Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu quá trình động học sự hình thành và biến đổi của C và một số hợp chất chứa C

Mục tiêu của luận án là làm rõ sự hình thành và chuyển pha của nano kim cương. Làm rõ sự biến đổi giữa các hợp chất Fe-C: θ-Fe3C biến đổi thành χ-Fe5C2, chuyển qua lại giữa hai pha trực thoi và lục giác của Fe7C3. Làm rõ quá trình hình thành và kết tinh của dây nano 3C-SiC. Xác định cấu trúc mạng tinh thể và liên kết hóa học trong hạt nano ZnO-C bằng phương pháp HRTEM và hàm phân bố kết cặp (PDF).
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu quá trình động học sự hình thành và biến đổi của C và một số hợp chất chứa C MỞ ĐẦU1. Lý do chọn đề tàiCacbon (C) là nguyên tố cơ bản trong tự nhiên và là một trong nhữngnguyên tố phổ biến nhất trong vũ trụ về khối lượng. Các thù hình của C đãđược biết đến từ lâu như graphit (graphite), kim cương (diamond), C vôđịnh hình (C amorphous) thường ở dạng khối (3D). Các thù hình kích thướcnano mét được phát hiện gần đây như fullerene (0D), ống nano C (CNTs)(1D), graphen (graphene) (2D) có các hiệu ứng lượng tử thú vị.Để nghiên cứu cấu trúc vật liệu nano có nhiều phương pháp, một trongnhững phương pháp đó là nghiên cứu bằng phương pháp hiển vi điện tửtruyền qua (TEM). Nhờ sự tác dụng của điện tử trong TEM lên các vật liệunano C đã dẫn đến sự biến đổi và hình thành các cấu trúc mới bất ngờ và thúvị. Các hạt nano kim cương được hình thành trong lõi cacbon onions(cacbon dạng cầu có nhiều lớp nguyên tử giống như củ hành), hoặc hìnhthành từ graphit mà không cần điều kiện áp suất cao. Mặc dù, kim cươngđược biết đến là thù hình được hình thành ở điều kiện áp suất cao và nhiệtđộ cao. Câu hỏi đặt ra là cơ chế nào để có sự chuyển pha từ graphit thànhkim cương? Kích thước của các hạt kim cương được hình thành từ graphitcó thể đạt được và điều kiện ảnh hưởng thế nào? Đây là các câu hỏi mở đòihỏi cần phải tiếp tục nghiên cứu.Bên cạnh sự phổ biến và đa dạng về các thù hình của C, thì C còn là nguyêntố tạo ra nhiều hợp chất. Trong đó sắt cacbua (Fe-C) là hợp chất quan trọngtrong công nghiệp luyện kim. sắt cacbua cũng là hợp chất rất đa dạng về thùhình như η-Fe2C, ε-Fe2C, θ-Fe3C (Cementite), Fe4C, χ-Fe5C2, Fe7C3 trựcthoi (o-Fe7C3), Fe7C3 lục giác (h-Fe7C3). Hiện giản đồ pha, mối quan hệ vàbiến đổi giữa các sắt cacbua vẫn đang được thảo luận. Các nghiên cứu chỉ rarằng ε-Fe2C có thể biến đổi thành θ-Fe3C, χ-Fe5C2 và η-Fe2C. Tuy nhiên mốiquan hệ giữa θ-Fe3C với χ-Fe5C2 vẫn chưa được biết. Bên cạnh đó Fe7C3 làsắt cacbua giàu C kết tinh ở hai pha trực thoi (o- Fe7C3) và lục giác (h-Fe7C3). Lý thuyết tính toán đã chỉ ra rằng cả hai pha đều ổn định gần như θ-Fe3C. Tuy nhiên hai pha của Fe7C3 pha nào ổn định hơn?Một hợp chất rất quan trọng của C trong lĩnh vực vật liệu điện tử là siliccacbua (SiC). Đây là một chất bán dẫn tốt quan trọng trong vật liệu điện tử.Các nghiên cứu cho thấy tác dụng chùm điện tử làm tinh thể 3C-SiC và 6H-SiC biến đổi qua lại giữa pha tinh thể và vô định hình ở điều kiện nhiệt độ 1và cường độ chùm tia khác nhau. Tuy nhiên, một cơ chế chi tiết về chuyểnpha tinh thể - vô định hình của SiC bằng tác dụng chùm điện tử vẫn là mộtvấn đề thú vị cần tiếp tục nghiên cứu.Gần đây, đã có một số nghiên cứu về tính chất bán dẫn từ pha loãng (Dilutemagnetic semiconductors - DMS) của hệ vật liệu ZnO pha tạp C. Đây là vậtliệu nhiều hứa hẹn cho công nghệ điện tử spin (spintronic) mà trong đó cảmomen spin và điện tích của điện tử được khai thác. Thực nghiệm đã chứngtỏ ZnO pha tạp C (ZnO-C) có tính sắt từ ở nhiệt độ phòng. Để giải thíchnguồn gốc từ tính trong vật liệu ZnO-C các nghiên cứu đã công bố cả về lýthuyết lẫn thực nghiệm chỉ ra vật liệu là sắt từ và tính sắt từ này có thể đếntừ sự thay thế của C vào nút khuyết O hoặc cũng có thể đến từ các khuyếttật vốn có của ZnO như điền kẽ Zn hay khuyết thiếu O. Do đó, chúng tôimong muốn nghiên cứu sâu hơn để xác định cấu trúc và thành phần hóa họccủa hạt nano ZnO pha tạp C sử dụng HRTEM, để hiểu rõ nguồn gốc của từtính ở nhiệt độ phòng.Vì những lý do đã nêu trên, đề tài nghiên cứu cho luận án được lựa chọn“Nghiên cứu quá trình động học sự hình thành và biến đổi của C và mộtsố hợp chất chứa C”2. Mục tiêu của luận án- Làm rõ sự hình thành và chuyển pha của nano kim cương.- Làm rõ sự biến đổi giữa các hợp chất Fe-C: θ-Fe3C biến đổi thành χ-Fe5C2,chuyển qua lại giữa hai pha trực thoi và lục giác của Fe7C3.- Làm rõ quá trình hình thành và kết tinh của dây nano 3C-SiC.- Xác định cấu trúc mạng tinh thể và liên kết hóa học trong hạt nano ZnO-Cbằng phương pháp HRTEM và hàm phân bố kết cặp (PDF).3. Nội dung nghiên cứu- Nghiên cứu hình thái, cấu trúc và quá trình hình thành và chuyển pha củanano kim cương.- Nghiên cứu hình thái, cấu trúc và quá trình θ-Fe3C biến đổi thành χ-Fe5C2,quá trình chuyển qua lại giữa hai pha o-Fe7C3 h-Fe7C3. 2- Nghiên cứu hình thái, cấu trúc và quá trình biến đổi của SiC vô định hìnhthành tinh thể 3C-SiC.- Nghiên cứu cấu trúc địa phương và hóa học của hạt nano ZnO-C.4. Đối tượng nghiên cứu- Vật liệu nano kim cương.- Vật liệu nano hợp chất của C: θ-Fe3C, χ-Fe5C2, Fe7C3, 3C-SiC, C pha tạpvào ZnO.5. Phương pháp nghiên cứu- Phương pháp quan sát và phân tích: Sử dụng phương pháp hiển vi điện tửđể quan sát các quá trình hình thành, chuyển pha và phân tích cấu trúc bằngảnh hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao ( ...