Tong hop va dac diem tinh chat cua hat nano va soi nano NiFe2O4

Views:
 
Category: Education
     
 

Presentation Description

Tổng hợp và đặc điểm tính chất của hạt nano và sợi nano NiFe2O4

Comments

Presentation Transcript

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN HÓA VÔ CƠ :

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN HÓA VÔ CƠ TỔNG HỢP VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA HẠT NANO VÀ SỢI NANO NiFe 2 O 4 15 /1/201 4 TP.Hồ Chí Minh

Slide 2:

GIỚI THIỆU 1 THỰC NGHIỆM 2 KẾT QUẢ - BÀN LUẬN 3 KẾT LUẬN 4 NỘI DUNG

Slide 3:

GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU NiFe 2 O 4 NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ NiFe 2 O 4 – MỤC TIÊU BÀI BÁO

GIỚI THIỆU – NiFe2O4:

GIỚI THIỆU – NiFe 2 O 4 Spinel sắt là vật liệu cấu trúc nano được quan tâm hiện nay đặc biệt là NiFe 2 O 4 . Những ưu điểm của NiFe 2 O 4 : Tinh thể từ tính không đẳng hướng cao Từ hóa bão hòa cao Tính chất siêu thuận từ phụ thuộc vào hình dáng và kích thước Những ứng dụng của spinel sắt: Điện lạnh từ tính Ảnh cộng hưởng từ và lưu trữ dữ liệu cao Lưu chất từ tính Ứng dụng của chụp ảnh cộng hưởng từ Chất lỏng từ tính Cấu trúc spinel sắt

NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ NiFe2O4 – MỤC TIÊU BÀI BÁO:

NHỮNG NGHIÊN CỨU VỀ NiFe 2 O 4 – MỤC TIÊU BÀI BÁO Những nghiên cứu về việc tổng hợp vật liệu cấu trúc nano NiFe 2 O 4 : Berthelin và cộng sự đã tổng hợp được nano NiFe 2 O 4 với kích thước cơ bản là 4-5nm bằng lò vi sống đèn flash, và nghiên cứu ứng dụng của nó để làm cathode cho pin lithium. Kavas và cộng sự tổng hợp NiFe 2 O 4 bằng chất hoạt động bề mặt với sự hỗ trợ quá trình thủy nhiệt và nghiên cứu chi tiết về từ tính và cấu trúc của vật liệu . Wang và cộng sự tổng hợp MFe 2 O 4 (M=Co, Ni) với cấu trúc dải nano xốp bằng phương pháp electrospining kết hợp với kỹ thuật sol-gel. Liu và cộng sự tổng hợp sợi và hạt nano NiFe 2 O 4 bằng phương pháp thủy nhiệt đơn giản dung dịch Ni(DS) 2 , FeCl 3 và NaOH . Nhóm nghiên cứu của Shi và Zhang tổng hợp sợi nano bằng PEG với sự hỗ trợ của định vị và nghiên cứu cấu trúc , tính chất từ của vật liệu . Dựa trên các nghiên cứu trước, bài báo này đã tổng hợp thành công sợi nano composite polymer/NiFe 2 O 4 lần đầu tiên bằng phương pháp đồng kết tinh và nghiên cứu cấu trúc, hình thái, từ tính của vật liệu.

Slide 6:

NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ QUI TRÌNH TỔNG HỢP NiFe 2 O 4 6 THỰC NGHIỆM

NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ:

NGUYÊN LIỆU VÀ THIẾT BỊ Nguyên liệu : Tất cả các tác chất đều là loại sử dụng trong phân tích , độ tinh khiết cao đến 99,99% không cần tinh chế thêm được mua từ Sigma-Aldrich. Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O, Ni(NO 3 ) 2 .6H 2 O, PEO, NH 2 NH 2 .H 2 O. Nước cất hai lần . Thiết bị phân tích và điều kiện đo : PANalytical X’Pert pro đo XRD. ( tia K  của Cu ( = 1,5406 Å), góc tán xạ 10 o – 80 o ) 2000 FTIR của hãng Perkin-Elmer để đo phổ hồng ngoại của mẫu . (400-4000 cm -1 ) STA 6000 của hãng Perkin-Elmer để đo đường cong TGA và DSC. ( Tốc độ nhiệt được giữ ở 10 o C/ phút và khối lượng của mẫu là 40 mg, môi trường N 2 ) K ính hiển vi điện tử (JEOL) JEM-3010 để đo TEM và SAED. ( điện thế 200 kV) HRSEM FEI Quanta FEG200 để đo HRSEM và EDX. ( điện thế 15 kV) K ính hiển vi Raman HR 800 ( Jobin-Yvon ) để đo quang phổ microRaman . ( Tia laser He-Ne  = 633 nm được sử dụng là nguồn kích thích ) T ừ kế (VSM, JDM-13) để đo đường cong kín từ trễ

Slide 8:

PANalytical X’Pert pro STA 6000 (JEOL) JEM-3010 FEI Quanta FEG200 Kính hiển vi Raman HR 800

QUI TRÌNH TỔNG HỢP NiFe2O4:

QUI TRÌNH TỔNG HỢP NiFe 2 O 4 Qui trình tổng hợp vật liệu cấu trúc nano NiFe 2 O 4 20 ml Fe(NO 3 ) 3 .9H 2 O 0,2M 20 ml Ni(NO 3 ) 3 .6H 2 O 0,2M 5 ml NH 2 NH 2 .H 2 O Quá trình tổng hợp NiFe 2 O 4 cấu trúc nano dạng sợi và hạt là giống nhau, chỉ khác ở nồng độ PEO sử dụng: 0,2 g PEO (hạt nano) 0,4 g PEO (sợi nano)

Slide 10:

1 3 2 4 KẾT QUẢ - BÀN LUẬN 5

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI:

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI Phổ XRD của NiFe 2 O 4 (a) hạt nano và (b) sợi nano Không có mũi nhiễu xạ của tạp chất như  -Fe 2 O 3 hay NiO trên phổ Phổ rõ với những mũi đối xứng nhọn, hẹp chứng tỏ được độ tinh khiết cao của sản phẩm Tất cả những mũi bragg đều chỉ rõ NiFe 2 O 4 , mạng lập phương tâm mặt và nhóm không gian Fd3m Những mũi nhiễu xạ 30,32 o , 35,81 o , 37,27 o , 43,45 o , 53,89 o , 57,41 o và 62,96 o đặc trưng cho các mặt (220), (311), (222), (400), (422), (511) và (440) của NiFe 2 O 4 Thông số mạng được tính là 0,83379 và 0,83352 tương ứng với mẫu A (hạt nano) và mẫu B (sợi nano).

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI:

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI Phổ microRaman của NiFe 2 O 4 (a) hạt nano và (b) sợi nano  

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI:

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI (a) HRSEM ; (b) TEM và (c) HRTEM của hạt nano NiFe 2 O 4 (a) HRSEM ; (b) TEM và (c) HRTEM của sợi nano NiFe 2 O 4

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI:

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI Hình 4a,b cho thấy hạt nano NiFe 2 O 4 có kích thước phân bố tập trung với kích thước hạt trung bình khoảng 24 nm. HRSEM cho thấy sản phẩm gồm những sợi giống cấu trúc nano với đường kính là 60-65 nm và chiều dài là 142-147 nm. Đường kính không gian gần mặt tinh thể (hình f) được xác định là 0,294 nm phù hợp với giá trị của mặt phẳng <220> của NiFe 2 O 4 và khớp với giá trị d 220 được tính từ kết quả XRD (0,2939 nm).

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI:

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI Phổ SAED của NiFe 2 O 4 (b) hạt nano ; (d) sợi nano Phổ SAED xác định đúng các chỉ số (220), (311), (222),(400), (422), (511), và (440)của cấu trúc spinel lập phương tâm mặt hoàn toàn phù hợp với kết quả của XRD.

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI:

CẤU TRÚC VÀ HÌNH THÁI Phổ EDX của NiFe 2 O 4 (b) hạt nano ; (d) sợi nano Phổ EDX giúp nghiên cứu thành phần nguyên tố của NiFe 2 O 4 . Kết quả cho thấy chỉ 3 nguyên tố Ni, Fe, O xuất hiện trong mẫu NiFe 2 O 4 . Mẫu không chứa tạp chất.

PHÂN TÍCH CÁC NHÓM CHỨC:

PHÂN TÍCH CÁC NHÓM CHỨC Phổ FTIR của (a) PEO tinh khiết và (b) composite PEO/NiFe 2 O 4 Mũi tại 3411 cm -1 và 1642 cm -1 là mũi trải dài và chỗ cong liên kết H-O-H là mũi dao động của phân tử nước tự do hay bị hấp phụ. Mũi tại 590 cm -1 là những dao động kéo dài bên trong của kim loại tại vùng tứ diện (Fe  O), trong khi đó mũi 462 cm -1 là của kim loại ở vùng bát diện (Ni  O). Sự khác nhau trong vị trí hấp phụ của phức tứ diện và bát diện của tinh thể NiFe 2 O 4 là do khoảng cách khác nhau giữa Fe 3+ - O 2- trong vùng bát diện và tứ diện.

PHÂN TÍCH CÁC NHÓM CHỨC:

PHÂN TÍCH CÁC NHÓM CHỨC Mũi xung quanh 1383 cm -1 là bởi những dao động kéo dài của nhóm NO 3- không đối xứng . Nhóm C-H bất đối xứng và đối xứng cho mũi ở 2922 cm -1 và 2859 cm -1 đối với sợi nano PEO/NiFe 2 O 4 . Nó xác định sự hấp phụ của polymer trên bề mặt của chúng . Dao động của liên kết C=O của nhóm carboxylic được quan sát ở mũi 1105 cm -1 và 1747 cm -1 tương ứng với vết ion nitrate. Sự hấp thu tại 1433 cm -1 ứng với nhóm –CH 2 . Nhóm ứng với mũi tại 819 cm -1 là dao động biến dạng của nhóm Fe-OH. Mũi tại 1177 là dao động kéo dài của nhóm C-O-C. Phổ FTIR của (a) PEO tinh khiết và (b) composite PEO/NiFe 2 O 4

TÍNH CHẤT NHIỆT:

TÍNH CHẤT NHIỆT Đường cong TG/DSC của nanocomposite PEO/NiFe 2 O 4 (dạng sợi) Một mũi tỏa nhiệt ở 356 o C và 4 mũi thu nhiệt ở 125 o C, 240 o C, 390 o C và 542 o C được nhận thấy trên đường cong DSC. Khối lượng giảm ở giai đoạn đầu tiên xảy ra từ 35 o C đến 170 o C. 1 mũi tỏa nhiệt ở 125 o C trong DSC là do mất những phân tử nước tự do và ở biên từ composite ban đầu và quá trình tách nước của nhóm OH trong khi hình thành spinel.

TÍNH CHẤT NHIỆT:

TÍNH CHẤT NHIỆT Đường cong TG/DSC của nanocomposite PEO/NiFe 2 O 4 (dạng sợi) Trong giai đoạn thứ hai của sự phân hủy, khối lượng giảm kéo dài từ 170 o C đến 560 o C. Một mũi tỏa nhiệt và 3 mũi thu nhiệt được quan sát trong vùng này tại 356 o C và 240 o C, 390 o C, 542 o C. Đó là sự phân hủy của nhóm nitrate và PEO từ vật liệu ban đầu. mà có hai cơ chế phân hủy liên quan đến phản ứng dây chuyền nội và ngoại phân tử. Sự chuyển thủy tinh của PEO góp phần làm giảm khối lượng bởi vì sự phân hủy của PEO xảy ra cùng với sự loại bỏ của nhóm OH bề mặt vả xảy ra đồng thời với sự phát triển của oxy ở mạng. Quá trình oxi hóa composite và hình thành những hợp chất cơ kim trung gian xảy ra trong vùng này.

TÍNH CHẤT NHIỆT:

TÍNH CHẤT NHIỆT Đường cong TG/DSC của nanocomposite PEO/NiFe 2 O 4 (dạng sợi) Sau 542 o C quá trình kết tinh hoàn tất được thấy ở hình DSC. Trên vùng nhiệt độ 560 o C – 950 o C, đường cong TGA hầu như là thẳng , không có sự tổn thất khối lượng của mẫu xảy ra. Không có mũi tỏa nhiệt hay thu nhiệt được quan sát ở DSC sau 560 o C. Điều này nói lên mẫu đã bị phân hủy hoàn toàn tại nhiệt độ 560 o C. Nó cho thấy NiFe 2 O 4 tinh khiết .

TỪ TÍNH:

TỪ TÍNH Đường cong kín trễ từ của NiFe 2 O 4 (A) hạt nano ; (B) sợi nano Bảng giá trị độ từ hóa bão hòa (M s ), độ từ hóa dư (M r ), độ từ kháng (H c ) của NiFe 2 O 4 (A) hạt nano ; (B) sợi nano Giá trị M s của sản phẩm được tổng hợp thì nhỏ hơn NiFe 2 O 4 thô (55 emu g -1 ) nhưng cao hơn những hạt nano khác. Độ từ hóa bão hòa của cấu trúc nao NiFe 2 O 4 thì nhỏ hơn so với NiFe 2 O 4 thô. Đó là bởi vì sự tăng hiệu ứng bề mặt (hiệu ứng xoay nghiêng) và giảm kích thước hạt. Hiệu ứng bề mặt ảnh hưởng đến từ tính của hạt bởi vì sự biến đổi trong cân bằng tương tác trao đổi và sự hiện diện của từ tính ở khuyết tật bề mặt của hạt nano. Sự khác nhau về độ từ kháng của mẫu là do sự khác nhau về hình thái của hạt và cũng do hình dạng có tính không đẵng hưởng có thể làm tăng đáng kể từ tính, một tỉ số hướng cao có thể làm tăng độ từ kháng.

TÁC NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TINH THỂ:

TÁC NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TINH THỂ Quá trình hình thành cấu trúc nano NiFe 2 O 4 dạng hạt và dạng sợi với lượng PEO khác nhau Cấu trúc dạng hạt và dạng sợi được quyết định bởi lượng PEO cho vào . Tính chất độc đáo của cấu trúc PEO có thể dễ dàng được hấp phụ tại bề mặt của oxit kim loại do đó giúp giảm năng lượng bề mặt chung của toàn hệ . Sự định hướng kết tụ của những hạt nano dạng cầu đầu tiên chủ yếu do sự tự liên kết với các phân tử gần bên tại mặt phẳng phân cách giữa các hạt nano . Trong nghiên cứu hiện tại , sợi NiFe 2 O 4 được hình thành do sự hấp phụ mạnh của PEO tại mặt chính diện tinh thể thúc đẩy sự kết tụ định hướng của các hạt nano . Sợi nano NiFe 2 O 4 tiếp tục phát triển tạo nên những tinh thể xếp chồng khít lên các phân tử bên cạnh .

Slide 24:

KẾT LUẬN

KẾT LUẬN:

KẾT LUẬN Cấu trúc nano NiFe 2 O 4 được tổng hợp bằng phương pháp đồng kết tủa sử dụng tác nhân kết dính PEO ở nồng độ khác nhau. Nồng độ của composite PEO/NiFe 2 O 4 là một yếu tố quan trọng để điều khiển cấu trúc nano. Sợi nano được hình thành ở nồng độ PEO cao hơn. Kết quả nghiên cứu cho thấy sợi nano có cấu trúc lập phương tâm mặt với đường kính là 60-65 nm và chiều dài là 142-147 nm. Sợi nano đơn tinh thể được hình thành thông qua sự kết tụ định hướng của mỗi hạt nano đơn tinh thể. Cấu trúc nano 0D và 1D được tổng hợp cho thấy tính chất của sắt từ ở nhiệt độ phòng 300K.

Slide 26:

26

authorStream Live Help