Hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim ni mn sn, la (fe,co) (si,b) và fe (co,gd,dy) zr chế tạo bằng phƣơng pháp nguội nhanh

BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂM KHOAHỌCVÀC Ô N G N G H Ệ V IỆT NA M HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNGNGHỆ NGUYỄNHẢIYẾN HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM Ni-MnSn,La-(Fe,Co)-(Si,B)VÀFe-(Co,Gd,Dy)-ZrCHẾTẠOBẰNG PHƯƠNG PHÁPNGUỘINHANH Chuyên ngành: Vật liệu điện tửMãsố:62.44.01.23 LUẬNÁNTIẾNSĨ KHOAHỌCVẬT LIỆU HàNội -2017 BỘGIÁODỤCVÀĐÀOTẠO VIỆNHÀNLÂM KHOAHỌCVÀC Ô N G N G H Ệ V IỆT NAM HỌCVIỆNKHOAHỌCVÀCÔNGNGHỆ NGUYỄNHẢIYẾN HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM Ni-MnSn,La-(Fe,Co)-(Si,B)VÀFe-(Co,Gd,Dy)-ZrCHẾTẠOBẰNG PHƯƠNG PHÁPNGUỘINHANH Chuyên ngành: Vật liệu điện tửMãsố:62.44.01.23 LUẬNÁNTIẾNSĨ KHOAHỌCVẬTLIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:PGS.TS.NGUYỄN HUYDÂN HàNội –2017 LỜICẢMƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lời lịng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn HuyDân, người Thầy dành cho tơi động viên, giúp đỡ tận tình địnhhướngkhoahọchiệuquảtrongsuốtqtrìnhthựchiệnluậnánnày Tơi xin cảm ơn cộng tác giúp đỡ đầy hiệu TS Trần ĐăngThành, TS Phan Thế Long, TS Nguyễn Hữu Đức, NCS Phạm Thị Thanh, NCS ĐỗTrần Hữu, NCS Nguyễn Mẫu Lâm, NCS Nguyễn Thị Mai, NCS Đinh Chí Linh vàcáccán bộ, đồngnghiệpk hác tr o ng Vi ệ n K h oa học v ật liệ u, Viện H n lâm K h oa họcvàCôngnghệViệtNam Tôi xin cảm ơn bảo, giúp đỡ khích lệ GS.TSKH Nguyễn XuânPhúc,P G S T S L ê V ă n H n g , P G S T S Đ ỗ H ù n g M n h , P G S T S V ũ Đ ì n h L ã m cùngt o n t h ể c c c n b ộ P h ò n g V ậ t l ý V ậ t l i ệ u T v S i ê u d ẫ n đ ã d n h c h o t ô i trongnhữngnămqua Tôi xin cảm ơnsự giúp đỡ tạo điều kiệnt h u ậ n l ợ i c ủ a c s đ o t o l Học viện Khoa học Công nghệ Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KhoahọcvàCôngnghệViệtNam Luận án hỗ trợ kinh phí đề tài nghiên cứu cấp sở ViệnKhoa học vật liệu, đề tài Khoa học Công nghệ cấp Viện Hàn lâm Khoa học Côngnghệ Việt Nam đề tài nghiên cứu Quỹ Phát triển khoa học vàcông nghệ Quốc gia (NAFOSTED) Cơng việc thực nghiệm luận án thựchiệntrêncácthiếtbịcủaPhịngthínghiệmTrọngđiểmvềVậtliệuvàLinhkiệnĐiệntửvàPhịn gVậtlývậtliệuTừvàSiêudẫn,ViệnKhoahọcvậtl i ệ u Sau cùng, muốn gửi tới tất người thân gia đình bạn bèlời cảm ơn chân thành Chính tin yêu, mong đợi gia đình bạn bè đãtạođộnglựcchotơithựchiệnthànhcơngluậnánnày HàNội,tháng năm 2017Tácgiả NguyễnHảiYến LỜICAMĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết quảtrong hợp tác nghiên cứu đồng ý đồng tác giả Các số liệu,kết luận án trung thực chưa cơng bố cơngtrìnhnàokhác Tácgiảluậnán NguyễnHảiYến Danhmụccácchữ viếttắtvàký hiệu Danhmụcchữviết tắt AFM :Phảnsắttừ IEM : Chuyển pha từ giả bền điện tử linh độngFM :Sắttừ FOPT : Chuyển pha loại mộtGMCE : Hiệu ứng từ nhiệt khổng lồMCE :Hiệuứngtừ nhiệt MFT : Lý thuyết trường trung bìnhPM :Thuậntừ RC :Khảnănglàmlạnh SOPT :Chuyểnphaloạihai SQUID : Thiết bị giao thao lượng tử siêu dẫnTLTK :Tàiliệuthamkhảo VSM :Từkếmẫurung VĐH :Vơđịnhhình XRD :NhiễuxạtiaX Danhmụccác kýhiệu H :Từ trường Hc :Lựckhángtừ M :Từ độ Ms :Từđộbãohòa MS :Từ độtự phát Mo, Hovà D: Các biên độ tới hạnSm :Entropytừ SL :Entropymạng Se :Entropyđiệntử T :Nhiệtđộ ta :Thờigianủnhiệt Ta :Nhiệtđộ ủ TC :Nhiệtđộ Curie Tpk :Nhiệtđộđỉnhcủađườngbiếnthiênentropytừphụthuộcnhiệtđộ TCA :NhiệtđộCurietương ứngvớiphaaustenite TCM :NhiệtđộCurietươngứngvớipha martensite TsA :Nhiệtđộbắtđầucủa phaaustenite T fA :Nhiệtđộ kếtthúc củaphaaustenite TM-A :Nhiệtđộchuyển pha martensit-austenite  :Nhiệtđộrútgọn β,γvàδ :Cácsốmũ(thamsố)tớihạn o :Độcảmtừbanđầu TFWHM :Độ bánrộngcủađườngbiếnthiênentropytừphụthuộcnhiệtđộ ∆H :Biếnthiêntừ trường ∆Sm :Biếnthiênentropytừ ∆Smmax :Giátrịbiếnthiênentropytừ cựcđại ∆Tad :Biếnthiênnhiệtđộđoạnnhiệt Danhmụccáchìnhvàđồthị Trang Hình1.1 Mơphỏngvề hiệuứngtừ nhiệt[55] Hình1.2 Chutrìnhlàmlạnhtừ[53] Hình1.3 |Sm|max(biếnthiênentropytừcựcđại)vàTFWHM(độ bán 10rộngcủađườngSmphụthuộcnhiệtđộ)trênđườngcong Sm(T)[105] Hình1.4 HệđườngcongtừhóađẳngnhiệtcủahợpchấtPrGa[150] 11 Hình1.5 Cácđườ ng A r r o t t M 2-H /Mđ ặc t r n g c h o c h u y ể n p h a l o ại 12mộtc ủ a v ậ t l i ệ u N i 43Mn46Sn 11(a)[ 148]v c h u y ể n p h a loạihaicủavậtliệuLa0,6Sr0,2Ba0,2−xMnO3(b)[89] Hình1.6 Sựp h ụ t h u ộ c c ủ a M Svà 0 1v o n h i ệ t đ ộ c ù n g v i c c 14 đườnglàmkhớp(a)vàsựphụthuộccủaM|ε|βv o H|ε| (β+γ) )ởcácnhiệtđộlâncậnTC(b)củahợpchấtLa0,7Ca0,3Mn1- FexO3[46] x Hình1.7 Sos nh c n g n g h ệ l m lạ n h n é n gi ã n kh í ( p h ả i ) c ôn g 15nghệlàmlạnhsử dụngMCE(trái)[55] Hình1.8 Máy lạnh từ thương phẩm hãng Chubu 16Electric/Toshiba[48] Hình1.9 Sốlượngcácmẫuthiếtbịlàmlạnh(numberofprototypes) 17theocácn ă m ( R e c i p r o c a t i n g : c h u y ể n đ ộ n g k i ể u p i t t ô n g , Rotary:chuyểnđộngquay,allcumulative:tổngtíchlũy) [69] Hình1.10 Sựphụthuộccủabiếnthiênentropytừcựcđại(ΔHH=50 18kOe)vàonhiệtđộđỉnh(T peak-nhiệtđộmàtạiđócóbiến thiên entropy từ cực đại) số hệ vật liệu từ nhiệt(Laves phases: hợp chất có cơng thức AB 2(A đấthiếm, B kim loại chuyển tiếp), Ln-manganites: hợpchấtmagnaniteperovskite)[36] Hình1.11 Biếnthiênnhiệtđộđoạnnhiệtcủacácvậtliệutừnhiệtcó 19MCElớntrongvùngnhiệtđộtừ10tới80KvớiH=75 kOe[102] Hình1.12 Giátrịbiếnthiênentropytừcựcđạicủacáchợpkimn ề n 20RECo2(cácbiểutượngđặc–vậtliệuFOPT,biểutượngrỗng – vậtliệuSOPT)vàcáchợpkimnềnREAl2(cácbiểutượngvngrỗng)v ớiH=50kOe[30] Hình1.13 CấutrúcmạngtinhthểcủahợpkimHeuslerđầyđủ(a)và 25bán hợpkimHeusler(b)[137] Hình1.14 CácchuyểnphatừtrongmộtsốhợpkimHeuslerNi-Mn-Z 26(Z=In,Ga,Sn,Sb) [107] Hình1.15 Sựphụthuộccủanhiệtđộchuyểnphavàonồngđộđiệntử 27hóatrịtrênmộtnguntử(e/a)tronghợpkimNi-Mn-(Sn, In,Ga)[107] Hình1.16 Sựphụthuộccủabiếnthiênentropytừvàonhiệtđộcủahợp 27kimNi-Mn-Z,Z=Ga(a),Z=In(b),Z=Sn[73,79,107] Hình1.17 CấutrúcvimơcủahợpkimNi 0,5Mn0,5-xSnxphụthuộcvào 28x[73] Hình1.18 Sựp h ụ t h u ộ c c ủ a b i ế n t h i ê n e n t r o p y t v o n h i ệ t đ ộ c ủ a 29hợpkimNi-Mn-Z,Z=Sn(a),Z=Sb(b)vàNi 50Mn37Sn13 (hìnhlồngtronghình(a))[2] Hình1.19 Sựphụthuộccủabiếnthiênentropytừvàonhiệtđộcủabăng 30hợpkimNi-Mn-Z,Z=Ga(a),Z=InvớiH=50kOe(b)và 30kOe(hìnhlồngtronghình(b))[47,79] Hình1.20 Sựphụthuộccủabiếnthiênentropytừvàonhiệtđộcủamẫu 30băngNi43Mn46Sn11khichưaủnhiệt(a),ủnhiệt10phút(b),60 phút(c)và180phút(d)[147] Hình1.21 ẢnhvicấutrúccủamẫubăngMn 50Ni50-xSnxvớix=8(a), 31x=9(b)vàx=10(c,d) [63]