intTypePromotion=1

Tổng hợp Forsterite Mg2SiO4 Pha Ni

Chia sẻ: Lê Thị Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

0
32
lượt xem
6
download

Tổng hợp Forsterite Mg2SiO4 Pha Ni

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài này, tác giả nghiên cứu chế tạo Forsterite Mg2SiO4 có pha tạp Ni để làm nguyên liệu cho vật liệu laser và quang học. Các phương pháp phân tích nhiệt (TGA, DTA), nhiễu xạ tia X (XRD) và huỳnh quang được sử dụng để nghiên cứu quá trình hình thành pha và đưa tạp vào tinh thể.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Tổng hợp Forsterite Mg2SiO4 Pha Ni

  1. T¹p chÝ Hãa häc, T. 45 (6A), Tr. 7 - 10, 2007 TæNG HîP FORSTERITE Mg2SiO4 PHA Ni §Õn Tßa so¹n 15-11-2007 Ph¹m Gia Ng÷, § o Quèc H ¬ng, Ph¹m V¨n L©m ViÖn Hãa häc, ViÖn Khoa häc v% C«ng nghÖ ViÖt Nam SUMMARY In this work, Ni-doped Mg2SiO4 was synthesized by sol-gel method, using TEOS and MgCl2.6H2O, NiSO4.7H2O. TEOS was directly hydrolyzed in aqueous solution of MgCl2 and NiSO4 (0,1 wt %) in presence of NH4OH (pH = 11 - 12) resulting to gel mixture of silicic acid, magnesium hydroxide and nickel hydroxide. The gel mixture was filtered, washed and then thermal treated at high temperature. The decomposition of gel precursor mixture and formation of Ni-doped Mg2SiO4 depend strongly on the thermal treatment. Themal gravimetry analysis (TGA) and Differential thermal analysis (DTA) and X-ray diffraction (XRD) indicated thermal decomposition of mixture until 750oC and the formation of phase Ni-doped Mg2SiO4 at 900oC. During the process, Ni-doping dispersed uniformly into Mg2SiO4. The luminescence of Ni in Ni- doped Mg2SiO4 was observed. I - Më §ÇU bè ®ång nhÊt v& cã nhiÖt ®é ph©n huû thÊp, t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho ph¶n óng pha r¾n [9]. Trong hÖ MgO-SiO2, Forsterite Mg2SiO4 tõ Trong b&i n&y, chóng t«i nghiªn cøu chÕ t¹o l©u ® cã nhiÒu øng dông l&m vËt liÖu chÞu nhiÖt Forsterite Mg2SiO4 cã pha t¹p Ni ®Ó l&m nguyªn v& c¸ch nhiÖt [1]. GÇn ®©y, Mg2SiO4 ë d¹ng tinh liÖu cho vËt liÖu laser v& quang häc. C¸c ph8¬ng thÓ, cã pha t¹p ®8îc dïng l&m vËt liÖu quang ph¸p ph©n tÝch nhiÖt (TGA, DTA), nhiÔu x¹ tia häc, laser [2,3]. ë d¹ng bét mÞn, Mg2SiO4 l& X (XRD) v& huúnh quang ®8îc sö dông ®Ó th&nh phÇn quan träng trong c¸c gèm sinh häc nghiªn cøu qu¸ tr×nh h×nh th&nh pha v& ®8a t¹p do cã ®é bÒn hãa häc cao, kh«ng ®éc h¹i, kh«ng v&o tinh thÓ. bÞ c¬ thÓ ®&o th¶i... Theo ph8¬ng ph¸p truyÒn thèng, Forsterite cã thÓ ®iÒu chÕ b»ng ph¶n øng II - THùC NGHIÖM pha r¾n [4]. Víi ph8¬ng ph¸p n&y qu¸ tr×nh tæng hîp ph¶i thùc hiÖn trong thêi gian d&i ë nhiÖt ®é 1. Hãa chÊt cao 1400 - 1500oC v× c¸c chÊt ®Çu v& s¶n phÈm ®Òu ë tr¹ng th¸i r¾n, tèc ®é ph¶n øng bÞ giíi h¹n §Ó tæng hîp Forsterite Mg2SiO4 pha Ni c¸c bëi qu¸ tr×nh khuÕch t¸n trong pha r¾n. §Ó kh¾c hãa chÊt Si(C2H5O)4 (TEOS, Aldrich), phôc nh÷ng nh8îc ®iÓm trªn, nhiÒu t¸c gi¶ ® sö MgCl2.6H2O, NiSO4.7H2O v& NH4OH (Trung dông ph8¬ng ph¸p kÕt tña ®ång thêi v& ph8¬ng Quèc) cã ®é s¹ch PA ® ®8îc sö dông. ph¸p sol-gel ®Ó chÕ t¹o Forsterite nãi riªng v& 2. Qu¸ tr×nh tæng hîp c¸c vËt liÖu gèm nãi chung [5,6,7,8]. ¦u ®iÓm cña c¸c ph8¬ng ph¸p n&y l& t¹o ra vËt liÖu cã ®é C¸c hãa chÊt MgCl2.6H2O v& Si(C2H5O)4 s¹ch v& ®é ®ång nhÊt cao trong thêi gian ng¾n ë ®8îc tÝnh to¸n theo hîp thøc cña Mg2SiO4 nhiÖt ®é thÊp. B¶n chÊt cña ph8¬ng ph¸p n&y l& L8îng NiSO4.7H2O ®8îc tÝnh to¸n sao cho t¹o ra c¸c hîp chÊt trung gian ë tr¹ng th¸i ph©n th&nh phÇn Ni trong s¶n phÈm b»ng 0,1% khèi 7
  2. l8îng. Pha 100 ml dung dÞch hçn hîp chøa 0,67 - Nung ®Õn nhiÖt ®é 900oC, tèc ®é t¨ng mmol/l NiSO4 v& 0,71 mol/l MgCl2. nhiÖt 10oC/phót, l8u mÉu ë 900oC trong thêi Hçn hîp dung dÞch muèi MgCl2.6H2O, gian 30 phót. NiSO4.7H2O ® chuÈn bÞ nh8 trªn ®8îc ®un C¸c s¶n phÈm thu ®8îc sau nung ®8îc ®Æc nãng trªn m¸y khuÊy tõ ë nhiÖt ®é cì 70 - 80oC. tr8ng b»ng ph8¬ng ph¸p nhiÔu x¹ tia X trªn thiÕt L8îng TEOS ®8îc nhá giät tõ tõ v&o dung dÞch, bÞ D5000 (Siemens, CHLB §øc), ph8¬ng ph¸p ®ång thêi sö dông NH4OH 10% ®Ó ®iÒu chØnh huúnh quang trªn m¸y Microspec 2300i (Mü) pH lu«n trong kho¶ng 10 - 11. Ph¶n øng t¹o ra (dïng laser Kimmon- NhËt B¶n) v& Raman trªn dung dÞch huyÒn phï mÇu tr¾ng s÷a. Sau khi m¸y LABRAM 1B. dïng hÕt TEOS, tiÕp tôc khuÊy v& ®un nãng dung dÞch huyÒn phï ë 90 - 100oC kho¶ng 60 III - KÕT QU¶ V B N LUËN phót. TiÕn h&nh läc, röa huyÒn phï b»ng n8íc cÊt ®Ó lo¹i hÕt c¸c s¶n phÈm phô. SÊy kÕt tña Sù thuû ph©n trùc tiÕp cña TEOS trong hçn nh o, tr¾ng mÞn thu ®8îc ë 100oC kho¶ng 48 hîp dung dÞch MgCl2 v& NiSO4 ë kho¶ng pH = giê. 10 - 11 t¹o th&nh hçn hîp gel ®ång nhÊt gi÷a §Ó x¸c ®Þnh h&nh vi nhiÖt cña hçn hîp gel H2SiO3, Mg(OH)2 v& Ni(OH)2. ë ®©y NH4OH sau khi sÊy chóng t«i sö dông ph8¬ng ph¸p ph©n ®ãng vai trß kiÒm yÕu, ®Èy nhanh qu¸ tr×nh t¹o tÝch nhiÖt (TGA v& DTA) trªn hÖ thiÕt bÞ th&nh gel Mg(OH)2,Ni(OH)2 ®ång thêi víi gel Shimadzu TA-50 (NhËt B¶n) víi tèc ®é t¨ng H2SiO3. ViÖc tiÕp tôc khuÊy ë nhiÖt ®é 90-100oC nhiÖt tuyÕn tÝnh 10oC/phót tõ nhiÖt ®é phßng sau khi ph¶n øng kÕt thóc cã t¸c dông l&m bÒn ®Õn 900oC. hãa hçn hîp gel, ®ång thêi chuyÓn mét phÇn gel §Ó x¸c ®Þnh nhiÖt ®é nung hîp lý chóng t«i H2SiO3, Mg(OH)2 v& Ni(OH)2 th&nh SiO2.H2O, tiÕn h&nh nung hçn hîp gel theo hai chÕ ®é: MgO.H2O, Mg3Si4O10(OH)12, Ni2O3.H2O... ViÖc l&m bÒn hãa hçn hîp gel cã t¸c dông ng¨n ngõa - Nung ®Õn nhiÖt ®é 500oC, tèc ®é t¨ng nhiÖt sù ho& tan cña chóng trong qu¸ tr×nh läc, röa 10 C/phót, l8u mÉu ë 500oC trong thêi gian 30 o tiÕp theo. phót. H×nh 1: Gi¶n ®å ph©n tÝch nhiÖt TGA v& DTA cña hçn hîp gel H2SiO3-Mg(OH)2 Gi¶n ®å ph©n tÝch nhiÖt TGA v& DTA cña ®é 100 -142oC, 260 - 300oC v& 471 - 500oC. T¹i hçn hîp gel H2SiO3-Mg(OH)2, cã mÆt Ni(OH)2 vïng 100 - 142oC, ngo&i viÖc gi¶m khèi l8îng (h×nh 1) cho thÊy qu¸ tr×nh hao hôt khèi l8îng do sù mÊt n8íc Èm trong mÉu, b¾t ®Çu x¶y ra x¶y ra theo 3 b8íc râ rÖt øng víi c¸c vïng nhiÖt qu¸ tr×nh dehydrat c¸c gel H2SiO3 v& gel 8
  3. Mg(OH)2 th&nh SiO2 v& MgO. ViÖc mÊt n8íc øng ® kÕt thóc ho&n to&n. §iÒu n&y còng thÓ kÕt tinh cña hçn hîp gel x¶y ra øng víi víi c¸c hiÖn trªn gi¶n ®å nhiÔu x¹ tia X (h×nh 2). ®Ønh ë 260oC, 471oC v& cã thÓ kÐo d&i ®Õn Gi¶n ®å nhiÔu x¹ tia X cña mÉu sau khi 750oC. nung ®Õn 500oC (h×nh 2a) cho thÊy Forsterite Trong giai ®o¹n n&y ®ång thêi víi qu¸ tr×nh Mg2SiO4 ®¬n pha ® h×nh th&nh t8¬ng ®èi râ dehydrat, qu¸ tr×nh ph¶n øng t¹o th&nh pha míi r&ng ë nhiÖt ®é n&y. Tinh thÓ tiÕp tôc ph¸t triÓn Forsterite Mg2SiO4 gi÷a SiO2 v& MgO (võa míi khi nung ®Õn nhiÖt ®é cao h¬n, ë 900oC tinh thÓ t¹o th&nh ë tr¹ng th¸i ®ång nhÊt) còng b¾t ®Çu. ho&n chØnh h¬n thÓ hiÖn trªn gi¶n ®å XRD (h×nh §Õn nhiÖt ®é 900oC cã thÓ coi qu¸ tr×nh ph¶n 2b) víi c¸c pic s¾c nÐt v& nhän h¬n. (a) (b) H×nh 2: Gi¶n ®å nhiÔu x¹ tia X cña c#c mÉu Mg2SiO4 a. Gel hçn hîp sau khi nung ë 500oC, b. MÉu nung 30 phót ë 900oC D÷ liÖu XRD còng cho thÊy, viÖc pha t¹p Ni cho vËt liÖu. V× vËy, ®Ó x¸c ®Þnh sù cã mÆt cña víi h&m l8îng nhá nh8 vËy kh«ng l&m ¶nh niken trong pha tinh thÓ cña Forsterite, chóng h8ëng ®Õn cÊu tróc cña Forsterite. t«i sö dông phæ huúnh quang. Víi mÉu kh«ng §Ó kh¼ng ®Þnh thªm sù ®¬n pha cña pha pha t¹p chóng ta kh«ng nhËn ®8îc phæ huúnh Forsterite, mÉu ®8îc ®o phæ Raman. H×nh 3 l& quang, cßn víi mÉu pha t¹p (0,1%Ni) ® nhËn phæ Raman cña mÉu víi c¸c v¹ch ®Æc tr8ng cña ®8îc phæ huúnh quang víi c¸c pic huúnh quang pha Forsterite. rÊt m¹nh (h×nh 4). Trªn c¬ së ®ã cã thÓ kh¼ng Niken ®8îc ®8a v&o m¹ng tinh thÓ cña ®Þnh r»ng Ni ® ®8îc pha t¹p v&o m¹ng tinh thÓ Forsterite víi vai trß l&m t¹p ph¸t huúnh quang Forsterite. H×nh 3: Phæ Raman cña mÉu nung 30 phót ë 900oC 9
  4. H×nh 4: Phæ huúnh quang cña Ni trong Forsterite (mÉu nung 30 phót ë 900oC) IV - KÕT LUËN T I LIÖU THAM KH¶O Sö dông ph8¬ng ph¸p Sol-gel ® tæng hîp 1. R. K. Iler. The chemisstry of silica, Vol. 1, th&nh c«ng ®a tinh thÓ Forsterite Mg2SiO4 ®¬n Wiley, NewYork (1979). pha cã pha t¹p Ni. Ph¶n øng tæng hîp ®8îc thùc 2. D. Elwell. Man-made Gemstones Center for hiÖn ë nhiÖt ®é thÊp (900oC) so víi ph8¬ng ph¸p Materials Research Stanford University. tæng hîp pha r¾n truyÒn thèng (1400 - 1500oC). 3. V. F. Lebedev, ID. Ryabob, A. V. Gaister, §©y l& nh÷ng kÕt qu¶ b8íc ®Çu ®Þnh h8íng E. V. Zharikov. Russian Solid state Physics, cho viÖc nghiªn cøu chÕ t¹o nguyªn liÖu cho vËt Vol. 47, No. 8, P. 1447 - 1449 (2005). liÖu laser trªn nÒn ®a tinh thÓ Forsterite Mg2SiO4 ®¬n pha. 4. G. W. Brindley, R. Hayami. Phil. Mag., 12, 505 (1965). ViÖc x¸c ®Þnh h&m l8îng Ni còng nh8 tr¹ng th¸i cña nã trong ®a tinh thÓ Forsterite Mg2SiO4 5. A. Kazakos, S. Komarneni, R. Roy. Mater. sÏ ®8îc tiÕp tôc nghiªn cøu. Lett. 9, 405 (1990). 6. B. E. Yoldas. J. Mater. Sci., 12, 1203 C«ng tr×nh n%y ®Hîc sù gióp ®ì t%i chÝnh (1977). cña chH¬ng tr×nh NCCB vÒ Hãa häc. C¸c t¸c 7. B. D. Mitchell, D. Jackson, P. F. James. gi¶ tr©n träng c¶m ¬n Ban chñ nhiÖm chH¬ng Journal of Non-Crystalline Solid, 225, 125 tr×nh. C¸c t¸c gi¶ xin ch©n th%nh c¶m ¬n (1998). PGS.TS. Phan VÜnh Phóc, TS. NguyÔn Xu©n 8. A. Douy. Journal of Sol-gel Science and NghÜa, TS. Ph¹m Hång DH¬ng, ThS. NguyÔn Technology, 24, 221 (2002). Thanh Ng©n ®X gióp ®ì trong viÖc ®o XRD, Raman v% phæ huúnh quang. 9. C. J. Brinker and G. W. Scherer. Academic Press, San Diego (1990). 10

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản