện tượng nhiễu xạ tia X từ các mặt phẳng mạng tinh thể
Phương trình Bragg là hiệu quả tất yếu của đặc trưng cơ bản của tinh
thể: trật tự, tuần hoàn vô hạn mà không phụ thuộc vào thành phần hoá học,
vào các nguyên tử trên mặt phản xạ.
Hiện tượng nhiễu xạ tia X với mạng tinh thể chỉ có thể xảy ra khi
bước sóng của tia X sơ cấp phải cùng bậc với khoảng cách giữa các nguyên
tử trong mạng tinh thể.
Thành phần pha của bột tạo thành được kiểm tra bằng phương pháp
nhiễu xạ tia X trên máy D8-ADVANCE (Brucker, Đức) tại viện Khoa học
và Công nghệ Tp.HCM.

30. 2.1.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM[8]
Kính hiển vi điện tử quét (Scaning Electron Microscope – SEM) hoạt
động trên nguyên tắc quét chùm electron lên bề mặt mẫu cần nghiên cứu,
điện tử tương tác với bề mặt mẫu và phát bức xạ thứ cấp. Thu lại các chùm
tia bức xạ thứ cấp để nhận ảnh vi cấu trúc
vật liệu với độ phân giải rất cao. Ngoài ra,
còn có thể thu được phổ tán xạ năng lượng
(Energy Dispersive Spectrum – EDS), từ
đó có được đồng thời các thông tin về các
nguyên tố, tỷ lệ các nguyên tố hoá học
trong mẫu.
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) đã
trở thành một công cụ khá phổ biến, cho
phép phân tích vi cấu trúc từ bề mặt mẫu
vật với độ phân giải cao mà không cần
phá mẫu. Để làm ảnh rõ nét, người ta
thường phủ một lớp kim loại như Cr, hoặc hợp kim Au – Pt hoặc C mỏng
trên bề mặt mẫu. Ảnh SEM có độ nét chuẩn với chiều sâu nhất định trên bề
mặt mẫu. Khi quét ảnh, cần chọn ảnh đại diện tốt nhất cho cấu trúc vi mô
của mẫu cần nghiên cứu.
Ảnh từ kính hiển vi điện tử quét (SEM) giúp chúng ta nghiên cứu cấu
trúc vi mô của vật liệu. Xác định thành phần, sự phân bố và tỷ lệ định lượng
của các pha tinh thể, vô định hình và cả lỗ xốp. Có thể xác định hình thái
tinh thể của một khoáng, xác định sự phân bố và định lượng chúng. Kết hợp
với những thông tin khác về thành phần hoá, quá trình xử lý nhiệt…có thể
xác định quá trình hình thành khoáng, cơ chế kết khối, từ đó định hướng kỹ
thuật sản xuất cũng như một số đặc trưng tính chất của sản phẩm.
Hình 2.1.3: Kính hiển vi điện
tử quét (SEM)

31. Kích thước hạt và hình dạng của chúng được xác định bằng kính hiển
vi điện tử quét (SEM) tại viện Khoa học vật liệu Tp.HCM.
2.1.4. Phương pháp đo độ từ hóa[16]
Một số hợp chất có độ từ hóa khi không có từ trường ngoài tạo thành
một lớp vật liệu từ đặc biệt. Các chất này gọi là chất sắt từ.
Các chất sắt từ quen thuộc ở nhiệt độ phòng là các nguyên tố sắt,
coban, niken, gadolo cùng các hợp kim và hợp chất của chúng.Các chất sắt
từ là các vật liệu từ mạnh, độ từ thẩm của chúng có thể lớn hơn độ từ hóa
của các chất nghịch từ và thuận từ đến 1010
lần.
Bảng 2.1.1. Các đại lượng và đơn vị từ trong hệ đơn vị SI và CGS
Đại lượng Hệ đơn vị SI Hệ đơn vị Gauss
(CGS)
Các hệ số chuyển từ
hệ CGS sang hệ SI
Cảm ứng từ B T G 10-4
Từ trường H A/m Oe 103
/4π
Độ từ hoá Mr A/m emu/cm3
103
Độ từ thẩm μ H/m
Không thứ
nguyên
4π . 107
Độ cảm từ χ
Không thứ
nguyên
emu/g.Oe 4π
Với độ từ hóa Mr là một trong những tính chất điển hình của các chất
sắt từ, phụ thuộc vào từ trường H theo một quy luật khá phức tạp. Đường
cong biểu thị sự phụ thuộc giữa Mr và H được gọi là đường cong từ trễ. Hiện
tượng từ trễ xuất hiện là do độ từ hóa của các chất sắt không phải là một
hàm đơn trị đối với H, mà còn phụ thuộc vào sự tác dụng của các từ trường

32. có từ trước đó. Tính chất này đã được các nhà vật lý sử dụng để nghiên cứu
quá trình phát triển của quả đất.
Độ từ hóa của chất sắt từ biến mất khi có từ trường Hc tác dụng, từ
trường này ngược dấu với từ trường tạo cảm ứng. Hc được gọi là lực kháng
từ. Sự tồn tại của độ từ hóa dư cho phép ta tạo nên các nam châm vĩnh cửu
trong thực tế. Một nam châm vĩnh cữu có tính chất tốt khi lực kháng từ cao.
Các đại lượng Br (hay Mr),
Hc, và 𝜇 𝑚𝑎𝑥là các giá trị đặc
trưng cho các chất sắt từ. Nếu lực
kháng từ Hc lớn thì chất sắt từ
được gọi là chất sắt từ cứng (hình
1.6.4). Nó được gọi là từ cứng vì
độ từ hoá khó đạt đến bão hoá và
lực kháng từ khó giảm về không.
Chất sắt từ cứng có đường cong
từ trễ rộng. Ngược lại, chất sắt từ
mềm có lực kháng từ bé và đường
cong từ trễ hẹp. Điều đó có nghĩa
là để đạt đến độ bão hoà thì cần từ
trường nhỏ hơn nhiều so với từ
cứng.
Ferrit từ là các chất thuộc loại phản sắt từ không bù trừ, có nghĩa là
momen từ của các phân mạng đối song song nhưng có độ lớn tuyệt đối
không bằng nhau. Ferrit là tên gọi chung của các liên kết hóa học
MO.Fe2O3, trong đó M là một kim loại hóa trị II hay III. (Ni, Zn,Cu, Mg, Y,
La).
Về tính chất điện, ferrit thuộc loại bán dẫn điện, có điện trở suất khá lớn, cỡ
10-2
Ohm. Do đó, chúng có giá trị sử dụng rất lớn.
Hình 2.1.4: Đường cong từ trễ của chất
sắt từ cứng (trên) và chất sắt từ mềm

33. Các ferrit mềm thông dụng là ferrit magie kẽm, niken kẽm được dùng
làm lõi các cuộn cảm biến, lõi biến thế, anten...
Các ferit từ cứng như ferit bari, ferrit bari stronti được sử dụng như
nam châm vĩnh cửu vì chúng có lực kháng từ lớn.
Ngoài ra còn có vật liệu ferrit từ khác nữa là oxit sắt gama (γ- Fe2O3)
được sử dụng rộng rãi để chế tạo các vật liệu ghi từ.
Mẫu bột sau khi được điều chế
được dồn vào cốc thủy tinh nhỏ, cân
mẫu. Sau đó, cốc thủy tinh chứa mẫu
trên được đặt vào khe từ của máy.
Tiếp theo, nhập các dữ liệu nhằm giúp
máy đưa ra kết quả chính xác nhất
(mẫu ở dạng nào: rắn hay lỏng, khối
lượng mẫu, thông số cần lấy sau khi
đo: Hc và Mr, theo dõi từ trường của
máy sao cho bão hòa với độ kháng từ
của bột). Cuối cùng cho máy hoạt
động và tự cho biểu đồ đường cong từ
trễ và kết quả theo yêu cầu.
Các đặc trưng từ tính được đo ở Phòng thí nghiệm vật liệu từ và siêu
dẫn thuộc Phân viện Vật lý Tp.HCM, loại máy Microsene EV11.
2.2. Hoá chất và thiết bị
2.2.1. Hoá chất
- Muối Y(NO3)3.6H2O ; muối Fe(NO3)3.9 H2O; dung dịch NH3 (10%);
nước cất ;
Hình 2.1.5. Từ kế mẫu rung

34. 2.2.2. Dụng cụ thiết bị
- Cốc 1000 ml, 50ml, 500ml, 250ml, 100ml; buret ; máy khuấy từ, cá từ; bếp
điện; phễu lọc Busne; ống đong 500ml, 50ml, pipet 10ml; cân điện tử; giấy
lọc băng xanh, giấy cân hóa chất; đũa thủy tinh; chén sứ, chày sứ; lò nung;
2.3. Phương pháp thực nghiệm
2.3.1. Thực nghiệm điều chế YFeO3 bằng phương pháp đồng kết
tủa trong nước nóng (phương pháp 1)
Hoà tan hỗn hợp đương lượng muối Fe(NO3)3.9H2O và
Y(NO3)3.6H2O vào 20ml nước cất,cho từ từ hỗn hợp muối thu được vào
500ml nước cất đang sôi trên máy khuấy từ và giữ nhiệt độ khoảng 800
C.
Sau khi cho hết lượng muối trên, tiếp tục khuấy đều trên máy khuấy từ thêm
10 phút nữa, lúc này dung dịch có màu nâu đỏ. Để nguội hệ trên đến nhiệt
độ phòng. Sau đó, nhỏ từ từ dung dịch NH3(10%) vào hệ trên, và tiếp tục
khuấy đều trên máy khuấy từ thêm 10 phút nữa. Kết tủa thu được đem lọc
bằng máy lọc chân không, rửa kết tủa nhiều lần và để khô tự nhiên ở nhiệt
độ phòng đến khối lượng không đổi.
2.3.2. Thực nghiệm điều chế YFeO3 bằng phương pháp đồng kết
tủa trong nước lạnh (phương pháp 2)
Thí nghiệm được tiến hành giống như phương pháp 1, chỉ khác trong
trường hợp này thay cốc nước sôi bằng cốc nước đá (≤ 4P
0
C) và khi cho hết
muối vào thì cho ngay dung dịch NH3 (10%) để kết tủa hoàn toàn các cation
Fe3+
và Y3+
.

35. CHƯƠNG 3 – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN
3.1. Kết quả và thảo luận YFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa
trong nước nóng.
Hình 3.1.1. Sơ đồ phân tích nhiệt của mẫu kết tủa khô bằng phương pháp
đồng kết tủa trong nước nóng.
Từ đường cong phân tích khối lượng (đường TGA là đường màu
xanh) ta thấy sự mất khối lượng chủ yếu xảy ra theo hai vùng nhiệt độ: vùng
1 xảy ra từ nhiệt độ phòng đến khoảng 230o
C (độ hụt khối lượng tương ứng
là 19,592%), giảm ít hơn nhiều so với phương pháp 2, theo chúng tôi là sự
giải hấp phụ và mất nước bề mặt.
Giai đoạn 2 xảy ra từ 230o
C đến khoảng 750o
C khối lượng của mẫu
giảm chậm dần (chỉ mất 19,274%). Ở vùng nhiệt độ này chúng tôi cho rằng
xảy ra sự nhiệt phân các hiđroxit sắt (III) và yttri tương ứng. Thật vậy, từ
giản đồ phân tích khối lượng ta thấy sự mất nước khi nhiệt phân các hiđroxit

36. chiếm 18,50%, trong khi tính toán theo phương trình tỉ lượng là 21,86%. Tất
cả các quá trình trên đều xảy ra với hiệu ứng thu nhiệt đặc trưng cho quá
trình giải hấp phụ, bay hơi nước, phản ứng nhiệt phân hiđroxit. Như vậy, với
sự thay đổi gần 40% trọng lượng mẫu. Từ 750o
C trở đi lượng sản phẩm hầu
như không giảm, cùng với đường DTG không tạo ra bước nhảy nào – là
đường không đổi chứng tỏ ở nhiệt độ này các thành phần đã bị phân hủy và
bay hơi hết.
Dựa trên giản đồ phân tích nhiệt trên, chúng tôi tiến hành khảo sát
thành phần pha tạo thành ở các nhiệt độ nung khác nhau (650, 750, 850o
C)
trong 1h.
(a)

37. (b)
(c)
Hình 3.1.2.Giản đồ nhiễu xạ XRD của mẫu nung ở trong khoảng thời gian
1 giờ ở 6500
C(a),750o
C(b),8500
C (c).
Kết quả XRD của mẫu bột đươc điều chế theo phương pháp 1 đã thể
hiện sự hình thành pick của ferit YFeO3 ở mẫu M3 (650,1h) và mẫu N3

38. (750,1h) và mẫu P3 (850, 1h) chúng tôi thấy rằng, không có lẫn tạp chất của
YFeO3. Có thể thời gian phản ứng đã đủ lâu để phản ứng xảy ra hoàn toàn
nhằm tạo thành YFeO3. Cho nên quá trình hình thành đơn pha đồng nhất đã
trải qua các giai đoạn phản ứng hóa học theo dự đoán sau:
Giai đoạn 1: quá trình kết tủa các hiđroxit Fe(OH)3 và Y(OH)3 bằng
tác nhân kết tủa là dung dịch nước amoniac:
Fe(NO3)3 + 3NH4OH → Fe(OH)3↓ R + 3NH4NO3
Y(NO3)3 + 3NH4OH → Y(OH)3↓ + 3NH4NO3
Giai đoạn 2: quá trình phân huỷ các hiđroxit Fe(OH)3 và Y(OH)3 khi
nung mẫu ở nhiệt độ cao:
2Fe(OH)3
𝑡 𝑜
�� Fe2O3 + 3H2O
2Y(OH)3
𝑡 𝑜
→ Y2O3 + 3H2O
Giai đoạn 3: quá trình kết hợp giữa hai oxit sắt (III) và yttri tạo thành
ferrit:
𝐹𝑒2 𝑂3 + 𝑌2 𝑂3
≤7500
�⎯⎯� 2𝑌𝐹𝑒𝑂3
Quá trình hình thành đơn pha của ferrit trong phản ứng so với giản đồ
phân tích nhiệt TGA trên đã khẳng định việc khảo sát điều kiện nhiệt độ
nung ở 650o
C trở đi là hoàn toàn hợp lý.
Như vậy, ở các khoảng thời gian nung khảo sát trên cho độ tinh khiết cao,
đạt yêu cầu. Mặt khác kích thước của chúng cũng đạt (hình 3.1.3), không
vượt quá giới hạn nano (>100 nm). Chúng tôi dự đoán có thể do thời gian
lưu nhiệt đủ lâu để các hạt oxit sau khi được nhiệt phân kết hợp hết với nhau
tạo liên kết chặt chẽ và hình thành hạt ferrit hoàn chỉnh đạt kích thước nano
như mong muốn, do đó ta cũng thấy các hạt phân tán rất đồng đều.

39. Qua phân tích và so sánh phổ ghép XRD (hình 3.1.2) thì nhiệt độ
nung phù hợp là 650o
C, 750o
C, 850o
C cho ta độ tinh khiết cao và hình thành
đơn pha hoàn chỉnh, mặt khác tiết kiệm được một phần nhiệt lượng.
Yêu cầu chế tạo vật liệu còn cần phải đạt được kích thước nano, cho
nên chúng tôi khảo sát tiếp về kích thước của các mẫu trên bằng phương
pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM).
(a)
(b)

40. (c)
Hình 3.1.3.Ảnh SEM của các mẫu nung ở các nhiệt độ tương ứng trong 1
giờ: 650o
C (a), 750o
C (b), 850o
C (c).
Từ kết quả SEM của các mẫu ở hình 3.1.3 cho thấy ở nhiệt độ 6500
C
các hạt nhỏ, chưa đồng đều. Ở nhiệt độ 750o
C cho các hạt hầu hết là hình
cầu có kích thước nano đạt 40 – 50 nm và độ đồng đều cao nhất. Ở các nhiệt
độ cao hơn cho kích thước lớn hơn (50- 80 nm) có dạng hình cầu hoặc hình
bầu dục với sự phân cạnh yếu và độ đồng nhất kém hơn (các hạt phân tán
không đều).
Như vậy nhiệt độ nung tối ưu để điều chế bột ferit có kích thước nano
là ở 750o
C, dùng cho tiến hành các khảo sát tiếp theo.

41. (a)

42. (b)
Hình 3.1.4. Đường cong từ trễ của mẫuYFeO3nung ở 7500
C(a), 8500
C(b).

43. Hình 3.1.5.Đường cong từ trễ của mẫuYFeO3điều chế theo phương pháp 1
nung ở 7500
C(N3), 8500
C(P3).
Từ giản đồ phân tích độ từ tính và kết quả trên cho thấy, mẫu N3
(7500
C) độ từ hóa (Mr =1.062 emu/g ) của vật liệu tổng hợp được không cao
và giá trị độ kháng từ (Hc = 16,07 Oe). Còn mẫu P3 (8500
C) độ từ hóa (Mr
=7,638 emu/g ) của vật liệu tổng hợp thấp và giá trị độ kháng từ (Hc = 28,78
Oe). Với yếu tố trên chúng tôi rằng kết luận vật liệu tổng hợp thuộc loại vật
liệu sắt từ mềm, có thể được sử dụng dùng trong các vật liệu cảm biến theo
như dự đoán ban đầu. Qua đây, chúng tôi thấy rằng ở nhiệt độ khác nhau thu
được độ từ hoá và giá trị độ kháng từ khác nhau.Ở nhiệt độ càng cao độ từ
hoá và giá trị độ kháng từ càng cao. Tuy nhiên,các bộ phận cảm biến từ hiện
nay đòi hỏi vật liệu tạo thành phải có độ từ tính rất cao, cho nên theo chúng
tôi để độ từ tính (Mr) của vật liệu tăng lên, thì phải tăng nhiệt độ nung mẫu

44. YFeO3. Từ đó, có thể tạo ra vật liệu có nhiều ứng dụng hơn, đặc biệt là
ngành kĩ thuật mới - thu hút nhiều đầu tư nhất của con người hiện nay.
3.2. Kết quả và thảo luận YFeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa
trong nước lạnh.
Hình 3.2.1. Sơ đồ phân tích nhiệt của mẫu kết tủa khô bằng phương pháp
đồng kết tủa trong nước lạnh.
Từ đường cong phân tích khối lượng (đường TGA là đường màu
xanh) ta thấy sự mất khối lượng chủ yếu xảy ra theo hai vùng nhiệt độ: vùng
1 xảy ra từ nhiệt độ phòng đến khoảng 2500
C (độ hụt khối lượng tương ứng
là 32,912%), theo chúng tôi là sự giải hấp phụ và mất nước bề mặt.
Giai đoạn 2 xảy ra từ 2500
C đến khoảng 6700
C khối lượng của mẫu
giảm chậm dần(chỉ mất 14,671%). Ở vùng nhiệt độ này chúng tôi cho rằng
xảy ra sự nhiệt phân các hiđroxit sắt (III) và yttri tương ứng. Thật vậy, từ
giản đồ phân tích khối lượng ta thấy sự mất nước khi nhiệt phân các hiđroxit

45. chiếm 14,25%, trong khi tính toán theo phương trình tỉ lượng là 21,86%. Tất
cả các quá trình trên đều xảy ra với hiệu ứng thu nhiệt đặc trưng cho quá
trình giải hấp phụ, bay hơi nước, phản ứng nhiệt phân hiđroxit. Từ 7500
C trở
đi ta thấy đường phân tích khối lượng hầu như nằm ngang (không thay đổi
theo nhiệt độ).
Từ kết quả phân tích nhiệt cùng với các công trình nghiên cứu của các
tác giả đi trước, chúng tôi chọn nhiệt độ nung mẫu để khảo sát các phương
pháp XRD và SEM ở 6500
C, 750o
C, 850o
C.
(a)

46. (b)

47. Hình 3.2.2.Giản đồ nhiễu xạ XRD của mẫu nung ở trong khoảng thời gian 1
giờ ở 6500
C(a),750o
C(b), 850o
C(c).
Từ kết quả XRD của mẫu bột được điều chế theo phương pháp này chúng
tôi thấy rằng ở 6500
C đã xuất hiện các pick của Y3Fe5O12 ở dạng lục phương
và hệ trực thoi, không thấy xuất hiện các pick của YFeO3. Ta thấy xuất hiện
pha tạp của các chất khác.Ở 7500
C và 8500
C chỉ thấy xuất hiện các pick của
Y3Fe5O12 ở dạng lục phương, xuất hiện các pick của YFeO3.
Hình 3.2.3.Ảnh SEM của mẫu nung ở các nhiệt độ tương ứng trong 1 giờ,
750o
C.
Từ kết quả SEM của các mẫu ở hình 3.2.3 cho thấy ở nhiệt độ 750o
C
sự hình thành các hạt càng nhiều cùng với sự kết dính giữa chúng tạo hạt có
kích thước càng lớn đồng thời tạo chùm hạt làm giảm độ đồng nhất của mẫu
vật liệu tổng hợp.

48. (a)

49. (b)
Hình 3.2.4. Đường cong trễ YFeO3 ở 7500
C(a),8500
C(b).

50. Hình 3.2.5. Đường cong từ trễ của mẫuYFeO3điều chế theo phương
pháp 2 nung ở 7500
C(N1) và 8500
C(P1).
Từ giản đồ phân tích độ từ tính và kết quả trên cho thấy, mẫu
N1(7500
C) độ từ hóa (Mr =813.910 emu/g ) và giá trị độ kháng từ (Hc =
20,35 Oe). Còn mẫu P1(8500
C) độ từ hóa (Mr =738,07 emu/g) và giá trị độ
kháng từ (Hc = 17,68 Oe). Qua đó, ta thấy ở nhiệt độ khác nhau ta thu được
độ từ hoá và giá trị độ kháng từ khác nhau. Ở nhiệt độ càng cao độ từ hoá và
giá trị độ kháng từ càng thấp.
3.3. So sánh kết quả hai phương pháp tổng hợp

51. Bảng 3.3.1. Kết qủa tổng hợp Perovskit YFeO3
Phương pháp đồng kết
tủa trong nước sôi
Kiểu mạng
YFeO3
Tạp chất
6500
C
7500
C
8500
C
Trực thoi
Trực thoi
Trực thoi
Không
Không
Không
Phương pháp đồng kết
tủa trong nước lạnh
650 0
C
7500
C
8500
C
Trực thoi
Trực thoi
Y3Fe5O12 trực thoi, lục phương
Y3Fe5O12 lục phương
Y3Fe5O12 lục phương
Hình 3.3.1.Đường cong từ trễ của mẫuYFeO3điều chế theo phương
pháp 1 nung ở 7500
C(N3) và phương pháp 2 nung ở 7500
C(N1).
Qua hình 3.3.1 nếu so sánh các đặc trưng từ tính của bột YFeO3 điều
chế theo hai phương pháp khác nhau sau khi nung ở cùng một nhiệt độ

52. 7500
C trong cùng một khoảng thời gian nung 1h thì độ từ hoá và lực kháng
từ của phương pháp 2 lớn hơn rất nhiều so với phương pháp 1. Sự khác biệt
nhau về từ tính đó có thể giải thích theo quan điểm khác nhau về hình dạng
và kích thước của hạt ferrit tạo thành.
Thật vậy, bột YFeO3 điều chế theo phương pháp 2 sau khi nung ở
nhiệt độ 7500
C cho các hạt hầu hết sự hình thành các hạt tinh thể càng nhiều
cùng với sự kết dính giữa chúng tạo hạt có kích thước càng lớn đồng thời tạo
chùm tinh thể. Còn các tinh thể YFeO3 điều chế theo phương pháp 1cho các
hạt hầu hết là hình cầu có kích thước nano đạt 40 – 50 nm và độ đồng đều
cao nhất.
Nhìn chung, phương pháp đồng kết tủa trong nước nóng mang lại kết
quả tốt hơn về kích thước hạt và điều kiện tổng hợp hơn phương pháp đồng
kết tủa trong nước lạnh.Tuy nhiên, kết quả phương pháp đồng kết tủa trong
nước lạnh lại tiếp tục mở đường cho nhiều hướng nghiên cứu và tổng hợp
mới.
Như vậy nếu tiếp tục khảo sát các ứng dụng của YFeO3 nên lựa chọn
mẫu bột được nung ở 750O
C theo phương pháp đồng kết tủa trong nước
nóng. Ngoài ra nên tìm cách khống chế các điều kiện pH, nhiệt độ ….để
tổng hợp bột nano YFeO3 theo phương pháp đồng kết tủa trong nước lạnh
tinh khiết hơn.

53. CHƯƠNG 4- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
4.1. Kết luận
Trong phạm vi giới hạn của một khóa luận tốt nghiệp, chúng tôi đã
hoàn thành phần thực nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nung đến sự
hình thành hình thái pha và độ tinh khiết của bột ferit perovskit YFeO3,
đồng thời rút ra được các kết luận sau đây:
- Từ tính của các tinh thể ferrit yttrium – YFeO3 tạo thành phụ thuộc vào phương
pháp điều chế và nhiệt độ.
- Nhiệt độ tối ưu để tổng hợp vật liệu nano YFeO3 là nung ở 750o
C trong 1 giờ.
- Với YFeO3 được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa cùng kết hợp với một
số phương pháp nghiên cứu (nhiễu xạ tia X, phương pháp kính hiển vi điện tử quét
SEM, đo độ từ tính) trong điều kiện tối ưu trên đã đạt được kích thước nanomet.
4.2. Kiến nghị
Nếu có thêm thời gian và điều kiện chúng tôi sẽ nghiên cứu sâu hơn để phát triển
đề tài theo những hướng sau:
- Khảo sát thêm một số điều kiện tổng hợp bột ferrit khác như tỉ lệ mol chất tham
gia, từng loại và tỉ lệ dung môi tiến hành điều chế.
- Nung mẫu YFeO3trong phương pháp 2 ở nhiệt độ cao hơn như: 9500
C..
- Độ bền từ tính của vật liệu sau tổng hợp ở những thời gian khác nhau cũng
là một hướng nghiên cứu nâng cao đề tài theo hướng ứng dụng.

54. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]Ngô Tiến Quyết (2009), “Tổng hợp nghiên cứu đặc trưng và hoạt tính
xúc tác của mang trên vật liệu mao quản trung bình SBA – 15 ”, Luận
văn thạc sĩ khoa học, trường Đại học Quốc gia Hà Nội.
[2]Phan Thị Kiều Liên (2012), “ Tổng hợp bột nano Perovskit bằng
phương pháp sol-gel và đồng kết tủa”, Khóa luận tốt nghiệp, chuyên
ngành hóa vô cơ, trường Đại học Sư Phạm tp. HCM.
[3]Trương Thị Minh Nghĩa (2012), “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất
vật liệu nano ferit Y0.8Sr0.2FeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa”,
Khóa luận tốt nghiệp, chuyên ngành hóa vô cơ, trường Đại học Sư
Phạm tp. HCM.
[4]Nguyễn Đức Vận (2006), “Hóa học vô cơ, tập 2 các kim loại kiềm điển
hình”, nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội.
[5]Hoàng Nhâm (2007), “Hóa học các nguyên tố, tậpII”, nhà xuất bản
Đại học quốc gia Hà Nội.
[6]Vũ Đình Cự - Nguyễn Xuân Chánh(2004), “ Công nghệ nanô, Điều
khiển đến từng phân tử nguyên tử”, nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật
Hà Nội.
[7]Vũ Đăng Độ(2006), “Các phương pháp vật lý trong hóa học”,nhà xuất
bản đại học quốc gia Hà Nội.
[8]Đỗ Quang Minh (2011), “Hoá lý silicát”, nhà xuất bản đại học quốc
gia thành phố Hồ Chí Minh.
[9]Nguyễn Đức Chuy- Phan Vĩnh Phúc (2006), “Cơ sở lí thuyết một số
phương pháp vật lí nghiên cứu cấu trúc vật liệu”, nhà xuất bản đại học
Sư Phạm.
[10]Vũ Thế Ninh (2009), “Điều chế NiO, NiFe2O4 kích thước nanomet và
định hướng ứng dụng”, Luận văn thạc sĩ khoa học, chuyên ngành hóa vô
cơ, Trường đại học quốc gia Hà Nội.

55. [11]“Nghiên cứu các tính chất của vật liệu perovskite ABO3 kích thước
nanômét (A = La, Sr, Ca và B = Mn) tổng hợp bằng phương pháp nghiền
phản ứng”. http://www.svktqd.com/forum/showthread.php?t=207291.
[12]Trần Yến Mi, Dương Hiếu Đấu và Lê Văn Nhạn, “Khảo sát ảnh
hưởng của nồng độ tiền chất lên kích thước và từ tính hạt nano oxide sắt
từ Fe3O4”, Tạp chí Khoa học (2011), trang 272 – 280, Đại học Cần Thơ.
[13] Nguyễn Hoàng Hải (2007), “Các hạt nano kim loại”, Trung tâm
Khoa học Vật liệu, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội.
[14]Phan Văn Tường (1998), Vật liệu vô cơ, ĐHKHTN-ĐHQGHN .
[15]Phan Văn Tường (2004), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm,
ĐHKHTN-ĐHQGHN.
[16]Tôn Tích Ái(2005), “Điện và từ”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
[17] Phan Thị Hoàng Oanh(2012), “Nanochemistry”, chuyên ngành hóa
vô cơ, Trường đại học sư phạm thành phố Hồ Chí Minh.
[18]Sanjay Mathur, Michael Veith, Rasa Rapalaviciute, Hao Shen,
Gerardo F. Goya, Waldir L. Martins Filho, and Thelma S.
Berquo,“Molecule Derived Synthesis of Nanocrystalline YFeO3 and
Investigations on Its Weak Ferromagnetic Behavior”,Chem. Mater. 2004,
16, 1906-1913.