Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3. Phương pháp nghiên cứu
Để tổng hợp được chất nền Mg2P2O7 tôi sử dụng nguyên liệu đầu là các muốiMg(NO3)2.6H2O, (NH4)2HPO4. Sơ đồ tổng hợp được trình bày ở hình 2.1.
Cách tiến hành: Dung dịch rắn Mg điphotphat được tổng hợp bằng sự tạo thành kết tủa MgHPO4, sử dụng (NH4)2HPO4, Mg(NO3)2.6H2O như là tiền chất.
Cân một lượng xác định khối lượng của 2 chất ban đầu (tỉ lệ mol của (NH4)2HPO4: Mg(NO3)2.6H2O = 1:1), sau đó hòa tan vào hai cốc riêng đang chứa nước cất, khuấy đến tan hết. Xác định và điều chỉnh pH của dung dịch amonihidrophotphat vào khoảng 7-8. Sau đó, hòa lẫn 2 dung dịch trong 2 cốc lại, thấy xuất hiện kết tủa màu trắng.Lọc lấy kết tủa, kết tủa được sấy trong tủ sấy qua đêm ở 105℃. Tiếp theo phối liệu được nung sơ bộ ở khoảng 500℃, lưu trong 2h.Sau khi nung sơ bộ, phối liệu được nghiền mịn và ép viên hình trụ với đường kính (Φ) bằng 30mm, chiều dày (h) bằng 5mm bằng máy ép thủy lực với lực nén 5 tấn/cm2. Mẫu sau khi ép viên được nung thiêu kết trong lò điện (Lenton, Anh) ở các nhiệt độ khác nhau 900, 1000,1100℃ tốc độ nâng nhiệt 10oC/phút, thời gian lưu lần lượt được khảo sát 1 h, 2h và 3h, lực ép viên khảo sát 3, 4 và 5 tấn/cm3. Sản phẩm sau khi nung được nghiền mịn qua rây 4900 lỗ/cm2.
Hình 2.1. Sơ đồ tổng hợp chất nền Mg2P2O7
2.3.2. Phương pháp phân tích nhiệt(DTG-DSC)
Phương pháp phân tích nhiệt được sử dụng phổ biến trong nghiên cứu vật liệu.
Các quá trình xảy ra trong hệ hóa học bao gồm phản ứng hóa học, quá trình mất nước, quá trình kết tinh, quá trình chuyển pha kèm theo hiệu ứng nhiệt (hiệu ứng thu nhiệt hay tỏa nhiệt). Phương pháp phân tích nhiệt giúp ghi nhận các hiệu ứng nhiệt và sự thay đổi khối lượng của mẫu nghiên cứu với các quá trình biến hóa xảy ra khi nung mẫu tại nhiệt độ xác định, tốc độ nâng nhiệt xác định và trong một môi trường xác định. Trên cơ sở đó, người ta phát hiện các quá trình xảy ra, ở mức độ nào và mức độ mạnh hay yếu. Một số kĩ thuật phân tích nhiệt phổ biến như sau:
DTA (Differential Thermal Analyis): phân tích nhiệt vi sai, cho biết hiệu ứng tỏa hay thu nhiệt xảy ra.
Mg(NO3)2.6H2O (NH4)2HPO4 Nước cất
Hỗn hợp phản ứng
Lọc, thu lấy kết tủa MgHPO4
Sấy khô
Nung sơ bộ
Nung thiêu kết
Chất nền Mg2P2O7
DSC (Differential Scanning Calorimetry): phép đo nhiệt lượng vi sai, phép đo này xác định sự biến đổi của dòng nhiệt truyền qua mẫu
.
Hình 2.2. Một dạng giản đồ DSC tiêu biểu
TG (Thermo Gravimetry): do sự biến đổi trọng lượng khi mẫu được quét nhiệt.
2.3.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Nhiễu xạ tia X là phương pháp xác định nhanh chóng và chính xác pha tinh thể của vật liệu. Tia X là các sóng điện từ có bước sóng ngắn λ = 0,1 – 30Å.
Nguyên tắc của phương pháp này dựa trên phương trình Braag:
2d.sinθ = nλ(2.1) Trong đó:
d: khoảng cách giữa các mặt mạng n: bậc nhiễu xạ (thường chọn n = 1) θ: góc tạo bởi tia tới và mặt phẳng mạng λ: bước sóng của tia X
Hình 2.3. Hiện tượng nhiễu xạ tia X trong tinh thể
Theo nguyên tắc này, để xác định thành phần pha của mẫu bột, người ta tiến hành ghi giản đồ nhiễu xạ tia X của nó. Sau đó so sánh các cặp giá trị d, θ của các pic đặc trưng của mẫu với các cặp giá trị d, θ của các chất đã biết cấu trúc tinh thể thông qua ngân hàng dữ liệu hoặc atlat phổ. Kích thước tinh thể spinel được tính theo phương trình Scherrer:
D = 0, 9 cos FWHM
Trong luận văn này các mẫu được đo trên máy D8 Advance, Bruker với tia phát xạ CuKα có bước sóng λ = 1,5406 Å, góc quét từ 10° đến 80°.
Kích thước hạt của vật liệu tính theo phương trình Scherrer [8] như sau:
= 21 22
Hình 2.4. Độ tù của pic nhiễu xạ gây ra do kích thước hạt .
. os k D c
(2.2)
Trong đó:
k: hằng số tỷ lệ có giá trị xấp xỉ 1
: độ rộng nửa chiều cao pic nhiễu xạ FWHM (radian) D: kích thước tinh thể (nm)
2.3.4. Phương pháp đo màu
Trong các lĩnh vực chuyên sâu, màu sắc được biểu diễn một cách định lượng trên nhiều hệ tọa độ không gian khác nhau. Chẳng hạn: hệ toạ độ RGB (Red Green Blue), CIE XYZ, CIE Luv, CIE L*a*b*,... Trong đó, hệ tọa độ màu CIE L*a*b*
biểu diễn màu sắc đồng đều theo các hướng trong hệ tọa độ không gian ba trục L*, a*, b* nên đã được tổ chức CIE chọn sử dụng chính thức từ năm 1976.
Màu sắc được đánh giá một cách định lượng bằng phương pháp đo màu. Để đo màu cần phải có một nguồn sáng, vật quan sát và thiết bị thu nhận. Vật cần đo màu được chiếu sáng bằng bức xạ liên tục phát ra từ một đèn tiêu chuẩn D65. Ánh sáng phản xạ từ bề mặt vật ở một hướng xác định được truyền qua bộ lọc (gồm ba kính lọc màu tiêu chuẩn: đỏ, xanh lá cây, xanh nước biển) trước khi đi tới thiết bị cảm biến. Tín hiệu cảm nhận về các màu cơ bản (đỏ, xanh lá cây, xanh nước biển) thu được nhờ thiết bị cảm biến quang điện sau đó được chuyển thành tín hiệu số.
Tín hiệu số được lưu trữ trong thiết bị phân tích đa kênh MCA (Multi Channel Analyzer). Kết quả thu được là một bộ các chỉ số L*, a*, b*.
Trong đó:
L*: độ sáng tối của màu, L* có giá trị nằm trong khoảng 0 ÷ 100 (đen - trắng).
a*: a* > 0 màu đỏ, a* < 0 màu xanh lục.
b*: b* > 0 màu vàng, b* < 0 màu xanh nước biển.
Như vậy, trong hệ toạ độ màu CIE L*a*b*, mỗi màu được xác định bởi bộ ba giá trị L*, a*, b*. Sự khác nhau giữa 2 màu bất kì được xác định bởi mođun vectơ ∆E:
∆E = [(∆L*)2+(∆a*)2+(∆b*)2]1/2
Các mẫu nghiên cứu của khóa luận được đo màu bằng thiết bị Micromatch Plus của hãng Instrument (Anh) tại phòng thí nghiệm của Công ty TNHH Vitto, Phú Lộc – Thừa Thiên Huế. Độ phân giải của thiết bị là 0,01.
Hình 2.5. Hệ tọa độ biểu diễn màu sắc CIE L*a*b* [7], [20]
2.3.5. Phương pháp đánh giá chất lượng bột màu
Nhằm đánh giá khả năng sử dụng của chất màu tổng hợp được,tôi tiến hành kéo men trên nền xương gốm. Thành phần phối liệu của men được chuẩn bị theo một tỷ lệ xác định. Các loại nguyên liệu: xương, engobe, frit, cao lanh, chất chống lắng... Các mẫu men được nung 1000oC trong thời gian 60 phút.
Bảng 2.1. Thành phần phối liệu men
Nguyên liệu Thành phần (%) theo khối lượng Frit PT101 88,0
Chất màu 2,0
Cao lanh Bungari 9,8
STPP 0,1
CMC 0,1
Chất lượng của men gạch sau khi nung được đánh giá theo các tiêu chí: độ phân tán của chất màu trong men, màu sắc của men sau khi nung và độ ổn định màu theo nhiệt độ nung.
Hình 2.6. Quy trình thử nghiệm màu men