intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Khoá luân tốt nghiệp cử nhân hoá học: Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nano ferit Y0.8Sr0.2FeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:64

Thêm vào BST
Báo xấu
65
lượt xem 6
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khoá luận nghiên cứu tính chất của ferit khi thay đổi tỉ lệ mol của Sr:Y tham gia phản ứng tạo nên cấu trúc perovskit của bột ferit trong công thức chuẩn ban đầu YFeOR 3R như YR 0.9RSrR 0.1RFeOR 3R, YR 0.7RSrR 0.3RFeOR 3R, YR 0.6RSrR 0.4RFeOR 3R, YR 0.5RSrR 0.5RFeOR 3R,… - Khảo sát thêm một số điều kiện tổng hợp bột ferit khác như tỉ lệ mol chất tham gia, từng loại và tỉ lệ dung môi tiến hành điều chế. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khoá luân tốt nghiệp cử nhân hoá học: Tổng hợp và nghiên cứu tính chất vật liệu nano ferit Y0.8Sr0.2FeO3 bằng phương pháp đồng kết tủa

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO FERIT Y0.8Sr0.2FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5/2012
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA HÓA HỌC  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC Chuyên ngành: Hóa Vô Cơ TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO FERIT Y0.8Sr0.2FeO3 BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA  GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến  SVTH: Trương Thị Minh Nghĩa Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5/2012
  3. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Mục lục Trang Mục lục ...................................................................................................................... 1 Lời cảm ơn ................................................................................................................ 3 Mở đầu....................................................................................................................... 4 Chương 1. Lý thuyết tổng quan .............................................................................. 5 1.1. Lý thuyết chung về nano ........................................................................................ 5 1.1.1. Giới thiệu về hóa học nano .............................................................................. 5 1.1.2. Vật liệu nguồn nano ......................................................................................... 6 1.1.3. Ứng dụng của vật liệu nano ............................................................................. 9 1.1.4. Một số mặt trái của công nghệ nano.............................................................. 11 1.2. Tổng quan về các oxit và hydroxit của stronti, yttri và sắt ................................. 13 1.2.1. Oxit sắt ........................................................................................................... 13 1.2.2. Oxit yttri ......................................................................................................... 18 1.2.3. Oxit Stronti ..................................................................................................... 19 1.2.4. Đặc điểm cấu trúc chung của ferit YFeO 3 ..................................................... 20 Chương 2. Các phương pháp tổng hợp và nghiên cứu đề tài ............................ 23 2.1. Phương pháp tổng hợp nano ferit Y-Sr-Fe-O .................................................... 23 2.1.1. Lý thuyết về một số phương pháp tổng hợp bột nano .................................... 23 2.1.2. So sánh ưu nhược điểm các phương pháp ..................................................... 29 2.2. Hóa chất và thiết bị sử dụng ................................................................................ 30 2.2.1. Hóa chất ......................................................................................................... 30 2.2.2. Thiết bị............................................................................................................ 30 2.3. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất bột nano Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 .. 31 2.3.1. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai TGA/DTA .............................................. 31 2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ X-ray ......................................................................... 32 2.3.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét SEM ................................................. 35 SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 1
  4. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến 2.3.4. Phương pháp đo diện tích bề mặt BET .......................................................... 36 2.3.5. Phương pháp đo độ từ hóa ............................................................................. 38 2.3.6. Phương pháp phân tích khối phổ plasma (ICP-MS) ...................................... 40 Chương 3. Thực nghiệm - Kết quả - Bàn luận .................................................... 42 3.1. Thực nghiệm tổng hợp bột nano Y 0.8 Sr 0.2 FeO 3 ................................................. 42 3.2. Kết quả - Bàn luận ............................................................................................... 44 Kết luận và kiến nghị ............................................................................................. 58 Tài liệu tham khảo.................................................................................................. 60 Phụ lục ..................................................................................................................... 62 SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 2
  5. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Lời cảm ơn Khoá luận tốt nghiệp là bước cuối cùng đánh dấu sự trưởng thành của một sinh viên ở giảng đường Đại học. Đồng thời cũng là công việc khó nhất đầu tiên - yêu cầu nhiều kĩ năng, kiến thức tổng hợp từ trước tới nay mà em chưa từng được thực hiện. Chính vì vậy, để hoàn thành bài khóa luận tốt nghiệp này, em không thể thiếu sự giúp đỡ của mọi người, qua đây em xin viết vài lời cảm ơn đến tất cả mọi người. Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Hóa Trường Đại học Sư phạm Tp. HCM đã tạo mọi điều kiện nhằm giúp đỡ em tiến hành khóa luận này đúng tiến độ, cũng như đã tận tâm dạy dỗ em trong suốt những năm đại học. Đặc biệt là thầy Nguyễn Anh Tiến – người trực tiếp hướng dẫn đề tài, mặc dù rất bận rộn với công việc, nhưng thầy vẫn dành nhiều thời gian quan tâm hướng dẫn, đóng góp và sửa chữa những lỗi sai, giúp em đi đúng hướng trong quá trình làm khóa luận. Từ Thầy em đã học hỏi được rất nhiều điều, từ kiến thức khoa học chuyên ngành đến những kinh nghiệm sống xã hội. Nhân đây, con cũng xin gởi lời cảm ơn ba mẹ kính yêu bao lâu nay đã luôn động viên, khích lệ để con hoàn thành tốt nhất khóa luận này. Ngoài ra, bạn bè cũng là những người không thể thiếu đã giúp đỡ mình rất nhiều trong quá trình thực hiện đề tài này. Do đây là lần đầu tiên thực hiện nghiên cứu khoa học, nên em vẫn còn giới hạn về kinh nghiệm thực tiễn cũng như kiến thức chuyên ngành, khó tránh khỏi những sai lầm, thiếu sót. Em mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô và bạn bè, để khóa luận được hoàn thiện hơn. Một lần nữa xin chân thành cảm ơn, chúc mọi người sức khỏe và thành đạt! Sinh viên thực hiện Trương Thị Minh Nghĩa SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 3
  6. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Mở đầu C ông nghệ nano là ngành kỹ thuật nghiên cứu và sử dụng các vật liệu có kích thước khoảng nano (0.1 nanomet – 100 nanomet) nhằm tạo ra sự biến đổi lí tính một cách sâu sắc do hiệu ứng kích thước lượng tử. Ngày nay, các sản phẩm của ngành công nghệ nano ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, không những đạt hiệu quả cao mà còn tỏ ra ưu việt hơn hẳn các sản phẩm có kích thước thông thường khác, ví dụ như: công nghệ điện tử - quang, công nghệ năng lượng, công nghệ hóa học, công nghệ hàng không vũ trụ, y học,… Đặc biệt là vật liệu nano ferit của đất hiếm, gần đây, gây nhiều thu hút về tính chất hóa học và thuộc tính vật lý độc đáo bởi độ dẫn điện của chúng, thể hiện nhiều tiềm năng ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau. Chẳng hạn như làm catot trong các tế bào nhiên liệu ôxit rắn, chất xúc tác hoạt động trong các quá trình oxy hóa, môi trường kiểm tra phim, vật liệu hoạt động cảm biến hóa học để phát hiện độ ẩm, nồng độ cồn và các loại khí,... Hơn nữa, tính chất đáng chú ý của bột ferit (orthoferites) là tốc độ vách domen cao và sự tồn tại của đường Bloch là đáng kể cho các ứng dụng trong cảm biến từ quang học hiện nay và nhanh chóng đóng chốt từ quang học chuyển đổi. Nhưng liệu tính chất của nó có bị thay đổi khi cấu trúc được xen bởi nguyên tố có bán kính nguyên tử tương đương như Ca, Sr, Ni,… nên chúng tôi chọn nghiên cứu bột nano ferit với cấu trúc bị khuyết tật bởi ion Sr so với Y theo tỉ lệ là 2:8. Tổng hợp bột nano ferit thông thường từ bột oxit, hidroxit hay các muối yêu cầu ở nhiệt độ cao dẫn đến kích thước hạt tạo thành lớn, độ kết tụ cao gây ảnh hưởng không tốt đến tính chất của vật liệu sản xuất từ chúng. Gần đây, phương pháp tổng hợp ferit nano bằng phương pháp đồng kết tủa được sử dụng rộng rãi với ưu thế nhiệt độ kết tinh thấp, quá trình thí nghiệm đơn giản thu được bột mịn có kích thước nano và đồng nhất cho giá trị kinh tế cao. Với những lí do trên, chúng tôi chọn nghiên cứu đề tài “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất của vật liệu nano ferit Y 0.8 Sr 0.2 FeO bằng phương pháp đồng kết tủa”. SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 4
  7. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Chương 1 Lý thuyết tổng quan 1.1. Lý thuyết chung về nano 1.1.1. Giới thiệu về hóa học nano Nanomet là điểm kì diệu trong kích thước chiều dài, là điểm mà tại đó những vật sáng chế nhỏ nhất do con người tạo ra ở cấp độ nguyên tử hay phân tử của thế giới tự nhiên [12]. Công nghệ nano có ý nghĩa là kĩ thuật sử dụng kích thước từ 0.1 nm đến 100 nm để tạo ra sự biến đổi hoàn toàn lý tính một cách sâu sắc do hiệu ứng kích thước lượng tử. Trong công nghệ nano, có phương thức từ trên xuống dưới (top – down, hình 1.1.) nghĩa là chia nhỏ một hệ thống lớn để cuối cùng tạo ra được đơn vị có kích thước nano và phương thức từ dưới lên (bottom - up) nghĩa là lắp những hạt cỡ phân tử hay nguyên tử lại để thu kích thước nano. Đặc biệt gần đây, việc thực hiện công nghệ nano theo phương thức bottom - up trở thành kĩ thuật có thể tạo ra các hình thái vật liệu mà con người hằng mong ước, nên thu hút nhiều sự quan tâm. [9] Hình 1.1. Hai nguyên lý cơ bản của công nghệ nano: Top- down và Bottom- up[9] Hóa học nghiên cứu về nguyên tử và phân tử - có kích thước nói chung < 1 nm, trong khi vật lý chất rắn lại đề cập về cơ bản đến mạng vô hạn các nguyên tử hay phân tử có kích thước lớn hơn 100 nm. Một khoảng trống đáng kể tồn tại giữa phạm vi này, SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 5
  8. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến bao gồm các hạt từ 1-100 nm hay 10-10-6 nguyên tử hay phân tử trên mỗi hạt, đó là hóa học nano. Để hiểu hơn về nano, ta cần tìm hiểu một số khái niệm cơ bản sau: - Chất keo: là pha lỏng ổn định chứa các hạt có kích thước 1-1000 nm được gọi là hạt keo (micell). - Hạt nano: là hạt rắn trong phạm vi 1-100 nm có thể là không tinh thể, là khối kết tụ của các vi tinh thể hoặc vi đơn tinh thể. - Tinh thể nano (nanocrytal): là hạt rắn nghĩa là đơn tinh thể có kích thước cỡ nanomet. - Vật liệu cấu trúc nano hay vật liệu kích thước nano: là vật liệu rắn nào có kích thước nanomet (hình 1.2.), bao gồm vật liệu ba chiều → hạt, hai chiều → màng mỏng, một chiều → dây mỏng. - Nanocomposite: vật liệu lai hỗn tính vô cơ/hữu cơ. [9] Hình 1.2. Biểu đồ so sánh độ lớn của một số vật thể 1.1.2. Vật liệu nguồn nano Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nm (< 100 nm). Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau: SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 6
  9. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến - Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano,... - Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano,… - Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng.[5] Ngoài ra, còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite, trong đó, chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. Các tính chất vật lý, hóa học của mỗi loại vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu, ví dụ như điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, thường có giá trị từ vài đến vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa. Lúc đó, điện trở của vật có kích thước nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử. Không phải bất cứ vật liệu nào có kích thước nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên cứu. Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm (bảng 1.). Chính vì thế mà người ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công nghệ nano. [9] Bảng 1. Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu. [2] Lĩnh vực Tính chất Độ dài tới hạn (nm) Bước sóng điện tử 1-100 Tính chất điện Quãng đường tự do trung 1-10 bình không đàn hồi SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 7
  10. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Hiệu ứng đường hầm 10-100 Độ dài vách Đômen 1-100 Tính chất từ Quãng đường tán xạ spin 1-100 Hố lượng tử 1-100 Tính chất quang Độ dài suy giảm 10-100 Độ sâu bề mặt kim loại 10-100 Độ dài liên kết Cooper 0.1-100 Tính siêu dẫn Độ thẩm thấu Meisner 1-100 Tương tác bất định xứ 1-1000 Biên hạt 1-10 Bán kính khởi động đứt 1-100 Tính chất cơ vỡ Sai hỏng mầm 0.1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10 Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10 Độ dài Kuhn 1-100 Siêu phân tử Cấu trúc nhị cấp 1-10 Cấu trúc tam cấp 10-1000 Miễn dịch Nhận biết phân tử 1-10 SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 8
  11. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến 1.1.3. Ứng dụng của vật liệu nano[9] - Y học: làm thuốc chữa bệnh, mô nhân tạo,… có khả năng tạo ra phân tử sinh học mà “chuyển dược phẩm trong tế bào, điều này có thể giải phóng các hạt nano hoặc hóa chất chống ung thư đáp lại tín hiệu nguy hiểm từ tế bào bệnh” (hình 1.3.). Hình 1.3. Ảnh mô hình chữa bệnh của cơ vi nano[9] - Lưu trữ thông tin: các hạt màu siêu mịn thường tạo ra chất lượng mực cao hơn về màu sắc, độ bao phủ, tính bền màu. Trên thực tế, các hạt nano đã được ứng dụng trong audio, băng video và đĩa hiện đại, chúng phụ thuộc vào tính chất quang và từ của các hạt mịn. - Làm lạnh: ở kích thước nhỏ, người ta đã chứng minh được rằng, lợi ích entropy có thể nhận được nhờ sự đảo chiều của từ tính các hạt nano mang từ. Nếu các hạt nano có momen từ lớn và độ kháng từ thích hợp, thì hiệu ứng từ nhiệt có thể cho phép làm lạnh ở quy mô thực tế. Triển vọng về tủ lạnh hạt nano từ mà không cần đến các chất lỏng làm lạnh (freon, HFC,...) đã cuốn hút rất nhiều nghiên cứu, và nếu thành công sẽ mang lại lợi ích to lớn cho xã hội và môi trường. - Máy tính hóa học/quang học: các mạng hai chiều, hay ba chiều có trật tự của kim loại hoặc nano bán dẫn có các tính chất từ và quang đặc biệt. Các vật liệu này hứa hẹn có nhiều ứng dụng trong công nghiệp điện tử, bao gồm cả máy tính quang học. - Gốm và chất cách điện cải tiến: việc nén các hạt gốm kích thước nano tạo ra các vật rắn mềm dẻo hơn, dường như là do vô số ranh giới hạt tồn tại. Những vật liệu mới này có thể được sử dụng như là chất thay thế cho kim loại trong nhiều ứng dụng. SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 9
  12. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến - Kim loại cứng hơn: kim loại hạt nano khi nén vào trong vật rắn sẽ có độ cứng bề mặt đáng chú ý, đôi khi độ cứng này cao gấp 5 lần so với độ cứng mẩu kim loại vi tinh thể thông thường. - Tiền chất lớp màng: được sử dụng như tiền chất để chế tạo lớp màng kim loại mỏng được sử dụng sơn phun. Đặc biệt là việc mạ vàng đồ dùng bằng bạc đã được thực hiện bằng chất keo vàng - axeton. - Hóa học bảo vệ môi trường: bao gồm nhiều ứng dụng thiết thực như pin mặt trời, lọc nước, chất hấp phụ phân ly, chất xúc tác (hình 1.4.). Hình 1.4. Sơ đồ nguyên lý phản ứng xúc tác của hạt nano bạc. - Chất lỏng từ thông minh: chất lỏng sắt là dung dịch chất keo chứa các hạt từ nhỏ làm ổn định bằng phối tử hoạt tính bề mặt, có tầm quan trọng như đệm kín chân không, bộ giảm xóc nhớt, đệm kín loại trừ chất bẩn. - Ắc quy bền: vật liệu cấu trúc nano trong ắc quy ion đã được chứng minh là rất hữu ích. Ví dụ, gắn tinh thể nano thiếc vào trong chất nền tạo thủy tinh có thể duy trì tính dẫn điện, ngăn cản sự tạo thành pha của những hợp kim có hại cho ắc quy. - Sensor: khối kết tụ xốp của hạt nano bán dẫn có thể được nghiên cứu bằng nén tải trọng thấp. Những vật liệu này giữ vững diện tích bề mặt lớn của chúng, khi hấp thụ các loại khí khác nhau, tính dẫn điện của chúng thay đổi. Do nhiều khí được phát hiện ra được hấp thụ trên mỗi đơn vị khối lượng so sánh với bột nén thông thường, sự thay đổi điện xảy ra nhiều lần hơn. Vì vậy, việc sử dụng các hạt nano tạo ra ưu điểm đáng kể trong công nghệ cảm biến. SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 10
  13. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến - Nâng cao an ninh quốc gia: hiện nay và trong tương lai, công nghệ nano đóng vai trò quan trọng trong công nghệ chế tạo trang thiết bị quân sự cho công cuộc phòng thủ đất nước. Hơn nữa, việc sử dụng hạt chức năng diện tích bề mặt lớn như là chất hấp thụ phá hủy các tác nhân chiến tranh sinh học và hóa học, đã được chứng minh là khá hiệu quả và cho phép đối phó nhanh với một số vấn đề hậu cần. Ngoài ra, còn nhiều lĩnh vực mà ở đó an ninh quốc gia có thể được cải thiện nhờ các tiến bộ về công nghệ điện tử, quang học, chất xúc tác và chất hấp thụ. Sản phẩm của công nghệ nano đã được ứng dụng rộng rãi tại các nước phát triển. Việc tiêu thụ sản phẩm nano trong một nước gắn chặt với tiêu chuẩn đời sống của nước đó. Công nghệ nano còn đem lại hiệu quả kinh tế vô cùng to lớn cho các nước phát triển như Mỹ, Nhật, Đức,... Hiện nay, ở nước ta, công nghệ nano đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đời sống xã hội. Các sản phẩm sử dụng công nghệ nano xuất hiện ngày càng nhiều và tỏ ra ưu việt. Các sản phẩm này tiêu tốn ít nhiên liệu, thân thiện với môi trường. Hy vọng trong thời gian tới sản phẩm của công nghệ nano sẽ đem lại hiệu quả và đem lại kinh tế nhiều hơn nữa cho quốc gia. 1.1.4. Một số mặt trái của công nghệ nano[2] Công nghệ nano là một bước tiến bộ vượt bậc của công nghệ học, nhưng đang đặt ra nhiều câu hỏi chưa từng được biết tới trước đây. Bản thân công nghệ nano cũng chứa đựng hai mặt: mặt tích cực đó là có thể tạo ra các sản phẩm mới phục vụ cho nhu cầu của con người, tuy nhiên, các mặt trái của công nghệ nano cũng có thể đa dạng và rất to lớn không thể lường hết được, nó có thể gây ra các tác hại khủng khiếp cho loài người. Ví dụ: - Người ta có thể tạo ra các loài vi sinh vật bao gồm cả một số loài virut có thể gây bệnh đại dịch cho con người mà với khả năng của con người hiện nay khó có thể khống chế và hạn chế. - Người ta có thể tạo ra các vũ khí sinh học, tác hại hơn nhiều so với vũ khí nguyên tử, lại không thể dễ dàng khống chế được, nó có thể gây nguy hiểm cho sự sống trên toàn trái đất. SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 11
  14. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến - Con người còn có thể tạo ra các loại thuốc, chế phẩm làm biến đổi gen của con người, gây tác hại lâu dài cho nòi giống, một kiểu như chất độc màu da cam, song tính năng của chúng mạnh hơn hàng triệu lần, tạo ra các loại thuốc làm mất trí nhớ, tẩy não, thậm chí tạo ra người nhân tạo phục vụ cho mục đích xấu,… - Khi công nghệ nano phát triển thì môi trường sống có thể sẽ bị ô nhiễm nặng bởi các hạt nano, khói bụi nano,… do các nhà máy thải ra. Phân tử nano do phương tiện giao thông và khói công nghiệp thải ra, sau khi được hít vào cơ thể, sẽ lọt thẳng vào máu và tủy xương, não làm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người. Ống nano cacbon đang rất được ưa chuộng và quảng cáo mạnh, tác hại của nó còn có thể nguy hại hơn cả cả sợi - hạt amiăng độc hại. Ngay việc thử nghiệm các hạt nano, với tư cách là chất dẫn thuốc trong máu để điều trị ung thư và một số bệnh khác, cho thấy, chúng có thể dễ dàng phát tán độc tố, ảnh hưởng xấu đến não bộ, có thể gây ung thư. - Các nhà nghiên cứu môi trường Mỹ cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của các hạt oxit titan có kích thước nano đến việc nuôi cấy các tế bào của chuột. Họ phát hiện ra rằng, các hạt này có tác dụng kích thích tế bào sản phẩm những chất có tác dụng bảo vệ trong thời gian ngắn, nhưng sẽ có nguy cơ làm tổn thương nếu được duy trì trong thời gian dài. - Một vấn đề thuộc mặt trái cũng cần xem xét một cách hết sức cẩn thận: đó là khả năng nhân bản của một số sản phẩm nano (ví dụ tương tự virut máy tính). Chúng có khả năng nhân bản, phát tán và phá hủy rất mạnh. Trong tương lai, các dây chuyền sản xuất hàng loạt với sản phẩm là ứng dụng của vật liệu nano với các máy móc có khả năng nhân bản, tự nhân bản, chúng có thể có khả năng tạo ra mối hiểm hoạ không thể lường trước đối với con người. - Đặc tính không thể kiểm soát – khó khống chế được ngày càng gia tăng của công nghệ nano. Ví dụ, những năm tới đây, các thành tựu khoa học kĩ thuật quân sự mới trong công nghệ này sẽ tạo ra những mối đe dọa đáng gờm đối với việc bảo mật thông tin do việc xuất hiện hàng loạt nguyên liệu, cảm biến, phương tiện tính toán và truyền thông,… Với bước phát triển của công nghệ nano, các thiết bị và phần mềm gián điệp có thể xâm nhập dễ dàng và kín đáo vào mọi ngóc ngách của các tổ chức, xí nghiệp. Việc phổ biến các loại điện thoại có trang bị camera, các máy tính bỏ túi có kết nối hệ thống mạng văn phòng đang là vấn đề hóc búa đặt ra đối với bộ phận an ninh của nhiều công ty. SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 12
  15. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Một số dược phẩm dựa trên công nghệ sinh học nano giúp các binh lính hay điệp viên nâng cao khả năng về tâm sinh lí trong thời gian dài. Tuy nhiên, hiện nay các nghiên cứu về ứng dụng của công nghệ nano “để tẩy não”, làm quên trí nhớ của một người, hoặc biến họ thành người có đặc tính xấu như giết người cũng có thể được tiến hành. - Rõ ràng, cuộc cách mạng công nghệ nano đã tạo ra những vấn đề mới về an ninh tổng hợp. Nó đòi hỏi mỗi quốc gia cũng như xí nghiệp phải có những chuyên gia thế hệ nắm vững những kiến thức sâu rộng về khoa học, về khả năng các phương tiện kĩ thuật hiện đại và cần phải cập nhật thông tin thường xuyên. Hiện nay, ở nhiều nước, trong đó có chính phủ Mỹ, đã đặc biệt coi trọng những phương thức phòng tránh mặt trái của công nghệ nano. 1.2. Tổng quan về các oxit và hydroxit của stronti, yttri và sắt 1.2.1. Oxit sắt Về tính chất vật lý, sắt là kim loại màu trắng xám, dễ rèn, dễ dát mỏng và gia công cơ học. Sắt có tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt. Dưới 800oC, sắt có tính nhiễm từ, bị nam châm hút và trở thành nam châm (tạm thời). Sắt có 4 dạng thù hình (dạng α, β, γ, δ) bền ở những khoảng nhiệt độ nhất định: α-Fe → β-Fe → γ-Fe → δ-Fe → Fe lỏng Những dạng α và β có cấu trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối nhưng có kiến trúc electron khác nhau nên Fe(α) có tính sắt và Fe(β) có tính thuận từ, Fe(α) khác với Fe(β) là không hòa tan. Dạng Fe(γ) có cấu trúc tinh thể lập phương tâm diện, dạng Fe(δ) có cấu trúc lập phương tâm khối như dạng α và β nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy. [4] Bảng 1.2. Các hằng số vật lý quan trọng của sắt [4] Độ dẫn Độ cứng BKNT Độ âm KLR điện To s (oC) To nc (oC) (thang (AO) điện (g/cm3) (Hg=1) Moxo) 10 2880 1536 1.26 1.83 7.91 4–5 SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 13
  16. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Năng lượng ion hóa: Mức năng I1 I2 I3 I4 I5 I6 lượng ion hóa Năng lượng 7.9 16.8 30.63 56 79 103 ion hóa (eV) Về oxit sắt: Bảng 1.3. Một số tính chất chung của các quặng oxit sắt. [17] Fe 2 O 3 có tính thuận từ, màu nâu đỏ. Trong hợp chất oxit sắt thì Fe(III) là chất có trạng thái spin cao (có các electron thuộc phân lớp d). Fe(III) với 5 electron d lớp ngoài cùng nên có năng lượng mạng lưới trường tinh thể ổn định. Sắt(III) oxit không chỉ là một vật liệu dùng trong chiến lược công nghiệp mà nó còn là một hợp chất được sử dụng rộng rãi trong việc nghiên cứu tính đa hình và sự thay đổi hình dạng trong các hạt nano. Sắt(III) oxit với tất cả các dạng thù hình của nó là một trong những oxit kim loại được sử dụng nhiều nhất với các ứng dụng khác nhau trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học và công nghiệp. SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 14
  17. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Fe 2 O 3 có dạng vô định hình và tồn tại bốn loại khác nhau (α–Fe 2 O 3 , β-Fe 2 O 3 , δ- Fe 2 O 3 , γ-Fe 2 O 3 ). α-Fe 2 O 3 và γ-Fe 2 O 3 được tìm thấy trong tự nhiên ở dạng khoáng hemantit và maghemie, bốn loại thù hình của Fe 2 O 3 có kích thước nano đã được tổng hợp và nghiên cứu rộng rãi trong những năm gần đây. Nhiệt biến đổi của sắt trong không khí khi bị oxi hoá làm cho các phản ứng không đồng nhất dẫn đến Fe 2 O 3 có những hình dạng khác nhau, do đó, nghiên cứu về Fe 2 O 3 trở thành một đề tài hấp dẫn, khá quan trọng trong ngành vật liệu vô cơ và hoá lý, hoá học chất rắn cũng như nhiều ngành khoa học và kỹ thuật khác (hình 1.5.). Mẫu nung có thể chứa một trong số bốn dạng thù hình của sắt(III) oxit. Các oxit sắt có thể được điều chế thành các hạt siêu mịn có kích thước khoảng một vài nanomet. Chất lượng và số lượng của pha thành phần trong quá trình nung phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: nhiệt độ, thời gian, áp lực, tốc độ dòng khí, độ dày của vật liệu, kích thước hạt, thành phần hoá học và cấu trúc của vật liệu. Việc xác định các hình dạng cụ thể của oxit sắt và các cơ chế hình thành nó trong quá trình biến đổi nhiệt không chỉ là những nghiên cứu khoa học mà nó còn thể hiện tầm quan trọng trong ngành kỹ thuật. [17] Fe 2 O 3 cũng là nguyên liệu đầu vào để sản xuất ferit, ngoài ra nó còn được sử dụng trong công nghệ sản xuất gốm sứ, nam châm vĩnh cửu, trong kỹ thuật lưu trữ phương tiện truyền thông. Tính điện, từ và khả năng quang học của các hạt nano siêu thuận từ có tầm quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp ứng dụng bao gồm cả việc phát triển mới các thiết bị điện và thiết bị quang học. Lợi thế của việc sử dụng các hạt Fe 2 O 3 kích thước nano là do chúng có tính ổn định hoá học. α-Fe 2 O 3 được nghiên cứu và tìm thấy trong tự nhiên dưới dạng quặng hemantit. Hemantit có dạng hình thoi ở trung tâm và có cấu trúc lục giác giống như hình dạng của những viên corodum (α-Al 2 O 3 ) trong mạng lưới oxit, trong đó ion sắt(III) chiếm 2/3 thể tích bát diện. SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 15
  18. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Hemantit là một trong những sản phẩm cuối cùng của sự biến đổi nhiệt của các hợp chất sắt(II) và sắt(III). Ngoài phương pháp xử lý nhiệt thì một loạt các phương pháp khác để tổng hợp hemantit đã được biết đến chẳng hạn như phương pháp ướt. Hemantit có thể được điều chế bằng cách thuỷ phân muối sắt trong môi trường axít mạnh (pH = 1÷2), ở nhiệt độ cao (100°C). β-Fe 2 O 3 có từ tính không ổn định là một điểm riêng để phân biệt nó với các dạng gamma, alpha và epsilon. β-Fe 2 O 3 siêu bền với nhiệt và được chuyển đổi thành hemantit ở nhiệt độ khoảng 500°C. γ-Fe 2 O 3 tồn tại trong tự nhiên dưới dạng khoáng maghemite. γ-Fe 2 O 3 không bền với nhiệt và được chuyển thành hemantit ở nhiệt độ cao hơn. Nhiệt độ và cơ chế của sự thay đổi cấu trúc phụ thuộc vào điều kiện thí nghiệm và đặc biệt là kích thước của các hạt maghemit. Trong trường hợp cấu trúc hạt bé thì ε-Fe 2 O 3 là chất trung gian trong sự chuyển đổi cấu trúc từ γ-Fe 2 O 3 → α-Fe 2 O 3 , cơ chế chuyển đổi thành hemantit phụ thuộc nhiều vào mức độ các hạt tích tụ. γ-Fe 2 O 3 (maghemit) đã thu hút được nhiều sự nghiên cứu do nó có tính từ và được sử dụng làm chất xúc tác. ε-Fe 2 O 3 có thể được xem là chất mới nhất trong hợp chất sắt(III) oxit, cấu trúc của nó được biết đến vào năm 1988 bởi Tronceet. ε-Fe 2 O 3 có hình dạng trực thoi với tám tế bào đơn vị. ε-Fe 2 O 3 được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel hoặc đun nóng dung dịch kali ferricyanide với hypochlorite natri và kali hydroxit, sau đó nung kết tủa ở 400°C. Nhiệt độ chuyển dạng thù hình từ ε-Fe 2 O 3 → α-Fe 2 O 3 nằm trong khoảng từ 500°C÷750°C. Kích thước của các hạt ε-Fe 2 O 3 được chuẩn bị theo những phương pháp khác nhau là khoảng 30÷80nm. Fe 2 O 3 được hình thành trong quá trình nhiệt phân của FeO(OH) ở 170°C trong chân không. Năm 1975, Howe và Gallagher đã biết được cơ chế mất nước và cấu trúc của oxit sắt. Họ thấy rằng các oxit có cấu trúc khuyết tật đều có tất cả các đặc tính của các hợp chất ban đầu. Bốn mô hình phân phối các anion chỗ trống trong mạng tinh thể oxit đã được đưa ra. Sắt oxit có cấu trúc dạng ống thì được giữ lại trong quá trình mất nước, ion sắt(III) có số phối trí là 4. SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 16
  19. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Theo Ayyubetal, một oxit sắt(III) vô định hình được hình thành từ các hạt rất nhỏ, có đường kính nhỏ hơn 5 nm. Van Diepen và Popma cho rằng trong Fe 2 O 3 vô định hình các ion sắt(III) được bao quanh bởi tám oxi có cấu trúc bát diện trong mạng tinh thể. Ayyubetal đã nêu được hai hiệu ứng tỏa nhiệt dựa trên đường phân tích nhiệt DTA, hiệu ứng tỏa nhiệt thứ nhất ở tại 290°C, ông cho rằng đó là sự hình thành của γ- Fe 2 O 3 và hiệu ứng nhiệt thứ hai ở tại 400°C đó là sự chuyển dạng thù hình từ γ-Fe 2 O 3 sang α-Fe 2 O 3 . Khi tăng nhiệt độ nung lên đến 600°C thì γ-Fe 2 O 3 và ε-Fe 2 O 3 đã không còn xuất hiện nữa nhưng thay vào đó là β-Fe 2 O 3 , cùng với sự tăng nhiệt độ thì β- Fe 2 O 3 cũng bị biến thành hemantit.[17] Fe 3 O 4 có màu đen xám, nó là hỗn hợp của FeO và Fe 2 O 3 . Fe 3 O 4 (magnetit) là loại có từ tính mạnh nhất trong tất cả các khoáng vật có mặt trong tự nhiên. Magnetit có vai trò quan trọng trong việc tìm hiểu các điều kiện môi trường hình thành đá. Magnetit phản ứng với ôxi để tạo ra hemantit và cặp khoáng vật hình thành một vùng đệm có thể khống chế sự phá hủy của ôxi. Magnetit là nguồn quặng sắt có giá trị, nó hòa tan chậm trong acid clohidric. Magnetit có thể được chế trong phòng thí nghiệm ở dạng nước theo phương pháp Massart bằng cách trộn sắt(II) clorua và sắt(III) clorua trong hydroxit natri. Magnetit cũng có thể được chế bởi sự đồng kết tủa, gồm một hỗn hợp dung dịch FeCl 3 .6H 2 O và FeCl 2 .4H 2 O (0.1 M) bằng động cơ quay với tốc độ khoảng 2000 vòng/phút. Tỷ lệ mol FeCl 3 :FeCl 2 có thể là 2:1, đun dung dịch này ở 70°C, và ngay sau đó nâng tốc độ quay lên 7500 vòng/phút và thêm nhanh dung dịch NH 4 OH (10% về thể tích), ngay lập tức sẽ hình thành kết tủa màu đen chứa các hạt magnetit kích thước nano. SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 17
  20. Khóa luận tốt nghiệp GVHD: TS. Nguyễn Anh Tiến Hình 1.5. Sơ đồ một số ngành nghiên cứu của oxit sắt trong tự nhiên. [17] Các hạt Fe 3 O 4 có đường kính trung bình nhỏ hơn 10 nm và có kích thước phân bố hẹp. Các dạng huyền phù của magnetit có thể trực tiếp bị ôxi hóa trong không khí để tạo thành γ-Fe 2 O 3 . Quá trình oxi hóa Fe 3 O 4 thành γ-Fe 2 O 3 được thực hiện bằng cách điều chỉnh độ pH của hydrosol của Fe 3 O 4 trong khoảng 3.5, các hydrosol được khuấy trong thời gian 30 phút ở 100°C. Dung dịch chuyển từ màu xanh đen sang màu nâu đỏ.[17] 1.2.2. Oxit yttri Y 2 O 3 là chất rắn màu trắng và ổn định trong không khí. Nó được sử dụng như là một nguyên liệu đầu vào phổ biến cho các ngành khoa học vật liệu cũng như trong tổng hợp vô cơ. Oxit yttri dùng chế tạo các dạng ngọc hồng lựu yttri sắt làm các bộ lọc vi sóng hiệu suất cao, được dùng làm chất xúc tác cho quá trình polyme hóa etylen. Ngọc hồng lựu yttri nhôm, Y 2 O 3 , florua yttri liti, vanadat yttri được dùng trong tổ hợp với các tác nhân kích thích (dopant) như terbi, ytterbi trong các laze cận - hồng ngoại, được sử dụng tại các điện cực của một số loại bu-gi hiệu suất cao. [5] Ngoài ra, oxit Y 2 O 3 được dùng để khử ôxi cho vanadi hay các kim loại phi sắt khác. Oxit yttri(III) được dùng như là phụ gia kết dính trong sản xuất nitrua silic xốp. Được sử dụng làm đèn huỳnh quang trong các loại kính hiển vi điện tử truyền, là chất phụ gia trong sơn, nhựa, nam châm vĩnh cửu, vật liệu phát sáng màu đỏ trong các loại đèn huỳnh quang. Các hợp chất chứa nguyên tố này hiếm khi được bắt gặp, nhưng nên hết sức cẩn thận do chúng có độc tính cao. Các muối của yttri có thể có khả năng gây ung thư. Khi nhiệt phân yttri hydroxit ở khoảng 500°C trong khoảng 2 giờ thì ta sẽ thu được oxit yttri. SV thực hiện: Trương Thị Minh Nghĩa Trang 18
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

TL.01: Bộ Tiểu Luận Triết Học
207 tài liệu
1470 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2