SỞ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THÀNH ĐOÀN
TP. HỒ CHÍ MINH TP. HỒ CHÍ MINH CHƯƠNG TRÌNH VƯỜN ƯƠM
SÁNG TẠO KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ TRẺ
 * 
B
B
Á
Á
O
OC
C
Á
Á
O

1
1
-
-
x
x
C
C
a
a
x
x
F
F
e
e
O
O
3
3



Tên đề tài:
1-x
Ca
x
FeO
3Chủ nhiệm đề tài:
Cơ quan chủ trì:
Thời gian thực hiện đề tài: 11/2012 – 11/2013
Kinh phí đƣợc duyệt: 80.000.000 đ
Kinh phí đã cấp: 72.000.000 đ theo TB số: TB-SKHCN ngày / /

Mục tiêu:
1-x
Ca
x
FeO
3
.

Nội dung: (Theo đề cương đã duyệt và hợp đồng đã ký
Công việc dự kiến
Công việc đã thực hiện
Nghiê YFeO
3
nung, th
.

.

4
MỤC LỤC
Trang 2

Tóm tắt đề tài/dự án (gồm tiếng Việt và tiếng Anh)
3

Mục lục
4

Danh sách bảng
6

Danh sách hình
6


20
1.3.2

21
1.3.3
-gel
22

CHƢƠNG II: , NỘI DUNG
CỨU

2.1

23
2.2.

23
2.2.1
3

23
2.2.2
1-x
Ca
x
FeO
3

26
2.2.3


2.3.4

29
2.3.5

30
2.3.6

31
2.4

33
2.4.1

33
2.4.2

33
2.4.3

33

CHƢƠNG III: KẾT QỦA VÀ THẢO LUẬN

3.1
3

34
3.2

Ca
x
FeO
3
2+
2013. 6
DANH SÁCH BẢNG
SỐ
TÊN BẢNG SỐ LIỆU
TRANG
3.1.

47
3.2.
1-x
Ca
x
FeO
3
850ºC
(t=1h)
48 DANH SÁCH HÌNH
SỐ
TÊN HÌNH ẢNH

Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu bột
35
3.3.
Phổ XRD của mẫu vật liệu sau khi nung 650°C (t=1h):
37
3.4.
Phổ XRD của mẫu vật liệu sau khi nung 750°C (t=1h)
38
3.5.
Ảnh TEM của mẫu vật liệu YFeO
3
nung ở 750°C (t =
1h): – điều chế theo PP 2; d và e – điều chế
theo PP 1
39
3.6.
Ảnh SEM của mẫu vật liệu YFeO
3
nung ở 750°C (t =
1h): a, b – điều chế theo PP 1; c, d – điều chế theo PP 2
40
3.7.
Đồ thị đường cong từ trễ của mẫu vật liệu YFeO
3
– –
2
41
3.8.
=0.2
43

FeO
3
nung
950°C (t=1h)
46
3.12.
0.9
Ca
0.1
FeO
3
Y
0.8
Ca
0.2
FeO
3
(b) tổng hợp ở điều kiện tối ưu sau khi
nung 750
0
C (t = 1h)
48
3.13.
Đồ thị đường cong từ trễ của mẫu vật liệu Y
0.9
Ca
0.1
FeO
3
0.8

1985, 77:180-182
[3] Lê Xuân Cương, Đánh giá nguồn thức ăn, phương thức nuôi dưỡng và những
vấn đề liên quan đến chăn nuơi bò sữa ở hộ gia đình, Trong: Cải tiến hệ thống
nuôi dưỡng và sản xuất sữa tại các hộ chăn nuôi gia đình, 1995, 6-11

9
QUYẾT TOÁN KINH PHÍ
(Phần này Trung tâm Phát triển KHCN sẽ bổ sung) Đề tài:
Chủ nhiệm:
Cơ quan chủ trì:
Thời gian đăng ký trong hợp đồng:
Thời gian thực hiện giai đoạn 1: (Dùng cho báo cáo giám định)
Tổng kinh phí được duyệt:
Kinh phí cấp giai đoạn 1: (số tiền) (Theo thông báo số: /TB-KHCN ngày…)
Kinh phí cấp giai đoạn 2: (số tiền) (Theo thông báo số: /TB-KHCN ngày…)

TT
Nội dung
Kinh phí
Trong đó
Ngân
sách
Nguồn
khác

5.
Xét duyệt, giám định, nghiệm
thu
6.
Hội nghị, hội thảo
7.
Đánh máy tài liệu
8.
Giao thông liên lạc
9.
Chi phí điều hành
III


Chữ “nano”, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra
đơn vị ước giảm đi 1 tỷ lần [21]. Ví dụ: nanogam = 1 phần tỷ gam; nanomet = 1
phần tỷ mét hay 1 nm = 10
-9
m (có thế so sánh là 1nm nhỏ hơn độ dày sợi tóc
của con người 100 ngàn lần).
“Khoa học nano” là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự
can thiệp vào vật liệu ở cấp độ nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy
mô này, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng ở quy mô lớn
hơn. Loại vật liệu này đã và đang được quan tâm do chúng có nhiều tính chất
vật lý, hoá học và nhiều ứng dụng khác đặc biệt hơn so với vật liệu micro thông
thường cùng thành phần hóa học.

11
“Công nghệ nano” 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 như 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 [22].
“Vật liệu nano” là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước
nanomet. 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.
Thông thường vật liệu nano được phân ra thành nhiều loại, phụ thuộc vào
hình dạng, chức năng, lĩnh vực ứng dụng, cấu trúc của vật liệu và kích thước
của chúng v.v.
Về mặt cấu trúc thì vật liệu nano được phân ra thành 4 loại: vật liệu nano Hình 1.2. Phân loại vật liệu nano theo hình dạng

13
Theo quan điểm của nhiều tác giả, “hạt nano” là một đối tượng nano
không chiều (0D) mà kích thước tất cả các chiều đều có một bậc đại lượng, về
nguyên tắc, các hạt nano có dạng hình cầu [24, 25]. Theo quan điểm về năng
lượng sự giảm kích thước hạt sẽ làm tăng vai trò năng lượng bề mặt của hạt cấu
trúc.
Các tính chất đặc trưng cho bản chất của vật liệu như: hằng số điện môi,
điểm nóng chảy, chiết suất cũng có thể bị thay đổi khi giảm kích thước xuống
thang nano. Ngoài ra, còn có nhiều tính chất đặc trưng khác của vật liệu như:
hoạt tính bề mặt, diện tích bề mặt; các tính chất nhiệt, điện, từ, quang học, cơ
học, hóa học và thậm chí cả sinh học… của vật liệu cũng bị thay đổi khi giảm
kích thước đến giá trị nanomet.
Ngày nay để tổng hợp vật liệu nano người ta dựa vào hai nguyên lý cơ
bản:
1) Nguyên lý từ trên xuống dưới (top-down), nghĩa là chia nhỏ một hệ thống
lớn để cuối cùng tạo ra được đơn vị có kích thước nano;
2) Nguyên lý từ dưới lên (bottom-up), nghĩa là lắp ghép những nguyên tử,
phân tử hay ion để tạo ra những hạt có kich thước nano.
Gần đây, việc chế tạo vật liệu nano theo phương thức bottom-up đã trở
thành kỹ thuật có thể tạo ra các vật liệu đa dạng về hình thái và kích thước mà
loài người hằng mong muốn, nên thu hút được sự chú ý của nhiều nhà nghiên
cứu và thực nghiệm trong và ngoài nước. Trong bối cảnh đó người ta nói đến
hóa học nano, đặc biệt là hóa học cao phân tử có thể trở thành một phương tiện
quan trọng của phương thức bottom-up.

Hình 1.3. Cấu trúc tinh thể của perovskite ABO
3
lý tưởng

Ở đây cation A nằm tại các mặt của hình lập phương, còn cation B có bán
kính nhỏ hơn nằm tại tâm của hình lập phương. Cation B được bao quanh bởi 8
cation A và 6 anion O
2-
, còn quanh mỗi vị trí A có 12 anion O
2-
như ở hình 1.3a.
Ngoài ra, có thể mô tả cấu trúc tinh thể perovskite lý tưởng dưới dạng sắp xếp
các bát diện BO
6
như hình 1.3b. Trong trường hợp này, cation B nằm tại vị trí
các hốc bát diện, tâm của hình lập phương tạo bởi 8 cation B lân cận là vị trí
của cation A. Từ hình 1.3b, có thể thấy góc liên kết B – O – B là 180° và độ dài
liên kết B – O bằng nhau theo mọi phương. Bát diện FeO
6
ảnh hưởng rất nhiều
đến tính chất điện và tính chất từ của vật liệu.

a)
Vị trí cation A

xy
(0 x, y 1). Với A và A’ có thể là
các nguyên tố đất hiếm hóa trị (III) như La, Y, Nd, Pr… hay các kim loại hóa
trị (II) như Ca, Sr, Ba, Pb, Zn, Cd, Hg…; B và B’ có thể là các kim loại chuyển
tiếp ho d như Mn, Co, Fe, Ni, Cr hay các kim loại hóa trị (IV) như Ti, Sn, Zr,
Ge …. Ví dụ một số hệ thường gặp: CaTiO
3
, LaFe
1-x
Ni
x
O
3
, LaNi
1-x
Co
x
O
3
,
LaCo
1-x
Fe
x
O
3
, La
1-x
Sr
x

x
MnO
3
, Ca
1-x
Nd
x
MnO
3
,

Ca
1-x
Nd
x
Mn
1-y
Fe
y
O
3

; La
1-x
Sr
x
Mn
1-
y
Ni

2-
. Cấu
trúc perovskite được coi là ổn định khi 0,79 < t < 1,02. Điều đó kéo theo các
cation phải có kích thước giới hạn: R
A
> 0,9 và R
B
> 0.5 Ǻ. Khi t = 1, ta có cấu
trúc perovskite là hình lập phương như hình 1.3. Khi t ≠ 1, cấu trúc perovskite
không còn dạng lập phương lý tưởng, dẫn tới góc liên kêt B – O – B khác 180
0
,
đồng thời độ dài liên kết B – O theo các phương khác nhau sẽ khác nhau (hình
1.4).
17

Hình 1.4. Sự biến dạng cấu trúc perovskite khi góc B-O-B 180

Chính sự thay đổi cấu trúc mạng tinh thể perovskite mà các tính chất đối
xứng, tính chất điện, tính chất từ của vật liệu bị thay đổi. Đặc biệt khi có lẫn các
cation kim loại khác với các tỉ lệ hợp thức phù hợp sẽ tạo ra những loại hợp

O
3
– Y
2
O
3
bằng cách nung hỗn hợp các oxit ở 1500
0
C bằng phương pháp
nhiễu xạ tia X người ta quan sát thấy hai hợp chất YFeO
3
và Y
3
Fe
5
O
12
. Hợp
chất YFeO
3
có cấu trúc perovskite, còn Y
3
Fe
5
O
12
có cấu trúc garnet. Các thông

18
số ô mạng tinh thể của YFeO

(1100 – 1300 C)
So sánh các dữ liệu thực nghiệm khác nhau ta thấy bên cạnh hợp chất với
cấu trúc garnet Y
3
Fe
5
O
12
thì trong hệ Fe
2
O
3
– Y
2
O
3
còn có hợp chất với cấu trúc
perovskite YFeO
3
. Theo thành phần hóa học thì chúng rất gần nhau, có nghĩa là
khi tổng hợp garnet sẽ có sự tạo thành perovskite.
Yttrium orthoferrite đơn tinh thể được sử dụng trong bộ cảm biến và thiết
bị truyền động, nó có nhiệm vụ như bộ chuyển đổi quang và từ trường, ở đó
những tinh thể orthoferrite hoạt động như định luật cảm ứng điện từ của
Faraday. Ngoài ra, YFeO
3
còn được dùng để chế tạo màng mỏng.

20
1.3. Các phương pháp tổng hợp perovskite ABO
3

Ngày nay, để tổng hợp vật liệu nano nói chung và vật liệu perovskite
ABO
3
nói riêng người ta dựa vào hai nguyên lý cơ bản là top-down và bottom-
up như đã trình bày ở mục 1.1. Dựa vào hai nguyên lý đó người ta chia ra thành
các phương pháp hay nhóm phương pháp khác nhau để điều chế vật liệu nano,
mỗi phương pháp đều có ưu và nhược điểm riêng, có những phương pháp chỉ
có thể áp dụng để điều chế một số vật liệu nhất định. Sau đây là một số phương
pháp cơ bản thường dùng để tổng hợp vật liệu perovskite ABO
3
.

1.3.1. Phương pháp gốm truyền thống
Phương pháp thông thường và dễ nhất để tổng hợp vật liệu perovskite
ABO
3
là tổng hợp gốm. Phương pháp này có thể khái quát theo sơ đồ như hình
1.6 [30].
Hình 1.6. Sơ đồ tổng hợp ABO
3

kết tủa thích hợp. Ví dụ, để tổng hợp Y
1-x
Ca
x
FeO
3
có thể đi từ dung dịch chứa
các ion Y
3+
, Ca
2+
và Fe
3+
rồi kết tủa đồng thời bằng dung dịch amoni cacbonat
tạo các kết tủa cacbonat Y
2
(CO
3
)
3
, Y(OH)
3
, CaCO
3
và Fe(OH)
3
tương ứng. Sau
đó tiến hành sấy và nung kết tủa sẽ thu được các oxit Y
2
O

1.3.3. Phương pháp sol – gel
Phương pháp sol-gel ra đời từ những năm 1950 – 1960 và được phát triển
nhanh chóng do có nhiều ưu điểm như có thể tổng hợp vật liệu dưới dạng bột,
màng mỏng hay sợi với kích thước cấu trúc đạt micro hay nanomet.
Bản chất của phương pháp sol – gel là dựa trên các phản ứng thuỷ phân
và ngưng tụ các tiền chất, bằng cách điều chỉnh tốc độ của hai phản ứng thuỷ
phân và ngưng tụ ta sẽ thu được sản phẩm mong muốn [31, 32]. Các phản ứng
xảy ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với phương pháp tổng hợp từ pha rắn nên
tiết kiệm được năng lượng. Vật liệu được hình thành từ cấp độ quy mô nguyên
tử, phân tử, ion nên có độ đồng nhất rất cao, bề mặt riêng lớn, dải phân bố kích
thước hạt hẹp.
Dựa vào vật liệu ban đầu sử dụng cho quá trình tổng hợp người ta chia
phương pháp sol-gel thành 3 dạng chính: phương pháp sol-gel theo con đường
thuỷ phân muối; phương pháp sol-gel tạo phức và phương pháp sol-gel theo con
đường thuỷ phân alkoxide kim loại M(OR)
n
trong đó R là gốc ankyl.
Ngoài những phương pháp trên còn có một số phương pháp khác như
phương pháp khuếch tán rắn – lỏng, phương pháp cơ hóa, phương pháp điện
hóa v.v.

23
Chƣơng 2. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
Để góp phần tìm được quy trình tổng hợp vật liệu nano oxit phức hợp nói
chung và vật liệu nano YFeO
3
nói riêng, nhóm tác giả tiến hành khảo sát các

3
.9H
2
O, Y(NO
3
)
3
.6H
2
O,
dung dịch nước amoniac 25 – 28%, khối lượng riêng d = 0,901 g/ml, nước cất.
Các tiền chất ban đầu được dùng để đồng kết tủa các hidroxit Y(OH)
3
và
Fe(OH)
3
là các dung dịch muối sắt (III) nitrat và ytri nitrat. Các dung dịch muối
được chuẩn bị bằng cách hòa tan các muối tương ứng vào nước cất ở nhiệt độ
phòng. Dung dịch thu được được pha loãng đến nồng độ 0,15M. Dung dịch
amoniac đậm đặc được pha loãng đến nồng độ 5%. Dung dịch hỗn hợp đương
lượng các muối được trộn lẫn trước khi tiến hành kết tủa. 24
2.2.1.2. Tổng hợp vật liệu nano YFeO
3
bằng phương pháp đồng kết tủa
Để tổng hợp vật liệu YFeO
3
với các đặc trưng như kích thước hạt nano,

1.
Phƣơng pháp 2. Nhỏ từ từ dung dịch nước chứa hỗn hợp đương lượng
muối Y(NO
3
)
3
và Fe(NO
3
)
3
vào một cốc nước đang sôi và được khuấy đều trên
máy khuấy từ. Sau khi cho hết hỗn hợp muối thì đun sôi thêm 3 – 5 phút nữa,
lúc này dung dịch có màu nâu đỏ và không đổi màu khi để nguội đến nhiệt độ
phòng. Sau đó cho thêm dung dịch nước amoniac 5% vào cốc thu được ở trên,
lượng amoniac cho vào lấy dư để kết tủa hết các cation Y
3+
và Fe
3+
(thử nước
lọc bằng phenolphthalein).
Trong cả hai phương pháp ở trên, kết tủa được khuấy đều trên máy khuấy
từ khoảng 15 – 20 phút, sau đó lọc, rửa kết tủa vài lần bằng nước cất rồi khô
ở nhiệt độ phòng.
Kết tủa phơi khô được nghiền mịn và nung trong môi trường
không khí từ nhiệt độ phòng đến các nhiệt độ khác nhau để kiểm tra sự hoàn
thiện việc kết tinh và tạo pha đồng nhất. :
26

2+
không kết tủa với ion OH
-
3).