Nghiên cứu độ dẫn điện của một số hợp kim sắt dưới ảnh hưởng của áp suất

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn khơng trùng lặp với khóa luận, luận văn, luận án cơng trình nghiên cứu cơng bố NGƢỜI CAM ĐOAN Đỗ Thị Phƣơng Nga i LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận văn, trước tiên xin dành lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến PGS.TS Hồ Khắc Hiếu - người thầy hướng dẫn ln quan tâm, tận tình bảo, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi thực luận văn Tơi xin cảm ơn giúp đỡ PGS.TS Trần Thị Hải – người cô giáo hướng dẫn thứ hai, thầy, cô giáo lớp Cao học K11 - Vật lý lý thuyết Vật lý toán Trường Đại học Hồng Đức, giúp trau dồi kiến thức cho tơi nhiều kinh nghiệm bổ ích việc tiếp cận với kiến thức khoa học Tôi xin cảm ơn thầy cô Hội đồng phản biện quan tâm, dành thời gian đọc, góp ý dẫn để luận văn hoàn chỉnh Tôi xin cảm ơn Ban Giám đốc, thầy cô giáo bạn đồng nghiệp Trung tâm GDNN- GDTX TP Tam Điệp quan tâm, giúp đỡ tạo điều kiện để tơi hồn thành tốt nhiệm vụ hai năm học vừa qua Cuối tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến bố mẹ, anh chị em người thân quan tâm, động viên, cổ vũ suốt thời gian học tập hoàn thành luận văn Tam Điệp, ngày 25 tháng năm 2020 Tác giả luận văn ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Danh mục từ viết tắt iii Danh mục hình vẽ v Mở đầu Chƣơng 1: Tổng quan độ dẫn điện số phƣơng pháp nghiên cứu 1.1 Độ dẫn điện kim loại hợp kim 1.1.1 Điện tử dẫn vật rắn 1.1.2 Kim loại 1.1.3 Hợp kim 1.2 Một số phương pháp nghiên cứu 11 1.2.1 Các phương pháp bốn điện cực 11 1.2.2 Phương pháp dịng điện xốy 13 1.2.3 Phương pháp hàm bước 15 1.2.4 Phương pháp phiếm hàm mật độ 16 Kết luận chương 19 Chƣơng 2:Ảnh hƣởng áp suất đến độ dẫn điện hợp kim 20 2.1 Định luật Bloch- Grüneisen 20 2.2 Cơ chế vi mô độ dẫn điện kim loại 22 2.3 Ảnh hưởng áp suất đến độ dẫn điện hợp kim 27 Kết luận chương 30 Chƣơng 3: Độ dẫn điện hợp kim Fe- Ni dƣới ảnh hƣởng 31 áp suất 3.1 Kết thực nghiệm điện trở suất Fe-Ni 31 3.2 Độ dẫn điện hợp kim Fe-Ni 34 3.2.1 Sự phụ thuộc áp suất điện trở suất Fe-Ni 36 iii 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ Ni đến điện trở suất Fe-Ni 37 3.2.3 Điện trở suất biên lớp lõi-phủ Trái đất 39 Kết luận chương 41 Kết luận 42 Tài liệu tham khảo 43 iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt BCC Body centered cubic Lập phương tâm khối CMB Core–mantle boundary DAC Diamond anvil cell Biên lớp lõi-phủ (của Trái đất) Ô mạng đế kim cương FPM Four probe method Phương pháp bốn điện cực GGA Generalized gradient approximation Gần gradient mở rộng HCP Hexagonal close packed Lục giác xếp chặt LMTO Linear muffin-tin-orbital Phương pháp orbital muffintin tuyến tính SFM Step function method Phương pháp hàm bước v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Điện trở suất hợp kim Fe-Ni ( 107 Ωm) vi 37 DANH MỤC HÌNH VẼ Nội dung Tên hình Trang Ảnh chụp mẫu điện cực DAC Hình 1.1 Phương pháp FPM sử dụng để giảm thiểu điện 13 trở từ điện cực điện trở tiếp xúc Hình 1.2 Một mạch điện đơn giản phương pháp hàm bước 15 Quá trình tán xạ điện tử – phonon Hình 2.1 (a) Tán xạ N k+q = k′; (b) Tán xạ Umklapp k + q = k′ + 24 G Hình 2.2 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Mối liên hệ điện trở suất rút gọn  T    D  nhiệt độ rút gọn T  D số kim loại Ảnh hưởng áp suất đến điện trở suất hợp kim Fe-Ni Sự phụ thuộc áp suất điện trở suất hợp kim Fe95Ni5, Fe90Ni10 Fe80Ni20 Ảnh hưởng nồng độ Ni đến điện trở suất hợp kim Fe-Ni áp suất – 120 GPa 26 33 36 38 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện trở suất Fe (đường Hình 3.4 đứt nét màu xanh dương) hợp kim Fe90Ni10 (đường liền nét màu đỏ) áp suất 135 GPa vii 39 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Lĩnh vực nghiên cứu áp suất cao nhánh nghiên cứu thú vị vật lý, đặc biệt địa vật lý, vật lý hành tinh, lý thuyết chất rắn vật lý hạt nhân [10,14,17] Kim loại sắt nhà nghiên cứu quan tâm, ý tính chất nhiệt động học có liên quan mật thiết với trạng thái từ Trong tự nhiên, kim loại sắt thường kết hợp với nguyên tố khác tạo nên hợp kim sắt-sulfur, sắt-hydrogen, sắt-nickel sắtsilicon,… [8-10] Khi nghiên cứu tính chất nhiệt động, học tính chất truyền dẫn điện sắt hợp kim sắt, nhà khoa học nhận thấy rằng, tùy theo phần trăm nguyên tử thay mà hợp kim có tính chất vật lý thú vị hệ số giãn nở nhiệt thấp, gần không, hợp kim invar Fe-Ni; tăng hay giảm độ dẫn điện dẫn nhiệt, hệ số nén, môđun đàn hồi, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ eutectic,… Vì mà, nghiên cứu tính chất truyền dẫn điện sắt hợp kim sắt chủ đề có tính thời Tuy vậy, nghiên cứu gần cho thấy kết trái ngược nhau, chẳng hạn hai phép đo hai nhóm Ohta [17] Konôpková [14] độ dẫn điện dẫn nhiệt sắt áp suất cao Theo kết nghiên cứu Ohta cộng áp suất tăng cao xảy hiệu ứng bão hòa điện trở suất giá trị điện trở suất bão hòa nhỏ Trong đó, thí nghiệm Konơpková cộng lại cho kết ngược lại Do đó, việc xây dựng mơ hình lý thuyết cho phép đánh giá ảnh hưởng áp suất đến độ dẫn điện sắt hợp kim sắt có ý nghĩa quan trọng Đây lý để chúng tơi lựa chọn đề tài “Nghiên cứu độ dẫn điện số hợp kim sắt ảnh hưởng áp suất” Mục đích nghiên cứu Mục tiêu chúng tơi đề tài phát triển mơ hình lý thuyết để nghiên cứu ảnh hưởng áp suất đến độ dẫn điện hợp kim sắt Phƣơng pháp nghiên cứu Để giải mục tiêu đặt ra, đề tài sử dụng phương pháp bán thực nghiệm kết hợp định luật Bloch–Grüneisen (chủ yếu quan tâm đến tán xạ electron-phonon), quy tắc Matthiesen kết thực nghiệm gần Đây định luật bán thực nghiệm sử dụng thành công để nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ đến độ dẫn điện vật liệu Kết giải tích chúng tơi lập trình tính số Matlab để xây dựng bảng số liệu đồ thị mô tả phụ thuộc áp suất điện trở suất hợp kim Cấu trúc luận văn Ngoài phần Mở đầu, Kết luận Tài liệu tham khảo, nội dung luận văn chúng tơi trình bày ba chương Cụ thể là: Chƣơng 1: Tổng quan độ dẫn điện số phƣơng pháp nghiên cứu Nội dung chương trình bày lý thuyết tổng quan độ dẫn điện kim loại hợp kim số phương pháp thực nghiệm lý thuyết để nghiên cứu độ dẫn điện vật liệu Chƣơng 2: Ảnh hƣởng áp suất đến độ dẫn điện hợp kim Trong chương này, chúng tơi trình bày chi tiết định luật Bloch–Grüneisen (chủ yếu quan tâm đến tán xạ electron-phonon) quy tắc Matthiesen nghiên cứu độ dẫn điện kim loại hợp kim ảnh hưởng nhiệt độ Đồng thời, trình bày phương pháp lý thuyết cho phép nghiên cứu ảnh hưởng áp suất đến độ dẫn điện hợp kim Chƣơng Độ dẫn điện hợp kim Fe-Ni dƣới ảnh hƣởng áp suất Trong chương dựa vào biểu thức xây dựng phụ thuộc độ dẫn điện với áp suất chúng tơi thực tính tốn số cho hợp kim Fe-Ni khoảng áp suất từ GPa đến 120 GPa nồng độ thành phần Ni từ 0-40% Các kết tính số thảo luận chi tiết Phần kết luận chung Từ nghiên cứu tính tốn chương tổng kết kết mang tính khoa học mà luận văn đạt khả ứng dụng luận văn vào thực tế Chƣơng ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA HỢP KIM Fe-Ni DƢỚI ẢNH HƢỞNG CỦA ÁP SUẤT Trong chương này, dựa định luật trình bày Chương 2, nghiên cứu ảnh hưởng áp suất đến độ dẫn điện hợp kim sắt Fe-Ni Để thực điều này, xem xét, đánh giá điện trở suất (bằng nghịch đảo độ dẫn điện) hợp kim Fe-Ni có kể đến áp suất 3.1 Kết thực nghiệm điện trở suất Fe-Ni Trước tiên, chúng tơi trình bày kết thực nghiệm đo điện trở suất hợp kim Fe-Ni ảnh hưởng áp suất Điện trở suất xác định dựa việc đo điện trở R dạng hình học mẫu (độ rộng w, độ dài l điện cực độ dày h mẫu sắt) sau: w l   R h (3.1) Nếu dạng hình học mẫu thay đổi đẳng hướng ảnh hưởng áp suất ta có 1/3 1/3 1/3 V  V  V  l  l0   ; w  w0   ; h  h0   ,  V0   V0   V0  (3.2) V V0 tương ứng thể tích mẫu áp suất P áp suất khơng Do đó, phương trình (3.1) viết lại 1/3 V  R   0   , V R  0 (3.3) với R0  tương ứng điện trở điện trở suất mẫu áp suất khơng Sai số phép đo điện trở suất xác định dựa việc xem xét hai trường hợp biến dạng dị hướng cực hạn Trường hợp thứ dạng hình học mẫu đo thay đổi dọc theo trục nén, nghĩa thay đổi thể tích tỉ lệ với thay đổi độ dày Ta có: 31 V  l  l0 ; w  w0 ; h  h0   ,  V0  (3.4) V  R   V0  R0 min  0  (3.5) Trường hợp thứ hai dạng hình học mẫu đo thay đổi theo hướng xuyên tâm, nghĩa độ dày mẫu không đổi Khi ta có 1/2 1/2 V  V  l  l0   ; w  w0   ; h  h0 ,  V0   V0  (3.6) max  0 R R0 (3.7) Như vậy, xét đến khả biến dạng dị hướng mẫu, điện trở suất tối thiểu tối đa hợp kim sắt-niken tương ứng xác định bởi: V  R R  ; max  0 R0  V0  R0 min  0  (3.8) Trên Hình 3.l đồ thị biểu diễn phụ thuộc điện trở suất kim loại sắt hợp kim Fe-Ni với nồng độ thành phần Ni khác Fe95Ni5, Fe90Ni10, Fe85Ni15 [9] Giá trị thực nghiệm đo nhóm Gomi (2015) [8] cho hợp kim Fe-Ni biểu đường tròn màu xanh dương (Fe85Ni15), xanh (Fe90Ni10), màu vàng (Fe95Ni5) Số liệu đo nhóm Kuznetsov (2007) [15] cho hợp kim Fe90Ni10 thể hình vng màu xanh Ngồi ra, hình vẽ mô tả số liệu thực nghiệm điện trở suất kim loại sắt (Fe) đo nhóm Gomi (2013) (các đường trịn màu đỏ hồng) [10], nhóm Jaccard (2002) (hình vng đen) [13], nhóm Seagle (2013) (hình tam giác màu xám trắng) [18] Các tính tốn lý thuyết dựa nguyên lý ban đầu nhóm Sha&Cohen (2011) (đường nét đứt xám) [19] nhóm Gomi (2013) (đường liền đen) [10] cho kim loại sắt 32 biểu diễn Từ hình vẽ thấy, giá trị điện trở suất hợp kim Fe-Ni tăng tăng nồng độ thành phần kim loại Ni Điều cho thấy, hiệu ứng bão hịa khơng đóng vai trò quan trọng nhiệt độ thường quy tắc Matthiessen áp dụng cho hệ hợp kim Fe-Ni Hình 3.1 Ảnh hưởng áp suất đến điện trở suất hợp kim FeNi [9] Giá trị thực nghiệm đo nhóm Gomi (2015) cho hợp kim Fe-Ni với nồng độ thành phần Ni khác biểu đường tròn màu xanh dương (Fe85Ni15), xanh (Fe90Ni10), màu vàng (Fe95Ni5) Số liệu đo nhóm Kuznetsov (2007) [15] cho hợp kim Fe90Ni10 thể hình vng màu xanh Ngồi ra, hình vẽ mơ tả số liệu thực nghiệm điện trở suất kim loại sắt (Fe) đo nhóm Gomi (2013) (các đường trịn màu đỏ hồng) [10], nhóm Jaccard (2002) (hình vng đen) [13], nhóm Seagle (2013) (hình tam giác màu xám trắng) [18] Các tính tốn lý thuyết dựa ngun lý ban đầu nhóm Sha&Cohen (2011) (đường nét đứt xám) [19] nhóm Gomi (2013) (đường liền đen) [10] cho kim loại sắt biểu diễn 33 Sắt kim loại có giản đồ pha phức tạp với nhiều dạng thù hình Tại áp suất khoảng 13-15 GPa, kết thực nghiệm cho thấy, kim loại sắt chuyển từ cấu trúc BCC sang cấu trúc HCP Từ Hình 3.1 thấy, khoảng áp suất chuyển pha này, điện trở suất sắt xuất bước nhảy vọt sau giảm dần theo tăng áp suất Đối với hợp kim Fe-Ni, kết đo thực nghiệm điện trở suất nhóm Gomi (2015) [8] Kuznetsov (2007) [15] thu tượng tương tự Sự sai lệch hai nhóm xác định áp suất xuất nhảy vọt điện trở suất hợp kim Fe90Ni10 cỡ 1.3 GPa 3.2 Độ dẫn điện hợp kim Fe-Ni Để thực tính tốn số ảnh hưởng áp suất đến độ dẫn điện hợp kim sắt Fe-Ni sử dụng thông tin điện trở suất kim loại Fe, Ni mơ hình bão hịa điện trở suất có dạng sau 1 ,   tot (V, T) ideal (V, T)  sat (V) (3.9) sat (V) điện trở suất bão hòa kim loại sắt Giá trị điện trở suất  sat (V) đại lượng phụ thuộc vào áp suất Tại áp suất P = GPa, giá trị điện trở suất bão hòa sat (V )  1,68 106 ( m) [10],[11] Vì điện trở suất bão hịa sat (V) phụ thuộc vào khoảng cách nguyên tử nên phụ thuộc thể tích (và áp suất) điện trở suất sắt áp suất cao giả thiết  V 3 hàm   sau:  V0  V  6   10 ( m)  V0   sat (V)  1,68   (3.10) Chú ý rằng, tất phương trình cách tiếp cận này, biểu thị điện trở suất dạng hàm thể tích nhiệt độ, thay áp suất nhiệt độ Để xác định ảnh hưởng áp suất, sử dụng 34 phương trình trạng thái sắt hcp [4] để kết nối mối liên hệ áp suất – thể tích – nhiệt độ Ở phương trình (3.9), ideal (V, T) điện trở suất lý tưởng hợp kim xác định định luật Matthiessen ideal (V,T)  Fe (V,T)   Ni (V)   Ni , (3.11)  Ni (V)  Ni tương ứng điện trở suất nồng độ thành phần nguyên tố Ni;  Fe (V,T) điện trở suất sắt xác định định luật Bloch-Grüneisen  T   Fe (V,T)  B(V)     D (V)   (V)/T D  z 5dz  exp  z   1 1  exp   z   (3.12) Trong cơng trình [8], Gomi cộng làm khớp số liệu thực nghiệm phụ thuộc thể tích điện trở suất theo dạng hàm F3  V    F1   F2   ( m) , V0   (3.13) F1 , F2 F3 số phụ thuộc vào vật liệu Kết làm khớp điện trở suất nhóm tác giả cho sắt niken thu  V   Fe (V,300K)  5,26  1,24   V0   3,21  109 ( m) , (3.14)  V   Ni (V)  7,25   3,51   V0   8,06  105 ( m) (3.15) Khi kể đến biến dạng mẫu, Gomi cộng [8] xác định giá trị lớn nhỏ tham số làm khớp F1 , F2 F3 phương trình (3.13) F2, Ni ,max  3.64, F3, Ni ,max  7.44 , tương ứng F1, Ni ,max  6,17 105 m , F1, Ni ,min  9.69 105 m , F2, Ni ,min  3.31 , F3, Ni ,min  9,25 35 3.2.1 Sự phụ thuộc áp suất điện trở suất Fe-Ni Trong phần khảo sát ảnh hưởng áp suất đến điện trở suất hợp kim Fe-Ni Các hợp kim Fe95Ni5, Fe90Ni10 Fe80Ni20 chúng tơi tính số khoảng áp suất từ GPa đến 120 GPa Hình 3.2 Sự phụ thuộc áp suất điện trở suất hợp kim Fe95Ni5, Fe90Ni10 Fe80Ni20 Trên Hình 3.2 đồ thị biểu diễn ảnh hưởng áp suất đến điện trở suất hợp kim Fe95Ni5, Fe90Ni10 Fe80Ni20 Ở ý rằng, bỏ qua chuyển pha cấu trúc hợp kim (tại xuất điểm nhảy điện trở suất) giả thiết hợp kim giữ nguyên cấu trúc toàn khoảng áp suất từ GPa đến 120 GPa Từ Hình 3.2 nhận thấy, áp suất tăng, độ dẫn điện hợp kim giảm dần Đường cong mô tả phụ thuộc điện trở suất theo áp suất có dạng gần tuyến tính đặc biệt là, nồng độ thành phần kim loại Ni cao ảnh hưởng áp suất đến điện trở suất hợp kim lớn Điều thể rõ qua độ dốc đường cong điện trở suất Hình 3.2 Cụ thể là, độ dốc đường cong điện trở suất d  dP hợp kim Fe95Ni5, Fe90Ni10 Fe80Ni20 khoảng áp suất từ GPa đến 120 36 GPa tương ứng 1.3695  1010 Ωm/GPa, 2.8482  1010 Ωm/GPa 5.8377 1010 Ωm/GPa Ở đây, dấu “–” thể điện trở suất hợp kim giảm dần theo áp suất 3.2.2 Ảnh hƣởng nồng độ Ni đến điện trở suất Fe-Ni Trong phần xem xét ảnh hưởng nồng độ thành phần Ni đến điện trở suất hợp kim Fe-Ni Nồng độ thành phần Ni khảo sát khoảng từ đến 40% Giá trị tính tốn điện trở suất hợp kim Fe-Ni khoảng áp suất từ GPa đến 120 GPa đưa Bảng 3.1 Bảng 3.1 Điện trở suất hợp kim Fe-Ni ( 107 Ωm) Áp suất (GPa) Nồng độ Ni 40 80 120 1.0127 0.9618 0.9490 0.8471 10 1.9809 1.8535 1.7898 1.6369 15 2.9363 2.6433 2.5287 2.3376 20 3.6115 3.2803 3.1401 2.9108 25 4.091 3.742 3.575 3.329 30 4.4395 4.0828 3.9045 3.6497 35 4.736 4.339 4.166 3.906 40 4.9236 4.4777 4.3248 4.0701 37 Hình 3.3 Ảnh hưởng nồng độ Ni đến điện trở suất hợp kim Fe-Ni áp suất – 120 GPa Trên Hình 3.3 biểu diễn phụ thuộc điện trở suất hợp kim Fe-Ni vào nồng độ thành phần kim loại Ni áp suất GPa, 40 GPa, 80 GPa 120 GPa Cũng tương tự phần 3.2.1, giả thiết rằng, hợp kim giữ nguyên cấu trúc toàn khoảng áp suất từ GPa đến 120 GPa Hình 3.3 cho thấy, đồ thị biến thiên điện trở suất theo nồng độ áp suất khác tương đồng Tại áp suất xem xét, điện trở suất hợp kim Fe-Ni tăng nhanh theo nồng độ thành phần Ni, đặc biệt khoảng nồng độ nhỏ 20% Có thể thấy, khoảng nồng độ Ni, điện trở suất hợp kim Fe-Ni tăng gần tuyến tính theo nồng độ Độ dốc đường cong điện trở suất nồng độ 5% Ni áp suất GPa, 40 GPa, 80 GPa 120 GPa tương ứng 1.9364 108 Ωm/at.%, 1.7834 108 Ωm/at.%, 1.6816 108 Ωm/at.% 1.5796 108 Ωm/at.% Trong đó, nồng độ 40% kim loại Ni, độ dốc đường cong điện trở suất áp suất GPa, 40 GPa, 80 GPa 120 GPa tương ứng 3.7520 109 Ωm/at.%, 2.7740 109 Ωm/at.%, 3.1760 109 Ωm/at.% 3.2820 109 Ωm/at.% 38 3.2.3 Điện trở suất biên lớp lõi-phủ Trái đất Biên lớp lõi-phủ Trái đất (Core–mantle boundary – CMB) vị trí phân chia lớp phủ silicat lớp lõi (chứa phần lớn hợp kim Fe-Ni nóng chảy) Trái đất Ranh giới nằm độ sâu khoảng 2900 km (1796 mi) bên bề mặt Trái đất Người ta xác định độ sâu biên CMB thông qua quan sát gián đoạn vận tốc sóng địa chấn khác biệt độ kháng âm lớp phủ rắn lõi ngồi nóng chảy Tại biên CMB, người ta ước tính áp suất vào khoảng 135 GPa Hình 3.4 Sự phụ thuộc nhiệt độ điện trở suất Fe (đường đứt nét màu xanh dương) hợp kim Fe90Ni10 (đường liền nét màu đỏ) áp suất 135 GPa Trên Hình 3.4 chúng tơi biểu diễn phụ thuộc nhiệt độ điện trở suất kim loại Fe (đường đứt nét màu xanh dương) hợp kim Fe90Ni10 (đường liền nét màu đỏ) áp suất 135 GPa biên CMB khoảng nhiệt độ từ đến 3500 K Từ hình vẽ thấy, pha kim loại Ni vào sắt, điện trở suất hợp kim Fe-Ni tăng mạnh so với Fe, đặc biệt vùng nhiệt độ thấp Điện trở suất kim loại Fe Fe90Ni10 gần không đổi nhiệt độ nhỏ 200 K Khi nhiệt độ tăng, điện trở suất tăng gần tuyến 39 tính với nhiệt độ chênh lệch điện trở suất Fe Fe90Ni10 thu hẹp dần Điều cho thấy, điện trở suất kim loại pha tạp Ni đóng vai trị quan trọng vào điện trở suất hợp kim nhiệt độ phịng đóng góp Ni giảm dần nhiệt độ cao Ngoài ra, điện trở suất hợp kim Fe90Ni10 tăng chậm theo nhiệt độ so với kim loại Fe Điều thể rõ qua hệ số dốc  T đường cong điện trở suất Giá trị hệ số dốc  T đường cong điện trở suất Fe Fe90Ni10 khoảng nhiệt độ 500 K 3500 K tương ứng 1.44 1010 Ωm/K 1.40 1010 Ωm/K 40 Kết luận chƣơng Trong Chương 3, khảo sát ảnh hưởng áp suất, nhiệt độ nồng độ thành phần đến điện trở suất hợp kim Fe-Ni Chúng tơi thực tính tốn số cho Fe-Ni khoảng áp suất từ GPa đến 135 GPa nồng độ thành phần Ni từ – 40% Kết cho thấy, nhiệt độ hay nồng độ Ni tăng, điện trở suất hợp kim Fe-Ni tăng dần Trong đó, áp suất tăng làm giảm điện trở suất hợp kim 41 KẾT LUẬN Dựa định luật Bloch-Grüneisen quy tắc Matthiesen chúng tơi khảo sát tính chất dẫn điện điện trở suất hợp kim Fe-Ni ảnh hưởng áp suất nồng độ thành phần kim loại Ni Luận văn đạt kết sau: Xây dựng phương pháp lý thuyết để nghiên cứu ảnh hưởng áp suất nồng độ thành phần Ni đến điện trở suất (cũng độ dẫn điện) hợp kim dựa định luật Bloch–Grüneisen quy tắc Matthiesen Thực tính tốn số cho hợp kim Fe-Ni khoảng áp suất từ GPa đến 135 GPa nồng độ thành phần Ni từ 0% đến 40% Kết tính tốn số cho thấy, nhiệt độ hay nồng độ Ni tăng, điện trở suất hợp kim Fe-Ni tăng dần Trong đó, áp suất tăng làm giảm điện trở suất hợp kim Kết nghiên cứu mở rộng phát triển để nghiên cứu điện trở suất (cũng độ dẫn điện) hợp kim khác ảnh hưởng nhiệt độ, áp suất nồng độ thành phần 42 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Aveek Bid, Achyut Bora, and A K Raychaudhuri (2006), “Temperature dependence of the resistance of metallic nanowires of diameter ⩾15nm, Applicability of Bloch-Grüneisen theorem”, Physical Review B 74, 035426 [2] F Birch (1947), “Finite Elastic Strain of Cubic Crystals”, Physical Review 71, 809 [3] R.E Cohen, O Gülseren, and R.J Hemley (2000), “Accuracy of equationof-state formulations”, American Mineralogist 85, 338 [4] Dewaele, A Loubeyre, P Occelli, F Mezouar, M Dorogokupets, P.I Torrent, M (2006), “Quasihydrostatic equation of state of iron above Mbar”, Physical Review Letters 97, 215504 [5] Feng Duan, Jin Guojun (2005), Introduction to condensed matter physics, Vol.1, World Scientific Publishing Company, Singapore [6] G Dyos (2012), The Handbook of Electrical Resistivity, New materials and pressure effects, Series Materials, Circuits and Devices, The Institution of Engineering and Technology, London [7] Franz, R Wiedemann G (1853), “Ueber die Wärme-Leitungsfähigkeit der Metalle”, Annalen der Physik (in German), 165 (8), pp 497–531 [8] Hitoshi Gomi, Kei Hirose (2015), “Electrical resistivity and thermal conductivity of hcp Fe–Ni alloys under high pressure: Implications for thermal convection in the Earth’s core”, Physics of the Earth and Planetary Interiors, 247, pp 2–10 [9] Hitoshi Gomi, Kei Hirose, Hisazumi Akai, Yingwei Fei (2016), “Electrical resistivity of substitutionally disordered hcp Fe–Si and Fe–Ni alloys Chemically-induced resistivity saturation in the Earth’s core”, Earth and Planetary Science Letters 451, pp 51–61 43 [10] Hitoshi Gomi, Kenji Ohta, Kei Hirose, Stéphane Labrosse, Razvan Caracas, Matthieu J Verstraete, John W Hernlund (2013), “The high conductivity of iron and thermal evolution of the Earth’s core”, Physics of the Earth and Planetary Interiors 224, pp 88–103 [11] Ho Khac Hieu, Tran Thi Hai, Nguyen Thi Hong, Ngo Dinh Sang & Nguyen Viet Tuyen (2017), “Electrical Resistivity and Thermodynamic Properties of Iron Under High Pressure”, Journal of Electronic Materials 46, pp 3702–3706 [12] W.B Holzapfel (1991), “Equations of state for ideal and real solids under strong compression”, EPL Europhysics Letters 16, 67 [13] Jaccard, D Holmes, A Behr, G Inada, Y Onuki, Y (2002), “Superconductivity of ε-Fe: complete resistive transition”, Physics Letters A 299, pp 282–286 [14] Z Konơpková, R.S McWilliams, N Gómez-Pérez, A.F Goncharov (2016), “Direct measurement of thermal conductivity in solid iron at planetary core conditions”, Nature 534, pp 99–101 [15] Kuznetsov, A.Y Dmitriev, V Volkova, Y Kurnosov, A Dubrovinskaia, N Dubrovinsky, L (2007), “In-situ combined X-ray diffraction and electrical resistance measurements at high pressures and temperatures in diamond anvil cells”, High Pressure Research 27, pp 213–222 [16] Nordheim L (1931), “Zur elektronentheorie der metalle”, Annalen der Physics (5), pp 607–78 [17] K Ohta, Y Kuwayama, K Hirose, K Shimizu, Y Ohishi (2016), “Experimental determination of the electrical resistivity of iron at Earth's core conditions”, Nature 534, pp 95–98 [18] Seagle, C.T Cottrell, E Fei, Y Hummer, D.R Prakapenka, V.B (2013), “Electrical and thermal transport properties of iron and iron-silicon alloy at high pressure”, Geophysical Research Letters 40, pp 5377–5381 44 [19] Sha, X Cohen, R (2011), “First-principles studies of electrical resistivity of iron under pressure”, Journal of Physics: Condensed Matter 23, 075401 [20] P Vinet, J Ferrante, J.H Rose, and J.R Smith (1987), “Compressibility of solids”, Journal of Geophysical Research Solid Earth, 92, 9319 45