Trang 12 11 MỞ ĐẦULý do chọn đề tàiTrong thời gian gần đõy hạt nano oxit phức hợp từ tớnh hạt nano từ tớnh là hướng nghiờn cứu rộng và lý thỳ cho cỏc lĩnh vực như chất lỏng từ, xỳc tỏc,
LƯƠNG XUÂN ĐIỂN BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LƯƠNG XUÂN ĐIỂN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU PHI KIM NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO CHẤT LIỆU TỪ TRÊN CƠ SỞ HẠT NANO TỪ TÍNH CĨ CÁC LỚP PHỦ KHÁC NHAU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT VẬT LIỆU PHI KIM KHOÁ 2009 - 2011 Hà Nội - Năm 2011 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205301311000000 Luận văn thạc sỹ Lương Xuân Điển LỜI CẢM ƠN Luận văn thực Bộ mơn Hóa vơ & Đại Cương, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Để hoàn thành luận văn nhận nhiều động viên, giúp đỡ nhiều cá nhân tập thể Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến người thầy tơi, PGS TS Huỳnh Đăng Chính, với kiến thức sâu rộng hướng dẫn thực nghiên cứu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành tới thầy giáo, người đem lại cho kiến thức bổ trợ, vơ có ích năm học vừa qua Chân thành cảm ơn thầy cô Bộ mơn Hóa vơ & Đại cương có giúp đỡ hỗ trợ kịp thời giúp cho việc hồn thành luận văn Cuối tơi xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè, người ln bên tơi, động viên khuyến khích tơi trình thực đề tài nghiên cứu Hà Nội, ngày 16 tháng 12 năm 2011 Lương Xuân Điển Luận văn thạc sỹ Lương Xuân Điển LỜI CAM ĐOAN Tên Lương Xuân Điển, học viên cao học lớp Vật liệu phi kim, chuyên ngành Khoa học Kỹ thuật Vật liệu phi kim, khoá 2009-2011 Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ ‘‘Nghiên cứu chế tạo chất liệu từ sở hạt nano từ tính có lớp phủ khác nhau’’ cơng trình nghiên cứu riêng tơi, số liệu nghiên cứu thu từ thực nghiệm không chép Học viên Lương Xuân Điển Luận văn thạc sỹ Lương Xuân Điển MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN T T LỜI CAM ĐOAN _ T T MỤC LỤC _ T T DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT _ T T DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU _ T T DANH MỤC CÁC HÌNH _ T T MỞ ĐẦU _ 11 T T CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 13 T T 1.1 VẬT LIỆU SPINEL NiFe O4 13 T R R R R3 T 1.1.1 Cấu trúc tinh thể spinel mạng thuận _ 13 T T 1.1.2 Cấu trúc tinh thể spinel mạng đảo NiFe 2O 16 T R R R R3 T 1.1.3 Tính chất từ spinel NiFe O4 16 T R R R R3 T 1.2 GIỚI THIỆU VỀ VẬT LIỆU SrFe 12 O 19 _ 18 T R R R R3 T 1.2.1 Cấu trúc vật liệu ferrit SrFe 12 O 19 _ 18 T R R R R3 T 1.2.2 Tính chất vật liệu khối SrFe 12O19 22 T R R R R3 T 1.2.3 Tính chất từ vật liệu hạt siêu mịn nano 24 T T 1.2.4 Ứng dụng vật liệu hạt siêu mịn nano ferrit lục giác 26 T T 1.3 VẬT LIỆU TỪ CÓ CẤU TRÚC CORE-SHELL VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH T HƯỞNG 27 T 1.3.1 Vật liệu có cấu trúc core-shell 27 T T 1.3.2 Hiệu ứng Exchange-bias _ 29 T T 1.3.3 Exchange-Coupled Nam châm nanocomposite _ 34 T T CHƯƠNG II: SƠ LƯỢC CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT FERIT TỪ 37 T T 3 Luận văn thạc sỹ Lương Xuân Điển 2.1 PHƯƠNG PHÁP GỐM _ 37 T T 2.2 PHƯƠNG PHÁP ĐỒNG KẾT TỦA VÀ ĐỒNG KẾT TỦA NHŨ TƯƠNG _ 38 T T 2.3 PHƯƠNG PHÁP NẤU VI SÓNG TRONG ĐIỆN TRƯỜNG ĐỊNH HƯỚNG 39 T T 2.4 PHƯƠNG PHÁP PHUN NUNG _ 39 T T 2.5 PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL _ 40 T T 2.6 PHƯƠNG PHÁP THỦY NHIỆT _ 43 T T CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU _ 44 T T 3.1 THỰC NGHIỆM CHẾ TẠO MẪU _ 44 T T 3.1.1 Các hóa chất dụng cụ sử dụng 44 T T 3.1.2 Tổng hợp vật liệu SrFe 12 O 19 _ 45 T R R R R3 T 3.1.3 Tổng hợp vật liệu SrFe 12 O 19 /SiO2 _ 46 T R R R R R R3 T 3.1.4 Tổng hợp vật liệu NiFe 2O _ 46 T R R R R3 T 3.1.5 Tổng hợp vật liệu SrFe 12 O 19 /NiFe2 O 46 T R R R R R R R R3 T 3.1.6 Tổng hợp ống nano bon 47 T T 3.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 48 T T 3.2.1 Nhiễu xạ tia X (XRD) _ 48 T T 3.2.2 Các phép đo đường cong từ hóa, đường cong ZFC 50 T T 3.2.3 Phổ phân tán lượng tia X (EDX) 51 T T 3.2.4 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 51 T T 3.2.5 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) _ 53 T T 3.2.6 Phương pháp đo phổ tán xạ Raman 54 T T CHƯƠNG IV: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 57 T T 4.1 MẪU SrFe 12 O 19 VÀ SrFe12 O19 /SiO2 57 T R R R R R R R R R R3 T 4.1.1 Phổ nhiễu xạ tia X 57 T T Luận văn thạc sỹ Lương Xuân Điển 4.1.2 Kết SEM EDX _ 62 T T 4.1.3 Kết đo TEM _ 63 T T 4.1.4 Kết VSM _ 64 T T 4.2 MẪU CORE-SHELL SrFe12 O 19 /NiFe2 O CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP T R R R R R R R R SOL-GEL THỦY NHIỆT 66 T 4.2.1 Kết nhiễu xạ tia X 66 T T 4.2.2 Kết đo SEM mẫu SrFe 12O 19/NiFe2 O4 _ 67 T R R R R R R R R3 T 4.2.3 Kết đo VSM _ 68 T T 4.3 ỐNG NANO CÁC BON PHÁT TRIỂN TRÊN NỀN TẢNG XÚC TÁC T SrFe12 O19 , NiFe2O VÀ SrFe 12 O19 /NiFe 2O _ 71 R R R R R R R R R R R R R R R R3 T 4.3.1 Kết SEM 71 T T 4.3.2 Kết phổ Raman 72 T T KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 74 T T TÀI LIỆU THAM KHẢO _ 76 T T Luận văn thạc sỹ Lương Xuân Điển DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT SEM (Scanning Electron Microscopy) – Kính hiển vi điện tử quét TEM (Transmission Electron Microscopy) – Kính hiển vi điện tử quét EDX (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) - Phổ tán sắc lượng hay phổ tán sắc lượng tia X XRD (X -Ray Diffraction Spectrum) - Phổ nhiễu xạ tia Rơnghen (tia X) VSM (Vibrating Sample Magnetometer) - Từ kế mẫu rung ACCVD (Alcohol Catalytic Chemical Vapor Deposition) – Ngưng tụ hóa học sử dụng nguồn tạo bon từ rượu Luận văn thạc sỹ Lương Xuân Điển DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Từ độ bão hòa, nhiệt độ Curie, khối lượng riêng BaFe 12 O 19 , R R R R SrFe12 O 19 24 R R R R Bảng 4.1: Bảng tính tốn thơng số mạng mẫu SrFe12 O19 …… ….58 T R R R R Bảng 4.2: Kích thước hạt nano SrFe 12 O 19 thu từ phương pháp sol-gel thủy nhiệt T R R R R T tính theo cơng thức Scherrer………………………………………… … 62 Bảng 4.3: Kết đo VSM mẫu SrFe 12 O19 chế tạo phương pháp sol- T R R R R gel thủy nhiệt 900o C SrFe12 O19 /SiO2 …………… …… 65 P P R R R R R R Bảng 4.4: So sánh tính chất từ SrFe12 O19 nung 900oC, NiFe 2O nung 500 oC R R R R P P R R R R P P SrFe12 O 19 /NiFe 2O nung 500 oC 69 R R R R R R R R P P Bảng 4.5: Kết đo VSM mẫu SrFe12 O 19 /NiFe2 O4 .69 T R R R R R R R R Luận văn thạc sỹ Lương Xn Điển DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hai kiểu định xứ mặt tứ diện ô mạng spinel 1.1a: A mầu xanh, O mầu đỏ.Sự định xứ mặt bát diện hốc mạng spinel 1.1b: B mầu xám, Oxi mầu đỏ 13 Hình 1.2: Sự xếp cấu trúc 1.1a 1.1 b ô mạng đơn vị, hình bóng mờ cấu trúc a, mầu trắng cấu trúc b 14 Hình 1.3: Sự xếp nguyên tử phạm vị ô đơn vị MgAl2 O : R R R R Mg mầu xanh, Al mầu xám O mầu đỏ 14 Hình 1.4: Bố cục chung cạnh bát diện BO6 dọc theo trục c a)lớp thứ lớp R R thứ hai dãy bát diện, b)lớp thứ hai thứ ba dãy bát diện BO6 c) lớp thứ ba R R thứ tư dãy bát diện BO6 15 R R Hình 1.5: Sự xếp khối bát diện tứ diện dọc theo trục c 15 Hình 1.6: Cấu trúc tinh thể NiFe2 O 4: nguyên tử Ni có mầu xanh lá, R R R R nguyên tử sắt có mầu hồng nguyên từ O có mầu xanh nước biển 16 Hình 1.7: Một đơn vị spine ferit góc tạo cation A B 17 Hình 1.8: Sự xếp spin ferit spinel đảo 17 Hình 1.9: Mơmen từ bão hịa đơn vị thể tích ferit spinel hàm số điện tử 3d ion M + 18 Hình 1.10: Ô mạng sở SrFe 12 O19 19 R R R R Hình 1.11: Sự phụ thuộc độ kháng từ vào đường kính hạt nanơ từ 25 Hình 1.12: a) Sơ đồ cấu trúc nano core-shell, b) Ảnh TEM hạt Co oxit 28 Hình 1.13: Phụ thuộc dịch chuyển chu trình từ hóa, (a) H E lực kháng, ( b) H C vào bề dầy vỏ CoO với lõi SrFe12 O 19 hạt nano core-shell T = 77K 29 R R R R Hình 1.14: Kết trao đổi liên kết cặp FM AFM (a) dịch đường cong từ hóa, (b) tăng lực kháng từ 30 Luận văn thạc sỹ Lương Xuân Điển Hình 1.15: Sơ lược biểu đồ cấu hình spin trước sau trình làm lạnh từ trường 31 Hình 1.16: Sơ lược biểu đồ cấu hình spin cặp FM-AFM trạng thái khác dịch chuyển đường cong từ trễ với hệ K AFM rộng 32 Hình 1.17: Sơ lược biểu đồ cấu hình spin cặp FM-AFM trạng thái khác dịch chuyển đường cong từ trễ với hệ K AFM nhỏ 33 Hình 1.18: Đường cong từ hóa M(H) vật liệu từ cứng vật liệu từ mềm 34 Hình 1.19: Kết tương tác trao đổi pha từ cứng pha từ mềm 35 Hình 3.1: Quy trình tổng hợp SrFe 12 O19 45 R R R R Hình 3.2: Thiết bị ACCVD 47 Hình 3.3: Sơ đồ nhiễu xạ tia X…………………………… … 49 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý thiết bị VSM 50 Hình 3.5: Sơ đồ cấu tạo kính hiển vi điện tử quét (SEM) 52 Hình 3.6: Nguyên tắc chung phương pháp hiển vi điện tử 54 Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý tán xạ Rayleigh tán xạ Raman 55 Hình 3.8: Vạch Stockes vạch Anti-stokes đối xứng qua vạch tần số cường độ ánh sáng tới 55 Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động hệ đo Raman 56 Hình 4.1: Kết nhiễu xạ tia X mẫu Sr1-x Ca x Fe12 O19 nung 900 oC R R R R R R R R P P phương pháp đồng kết tủa 57 Hình 4.2: Kết nhiễu xạ tia X mẫu SrFe12 O19 nung 900oC R R R R P P phương pháp thủy nhiệt với tỉ lệ mol Fe/Sr 12 59 Hình 4.3: Kết nhiễu xạ tia X mẫu SrFe12 O19 nung 900oC R R R R P P phương pháp sol-gel thủy nhiệt (a), thủy nhiệt (b) với tỉ lệ mol Fe/Sr 11 .60 Hình 4.4: Kết nhiễu xạ tia X mẫu SrFe12 O19 nung 900oC R R R R P P phương pháp thủy nhiệt với tỉ lệ mol Fe/Sr 10 61