- PHẠM LÊ NHƯ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU NANO Ni1-xFexTiO3. - Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để tôi được tập trung học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian làm luận văn. - Trong suốt thời gian làm việc tại bộ môn Quang học - Quang điện tử, Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ trong công việc, sự đoàn kết đùm bọc trong cuộc sống của các anh chị cùng là học viên cao học, các bạn sinh viên từng học tập, nghiên cứu tại đây. - Hà Nội, tháng 01 năm 2017 Tác giả Phạm Lê Như LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS. - IL-ATiO3 : Vật liệu ATiO3 với cấu trúc ilemenite 5. - LN-ATiO3 : Vật liệu ATiO3 với cấu trúc dạng-LiNbO3 (LiNbO3-type) 6. - Các tham số cấu trúc tính toán so sánh với các kết quả thực nghiệm của tinh thể IL-NiTiO3 [51. - Lực kháng từ, từ dư và độ bão hoà từ của hệ vật liệu Ni1-xFexTiO3. - Cấu trúc peroskite của SrTiO3 với khối 12 mặt SrO12 và khối bát diện TiO6 và cấu trúc ilemenite của FeTiO3 với hai bát diện FeO6 và TiO6. - Cấu trúc Perovskite dạng cubic của ATiO3. - Cấu trúc Perovskite biến dạng: a) bốn phương, b) trực thoi và c) ba phương. - Sự sắp xếp các ion trong 2 dạng cấu trúc ilemenite và LiNbO3 xuất phát từ cấu trúc quặng Al2O3. - Cấu trúc tinh thể của TMTiO3 dạng ilmenite: MnTiO3 (a) [11], CoTiO3 (b), và NiTiO3 (c) [58. - Các cấu trúc tinh thể của NiTiO3 trong pha ilmenite và pha LiNbO3 (gồm cả cách biểu diễn ba phương và sáu phương xếp chặt) [53. - Phổ tán xạ Raman của NiTiO3 nung ở các nhiệt độ khác nhau: 400 oC (a), 500oC (b), 600oC (c), 700oC (d), 800oC (e), 900oC (f), và 1000oC (g) [23. - Đường cong điện trễ của vật liệu sắt điện [47. - 19 Hình 1.10. - Sự dịch chuyển vị trí của ion Ti trong vật liệu sắt điện BaTiO3 [42. - 20 Hình 1.11. - Đường cong điện trễ của LN-NiTiO3 ở các nhiệt độ khác nhau [1. - 21 Hình 1.12. - 22 Hình 1.13. - Tính toán DFT của LN-NiTiO3: Mật độ trạng thái tổng và cấu trúc vùng năng lượng của NiTiO3 [53. - 24 Hình 1.14. - 25 Hình 1.15. - Phổ hấp thụ của IL-NiTiO3 chế tạo bằng phương pháp sol-gel và phương pháp phản ứng pha rắn. - 27 Hình 1.16. - 29 Hình 1.17. - Quy trình chế tạo mẫu NiTiO3. - Ảnh FESEM của hệ mẫu NiTiO3 nung ở các nhiệt độ khác nhau (a)700oC, (b)800oC, (c)900oC, (d)1000oC, (e)1100oC, (f)1200oC. - Phổ hấp thụ của vật liệu NiTiO3 ở các nhiệt độ nung khác nhau. - Đồ thị xác định bề rộng vùng cấm của vật liệu NiTiO3 theo nhiệt độ nung. - Đường cong từ trễ của NiTiO3 nung ở các nhiệt độ khác nhau (700oC-1200oC. - 53 Hình 3.10. - 54 Hình 3.11. - Giản đồ XRD của hệ vật liệu Ni1-xFexTiO3 (x=0-0,1. - 55 Hình 3.12. - Liên hệ giữa hai biểu diễn ba phương và sáu phương của cấu trúc ilmenite. - 56 Hình 3.13. - 57 Hình 3.14. - Ảnh FESEM của hệ vật liệu NiTiO3 pha tạp Fe với các nồng độ khác nhau: a) 0%, b) 2%, c) 4%, d) 6%, e) 8% và f) 10. - 58 Hình 3.15. - Phổ tán xạ Raman của hệ vật liệu Ni1-xFexTiO3 (x=0-10. - 59 Hình 3.16. - Sự dịch đỉnh phổ Raman của hệ vật liệu Ni1-xFexTiO3 (x=0-10. - 60 Hình 3.17. - Phổ hấp thụ của hệ vật liệu Ni1-xFexTiO3. - 61 Hình 3.18. - Đồ thị xác định bề rộng vùng cấm của hệ vật liệu Ni1-xFexTiO3. - 62 Hình 3.19. - 63 Hình 3.20. - 64 Hình 3.21. - 65 Hình 3.22. - Đường cong từ trễ của hệ vật liệu Ni1-xFexTiO3. - 66 Hình 3.23. - Đường sắt từ sau khi tách của hệ vật liệu Ni1-xFexTiO3. - TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TMTiO3. - Tính chất cấu trúc của vật liệu ATiO3. - Cấu trúc tinh thể của vật liệu ATiO3. - Cấu trúc tinh thể của họ vật liệu ATiO3 dạng perovskite. - Cấu trúc tinh thể của họ vật liệu TMTiO3. - Tính chất dao động của vật liệu TMTiO3. - Khảo sát sự chuyển pha cấu trúc của vật liệu TMTiO3 bằng phổ tán xạ Raman. - Ảnh hưởng của điều kiện chế tạo lên cấu trúc tinh thể của vật liệu TMTiO317 1.2. - Các tính chất vật lý của vật liệu TMTiO3. - Tính chất sắt điện của vật liệu TMTiO3. - Tính chất từ của vật liệu TMTiO3. - Tính chất quang của vật liệu TMTiO3. - Cấu trúc vùng năng lượng của vật liệu TMTiO3. - Tính chất phổ hấp thụ của TMTiO3. - Tính chất quang xúc tác của vật liệu TMTiO3. - Quy trình chế tạo mẫu. - Phương pháp đo quang xúc tác. - Chế tạo và nghiên cứu cấu trúc, tính chất quang, quang xúc tác và từ của vật liệu NiTiO3. - Cấu trúc của vật liệu. - Tính chất dao động. - Tính chất quang xúc tác. - Tính chất từ. - Chế tạo và nghiên cứu ảnh hưởng của pha tạp Fe lên tính chất của NiTiO3 . - Cấu trúc vật liệu. - 70 1 MỞ ĐẦU Các titanate kim loại gốc oxit dạng ATiO3 bao gồm các kim loại như niken, coban, sắt, đồng, kẽm… được biết đến như các vật liệu chức năng vô cơ với các ứng dụng rộng rãi như làm chỉnh lưu bán dẫn, phần tử cách điện trong tụ điện… [11,1]. - Vật liệu bán dẫn titanate dạng ATiO3 với đặc điểm chung là chứa ion sắt điện Ti4+ (3d0), với A là kim loại chuyển tiếp (TM), vật liệu TMTiO3 là vật liệu không độc, được ứng dụng trong lĩnh vực quang xúc tác [21], phối màu cho lớp phủ bề mặt hay các thiết bị cảm biến khí [7]. - Gần đây, người ta đã phát hiện ở vật liệu TMTiO3 một đặc tính mới là tính multiferroic [14]. - Về chế tạo vật liệu, một số phương pháp đã và đang được dùng để chế tạo vật liệu NiTiO3 đó là sol-gel, đồng kết tủa, gel axit stearic, phương pháp tiền thân Polyme, bốc bay laser. - Với NiTiO3 đơn thuần thì một số tính chất của chúng bị hạn chế, chẳng hạn như từ tính còn yếu, dễ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. - Để cải thiện một số tính chất hoặc tạo ra thêm tính chất cần thiết khác, người ta có thể pha tạp một ion khác có liên quan đến tính chất cần cải thiện đó vào mạng tinh thể của vật liệu ban đầu, hoặc tạo composite với vật liệu khác mang tính chất đó, hoặc tạo thành dạng dung dịch rắn [21,20,57]. - 2 Từ các công trình đã công bố, chúng tôi nhận thấy việc nghiên cứu chế tạo các vật liệu dạng NiTiO3 còn khá riêng lẻ. - Hơn nữa, việc nghiên cứu về vật liệu NiTiO3 ở Việt Nam còn khá mới mẻ, cần có những nghiên cứu cơ bản và hệ thống. - Trong giới hạn của luận văn thạc sĩ, cùng với mục đích đóng góp thêm những hiểu biết về vật liệu NiTiO3, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu cho luận văn: “Nghiên cứu chế tạo và một số tính chất vật lý của vật liệu nano Ni1-xFexTiO3. - Mục tiêu của đề tài là: Ø Ổn định quy trình chế tạo vật liệu NiTiO3 kích thước nano bằng phương pháp sol-gel. - Ø Chế tạo vật liệu Ni1-xFexTiO3 pha tạp Fe với x Ø Nghiên cứu cấu trúc, hình thái học bề mặt, tính chất dao động, tính quang học, tính chất quang xúc tác và tính chất từ của vật liệu NiTiO3 và hệ vật liệu Ni1-xFexTiO3 (x . - Nội dung nghiên cứu: Ø Chế tạo vật liệu NiTiO3 và Ni1-xFexTiO3 (x có cấu trúc nano. - Ø Khảo sát đặc trưng cấu trúc của vật liệu bằng phép đo nhiễu xạ tia X. - Ø Khảo sát tính chất dao động bằng phổ tán xạ Raman. - Ø Nghiên cứu tính chất hấp thụ quang thông qua phổ hấp thụ Ø Nghiên cứu khả năng phân hủy chất màu (tính quang xúc tác) Ø Khảo sát tính chất từ bằng từ kế mẫu rung (VSM) Phương pháp nghiên cứu: Luận văn được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm. - Các mẫu trong luận văn đều là các mẫu bột được chế tạo bằng phương pháp sol-gel tại Viện Vật lý Kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. - Bố cục của luận văn gồm có các phần: 3 Phần mở đầu: Giới thiệu lý do chọn đề tài, đối tượng và mục đích nghiên cứu Chương 1: Giới thiệu tổng quan, các tính chất cơ bản, điển hình của vật liệu TMTiO3 (TM = Mn, Co, Ni). - Chương 2: Trình bày các phương pháp chế tạo mẫu, các thiết bị được sử dụng trong quá trình đo đạc, nghiên cứu cũng như các nguyên lý cơ bản của các phép đo. - Nghiên cứu chế tạo và các tính chất cấu trúc, quang, quang xúc tác và tính chất từ của vật liệu NiTiO3 3.2. - Nghiên cứu ảnh hưởng của pha tạp Fe lên tính chất của NiTiO3 Phần kết luận: Trình bày các kết quả chính của luận văn
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt