Nghiên cứu tổng hợp chất màu cỡ nano trên cơ sở kẽm ferit và ứng dụng

- Vật liệu nano 3 1.1.3.
- Chất màu trên cơ sở spinen kẽm ferit Giới thiệu về spinen và ứng dụng Tổng hợp vật liệu ZnFe2O4 20 1.3 Giới thiệu về sơn 22 1.3.1.
- Tổng hợp kẽm ferrit theo phương pháp phân hủy nhiệt tiền chất muối 27 2.3.
- Các phương pháp nghiên cứu đặc trưng vật liệu 29 2.4.1.
- Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD) 29 2.4.2.
- Phương pháp phân tích nhiệt (DTA) 30 2.4.3.
- Phương pháp phổ hồng ngoại (IR) 32.
- Nghiên cứu tổng hợp chất màu kẽm ferit ZnFe2O4 theo phương pháp phân hủy nhiệt tiền chất muối, có mặt gôm arabic 33 3.2.
- Nghiên cứu tổng hợp chất màu kẽm ferit ZnFe2O4 theo phương pháp phân hủy nhiệt tiền chất muối có mặt PVA 43 3.3.
- Nghiên cứu tổng hợp chất màu kẽm ferit ZnFe2O4 theo phương pháp phân hủy nhiệt tiền chất muối có mặt axit xitric.
- Điều này sẽ tạo tiền đề cho sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano và đưa hướng nghiên cứu vật liệu nano thành nhiệm vụ hàng đầu.
- Vật liệu nano có những tính năng ưu việt như có độ bền cơ học cao, tính chất điện quang nổi trội, hoạt tính xúc tác cao, khả năng phân tán … Vì vậy, vật liệu nano được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như điện tử, quang điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông cũng như sinh học, y học, môi trường, công nghệ vật liệu mới, công nghệ quân sự, công nghệ vũ trụ.
- Nó có khả năng tạo ra màng sơn mỏng hơn, khả năng phân tán cao trong sơn, khả năng chống ăn mòn cao cho bề mặt cần bảo vệ, khả năng hấp thụ được sóng rada khi làm vật liệu ngụy trang và nhiều ứng dụng khác nữa.
- Nghiên cứu tổng hợp chất màu ZnFe2O4 theo phương pháp phân hủy nhiệt tiền chất muối, có hoặc không có mặt gôm arabic, PVA, axit xitric.
- Nghiên cứu tổng hợp chất màu ZnFe2O4 pha tạp mangan theo phương pháp phân hủy nhiệt tiền chất muối.
- Chẳng hạn những hạt muội than (chúng cỡ vài vài trăm nm) từ một thế kỷ nay là phụ gia không thể thiếu cho vật liệu cao su làm lốp xe vì nó tạo độ bền cần thiết cho vật liệu.
- Vậy từ lâu vật liệu nano đã đi vào cuộc sống thường nhật của chúng ta.
- Công nghệ nano không thể xuất hiện nếu như không có vật liệu nano.
- Khó có thể xác định chính xác thời điểm xuất hiện của khoa học vật liệu nano, song người ta nhận thấy rằng vài thập niên cuối của thế kỷ XX là thời điểm mà các nhà vật lý, hoá học và vật liệu học quan tâm mạnh mẽ đến việc điều chế, nghiên cứu tính chất và những sự chuyển hoá của các phần tử có kích thước nano.
- khác rất nhiều so với vật liệu khối thông thường.
- Khái niệm vật liệu nano tương đối rộng, chúng có thể là tập hợp các nguyên tử kim loại hay phi kim, oxit, sunfua, cacbua, nitrua.
- Đó cũng có thể là các vật liệu xốp với đường kính mao quản dưới 100 nm (zeolit, photphat và cacboxylat kim loại).
- Như vậy, vật liệu nano có thể thuộc kiểu siêu phân tán hay hệ rắn với độ xốp cao.
- Có thể nhận thấy rằng ở vật liệu nano, do kích thước hạt vô cùng nhỏ (chỉ lớn hơn kích thước phân tử 1 – 2 bậc) nên hầu hết các nguyên tử tự do thể hiện toàn bộ tính chất của mình khi tương tác với môi trường xung quanh.
- Trong khi ở vật 4 liệu thông thường chỉ có một số ít nguyên tử nằm trên bề mặt, còn phần lớn các nguyên tử nằm sâu trong thể tích của vật, bị các nguyên tử ở lớp ngoài che chắn.
- Do đó có thể chờ đợi ở các vật liệu nano những tính chất khác thường sau.
- Tương tác của các nguyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởng bởi các biến đổi trong phạm vi thang nano, do đó khi làm thay đổi cấu hình của vật liệu ở thang nano ta có thể điều khiển được các tính chất của vật liệu theo ý muốn mà không cần thay đổi thành phần hoá học của nó.
- Vật liệu có cấu trúc nano có tỷ lệ diện tích bề mặt rất lớn nên chúng là vật liệu lý tưởng để làm xúc tác cho các phản ứng hoá học, thiết bị lưu trữ thông tin.
- Vì vậy, vật liệu nano sẽ tạo ra một sự phát triển mạnh mẽ trong việc sản suất các loại thuốc mới với hiệu quả cao và dễ sử dụng hơn.
- Những nghiên cứu lí thuyết mô hình hoá các loại vật liệu nano mới và tính chất của chúng đã xuất hiện nhưng chưa nhiều, kết quả chưa được kiểm chứng vì dữ kiện thực nghiệm còn ít.
- Hiện nay các vật liệu nano được phân loại như sau.
- Vật liệu nano trên cơ sở cacbon như ống cacbon 5 - Các loại vật liệu không trên cơ sở cacbon: vật liệu kim loại, vật liệu oxit, vật liệu xốp.
- Hoá học nano là khoa học nghiên cứu các phương pháp tổng hợp và xác định tính chất của vật liệu nano.
- Để tổng hợp các vật liệu nano người ta có thể dùng tất cả các phương pháp tổng hợp hoá học truyền thống như ngưng tụ pha hơi, phản ứng pha khí, kết tủa trong dung dịch, nhiệt phân, thuỷ phân, điện kết tủa, oxi hoá, phản ứng vận chuyển, sol – gel.
- Tuy nhiên, điều quan trọng nhất để tổng hợp vật liệu nano là kiểm soát kích thước và sự phân bố theo kích thước của các cấu tử hay các pha tạo thành, do đó các phản ứng thường được thực hiện trên khuôn (đóng vai trò như những bình phản ứng nano) vừa tạo ra không gian thích hợp, vừa có thể định hướng cho sự sắp xếp các nguyên tử trong phân tử hoặc giữa các các phân tử với nhau.
- Nếu chỉ bổ sung các chất độn nano ở mức 2% trọng lượng của vật liệu composit thì có thể giảm 50% độ thẩm thấu đối với oxy, CO2 và hơi nước.
- Cỡ hạt đặt biệt mịn của các chất độn bentonit cỡ nano, cho phép tạo ra các lớp vật liệu silicat vô cơ 3 chiều, trong chất nền hữu cơ với hàm lượng chất độn chỉ ở mức vài phần trăm trọng lượng.
- Tính chất này được áp dụng để sản xuất các vật liệu có tính năng chống cháy.
- Các oxit kim loại nano với sự phân huỷ của chất hấp phụ, do đó các vật liệu mới này được gọi là các “chất hấp thụ phân huỷ”.
- Các quá trình trên đạt hiệu quả cao khi sử dụng các vật liệu nano.
- Việc lưu trữ hidro được thực hiện khi sử dụng các vật liệu ống nano.
- Vật liệu composit gồm các vật liệu khác nhau về cấu trúc và thành phần, sử dụng các hạt nano trong vật liệu composit làm tăng tính chất cơ lí, giảm khối lượng, tăng khả năng chịu nhiệt và hoá chất, thay đổi tương tác với ánh sáng và các bức xạ khác.
- Các vật liệu gốm composit được sử dụng làm lớp mạ trong điều kiện cơ, nhiệt khắc nhiệt.
- Các oxit phức hợp với cấu trúc spinel (AB2O4) là vật liệu kim vô cơ và được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau.
- Chúng được sử dụng không chỉ là 20 sắc tố chịu nhiệt có thể được áp dụng cho màu sắc lên gốm sứ, vật liệu xúc tác, vật liệu từ tính và vật liệu hấp thụ sóng.
- Vật liệu ban đầu ZnCl2, AR và FeCL3.6H2O, AR được cân chính xác theo tỷ lệ nhất định và hòa tan vào dung môi.
- Khoa Hóa, Đại học Sant Gadge Bade Amravati, Ấn Độ, năm 2012 đã điều chế và xác định đặc tính của ZnFe2O4 bằng phương pháp đồng kết tủa sử dụng vật liệu ban đầu ZnCl2, AR và FeCL3.6H2O, AR.
- Torres, Jinfang Liu, Haiping Wu, Mingyuan Ge, Yuewu Zeng, Youwen Wang, và JZ Giang ở Trung tâm Quốc tế Vật liệu mới-cấu trúc (ICNSM) và Phòng thí nghiệm vật liệu mới, có cấu trúc, Đại học Chiết Giang, Trung Quốc, và Viện Universitario Tây Ban Nha năm 2007.
- Chống ăn mòn bằng sơn phủ là biện pháp tạo lớp bảo vệ trên bề mặt vật liệu chống lại các động ăn mòn (hoá học, điện hoá) của môi trường xung quanh.
- Sơn là một hệ phân tán ở trạng thái lỏng bao gồm nhiều thành phần có khả năng bám dính lên bề mặt của vật liệu trong điều kiện nhất định tạo ra một lớp màng che phủ để bảo vệ các tính chất của vật liệu dưới tác dụng của các điều kiện khác nhau của môi trường: nhiệt độ, ánh sáng, áp suất, ăn mòn….
- Để nghiên cứu các đặc trưng của vật liệu người ta thường dùng các phương nghiên cứu sau đây.
- Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen (XRD.
- Phương pháp phân tích nhiệt (DTA.
- Phương pháp phổ hồng ngoại (IR nghen Kỹ thuật nhiễu xạ tia X cung cấp một số thông tin chủ yếu đối với mẫu vật liệu nghiên cứu như: Sự tồn tại các pha định tính, định lượng, hằng số mạng tinh thể, kích thước mạng tinh thể, sự kéo căng micro, sự kéo căng trong giới hạn mạng tinh thể do khuyết tật trong mạng tinh thể gây ra.
- Các mẫu nghiên cứu được chụp tại Viện khoa học vật liệu/ Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam.
- Trong hai vật đó, một vật là vật liệu cần nghiên cứu và vật kia có tính trơ về nhiệt.
- Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electronic Microscopy) 32 Phương pháp SEM được sử dụng để xác định hình dạng và cấu trúc bề mặt của vật liệu.
- Các mẫu nghiên cứu được đo tại Viện khoa học vật liệu/ Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam.
- Sự biến đổi của mẫu tiền chất TC1 theo nhiệt độ được xác định theo phương pháp phân tich nhiệt.
- Theo kết quả phân tích nhiệt chỉ ra ở trên, nung các mẫu tiền chất TC1 - 4 ở 800oC với tốc độ nâng nhiệt ổn định là 10oC/phút, thời gian lưu nhiệt là 1 giờ.
- Màu sắc của các mẫu thu được được chỉ ra hình 3.2.
- Các kết quả chụp phân tích XRD các mẫu sau nung được chỉ ra ở các hình từ 3.3 và 3.6 và một số đặc điểm XRD được chỉ ra ở bảng .
- 38 Qua các phổ XRD của các mẫu 1.8 - 4.8 chúng ta thu được bảng tổng hợp như sau.
- So với mẫu 1.8 (không có gôm arabic), các mẫu có thêm gôm arabic 2.8 – 4.8 có cỡ hạt nhỏ hơn.
- Màu sắc của các mẫu thu được được chỉ ra ở hình 3.7.
- Hình 3.10.
- 41 Hình 3.11.
- Qua các phổ XRD của các mẫu 1.9-4.9 chúng ta thu được bảng tổng hợp như sau.
- Về hình thái và cỡ hạt của các mẫu được xác định theo phương pháp chụp ảnh SEM.
- Ảnh SEM của các mẫu như sau: Hình 3.12.
- Với các mẫu có sử dụng gôm arabic mẫu 2.8 và 4.8 có kích thước lớn hơn và vẫn có sự kết khối một phần giữa các hạt.
- Theo kết quả thu được ở trên, nung các mẫu tiền chất ở 8000C trong 1 giờ.
- tính theo lượng kẽm ferit tạo thành Hình Hình 3.17.
- Theo kết quả chụp ảnh SEM theo hình 3.17, mẫu 5.8 bao gồm các hạt khá đồng nhất, dạng gần hình cầu, với đa số hạt có cỡ khoảng 50 nm.
- Về màu sắc, các mẫu thu được có màu da cam sáng tương tự các mẫu 5.8-7.8.
- Màu sắc, dạng pha sản phẩm và cỡ hạt được chỉ ra lần lượt theo các hình dưới đây Hình Về màu sắc, các mẫu thu được có màu da cam sáng,tương tự các mẫu Hình 3.21.
- Hình 3.22.
- Theo kết quả chụp ảnh SEM ở hình 3.23, mẫu 8.8 bao gồm các hạt dạng gần hình cầu khá đồng nhất với đa số hạt có cỡ khoảng 80 nm.
- Kết quả được chỉ ra ở hình 3.25 và 3.26.
- Hình 3.25.
- 49 Hình 3.26 Ph.
- Phổ IR của mẫu 8.8 (hình 3.26) pic mạnh thứ nhất ở số sóng 582,66 cm-1.
- Theo kết quả phân tích nhiệt chỉ ra ở trên, các mẫu tiền chất TC 11 - 13 được nung ở 8000C với tốc độ nâng nhiệt ổn định là 10oC/phút, thời gian lưu nhiệt là 1 giờ.
- sau nung Hình 3.27 D Các mẫu từ 11.8 đến 13.8 có màu da cam nâu.
- Kết quả chụp phổ XRD của các mẫu TC 11 – 13 nung 1 giờ ở 8000C được chỉ ra ở các hình và bảng 3.7.
- 51 Hình 3.28.
- Hình 3.29.
- 52 Hình 3.30.
- Dựa vào việc tăng cường độ pic nhiễu xạ, đặc tính tinh thể của các mẫu thu được tăng theo x.
- Mẫu 13.8 có thành phần ZnFe1,4Mn0,6O4 đươn pha có dạng phổ IR được chỉ ra ở hình 3.31.
- Hình 3.31.
- So với phổ hồng ngoại của mẫu 6.8 (hình 3.25), sự xuất hiện hai pic chính ở cm-1 có thể gán cho ứng với dao động của liên kết Mn-O trong mẫu.
- so với mẫu 6.8, giá trị số sóng của pic này lớn hơn do mẫu có cỡ hạt nhỏ hơn (hình 3.34.
- Hình 3.32.
- Để đánh giá khả năng tạo màu, các mẫu kẽm ferit (mẫu 8.8) và kẽm ferit pha tạp mangan (mẫu 13.8) được đưa vào hệ sơn alkyd chống gỉ SAKT 18-02 nền BaSO4.
- Màu sắc của các mẫu thu được về cảm quan đều khá đẹp.
- Kết quả về dạng bề ngoài các mẫu sơn trước (a) và sau khi thử nghiệm gia tốc mù muối (b) được chỉ ra ở hình 3.37.
- Nguyễn Đức Nghĩa (2007), Hóa học nano công nghệ nền và vật liệu nguồn, Nxb Khoa học tự nhiên và công nghệ Hà Nội 4.
- Phạm Văn Tường (2007), Vật liệu vô cơ, Nxb Đại học quốc gia Hà Nội.
- Phan Văn Tường (2004), Các phương pháp tổng hợp vật liệu gốm, ĐHKHTN-ĐHQGHN

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt