Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Chương 2 - MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU ZnS:Mn VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM.

Chương 2 - MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU ZnS:Mn VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM.

Tải bản đầy đủ - 0trang

+ Phải đảm bảo trong hỗn hợp pha rắn chứa hai ion kim loại theo đúng tỉ lệ

như trong sản phẩm gốm mong muốn: Chúng ta đã biết tích số tan của các chất khác

nhau là rất khác nhau. Do đó trong hỗn hợp hai chất kết tủa có thể chứa hai kim loại

khơng đúng như hai kim loại đó trong dung dịch chuẩn ban đầu. Vì vậy việc chọn

điều kiện để thu được kết tủa có tỉ lệ các cation kim loại theo ý muốn đòi hỏi phải

tiến hành thực nghiệm cụ thể trên từng loại vật liệu.

Dùng phương pháp đồng kết tủa có thể chế tạo được các hạt nano dưới dạng

bột có kích thước nhỏ ngay ở nhiệt độ phòng

2.1.2. Phương pháp thủy nhiệt.

Thủy nhiệt là quá trình hóa học xảy ra đối với dung dịch ở nhiệt độ trên

nhiệt độ phòng và áp suất lớn hơn 1atm trong một hệ kín [2]. Hệ này trơ với axít,

bazơ các tác nhân oxy hóa. Về mặt cơ học hệ này dễ dàng tháo lắp có độ dài phù

hợp với sự biến thiên nhiệt độ, chịu được nhiệt độ và áp suất cao trong thời gian dài.

Trong phương pháp thủy nhiệt, người ta sử dụng khả năng hòa tan trong nước của

hầu hết các chất vô cơ ở nhiệt độ cao, áp suất lớn và sự tinh thể hóa của chất lỏng

vật liệu hòa tan.

Dựa vào các kết quả thực nghiệm, ta thấy khoảng nhiệt độ được dùng

trong quá trình thủy nhiệt từ vài chục độ đến vài trăm độ 0C; còn áp suất khoảng vài

atm đến vài trăm atm. Trong phương pháp thủy nhiệt thì nhiệt độ phản ứng là thơng

số đóng vai trò quan trọng cho sự hình thành sản phẩm cũng như ổn định nhiệt động

học của các pha sản phẩm. Thời gian cũng là một thơng số quan trọng bởi vì các

pha ổn định diễn ra trong thời gian ngắn, còn các pha cân bằng nhiệt động học lại có

xu hướng hình thành sau một khoảng thời gian dài.

Khi bình thủy nhiệt được đưa vào nung ở nhiệt độ cao, nước sẽ bay

hơi. Do bình kín nên hơi nước sẽ đạt trạng thái bão hòa. Áp suất trong bình thủy

nhiệt là do hơi nước bão hòa gây nên. Khi thay đổi nhiệt độ thủy nhiệt thì áp suất

trong bình cũng thay đổi theo đó áp suất hơi bão hòa của nước phụ thuộc vào nhiệt

độ. Sự phụ thuộc áp suất hơi bão hòa trong bình vào nhiệt độ phản ứng được xác

định công thức Antonie [17].



18



P  10



A-



B

C T



( 2.1 )



trong đó: A, B, C là các hằng số xác định bằng thực nghiệm.

Khi chế tạo các hạt nano ZnS:Mn, chúng tôi sử dụng nhiệt độ trên 220 0C,

theo các tài liệu tham khảo ở khoảng nhiệt độ này các hằng số A, B, C có như sau:

A = 8,14019 ;



B = 1810,94 ;



C = 244,485.



Khi chế tạo các hạt nano ZnS:Mn (C Mn = 9 mol%) nhiệt độ phản ứng được

duy trì ở 2200C. Thay các giá trị nhiệt độ vào công thức Antonie chúng tơi đã xác

định được áp suất hơi bão hòa trong bình thủy nhiệt khoảng 23 atm

Phương pháp thuỷ nhiệt có các ưu điểm như: có khả năng điều chỉnh kích

thước, hình thái học của các hạt nano bằng cách thay đổi nhiệt độ và thời gian phản

ứng. Ngoài ra phương pháp thủy nhiệt có thể tạo ra các mẫu có độ tinh khiết cao và

thân thiện với mơi trường vì các phản ứng tạo kết tủa đều xảy trong các hệ kín.

2.2. Hệ chế tạo mẫu.

2.2.1. Cân chính xác

Để cân chính xác tới 0,1 mg, chúng tơi sử dụng hệ cân điện tử loại BP –

1218. Các thông số kĩ thuật của cân:

+ Khối lượng cực đại của mẫu cân m = 120g

+ Độ chính xác 10-4g ( 0,1 mg ),

+ Chế độ nguồn 12 – 30 V ( DC ).



19



Hình 2.1. Cân điện tử loại BP-1218



2.2.2. Máy rung siêu âm.

Máy rung siêu âm được sử dụng để làm sạch các dụng cụ thí nghiệm. Máy có

dung tích 10 lít, các thang điều chỉnh nhiệt độ của dung dịch bên trong và điều

chỉnh thời gian làm sạch tối đa là 15 phút, sử dụng nguồn điện 220V (hình 2.2).



Hình 2.2. Máy rung siêu âm.



Máy rung siêu âm hoạt động theo nguyên lí sau: Chỉ cần nhúng những dụng

cụ cần phải làm sạch vào bể chứa dung dịch rửa (như nước xà phòng, xăng…) sau

đó đưa sóng siêu âm vào dung dịch rửa, điều chỉnh nút thời gian tẩy rửa cần thiết,

dụng cụ sẽ được làm sạch. Dưới tác dụng của sóng siêu âm, dung dịch rửa lúc thì bị

ép lại đặc hơn, lúc thì bị dãn ra lỗng hơn. Do dung dịch không chịu nổi lực kéo nên



20



khi bị kéo ra loãng hơn đã tạo thành những chỗ trống, sinh ra rất nhiều bọt khơng

khí nhỏ. Những bọt này trong chớp mắt sẽ vỡ tan ra. Quá trình vỡ bọt sinh ra những

luồng sóng xung kích nhỏ rất mạnh, được gọi là “hiện tượng tạo chân không”.Do

tần số của sóng siêu âm rất cao, những bọt khơng khí nhỏ ln phiên xuất hiện, mất

đi vơ cùng nhanh chóng. Sóng xung kích mà chúng sản ra giống như mn nghìn

chiếc “chổi nhỏ” vơ hình rất nhanh và rất mạnh lan tới, chải quét mọi nơi của các

dụng cụ.

2.2.3. Máy khuấy từ gia nhiệt.

Để hòa tan các chất vào trong dung môi và trộn đều các chất với nhau

chúng tôi đã tiến hành pha trộn chúng trong cốc thủy tinh đặt trên máy khuấy từ có

gia nhiệt của hãng VELP – Ý, model: ARE (hình 2.3):



Hình 2.3. Máy khuấy từ có gia nhiệt



Máy có cơng suất 630W với tốc độ khuấy từ 50  1200 vòng/phút chia làm 9

nấc, khả năng gia nhiệt từ nhiệt độ phòng tới 370 oC với 7 nấc chia, sử dụng nguồn

điện 220V  230 V.

2.2.4. Máy đo độ pH

Thiết bị được thiết kế cầm tay, dễ sử dụng và tiện dụng cho các phép đo hiện

trường. Có thể đo pH, mV và nhiệt độ. Chế độ chuẩn bằng tay thông qua 2 nút chức

năng. Chế độ bù nhiệt tự động. Chế độ thông báo thời hạn pin hiện thị trên màn

hình LCD



21



Thiết bị được thiết kế cầm tay, dễ sử dụng và tiện dụng cho các phép đo hiện

trường. Có thể đo pH, mV và nhiệt độ.

Chế độ chuẩn bằng tay thông qua 2 nút chức năng. Chế độ bù nhiệt tự động.

Chế độ thông báo thời hạn pin hiện thị trên màn hình LCD.

Thang đo pH : 000 tới 14,00 pH / mV ±1999 mV

Nhiệt độ : 0,0 tới 100,0°C

Độ phân giải pH : 0,01 pH/mV : 1 mV/ Nhiệt độ : 0,1°C

Độ chính xác pH : ± 0,01 pH / mV : ± 1 mV

Nhiệt độ : ± 0,4°C



Điện cực



.

Hình 2.4. Máy đo độ pH – HANA HI 8314



Hiệu chuẩn pH : Bằng tay tại 2 điểm thông qua các nút điều chỉnh (offset

±1 pH; slope 85 to 105%)

Bù nhiệt : Tự động, 0 đến 70°C (32 đến 158°F)

Đầu nối điện cực : DIN

Điện cực : Điện cực pH HI 1217D, chức năng kép, gel filled, với điện cực

nhiệt độ đồng bộ, cáp 1m.

Trở kháng vào : 1012 Ohm

Nguồn : Pin 1 x 9V / approx. 100 giờ sử dụng

Môi trường : 0 tới 50°C (32 to 122°F); RH max 95%

Kích thước : 164 x 76 x 45 mm (6,5 x 3,0 x 1,8")



22



Khối lượng : 180 g (6,3 oz.)

2.2.5. Hệ thủy nhiệt tạo kết tủa.

Hệ thủy nhiệt gồm có:

a) Bình thủy tinh. Bình teflon. Bình inox. ( hình 2.5a)

+ Bình thủy tinh. Ống thủy tinh chịu được nhiệt độ cao, đường kính

ống là 20mm và thể tích ống 70ml.

+ Bình teflon.

+ Bình Inox: Được làm từ inox dày 1,5 cm bao kín ống teflon, bình

inox có van siết chặt để cố định ống teflon cũng như giữ chặt nắp ống ở áp

suất cao.



b



a

Hình 2.5. Bình thủy nhiệt (a), lò thủy nhiệt (b)



b) Lò thủy nhiệt: (hình 2.5b)

Đặc tính kỹ thuật:

+ Nhiệt độ tối đa: 2500C

+ Thời gian tối đa: 99h

+ Bộ điều khiển PID vi mạch xử lý, cung cấp nhiệt độ chính xác và tin cậy,

hiển thị nhiệt độ thực.

+ Có chức năng cài đặt thời gian tắt/ mở tự động



23



+ Lằm bằng thép không gỉ

2.2.6. Hệ sấy và ủ mẫu.

2.2.6.1. Hệ lò sấy

Hệ lò sấy sử dụng trong q trình làm khơ dụng cụ trong q trình thực nghiệm.

Có nhiệt độ tối đa là 2000C thời gian sấy tối đa cho một lượt là 90 phút (hình 2.6).



Hình 2.6. Lò sấy dụng cụ



2.2.6.2. Hệ lò ủ



Để ủ các mẫu phát quang ZnS:Mn bọc phủ PVP chúng tơi đã dùng hệ

lò lung và ủ mẫu hình 2.7.

Hệ này có các thơng số kĩ thuật sau:

- Nhiệt độ nung tối đa đến 30000C

- Chế độ nguồn: U = 220 (V), f = 50-60 (Hz), I = 40(A)



24



Hình 2.7. Hệ lò nung và ủ mẫu



2.3. Hệ xác định cấu trúc, hình thái học của mẫu

2.3.1. Phổ nhiều xạ tia X ( giản đồ XRD ).

Nguyên tắc chung của phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể và

thành phần pha bằng nhiễu xạ tia X (XRD) dựa trên hiện tượng nhiễu xạ tia X của

mạng tinh thể khi thỏa mãn điều kiện Bragg :

2dsin = n (n = 1, 2,…)



(2.2)



trong đó : d là khoảng cách giữa các mặt nguyên tử phản xạ,  là góc phản xạ,  là

bước sóng của tia X và n là số bậc phản xạ. Tập hợp các cực đại nhiễu xạ Bragg

dưới các góc 2 khác nhau có thể ghi nhận bằng sử dụng phim hay detectơ. Trên cơ

sở đó phân tích các đặc trưng về cấu trúc tinh thể, độ đơn pha và nhiều thông số liên

quan khác của mẫu khảo sát. Các mẫu trong khóa luận này được phân tích cấu trúc

bằng nhiễu xạ kế tia XD8 Advance của hãng Bruker (Đức) tại Phòng thí nghiệm



25



Hoá Vật liệu, Khoa Hoá học, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia

Hà Nội với bước sóng tia X tới từ bức xạ K của Cu là : Cu = 1,54056 Å.

1

2

d









 



Hình 2.8.  Sự tán xạ của một cặp tia X phản xạ trên hai mặt

phẳng nguyên tử liên tiếp



Hình 2.9. Hệ đo phổ nhiễu xạ tia X- XD8 Advance



Đối với các bột huỳnh quang hiệu ứng quang học rất rõ khi pha tạp, nhưng

để nhận biết được độ pha tạp qua thay đổi hằng số mạng với các nồng độ pha tạp bé

là rất khó, đòi hỏi phép đo và phân tích phải rất chuẩn xác và phụ thuộc vào các

trường hợp cụ thể.



26



2.3.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua

Kính hiển vi điện tử truyền qua TEM là một thiết bị nghiên cứu vi cấu trúc

vật rắn, sử dụng chùm điện tử có năng lượng cao chiếu xuyên qua mẫu vật rắn

mỏng và sử dụng các thấu kính từ để tạo ảnh với độ phóng đại lớn.

Nguồn

electron

Các thấu

kính hội tụ



Chùm

điện tử



Mẫu

Vật kính



Hệ thấu

kính



Khẩu độ

vật kính



Màn

quan sát



Hình 2.10. Kính hiển vi điện tử truyền qua JEM-1010



Cấu trúc và nguyên tắc làm việc của TEM:

Về mặt nguyên lý, TEM cũng có cấu trúc tương tự như kính hiển vi quang học với

nguồn sáng (lúc này là nguồn điện tử), các hệ thấu kính (hội tụ, tạo ảnh…), các

khẩu độ… Tuy nhiên, TEM đã vượt xa khả năng của một kính hiển vi truyền thống

ngồi việc quan sát vật nhỏ, đến các khả năng phân tích đặc biệt mà kính hiển vi

quang học cũng như nhiều loại kính hiển vi khác khơng thể có nhờ tương tác giữa

chùm điện tử với mẫu.

2.4. Hệ đo tính chất quang của mẫu.

2.4.1. Hệ đo phổ hấp thụ Jasco – V670

* Phần cứng và các thơng số:

Khoảng bước sóng: 190- 1100 nm

Độ chính xác bước sóng: ± 0,2 nm

Độ lặp lại bước sóng: ± 0,1 nm

Tốc độ quét bước sóng: 8000 nm/phút



27



Độ rộng khe phổ: 1,5 nm

Hệ thống quang học: hai chùm tia, cách tử nhiễu xạ 1,200 vạch/nm



Hình 2.11. Hệ đo phổ hấp thụ JASCO – V670



Nguồn sáng: đèn deuterium, đèn halogen

Đầu dò: Silicon photodiode S 1337

Khoảng trắc quang:

Hấp thụ: - 2 đến + 3Abs

Truyền qua: - 10000 ~ 10000% T

Độ chính xác trắc quang: ± 0,002 Abs (0 – 0,5 Abs)

± 0,003 Abs (0,5 – 1 Abs)

± 0,3 %T

Độ lặp lại trắc quang:



± 0,001 Abs (0 – 0,5 Abs)

± 0,002 Abs (0,5 – 1 Abs)



Độ ổn định đường nền: ± 0,0004 Abs/giờ

Độ nhiễu quang RMS: 0,00006 Abs

Kích thước (LxWxH): 486 x 411x216

Nguồn điện: 230V/50Hz, 105 VA

Trọng lượng: 15 kg

Điều khiển thiết bị, hiển thi dữ liệu, lưu trữ số liệu, tạo lập báo cáo

* Tính năng của phần mềm:



28



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Chương 2 - MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU ZnS:Mn VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×