Tính chất nhiệt và từ của vật liệu nano HoFeO₃ tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hoá học
TẠP CHÍ KHOA HỌC
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH
HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION
JOURNAL OF SCIENCE
Tập 18, Số 6 (2021): 1161-1169
Vol. 18, No. 6 (2021): 1161-1169
ISSN:
2734-9918
Website: http://journal.hcmue.edu.vn
Bài báo nghiên cứu*
TꢀNH CHꢁT NHIꢂT Vꢃ Tꢄ CꢅA VꢆT LIꢂU NANO HoFeO3
TꢇNG HꢈP BꢉNG PHƯƠNG PHꢊP KꢋT TꢅA HOꢊ HꢌC
Nguyꢀn Anh Tiꢁn*, Trương Thꢂ Thuꢃn, Đꢄ Hoꢅng Phꢆc
Trưꢀng Đꢁi hꢂc Sư phꢁm Thành phố Hꢃ Chꢄ Minh, Viꢅt Nam
*Tꢆc giꢇ liên hꢅ: Nguyꢈn Anh Tiꢉn – Email: tienna@hcmue.edu.vn
Ngày nhꢊn bài: 05-6-2021; ngày nhꢊn bài sꢋa: 17-6-2021; ngày duyꢅt đăng: 21-6-2021
TꢍM TꢎT
Trong bài bꢆo này, cꢆc hꢁt nano orthoferrite HoFeO3 vꢌi cꢍu trꢎc perovskite đưꢏc tꢐng hꢏp
thành công bꢑng phương phꢆp kꢉt tꢒa hoꢆ hꢂc đơn giꢇn vꢌi tꢆc nhân kꢉt tꢒa là dung dꢓch NaOH
5%. Cꢆc hꢁt nano đơn pha orthoferrite HoFeO3 tꢁo thành sau khi nung tiꢔn chꢍt kꢉt tꢒa ꢕ 700, 800
và 900°C trong 1 giꢀ cꢖ kꢄch thưꢌc tinh thꢗ trung bꢘnh khoꢇng 35-70 nm và tăng dꢙn theo chiꢔu tăng
nhiꢅt đꢚ nung mꢛu (XRD), kꢄch thưꢌc hꢁt 30-50 nm (SEM, TEM). Cꢆc mꢛu vꢊt liꢅu nano HoFeO3 tꢐng
hꢏp đưꢏc cꢖ lꢜc khꢆng tꢝ bꢞ (Hc < 10 Oe), đꢚ tꢝ dư bꢞ (Mr ~ 0), đꢚ tꢝ hoꢆ lꢌn (Ms ~ 5 emu·g-1), là vꢊt
liꢅu nghꢓch tꢝ thꢗ hiꢅn hành vi siêu thuꢊn tꢝ. Cꢆc đꢟc trưng tꢝ tꢄnh cꢒa vꢊt liꢅu nano HoFeO3 như
lꢜc khꢆng tꢝ và đꢚ tꢝ dư bꢞ hơn, nhưng đꢚ tꢝ hoꢆ lꢌn hơn so vꢌi cꢆc hꢅ perovskite đꢍt hiꢉm LaFeO3,
NdFeO3, PrFeO3 đꢠ công bố.
Tꢇ khoá: kꢀt tꢁa hoꢂ hꢃc; HoFeO3; vꢄt liꢅu nano; tꢆnh chꢇt nhiꢅt; tꢆnh chꢇt tꢈ
1.
Mꢏ đꢐu
Trong cꢂc oxides bꢂn dꢉn cꢊ kꢆch thưꢋc hꢌt nhꢍ thꢎ cꢂc orthoferrites đꢇt hiꢀm LnFeO3
(Ln = La, Y, Pr, Ho, Gd…) chiꢀm mꢏt vꢐ trꢆ đꢑc biꢅt cꢒ trong nghiên cꢓu cơ bꢒn lꢉn nghiên
cꢓu ꢓng dꢔng (Rempel, 2007). Mꢏt trong cꢂc orthoferrites đꢇt hiꢀm đang đưꢕc quan tâm
nghiên cꢓu lꢖ HoFeO3. Trong nghiên cꢓu cꢁa Kondrashkova vꢖ cꢏng sꢗ đꢘ tꢙng hꢕp thꢖnh
công cꢂc tinh thꢚ HoFeO3 kꢆch thưꢋc 27-40 nm bꢛng phương phꢂp đꢜt chꢂy glycine-nitrate
ꢝ nhiꢅt đꢏ 625-725°C trong 8 giꢞ (Kondrashkova et al., 2018). Cꢂc hꢌt nano HoFeO3 tꢙng
hꢕp đưꢕc cꢊ năng lưꢕng vꢟng cꢇm thꢇp (Eg ~ 2,1 eV) vꢖ đưꢕc ꢓng dꢔng phân huꢠ Methyl
Orange (MB) trong vꢟng tꢡ ngoꢌi khꢒ kiꢀn (UV-Vis). Trong công trꢎnh cꢁa Habib vꢖ cꢏng
sꢗ (Habib et al., 2016), vꢄt liꢅu orthoferrite HoFeO3 đưꢕc tꢙng hꢕp bꢛng phương phꢂp gꢜm
truyꢢn thꢜng tꢈ cꢂc tiꢢn chꢇt oxit lꢖ Ho2O3 vꢖ Fe2O3, sau khi nung ꢝ 1200°C trong 12 giꢞ
thu đưꢕc đơn pha orthorhombic cꢊ kꢆch thưꢋc hꢌt trung bꢎnh lꢖ 149,30 nm. Nghiên cꢓu tꢆnh
chꢇt quang vꢖ tꢆnh chꢇt tꢈ cꢁa vꢄt liꢅu HoFeO3 tꢙng hꢕp đưꢕc cho thꢇy Eg = 3,39 eV ꢝ 300K;
đꢏ tꢈ hoꢂ Ms = 25,50 emu·g-1; lꢗc khꢂng tꢈ Hc = 2659 Oe vꢖ đꢏ tꢈ dư Mr = 4,08 emu·g-1
Cite this article as: Nguyen Anh Tien, Truong Thi Thuan, & Do Hoang Phuc (2021 Thermal and magnetic
properties of HoFeO3 nanoparticles prepared by chemical co-precipitation method. Ho Chi Minh City University
of Education Journal of Science, 18(6), 1161-1169.
1161
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Tꢃp 18, Số 6 (2021): 1161-1169
(cꢂc đꢑc trưng tꢈ tꢆnh đo ꢝ 10 K vꢖ tꢈ trưꢞng cꢗc đꢌi 60 kOe). Vꢋi giꢂ trꢐ lꢗc khꢂng tꢈ vꢖ
đꢏ tꢈ dư lꢋn (Hc >> 100 Oe), HoFeO3 tꢙng hꢕp đưꢕc trong công trꢎnh Habib vꢖ cꢏng sꢗ
thuꢏc nhꢊm vꢄt liꢅu tꢈ cꢓng do kꢆch thưꢋc hꢌt lꢋn vꢖ không đꢣng nhꢇt, dꢉn đꢀn hꢌn chꢀ tiꢢm
năng ꢓng dꢔng cꢁa vꢄt nꢖy (Nada et al., 2016).
Do đꢊ, viꢅc nghiên cꢓu cꢒi tiꢀn phương phꢂp tꢙng hꢕp nhꢛm giꢒm kꢆch thưꢋc hꢌt cꢁa
vꢄt liꢅu HoFeO3 vꢋi mꢔc tiêu cꢒi thiꢅn cꢂc đꢑc trưng tꢈ tꢆnh cꢁa chꢤng lꢖ mꢔc tiêu cꢁa công
trꢎnh nꢖy.
2.
Vật liệu vꢑ phương phꢒp
2.1. Hoꢈ chꢉt, dꢊng cꢊ, thiꢁt bꢂ
Cꢂc hoꢂ chꢇt đưꢕc sꢡ dꢔng đꢚ tꢙng hꢕp vꢄt liꢅu nano orthoferrie HoFeO3 bao gꢣm
Ho(NO3)3·5H2O 99,8% (hꢘng Merck), Fe(NO3)3·9H2O 99,6% (hꢘng Sigma-Aldrich), dung
dꢐch NH3·H2O 25% (D = 0,91 g·mL-1), nưꢋc cꢇt hai lꢥn, giꢇy lꢃc băng xanh, giꢇy tꢦm
phenolphthalein, giꢇy cân, giꢇy đo pH. Cꢂc hoꢂ chꢇt Ho(NO3)3·5H2O vꢖ Fe(NO3)3·9H2O
đưꢕc cân theo tꢧ lꢅ mol lꢖ 1:1 vꢖ hoꢖ tan vꢖo tam giꢂc chꢓa 50 mL nưꢋc cꢇt.
Cꢂc dꢔng cꢔ cꢥn cho thꢗc nghiꢅm bao gꢣm cꢜc thuꢠ tinh dung tꢆch 1000 mL, tam giꢂc
dung tꢆch 100 mL, buret dung tꢆch 25 mL, bꢏ lꢃc hꢤt chân không, đꢨa thuꢠ tinh, muꢩng xꢤc
hoꢂ chꢇt, bꢎnh tia nưꢋc cꢇt, cꢜi vꢖ chꢖy sꢓ.
Cꢂc mꢂy mꢊc thiꢀt bꢐ đưꢕc sꢡ dꢔng bao gꢣm cân phân tꢆch 4 sꢜ, mꢂy khuꢇy tꢈ gia
nhiꢅt vꢖ con cꢂ tꢈ, mꢂy lꢃc hꢤt chân không, bꢀp điꢅn.
2.2. Phương phꢈp tꢋng hꢌp vꢃt liꢍu nano orthoferrite HoFeO3
Cꢂc hꢌt nano HoFeO3 đưꢕc tꢙng hꢕp bꢛng phương phꢂp kꢀt tꢁa hoꢂ hꢃc đơn giꢒn dꢗa
trên cꢂc công trꢎnh tꢙng hꢕp nano NdFeO3 vꢖ PrFeO3 (Nguyen et al, 2020). Nhꢍ tꢈ tꢈ tꢈng
giꢃt 50 mL dung dꢐch chꢓa hꢩn hꢕp hai muꢜi Ho(NO3)3 vꢖ Fe(NO3)3 vꢖo cꢜc chꢓa 400 mL
nưꢋc nꢊng (t° > 95°C) trên mꢂy khuꢇy tꢈ gia nhiꢅt. Sau khi nhꢍ hꢀt dung dꢐch hꢩn hꢕp muꢜi,
hꢅ tiꢀp tꢔc đưꢕc gia nhiꢅt thêm 10 phꢤt, rꢣi đꢚ nguꢏi tꢗ nhiên đꢀn nhiꢅt đꢏ phꢪng (~ 30°C).
Tiꢀp theo, nhꢍ tꢈ tꢈ 50 mL dung dꢐch NaOH 5% vꢖo hꢅ thu đưꢕc vꢖ tiꢀp tꢔc khuꢇy tꢈ. Lưꢕng
dung dꢐch NaOH 5% đưꢕc thêm vꢖo vꢈa đꢁ đꢚ kꢀt tꢁa hꢀt cꢂc cation Ho3+ vꢖ Fe3+ cꢊ trong
hꢅ (thꢡ hꢅ bꢛng giꢇy tꢦm phenolphthaelin hoꢂ hꢣng). Sau khi cho dung dꢐch NaOH 5% vꢖo
hꢅ vꢈa đꢁ, tiꢀp tꢔc khuꢇy tꢈ thêm 60 phꢤt đꢚ kꢀt tꢁa phân tꢂn đꢢu vꢖ ꢙn đꢐnh trong nhau. Đꢚ
kꢀt tꢁa lꢫng trong khoꢒng 30 phꢤt rꢣi tiꢀn hꢖnh lꢃc lꢇy kꢀt tꢁa trên hꢅ lꢃc hꢤt chân không vꢖ
rꢡa nhiꢢu lꢥn bꢛng nưꢋc cꢇt đꢀn giꢂ trꢐ pH = 7 (thꢡ nưꢋc lꢃc bꢛng giꢇy đo pH).
Kꢀt tꢁa đưꢕc đꢚ khô tꢗ nhiên ꢝ nhiꢅt đꢏ phꢪng khoꢒng 3-5 ngꢖy, rꢣi nghiꢢn mꢐn bꢛng
cꢜi vꢖ chꢂy sꢓ ta thu đưꢕc bꢏt mꢐn mꢖu vꢖng nâu (tiꢢn chꢇt tꢙng hꢕp vꢄt liꢅu nano orthoferrite
HoFeO3).
2.3. Cꢈc phương phꢈp nghiên cꢎu vꢃt liꢍu nano orthoferrite HoFeO3
Tꢆnh chꢇt nhiꢅt (TG-DSC) cꢁa mꢉu bꢏt tiꢢn chꢇt đưꢕc đo trên mꢂy Labsys Evo 1600°C
(Phꢂp) trong môi trưꢞng không khꢆ khô, tꢜc đꢏ gia nhiꢅt 10 K·phꢤt-1, nhiꢅt đꢏ nung tꢜi đa
900°C, chꢬn đꢗng mꢉu bꢛng platinum.
1162
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Nguyꢀn Anh Tiꢁn và tgk
Cꢇu trꢤc vꢖ thꢖnh phꢥn pha tinh thꢚ cꢁa cꢂc mꢉu tiꢢn chꢇt sau khi nung đưꢕc nghiên
cꢓu bꢛng phương phꢂp nhiꢭu xꢌ tia X (XRD) trên mꢂy Brucker D8-ADVANCE (Đꢓc), sꢡ
dꢔng thꢀ gia tꢜc vꢖ cưꢞng đꢏ dꢪng lꢥn lưꢕt lꢖ 40 kV vꢖ 40 mA vꢋi nguꢣn bꢓc xꢌ Cu Kα cꢊ
λ = 1,54184 Å, bưꢋc đo 0,019°, 2θ = 10-80°. Kꢆch thưꢋc tinh thꢚ cꢁa pha HoFeO3 (DXRD
,
nm) đưꢕc tꢆnh theo công thꢓc Scherrer (Sasikala et al., 2017).
0.89λ
,
(1)
D =
βcosθ
trong đꢊ, β lꢖ đꢏ rꢏng ꢓng vꢋi nꢡa chiꢢu cao cꢁa cꢗc đꢌi nhiꢭu xꢌ (FWHM, °), cꢪn θ lꢖ gꢊc
nhiꢭu xꢌ ꢓng cꢁa cꢗc đꢌi nhiꢭu xꢌ tương ꢓng.
Cꢂc hꢛng sꢜ mꢌng tinh thꢚ orthorhombic HoFeO3 (a; b; c; Å) vꢖ thꢚ tꢆch ô mꢌng (V,
Å3) đưꢕc tꢆnh theo công thꢓc (2) vꢖ (3) dꢗa theo công trꢎnh (Sasikala et al., 2017).
1
h2 k2 l2
,
(2)
=
+
+
d2 a2 b2 c2
.
(3)
V = abc
Hꢎnh thꢂi vꢖ kꢆch thưꢋc hꢌt cꢁa mꢉu vꢄt liꢅu orthoferrite HoFeO3 xꢂc đꢐnh dꢗa vꢖo
ꢒnh hiꢚn vi điꢅn tꢡ quꢬt (SEM) trên mꢂy HITACHI S-4800 (Nhꢄt Bꢒn) vꢖ ꢒnh hiꢚn vi điꢅn
tꢡ truyꢢn qua (TEM) trên mꢂy JEOL-1400 (Nhꢄt Bꢒn).
Hꢖm lưꢕng cꢂc nguyên tꢜ (Ho, Fe vꢖ O) đưꢕc xꢂc đꢐnh dꢗa vꢖo phꢙ tꢂn sꢫc năng lưꢕng
tia X (EDX) trên mꢂy FE SEM S-4800, xꢂc đꢐnh tꢌi 5 vꢐ trꢆ khꢂc nhau rꢣi lꢇy giꢂ trꢐ
trung bꢎnh.
Cꢂc đꢑc trưng tꢈ tꢆnh cꢁa vꢄt liꢅu nano orthoferrite HoFeO3 như đưꢞng cong tꢈ trꢭ,
lꢗc khꢂng tꢈ (Hc, Oe), đꢏ tꢈ hoꢂ (Ms, emu/g) vꢖ đꢏ tꢈ dư (Mr, emu/g) đưꢕc nghiên cꢓu trên
tꢈ kꢀ mꢉu rung (VSM) trên mꢂy MICRSENE EV11 (Nhꢄt Bꢒn), đo ꢝ nhiꢅt đꢏ phꢪng (300
K), tꢈ trưꢞng tꢈ -20 kOe đꢀn + 20 kOe.
3.
Kꢓt quꢔ vꢑ thꢔo luận
Giꢒn đꢣ TG-DSC cꢁa mꢉu bꢏt tiꢢn chꢇt (Hꢎnh 1) cho thꢇy khꢜi lưꢕng mꢉu giꢒm khoꢒng
35,00% khi nung tꢈ nhiꢅt đꢏ phꢪng đꢀn 900°C. Chꢓng tꢍ thꢖnh phꢥn kꢀt tꢁa thu đưꢕc cꢊ
công thꢓc không chꢧ đơn giꢒn lꢖ Ho(OH)3 vꢖ Fe(OH)3 như ꢝ phương trꢎnh hoꢂ hꢃc (4). Thꢄt
vꢄy, phꢥn trăm khꢜi lưꢕng mꢇt tꢈ phương trꢎnh (4) tꢆnh đưꢕc lꢖ 16,73%. Sꢗ sai lꢅch nꢖy
đưꢕc cho lꢖ kꢀt tꢁa tꢙng hꢕp đưꢕc cꢊ thꢖnh phꢥn thay đꢙi dưꢋi dꢌng công thꢓc Fe2O3·xH2O
vꢖ HoO(OH)·yH2O (Pham et al., 2009) tuỳ thuꢏc vꢖo điꢢu kiꢅn tꢙng hꢕp vꢖ lưu mꢉu. Kꢀt
quꢒ tương tꢗ đưꢕc trꢎnh bꢖy trong công trꢎnh tꢙng hꢕp vꢄt liꢅu nano NdFeO3 cꢁa Nguyen vꢖ
cꢏng sꢗ (Nguyen et al., 2020). Sꢗ mꢇt khꢜi lưꢕng cꢊ thꢚ đưꢕc chia thꢖnh hai giai đoꢌn chꢆnh.
Giai đoꢌn 1 xꢒy ra tꢈ nhiꢅt đꢏ phꢪng đꢀn khoꢒng 200°C vꢋi khꢜi lưꢕng giꢒm 19,82% đưꢕc
gꢂn cho quꢂ trꢎnh mꢇt nưꢋc ꢦm vꢖ mꢇt nưꢋc mꢏt phꢥn trong kꢀt tꢁa cꢁa Ho (III) vꢖ Fe (III).
ꢮ giai đoꢌn nꢖy, trên đưꢞng DSC quan sꢂt đưꢕc mꢏt pic toꢒ nhiꢅt lꢋn ꢝ 115,97°C. Giai đoꢌn
tiꢀp theo xꢒy ra tꢈ 200°C đꢀn 600°C vꢋi đꢏ giꢒm khꢜi lưꢕng 15,18% ꢓng vꢋi sꢗ thu nhiꢅt
đꢚ nhiꢅt phân hoꢖn toꢖn kꢀt tꢁa Fe2O3·xH2O vꢖ HoO(OH)·yH2O tꢌo thꢖnh cꢂc oxit Fe2O3 vꢖ
1163
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Tꢃp 18, Số 6 (2021): 1161-1169
Ho2O3. Kꢀt luꢄn nꢖy đưꢕc kiꢚm chꢓng qua pic thu nhiꢅt trên đưꢞng DSC ꢝ 307,91°C. Tꢈ
600°C trꢝ đi không quan sꢂt thꢇy sꢗ giꢒm khꢜi lưꢕng trên đưꢞng TG, chꢓng tꢍ cꢂc oxit đꢘ
ꢙn đꢐnh nhiꢅt. Trên đưꢞng DSC quan sꢂt đưꢕc pic toꢒ nhiꢅt lꢋn bꢫt đꢥu tꢈ khoꢒng 700°C vꢖ
kꢀt thꢤc khoꢒng 800°C, chꢓng tꢍ trong khoꢒng nhiꢅt đꢏ nꢖy xꢒy ra quꢂ trꢎnh tꢌo pha
orthoferrite HoFeO3 tꢈ cꢂc oxit Fe2O3 vꢖ Ho2O3 theo phương trꢎnh hoꢂ hꢃc (5).
Fe(OH)3 + Ho(OH)3 → HoFeO3 + 3H2O
Fe2O3 + Ho2O3 → 2HoFeO3
(4)
(5)
Tꢈ kꢀt quꢒ phân tꢆch tꢆnh chꢇt nhiꢅt cꢁa mꢉu tiꢢn chꢇt (giꢒn đꢣ TG-DSC), chꢃn nhiꢅt
đꢏ nung sơ bꢏ mꢉu bꢏt tiꢢn chꢇt ꢝ 600°C trong 30 phꢤt, sau đꢊ nâng lên 700, 800 vꢖ 900°C
trong 1 giꢞ đꢚ nghiên cꢓu bꢛng phương phꢂp nhiꢭu xꢌ tia X (XRD).
Hꢏnh 1. Giꢇn đꢃ TG-DSC cꢒa mꢛu tiꢔn chꢍt tꢐng hꢏp vꢊt liꢅu nano orthoferrite HoFeO3
Giꢒn đꢣ XRD cꢁa cꢂc mꢉu tiꢢn chꢇt sau khi nung 700, 800 vꢖ 900°C trong 1 giꢞ đưꢕc
trꢎnh bꢖy ꢝ Hꢎnh 2. Kꢀt quꢒ cho thꢇy cꢒ ba mꢉu đꢢu thu đưꢕc đơn orthoferrite HoFeO3 vꢋi
cꢇu trꢤc orthorhombic thuꢏc nhꢊm không gian Pbnm (62). Cꢂc pic thu đưꢕc đꢢu trꢟng vꢋi
cꢂc pic cꢁa chꢇt chuꢦn HoFeO3 (Sꢜ thꢯ chuꢦn 46-0115). Khi nhiꢅt đꢏ nung tăng tꢈ 700°C
đꢀn 900°C thꢎ cưꢞng đꢏ kꢀt tinh (I) cꢁa vꢄt liꢅu HoFeO3 tăng 294,37 (a.u) đꢀn 552,60 (a.u)
vꢖ thꢚ tꢆch ô mꢌng tinh thꢚ (V) cꢨng tăng tꢈ 220,88 đꢀn 223,01 Å3 (Bꢒng 1). Tuy nhiên, kꢆch
thưꢋc pha tinh thꢚ HoFeO3 tꢆnh theo công thꢓc (1) lꢌi biꢀn đꢙi không tuyꢀn tꢆnh, bꢬ nhꢇt đꢜi
vꢋi mꢉu nung ꢝ 800°C (DXRD = 35,63 nm) vꢖ lꢋn nhꢇt đꢜi vꢋi mꢉu nung ꢝ 900°C (Bꢒng 1).
Tꢈ kꢀt quꢒ tꢆnh kꢆch thưꢋc tinh thꢚ, chꢃn mꢉu nung ꢝ 800°C đꢚ quan sꢂt hꢎnh thꢂi vꢖ kꢆch
thưꢋc hꢌt bꢛng kꢆnh hiꢚn vi điꢅn tꢡ quꢬt (SEM) vꢖ kꢆnh hiꢚn vi điꢅn tꢡ truyꢢn qua (TEM),
đꢣng thꢞi xꢂc đꢐnh thꢖnh phꢥn cꢂc nguyên tꢜ Ho, Fe vꢖ O cꢊ trong hꢕp chꢇt. Kꢀt quꢒ đưꢕc
trꢎnh bꢖy ꢝ Hꢎnh 3.
1164
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Nguyꢀn Anh Tiꢁn và tgk
ꢰnh SEM vꢖ TEM cho thꢇy cꢂc hꢌt HoFeO3 tꢙng hꢕp đưꢕc cꢊ hꢎnh thꢂi hꢌt vꢖ kꢆch
thưꢋc tương đꢜi đꢣng đꢢu như hꢎnh cꢥu, hꢎnh cꢥu phân cꢌnh yꢀu, vꢋi đưꢞng kꢆnh khoꢒng
30-50 nm. Bên cꢌnh đꢊ, ꢒnh SEM vꢖ TEM cꢨng cho thꢇy cꢂc hꢌt cꢊ xu hưꢋng xꢀp chꢣng
lên nhau, lên kꢀt vꢋi nhau tꢌo thꢖnh cꢂc cꢔm hꢌt nano hoꢑc liên tinh thꢚ kꢬo dꢖi. Sꢗ liên kꢀt
giꢱa cꢂc hꢌt tꢌo thꢖnh cꢔm hoꢑc xꢀp chꢣng lên nhau cꢊ thꢚ lꢖ do cꢂc hꢌt cꢊ tꢈ tꢆnh nên hꢤt
lꢉn nhau, gây khꢊ khăn khi phân tꢂn chꢤng trong nghiên cꢓu bꢛng phương phꢂp SEM vꢖ đꢑc
biꢅt lꢖ phương phꢂp TEM. Mꢑc dꢥu cꢊ sꢗ kꢀt tꢔ, nhꢱng vꢉn cꢊ thꢚ quan sꢂt đưꢕc biên hꢌt
(biên giꢋi hꢌt đưꢕc quan sꢂt khꢂ rꢲ tꢈ ꢒnh TEM trên Hꢎnh 3a).
Bꢐng 1. Cꢆc thông số cꢍu trꢎc tinh thꢗ cꢒa cꢆc mꢛu HoFeO3 nung ꢕ 700, 800 và 900°C
Thông sꢕ mꢖng, (Å)
HoFeO3
I, (a.u.)
FWHM, (°)
D, (nm)
V, (Å3)
a
b
c
700°C
800°C
800°C
294,37
412,10
552,60
0,2057
0,2244
0,1122
39,87
35,63
71,75
5,25
5,26
5,27
5,58
5,58
5,59
7,54
7,56
7,57
220,88
221,89
223,01
Hꢏnh 2. Giꢇn đꢃ XRD cꢒa vꢊt liꢅu nano HoFeO3 nung ꢕ 700, 800 và 900 °С
Kꢀt quꢒ phân tꢆch thꢖnh phꢥn cꢂc nguyên tꢜ Ho, Fe vꢖ O trong mꢉu nung ꢝ 800°C
bꢛng phꢙ EDX cho thꢇy không xuꢇt hiꢅn pic cꢁa nguyên tꢜ tꢌp chꢇt nꢖo (Hꢎnh 3c). Phꢥn
trăm khꢜi lưꢕng cꢁa cꢂc nguyên tꢜ Ho, Fe vꢖ O trong mꢉu thꢗc nghiꢅm gꢥn vꢋi công thꢓc
lꢆ thuyꢀt dꢗ kiꢀn ban đꢥu (Bꢒng 2). Công thꢓc thꢗc nghiꢅm cꢁa mꢉu vꢄt liꢅu thu đưꢕc lꢖ
HoFe1,02O3,67. Sꢗ sai lꢅch chꢁ yꢀu quan sꢂt thꢇy đꢜi vꢋi nguyên tꢜ oxygen. Điꢢu nꢖy cꢊ thꢚ
lꢖ do phương phꢂp EDX tꢍ ra không chꢆnh xꢂc đꢜi vꢋi nguyên tꢜ cꢊ sꢜ hiꢅu Z < 10 (O = 8)
(Mark et al., 2017). Ngoꢖi ra, sꢗ hꢇp phꢔ oxygen cꢊ trong không khꢆ lên trên bꢢ mꢑt cꢁa mꢉu
vꢄt liꢅu nano HoFeO3 cꢨng lꢖ nguyên nhân gây ra sꢗ sai lꢅch nꢊi trên (Fergus, 2007).
1165
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Tꢃp 18, Số 6 (2021): 1161-1169
Hꢏnh 3. ꢡnh TEM (a), SEM (b) và EDX (c) cꢒa mꢛu vꢊt liꢅu nano HoFeO3 nung ꢕ 800°C
Bꢐng 2. Thành phꢙn cꢆc nguyên tố Ho, Fe và O trong mꢛu HoFeO3 nung ꢕ 800°С
Phꢐn trăm khꢕi lưꢗng, %
Nguyên tꢕ
Lꢘ thuyꢓt
61,36
Thꢙc nghiệm
58,87
Ho
Fe
O
20,78
20,15
17,86
20,98
Đo đưꢞng cong tꢈ hoꢂ ꢝ nhiꢅt đꢏ phꢪng (300 K) cꢁa cꢂc mꢉu vꢄt liꢅu nano HoFeO3
nung ꢝ 700, 800 vꢖ 900°C cho thꢇy đꢏ tꢈ hoꢂ cꢁa cꢒ ba mꢉu tiꢀp tꢔc tăng trong tꢈ trưꢞng
khꢒo sꢂt (đưꢞng cong tꢈ hoꢂ tiꢀp tꢔc đi lên thꢳng đꢓng), trong khi giꢂ trꢐ lꢗc khꢂc tꢈ đo đưꢕc
lꢖ rꢇt bꢬ (Hc < 10 Oe), đꢏ tꢈ dư Mr gꢥn như bꢛng không, cꢪn đꢏ tꢈ hoꢂ (Ms ~ 5 emu·g-1) lꢌi
rꢇt lꢋn (Hꢎnh 4, Bꢒng 3). Giꢂ trꢐ lꢗc khꢂng tꢈ (Hc = 2,68 Oe) vꢖ đꢏ tꢈ dư (Mr = 0,61·10-3
emu·g-1) cꢁa mꢉu nung ꢝ 800°C lꢖ bꢬ nhꢇt (Bꢒng 3), cꢊ thꢚ lꢖ do kꢆch thưꢋc tꢆnh thꢚ HoFeO3
cꢁa mꢉu nꢖy lꢖ bꢬ nhꢇt (DXRD = 35,63 nm, xem Bꢒng 1). Ngoꢖi ra, giꢂ trꢐ lꢗc khꢂng tꢈ vꢖ đꢏ
tꢈ dư cꢁa cꢂc mꢉu vꢄt liꢅu nano HoFeO3 tꢙng hꢕp đưꢕc trong công trꢎnh nꢖy bꢬ hơn, nhưng
đꢏ tꢈ hoꢂ lꢌi lꢋn hơn rꢇt nhiꢢu so vꢋi mꢏt sꢜ hꢅ perovskite đꢇt hiꢀm LnFeO3 (Ln = Pr, Ho,
La, Nd) đꢘ công bꢜ trưꢋc đꢊ (Bꢒng 3). Cꢂc đꢑc trưng tꢈ tꢆnh tꢜt cꢁa vꢄt liꢅu nano HoFeO3
tꢙng hꢕp đưꢕc trong công trꢎnh nꢖy cꢊ thꢚ lꢖ do kꢆch thưꢋc hꢌt nhꢍ vꢖ sꢗ kꢀt tꢔ ꢆt hơn so vꢋi
cꢂc hꢌt nano LnFeO3 đꢘ công bꢜ.
1166
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Nguyꢀn Anh Tiꢁn và tgk
Hꢏnh 4. Đưꢀng cong tꢝ hoꢆ cꢒa cꢆc mꢛu vꢊt liꢅu nano HoFeO3 ꢕ 300 K
Bꢐng 3. Đꢟc trưng tꢝ tꢄnh ꢕ 300 K cꢒa vꢊt liꢅu nano HoFeO3 nung ꢕ 700, 800 và 900°C
Vật liệu
Mr, emu·g-1
1,38·10-3
0,61·10-3
1,30·10-3
0,0015
0,68
Hc, Oe
5,41
2,68
Ms, emu·g-1
HoFeO3 nung ꢝ 700°C
HoFeO3 nung ꢝ 800°C
HoFeO3 nung ꢝ 900°C
(Sasikala et al., 2017)
(Nguyen et al., 2020)
(Habib et al., 2016)
(Nguyen et al., 2020)
4,98
4,43
4,87
0,0051
0,7970
-
4,53
LaFeO3
NdFeO3
HoFeO3
PrFeO3
1217,60
136,76
2659
-
~ 0,0004
10-42
0,15-0,19
4.
Kꢓt luận
Trong công trꢎnh nꢖy, đꢘ tꢙng hꢕp thꢖnh công vꢄt liꢅu nano orthoferrite HoFeO3 bꢛng
phương phꢂp kꢀt tꢁa hoꢂ hꢃc đơn gian vꢋi tꢂc nhân kꢀt tꢁa lꢖ dung dꢐch NaOH 5%. Cꢂc tinh
thꢚ nano đơn pha orthorhombic HoFeO3 (kꢆch thưꢋc trung bꢎnh DXRD = 35,63-71,75 nm; thꢚ
tꢆch ô mꢌng V = 220,88-223,01 Å3) thu đưꢕc sau khi nung cꢂc mꢉu tiꢢn chꢇt ꢝ 700, 800 vꢖ
900°C trong 1 giꢞ. ꢰnh SEM, TEM cꢁa mꢉu nung ꢝ 800°C cho thꢇy cꢂc hꢌt HoFeO3 tꢌo
thꢖnh cꢊ hꢎnh thꢂi vꢖ kꢆch thưꢋc hꢌt tương đꢜi đꢣng nhꢇt (kꢆch thưꢋc hꢌt 30-50 nm). Cꢂc
mꢉu vꢄt liꢅu nano orthoferrite HoFeO3 tꢙng hꢕp đưꢕc lꢖ vꢄt liꢅu nghꢐch tꢈ thꢚ hiꢅn hꢖnh vi
siêu thuꢄn tꢈ (lꢗc khꢂng tꢈ vꢖ đꢏ tꢈ dư bꢬ, đꢏ tꢈ hoꢂ lꢋn vꢖ chưa đꢌt bꢘo hoꢖ tꢌi tꢈ trưꢞng
20 kOe), thꢚ hiꢅn tiꢢm năng ꢓng dꢔng lꢖm vꢄt liꢅu tꢈ hoꢌt đꢏng ꢝ tꢈ trưꢞng cao.
1167
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Tꢃp 18, Số 6 (2021): 1161-1169
❖ Tuyên bố về quyền lợi: Cá c tá c giả xá c nhận hoàn toàn không có xung đột về quyền lợi.
❖ Lời cảm ơn: Nghiên cꢀu này được tài trợ bꢁi đề tài khoa hꢂc và cô ng nghꢃ cꢄp
Trưꢅng Đꢆi hꢂc Sư phꢆm Thành phố Hꢇ Chꢈ Minh, mꢉ số: CS.2020.19.21.
TꢃI LIꢂU THAM KHꢚO
Fergus, J. W. (2007). Perovskite oxides for semiconductor-based gas sensors. Sensors and Actuators
B: Chemical. https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.10.051
Habib, Z., Majid, K., Ikram, M., & Sultan, Kh. (2016). Influence of Ni subsmitution at B-site for
Fe3+ ions on morphological, optical, and magnetic properties of HoFeO3 ceramics. Applied
Physics A. Materials Science & Processing. https://doi.org/10.1007/s00339-016-0082-z
Kondrashkova, I. S., Martinson, K. D., Zakharova, N. V., & Popkov, V. I. (2018). Synthesis of
nanocrystalline HoFeO3 photocatalyst via heat treatment of products of glycine-nitrate
combustion.
Russian
Journal
of
General
Chemistry.
Mark, T. W., & Niel, A. Y. (2017). Characterization methods in inorganic chemistry. Oxford
University Press.
Nada, F. A., Ahmed, G., & Ekram, H. E.-A. (2016). Perovskite nanomaterials: synthesis,
characterization, properties and applications.1st ed., Likun, P., Guang, Z. InTechOpen:
London, UK. Chapter 4.
Nguyen, A. T., Nguyen, N. T., Mittova, I. Ya., Perov, N. S., Mittova, V. O., Hoang, T. C. C., Nguyen,
V. M., Nguyen, V. H., Pham, V., & Bui, X. V. (2020). Crystals structure, optical and magnetic
properties of PrFeO3 nanoparticles prepared by modified co-precipitation method. Processing
and Application of Ceramics. https://doi.org/10.2298/PAC2004255N
Nguyen, A. T., Pham, V., Pham, L. Th., Nguyen, T. T. L., Mittova, I. Ya., Mittova, V. O., Vo, N. L.,
Nguyen, T. B. T., Bui, X. V., & Viryutina, E. L. (2020). Simple synthesis of NdFeO3
nanoparticles by the co-precipitation method based on a study of thermal behaviors of Fe (III)
Pham, D. R., & Nguyen, T. N. (2009). Chemistry of rare elements and radiochemistry. Publisher of
University of Education. Ha Noi, Viet Nam.
Rempel, A. A. (2007). Nanotechnologies. Properties and applications of nanostructured materials.
Russian Chemical Reviews. http://dx.doi.org/10.1070/RC2007v076n05ABEH003674
Sasikala, C., Durairaj, N., Baskaran, I., Sathyaseelan, B., Henini, M., & Manikandan, E. (2017).
Transition metal titanium (Ti) doped LaFeO3 nanoparticles for enhanced optical structure and
magnetic
properties.
Journal
of
Alloys
and
Compounds.
1168
Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM
Nguyꢀn Anh Tiꢁn và tgk
THERMAL AND MAGNETIC PROPERTIES OF HoFeO3 NANOPARTICLES
PREPARED BY CHEMICAL CO-PRECIPITATION METHOD
Nguyen Anh Tien*, Truong Thi Thuan, Do Hoang Phuc
Ho Chi Minh City University of Education, Vietnam
*Corresponding author: Nguyen Anh Tien – Email: tienna@hcmue.edu.vn
Received: June 05, 2021; Revised: June 17, 2021; Accepted: June 21, 2021
ABSTRACT
In this paper, HoFeO3 orthoferrite nanoparticles with perovskite-type were successfully
synthesized through a simple chemical co-precipitation method by using sodium solution 5% as a
precipitating agent. After annealing the precursor at 700, 800, and 900°C for 60 minutes, a single
phase HoFeO3 orthoferrite product was formed with an average crystallite size of 35-70 nm and the
particle size of 30-50 nm. The average crystal size and lattice volume of nanocrystalline HoFeO3
increased in line with the annealing temperature. The HoFeO3 samples showed antiferromagnetic
properties with super-paramagnetic behaviour. The obtained properties are expressed as low values
of coercive force (Hc < 10 Oe) and remanent magnetization (Mr ~ 0 emu·g-1), high magnetization (Ms
~ 5 emu·g-1)). The magnetic parameters of the HoFeO3 nanomaterials such as the coercive force and
remanent magnetization are lower, but the saturation magnetization is higher compared to the
published rare-earth perovskite orthoferrite nanomaterials LaFeO3, NdFeO3, PrFeO3.
Keywords: chemical co-precipitation method; HoFeO3; nanomaterials; thermal and magnetic
properties
1169
9 trang
18/04/2022
1240
Bạn đang xem tài liệu "Tính chất nhiệt và từ của vật liệu nano HoFeO₃ tổng hợp bằng phương pháp kết tủa hoá học", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- tinh_chat_nhiet_va_tu_cua_vat_lieu_nano_hofeo_tong_hop_bang.pdf
