Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 kích thước nanomet bằng phương pháp đồng kết tủa

Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Nguyễn Anh Tiến và tgk 
_____________________________________________________________________________________________________________ 
 45 
NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU YFeO3 
KÍCH THƯỚC NANOMET BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA 
NGUYỄN ANH TIẾN*, DƯƠNG THU ĐÔNG**, 
PHẠM QUỲNH LAN PHƯƠNG**, NGUYỄN THỊ MINH THÚY*** 
TÓM TẮT 
Trong bài báo này, chúng tôi đã tổng hợp được vật liệu nano YFeO3 bằng phương 
pháp đồng kết tủa trong nước sôi và trong nước lạnh. Vật liệu nano YFeO3 tạo thành sau 
khi nung ở 750C trong 1h có kích thước hạt trung bình  100 nm. Đã xác định đường 
cong từ trễ, từ độ bão hòa, độ từ dư và lực kháng từ của vật liệu tạo thành. Kết quả cho 
thấy phương pháp điều chế không chỉ ảnh hưởng lên kích thước, hình thái hạt mà còn ảnh 
hưởng lên các đặc trưng từ tính của vật liệu thu được. 
Từ khóa: vật liệu nano, YFeO3, phương pháp đồng kết tủa, từ tính. 
ABSTRACT 
Synthesizing YFeO3 nano-materials by co- precipitation technique 
The YFeO3 nanomaterials were synthesized by co-precipitation method in boiling 
and cold water. The nanomaterials formed after calcination at 750C for 1h have the 
average particle size in the range of 20-70 nm. The magnetization hysteresis, remanent 
magnetization and coercivity of the prepared materials were identified. The results showed 
that the modulation method not affects only the size and particle morphology, but also the 
magnetic properties of the prepared material. 
Keywords: nanomaterials, YFeO3, co-precipitation, magnetization. 
1. Mở đầu 
Cuối thập niên 80, công nghệ nano 
bắt đầu phát triển và thu được nhiều 
thành quả to lớn không chỉ trong nghiên 
cứu mà còn mở rộng phạm vi ứng dụng 
trong nhiều lĩnh vực. Ở các vật liệu và 
linh kiện nano xuất hiện nhiều hiện 
tượng, tính chất vật lí và hóa học mới mẻ 
không có trong các vật liệu khối thông 
thường cùng thành phần hóa học. [5, 8] 
Một trong những loại vật liệu nano 
được sử dụng rộng rãi trong thực tế là vật 
* TS, Trường Đại học Sư phạm TPHCM 
** SV, Trường Đại học Sư phạm TPHCM 
*** HVCH, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, 
ĐHQG TPHCM 
liệu từ. Vật liệu từ được ứng dụng trong 
các thiết bị như máy biến thế, máy phát 
điện, động cơ điện, máy ghi âm, ghi hình, 
v.v. Trong số các vật liệu từ, vật liệu 
ferrite có cấu trúc lệch perovskite dạng 
ABO3 (A là các kim loại đất hiếm như 
La, Y, Pr, Nd, Sm, và B là các kim loại 
chuyển tiếp như Mn, Fe, Co, Ni, Cr ) 
được nghiên cứu nhiều do tính chất ưu 
việt của chúng. [1, 6] 
Phương pháp thông thường và dễ 
nhất để điều chế perovskite là tổng hợp 
gốm. Nhược điểm chính của phương 
pháp này là yêu cầu nhiệt độ cao (T ≥ 
1200°C) để thu được đơn pha tinh thể 
dẫn đến perovskite thu được có diện tích 
bề mặt thấp do sự kết tụ. Ngày nay, để 
Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 47 năm 2013 
_____________________________________________________________________________________________________________ 
 46 
điều chế vật liệu perovskite dạng ABO3 
kích thước nanomet người ta thường sử 
dụng một số phương pháp như phương 
pháp sol-gel, phương pháp đồng kết tủa ở 
nhiệt độ phòng, phương pháp đồng tạo 
phức v.v. [2-4]. Các phương pháp này có 
ưu điểm là quá trình kết tinh vật liệu xảy 
ra ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với 
phương pháp tổng hợp gốm truyền thống, 
vật liệu thu được có độ đồng nhất và độ 
tinh khiết cao. Tuy nhiên, để tổng hợp 
được vật liệu ABO3 kích thước nanomet 
theo các phương pháp này đòi hỏi phải 
khảo sát nhiều yếu tố ảnh hưởng lên quá 
trình hình thành đơn pha tinh thể như: 
nhiệt độ và thời gian nung, pH của môi 
trường, tỉ lệ mol chất tạo gel/kim loại, 
nhiệt độ tạo gel, v.v. để từ đó tìm ra quy 
trình tối ưu tổng hợp vật liệu. Các công 
việc này đòi hỏi tốn nhiều thời gian và 
công sức.[2-4] 
Nếu đồng kết tủa các cation kim 
loại trong nước đun sôi rồi để nguội hay 
trong nước lạnh, sau đó mới cho dung 
dịch chứa tác nhân kết tủa vào thì giá trị 
pH không gây ảnh hưởng đặc biệt đến kết 
quả nhận được. Trong các công trình đã 
công bố trước đây [9-11], tác giả bước 
đầu đã chế tạo thành công một số hệ vật 
liệu kiểu perovskite như LaFeO3, YFeO3 
bằng phương pháp trên và mới đây nhất 
[7] là tổng hợp thành công vật liệu 
perovskite lưỡng nguyên tố đất hiếm La1-
xYxFeO3 với x = 0.2, nghiên cứu cấu trúc 
và các đặc trưng từ tính của các hệ vật 
liệu. Tuy nhiên trong các công trình này, 
chúng tôi chưa khảo sát ảnh hưởng của 
nhiệt độ nung lên các đặc trưng từ tính 
của vật liệu. Ngoài ra, với mong muốn 
tiết kiệm thời gian thực nghiệm nhưng 
vẫn có thể chế tạo được vật liệu ABO3 
kích thước nanomet chúng tôi tiến hành 
đồng kết tủa các cation kim loại trong 
nước đun sôi và cho dung dịch chứa tác 
nhân kết tủa vào khi còn nóng. 
Trong bài báo này, chúng tôi giới 
thiệu một số kết quả nghiên cứu tổng hợp 
vật liệu YFeO3 kích thước nanomet bằng 
phương pháp đồng kết tủa các cation Y3+ 
và Fe3+ trong nước sôi với tác nhân kết 
tủa là dung dịch nước amoniac cho vào 
khi còn nóng và trong nước lạnh, đồng 
thời khảo sát sự thay đổi từ tính của vật 
liệu thu được theo nhiệt độ nung. 
2. Phương pháp thực nghiệm 
Vật liệu YFeO3 kích thước nanomet 
được tổng hợp theo 2 phương pháp: 
Phương pháp 1 được trình bày ở 
các công trình [7, 9-11]. Nhỏ từ từ dung 
dịch nước chứa hỗn hợp đương lượng 
muối Y(NO3)3 và Fe(NO3)3 vào một cốc 
nước đang sôi và được khuấy đều. Sau 
khi cho hết hỗn hợp muối thì đun sôi 
thêm 3 – 5 phút nữa. Nếu như trong các 
công trình [7, 9-11] sau khi để nguôi hỗn 
hợp về nhiệt độ phòng rồi mới cho tác 
nhân kết tủa amoniac thì trong thí nghiệm 
này chúng tôi cho ngay dung dịch nước 
amoniac 5% vào. 
Phương pháp 2 được tiến hành 
giống như phương pháp 1, nhưng thay 
cốc nước sôi bằng cốc nước lạnh (nhiệt 
độ của nước ≤ 4°C). Sau khi cho hết 
dung dịch muối vào thì ta cho ngay dung 
dịch nước amoniac 5%. 
Trong cả hai phương pháp, sau khi 
cho hết dung dịch amoniac, sẽ khuấy 
thêm 15-20 phút nữa. Lọc lấy kết tủa trên 
Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Nguyễn Anh Tiến và tgk 
_____________________________________________________________________________________________________________ 
 47 
máy hút chân không, rửa bằng nước cất 
nhiều lần rồi đem phơi khô ở nhiệt độ 
phòng đến khối lượng không đổi. Hỗn 
hợp bột thu được đem nung trong môi 
trường không khí từ nhiệt độ phòng đên 
các nhiệt độ khác nhau: 650, 750 và 
850C để kiểm tra sự hoàn thiện việc kết 
tinh và tạo pha đồng nhất. 
Các quá trình hóa lí xảy ra khi nung 
mẫu được nghiên cứu bằng phương pháp 
phân tích nhiệt DTA/TGA tại Phòng Thí 
nghiệm Hóa lí, Khoa Hóa, Trường ĐHSP 
I Hà Nội. 
Thành phần pha của bột tạo thành 
được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu 
xạ tia X trên máy D8-ADVANCE 
(Brucker, Đức) tại Viện Khoa học và 
Công nghệ TP Hồ Chí Minh. 
Kích thước hạt và hình dạng của 
chúng được xác định bằng kính hiển vi 
điện tử quét (SEM) tại Viện Khoa học 
Vật liệu TP Hồ Chí Minh và kính hiển vi 
điện tử truyền tại Khu Công nghệ cao TP 
Hồ Chí Minh. 
Các đặc trưng từ tính được đo ở 
Phòng thí nghiệm vật liệu từ và siêu dẫn 
thuộc Phân viện Vật lí TP Hồ Chí Minh, 
loại máy Microsene EV11. 
3. Kết quả và thảo luận 
Trên hình 1 là giản đồ phân tích 
nhiệt của mẫu vật liệu ((a)-điều chế theo 
phương pháp 1; (b)-điều chế theo phương 
pháp 2). Từ đường cong phân tích khối 
lượng (đường TGA) ta thấy sự mất khối 
lượng trong cả hai mẫu lệch nhau không 
lớn (43,460% và 48,636% tương ứng với 
số thứ tự mẫu). Sự mất khối lượng xảy ra 
chủ yếu ở 2 vùng nhiệt độ: vùng 1 xảy ra 
từ nhiệt độ phòng đến khoảng 250°C (độ 
hụt khối lượng tương ứng là 30 – 33%), 
theo chúng tôi là sự giải hấp phụ và mất 
nước bề mặt. 
Giai đoạn 2 xảy ra từ 250°C đến 
khoảng 650°C khối lượng của mẫu giảm 
chậm dần (mẫu 1 mất 12,7%, trong khi 
đó mẫu 2 cũng chỉ mất 14,7%). Ở vùng 
nhiệt độ này chúng tôi cho rằng xảy ra sự 
nhiệt phân các hidroxit sắt (III) và ytri 
tương ứng. Thật vậy, từ giản đồ phân tích 
khối lượng ta thấy sự mất nước khi nhiệt 
phân các hidroxit chiếm 18,35%, trong 
khi tính toán theo phương trình tỉ lượng 
là 21,86%. Tất cả các quá trình trên đều 
xảy ra với hiệu ứng thu nhiệt đặc trưng 
cho quá trình giải hấp phụ, bay hơi nước, 
phản ứng nhiệt phân hidroxit. Từ 650°C 
trở đi ta thấy đường phân tích khối lượng 
nhiệt đối với cả hai mẫu hầu như nằm 
ngang (không thay đổi theo nhiệt độ). 
Như vậy sự tạo pha perovskite xảy ra ở 
khoảng nhiệt độ từ 650°C. 
Từ kết quả phân tích nhiệt, chúng 
tôi chọn nhiệt độ nung mẫu để khảo sát 
các phương pháp XRD, SEM và TEM là 
650C, 750°C và 850°C trong 1h. 
Giản đồ nhiễu xạ tia X chỉ ra mẫu 
nung điều chế theo phương pháp 2 ở 
650C cho sự hình thành pha hóa học 
Y3Fe5O12 với 2 dạng cấu trúc: Cubic và 
Orthorhombic (hình 2, b), trong khi mẫu 
nung ở 650C điều chế theo phương pháp 
1 chỉ quan sát được một pha duy nhất là 
YFeO3 có cấu trúc Orthorhombic (hình 2, 
a). 
Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 47 năm 2013 
_____________________________________________________________________________________________________________ 
 48 
Hình 1. Giản đồ phân tích nhiệt của mẫu bột 
Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Nguyễn Anh Tiến và tgk 
_____________________________________________________________________________________________________________ 
 49 
Hình 2. Phổ XRD của mẫu vật liệu sau khi nung 650°C (t=1h) 
a) – điều chế theo phương pháp 1; b) – điều chế theo phương pháp 2 
Khi nâng nhiệt độ nung mẫu lên 
750°C chỉ còn lại pha perovskite YFeO3 
(hình 3). Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ nung 
lên đến 850°C thành phần hóa học của 
pha vẫn không thay đổi và không xuất 
hiện bất kì pha nào khác. 
Trên hình 4 và 5 là kết quả thu 
được khi nghiên cứu mẫu vật liệu điều 
chế bằng 2 phương pháp kể trên bằng 
phương pháp SEM và TEM. Từ hình ảnh 
chụp, ta thấy các tinh thể YFeO3 điều chế 
theo phương pháp 1 sau khi nung ở nhiệt 
độ 750°C (hình 4a và 5a) và 850°C (hình 
4b), thời gian nung 1h có kích thước dao 
động từ 25 nm đến dưới 50 nm, hình 
dạng hạt tương đối đồng nhất; các hạt 
YFeO3 tạo thành có dạng hình cầu (đối 
với các hạt mà kích thước của chúng 
nhỏ), các hạt có kích thước lớn hơn có 
dạng hình cầu phân cạnh yếu, ngoài ra 
một số hạt còn tạo thành thể liên tinh. 
Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 47 năm 2013 
_____________________________________________________________________________________________________________ 
 50 
Hình 3. Phổ XRD của mẫu vật liệu sau khi nung 750°C (t=1h) 
a) – điều chế theo phương pháp 1; b) – điều chế theo phương pháp 2 
Nếu như các hạt cấu trúc của YFeO3 điều chế theo phương pháp 1 sau khi nung ở 
750°C có kích thước và hình dạng tương đối đồng nhất thì ngược lại mẫu vật liệu điều 
chế trong nước lạnh sau khi nung ở cùng một nhiệt độ và trong cùng khoảng thời gian 
như nhau có cấu tạo từ những hạt đa dạng về hình thái và kích thước (hình 4c, 4d và 
5b). 
Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Nguyễn Anh Tiến và tgk 
_____________________________________________________________________________________________________________ 
 51 
Hình 4. Ảnh TEM của mẫu vật liệu YFeO3 
a) và b) – điều chế theo phương pháp 1 nung ở 750°C và 850°C 
c) và d) – điều chế theo phương pháp 2 nung ở 750°C và 850°C 
Hình 5. Ảnh SEM của mẫu vật liệu YFeO3 nung ở 750°C 
a) – điều chế theo phương pháp 1; b) – điều chế theo phương pháp 2 
Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 47 năm 2013 
_____________________________________________________________________________________________________________ 
 52 
Từ hình 5 ta thấy bột ferrite yttrium 
– YFeO3 điều chế theo phương pháp 2 
sau khi nung ở 750°C tạo thành các hạt 
nano riêng biệt và các khối hạt liên kết 
với nhau với kích thước hạt phân biệt 
nhau rất lớn: hạt nhỏ kích thước khoảng 
20–50 nm, hạt lớn kích thước 60–80 nm 
và lớn hơn. Không phân biệt các hạt lớn 
nhỏ, các hạt còn có nhiều hình dạng khác 
nhau như hình cầu phân cạnh, hình bầu 
dục và hình trụ kéo dài, ngoài ra cũng 
giống như bột YFeO3 điều chế theo 
phương pháp 1, một số hạt còn tạo thể 
liên tinh. 
Nghiên cứu từ tính của mẫu vật liệu 
YFeO3 trên hệ đo từ mẫu rung VSM cho 
thấy, từ tính của chúng phụ thuộc vào 
phương pháp điều chế (hình 6). 
Hình 6. Đồ thị đường cong từ hóa của mẫu vật liệu YFeO3 
sau khi nung ở 750°C trong 1h: 
Hình trái: điều chế theo phương pháp 1; Hình phải: điều chế theo phương pháp 2 
Thật vậy, nếu như lực kháng từ của YFeO3 điều chế theo hai phương pháp trên 
khác biệt nhau không đáng kể thì độ từ bão hòa và độ từ dư của vật liệu điều chế theo 
phương pháp 2 lớn hơn rất nhiều so với phương pháp 1. Khi tăng nhiệt độ nung lên 
850°C các đặc trưng từ tính của chúng tăng theo 9 (bảng 1). 
Bảng 1. Một số đặc trưng từ tính của mẫu vật liệu YFeO3 
điều chế bằng phương pháp đồng kết tủa ở các nhiệt độ khác nhau 
PP.1/PP.2 Hc; Oe Ms; emu/g Mr; emu/g 
750°C 16,07/20,35 0,204/9,253 1,062.10-3/813.10-3 
850°C 28,78/29,32 0,281/13,257 7,638.10-3/1072.10-3 
Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Nguyễn Anh Tiến và tgk 
_____________________________________________________________________________________________________________ 
 53 
Sự tăng các đặc trưng từ tính của 
vật liệu điều chế theo phương pháp 2 và 
khi nhiệt độ tăng có thể giải thích theo 
quan điểm khác nhau về hình dạng và 
tăng kích thước của các hạt ferrite tạo 
thành theo công thức (1) [12]. 
Ms(D) = Ms(V)[1 – β/D] (1) 
trong đó: Ms(D) – từ độ bão hòa của mẫu 
với kích thước trung bình là D; Ms(V) – 
từ độ bão hòa trong toàn bộ thể tích mẫu; 
β – hằng số đặc trưng cho sự thay đổi từ 
độ trên một đơn vị chiều dài và cho biết 
nếu kích thước hạt giảm thì từ độ bão hòa 
tương ứng sẽ giảm theo. Thật vậy, từ kết 
quả SEM và TEM (xem hình 4 và 5) ta 
thấy mẫu YFeO3 điều chế theo phương 
pháp 1 có cấu tạo gồm những hạt đồng 
nhất về hình thái và kích thước hạt, trong 
khi đó mẫu vật liệu điều chế theo phương 
pháp 2 có kích thước hạt lớn hơn và đa 
dạng hơn về hình thái và cấu trúc. 
Từ bảng số liệu các đặc trưng từ 
tính ta thấy YFeO3 thuộc loại vật liệu từ 
mềm. 
4. Kết luận 
Bằng phương pháp đồng kết tủa các 
cation Y3+ và Fe3+ trong nước đun sôi và 
trong nước lạnh bởi dung dịch nước 
amoniac đã tổng hợp vật liệu YFeO3 kích 
thước nanomet. Thực nghiệm đã chứng 
minh rằng phương pháp điều chế không 
chỉ ảnh hưởng lên kích thước và hình thái 
hạt mà còn ảnh hưởng lên từ tính của vật 
liệu thu được. Đồng kết tủa trong nước 
sôi thu được vật liệu có kích thước và 
hình thái hạt đồng nhất hơn so với 
phương pháp điều chế trong nước lạnh. 
Vật liệu YFeO3 điều chế được thuộc loại 
vật liệu từ mềm. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Nguyễn Văn Du (2009), Nghiên cứu một số tính chất điện, từ của perovskite La1-
xAxFeO3, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Công nghệ, ĐHQG Hà Nội. 
2. Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Vũ Thế Ninh, Phạm Ngọc Chức (2011), Tổng hợp 
perovskit LaNiO3 kích thước nanomet bằng phương pháp đốt cháy gel, Tạp chí Hóa 
học, T. 49(6), pp. 785-789. 
3. Lưu Minh Đại và cộng sự (2012), “Tổng hợp perovskit LaFeO3 bằng phương pháp 
đốt cháy gel”, Tạp chí Hóa học, T. 50 (2). 
4. Lê Hải Đăng (2011), Tổng hợp vật liệu kiểu perovskit kích thước nanomet và nghiên 
cứu hoạt tính xúc tác oxi hóa của chúng, Luận án tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học 
Sư phạm Hà Nội. 
5. Nguyễn Hữu Đức và cộng sự (2007), “Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ của các hạt 
nano Fe3O4 ứng dụng trong y sinh học”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự 
nhiên và Công nghệ 23, pp. 231-237. 
6. Huỳnh Đăng Chính (2003), Tổng hợp một số Perovskite bằng phương pháp Sol-Gel 
Citrate, nghiên cứu cấu trúc và tính chất điện-từ của chúng, Nxb Trường Đại học 
Bách khoa Hà Nội. 
7. Nguyễn Anh Tiến (2012), Tổng hợp, cấu trúc và tính chất của các tinh thể nano La1-
xYxFeO3, Đề tài khoa học và công nghệ cấp trường - Chương trình cộng tác viên 
NCKH Trường ĐH Nguyễn Tất Thành. 
Tạp chí KHOA HỌC ĐHSP TPHCM Số 47 năm 2013 
_____________________________________________________________________________________________________________ 
 54 
8. J. S. Murday (2002), The Coming Revolution: Science and technology of Nanoscale 
structure, The AMPTIAC Newsletter, Spring, 66, pp. 5-12. 
9. Nguyen Anh Tien, Mittova I. Ya., Rumyantseva N. A (2008), Application sol – gel 
technology for production of nanosize powders La(Y)FeO3. Proceedings of Voronezh 
State University, Series: Chemistry, biology, pharmacy, 2, pp. 48 – 53. 
10. Nguyen Anh Tien, I. Ya. Mittova, O. V. Almjasheva, S. A. Kirillova, V. V. Gusarov 
(2008), Influence of the Preparation Conditions on the Size and Morphology of 
Nanocrystalline Lanthanum Orthoferrite, Glass Physics and Chemistry, Vol. 34, No 
6, pp. 756 – 761. 
11. Nguyen Anh Tien, O.V. Almjasheva, I. Ya. Mittova, O.V. Stogney, S.A. Soldatenko 
(2009), Synthesis and Magnetic Properties of YFeO3 Nanocrystals, Inorganic 
Materials Vol. 45, (11), pp. 1304 – 1308. 
12. Haitao Xu, Hua Yang (2008), Magnetic properties of YIG doped with cerium and 
gadolinium ions, Journal of Materials Science: Materials in Electronics, V. 19, No 7 
pp. 589-593. 
(Ngày Tòa soạn nhận được bài: 09-5-2013; ngày phản biện đánh giá: 30-5-2013; 
ngày chấp nhận đăng: 21-6-2013)