Khóa luận ảnh hưởng kích thước hạt pha từ cứng đến tính chất từ của vật liệu từ cứng nanocomposite mn bi fe co

LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp ‘Ảnh hƣởng kích thƣớc hạt pha từ cứng đến tính chất từ vật liệu nanocomposite Mn-Bi/Fe-Co’ kết nghiên cứu riêng dƣới hƣớng dẫn Th.s Nguyễn Mẫu Lâm Kết không trùng với kết nhóm tác giả khác Tơi xin cam đoan điều thật, sai chịu hoàn toàn trách nhiệm Hà Nội, tháng năm 2018 Sinh viên Ngô Thị Trường MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu Giả thuyết khoa học Cấu trúc khóa luận NỘI DUNG CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ CỨNG NANOCOMPOSITE MNBI/FE-CO 1.1 Lịch sử phát triển vật liệu từ cứng 1.2 Vật liệu từ cứng không chứa đất Mn-Bi 1.2.1 Cấu trúc tinh thể Mn-Bi 1.2.2 Tính chất từ Mn-Bi 1.2.3 Phƣơng pháp chế tạo 1.3 Vật liệu từ mềm Fe-Co 1.3.1 Cấu trúc tinh thể 1.3.2 Tính chất từ 1.3.3 Phƣơng pháp chế tạo 1.4 Vật liệu từ cứng tổ hợp nanocomposite Mn-Bi/Fe-Co 1.4.1.Mơ Hình Kneller-Hawig 1.4.2 Vật liệu từ cứng nanocomposite Mn-Bi 14 đẳng hƣớng b) dị hƣớng 15 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM 20 2.1 Chế tạo hợp kim từ cứng Mn-Bi/Fe-Co 20 2.1.1 Chế tạo hợp kim khối Mn-Bi phƣơng pháp hồ quang 20 2.1.2 Chế tạo mẫu bột Mn-Bi nghiền lƣợng cao 22 2.1.3 Ép viên, xử lí nhiệt bột hợp kim Mn-Bi 26 2.2 Chế tạo hợp kim từ mềm Fe-Co theo phƣơng pháp đồng kết tủa 28 2.3 Chế tạo tổ hợp nanocomposite Mn-Bi/Fe-Co 29 2.4 Các phƣơng pháp nghiên cứu cấu trúc 29 2.4.1 Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X 29 2.4.2 Phƣơng pháp phân tích hiển vi điện tử quét (SEM) 31 2.5.Các phép đo nghiên cứu tính chất từ 32 2.5.1 Phép đo từ nhiệt hệ từ kế mẫu rung 32 2.5.2 Phép đo từ trễ hệ từ trƣờng xung 33 CHƢƠNG THẢO LUẬN KẾT QUẢ 35 3.1 Chế tạo pha từ cứng pha từ mềm 35 3.1.1 Chế tạo pha từ cứng Mn-Bi 35 3.1.2 Chế tạo pha từ mềm Fe-Co 37 3.2 Chế tạo Vật liệu từ cứng Nanocomposite Mn50Bi50/Fe65Co35 39 3.2.1 Sử dụng pha từ cứng chƣa ủ nhiệt 39 3.2.2 Sử dụng pha từ cứng ủ nhiệt 40 KẾT LUẬN 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO 43 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VLTC: Vật liệu từ cứng NCVC: Nam châm vĩnh cửu NCNC: Nam châm nanocomposite NCNLC: Nghiền lƣợng cao DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Tính chất từ pha từ cứng pha từ mềm 15 Bảng 2.1 Hợp phần mẫu Fe65Co35 28 Bảng 3.1 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trƣớc sau ủ nhiệt 280oC 40 Bảng 3.2 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu tổ hợp có pha từ cứng ủ nhiệt 41 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sự phát triển nam châm vĩnh cửu (theo (BH)max) Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể hợp kim Mn-Bi (LTP) Hình 1.3 Đƣờng cong Bethe – Slater Hình 1.4 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ Mn-Bi Hình 1.5 Đƣờng cong từ hóa Mn-Bi nhiệt độ khác Hình 1.6 Các dạng cấu trúc tinh thể Fe (bcc, fcc) Co (hcp, fcc) Hình 1.7 Sự thay đổi từ độ bão hòa hợp kim Fe-Co theo tỉ lệ Co Hình 1.8 Mẫu vi cấu trúc chiều cấu trúc vi từ vật liệu composite tƣơng tác trao đổi đƣợc sử dụng làm sở để tính kích thƣớc tới hạn vùng pha, (a) độ từ hóa đạt bão hòa, (b)-(c) Sự khử từ tăng từ trƣờng nghịch đảo H trƣờng hợp bm >> bcm , (d) Sự khử từ trƣờng hợp giảm bm đến kích thƣớc tới hạn bcm 11 Hình 1.9 Cấu trúc hai chiều lí tƣởng nam châm đàn hồi 13 Hình 1.10 Các đƣờng cong khử từ điển hình: (a) Có tƣơng tác trao đổi,bm = bcm (b) Có tƣơng tác trao đổi với vi cấu trúc dƣ thừa, bm >> bcm (c) Chỉcó pha từ cứng (d) Hai pha từ cứng, từ mềm không tƣơng tác với 14 Hình 1.11 Đƣờng cong khử từ vật liệu tổ hợp 15 Hình 1.12 Tích chất từ vật liệu tổ hợp: a) đẳng hƣớng b) dị hƣớng 16 Hình 1.13 Đƣờng khử từ vật liệu tổ hợp: a) Mn-Bi/Fe b)Mn-Bi/Co(NW) 16 Hình 1.14 Tính chất từ vật liệu tổ hợp Mn-Bi/Co (NW) 17 Hình 1.15 Ảnh SEM đƣờng từ trễ pha từ cứng pha từ mềm 17 Hình 1.16 a) đƣờng cong từ trễ b) từ độ M lực kháng từ Hc mẫu tổ hợp với khối lƣợng pha từ mềm tƣơng ứng 18 Hình 1.17 a) từ độ dƣ Mr b) tích lƣợng cực đại phụ thuộc lực ép 19 Hình 1.18 a) Đƣờng từ trễ b) giá trị M, Mr, Hc theo nhiệt độ mẫu MnBi/FeCo với 5% khối lƣợng pha từ mềm FeCo 19 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ nấu mẫu hồ quang 20 Hình 2.2 Hệ nấu hợp kim hồ quang 21 Hình 2.3 Máy nghiền SPEX 8000D (a), cối bi nghiền (b) 22 Hình 2.4 Cấu tạo chi tiết máy nghiền SPEX 8000D [2] 23 Hình 2.5 Sơ đồ khối buồng khí r 24 Hình 2.6 Ảnh thực BOX khí Ar 25 Hình 2.7 Hệ ép mẫu 26 Hình 2.8 Lị xử lý nhiệt Thermo lindberg blue M 27 Hình 2.9 Buồng xử lý nhiệt 27 Hình 2.10 Máy khuấy từ 28 Hình 2.11 Máy rung siêu âm 28 Hình 2.12 Bộ thí nghiệm chế tạo mẫu 29 Hình 2.13 Sơ đồ chế tạo vật liệu từ nanocomposite Mn-Bi/Fe-Co 29 Hình 2.14 Hiện tƣợng nhiễu xạ tia X 30 Hình 2.15 Nhiễu xạ kế tia X D8- Advance Bruker 31 Hình 2.16 Thiết bị HITACHI S - 4800 31 Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý hệ từ kế mẫu rung (VSM) 32 Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trƣờng xung 33 Hình 2.19 Hệ đo từ trƣờng xung (PFM) 34 Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu Mn50Bi50 với thời gian nghiền h h 35 Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X 36 Hình 3.3 Đƣờng cong từ trễ mẫu bột Mn50Bi50 với thời gian nghiền khác chƣa ủ nhiệt 36 Hình 3.4 a) Phổ nhiễu xạ tia X , b) đƣờng cong từ trễ mẫu bột Mn50Bi50 với thời gian nghiền khác đƣợc ủ nhiệt 280oC thời gian 37 Hình 3.5 a) Ảnh SEM mẫu Fe65Co35, b) Phổ nhiễu xạ tia X 38 Hình 3.6 Đƣờng cong từ trễ pha từ mềm Fe65Co35 38 Hình 3.7 Đƣờng cong từ trễ pha từ cứng chƣa ủ nhiệt 39 Hình 3.8 Đƣờng cong từ trễ pha từ cứng ủ nhiệt 40 Hình 3.9: Đƣờng cong từ trễ mẫu tổ hợp cứng/mềm với pha từ cứng ủ nhiệt 41 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật liệu từ cứng (VLTC) hay gọi nam châm vĩnh cửu (NCVC) đƣợc phát từ năm trƣớc công nguyên phát triển mạnh mẽ theo thời gian NCVC phát triển mạnh mẽ kể từ nhà khoa học công bố NCVC chứa đất Việc nghiên cứu thành công NCVC chứa đất nhƣ họ Sm- Co, Nd-Fe-B bƣớc đột phá lịch sử phát triển VLTC tích lƣợng cực đại cao Ví dụ nhƣ SmCo 2:17 SmCo 1: có tích lƣợng cỡ 30MGOe NdFeB 2:14:1 có cỡ xấp xỉ 60 MGOe[,4,6,10,15] Nhƣng nguyên tố đất dùng để chế tạo NCVC (Sm, Nd ) ngày cạn kiệt tập chung chủ yếu Trung Quốc (95%) Năm 2010, Trung Quốc cắt giảm tới 40% sản lƣợng đất tuyên bố tiếp tục hạn chế xuất nguồn nguyên liệu đặc biệt Do mà giá thành chúng ngày đắt đỏ [2] Ngày VLTC đƣợc sử dụng rộng rãi thực tế sống ngày nhƣ biến điện, động điện, máy phát điện, vật liệu ghi từ ổ đĩa cứng, thiết bị lĩnh vực kỹ thuật đại nhƣ công nghệ thông tin, quân sự, y sinh Trong năm gần đây, ứng dụng VLTC vào sống ngày lớn thúc đẩy nhà khoa học tìm kiếm vật liệu với việc cải tiến công nghệ chế tạo để tạo VLTC có phẩm chất tốt hơn, đáp ứng đƣợc yêu cầu sống Để khắc phục tình trạng nhà khoa học thay đổi công nghệ chế tạo để nâng cao phẩm chất từ Bên cạnh nhà khoa học khơng ngừng tìm kiếm pha từ cứng không chứa đất có phẩm chất từ tốt nhằm thay NCVC chứa đất Gần nhà khoa học tập trung nghiên cứu hệ vật liệu từ cứng không chứa đất hợp phần nhƣ Mn-Ga-Al, Mn-Ga, Mn-Al, Mn-Bi[5,11] Trong hệ Mn-Bi đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều kết tinh hai pha: pha nhiệt độ thấp(LTP- Low temperature phase) pha nhiệt độ cao(HTPHigh temperature phase) Hệ vật liệu Mn-Bi có lực kháng từ lớn tăng theo nhiệt độ, pha nhiệt độ cao có từ độ bão hòa thấp cỡ 80 emu/g, lực kháng từ cỡ 20 kOe tích lƣợng cực đại (BH)max=17,7 MGOe[8] Ngồi hệ vật liệu từ Mn- Bi phổ biến có giá thành rẻ Hệ VLTC Mn-Bi hứa hẹn nhiều tiềm ứng dụng sống Bên cạnh đƣợc hỗ trợ Phịng chun đề vật lý chất rắn, Viện nghiên cứu Khoa học Ứng dụng, Phịng thí nghiệm trọng điểm Vật liệu Linh kiện điện tử, Phòng Vật lý Vật liệu từ Siêu dẫn viện khoa học Đặc biệt có tài trợ quỹ phát triển khoa học công nghệ thơng qua đề tài nafosted Vì vậy, nhóm nghiên cứu định lựa chọn đề tài: “Ảnh hưởng kích thước hạt pha từ cứng đến tính chất từ vật liệu từ cứng nanocomposite Mn-Bi/Fe-Cocứng tổ hợp nano Mn-Bi/Fe-Co” Mục đích nghiên cứu Khảo sát ảnh hƣởng kích thƣớc hạt pha từ cứng đến tính chất vật liệu từ cứng nanocoposite Mn-Bi/Fe-Co Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hƣởng kích thƣớc hạt pha từ cứng Mn-Bi đến tính chất từ vật liệu tổ hợp nanocomposite Mn-Bi/Fe-Co Khảo sát cấu trúc, tính chất từ mẫu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu Vật liệu từ cứng Mn-Bi Vật liệu từ mềm Fe-Co Vật liệu từ cứng tổ hợp nanocomposite Mn-Bi/Fe-Co b Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu chế vật liệu từ cứng tổ hợp nano Mn-Bi/Fe-Co phƣơng pháp nghiền lƣợng cao kết hợp xử lí nhiệt Khảo sát cấu trúc mẫu hệ giản đồ XRD, SEM Khảo sát tính chất từ mẫu hệ đo từ trƣờng xung PFM, hệ đo từ kế mẫu rung Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp thực nghiệm Giả thuyết khoa học Dự kiến: Nghiên cứu ảnh hƣởng kích thƣớc hạt pha từ cứng đến tính chất từ vật liệu từ cứng nanocomposite Kiến nghị: Nếu đƣợc hỗ trợ kinh phí trang thiết bị chúng tơi khảo sát kích thƣớc hạt pha từ cứng đến tính chất từ vật liệu tốt Cấu trúc khóa luận Chƣơng 1: Tổng quan vật liệu từ cứng nanocomposite Mn- Bi/ Fe- Co Chƣơng 2: Kĩ thuật thực nghiệm Chƣơng 3: Kết thảo luận cho tia X tác động lên mẫu Hình 2.14 Hiện tượng nhiễu xạ tia X Hình 2.14 mơ tả trình phản xạ mặt phẳng mạng song song chùm tia X Khoảng cách mặt phẳng mạng d Tia X xuyên sâu vào vật liệu phản xạ mặt phẳng mạng tinh thể nằm phía sâu dƣới (hkl) Hiệu quang trình mặt phẳng mạng liên tiếp : 2d sin Phƣơng trình Bragg, điều kiện để xuất nhiễu xạ: 2d sin = n (2.1) kích thƣớc hạt tinh thể gần theo công thức Scherrer, D= 0,9  cos( ) (2.2) Trong đó:  : bƣớc sóng kích thích tia X (với  = 0,5406 Å)  : độ bán rộng  : góc nhiễu xạ 30 Hình 2.15 Nhiễu xạ kế tia X D8- Advance Bruker Hình 2.15 thiết bị nhiễu xạ kế tia X- D8 Advance Bruker đặt Đại học khoa học tự nhiên 2.4.2 Phương pháp phân tích hiển vi điện tử quét (SEM) Để khảo sát vi cấu trúc vật liệu phƣơng pháp nhiễu xạ tia X số mẫu sử dụng phƣơng pháp hiển vi điện tử quét Kính hiển vi điện tử quét thiết bị dùng để chụp ảnh vi cấu trúc bề mặt với độ phóng đại gấp nhiều lần so với kính hiển vi quang học Kính hiển vi điện tử tạo ảnh có độ phân giải cao Hình 2.16 Thiết bị HITACHI S - 4800 Hình 2.16 kính hiển vi điện tử quét HITACHIS-4800, đặt phòng phân tích 31 cấu trúc thuộc Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam 2.5.Các phép đo nghiên cứu tính chất từ 2.5.1 Phép đo từ nhiệt hệ từ kế mẫu rung Các phép đo từ độ phụ thuộc nhiệt độ phép đo đƣờng cong từ hóa đẳng nhiệt đƣợc thực hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) Phòng Vật lý Vật liệu Từ Siêu dẫn thuộc Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học cơng nghệ Việt Nam Thiết bị có độ nhạy cỡ 10 -4 emu hoạt động từ trƣờng (từ -12 kOe đến 12 kOe) nhiệt độ (từ 77 K đến 1000 K) Mẫu đo đƣợc đặt bình đựng mẫu đƣợc ép chặt thành khối để tránh xáo trộn mẫu trình đo Quá trình đo từ độ nhiệt độ cao đƣợc thực mơi trƣờng khí r Hình 2.17 Sơ đồ nguyên lý hệ từ kế mẫu rung (VSM) (1) Màng rung điện động (7) Mẫu đo (2) Giá đỡ hình nón (8) Cuộn dây thu tín hiệu (3) Mẫu so sánh (9) Các cực nam châm (4) Cuộn dây thu tín hiệu so sánh Hệ VSM hoạt động dựa vào thay đổi từ thông cuộn dây thu, đặt gần mẫu mẫu dao động với tần số xác định theo phƣơng cố định nhờ màng 32 rung điện động Suất điện động cảm ứng xuất cuộn dây thu thay đổi khoảng cách tƣơng đối mẫu đo cuộn dây, mẫu dao động Biểu thức suất điện động cảm ứng: e = MAG(r)cos(t) Trong M,  (2.3) lần lƣợt mômen từ, tần số biên độ dao động mẫu; G(r) hàm độ nhạy phụ thuộc vào vị trí đặt mẫu so với cuộn dây thu cấu hình cuộn thu Tín hiệu thu đƣợc từ cuộn dây đƣợc khuếch đại khuếch đại lọc lựa tần số nhạy pha trƣớc đến xử lý để hiển thị kết 2.5.2 Phép đo từ trễ hệ từ trường xung Các phép đo từ trễ đƣợc thực hệ đo từ trƣờng xung với từ trƣờng cực đại lên đến 90 kOe Hình 2.19 hình ảnh hệ đo từ trƣờng xung Hệ đƣợc thiết kế theo nguyên tắc nạp - phóng điện qua tụ điện cuộn dây (hình 2.18) Dòng chiều qua K1, nạp điện cho tụ, tụ tích lƣợng cỡ vài chục KJ Khố K2 đóng, dịng điện hình sin tắt dần Dịng điện thời gian tồn ngắn phóng điện qua cuộn dây nam châm L tạo lòng ống dây từ trƣờng xung cao Mẫu đo đƣợc đặt tâm cuộn nam châm với hệ cuộn dây cảm biến pick - up Hình 2.18 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung Tín hiệu lối tỷ lệ với vi phân từ độ vi phân từ trƣờng đƣợc thu thập, 33 xử lí lƣu trữ cho mục đích cụ thể Từ trƣờng lịng ống dây đƣợc sử dụng để nạp từ cho mẫu vật liệu dùng nửa chu kì hình sin dịng điện phóng Từ trƣờng lớn hệ đạt tới 100 kOe Hệ đƣợc điều khiển đo đạc kĩ thuật điện tử ghép nối với máy tính Hình 2.19 Hệ đo từ trường xung (PFM) Để tránh đƣợc hiệu ứng trƣờng khử từ, mẫu đƣợc đặt cho từ trƣờng song song dọc theo chiều dài mẫu, mẫu khối đƣợc cắt theo dạng hình trụ Các mẫu đo đƣợc gắn chặt vào bình mẫu để tránh xáo trộn mẫu trình đo 34 CHƢƠNG THẢO LUẬN KẾT QUẢ 3.1 Chế tạo pha từ cứng pha từ mềm 3.1.1 Chế tạo pha từ cứng Mn-Bi Từ kết công bố vật liệu từ cứng Mn-Bi , nhóm chúng tơi định lựa chọn hợp phần để nghiên cứu Mn50Bi50 Chúng tiến hành nấu hồ quang nghiền lƣợng cao mẫu Mn50Bi50 thời gian 2h 1h Hình 3.1 Ảnh SEM mẫu Mn50Bi50 với thời gian nghiền h h Hình 3.1 ảnh SEM mẫu Mn50Bi50 sau nghiền Kết từ hình 3.1 cho ta thấy, kích thƣớc hạt mẫu Mn50Bi50 nghiền có kích thƣớc từ 50 nm đến 70 nm Mẫu Mn50Bi50 nghiền có kích thƣớc hạt từ 40-60 nm Kích thƣớc hạt mẫu Mn50Bi50 nghiền từ đến thay đổi không nhiều Hợp phần Mn50Bi50 sau nghiền đƣợc khảo sát cấu trúc phép đo nhiễu xạ tia X Hình 3.2 phổ nhiễu xạ tia X mẫu Mn50Bi50 nghiền Từ hình 3.2 ta thấy cƣờng độ đỉnh nhiễu xạ đặc trƣng cho pha MnBi thấp, đỉnh nhiễu xạ nguyên tố Bi chiếm ƣu sắc nét Trong mẫu tồn pha tinh thể Mn Bi riêng biệt chứng tỏ nguyên tố Mn Bi chƣa thể kết hợp để tạo thành pha tinh thể MnBi 35 C-êng ®é (d v t y) * MnBi 2h * Mn Bi * * 1h 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70  2 ) Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X Hình 3.3 đƣờng cong từ trễ mẫu nghiền với thời gian khác chƣa ủ nhiệt 30 M (emu/g) 20 1h 2h 10 -10 -20 -30 -40 -30 -20 -10 10 H (kOe) 20 30 40 Hình 3.3 Đường cong từ trễ mẫu bột Mn50Bi50 với thời gian nghiền khác chưa ủ nhiệt Từ hình 3.3 ta thấy, dáng điệu đƣờng từ khử thể tính từ cứng nhƣng từ độ bão hòa thấp Ms cỡ 20 emu/g nhƣng lực kháng từ lớn từ 17 kOe đến 20 kOe Để tăng cƣờng tỉ phần pha từ cứng mẫu chúng tơi tiến hành ủ nhiệt Hình 3.4 giản đồ nghiễu xạ tia X đƣờng cong từ trễ mẫu Mn50Bi50 sau ủ nhiệt Hình 3.4a phổ nhiễu xạ tia X mẫu Mn50Bi50 với thời gian nghiền khác 36 đƣợc ủ nhiệt 280oC thời gian Từ giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy cƣờng độ đỉnh nhiễu xạ pha tinh thể MnBi tăng lên đáng kể cƣờng độ nhiễu xạ pha Bi giảm rõ rệt, chứng tỏ sau ủ nhiệt phần pha tinh thể Mn, Bi kết hợp với để tạo thành pha MnBi * MnBi Mn 60 Bi M (emu/g) C-êng ®é (d v t y) 40 * * 1h * 1h 2h 20 -20 -40 2h -60 -40 -30 -20 -10 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70  2 ) 10 20 30 40 H (kOe) b) a) Hình 3.4 a) Phổ nhiễu xạ tia X , b) đường cong từ trễ mẫu bột Mn50Bi50 với thời gian nghiền khác ủ nhiệt 280oC thời gian Đƣờng cong từ trễ đƣợc thể hình 3.4b cho thấy sau ủ nhiệt, lực kháng từ Hc giảm 10 - 11 kOe nhƣng từ độ bão hòa Ms tăng lên đáng kể cỡ 50 emu/g Dáng điệu đƣờng cong từ trễ vng Tính chất từ thu đƣợc phù hợp với kết thể giản đồ nhiễu xạ tia X 3.1.2 Chế tạo pha từ mềm Fe-Co Hợp phần lựa chọn chế tạo vật liệu từ mềm Fe-Co phƣơng pháp đồng kết tủa Fe65Co35 Sau chế tạo, mẫu bột đƣợc phân tích cấu trúc phƣơng pháp nhiễu xạ tia X(XRD) phƣơng pháp hiển vi điện tử qt (SEM) Hình 3.5 kích thƣớc hạt giản đồ nhiễu xạ tia X pha từ mềm Fe65Co35 37 C-êng ®é (®.v.t.y) FeCo x = 65 20 30 40 50 2 60 70 80 Hình 3.5 a) Ảnh SEM mẫu Fe65Co35, b) Phổ nhiễu xạ tia X Từ hình 3.5a cho thấy kích thƣớc hạt pha từ mềm Fe65Co35 đạt cỡ 50nm -70 nm Trên phổ nhiễu xạ tia X xuất đỉnh nhiễu xạ đặc trƣng cho kết tinh pha tinh thể Fe65Co35 Đỉnh nhiễu xạ FeCo xuất góc 2 = 44,7o, 2 = 65,2o đạt cực đại góc 2 = 44,7o 200 x = 65 150 M (emu/g) 100 50 -50 -100 -150 -200 -12 -8 -4 H (kOe) 12 Hình 3.6 Đường cong từ trễ pha từ mềm Fe65Co35 Hình 3.6 đƣờng cong từ trễ pha từ mềm Fe65Co35 Đƣờng cong từ trễ mẫu Fe65Co35 thể tính từ mềm, giá trị từ độ bão hòa đạt 185 eum/g, lực kháng từ cỡ 70 Oe 38 3.2 Chế tạo Vật liệu từ cứng Nanocomposite Mn50Bi50/Fe65Co35 3.2.1 Sử dụng pha từ cứng chưa ủ nhiệt Sử dụng bột từ cứng Mn50Bi50 chƣa ủ nhiệt bột từ mềm Fe65Co35 đƣợc cân theo tỉ lệ định khối lƣợng pha từ mềm Fe65Co35 2, 4, 8% khối lƣợng pha từ cứng Hỗn hợp cứng/mềm đƣợc trộn thời gian 1h Hình 3.7 đƣờng cong từ trễ mẫu tổ hợp Từ hình 3.7 cho thấy sau trộn với pha từ cứng chƣa ủ nhiệt mẫu thể tính đa pha từ mạnh Biểu đƣờng cong từ trễ thắt dần tăng theo tỉ lệ pha từ mềm Điều cho thấy pha từ chƣa tƣơng tác với 40 2% 30 M (emu/g) 20 M (emu/g) 40 2% 4% 6% 8% -20 4% 20 6% 10 8% -10 -20 -30 -40 -40 -20 H (kOe) 20 -40 40 a) h -40 -30 -20 -10 10 H (kOe) 20 30 40 b) h Hình 3.7 Đường cong từ trễ pha từ cứng chưa ủ nhiệt Với mong muốn tăng cƣờng pha từ cứng tƣơng tác pha từ cứng pha từ mềm, thực ủ nhiệt 280oC thời gian Hình 3.8 đƣờng cong từ trễ mẫu tổ hợp ủ nhiệt Sau ủ nhiệt lực kháng từ tăng Hc tăng, từ độ bão hòa Ms tăng nhƣng không đáng kể nhiên dáng điệu đƣờng cong từ trễ vuông Chứng tỏ sau ủ nhiệt tƣơng tác hai pha cứng/mềm tăng lên Điều giải thích nhƣ sau: với nhiệt độ ủ 280oC không thay đổi cấu trúc pha từ mềm nhƣng làm tăng tỉ phần pha từ cứng Bởi vì, nhiệt độ 280 oC nhiệt độ thích hợp để tạo pha MnBi 39 60 60 2% 4% 6% 8% 20 40 M (emu/g) M (emu/g) 40 2% 4% 6% 8% -20 -40 20 -20 -40 -60 -40 -20 H (kOe) 20 -60 -40 40 -20 H (kOe) 20 40 Hình 3.8 Đường cong từ trễ pha từ cứng ủ nhiệt Giá trị lực kháng từ từ độ bão hòa trƣớc sau ủ nhiệt đƣợc thể bảng 3.1 Bảng 3.1 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trước sau ủ nhiệt 280oC Tỉ lệ pha từ mềm 2% Fe65Co35 4% 6% 8% Tính chất từ vật Ms Hc liệu tổ hợp emu/g kOe 1h 24 11,94 27 5,71 30 3,11 34 2,59 2h 23 14,19 26 5,93 30 3,87 33 2,83 1h 39 8,1 43 7,02 46 5,67 49 4,05 2h 35 10,27 38 8,1 43 5,94 46 4,32 Trƣớc ủ nhiệt Sau ủ nhiệt Ms Hc Ms Hc Ms Hc emu/g kOe emu/g kOe emu/g kOe Từ bảng kết ta thấy sau ủ nhiệt pha từ cứng pha từ mềm tƣơng tác với nhƣng cịn yếu Tính chất từ đƣợc cải thiện nhƣng chƣa đáng kể Sự thay đổi tính chất từ pha từ cứng nghiền chƣa đáng kể Do chúng tơi tiếp tục khảo sát ảnh hƣởng pha từ cứng ủ nhiệt đến tính chất vật liệu từ tổ hợp Mn50Bi50/Fe65 Co35 3.2.2 Sử dụng pha từ cứng ủ nhiệt Pha từ cứng đƣợc ủ nhiệt 280oC thời gian Lựa chọn tỉ lệ 40 khối lƣợng pha từ mềm 2, 4, 8% khối lƣợng pha từ cứng Hỗn hợp đƣợc trộn với thời gian mơi trƣờng khí r 60 2% 4% 6% 20 M (emu/g) M (emu/g) 40 8% -20 -40 -60 -40 -20 H (kOe) 20 40 50 2% 40 4% 30 6% 20 8% 10 -10 -20 -30 -40 -50 -40 -30 -20 -10 10 H (kOe) 1h 20 30 40 2h Hình 3.9: Đường cong từ trễ mẫu tổ hợp cứng/mềm với pha từ cứng ủ nhiệt Từ hình 3.9 cho thấy mẫu tổ hợp thể tính đa pha từ Hình dáng đƣờng cong từ trễ chƣa đƣợc cải thiện so với kết Giá trị lực kháng từ từ độ bão hòa thể bảng 3.2 Bảng 3.2 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu tổ hợp có pha từ cứng ủ nhiệt Tỉ lệ pha từ mềm Fe65Co35 2% Tính chất từ vật 4% Hc Ms 8% Ms Hc emu/g kOe Thời gian nghiền h 34 11,09 38 8,00 46 6,45 48 4,38 Thời gian nghiền h 31 10,14 36 5,63 41 3,67 45 3,94 liệu tổ hợp Ms 6% emu/g kOe emu/g Hc kOe Ms Hc emu/g kOe Đem so sánh kết bảng 3.1 3.2 chúng tơi nhận thấy chƣa có khác biệt pha từ cứng nghiền pha từ cứng nghiền Vật liệu tổ hợp nanocomposite với pha từ cứng nghiền ủ nhiệt tốt pha từ cứng ủ nhiệt nghiền tổ hợp nanocoposite chƣa ủ nhiệt ủ nhiệt Tuy nhiên hình dáng đƣờng cong từ trễ thể tính đa pha từ, phẩm chất từ chƣa đƣợc nhƣ kì vọng 41 KẾT LUẬN Đã chế tạo đƣợc vật liệu từ cứng Mn-Bi phƣơng pháp nghiền lƣợng cao xử lí nhiệt Kết thu đƣợc lực kháng từ tƣơng đối cao cỡ 11 kOe từ độ bão hòa đạt cỡ 50 eum/g Đã chế tạo thành công hệ vật liệu từ mềm Fe65Co35 theo phƣơng pháp đồng kết tủa Kết thu đƣợc từ độ bão hòa lớn đạt cỡ 185 emu/g lực kháng từ cỡ 70 Oe Đã thử nghiệm chế tạo vật liệu tổ hợp Mn50Bi50/Fe65Co35 với tỉ lệ pha từ mềm Fe65Co35 lần lƣợt 2, 4, 8% khối lƣợng pha từ cứng với hai trƣờng hợp pha từ cứng chƣa ủ nhiệt pha từ cứng ủ nhiệt Khảo sát đƣợc ảnh hƣởng kích thƣớc hạt pha từ cứng đến tính chất từ vật liệu tổ hợp Vật liệu tổ hợp nanocomposite với pha từ cứng nghiền ủ nhiệt tốt pha từ cứng ủ nhiệt nghiền tổ hợp nanocoposite chƣa ủ nhiệt ủ nhiệt 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Nguyễn Mẫu Lâm, Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite (Nd,Pr)-Fe-Nb-B (2008) Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lí, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 Trần thị Hà, Nghiên cứu chế tao vật liệu từ cứng naono Mn-Bi/Fe-Co (2015) Luận văn thạc sĩ khoa học vật chất, Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội Tiếng anh George C Hadjipanayis, Moving Beyond Neodymium-Iron Permanent Magnets for Electric Vehicle Motors December (2010) Trans-Atlantic Workshop on Rare-Earth Elements and Other Critical Materials for a Clean Energy Future Cambridge, Massachusetts, J F Herbst, J J Croat and W B Yelon, Structural and magnetic properties of Nd2Fe14Bn (1985) Journal of Applied Physics 57(8) 4086-4090 Jihoon Park, Yang-Ki Hong, Jaejin Lee, Woncheol Lee, Seong-Gon Kim and C.-J Choi Electronic Structure and Maximum Energy Product of MnBi (2014) Metals 455-464 K Strnat, G Hoffer, J Olson, W Ostertag and J J Becker A Family of New Cobalt‐Base Permanent Magnet Materials (1967) Journal of Applied Physics 38(3) 1001-1002 K Kang et al Alignment and analyses of MnBi/Bi nanostructures (2005) Appl Phys Lett 87, 062505 , Kyongha Kang et al Magnetic and transport properties of MnBi/Bi nanocomposites (2006) J Appl Phys 99, 08N703 Keiichi Koyama et al, Magnetic Phase Transition of MnBi under High Magnetic Fields and High Temperature (2007) materials transactions 48, 2414 10 M Sagawa, S Fujimura, N Togawa, H Yamamoto and Y Matsuura, New 43 material for permanent magnets on a base of Nd and Fe (1984) Journal of Applied Physics 55(6) 2083-2087 11 S Kavita, V V Ramakrishna and A S a R Gopalan, Structural and magnetic properties of the low temperature phase MnBi with ball milling (2016) Mater Res Express 4(56102) 1-9 12 Tetsuji Saito and Daisuke Nishio-Hamane, New hard magnetic phase in Mn–Ga–Al system alloys (2015) Journal of Alloys and Compounds 632 486– 489 13 Yongsheng Liu et al, Microstructure, crystallization, and magnetization behaviors in MnBi-Bi composites aligned by applied magnetic field (2005) Phys Rev B 72, 214410 14 Yongsheng Liu et al, Effect of magnetic field on the TC and magnetic properties for the aligned MnBi compound (2006) Solid State Communications 138, 104, 15 Y.Q Guoa, W Lia, J Luob, W.C Fenga and J K Liang Structure and magnetic characteristics of novel SmCo-based hard magnetic alloys (2006) J Magn Magn Mater 303 e367 – e370 16 Yongsheng Liu et al, Magnetic anisotropy and spin disorder in textured MnBi crystals synthesized by a field-inducing approach at a high temperature (2008) J Appl Phys 104, 043901 44 ... tài: ? ?Ảnh hưởng kích thước hạt pha từ cứng đến tính chất từ vật liệu từ cứng nanocomposite Mn- Bi/ Fe- Cocứng tổ hợp nano Mn- Bi/ Fe- Co? ?? Mục đích nghiên cứu Khảo sát ảnh hƣởng kích thƣớc hạt pha từ cứng. .. cứng đến tính chất vật liệu từ cứng nanocoposite Mn- Bi/ Fe- Co Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hƣởng kích thƣớc hạt pha từ cứng Mn- Bi đến tính chất từ vật liệu tổ hợp nanocomposite Mn- Bi/ Fe- Co. .. Khảo sát cấu trúc, tính chất từ mẫu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu Vật liệu từ cứng Mn- Bi Vật liệu từ mềm Fe- Co Vật liệu từ cứng tổ hợp nanocomposite Mn- Bi/ Fe- Co b Phạm vi nghiên