BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
KHOA HÓA HỌC


KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH
Y1-XCaXFeO3 VÀ KHẢO SÁT KHẢ NĂNG
HẤP PHỤ ION Pb2+ CỦA CHÚNG

GVHD: T.S. NGUYỄN ANH TIẾN
SVTH: LƯU THỊ HỒNG DUYÊN

TP.HỒ CHÍ MINH, THÁNG 5 NĂM 2013


LỜI CẢM ƠN
Mới ngày nào em chỉ là cô sinh viên năm nhất lóng ngóng, vụng về, thế mà giờ
đây em sắp trở thành một cô giáo dịu dàng, điểm mốc quan trọng trong đời sinh viên
sắp khép lại với khóa luận tốt nghiệp. Trong quá trình làm khóa luận em đã học được
nhiều thứ, nhận được nhiều sự quan tâm, động viên và cổ vũ của thầy cô, gia đình và
bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Anh Tiến đã nhận và tận tình
hướng dẫn em trong suốt quá trình em thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Thời gian trôi qua không thể quay trở lại, chỉ có hồi ức, tình thầy trò và tình bạn
còn sống mãi với thời gian. Có lẽ theo thời gian có những kỷ niệm sẽ nhạt nhòa,
nhưng có lẽ em sẽ không thể quên tình cảm, tấm lòng cao đẹp mà thầy cô Khoa Hóa
trường ĐHSP đã để lại trong em, sự dạy dỗ tận tâm của thầy cô sẽ là hành trang cho
em vững bước trong tương lai. Sắp rời xa trường, em chỉ mong một điều duy nhất là
thầy cô luôn mạnh khoẻ, thành công trong công việc, cuộc sống, tiếp tục sự nghiệp

3.1. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai TGA/DTA ....................................... 31
3.2. Phương pháp nhiễu xạ X (XRD) ............................................................. 31
3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM ........................................... 33
3.4. Phương pháp đo độ từ hóa ....................................................................... 33
3.5. Tổng quan về hấp phụ .............................................................................. 35

CHƯƠNG IV. THỰC NGHIỆM – KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ...37
4.1. Dụng cụ, hóa chất, thiết bị ....................................................................... 37
4.2. Thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano Y 1-x Ca x FeO 3 (với x=0,1 và x=0,2)
......................................................................................................................... 37
4.3. Kết quả và thảo luận ................................................................................ 39

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..........................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................55


LỜI NÓI ĐẦU
Hơn sáu mươi lăm năm kể từ khi kết thúc chiến tranh thế giới thứ II và gần bốn
mươi năm kể từ ngày Việt Nam hoàn toàn thống nhất đất nước. Cả nhân loại đã có
những tiến bộ vượt bậc về khoa học – kỹ thuật, cùng với sự phát triển không ngừng
của công nghiệp đã thay đổi bộ mặt của thế giới, giải phóng sức lao động của con
người, nâng cao chất lượng cuộc sống. Bên cạnh những thành tích đã đạt được, thế
giới ngày nay đang từng ngày đối mặt với những thách thức về sự gia tăng dân số,
chất lượng cuộc sống, chính những điều đó đang đẩy con người đứng trước những hậu
quả của sự phát triển, đó là sự ô nhiễm môi trường, bệnh tật, thiên tai,…
Vậy làm gì để giải quyết những vấn đề trên? Không thể phó mặc cho tạo hóa nên
con người không ngừng tìm tòi, nghiên cứu để khắc phục những hậu quả do chính họ
gây ra. Chính vì lẽ đó mà có rất nhiều nhà khoa học và nhà nghiên cứu đã không
ngừng làm việc, sáng tạo để cống hiến cho sự tồn tại và phát triển của nhân loại.
Ngành hóa học cũng đã có những đóng góp to lớn, trong đó ngành vô cơ cũng có

ngành khác nhau như toán học, hóa học, sinh học,… để nghiên cứu các vật thể ở cấp
độ lớn hơn micromet. Ngày nay, con người bắt đầu nghiên cứu những vật liệu có kích
thước nanomet, những vật liệu này được gọi là vật liệu nano. Chữ nano có nguồn gốc
Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra đơn vị đo ước giảm đi một tỷ lần
(10-9). Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý người Mỹ
RiChard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của cấu
trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử và sâu hơn nữa. Nhưng thuật ngữ “công
nghệ nano” mới bắt đầu sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một nhà nghiên
cứu tại đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu trúc vi hình của mạch
vi điện tử.
Vật liệu nano là một thuật ngữ phổ biến, tuy nhiên không phải ai cũng có một khái
niệm rõ ràng về thuật ngữ đó. Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nano, chúng ta cần biết
hai khái niệm có liên quan là khoa học nano và công nghệ nano. Theo Viện Hàn lâm
Hoàng gia Anh thì: khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và
sự can thiệp vào vật liệu tại các 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 quy mô lớn; công
nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết
bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy mô nanomet.
Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên
chúng có chung đối tượng là vật liệu nano. Vật liệu nano được hiểu là loại vật liệu
trong đó có ít nhất một chiều có kích thước nano mét, kích thước của vật liệu nano trải
rộng từ vài nm đến vài trăm nm.
Phân loại vật liệu nano:


• Phân loại theo trạng thái: Người ta phân loại thành 3 trạng thái rắn, lỏng, khí.
Tuy nhiên hiện nay người ta vẫn tập trung vào nghiên cứu vật liệu rắn.
• Phân loại theo hình dáng vật liệu:
+ Vật liệu nano không chiều: Cả 3 chiều đều có kích thước nano, không còn
chiều tự do nào cho điện tử như đám nano, hạt nano,…(hình 1.1)

1.2. Ứng dụng của vật liệu nano
• Trong y học
+ Hạt tải thuốc nano: Được kết hợp với phân tử thuốc ở vỏ hoặc được chứa bên
trong hạt (hình 1.4). Các vật tải thuốc nano đã được khảo sát và chế tạo từ
nhiều năm nay trong đó có lyposome, polymer, hạt xốp ceramic, hạt nano kim
loại và gần đây là ống than nano. Hạt tải thuốc nano được thiết kế ở một kích
cỡ tối ưu vừa có “bộ cảm ứng” biết cảm nhận, phân biệt tế bào, vừa có “bộ
phận đóng mở” biết giữ và nhả thuốc ở môi trường có pH hay nhiệt độ thích
hợp. Hai yếu tố nổi bật của tế bào ung thư là có nhiệt độ cao hơn và pH biểu thị
nhiều tính axit hơn tế bào thường, vì vậy để tránh việc tiêu diệt các tế bào
thường mà những phương pháp trước đây gặp phải (hình 1.5).

Hình 1.4. Cấu tạo hạt tải nano

Hình 1.5. Cơ chế hoạt động

Bảng 1. Độ dài tới hạn của một số tính chất vật liệu


Lĩnh vực

Tính chất
Bước sóng điện từ

Tính chất điện

Tính chất từ

Tính chất quang



Độ dài suy giảm

10 - 100

Độ sâu bề mặt kim loại

10 - 100

Độ dài liên kết cặp cooper

0,1 - 100

Độ thẩm thấu meisner

1 - 100

Tương tác bất định xứ

10 - 1000

Biên hạt
Tính chất cơ

Độ dài tới hạn (nm)

Bán kính khởi động đứt vỡ

1 - 10
10 - 100

CdSe có đặc tính phát huỳnh quang, một lớp ZnS được phủ lên bề mặt CdSe


ngăn chặn sự rò rỉ của Cd. Dựa trên nguyên tắc phát quang theo quy luật lượng
tử, hạt nano được chế tạo với nhiều kích cỡ và bề mặt được cải biến với kháng
thể hay phân tử sinh học, hạt sẽ kết hợp với nhiều hạt khác nhau và dưới kính
hiển vi các tế bào sáng rực như bầu trời đầy sao (hình 1.6). Dựa trên vật liệu
nano phát quang người ta đã tạo ra ống than nano kết hợp với hạt phát quang
trên phần vỏ và chứa thuốc chống ung thư trong phần ruột (hình 1.7). Vật liệu
nano phức hợp này được tiêm vào chuột và khi kích hoạt bằng ánh sáng xanh,
hạt nano trên ống sẽ sáng lập lòe màu đỏ. Nhờ sự phát quang mà người ta quan
sát được sự tập kết của vật liệu phức tạp nano tại gan, thận, ruột, dạ dày của
chuột thí nghiệm. So với hạt tải thuốc liposome nano thì than nano có tiềm
năng tải thuốc và nhả thuốc khá hiệu quả nhờ hiệu ứng xuyên thủng màng tế
bào như cây kim.

Hình 1.6. Hạt Qdot nano bám vào tế bào và phát quang

Hình 1.7. Ống than nano

+ Ngoài những ứng dụng trong việc tìm kiếm và loại bỏ các tế bào ung thư, vật
liệu nano còn nhiều ứng dụng quan trọng trong nghiên cứu di truyền trên cấp
độ AND và ARN,… Chế tạo gốm y sinh để tạo các sản phẩm phục vụ trong
chất thương chỉnh hình,…
• Môi trường: Nhóm các nghiên cứu đã tổng được nanocomposit Fe 3 O 4 /CS và
Al(OH) 3 / Fe 3 O 4 /CS với dung lượng hấp phụ cao, nhằm mục đích hấp phụ ion
kim loại nặng trong nước, sử dụng khả năng hấp phụ tốt các ion kim loại nặng
của Cs ( nhờ khả năng tạo phức của nhóm amino (NH 2 −)). Vai trò của Fe 3 O 4
là tạo từ tính cho vật liệu đảm bảo vật liệu sau hấp phụ được tách loại dễ dàng
bằng từ trường, đồng thời mở ra khả năng giải hấp phụ và tái sử dụng vật liệu.

từ nhiệt có thể cho phép làm lạnh ở quy mô thực tế.


+ Ngoài những ứng dụng phổ biến trên, vật liệu nano còn được ứng dụng trong
nhiều ứng dụng khác (bảng 2).
Bảng 2. Số lượng vật liệu nano và thị trường tiêu thụ
Số lượng

Thị trường

Phần trăm (%)

Hạt nano

160

Y – dược

30

Ống nano

55

Hóa chất và vật liệu cao cấp

29

Vật liệu xốp nano


Sợi nano

9

Dệt

2

Hạt chứa hạt nano

8

Nông nghiệp

1

Loại sản phẩm

1.3. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano oxit
1.3.1. Phương pháp gốm truyền thống
Phương pháp gốm truyền thống có thể mô tả theo sơ đồ dạng khối sau:
(1)
Chuẩn bị
phối liệu

(2)
Nghiền,
trộn

(3)

quan trọng nhất. Vì rằng phản ứng giữa các pha rắn không thể thực hiện được hoàn
toàn, nghĩa là trong sản phẩm vẫn còn có mặt chất ban đầu chưa phản ứng hết nên
thường phải tiến hành nghiền trộn, ép viên, nung lại lần thứ hai. Đôi lúc tiến hành
nung vài lần như vậy. Khi nào trong phổ XRD cho biết sản phẩm đã hết chất ban đầu
mới xem như kết thúc phản ứng.
Một vài ví dụ tổng hợp gốm theo phương pháp truyền thống
• Tổng hợp gốm sunfua samari SmS
+ Tính chất đặc biệt của loại gốm này do trạng thái oxi hóa thấp (+2) của
samari. Theo phương pháp gốm truyền thống, người ta trộn bột kim loại Sm
với bột lưu huỳnh rồi đun nóng tới 1000oC trong ống thạch anh đã hút chân
không. Ngoài ống bằng thạch anh người ta còn sử dụng ống corun α – Al 2 O 3
hoặc một vài vật liệu khác bền ở nhiệt độ cao, trơ về mặt hóa học với hơi S,
Sm. Sau khi phản ứng kết thúc, phải tiến hành đồng thể hóa sản phẩm bằng
cách đưa lên nhiệt độ 2300 K. Để tiến hành đồng thể hóa sản phẩm ở nhiệt độ
cao có thể thực hiện bằng cách đun nóng khác nhau như dùng sợi đốt bằng
tantan, đốt bằng hồ quang điện, bằng tia laze.
• Tổng hợp gốm siêu dẫn nhiệt độ cao YBa 2 Cu 3 O 7-x


+ Hình 1.8 cho thấy trong hệ bậc ba

YO1,5

CuO – BaO – Y 2 O 3 tạo thành nhiều
hợp chất, trong đó hợp chất có tỉ lệ

Y2BaO4
Y2Cu2O5

nguyên tử

phẩm đơn pha dưới dạng bột mới tiến hành tạo hình bằng cách nén và tạo áp
lực cao.
1.3.2. Phương pháp Precursor
• Phương pháp đồng kết tủa
+ Phương pháp này bảo đảm tính đồng nhất hóa học và hoạt tính cao của bột
ferrit tạo thành. Thực nghiệm cho thấy, các hạt bột sản phẩm đều có thể chế tạo
theo phương pháp đồng kết tủa thường có sự kết tụ, gây ảnh hưởng đến tính
chất vật liệu sản xuất chúng. Vì vậy, người ta thực hiện khuếch tán các chất
tham gia phản ứng ở mức độ phân tử (precursor phân tử). Hỗn hợp ban đầu
được gọi là precursos có tỉ lệ ion kim loại đúng theo hợp thức của chất cần tổng
hợp, chuẩn bị hỗn hợp dung dịch chứa 2 muối tan rồi thực hiện phản ứng đồng
kết tủa ở dạng hiđroxit, cacbonat, oxalate… Cuối cùng tiến hành phản ứng
nhiệt phân chất rắn đồng thời kết tủa đó, ta thu được sản phẩm. Quá trình tổng
hợp cần bảo đảm 2 quá trình:


Bảo đảm đúng quá trình đồng kết tủa: Nghĩa là kết tủa đồng thời các ion kim
loại đó, ví dụ với hỗn hợp chứa hai ion Nd3+ và Ti4+, nếu ta kết tủa dưới dạng
hiđroxit Nd(OH) 3 và Ti(OH) 4 thì việc thực hiện phải kết tủa đồng thời, chúng
ta biết rằng muối titan bị thủy phân rất mạnh do đó phải giữ trong dung dịch rất
axit để tránh quá trình thủy phân, nghĩa là của hỗn hợp muối phải rất bé. Mặt
khác, pH kết tủa Ti(OH) 4 có giá trị khoảng 3,8 còn pH bắt đầu kết tủa
Nd(OH) 3 khoảng 6. Vì vậy, khi rót dung dịch NH 3 vào hỗn hợp chứa hai ion
Nd3+ và Ti4+rất axit, sẽ xảy ra tình trạng kết tủa Ti(OH) 4 trước, sau khi hàm
lượng Ti4+ chỉ còn lại rất ít thì Nd(OH) 3 mới kết tủa. Như vậy, chúng ta không
thực hiện đồng thời sự kết tủa. Để kết tủa đồng thời thì phải tiến hành ngược
lại, nghĩa là rót hỗn hợp hai ion vào dung dịch NH 3 .
Bảo đảm đúng tỉ lệ trong precursor: Tức là hỗn hợp pha rắn chứa hai ion kim
loại theo đúng tỉ lệ như trong sản phẩm mong muốn. Để thực hiện yêu cầu này
không phải dễ dàng. Chúng ta biết tích số tan của các chất rất khác nhau, do đó

Tính Kết
Tính
quả
quả
MgFe 2 O 4 55,69 55,84 12,41 12,16

Tỷ lệ
mol
Fe 3+ /M2+

Nung Hằng
ở (oC) số
mạng

Momen
từ
bão
hoà

1,954

1000

1,37

MnFe 2 O 4 48,32

48,43 23,68

23,82

± 0,001
8,388
± 0,001
8,338
± 0,002

4,5
3,57
2,12

+ Phương pháp này cũng được sử dụng để tổng hợp gốm cromit MCr 2 O 4 có
cấu trúc spinel. Nếu tổng hợp gốm cromit theo phương pháp truyền thống
(phản ứng trực tiếp giữa 2 oxit Cr 2 O 3 và oxit kim loại MO) thì giai đoạn
nghiền trộn rất lâu và đặc biệt phải nung ở nhiệt độ rất cao (1400 – 1700 oC)
mà không thể thu được sản phẩm đồng thể vì oxit crom và oxit kim loại hóa trị
hai đều có nhiệt độ nóng chảy cao và tương đối trơ về mặt hóa học. Nhờ có sự
phân bố ion của các kim loại một cách trật tự trong precursor, nên tỉ lệ Cr3+/M2+
khá phù hợp với giá trị lý thuyết và sản phẩm gốm thu được hoàn toàn đồng
nhất. Precursor là dung dịch rắn dưới dạng các muối đồng hình.


+ Theo phương pháp này chúng ta phân tán các cation kim loại khác nhau vào
một pha đồng thể là dung dịch rắn của các muối đồng hình. Ví dụ muối mohr
có công thức (NH 4 ) 2 SO 4 .MSO 4 .6H 2 O, trong đó M có thể là kim loại hóa trị
hai của sắt, niken, kẽm, coban, mangan,…được phân bố đều trong mạng lưới
dung dịch rắn. Các thông tin tính tan đẳng nhiệt của các hệ muối nước bậc ba,
bậc bốn…rất quan trọng đối với kỹ thuật chuẩn bị các dung dịch rắn. Hình 1.9
là giản đồ tính tan của (NH 4 ) 2 SO 4 .FeSO 4 .6H 2 O − (NH 4 ) 2 SO 4 .ZnSO 4 .6H 2 O ở
30oC. Từ giản đồ hình 1.9.A có thể dựng giản đồ đường cong phân bố
Rozebom như hình 1.9.B.

20

(NH 4 ) 2 SO 4 .FeSO 4 .6H 2 O trong dd

rắn
(A)

(B)

Hình 1.9. Giản đồ tính tan (A) và giản đồ phân bố (B) của hệ
(NH 4 ) 2 SO 4 .FeSO 4 – (NH 4 ) 2 FeSO 4 .6H 2 O
+ Ví dụ nếu ta muốn tổng hợp ferrit kẽm ZnFe 2 O 4 thì phải chuẩn bị dung dịch
rắn ứng với công thức (NH 4 ) 2 SO 4 .(Zn 0,333 Fe 0,666 )SO 4 .6H 2 O, nghĩa là trong
dung dịch rắn đó có tỉ lệ Fe/Zn = 2. Muốn thế thì trong trong dung dịch rắn
phải chứa 66,666% (NH 4 ) 2 SO 4 .FeSO 4 .6H 2 O ứng với điểm b ta phải chuẩn bị
dung dịch lỏng ứng với điểm a và tiến hành bay hơi đẳng nhiệt ở 30oC, sẽ thu


được dung dịch rắn có sự phân bố cation kim loại hoàn toàn trật tự, tiến hành
nhiệt phân dung dịch rắn đó sẽ thu được ferrit.
1.3.3. Phương pháp Sol – Gel
 Nguyên lý chung
Phương pháp này ra đời từ những năm 1950 – 1960 và được phát triển nhanh chóng
do có nhiều ưu điểm có thể tổng hợp gốm dưới dạng bột với kích cỡ micromet,
nanomet, có thể tổng hợp gốm dưới dạng màng mỏng, dưới dạng sợi với đường kính

+

H2O

→

Si−OH(OCH 3 ) 3

Si−OH(OCH 3 ) 3

+

H2O

→

Si−(OH) 2 (OCH 3 ) 2 + CH 3 OH

Si−(OH) 2 (OCH 3 ) 2 +

H2O

→

Si−(OH) 3 (OCH 3 )

+ CH 3 OH

Si−(OH) 3 (OCH 3 )


+ Tổng hợp zeolit có thể thực hiện bằng nhiều phương pháp khác nhau, ở
đây chúng tôi chỉ trình bày tóm tắt phương pháp sol – gel. Ví dụ từ dung


dịch nước của silicat và aluminat natri tiến hành ngưng tụ ở nhiệt độ phòng
sẽ tạo thành gel rồi kết tinh thủy nhiệt ở nhiệt độ xác định trong thời gian
xác định sẽ tạo thành tinh thể zeolit.
NaAl(OH) 4 + Na 2 SiO 3 +NaOH
Dung dịch nước
25oC
[Na a (AlO 2 ) b (SiO 2 ) c .NaOH.H 2 O]
gel

100oC

[Na a (AlO 2 ) x (SiO 2 ) y ].mH 2 O
Tinh thể

+ Zhdanov S.P đã xác định
thành phần pha lỏng và pha rắn
của gel aluminosilicat trình bày
ở hình 1.10. Trên hình cho thấy
thành phần gel tập trung trong
một

khu

vực

hẹp.

+ Giản đồ trạng thái cân bằng giữa pha lỏng và pha rắn (gọi là giản đồ trạng
thái ngưng kết) là thông tin quan trọng nhất để xây dựng kỹ thuật chế tạo vật
liệu theo phương pháp này.
+ Khi làm nguội lạnh pha lỏng của cấu tử A nguyên chất đến nhiệt độ nóng
chảy của A (T A ) thì bắt đầu xảy ra quá trình kết tinh pha rắn A
LA

TA

RA

+ Quá trình này có số bậc tự do bằng 0 nên xảy ra ở một nhiệt độ xác định
trong khi làm lạnh. Quá trình kết tinh có hai giai đoạn: Tạo mầm tinh thể và
phát triển mầm. Mầm tinh thể thường phát sinh bên thành bình đựng hoặc có
trường hợp phải đưa từ ngoài vào. Lượng mầm kết tinh càng nhiều thì tinh thể
sản phẩm có kích thước càng bé. Khi cần thu được tinh thể có kích thước lớn
hơn thì phải gắn một mầm kết tinh vào trục quay đặt trong lòng pha lỏng rồi
chọn chế độ thích hợp giữa tốc độ làm lạnh và tốc độ quay trục và tiến hành kết
tinh trong một thời gian dài.
+ Nếu trong pha lỏng ngoài A ra còn chứa cấu tử B (giả sử thành phần phần
trăm của B là x B ) thì quá trình kết tinh A bắt đầu kết tinh ở nhiệt độ thấp hơn
(T F > T A ) và trong suốt quá trình kết tinh đó nhiệt độ giảm dần từ T F đến T E .
+ Thành phần pha lỏng thay đổi từ x B tới x’ B (thành phần ơtecti ). Trong quá
trình này chỉ xảy ra sự kết tinh A, do đó nếu tiến hành làm lạnh chậm sẽ thu
được những tinh thể A hoàn chỉnh với kích thước lớn. Khi nhiệt độ đạt tới T E
sẽ xảy ra quá trình kết tinh đồng thời A và B. Hệ số bậc tự do bằng 0 nghĩa là
mặc dù làm lạnh nhiệt độ cũng ở T E cho đến khi toàn bộ hóa rắn.
+ Sự kết tinh đồng thời A và B tạo thành một hỗn hợp những tinh thể rất bé
(hỗn hợp ơtecti bọc quanh các hạt tinh thể lớn của A. Sản phẩm gốm thu được




kết tinh pha tinh thể cần thiết với sự có mặt chất gây mầm (trong kỹ thuật gọi là
chất xúc tác). Việc chuyển từ pha thủy tinh sang pha tinh thể là giai đoạn quan
trọng trong sản xuất vật liệu mới gọi là xitan.
Nguyên tắc chung của sản xuất xitan như sau: Trước hết đun nóng chảy hết
hoàn toàn phối liệu với sự có mặt của chất xúc tác. Khi thu được khối thủy tinh
trong suốt, người ta làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết rồi ủ đến nhiệt độ đó rồi
tiến hành kết tinh. Giai đoạn qua trọng nhất của sản xuất xitan là sự hình thành
mầm kết tinh trong khối thủy tinh đó có mặt chất xúc tác như Au, Pt, TiO 2 ,
P 2 O 5 , ZnO.
Ngoài những phương pháp trên thường được sử dụng để tổng hợp vật liệu gốm,
người ta còn sử dụng một số phương pháp khác như: phản ứng xâm nhập và trao đổi
ion như là một phương pháp điều chế chất rắn trên cơ sở cấu trúc đã có sẵn, phương
pháp điện hóa và các phương pháp hóa học mềm để tổng hợp vật liệu, phương pháp sử
dụng áp xuất cao và phương pháp thủy nhiệt,… để tổng hợp vật liệu gốm.

1.4. Cấu trúc tinh thể vật liệu PEROVSKITE ABO3
1.4.1. Vật liệu perovskite ABO 3 thuần:
Vật liệu perovskite ABO 3 thuần được phát hiện sớm từ đầu thế kỷ XIX, perovskite
thuần được biết đến như là một chất điện môi, có hằng số điện môi lớn và một trong
số đó có tính sắt điện, áp điện.
Hợp

chất

perovskite

ABO 3 thuần có cấu trúc tinh
thể lý tưởng như hình 1.11.


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

Các

perovskite ABO 3 bị biến tính khi được pha
tạp thay thế sẽ tạo trạng thái hỗn hợp hóa
trị và sai lệch cấu trúc làm cho hợp chất
nền trở thành vật liệu có nhiều hiệu ứng lý
thú: hiệu ứng nhiệt điện, hiệu ứng từ trở
khổng lồ, hiệu ứng từ nhiệt,... Sự sai lệch cấu

Hình 1.12. Sự biến dạng cấu trúc

trúc tinh thể được đánh giá thông qua thừa số dung hạn t do Goldsmith đưa ra:

Với R A , R B , R O lần lượt là bán kính của các ion A2+ (A3+), B4+ (B3+) và O2-. Cấu
trúc perovskite được coi là ổn định khi 0,8 < t < 1. Điều đó dẫn tới các cation phải có
kích thước giới hạn, R A > 0,9 và R B > 0,5 Å. Khi t =1 ta có cấu trúc perovskite là hình
lập phương. Khi t ≠ 1, mạng tinh thể bị méo (hình 1.12), góc liên kết BOB không còn
là 180o nữa và độ dài liên kết O – B theo các hướng khác nhau sẽ khác nhau, cấu trúc
tinh thể bị thay đổi. Điều này dẫn tới thay đổi các tính chất điện và từ của vật liệu.


1.4.4. Vật liệu trên cơ sở YFeO 3
Tinh thể YFeO 3 có cấu trúc trực thoi hoặc lục giác (giống YAlO 3 ) tùy thuộc vào điều
kiện tổng hợp nên nó. Mỗi tế bào đơn vị YFeO 3 chứa 4 ion Fe ở mỗi đỉnh nhưng các
trục của 4 ion sắt hơi nghiêng so với bát diện (hình 1.13). Các hiện tượng biến dạng
của perovskite chủ yếu ở vị trí Y3+ trong
khi đó các ion Fe3+ vẫn còn giữ nguyên