Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 142 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Nội dung
VIN HÀN LÂM KHOA HC VÀ CÔNG NGH VIT NAM NGUYN HC NGHIÊN CU HIU NG T NHIT LN TRÊN MT S HP KIM HEUSLER VÀ NGUI NHANH KHOA HC VT LIU 2014 VIN HÀN LÂM KHOA HC VÀ CÔNG NGH VIT NAM NGUYN HC NGHIÊN CU HIU NG T NHIT LN TRÊN MT S HP KIM HEUSLER VÀ NGUI NHANH N T 62 44 01 23 KHOA HC VT LIU 1. PGS.TS. NGUYN HUY DÂN 2014 i Lu tiên, tôi xin bày t lòng bic ti PGS.TS. Nguyn Huy Dân và GS.TSKH., nhi Thy ng viên, tn tình và nhng khoa hc hiu qu Tôi xin c ch b và khích l ca PGS.TS. ng, GS.TS. n Cao, GS.TS. Nguyn Quang Liêm, PGS.TS. TS. Hùng Mnh dành cho tôi trong nh Tôi xin c s c y hiu qu ca TS. Tr Thành, TS. Phan Th Long, NCS. Nguyn Hi Yn, NCS. Phm Th Thanh, NCS. Trn Hu và các cán bng nghip khác trong Vin Khoa hc vt liu - Vi c và Công ngh Vit Nam (n án). Tôi xin c và tu kin thun li ca Vin Khoa hc vt liu, S Giáo do Hà Nng trung hc ph c A Hà Ni i vi tôi trong quá trình thc hin lun án. n ca Qu Phát trin khoa hc và công ngh Quc gia (NAFOSTED), mã s 103.02-2011.23. công vic thc nghim Phòng thí nghim Trm v Vt liu và Linh kin in t và Phòng Vt lý vt liu T và Siêu dn, Vin Khoa hc vt liu. Sauxin cc s c sn ca trong sut quá trình 12 4 ii iii Danh mc các ký hiu và ch vit tt 1. Danh mc các ký hiu A C T : Nhi ng vi pha austenite M C T : Nhi ng vi pha martensite : Nhi rút gn H : Bin thiên t ng S m : Bin thiên entropy t T ad : Bin thiên nhi n nhit M 0 , H 0 và D : C ti hn T C : Nhi Curie T peak : Nhi mà ttr tuyi bin thiên entropy t ci T t : Nhi chuyn pha phn st t-st t và : Các s (tham s) ti hn 0 : cm t u 2. Danh mc ch vit tt AFM : Phn st t FM : St t FWHM : bán rng cng bin thiên entropy t ph thuc nhi MCE : Hiu ng t nhit PFM : H t k t ng xung PM : Thun t RC : Kh nh TLTK : Tài liu tham kho VSM : H t k mu rung XRD : Nhiu x tia X iv Danh mc các th Trang Hình 1.1. Mô phng v hiu ng t nhi 7 Hình 1.2. H ng cong t ng nhit ca mt vt liu có hiu ng t nhit ln (khong cách nhi là 5 K) 10 Hình 1.3. So sánh công ngh làm lnh nén giãn khí (phi) và công ngh làm lnh s dng MCE (trái) 12 Hình 1.4. nguyên lý (trái) và nh chp (phi) máy lnh t phm ca hãng Chubu Electric/Toshiba 13 Hình 1.5. S ph thuc ca bin thiên entropy t ci (| MAX |) vào nhi nh (T peak - nhi mà tn thiên entropy t ci) ca mt s h vt liu t nhit (v 14 Hình 1.6. Cu trúc mng tinh th kiu L2 1 ca h. Khi các nguyên t X 2 khuyc cu trúc mng tinh th kiu C1 b ca hp kim bán Heusler (X 1 , X 2 là kí hiu ca các nguyên t ca nguyên t X) 16 Hình 1.7. Bi c pha t ca CoMnSi 1-x Ge x 19 Hình 1.8. (a) Các nhi chuyn pha t, cu trúc (T structural - nhi chuyn pha t cu trúc trc giao (orthorhombic) sang lc giác (hexagonal)); (b) ng t ph thuc nhi ca CoMnSi 20 Hình 1.9. ng t (a) và bin thiên entropy t (b) ph thuc vào nhi ca CoMn 1-x Ni x Si 20 Hình 1.10. ng t ng nhit t ph thuc vào t ng (a), bin thiên entropy t và bin thiên nhi n nhit ph thuc vào nhi ca CoMnSi Ge x (b) 21 Hình 1.11. ng t ph thuc nhi th hin các chuyn pha t trong mt s hp kim Heusler Ni-Mn-Z (Z = In, Ga, Sn, Sb) 22 Hình 1.12. S ph thuc ca M s (a) và nhi M C T và A C T (b) vào e/a ca Ni-Mn-Z (Z = Ga, In, Sn và Sb) 23 v Hình 1.13. S ph thuc ca t vào nhi ca hp kim Ni-Mn-Ga vi các hp phn và t ng ngoài khác nhau 24 Hình 1.14. Bin thiên nhi n nhit (a) và entropy t (b) ca Ni 50 Mn 34 In 16 quanh nhi T t và A C T 25 Hình 1.15. T ph thuc vào nhi vi t ng ngoài khác nhau ca hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x 26 Hình 1.16. Bin thiên entropy t ph thuc vào nhi vi t ng ngoài khác nhau ca hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x 27 Hình 1.17. Cu trúc vi mô ca hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x ph thuc vào x 28 Hình 1.18. |S m | max và RC ca mt s hnh hình nn Fe. Các là ca h mu Fe Co x Ni x Zr 7 B 4 Cu 1 31 Hình 1.19. Mi quan h ginh c bin thiên entropy t, |S M pk |, i) vi nhi T pk (nhi ng vi |S M pk |) ca các mu hp kim ngui nhanh khác nhau vi H = 15 kOe 33 Hình 1.20. M M pk ca các mu hp kim CoBAA vi x = 70, 56, 43, 29 và 17 trong di nhi thc nghim. Hình lng trong là s ph thuc vào nhi c bin thiên entropy t ca h hp kim này 34 Hình 2.1. khi ca h nu h quang 39 Hình 2.2. a) nh h nu hp kim h bung nu mu, (3) t u khin, (4) bình khí Ar, (5) ngun; b) nh bên trong bung nn cc, (7) ni nu, (8) cn lt mu 40 Hình 2.3. c nu hp kim 40 h 2.4. Lò ng ThermoLyne 21100 41 Lò nung chân không RVS-15G 41 c 42 Hình 2.7. a) nh thit b i nhanh: (2) bung mu, (3) ngun phát cao tn; b) bên trong bung t trng quay, (5) vòng cao tn, (6) ng thch anh 43 vi Hình 2.8. Mô hình minh ha dn phn x Bragg 45 Hình 2.9. Thit b nhiu x tia X (Siemens D5000) 46 Hình 2.10. H khn hình nón, (3) mu so sánh, (4) cun thu tín hiu so sánh, (5) b , (6) cn gi bình mu, (7) bình cha mu, (8) cun dây thu tín hic nam châm; b) nh chp 48 Hình 2.11 . H ng xung 49 Hình 2.12. nguyên lý h ng xung 49 Hình 3.1. Gi XRD ca h hp kim CoMn 1-x Fe x nhit; b) nhit 52 Hình 3.2. S ph thuc ca các thông s mng a (a), b (b), c (c), và th tích ô mng V (d) vào n Fe ca h hp kim CoMn 1-x Fe x Si (x = 0; 0,05; 0,10 và 0,15) 54 Hình 3.3. ng t rút gn ph thuc nhi ca h hp kim CoMn 1- x Fe x c khi x lý nhit, b) sau khi x lý nhit 55 Hình 3.4. ng cong t tr nhi phòng ca h hp kim CoMn 1- x Fe x Si: c khi x lý nhit, b) sau khi x lý nhit 57 Hình 3.5. Các ng cong t ng nhit ca mu CoMnc khi nhit (a) và sau khi x lý nhit (b) 58 Hình 3.6. Các ng cong t ng nhit ca mu CoMn 0,95 Fe 0,05 Si (x nhit: a) T = 352 - 417 K, b) T = 422 - 472 K 59 Hình 3.7. Các ng cong t ng nhit ca mu CoMn 0,95 Fe 0,05 Si (x = 0,05) sau khi nhit: a) T = 347- 422 K, b) T= 427- 502 K 59 Hình 3.8. Bin thiên entropy t ph thuc nhi ca các mu CoMn 1- x Fe x Si vi c (a) và sau khi nhit (b) 60 Hình 3.9. H ng S m (T) vi H khác nhau (a) và s ph thuc (-S m ) max, min vào H (b) ca mu CoMnSi nhit 61 Hình 3.10. Gi XRD ca các mu hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x nhi nhit 63 vii Hình 3.11. S ph thuc ca hng s mng (a) vào n Sn (x) ca h hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x 65 Hình 3.12. ng cong t tr nhi phòng ca các mu Ni 0,5 Mn 0,5- x Sn x vi nhit (a) v nhit (b). Hình lng trong là mt phn cng t tr vùng t ng nh 66 Hình 3.13. S ph thuc ca t nhi phòng và H = 50 kOe) vào n Sn ca hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x . Hình lng t tr i din ca hai m nhit, có x = 0,13 và 0,2 66 Hình 3.14. ng t ph thuc nhi ca hp kim Ni 0,5 Mn 0,5- x Sn x nhi nhit (b). Hình l th biu din s ph thuc ca nhi Curie vào n Sn ca các m nhit 68 Hình 3.15. ng t rút gn ph thuc nhi ca hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x nhit vi x = 0,13 - 0,15, ng 100 Oe. 69 Hình 3.16. S ph thuc ca nhi chuyn pha A s T vào n Sn ca hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x 70 Hình 3.17. ng t ng nhit ca mu Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x nhit vi x = 0,2 (a); 0,3 (b) và sau khi nhit vi x = 0,2 (c); 0,3 (d). 71 Hình 3.18. Các ng t ng nhit ca mu Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x có x = 0,13 (a); 0,14 (b) và 0,15 (c) sau khi nhit 72 Hình 3.19. Bin thiên entropy t ph thuc nhi ca các mu Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x , có x = 0,13; 0,14; 0,15; 0,2; 0,3 (b). Hình lng trong hình b là bin thiên entropy t ph thuc nhit ca m 73 Hình 3.20. Nhi cho bin thiên entropy t ci ca mt s mu hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sn x 75 Hình 3.21. Gi XRD ca h hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sb x vi x = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4: c (a) và sau (b) khi x lý nhit 76 Hình 3.22. ng cong t tr i nhi phòng ca các mu viii Ni 0,5 Mn 0,5-x Sb x vi x = 0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4 trc (a) và sau (b) khi x lý nhit. Hình lng trong là mt phn cng t tr vùng t ng nh 78 Hình 3.23. ng t rút gn ph thuc nhi ca h vt liu Ni 0,5 Mn 0,5-x Sb x c (a) và sau (b) khi x lý nhi ng H = 100 Oe 79 Hình 3.24. ng t ng nhit ca mu các mu Ni 0,5 Mn 0,5-x Sb x c khi x lý nhit vi x = 0,2 (a), x = 0,3 (b) và sau khi x lý nhit vi x = 0,2 (c), x = 0,3 (d) 80 Hình 3.25. m H = 12 kOe) ca mt s mu Ni 0,5 Mn 0,5- x Sb x c khi nhit (a) và sau khi nhit (b) 81 Hình 3.26. ng t ph thuc nhi ng 12 kOe ca h hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sb x vi x = 0,11-0,15. Hình lng trong cho thy chuyn pha AFM-FM ca mu có x = 0,12 82 Hình 3.27. ng Arrott-plots ca hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sb x vi x = 0,2 (a) và x = 0,3 (b) 83 Hình 3.28. S ph thuc ca M s và 0 -1 vào nhi ca mu hp kim Ni 0,5 Mn 0,5-x Sb x có x = 0,2 85 Hình 4.1. Gi XRD ca các mu Fe 73,5-x Mn x Cu 1 Nb 3 Si 13,5 B 9 c khi (a) và sau khi (b) 90 Hình 4.2. ng t rút gn ph thuc nhi (H =100 Oe) ca các mu Fe 73,5-x Mn x Cu 1 Nb 3 Si 13,5 B 9 c khi (a) và sau khi (b) 92 Hình 4.3. ng t ng nhit các nhi khác nhau ca các mu Fe 73,5-x Mn x Cu 1 Nb 3 Si 13,5 B 9 c khi 94 Hình 4.4. ng t ng nhit các nhi khác nhau ca các mu Fe 73,5-x Mn x Cu 1 Nb 3 Si 13,5 B 9 có: x = 10 (a) và x = 15 (b) sau khi 95 Hình 4.5. ng - m (T) (v a các mu Fe 73,5- x Mn x Cu 1 Nb 3 Si 13,5 B 9 c khi (a) và sau khi (b) 95 [...]... hợp kim Heusler và nguội nhanh có hiệu ứng từ nhiệt lớn Tìm được hợp phần và các điều kiện công nghệ chế tạo các hợp kim có hiệu ứng từ nhiệt lớn và có các tính chất lý, hóa tốt có khả năng ứng dụng trong thiết bị làm lạnh bằng từ trường - Nghiên cứu đưa nhiệt độ làm việc của hợp kim từ nhiệt về vùng nhiệt độ phòng Hiệu ứng từ nhiệt thường có giá trị lớn ở lân cận vùng chuyển pha từ Vì vậy, để ứng. .. với một chuỗi các hợp chất Ni-Mn-In pha tạp Ga [78] Các nghiên cứu cho thấy cả hiện tượng hiệu ứng từ nhiệt thuận và nghịch có liên quan đến chuyển pha cấu trúc và chuyển pha từ [6] 1.2.2 Hiệu ứng từ nhiệt trên hệ hợp kim Heusler Co-Mn-Si Hiệu ứng từ nhiệt trên các hợp kim Heusler nền Co-Mn-Si được quan tâm nghiên cứu bởi các hợp kim này có từ độ bão hòa lớn và có nhiệt độ chuyển pha từ có thể thay đổi... nghiên cứu trên thế giới Tuy nhiên do điều kiện thiết bị, kinh phí và nhân lực chưa đầy đủ nên các kết quả nghiên cứu kể cả về mặt cơ bản cũng như ứng dụng còn bị hạn chế Do vậy, hiệu ứng từ nhiệt và tìm kiếm vật liệu từ nhiệt mới vẫn còn là một vấn đề cần được nghiên cứu sâu rộng hơn Từ những lý do trên chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của luận án là: Nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt lớn trên một số. .. …… 15 1.2 Hiệu ứng từ nhiệt trên một số hợp kim Heusler ……………… …… 15 1.2.1 Hi u ng t nhi t trên h He e ó ………………… … 15 1.2.2 Hi u ng t nhi t trên h h p kim Heusler Co-Mn-S …………… 18 1.2.3 Hi u ng t nhi t trên h h p kim Heusler Ni-Mn-Z (Z = Ga, In, Sn, S )……………………………………………………………………… …… 21 1.3 Hiệu ứng từ nhiệt trên một số hợp kim nguội nhanh ……… ……… 28 1.3.1 Hi u ng t nhi t trên h p kim nguộ ó... entropy từ lớn nằm ở vùng nhiệt độ phòng Luận án được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm về Vật liệu và Linh kiện Điện tử và Phòng Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 5 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT TRÊN CÁC HỆ HỢP KIM HEUSLER VÀ NGUỘI NHANH 1.1 Sơ lƣợc về hiệu ứng và vật liệu từ nhiệt 1.1.1 Hiệu ứng từ nhiệt 1.1.1.1 Cơ sở nhiệt. .. hợp kim Heusler và nguội nhanh Đối tƣợng nghiên cứu của luận án: i) Các hệ hợp kim Heusler: Co-(Mn, Fe)-Si, Ni-Mn-Sn và Ni-Mn-Sb; ii) Các hệ hợp kim nguội nhanh: (Fe, Mn)-Cu-Nb-Si-B và Fe-Ni-Zr Mục tiêu của luận án: Chế tạo được các hợp kim từ nhiệt có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực làm lạnh bằng từ trường ở vùng nhiệt độ phòng Nội dung nghiên cứu luận án bao gồm: - Nghiên cứu chế tạo được các hợp. .. hợp kim Heusler 1.2.1 Hiệu ứng từ nhiệt trên hợp kim Heusler nói chung Các hợp kim Heusler là các liên kim có trật tự và có hai loại: hợp kim Heusler đầy đủ, công thức X2YZ, cấu trúc tinh thể kiểu L21 và hợp kim bán Heusler, công thức XYZ, cấu trúc tinh thể kiểu C1b Trong đó X và Y là nguyên tố thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp, còn Z là nguyên tố thuộc nhóm chính III hoặc V Trong một số trường hợp, ... đường từ độ (a) và biến thiên entropy từ (b) phụ thuộc vào nhiệt độ của CoMn1-xNixSi [14] 20 M a) Sm Tad (K) H (T) T (K) b) Hình 1.10 Các đường từ hóa đẳng nhiệt – từ độ phụ thuộc vào từ trường (a), biến thiên entropy từ và biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt phụ thuộc vào nhiệt độ của CoMnSi1−xGex (b) [91] 1.2.3 Hiệu ứng từ nhiệt trên hệ hợp kim Heusler Ni-Mn-Z (Z = Ga, In, Sn, Sb) Nhiều hợp kim Heusler. .. được các vật liệu từ nhiệt ở vùng nhiệt độ phòng thì phải đưa được chuyển pha từ về vùng nhiệt độ phòng - Nghiên cứu mối liên hệ giữa cấu trúc và tính chất từ nhiệt của hợp kim và hiểu cơ chế của hiệu ứng từ nhiệt lớn, từ đó định hướng chế tạo các vật liệu từ nhiệt có khả năng ứng dụng thực tế Phƣơng pháp nghiên cứu: Luận án được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm Các mẫu nghiên cứu được chế tạo... phần hiệu ứng nghịch, và hiệu ứng từ nhiệt thuận trở nên chiếm ưu thế [67, 68] Từ sau công trình của Hu [47], một lượng lớn các nghiên cứu tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt với sự thay đổi thành phần trong hợp kim sắt từ nhớ hình Ni-Mn-Ga đã được tiến hành Gần đây, chuỗi các hợp kim Ni50Mn50-yZy (Z = In, Sn hoặc Sb) không chứa Ga đã được đặc trưng bởi kết quả của sự chuyển pha từ (từ trạng thái thuận từ . liệu từ nhiệt mới vẫn còn là một vấn đề cần được nghiên cứu sâu rộng hơn. Từ những lý do trên chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của luận án là: Nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt lớn trên một số hợp. Heusler và nguội nhanh có hiệu ứng từ nhiệt lớn. Tìm được hợp phần và các điều kiện công nghệ chế tạo các hợp kim có hiệu ứng từ nhiệt lớn và có các tính chất lý, hóa tốt có khả năng ứng dụng trong. hợp kim từ nhiệt có tiềm năng ứng dụng trong lĩnh vực làm lạnh bằng từ trường ở vùng nhiệt độ phòng. Nội dung nghiên cứu luận án bao gồm: - Nghiên cứu chế tạo được các hợp kim Heusler và nguội