1
Trình bày:
Ngô

Trương

NgọcMai
Bộ

Môn Công Nghệ

Hóa Học
01-2011
Báo cáo seminar
2
Vật liệu ceramic là

gì?
•

Vật liệu vô cơ phi kim loại (thành phần
gồm các vật chất có

chứa oxy hoặc không
chứa oxy): các khoáng vật silicate, ZrSiO
4

,
Al
2


Phân loại
Vật liệu ceramic:
-Truyền thống (traditional ceramics)
-Kỹ

thuật (industrial ceramics)
Vật liệu ceramic kỹ

thuật:
-Cấu trúc/kết cấu (structural ceramics)
-Chức năng (functional ceramics)
Cấu trúc phổ

biến nhất của functional ceramics
là

PEROVSKITE!
5
Các nghiên cứu và

ứng dụng quan trọng
Các phương pháp sản xuất
Tính chất của các perovskite
Cấu trúc perovskite
Lịch sử

phát hiện perovskite
6
•


vùng núi ở

Uran và

Thụy Sĩ, …
•

Cấu trúc được quan tâm nghiên cứu do sự đa dạng về

tính chất ở

các nhiệt độ

khác nhau.
•

Perovskite là

trái tim của vật lý chất rắn

(nhà

vật lý
người Ấn Độ

Rao)
7
-Cubic SrTiO
3
0,1

Ti
Ti
Bát diện BO
6
(TiO
6

)
Số

phối trí

của B (Ti): 6
Số

phối trí

của A (Sr): 12
Æ r
A
~ r
O
, r
A
> r
B
, tổng điện tích
cation A và

B = 6

perovskite
Hóa trị

cation A
Ví

dụ

A Hóa trị

cation B
Ví

dụ

B Hợp chất ABO
3
2, 4-
Phổ

biến,
quan trọng
nhất
2 Ba
2+
,
Ca
2+
,
Mg

,
SrMnO
3

, PbZrO
3,
PbTiO
3
Vật liệu sắt điện
3, 3- 3 La
3+
, Y
3+
,
Gd
3+
, Nd
3+
,
Bi
3+
3 Sc
3+
, Fe
3+
,
Ga
3+
, Ni
3+

KNbO
3

, KTaO
3
Vật liệu hỏa điện
và quang điện
10
Phức tạp: hợp chất 1/2:1/2 và

1/3:2/3
-Hợp chất 1/2:1/2: A
2

B’B”O
6

hoặc AB’
1/2

B”
1/2

O
3
Loại ½:
½
Hóa
trị


2

YTaO
6
2,6 2 2 Co, Sr, Mg 6 W Pb
2

CoWO
6
1,7 2 1 Na, K 7 Os Ba
2

NaOsO
6
Pb
2

ScTaO
6
11
Phức tạp: hợp chất 1/2:1/2 và

1/3:2/3
-Hợp chất 1/3:2/3: A
3

B’B”
2

O

ZnTa
2

O
9
Pb
Zn
Ta
13
-Cubic SrTiO
3
TiO
6
Nếu A quá

nhỏ

hay quá

lớn
hơn kích thước
lỗ

hổng, điều
gì

sẽ

xảy ra?
A quá

OB
2aRR=+
a
()
OA
22aRR=+
(
)
()
OA
OB
1
2
RR
RR
+
=
+
Mong muốn:
= t
Thực tế: 0.88 < t < 1.02
• Nếu t khác 1: cấu trúc bị

biến dạng
• hoặc, không hình thành perovskite
• Nếu t <1: A quá

nhỏ Æ cấu trúc nghiêng
• t=1: A có


O
O
-
-
Mn th
Mn th
ẳ
ẳ
ng
ng
Orthorhombic
Orthorhombic
Mn
Mn
-
-
O
O
-
-
Mn cong
Mn cong
CaMnO
3
16
LaMnO
LaMnO
3
3
17

7

3(ABO
3

) Æ Y
3+
, Ba
2+
ở vị trí A, 2 lỗ trống O
2Cu
2+
và 1 Cu
3+
ở vị trí B
18
•
• Tính sắt điện và

sắt từ (ferromagnetic): trên cơ sở

BaTiO
3
• Tính hỏa điện (pyroelectricity)
• Tính áp điện (piezoelectricity)
• Tính từ

tính (magnetic property)
• Tính siêu dẫn (superconductivity): cơ sở


)O
3
Áp điện (piezoelectric)
(Ba
1-x

La
x

)TiO
3
Bán dẫn (semiconductor)
(Y
1/3

Ba
2/3

)CuO
3-x
Siêu dẫn (superconductor), dẫn ion O
2-
Na
x

WO
3
Dẫn ion và electron (mixed conductor),
quang điện (electrochromic)
SrCeO


Tính sắt điện

(ferroelectricity): tính chất hưởng ứng mạnh
dưới điện trường ngoài do có

sự

sắp xếp các lưỡng cực điện
theo cùng một hướng (Ứng dụng: tụ điện, TB lưu trữ

thông
tin, thẻ

RFID…)
/>* Tính áp điện

(piezoelectricity): Khi tác dụng lực lên vật liệu
sẽ sinh ra dòng điện và ngược lại do giá

trị moment lưỡng cực
thay đổi khi cấu trúc bị

nén ép (Ứng dụng: các sensor).
21
•

Tính hỏa điện

(pyroelectricity): khi gia nhiệt, dòng điện

nano)
- Sản phẩm ceramic dạng khối
- Sản phẩm ceramic dạng màng (film)
Phương pháp tổng hợp từ

phản ứng pha lỏng
2
23
Cân đúng tỉ

lệ
Nguyên liệu
Oxide, muối
carbonat dạng bột
Nước/dung môi hữu cơ
Sấy
Hỗn hợp các oxide
Phương pháp tổng hợp từ

phản ứng pha rắn
1
Nghiền trộn
Rây
Nung
Hợp chất perovskite
Nước/dung
môi hữu cơ
Sấy
Rây
Sản phẩm dạng bột

Kết tủa/gel hóa…
Bay hơi
Tác nhân kết tủa/
tạo phức/ gel hóa
Phương pháp tổng hợp từ

phản ứng pha lỏng
2
Muối kim loại, alkoxide
kim loại, hợp chất cơ kim
26
Phương pháp tổng hợp từ

phản ứng pha lỏng
2
Phân loại Phương pháp thực hiện
Nhóm 1
Bay hơi hoặc kết tủa có điều
khiển
Nhiệt phân từ pha hơi/sương, phân
hủy nhiệt, sấy lạnh, sóng siêu
âm, nước siêu tới hạn, …
Nhóm 2
Sử

dụng lỗ

xốp cỡ

micron