(Luận văn) nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột bi1 xsrxfeo3 chế tạo bằng phương pháp sol gel

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHIẾU THANH HẰNG lu an n va NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ĐẶC TRƯNG TỪ TRỄ tn to CỦA HỆ MẪU BỘT Bi1-xSrxFeO3 CHẾ TẠO p ie gh BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL d oa nl w nf va an lu LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu THÁI NGUYÊN - 2020 n va ac th si ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHIẾU THANH HẰNG lu an n va NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ĐẶC TRƯNG TỪ TRỄ tn to CỦA HỆ MẪU BỘT Bi1-xSrxFeO3 CHẾ TẠO p ie gh BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL w Ngành: Vật lý chất rắn d oa nl Mã số: 8440104 an lu nf va LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ z at nh oi lm ul Cán hướng dẫn khoa học: TS PHẠM MAI AN PGS.TS PHẠM HỮU KIÊN z m co l gm @ an Lu THÁI NGUYÊN - 2020 n va ac th si LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu tơi nhóm nghiên cứu Các kết luận văn thực Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm trước Nhà trường lời cam đoan Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020 Tác giả luận văn lu an va Khiếu Thanh Hằng n p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th i si LỜI CẢM ƠN Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc đến TS Phạm Mai An, PGS.TS Phạm Hữu Kiên, Khoa Vật lý - Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp ý kiến q báu để tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình trình học tập làm việc Khoa lu Tôi xin cảm ơn chân thành tới thầy cô làm việc Phịng thí nghiệm an Siêu cấu trúc - Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, ThS Phạm Anh Sơn làm việc va n Phịng thí nghiệm Hóa học - trường Đại học Khoa học Tự Nhiên - Đại học tn to Quốc gia Hà Nội, PGS.TS Đỗ Thị Hương Giang làm việc phịng thí nghiệm ie gh Micro - Nano, trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, giúp p đỡ thực phép đo đơn vị nl w Cuối cùng, xin gửi tất tình cảm lòng biết ơn sâu sắc tới gia d oa đình, người thân, bạn bè, người ln động viên, khích lệ tạo điều an lu kiện tốt giúp tơi hồn thành luận văn nf va Xin trân trọng cảm ơn đề tài khoa học công nghệ cấp sở “Chế tạo, lm ul nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ Sr lên cấu trúc đặc trưng từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3”, Mã số: CS.2020.04 tiến sĩ Phạm Mai An làm chủ nhiệm z at nh oi hỗ trợ thực luận văn Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020 z m co l gm @ Tác giả luận văn an Lu KHIẾU THANH HẰNG n va ac th ii si MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU lu Lý chọn đề tài an Mục tiêu nghiên cứu va n Đối tượng nghiên cứu gh tn to Phạm vi nghiên cứu ie Phương pháp nghiên cứu p CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BSFO oa nl w 1.1 Vật liệu multiferroic nhóm ABO3 1.1.1 Cấu trúc tinh thể d an lu 1.1.2 Hiệu ứng từ - điện nf va 1.2 Vật liệu Bi1-xSrxFeO3 lm ul 1.2.1 Cấu trúc tính chất từ BiFeO3 1.2.2 Sự ảnh hưởng tỷ lệ thay ion Bi3+ ion Sr2+ lên cấu trúc, z at nh oi tính chất vật liệu BSFO 11 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu BFO pha tạp Phịng thí z nghiệm Vật lý chất rắn, Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên 17 @ l gm CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 22 2.1 Thực nghiệm chế tạo mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 phương pháp sol -gel 22 co m 2.2 Các phương pháp thực nghiệm nghiên cứu cấu trúc tính chất từ mẫu 24 an Lu 2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tia X 24 n va ac th iii si 2.2.2 Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 26 2.2.3 Khảo sát tính chất từ từ kế mẫu rung (VSM) 27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Cấu trúc tinh thể hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 30 3.2 Hình thái bề mặt hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 37 3.3 Đặc trưng từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 39 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th iv si DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Tiếng Việt BFO Bismuth ferrite - BiFeO3 BSFO Bi1-xSrxFeO3 SEM Kính hiển vi điện tử quét VSM Từ kế mẫu rung XRD Nhiễu xạ tia X lu Chữ viết tắt an n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th v si DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các thông số thể tích, khơng gian mạng hệ vật liệu BSFO 12 Bảng 1.2 Các tham số mạng hệ BSFO 13 Bảng 1.3 Đặc trưng cấu trúc hệ Bi1-xSrxFeO3 15 Bảng 1.4 Các thông số mạng đặc trưng tinh thể Bi1-xSrxFeO3 16 Bảng 3.1 Các thông số cấu trúc hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 34 Bảng 3.2 Kết tính gần cường độ tỷ đối số đỉnh nhiễu xạ so với đỉnh ứng với mặt phẳng mạng (104) (110) 36 lu Bảng 3.3 Giá trị từ độ dư Mr, từ độ bão hòa Ms lực kháng từ Hc hệ an mẫu Bi1-xSrxFeO3 khảo sát nhiệt độ phòng 44 n va p ie gh tn to d oa nl w nf va an lu z at nh oi lm ul z m co l gm @ an Lu n va ac th vi si DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 a) Cấu trúc tinh thể perovskite ABO3 trường hợp lí tưởng; b) Sự xếp bát diện cấu trúc perovskite lý tưởng Hình 1.2 Tương quan tính chất vật liệu multiferroic Hình 1.3 Đảo từ điện trường ngồi Hình 1.4 Cấu trúc ô sở tinh thể BFO dạng lục giác giả lập phương xây dựng nhóm khơng gian R3c Hình 1.5 Cấu trúc mặt thoi vật liệu BiFeO3 Hình 1.6 Trật tự phản sắt từ kiểu G 10 lu an Hình 1.7 Chu trình từ trễ vật liệu BFO nhiệt độ phịng 10 n va Hình 1.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0; 0,15; tn to 0,175; 0,25) 11 p ie gh Hình 1.9 Mơ tả chuyển đổi từ cấu trúc hình thoi (R3c) mẫu BFO sang cấu trúc giả tứ giác (P4/mmm) hệ mẫu BSFO 12 nl w Hình 1.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,00; 0,05; oa 0,10; 0,20; 0,30) 13 d Hình 1.11 Đường cong từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 14 lu nf va an Hình 1.12 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BSFO 14 Hình 1.13 Đường cong từ trễ hệ Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5) 17 lm ul Hình 1.14 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (a x=0,00; b z at nh oi x=0,02; c x= 0,04; d x = 0,06; e x= 0,08; f x= 0,10) 19 Hình 1.15 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (x = 0,00; z 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) 20 @ gm Hình 1.16 Sự phụ thuộc từ độ M vào từ trường H hệ mẫu l BiFe1-xMnxO3 (x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) khảo sát m co nhiệt độ phòng 21 an Lu Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 23 n va ac th vii si Hình 2.2 Sự tán xạ tia X mặt phẳng tinh 25 Hình 2.3 Thiết bị đo X-ray D8 Advance Brucker 26 Hình 2.4 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động kính hiển vi điện tử quét 27 Hình 2.5 Sơ đồ khối hệ đo từ kế mẫu rung 28 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu BiFeO3 30 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,9Sr0,1FeO3 31 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,8Sr0,2FeO3 31 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,7Sr0,3FeO3 32 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,6Sr0,4FeO3 32 lu Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,5Sr0,5FeO3 33 an Hình 3.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,4Sr0,6FeO3 33 va n Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 35 gh tn to Hình 3.9 Ảnh hiển vi điện tử quét SEM hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) 39 ie p Hình 3.10 Đường cong từ trễ mẫu BiFeO3 41 nl w Hình 3.11 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,9Sr0,1FeO3 41 d oa Hình 3.12 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,8Sr0,2FeO3 41 an lu Hình 3.13 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,7Sr0,3FeO3 41 nf va Hình 3.14 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,6Sr0,4FeO3 42 lm ul Hình 3.15 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,5Sr0,5FeO3 42 Hình 3.16 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,4Sr0,6FeO3 42 z at nh oi Hình 3.17 Sự phụ thuộc từ độ M vào từ trường H hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) 42 z Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc từ độ bão hòa M s vào tỉ lệ Sr @ m co l gm (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) 43 an Lu n va ac th viii si Giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy mẫu có x = 0,0 cịn tồn pha thứ cấp Bi2Fe4O9 với tỷ phần nhỏ (Hình 3.1) Các mẫu có x = 0,3; 0,4; 0,6 gần đơn pha (Hình 3.4, 3.5 3.7) Với mẫu có x = 0,1; 0,2; 0,5 ngồi pha ưu tiên Bi1-xSrxFeO3 xuất thêm pha syn Bi2O3 beta Bi2O3 (ở mẫu x = 0,1 0,5) alpha Bi2O3 (ở mẫu x = 0,2), tỉ phần pha thứ cấp mẫu 0,2 0,5 cịn lớn (Hình 3.2, 3.3 3.6) Kết phân tích giản đồ nhiễu xạ tia cho thấy mẫu BiFeO3 (Hình 3.1) mẫu có x = 0,2 (Hình 3.3) có cấu trúc tinh thể hệ hình thoi (rhombohedral) thuộc nhóm khơng gian R3c (a = b = c; α = β = γ  900) Các mẫu có tỉ lệ thay lu an x = 0,1; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 (Hình 3.2, 3.4, 3.5, 3.6 3.7) cho cấu trúc n va tinh thể có dạng lập phương (cubic) thuộc nhóm khơng gian Pm-3m (a = b = tn to c; α = β = γ = 900) có kích thước sở nhỏ so với mẫu có x = 0,0 gh Điều cho thấy thay Sr cho Bi với tỷ lệ thích hợp làm tăng mức p ie độ đối xứng cấu trúc tinh thể giảm kích thước sở Kết kết nl w cụ thể chúng tơi trình bày bảng 3.1 Kết phù hợp d bố [15] oa với công bố [9], [13], [17] nhiên khơng hồn tồn thống với cơng lu Cấu trúc tinh thể nhóm khơng gian b (Å) c (Å) 3,962 3,962 3,962 Thể tích sở V (Å3) 62,193 3,952 3,952 3,952 61,828 3,962 62,193 3,952 61,828 a (Å) Cubic (Pm-3m) 0,2 Rhombohedral (R3c) 3,962 0,3 Cubic (Pm-3m) 3,952 3,952 0,4 Cubic (Pm-3m) 3,946 3,946 0,5 Cubic (Pm-3m) 3,952 3,952 0,6 Cubic (Pm-3m) 3,946 3,946 Rhombohedral (R3c) z 0,1 z at nh oi lm ul Tỉ lệ thay (x) 0,0 nf va an Bảng 3.1 Các thông số cấu trúc hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 l gm @ 3,962 61,470 3,952 61,828 m co 3,946 an Lu 3,946 61,470 n va ac th 34 si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w an lu nf va Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 lm ul (*: syn Bi2O3; #:beta Bi2O3; +: alpha Bi2O3; o: Bi2Fe4O9) z at nh oi Quan sát kỹ giản đồ nhiễu xạ tia X thấy thay tỷ lệ Sr mẫu tăng lên, đỉnh nhiễu xạ dịch chuyển dần phía góc 2 lớn, tượng thể rõ ràng với đỉnh nhiễu xạ đặc trưng vật liệu ứng z gm @ với góc 2θ ≈ 32º Kết phù hợp với quy luật giảm kích thước l sở theo tăng x thống với số công bố gần [9], [13], [17], m co [21] Bên cạnh đó, cường độ tỷ đối đỉnh nhiễu xạ so với đỉnh ứng với an Lu mặt phẳng mạng (104) (110) (vị trí 2 ≈ 32º) thay đổi theo thay đổi tỷ lệ Sr mẫu đặc biệt rõ ràng với đỉnh (102) vị trí 2 ≈ 23º n va ac th 35 si Cụ thể, tỷ lệ Sr tăng lên, cường độ tỷ đối đỉnh ứng với mặt phẳng mạng (102) số đỉnh khác so với đỉnh (104) (110) giảm đáng kể Kết chúng tơi tính gần rõ bảng 3.2 Bảng 3.2 Kết tính gần cường độ tỷ đối số đỉnh nhiễu xạ so với đỉnh ứng với mặt phẳng mạng (104) (110) Cường độ tỷ đổi đỉnh nhiễu xạ so với đỉnh ứng với mặt phẳng mạng (104) (110) Mẫu (006) (202) (024) (116) (112) (018) (300) 0,0 0,650 0,125 0,325 0,325 0,275 0,150 0,125 0,3125 0,1 0,336 0,120 0,200 0,200 0,104 0,096 0,160 0,160 0,2 0,300 0,150 0,150 0,170 0,068 0,068 0,150 0,170 gh 0,215 0,120 0,120 0,215 0,107 0,107 0,129 0,129 0,270 0,270 0,270 0,270 0,080 0,080 0,290 0,290 0,100 0,100 0,200 0,050 0,050 0,140 0,140 0,140 0,400 0,080 0,080 0,269 0,269 lu (102) an n va tn to 0,3 p ie nl w 0,4 0,210 0,6 0,230 d oa 0,5 nf va an lu 0,140 Sự thay đổi cường độ tỷ đối đỉnh nhiễu xạ với dịch lm ul chuyển vị trí chúng giảm thể tích sở chứng tỏ ion z at nh oi Sr2+ thay vị trí ion Bi3+ mạng tinh thể vật liệu thay đổi cấu trúc tinh thể từ dạng hình thoi (rhombohedral) với nhóm khơng gian z R3c sang dạng cấu trúc tinh thể có đối xứng cao [13], [20], [21] @ gm Một chứng chứng tỏ thay đổi cấu trúc tinh thể vật liệu co l thay Sr cho Bi nhập số đỉnh kép (doublet peak m doubly splitted peak) thành đỉnh đơn Kết nghiên cứu an Lu cho thấy, giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu BiFeO3 (x = 0) tồn đỉnh kép vị n va ac th 36 si trí ứng với góc 2θ ≈ 32º (Hình 3.1) Đỉnh kép đặc trưng thể mẫu BFO có cấu trúc tinh thể dạng hình thoi (rhombohedral) Ở mẫu có chứa Sr (với x = 0,1 đến 0,6) đỉnh kép nhập thành đỉnh đơn Kết tương tự công bố [21] với mẫu có tỷ lệ Sr x = 0,5; 0,1; 0,15; 0,20; 0,25 Giản đồ nhiễu xạ tia X cho mẫu cho thấy đỉnh kép (006) (202) ứng với 2θ ≈ 39º; (016) (112) ứng với vị trí góc 2θ ≈ 52º; (018) (300) ứng với vị trí góc 2θ ≈ 57º mẫu BFO nhập thành đỉnh đơn mẫu chứa Sr Kết phù hợp với công bố [13] [21] lu an Sự thay đổi cấu trúc tinh thể vật liệu BFO thay phần Bi3+ n va Sr2+ giải thích sau: thứ nhất, bán kính ion Sr2+ (1,18 tn to Å) lớn bán kính ion Bi3+ (1,03 Å) làm thay đổi hệ số lấp đầy gh mạng tinh thể; thứ hai, khác hóa trị Sr2+ Bi3+ dẫn tới p ie xuất điểm khuyết O2- so với cấu trúc BFO nguyên thủy số w điểm khuyết thay đổi theo tỉ lệ Sr thay Bi oa nl 3.2 Hình thái bề mặt hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 d Hình 3.9 thể ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) mẫu nghiên lu nf va an cứu Kết chụp ảnh SEM cho thấy mẫu chế tạo gồm hạt khơng đồng hình dạng kích thước, có kết đám hạt với lm ul Mẫu khơng thay Sr hình thành đám hạt phân z at nh oi biệt hạt kích thước hạt thay đổi từ 50 nm đến 600 nm Ở mẫu có tỷ lệ thay x = 0,1 (Hình 3.9 - b) hạt có kích thước vào khoảng từ vài z nm đến khoảng 500 nm, có xu hướng kết đám mạnh Các mẫu x = 0,2; 0,4 gm @ (Hình 3.9 - c, e) thấy rõ tượng hạt kết đám thành khối đa diện l lớn Mẫu x = 0,3 cho hạt có kích thước từ vài nm đến 400 nm; mẫu x = 0,4 m co cho hạt không đồng đều, có kích thước từ vài nm đến 600 nm; mẫu x = an Lu 0,5 cho hạt tương đối đồng đều, kích thước tương đối nhỏ, từ vài chục nm n va ac th 37 si đến 200 nm; mẫu x = 0,6 cho hạt có kích thước nhỏ cỡ vài nm nhiên hạt có xu hướng kết đám lớn Mẫu thay với tỉ lệ x = 0,5 pha thứ cấp có kích thước hạt nhỏ, hình dạng kích thước hạt đồng so với mẫu pha tạp khác Mẫu có tỉ lệ thay Sr với x = 0,2; 0,4 có hình dạng kích thước hạt lớn, đồng so với mẫu pha tạp khác Các mẫu có tỉ lệ thay Sr với x = 0,3; 0,4; 0,6 có độ pha mẫu x = 0,6 có hình dạng kích thước hạt tương đối nhỏ, đồng nhiên hạt tượng kết đám Kết chụp ảnh SEM với mẫu có lu an x = 0,0; 0,1; 0,3 phù hợp với kết với mẫu có tỷ lệ Sr tương đương n va (hoặc gần tương đương), chế tạo phương pháp sol-gel, p ie gh tn to công bố công trình [13], [20], [21] d oa nl w nf va an lu a) x = 0,0 b) x = 0,1 z at nh oi lm ul z co l gm @ d) x = 0,3 m c) x = 0,2 an Lu n va ac th 38 si e) x = 0,4 f) x = 0,5 lu an n va p ie gh tn to g) x = 0,6 oa nl w Hình 3.9 Ảnh hiển vi điện tử quét SEM hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) d an lu 3.3 Đặc trưng từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 nf va Đường cong từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; lm ul 0,5; 0,6) thể phụ thuộc từ độ vào từ trường ngồi khảo sát nhiệt độ phịng dải từ trường từ -10 kOe đến 10 kOe trình bày z at nh oi hình 3.10 đến hình 3.16 Kết cho thấy từ độ tất mẫu đạt đến giá trị bão hòa giá trị cường độ từ trường 10 z kOe Đường cong từ trễ mẫu BiFeO3 (x = 0,0) trình bày hình @ l gm 3.10 cho thấy giá trị từ độ bão hòa lớn so với kết cơng trình [2] [7] mẫu chế tạo phương pháp thể co m rõ tính sắt từ Sự biểu tính sắt từ vật liệu BFO nhiệt độ an Lu phòng mẫu bột Sunil Chauhan cộng [21] số tác n va ac th 39 si giả khác giải thích sau: Ở vùng nhiệt độ phịng, vật liệu BFO nói chung đặc biệt vật liệu dạng khối thể tính chất phản sắt từ Tuy nhiên, hạt BFO có kích thước nhỏ 95 nm thể tính sắt từ yếu thơng số đặc trưng cho tính sắt từ tăng nhanh kích thước hạt giảm xuống 62 nm Từ kết chụp ảnh SEM (Hình 3.9 - a) cho thấy mẫu BFO chúng tơi tồn tỷ lệ lớn hạt có kích thước từ khoảng 50 nm đến 100 nm Chính mà mẫu thể tính sắt từ rõ Khi thay phần Bi Sr, đặc trưng từ trễ mẫu thay đổi rõ rệt Từ dư (Mr) từ độ bão hòa (Ms) mẫu có tỷ lệ thay x = 0,1; lu 0,4; 0,5; 0,6 tăng lên đáng kể so với mẫu có x = 0,0, giá trị Mr an va Ms mẫu có x = 0,5 lớn Kết cho mẫu 0,1; 0,4; 0,5 phù n hợp với cơng bố cơng trình [15], [22] Kết lý tn to giải sau: Trong mẫu có x = 0,0, mắt liên kết Fe3+-O-Fe3+ làm ie gh vật liệu tồn cấu trúc phản sắt từ Khi thay phần Bi3+ ion p Sr2+, nguyên tắc, phần ion Fe3+ phải chuyển thành Fe4+ Sự thay đổi w để bù lại cân điện tích ion Sr2+ thay vị trí oa nl ion Bi3+ mẫu Tuy nhiên, kết đo phổ Mössbauer [17], [22] d lại cho thấy trạng thái hóa trị Fe tồn tỷ lệ Sr thay lu an mẫu lên đến x = 0,67 Điều dẫn đến xuất chỗ khuyết nf va oxy cấu trúc perovskite Các chỗ khuyết oxy làm tăng góc liên kết lm ul Fe3+-O-Fe3+ thay đổi định hướng spin Fe3+, ảnh hưởng đến độ z at nh oi phân cực từ vật liệu Khi tỷ lệ Sr2+ tăng lên, chỗ khuyết oxy tăng theo góc liên kết Fe3+-O-Fe3+ tiếp tục tăng làm số Fe3+ spin bị định hướng lại tăng lên dẫn tới thay đổi từ độ vật liệu từ hóa Bên z cạnh đó, bán kính ion Sr2+ (1,18 Å) lớn bán kính ion Bi3+ @ gm (1,03 Å) Tất điều dẫn tới triệt tiêu cấu trúc spin xoắn làm cấu l trúc nghịch đảo mô men từ (cấu trúc phản sắt từ) bị phá vỡ Kết ảnh m co hưởng tới trình phân cực từ vật liệu tác động từ trường an Lu [20], [22] Đối với mẫu có tỷ lệ x = 0,6, từ dư từ độ bão hịa lại có xu hướng giảm Điều lý giải tỷ lệ thay chế Sr cho Bi vượt n va ac th 40 si 50%, vật liệu tồn hai cấu trúc từ cấu trúc phân cực tự nhiên BiFeO3 cấu trúc thuận từ SrFeO3- vùng nhiệt độ phòng Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết đặc trưng từ trễ vật hệ vật liệu Bi1-xSrxFeO3 để đưa cách lý giải thuyết phục Trong mẫu chế tạo được, từ độ bão hịa mẫu có x = 0,2 0,3 lại giảm so với mẫu x = 0,0 Kết mẫu thuẫn với cơng bố [15], [22] chúng tơi chưa tìm cách lý giải phù hợp lu an n va p ie gh tn to w Hình 3.11 Đường cong từ trễ mẫu oa nl Hình 3.10 Đường cong từ trễ Bi0,9Sr0,1FeO3 d mẫu BiFeO3 nf va an lu z at nh oi lm ul z l gm @ Hình 3.13 Đường cong từ trễ mẫu mẫu Bi0,8Sr0,2FeO3 Bi0,7Sr0,3FeO3 m co Hình 3.12 Đường cong từ trễ an Lu n va ac th 41 si Hình 3.15 Đường cong từ trễ mẫu mẫu Bi0,6Sr0,4FeO3 Bi0,5Sr0,5FeO3 lu Hình 3.14 Đường cong từ trễ an n va p ie gh tn to d oa nl w lu Hình 3.17 Sự phụ thuộc từ độ M nf va an Hình 3.16 Đường cong từ trễ vào từ trường ngoài H hệ mẫu mẫu Bi0,4Sr0,6FeO3 lm ul Bi1-xSrxFeO3 z at nh oi (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) z m co l gm @ an Lu n va ac th 42 si lu an n va ie gh tn to p Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc từ độ bão hòa Ms vào tỉ lệ Sr nl w (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) oa Kết phân tích đường cong từ trễ cho thấy phần lớn mẫu có d chứa Sr có lực kháng từ Hc lớn so với mẫu BiFeO3 (ngoại trừ lu nf va an mẫu có x = 0,4), đặc biệt mẫu có x = 0,5 thể rõ đặc trưng từ cứng với Hc có giá trị trung bình cỡ 1227 Oe Kết phù hợp với công bố z at nh oi lm ul cơng trình [15], [22] Sự thay đổi đặc trưng từ trễ đặc biệt từ độ bão hòa hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 trực quan hóa hình 3.17 3.18 Giá trị z đại lượng đặc trưng đường cong từ trễ mẫu trình bày rõ @ m co l gm ràng bảng 3.3 an Lu n va ac th 43 si Bảng 3.3 Giá trị từ độ dư Mr, từ độ bão hòa Ms lực kháng từ Hc hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 khảo sát nhiệt độ phòng Mr (emu/g) Ms (emu/g) Hc (Oe) Phân Phân Phân Phân Phân Phân cực cực cực cực cực cực thuận ngược thuận ngược thuận ngược 0,0 0,341 -0,403 1,387 -1,388 149,0 -168,6 0,1 0,325 -0,413 1,714 -1,702 224,3 -237,7 0,2 0,244 -0,268 0,722 -0,695 463,7 -474,8 0,250 -0,275 0,853 -0,850 331,0 -362,1 -0,831 2,090 -2,056 91,09 -82,20 3,450 -3,465 1241 -1213 1,854 -1,807 554,3 -553,2 lu Tỉ lệ thay an n va ie gh tn to p 0,3 oa nl w 0,4 0,5 1,409 0,6 0,674 0,612 d an lu nf va -1,444 z at nh oi lm ul -0,779 z m co l gm @ an Lu n va ac th 44 si KẾT LUẬN Đề tài luận văn thu số kết sau: Chế tạo thành công mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 với tỉ lệ thay x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 phương pháp sol - gel sử dụng axit nitric axit xitric Kết khảo sát giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy mẫu có x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,5 cịn chứa pha thứ cấp Cấu trúc tinh thể hệ mẫu chuyển từ cấu trúc hình thoi (rhombohedral) thuộc nhóm không gian R3c mẫu x = lu an 0,0; 0,2 sang cấu trúc lập phương (cubic) thuộc nhóm không gian Pm-3m n va mẫu x = 0,1; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 Điều cho thấy với tỷ lệ thay Sr cho gh tn to Bi phù hợp, mức độ đối xứng cấu trúc tinh thể tăng lên Khi thay phần Bi Sr, đặc trưng từ trễ mẫu thay đổi p ie rõ rệt Từ dư (Mr) từ độ bão hòa (Ms) mẫu x = 0,1; 0,4; 0,5; 0,6 tăng lên w đáng kể so với mẫu có x = 0,0 Mẫu x = 0,5 thể đặc trưng từ cứng với giá trị oa nl Hc có giá trị trung bình cỡ 1227 Oe từ độ bão hòa lớn Ms  3,45 emu/g) d Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo: lu xSrxFeO3 nf va an Nghiên cứu cấu trúc, hình thái bề mặt tính chất từ hệ mẫu Bi1được chế tạo phương pháp sol-gel sử dụng chất khác lm ul Chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu BFO đồng thay Bi z at nh oi Fe Sr Mn Chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu BFO thay Bi z kim loại kiềm thổ khác nguyên tố đất thuộc họ Lantan, thay m co l gm @ Fe kim loại chuyển tiếp nhóm 3d an Lu n va ac th 45 si TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thị Hà Chi (2015), “Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang xúc tác vật liệu BiFeO3 kích thước nanomet”, Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Văn Chương (2018), “Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ tạp Mn lên tính chất từ quang học vật liệu nano BiFe1-xMnxO3”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học khoa học - Đại học Thái Nguyên lu Nguyễn Bá Đoàn (2011), “Vật liệu tổ hợp cấu trúc micro - nano an PZT: Nghiên cứu chế tạo tính chất đặc trưng”, Luận văn thạc sĩ, va n Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội LaFeO3-PZT”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại p ie gh tn to Vũ Tùng Lâm (2011), “Chế tạo nghiên cứu vật liệu multiferroic học Quốc gia Hà Nội nl w Đào Việt Thắng (2017), “Chế tạo vật liệu BiFeO3, pha tạp nghiên cứu d oa số tính chất”, Luận án tiến sĩ, trường Đại học Sư phạm Hà Nội an lu Vũ Thị Tuyết (2017), “Chế tạo nghiên cứu tính chất điện từ hạt lm ul học Thái Nguyên nf va nano BiFe1-xMnxO3”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học sư phạm - Đại Hoàng Thị Lệ Thủy (2018), “Nghiên cứu chế tạo tính chất từ mẫu z at nh oi bột BiFeO3 pha tạp Mn”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học sư phạm - Đại học Thái Nguyên z Lưu Hoàng Anh Thư (2014), “Chế tạo nghiên cứu vật liệu BiFeO3 pha @ l gm tạp Eu3+”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự Nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội m co an Lu n va ac th 46 si Tiếng Anh A F Hegab, L S Ahmedfarag, A M El-shabiny, A M Nasaar, A A Ramadan, (2015) “Synthesis anh rietveld whole-pattern analysis of Srdoped perovskite bismuth ferrite”, Journal of Ovonic Research, Vol 11, No 5, September - October, p 235 - 241 10 A.K Sinha, et al (2019), “Enhanced dielectric, magnetic and optical properties of Cr-doped BiFeO3 multiferroic nanoparticles synthesized by route”, sol-gel Results in Physics 13, 102299, https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102299 lu 11 Cheng Z X et al (2008), “Structure, ferroelectric properties, and magnetic properties of the La - doped bismuth ferrite”, J Appl Phys, 103, an va n 07E507 ie gh tn to 12 Chengliang Lu, Menghao Wu, Lin Lin and Jun-Ming Liu (2019), “Singlephase multiferroics: new materials, phenomena, and physics”, Natl Sci p Rev, Vol 6, No 4, 653-668 oa nl w 13 Dinesh Varshney, Ashwini Kumar (2013), “Structural, Raman and dielectric behavior in Bi1-xSrxFeO3 multiferroic”, journal of Molecular d Structure,(1083), 242 - 249 lu nf va an 14.Irfan Hussain Lone , Jeenat Aslam, Nagi R E Radwan, Ali Habib Bashal, Amin F A Ajlouni and Arifa Akhter (2019), “Multiferroic ABO3 lm ul Transition Metal Oxides: a Rare Interaction of Ferroelectricity and z at nh oi Magnetism”, Nanoscale Research Letters, 14:142 15 Jaiparkash, R.S.Chauhan, Ravi Kumar, Pawan Kumar, Anil Kumar, (2017), “Structural, dielectric and magnetic studies of multiferroics Bi1Volume 72, October, Pages 5-9 z @ xSrxFeO3”, l gm 16 Jiagang Wu, Zhen Fan, Dingquan Xiao, Jianguo Zhu, John Wang (2016), “Multiferroic bismuth ferrite-based materials for multifunctional Science, 84, DOI:10.1016/j.pmatsci.2016.09.001 Pages an Lu Materials m co applications: Ceramic bulks, thin films and nanostructures”, Progress in 335-402, n va ac th 47 si 17.K.Brinkman, T.Iijima, H Takumura (2016), “The oxygen permeation characteristics of Bi1-xSrxFeO3 mixed ionic and electronic conducting ceramics “, Solid state Ionnics, 181, 53 -38 18 L.V Costa, L.S Rocha, J.A Cortés, M.A Ramirez, E Longo, A.Z Simões (2015), “Enhancement of ferromagnetic and ferroelectric properties in calcium doped BiFeO3 by chemical synthesis”, Ceramics International, 41, 9265-9275 19 M Rico, R Rodriguez, V.H Zapata, M.H medina-Barreto, B CruzMunoz, J.A Tabares, A.M Benitez-Castro, A/L Giraldo-Betancur, J, lu an Munoz-Saldana, (2017), “Solid state synthesis of Bi0.4Sr0.6FeO3−δ powder”, n va Hyperfine Interact, 238:57 DOI 10.1007/s10751-017-1427-5 Kambale & K M Jadhav (2018), “Investigations of magnetic and gh tn to 20 Mahendra V Shisode, Jitendra S Kounsalye, Ashok V Humbe, Rahul C p ie ferroelectric properties of multiferroic Sr-doped bismuth ferrite”, Applied Physics A, volume124, Articlenumber:603 w oa nl 21.Sunil Chauhan, Manoj Kumar and Prabir Pal (2016) “Substitution driven d structural and magnetic properties and evidence of spin phonon coupling lu nf va an in Sr-doped BiFeO3 nanoparticles”, RSC Adv.,2016,6, 68028-68040, DOI:10.1039/c6ra11021e lm ul 22 Tanvir Hussain, Saadat A Siddiqi, Shashid Atiq, Saira Riaz and Shahzad BiFeO3 Multiferroics”, z at nh oi Naseem, (2013 ), “Induced modifications in the properties of Sr doped Progress Natural Science: Materials z International 2013;23(5):487-492 in @ gm 23 Yuan G.L and Or S.W (2006), "Multiferroicity in polarized single-phase l Bi0.875Sm0.125FeO3 ceramics", J Appl Phys, (100), pp 024109 m co 24 Zeila Zanolli (2016), “Graphene-multiferroic interfaces for spintronics an Lu applications”, Scientific RepoRts | 6:31346 | DOI: 10.1038/srep31346 n va ac th 48 si