Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất vật lý của hệ vật liệu tổ hợp nitio3 và cofe2o4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT o0o LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC Chế tạo nghiên cứu số tính chất vật lý hệ vật liệu tổ hợp NiTiO3 CoFe2O4 NGUYỄN NGỌC HẢI hai.nn@vmi.gov.vn Ngành Vật lý kỹ thuật Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Lương Hữu Bắc Bộ môn: Quang học – Quang điện tử Viện: Vật lý kỹ thuật HÀ NỘI, 10/2022 Chữ ký GVHD LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN VLKT – ĐH BÁCH KHOA HN ii LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN VLKT – ĐH BÁCH KHOA HN TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA HỆ VẬT LIỆU TỔ HỢP NiTiO3 VÀ CoFe2O4 NGUYỄN NGỌC HẢI Ngành Vật lý kỹ thuật Giảng viên hướng dẫn : PGS TS Lương Hữu Bắc Viện : Vật lý kỹ thuật HÀ NỘI - 10/2022 iii LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN VLKT – ĐH BÁCH KHOA HN iv LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Lương Hữu Bắc, người định hướng nghiên cứu, trực tiếp hướng dẫn, nhiệt tình bảo tạo điều kiện thuận lợi thời gian sở vật chất để em hoàn thành tốt đề tài nghiên cứu luận văn Tơi xin gửi tới người thân gia đình tơi - chỗ dựa tinh thần, nguồn động viên lớn lao cho tơi suốt q trình học tập - kính trọng lịng biết ơn sâu sắc Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới bạn học viên lớp cao học Vật lý kỹ thuật khóa 2020, đồng nghiệp bạn sinh viên nghiên cứu PTN, người khuyến khích, động viên giúp đỡ nhiều suốt trình thực đề tài Nội dung nghiên cứu luận văn đượ c thực với hỗ trợ kinh phí Bộ Giáo dục Đào tạo thông qua đề tài mã số B2021BKA-2 Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng10 năm 2022 Nguyễn Ngọc Hải LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN VLKT – ĐH BÁCH KHOA HN ii LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN VLKT – ĐH BÁCH KHOA HN LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tốt nghiệp cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn PGS.TS Lương Hữu Bắc hỗ trợ nhóm nghiên cứu môn Quang học – Quang điện tử, Viện Vật lý kỹ thuật, đại học Bách khoa Hà Nội Các thông tin, tài liệu tham khảo từ tạp chí, báo sử dụng luận văn liệt kê đầy đủ, rõ ràng danh mục tài liệu tham khảo Các số liệu kết luận án hoàn toàn trung thực chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu tác giả khác Tác giả luận án Nguyễn Ngọc Hải iii LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN VLKT – ĐH BÁCH KHOA HN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .vi TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN vii DANH MỤC HÌNH VẼ ix DANH MỤC BẢNG BIỂU xiii MỞ ĐẦU .1 CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Vật liệu đơn pha multiferroics 1.2 Vật liệu họ titanate 1.2.1 Cấu trúc tinh thể 1.2.2 Sự ảnh hưởng phương pháp chế tạo lên cấu trúc tinh thể vật liệu titanate 11 1.2.3 Tính chất sắt điện vật liệu mutiferroics 12 1.2.4 Tính chất sắt từ vật liệu mutiferroics 14 1.3 Vật liệu sắt điện NiTiO3 .16 1.3.1 Tính chất dao động .16 1.3.2 Tính chất quang 17 1.3.3 Tính chất sắt từ 20 1.3.4 Tính chất điện 22 1.4 Tổng quan vật liệu ferit từ CoFe2O4 25 1.4.1 Cấu trúc tinh thể vật liệu CoFe2O4 25 1.4.2 Một số tính chất vật liệu CoFe2O4 26 1.5 Vật liệu tổ hợp sắt điện – sắt từ 29 1.5.1 Phương pháp chế tạo 29 1.5.2 Tính chất vật liệu tổ hợp sắt điện - sắt từ 31 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM 34 2.1 Quy trình chế tạo mẫu 34 2.1.1 Hóa chất thiết bị 34 2.1.2 Quy trình chế tạo NiTiO3 36 iv LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN VLKT – ĐH BÁCH KHOA HN 2.1.3 Quy trình chế tạo NiTiO3 – CoFe2O4 dạng bột 37 2.1.4 Quy trình tạo vật liệu mẫu khối để nghiên cứu, khảo sát 38 2.2 Các kỹ thuật phân tích, đo đạc 39 2.2.1 Nhiễu xạ tia X 39 2.2.2 Phổ tán xạ Raman 40 2.2.3 Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 41 2.2.4 Phép đo quang phổ hấp thụ 42 2.2.5 Phổ tán xạ lượng 43 2.2.6 Phép đo đường từ trễ 43 2.2.7 Phép đo đường điện trễ 44 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46 3.1 Vật liệu NiTiO3 46 3.1.1 Cấu trúc 46 3.1.2 Hình thái bề mặt .49 3.1.3 Tính chất quang 49 3.1.4 Tính chất sắt điện 51 3.1.5 Tính chất sắt từ 52 3.2 Vật liệu NiTiO3 - CoFe2O4 53 3.2.1 Cấu trúc vật liệu 53 3.2.2 Hình thái bề mặt 55 3.2.3 Phổ tán xạ Raman 56 3.2.4 Phân tích hàm lượng nguyên tử 57 3.2.5 Tính chất quang 58 3.2.6 Tính sắt điện 59 3.2.7 Tính sắt từ 61 3.3 Ảnh hưởng thiêu kết lên tính chất vật liệu tổ hợp NTO-CFO 62 3.3.1 Ảnh hưởng nhiệt độ thiêu kết 63 3.3.2 Ảnh hưởng thời gian thiêu kết .70 KẾT LUẬN 77 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 v LUẬN VĂN THẠC SỸ VIỆN VLKT – ĐH BÁCH KHOA HN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Diễn giải / Ý nghĩa AC Axit Citric C6H8O7 CFO CoFe2O4 DFT Density Functional Theory Lý thuyết hàm mật độ DRAM EDX Energy-dispersive X-ray spectroscopy Tán xạ lượng FRAM Ferroelectric Random Access Memory Bộ nhớ truy cập ngẫu nhiên Ferro điện JCPDS Joint Committee on Powder Diffraction Standards Thẻ chuẩn nhiễu xạ MEMS Micro ElectroMechanical Systems Hệ thống vi điện từ NTO 10 NTO-5CFO 95 % mol NiTiO3 – % mol CoFe2O4 11 NTO-10CFO 90 % mol NiTiO3 – 10 % mol CoFe2O4 12 PVA Polyvinyl alcohol [CH2CH(OH)]n 13 SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi điện tử quét 14 TTIP Titanium (IV) isopropoxide C12H28O4Ti 15 TTOP Tetrapropyl ortho titanate C12H32O4Ti 16 VSM Vibrating Sample Magnetometer Từ kế mẫu rung 17 XRD X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X Dynamic Random Access Memory Bộ nhớ động truy cập ngẫu nhiên NiTiO3 vi