Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết Nối
Chế tạo vật liệu Nano perovskite LaMnO3
Chế tạo nano perovskite bằng phương pháp sol-gel hướng ứng dụng trong y sinh học
Mở đầu
Trong những năm gần đây vật liệu perovskite đã thu hút được nhiều sự chú ý bởi chúng thể hiện những tính chất thú vị, thể hiện các ứng dụng tiềm năng trong thương mại [15], kỹ thuật cao [16], y sinh học [13]. Một số loại vật liệu perovskite mang từ trở lớn [14], là siêu dẫn nhiệt độ cao , có trật tự điện tích hay dẫn dòng spin [11]. Các tính chất điện, từ, nhiệt của chúng cũng rất thú vị và đặc biệt khi chúng kết hợp với nhau. Chúng được dùng để làm vật liệu ghi từ, cảm biến, điện cực trong acquy dùng cho ôtô hybrid. Ngoài ra chúng là những vật liệu tiềm năng để chế tạo thiết bị ghi nhớ hay ứng dụng trong thiết bị spintronics. Với rất nhiều ứng dụng như vậy nên vật liệu perovskite được coi là một trong số những vật liệu lý thú. Ở Việt Nam vật liệu perovskite được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh nhưng với hướng nghiên cứu chủ yếu là đi sâu tính vào tính chất điện và tính chất từ [1]. Ngày nay tính chất quang của vật liệu perovskite cũng đã bắt đầu được quan tâm của các nhà nghiên cứu, đặc biệt là các hạt nano perovskite phát quang mạnh với tiềm năng ứng dụng trong việc đánh dấu các phân tử sinh học. cảm biến sinh học, phát hiện các tế bào ung thư...
LaMnO3 là một perovskite với cấu trúc ABO3, trong đó A là nguyên tố đất hiếm, B là kim loại chuyển tiếp. Các ion La có thể được thay thế bởi các ion đất hiếm khác, vị trí của Mn có thể thay thế bằng các ion kim loại chuyển tiếp nhờ vậy mà từ gốc này ta có thể thu được rất nhiều hợp chất. Không chỉ vậy ta còn có thể thay đổi nồng độ của các chất tham gia nhằm tạo ra nhiều hợp chất với tính chất khac nhau. Để chế tạo vật liệu có tính phát quang định hướng ứng dụng trong y sinh ta có thể đưa vào vật liệu nền Eu là một nguyên tố thuộc nhóm đất hiếm có tính phát quang mạnh để thay thế vị trí của La.
Các vật liệu perovskite được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp gốm, bốc bay nhiệt, nguội nhanh nhưng cũng có thể được chế tạo bằng phương pháp hóa như phương pháp đồng kết tủa hay phương pháp sol-gel. Phương pháp sol-gel là phương pháp đơn giản nhưng có khả năng tạo ra những hạt nano với độ đồng đều cao [1].
Trong khuôn khổ khóa luận này tui xin trình bày những kết quả bước đầu trong việc chế tạo nano perovskite La1-xEuxMn0.9Zn0.1O3+d bằng phương pháp sol-gel hướng ứng dụng trong y sinh học. Kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy sự thay đổi cấu trúc và tính chất của vật liệu nano perovskite theo chế độ tạo mẫu và thành phần vật liệu ban đầu.
Chương 1: Tổng quan
Trong phần này, tui giới thiệu một số vấn đề liên quan như: cấu trúc tinh thể của vật liệu perovskite, một số tính chất trong các vật liệu perovskite LaMnO3 và hợp chất pha tạp của chúng, phương pháp chế tạo mẫu, khái quát về đặc điểm và tính chất của các nguyên tố đất hiếm.
1.1. Khái quát chung về perovskite :
1.1.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu perovskite:
Perovskite là tên gọi chung của các vật liệu có cấu trúc tinh thể giống với cấu trúc của canxi titanat (CaTiO3). Tên gọi của perovskite được đặt theo tên gọi của nhà khoáng học người Nga L.A.Perovski (1792 - 1856), người có công nghiên cứu và phát hiện ra vật liệu này ờ vùng núi Uran của Nga năm 1839 [2].
Cấu trúc perovskite ABO3 do H.D.Megaw phát hiện lần đầu tiên năm 1864 trong khoáng chất CaTiO3. A ở đây có thể là cation kim loại kiềm thổ, đất hiếm,... Tùy theo nguyên tố ở vị trí B mà có thể phân thành nhiều họ perovskite khác nhau. Ví dụ khi B = Mn ta có họ manganite, B = Ti ta có họ titanate. Cấu trúc perovskite lý tưởng (không pha tạp) ABO3 được mô tả trên hình 1.
Ô mạng cơ sở là một hình lập phương với các hằng số mạng là a = b = c và α = β = γ = 90o. Các cation A nằm ở vị trí có số phối vị là 12 với các ion lân cận là anion oxy. Các cation B nằm tại tâm của bát diện (số phối vị là 6) với 6 anion oxy nằm tại 6 đỉnh của bát diện [2]. Đặc trưng của cấu trúc perovskite là tồn tại bát diện BO6 nội tiếp trong ô mạng cơ sở với 6 anion oxy tại các đỉnh của bát diện và 1 cation B tại tâm của bát diện. Cấu trúc tinh thể có thể thay đổi từ lập phương sang dạng khác như trực giao hay trực thoi khi các ion A hay B bị thay thế bởi các nguyên tố khác.
Để đặc trưng cho mức độ méo mạng của tinh thể ABO3 (điều kiện bền vững của cấu trúc perovskite ), V.Gold Schmidt đã đưa ra định nghĩa về thừa số Gold Schmidt t [12]:
(trong đó ra, rb, ro lần lượt là bán kính của các ion ở vị trí A, B, O)
Cấu trúc perovskite được coi là ổn định khi 0,79 < t < 1,00 ( theo Goldschmit ) với bán kính oxy là ro = 1,36 Å.
t = 1: trường hợp các ion có bán kính lý tưởng (cấu trúc perovskite lập phương lý tưởng )
0.96 < t < 1: cấu trúc hình thoi (rhombohedral)
0,76 < t < 0.96: cấu trúc trực giao (orhorhombic) kèm góc liên kết B – O – B () bị uốn và lệch khỏi 180O
1.1.3. Vật liệu perovskite họ manganite :
Các vật liệu perovskite họ manganite (gọi là perovskite manganite) bắt đầu được nghiên cứu một cách cơ bản từ những năm 1950. Từ sau 1993 đến nay, do sự phát hiện ra hiệu ứng từ trở lớn (Colossal MagnetoResistance, CMR) và sự phát triển vũ bão trong lĩnh vực vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao với cấu trúc cơ sở perovskite, các vật liệu này đã thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới [6].
Hiệu ứng từ trở lớn (CMR) của perovskite maganite là sự biến đổi rất lớn của điện trở suất tương đối khi có tác dụng của từ trường ngoài. CMR phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hóa trị của ion Mn trong tinh thể, kích thước cation ở vị trí A, sự biến đổi cấu trúc tinh thể và các ion tạp chất thay thế vị trí Mn, v.v...
Trong những năm gần đây, hợp chất LaMnO3+d có thể được sử dụng làm vật liệu nền cho những ion tạp chất đất hiếm khác, những ion kim loại kiềm và những ion kim loại kiềm thổ, nhằm chế tạo các vật liệu phát quang mạnh [8]. Những nghiên cứu gần đây cho thấy sự thay thế vị trí của ion La bằng ion đất hiếm khác, hay thay thế vị trí của ion Mn bằng các ion kim loại kiềm thổ có thể thu được các hợp chất với rất nhiều tính chất hóa học và vật lý mới. Trong số các ion đất hiếm, ion Eu3+ được coi là tạp chất phát huỳnh quang màu đỏ hiệu suất nhất vì các chuyển dời (với j = 0, 1, 2, 3, 4) bên trong ion này. Vì vậy, ion tạp chất Eu3+ đã được pha vào rất nhiều vật liệu nền vô cơ. Trong nghiên cứu này chúng tui đã thử nghiệm sử dụng ion Eu3+ để thay thế vị trí của La, với hy vọng tổng hợp được vật liệu phát huỳnh quang mạnh.
Trong khóa luận chúng tui đã đạt được một số kết quả chính sau:
• Trong khóa luận này chúng tui đã chế tạo thành công hạt nano perovskite La1-xEuxMn0,9Zn0,1O3+d bằng phương pháp sol-gel.
• Bằng phép phân tích nhiễu xạ tia X, đã tiến hành nghiên cứu và đánh giá được cấu trúc của mẫu LaMn0,9Zn0,1O3+d không pha tạp và pha tạp chất Eu3+ với các nồng độ khác nhau
Hạt tinh thể tạo thành có cấu trúc hình thoi với các giá trị hằng số mạng phù hợp với phổ chuẩn:
a = 5,51 ± 0,01 Å, c = 13,53 ± 0,11 Å
Kích thước các hạt tinh thể: 23 nm
Đã khảo sát được sự thay đổi cấu trúc dưới ảnh hưởng của chế độ xử lí nhiệt. Khi mẫu dược ủ tại nhiệt độ trong khoảng 800-1000 oC trong 6 h thì mẫu có tính kết tinh tốt nhất. .
• Khi pha tạp chất Eu3+ vào vật liệu nền perovskite LaMn0.9Zn0.1O3+d đã quan sát được hiện tượng phát quang với các cực đại tại các bước sóng: 538 nm, 559 nm, 565 nm, 602 nm; Các cực đại huỳnh quang này được giải thích là do các chuyển dời: 5D0 → 7F0 , 5D0 → 7F1 , 5D0 → 7F2 bên trong ion Eu3+.
Tuy nhiên đây chỉ là những nghiên cứu bước đầu tạo tiền đề cho quá trình chế tạo và nghiên cứu sâu cấu trúc và tính chất quang của vật liệu La1-xEuxMn0,9Zn0,1O3+d cũng như các vật liệu nanoperovskite phát quang khác.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
xem thêm
Chế tạo vật liệu Nano perovskite LaMnO3
Chế tạo nano perovskite bằng phương pháp sol-gel hướng ứng dụng trong y sinh học
Mở đầu
Trong những năm gần đây vật liệu perovskite đã thu hút được nhiều sự chú ý bởi chúng thể hiện những tính chất thú vị, thể hiện các ứng dụng tiềm năng trong thương mại [15], kỹ thuật cao [16], y sinh học [13]. Một số loại vật liệu perovskite mang từ trở lớn [14], là siêu dẫn nhiệt độ cao , có trật tự điện tích hay dẫn dòng spin [11]. Các tính chất điện, từ, nhiệt của chúng cũng rất thú vị và đặc biệt khi chúng kết hợp với nhau. Chúng được dùng để làm vật liệu ghi từ, cảm biến, điện cực trong acquy dùng cho ôtô hybrid. Ngoài ra chúng là những vật liệu tiềm năng để chế tạo thiết bị ghi nhớ hay ứng dụng trong thiết bị spintronics. Với rất nhiều ứng dụng như vậy nên vật liệu perovskite được coi là một trong số những vật liệu lý thú. Ở Việt Nam vật liệu perovskite được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh nhưng với hướng nghiên cứu chủ yếu là đi sâu tính vào tính chất điện và tính chất từ [1]. Ngày nay tính chất quang của vật liệu perovskite cũng đã bắt đầu được quan tâm của các nhà nghiên cứu, đặc biệt là các hạt nano perovskite phát quang mạnh với tiềm năng ứng dụng trong việc đánh dấu các phân tử sinh học. cảm biến sinh học, phát hiện các tế bào ung thư...
LaMnO3 là một perovskite với cấu trúc ABO3, trong đó A là nguyên tố đất hiếm, B là kim loại chuyển tiếp. Các ion La có thể được thay thế bởi các ion đất hiếm khác, vị trí của Mn có thể thay thế bằng các ion kim loại chuyển tiếp nhờ vậy mà từ gốc này ta có thể thu được rất nhiều hợp chất. Không chỉ vậy ta còn có thể thay đổi nồng độ của các chất tham gia nhằm tạo ra nhiều hợp chất với tính chất khac nhau. Để chế tạo vật liệu có tính phát quang định hướng ứng dụng trong y sinh ta có thể đưa vào vật liệu nền Eu là một nguyên tố thuộc nhóm đất hiếm có tính phát quang mạnh để thay thế vị trí của La.
Các vật liệu perovskite được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau như phương pháp gốm, bốc bay nhiệt, nguội nhanh nhưng cũng có thể được chế tạo bằng phương pháp hóa như phương pháp đồng kết tủa hay phương pháp sol-gel. Phương pháp sol-gel là phương pháp đơn giản nhưng có khả năng tạo ra những hạt nano với độ đồng đều cao [1].
Trong khuôn khổ khóa luận này tui xin trình bày những kết quả bước đầu trong việc chế tạo nano perovskite La1-xEuxMn0.9Zn0.1O3+d bằng phương pháp sol-gel hướng ứng dụng trong y sinh học. Kết quả nghiên cứu ban đầu cho thấy sự thay đổi cấu trúc và tính chất của vật liệu nano perovskite theo chế độ tạo mẫu và thành phần vật liệu ban đầu.
Chương 1: Tổng quan
Trong phần này, tui giới thiệu một số vấn đề liên quan như: cấu trúc tinh thể của vật liệu perovskite, một số tính chất trong các vật liệu perovskite LaMnO3 và hợp chất pha tạp của chúng, phương pháp chế tạo mẫu, khái quát về đặc điểm và tính chất của các nguyên tố đất hiếm.
1.1. Khái quát chung về perovskite :
1.1.1. Cấu trúc tinh thể của vật liệu perovskite:
Perovskite là tên gọi chung của các vật liệu có cấu trúc tinh thể giống với cấu trúc của canxi titanat (CaTiO3). Tên gọi của perovskite được đặt theo tên gọi của nhà khoáng học người Nga L.A.Perovski (1792 - 1856), người có công nghiên cứu và phát hiện ra vật liệu này ờ vùng núi Uran của Nga năm 1839 [2].
Cấu trúc perovskite ABO3 do H.D.Megaw phát hiện lần đầu tiên năm 1864 trong khoáng chất CaTiO3. A ở đây có thể là cation kim loại kiềm thổ, đất hiếm,... Tùy theo nguyên tố ở vị trí B mà có thể phân thành nhiều họ perovskite khác nhau. Ví dụ khi B = Mn ta có họ manganite, B = Ti ta có họ titanate. Cấu trúc perovskite lý tưởng (không pha tạp) ABO3 được mô tả trên hình 1.
Ô mạng cơ sở là một hình lập phương với các hằng số mạng là a = b = c và α = β = γ = 90o. Các cation A nằm ở vị trí có số phối vị là 12 với các ion lân cận là anion oxy. Các cation B nằm tại tâm của bát diện (số phối vị là 6) với 6 anion oxy nằm tại 6 đỉnh của bát diện [2]. Đặc trưng của cấu trúc perovskite là tồn tại bát diện BO6 nội tiếp trong ô mạng cơ sở với 6 anion oxy tại các đỉnh của bát diện và 1 cation B tại tâm của bát diện. Cấu trúc tinh thể có thể thay đổi từ lập phương sang dạng khác như trực giao hay trực thoi khi các ion A hay B bị thay thế bởi các nguyên tố khác.
Để đặc trưng cho mức độ méo mạng của tinh thể ABO3 (điều kiện bền vững của cấu trúc perovskite ), V.Gold Schmidt đã đưa ra định nghĩa về thừa số Gold Schmidt t [12]:
(trong đó ra, rb, ro lần lượt là bán kính của các ion ở vị trí A, B, O)
Cấu trúc perovskite được coi là ổn định khi 0,79 < t < 1,00 ( theo Goldschmit ) với bán kính oxy là ro = 1,36 Å.
t = 1: trường hợp các ion có bán kính lý tưởng (cấu trúc perovskite lập phương lý tưởng )
0.96 < t < 1: cấu trúc hình thoi (rhombohedral)
0,76 < t < 0.96: cấu trúc trực giao (orhorhombic) kèm góc liên kết B – O – B () bị uốn và lệch khỏi 180O
1.1.3. Vật liệu perovskite họ manganite :
Các vật liệu perovskite họ manganite (gọi là perovskite manganite) bắt đầu được nghiên cứu một cách cơ bản từ những năm 1950. Từ sau 1993 đến nay, do sự phát hiện ra hiệu ứng từ trở lớn (Colossal MagnetoResistance, CMR) và sự phát triển vũ bão trong lĩnh vực vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao với cấu trúc cơ sở perovskite, các vật liệu này đã thu hút sự quan tâm của các nhà nghiên cứu trên thế giới [6].
Hiệu ứng từ trở lớn (CMR) của perovskite maganite là sự biến đổi rất lớn của điện trở suất tương đối khi có tác dụng của từ trường ngoài. CMR phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hóa trị của ion Mn trong tinh thể, kích thước cation ở vị trí A, sự biến đổi cấu trúc tinh thể và các ion tạp chất thay thế vị trí Mn, v.v...
Trong những năm gần đây, hợp chất LaMnO3+d có thể được sử dụng làm vật liệu nền cho những ion tạp chất đất hiếm khác, những ion kim loại kiềm và những ion kim loại kiềm thổ, nhằm chế tạo các vật liệu phát quang mạnh [8]. Những nghiên cứu gần đây cho thấy sự thay thế vị trí của ion La bằng ion đất hiếm khác, hay thay thế vị trí của ion Mn bằng các ion kim loại kiềm thổ có thể thu được các hợp chất với rất nhiều tính chất hóa học và vật lý mới. Trong số các ion đất hiếm, ion Eu3+ được coi là tạp chất phát huỳnh quang màu đỏ hiệu suất nhất vì các chuyển dời (với j = 0, 1, 2, 3, 4) bên trong ion này. Vì vậy, ion tạp chất Eu3+ đã được pha vào rất nhiều vật liệu nền vô cơ. Trong nghiên cứu này chúng tui đã thử nghiệm sử dụng ion Eu3+ để thay thế vị trí của La, với hy vọng tổng hợp được vật liệu phát huỳnh quang mạnh.
Trong khóa luận chúng tui đã đạt được một số kết quả chính sau:
• Trong khóa luận này chúng tui đã chế tạo thành công hạt nano perovskite La1-xEuxMn0,9Zn0,1O3+d bằng phương pháp sol-gel.
• Bằng phép phân tích nhiễu xạ tia X, đã tiến hành nghiên cứu và đánh giá được cấu trúc của mẫu LaMn0,9Zn0,1O3+d không pha tạp và pha tạp chất Eu3+ với các nồng độ khác nhau
Hạt tinh thể tạo thành có cấu trúc hình thoi với các giá trị hằng số mạng phù hợp với phổ chuẩn:
a = 5,51 ± 0,01 Å, c = 13,53 ± 0,11 Å
Kích thước các hạt tinh thể: 23 nm
Đã khảo sát được sự thay đổi cấu trúc dưới ảnh hưởng của chế độ xử lí nhiệt. Khi mẫu dược ủ tại nhiệt độ trong khoảng 800-1000 oC trong 6 h thì mẫu có tính kết tinh tốt nhất. .
• Khi pha tạp chất Eu3+ vào vật liệu nền perovskite LaMn0.9Zn0.1O3+d đã quan sát được hiện tượng phát quang với các cực đại tại các bước sóng: 538 nm, 559 nm, 565 nm, 602 nm; Các cực đại huỳnh quang này được giải thích là do các chuyển dời: 5D0 → 7F0 , 5D0 → 7F1 , 5D0 → 7F2 bên trong ion Eu3+.
Tuy nhiên đây chỉ là những nghiên cứu bước đầu tạo tiền đề cho quá trình chế tạo và nghiên cứu sâu cấu trúc và tính chất quang của vật liệu La1-xEuxMn0,9Zn0,1O3+d cũng như các vật liệu nanoperovskite phát quang khác.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links
xem thêm