THÔNG TIN VỀ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Transcription

1 THÔNG TIN VỀ LUẬN VĂN THẠC SĨ 1. Họ và tên học viên: BÙI DUY HÙNG 2. Giới tính: Nam 3. Ngày sinh: 05/06/ Nơi sinh: Hà Nội 5. Quyết định công nhận học viên số: 4759/QĐ-KHTN-CTSV, ngày 29 tháng 12 năm Các thay đổi trong quá trình đào tạo: Không 7. Tên đề tài luận văn: Tổng hợp gốm áp điện kali natri niobat (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) 8. Chuyên ngành Hóa Vô cơ 9. Mã số: Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đức Văn, Viện Khoa học vật liệu Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 11. Tóm tắt các kết quả của luận văn: - Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng của dạng thù hình của chất đầu vào Nb2O5 tới thành phần pha, cấu trúc và hình thái của sản phẩm vật liệu áp điện không chứa chì (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) hay KNN tổng hợp bằng phương pháp thủy nhiệt. Nếu như Nb2O5.xH2O dạng vô định hình ảnh hưởng lên cấu trúc tinh thể của KNN với kết quả tạo ra pha KNN dạng mặt thoi đơn pha thì việc sử dụng Nb2O5 dạng thù hình trực thoi và Nb2O5 dạng thù hình đơn tà ảnh hưởng đến nhiệt độ thuỷ nhiệt và kích thước hạt trung bình của sản phẩm KNN dạng trực thoi. - Đã tìm ra qui trình ổn định tổng hợp vật liệu KNN dạng mặt thoi đơn pha từ nguồn Nb2O5.xH2O dạng vô định hình với tỉ lệ mol chất đầu KOH/NaOH từ 1 đến 5, tỉ lệ OH - /Nb2O5 = 12/1, nhiệt độ thủy nhiệt ở 200 o C trong 24 giờ. - Đã tìm ra qui trình ổn định tổng hợp KNN dạng trực thoi đơn pha từ nguồn Nb2O5 kết tinh với tỉ lệ mol chất đầu KOH/NaOH = 6/1, tỉ lệ OH - /Nb2O5 = 24/1, nhiệt độ thủy nhiệt ở 230 o C trong 24 giờ. Đối với trường hợp sử dụng chất đầu vào là Nb2O5 dạng thù hình đơn tà sản phẩm thu được là các nano tinh thể KNN với kích thước hạt trung bình cỡ 100nm. Trong khi đó với chất đầu vào Nb2O5 dạng thù hình trực thoi, kích thước hạt trung bình khá lớn cỡ 0,5µm. Vật liệu thu được có tỉ lệ nguyên tố K/Na nằm trong khoảng cho phẩm chất áp điện tốt khi tổng hợp thành gốm chắc đặc.

2 - Đã tìm ra qui trình tổng hợp KNN trực thoi mới để tổng hợp KNN trực thoi bằng phương pháp sol-gel sử dụng axit tactric làm tác nhân hòa tan Nb2O5.xH2O dạng vô định hình làm chất đầu vào. - Đã thu được sản phẩm KNN trực thoi đơn pha có kích thước nanomet (cỡ nm) có khả năng tổng hợp được gốm cho phẩm chất áp điện cao bằng phương pháp sol-gel với các điều kiện: sử dụng chất đầu là dung dịch phức niobi tactrat được điều chế bằng cách hòa tan Nb2O5.xH2O dạng vô định hình trong dung dịch axit tactric với tỉ lệ mol axit tactric/niobi pentaoxit là 5/1, tỉ lệ mol K + /Na + = 1/1, tỉ lệ mol kim loại kiềm (K, Na)/niobi là 1/1, nhiệt độ nung gel ở 550 o C trong 2 giờ. 12. Khả năng ứng dụng trong thực tiễn: - Tiềm năng lớn của vật liệu gốm áp điện (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) trong việc thay thế PZT vốn chiếm lĩnh thị trường gốm áp điện khi mà nguy cơ gây hại tới môi trường và sức khỏe con người của chì nói chung và chì trong các thiết bị áp điện nói riêng đã được cảnh báo và kiểm chứng. Đặc biệt khi hiện nay vật liệu áp điện được sử dụng rộng khắp trong các sản phẩm y tế và tiêu dùng chẳng hạn như trong xe hơi, thiết bị âm thanh và thiết bị y tế. - Khả năng khắc phục những nhược điểm của phương pháp phản ứng pha rắn truyền thống tiến tới thay thế phương pháp này trong việc điều chế (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) đơn pha bằng phương pháp thủy nhiệt và phương pháp sol-gel với nhiệt độ tạo thành sản phẩm thấp hơn, mật độ cao, hạn chế việc hao hụt thành phần kali trong sản phẩm. - Khả năng thay thế những tiền chất có giá thành cao như niobi (V) etoxit hay niobi (V) clorit trong phương pháp điều chế (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) bằng phương pháp sol gel bằng hợp chất phức được điều chế từ Nb2O5.xH2O dạng vô định hình hòa tan trong axit tartric. Hơn nữa, Nb2O5.xH2O dạng vô định hình được điều chế từ Nb2O5 dạng tinh thể của hãng Aldrich Sigma (CHLB Đức) có giá thành tương đối thấp, nguồn cung cấp sẵn có. Giải quyết được vấn đề hòa tan Nb2O5 dạng tinh thể vốn hết sức khó khăn do đặc tính trơ của oxit này. 13. Những hướng nghiên cứu tiếp theo:

3 - Tiến hành xây dựng quy trình điều chế lượng tương đối lớn sản phẩm (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) đơn pha. - Khảo sát phẩm chất áp điện cũng như các tính chất cơ lý, hóa học của gốm áp điện không chứa chì (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) đơn pha điều chế được theo các quy trình đã xây dựng. - Nghiên cứu khả năng thay đổi các điều kiện thủy nhiệt bằng các phương pháp như phương pháp thủy nhiệt khuấy cơ hỗ trợ, phương pháp thủy nhiệt hỗ trợ vi sóng. - Nghiên cứu khảo sát các tác nhân hòa tan Nb2O5.xH2O dạng vô định hình cũng như tác nhân tạo gel nhằm hạ thấp hơn nữa nhiệt độ tạo thành sản phẩm (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) sạch pha trong phương pháp sol-gel. 14. Các công trình đã công bố có liên quan đến luận văn: - Bùi Duy Hùng, Nguyễn Đức Văn (2013), Chế tạo (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) bằng phương pháp thủy nhiệt từ nguồn niobi pentoxit hiđrat vô định hình, Tạp chí Hóa học, T.51 (3AB), Tr Ngày tháng năm Học viên

4 INFORMATION ON MASTER THESIS 1. Full name: BÙI DUY HÙNG 2. Sex: Male 3. Date of birth: 05/06/ Place of birth: Hanoi 5. Admission decision number: 4759/QĐ-KHTN-CTSV Dated 29/12/ Changes in academic process: None 7. Official thesis title: Tổng hợp gốm áp điện kali natri niobat (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) 8. Major: Inorganic Chemistry 9. Code: Supervisors: Dr. rer. nat. Nguyễn Đức Văn Institute of Materials Science Vietnam Academy of Science and Technology. 11. Summary of the finding of the thesis: - The dependence of the crystal structure of the lead-free piezoelectric ceramic (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) synthesized by hydrothermal method on the polymorphic type of niobium pentoxide (including the orthorhombic Nb2O5 (Sigma Aldrich, Germany), the monoclinic Nb2O5 (BDH Chemicals Ltd., United Kingdom), an amorphous Nb2O5.xH2O synthesized from the orthorhombic Nb2O5 (Sigma Aldrich, Germany)) was discussed. - The pure rhombohedral phase of (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) can be obtained by hydrothermal method by using amorphous Nb2O5.xH2O synthesized from the orthorhombic Nb2O5 (Sigma Aldrich, Germany) as a niobium containing source at hydrothermal temperature as 200 o C for 24 hours with molar ratio of KOH and NaOH as starting matertials from 1 to 5 and molar ratio of alkaline metals and niobium pentoxide = 12/1. - The pure orthorhombic phase of (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) can be obtained by hydrothermal method by using the orthorhombic Nb2O5 (Sigma Aldrich, Germany) and the monoclinic Nb2O5 (BDH Chemicals Ltd., United Kingdom) as a niobium containing source at hydrothermal temperature as 230 o C for 24 hours with molar ratio of KOH and NaOH as starting matertials = 6/1 and molar ratio of alkaline metals and niobium pentoxide = 24/1. 100nm nanoparticles pure orthorhombic KNN can be obtained by using Nb2O5 (BDH Chemicals Ltd., United

5 Kingdom). By using Nb2O5 (Sigma Aldrich, Germany), pure orthohombic KNN have larger size, 500nm. Both products prove high potential for synthesizing high quality piezoelectric ceramics by sintering. - The effects of hydrothermal temperature, molar ratio of starting materials on the phase formation of (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) were also investigated. - Using acid tartric as both a dissoluting amorphous Nb2O5.xH2O reagent and a gelating fuel reagent for synthesis (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) by sol-gel method. The pure orthorhombic phase of (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) can be obtained by this method using a complex solution of niobium tartrate preparated by dissoluting the amorphous Nb2O5.xH2O in acid tartric solution with molar ratio of acid tartric and niobium pentoxide = 5/1, molar ratio of K + and Na + = 1/1 and molar ratio of alkaline metals / niobium = 3/3, and at sintering temperature as 550 o C. The obtained pure orthohombic KNN can be sintered at higher temperature to synthesis high quality piezoelectric ceramics. 12. Practical applicability: - Lead-free piezoelectric ceramics (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) has high potential for replacing PZT still dominating the piezoelectric ceramics market. The harmness of lead and lead containing materials was warned and proved. Especially in case of piezoelectric materials commonly used in many insdustrial, electronical and medical applications. - The disadvantages of solid state method in synthesis pure phase of (KxNa1- x)nbo3 (0,0 < x < 1,0) was solved by using hydrothemal method and sol-gel method which lowering the formation temperature of pure phase (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0), high density, avoiding potassium-loss problem. - The expensive niobium containing sources in synthesizing (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) by sol-gel method as niobium (V) ethoxide or niobium (V) cloride can be replaced by a complex solution of niobium tartrate preparated by dissoluting the amorphous Nb2O5.xH2O in acid tartric solution. Furthermore, the amorphous Nb2O5.xH2O synthesized from the orthorhombic Nb2O5 (Sigma Aldrich, Germany) which has good supplies and prices. The difficulty of dissoluting the orthorhombic Nb2O5 has been solved.

6 13. Further research directions: - A large amount of pure phase (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) can be preparated. - Piezoelectric properties, mechanical properties, physical properties and chemical properties of (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) synthesized by suggested methods can be investigated. - Stir supporting or microwave supporting hydrothermal methods as new hydrothermal conditions can be investigated. - New dissoluting amorphous Nb2O5.xH2O reagents and a gelating fuel reagent for synthesizing (KxNa1-x)NbO3 (0 < x < 1) by sol-gel method can be suggested and investigated for lowering the formation temperature of pure phase (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0). 14. Thesis-related publications: - Bùi Duy Hùng, Nguyễn Đức Văn (2013), Chế tạo (KxNa1-x)NbO3 (0,0 < x < 1,0) bằng phương pháp thủy nhiệt từ nguồn niobi pentoxit hiđrat vô định hình, Tạp chí Hóa học, T.51 (3AB), Tr Date:16/12/2013 Signature: Full name:bùi Duy Hùng