Nghiên cứu và chế tạo dây hai lớp hệ thuỷ tinh CoP có hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ Giant Magneto Impedance - GMI bằng phương pháp mạ hoá học

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học s phạm hà nội 2 phạm văn hào Nghiên cứu và chế tạo dây hai lớp hệ Thủy tinh/cop Có hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (giant magneto impedance - gmi) Bằng phơng pháp mạ hóa học Luận văn thạc sĩ vật lý hà nội, 2009 Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học s phạm hà nội 2 phạm văn hào Nghiên cứu và chế tạo dây hai lớp hệ Thủy tinh/cop Có hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (giant magneto impedance - gmi) Bằng phơng pháp mạ hóa học Chuyên ngành Vật lý chất rắn Mã số: 60.44.07 Luận văn thạc sĩ vật lý Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Mai Thanh Tùng GS. TS. Nguyễn Hoàng Nghị hà nội, 2009 Lời cảm ơn Luận văn này đợc hoàn thành tại Phòng thí nghiệm Vật liệu từ và nanô tinh thể, Viện Vật lý Kỹ thuật, trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội, Phòng thí nghiệm của Bộ môn Ăn mòn và Bảo vệ Kim lọai, trờng Đại học Bách Khoa Hà Nội dới sự hớng dẫn khoa học và giúp đỡ tận tình cả về tinh thần và vật chất của GS. TS. Nguyễn Hoàng Nghị, của TS. Mai Thanh Tùng. Trớc hết tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến GS. TS. Nguyễn Hoàng Nghị, TS. Mai Thanh Tùng và tập thể các cán bộ, giáo viên Bộ môn và Phòng thí nghiệm Vật liệu từ và nanô tinh thể, Phòng thí nghiệm Ăn mòn và Bảo vệ Kim loại đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại các phòng thí nghiệm. Tôi xin bày tỏ lòng cám ơn sâu sắc tới các đồng nghiệp trong nhóm nghiên cứu: ThS. Nguyễn Văn Dũng, NCS. Nguyễn Văn Dũng, KS. Nguyễn Ngọc Phách, Trịnh Thị Thanh Nga, Lê Cao Cờng đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi trong thời gian nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Vật liệu từ và nanô tinh thể, phòng thí nghiệm Ăn mòn và Bảo vệ Kim loại. Xin cám ơn Viện Khoa học Vật liệu ITIMS Đại học Bách khoa Hà Nội, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá nghiên cứu, đo đạc mẫu tại viện và cho tôi những góp ý và thảo luận quí báu. Tôi xin chân thành cám ơn các lãnh đạo, các đồng nghiệp nơi công tác Trờng THPT Nam Duyên Hà - Thái Bình, Trung tâm Hỗ trợ NCKH & CGCN, Trờng Đại học S Phạm Hà Nội 2 đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, động viên giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến tới bố, mẹ, và tất cả những ngời thân yêu trong gia đình cùng bạn bè đã cổ vũ, động viên tôi rất nhiều về vật chất và tinh thần trong thời gian thực hiện luận văn. Tác giả luận văn Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là của riêng tôi. Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực. Tác giả luận văn Phạm Văn Hào 1 Mục lục Mở đầu 7 Chơng I - Tổng quan 8 1.1. Vật liệu có hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (GMI) 8 1.1.1. Hiệu ứng từ trổng trở khổng lồ GMI 8 1.1.2. Lý thuyết từ học về hiện tợng GMI 8 1.1.2.1. Cấu trúc domain của dây vô định hình 9 1.1.2.2. Chiều sâu thấm từ 11 1.1.2.3.Hiện tợng tách đỉnh của đờng GMI 13 1.1.3 Vật liệu có hiệu ứng GMI 14 1.1.3.1 Băng vô định hình (ribbons) 14 1.1.3.2 Dây (wires) 15 1.2. Mạ hóa học CoP 17 1.2.1. Mạ hoá học 17 1.2.1.1. Định nghĩa 17 1.2.1.2 Các đặc điểm mạ hoá học 18 1.2.1.2.1 Cơ chế phản ứng mạ hoá học 18 1.2.1.2.2 Các yếu tố ảnh hởng đến phản ứng mạ hoá học 20 1.2.2. Mạ hóa học CoP 21 1.2.2.1 Cơ chế mạ 21 1.2.2.2. Các yếu tố ảnh hởng đến lớp mạ CoP 23 1.2.2.3 Cấu trúc và tính chất vật lý của lớp mạ CoP 26 1.2.2.3.1 Cấu trúc của lớp mạ CoP 26 1.2.2.3.2 Tính chất vật lý của lớp mạ CoP 28 Chơng 2 - Thực nghiệm 35 2.1 Chuẩn bị mẫu 35 2.1.1 Chuẩn bị: 35 2.1.2. Thành phần dung dịch và chế độ mạ 36 2 2.2 Các phơng pháp phân tích mẫu 36 2.2.1 Phơng pháp hiển vi điện tử quét (SEM) 36 2.2.2 Phơng pháp nhiễu xạ tia Rơnghen (XRD) 36 2.2.3 Thiết bị từ kế mẫu rung (VSM) 38 2.2.4. Đo hiệu ứng GMI 39 Chơng 3 - kết qủa và thảo luận 41 3.1. ảnh hởng của nồng độ NaH 2 PO 2 42 3.1.1. ảnh SEM 42 3.1.2. ảnh hởng của nồng độ NaH 2 PO 2 tới thành phần hợp kim CoP 43 3.1.3. ảnh hởng của nồng độ NaH 2 PO 2 tới cấu trúc hợp kim CoP 45 3.1.4 ảnh hởng của nồng độ NaH 2 PO 2 tới tính chất từ của hợp kim CoP 46 3.1.5 ảnh hởng của nồng độ NaH 2 PO 2 tới tỷ số GMI của hợp kim CoP 48 3.2. ảnh hởng của thời gian mạ tới tính chất từ và tỷ số GMI 50 3.3. So sánh các kết quả thu đợc với hệ dây Cu/FeNi có hiệu ứng GMI đợc chế tạo bằng phơng pháp điện kết tủa. 55 Chơng 4 - Kết luận 57 Tài liệu tham khảo 58 3 Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu sử dụng trong luận văn Chữ viết tắt Chữ tiếng Anh đầy đủ Nghĩa tiếng Việt GMI Giant Magneto Impedance Từ tổng trở khổng lồ SEM Scanning Electron Microscope Hiển vi điện tử quét TEM Transmission Electron Microscope Hiển vi điện tử truyền qua VSM Vibrating Sample Magnetometer Từ kế mẫu rung VĐH Amorphous Vô định hình XRD X-ray Diffraction Nhiễu xạ tia X 4 Danh mục các bảng trong luận văn Bảng 1.1. Tổng kết một số vật liệu dây và các thông số vật lý của dây vô định hình. Bảng 1.2. Độ hoà tan của photphit phụ thuộc pH Bảng 3.1: Nồng độ NaH 2 PO 2 trong dung dịch và tốc độ mạ 5 Danh mục các hình vẽ, đồ thị trong luận văn Hình 1.1 Cấu trúc domain của dây vô định hình bao gồm lớp vỏ và lõi Hình 1.2 Hiện tợng tách đỉnh đờng MI trong vật liệu finemet Fe 73.5 Cu 1 Nb 3 B 9 Si 13.5 Hình 1.3 Mô tả dị hớng từ giải thích hiện tợng tách đỉnh của đờng cong GMI Hình 1.4: Một số phơng pháp chế tạo vật liệu dới dạng băng mỏng từ thể lỏng bằng phơng pháp nguội nhanh Hình 1.5: Tỷ số MIr của màng FeNi/Cu đợc chế tạo bằng phơng pháp điên kết tủa Hình 1.6. Đồ thị điện cực thể tổng hợp (Trong đó i: dòng điện thực; i a : dòng điện anot; i c : dòng điện catot; i pl : dòng điện mạ hoá học tại thể hỗn hợp E pl ) Hình 1.7. Điện thế phản ứng khử hydro trên các xúc tác kim loại khác nhau trong trờng hợp chất khử là NaH 2 PO 2 , HCHO, NaBH 4 , DMAB, NH 2 NH 2 Hình 1.8. Giản đồ pha của hợp kim CoP Hình 1.9. ảnh hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Hình 1.10. ảnh hởng của một giờ đốt nóng lên suất điện trở của hợp kim CoP kết tủa bằng điện chứa 1.3% P Hình 1.11: Trạng thái ferro từ của các nguyên tử Co Hình 1.12. Sự xuất hiện và xắp sếp các đômen cơ bản Hình 1.13. ảnh hởng của một giờ đốt nóng lên độ cứng của hợp kim photpho kết tủa điện hóa. Hình 1.14. Độ cứng của hợp kim và kim loại kết tủa điện hóa Hình 2.1 Quy trình chế tạo dây Hình 2.2. Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động của phơng pháp nhiễu xạ tia X Hình 3.1. ảnh SEM các dây CoP kết tủa hóa học trong các dung dịch có nồng độ NaH 2 PO 2 khác nhau. Hình 3.2 Phổ EDS các màng kết tủa trong dung dịch có nồng độ NaH 2 PO 2 khác nhau khác nhau. Hình 3.3. ảnh hởng nồng độ NaH 2 PO 2 tới hàm lợng P 6 Hình 3.4. Phổ nhiễu xạ tia X của dây hai lớp hệ thủy tinh CoP từ các dung dịch có hàm lợng NaH 2 PO 2 khác nhau Hình 3.5. Đờng cong từ trễ VSM của các dây hai lớp CoP hệ thủy tinh có nồng độ NaH 2 PO 2 khác nhau Hình 3.6. ảnh hởng của hàm lợng P tới lực kháng từ c H Hình 3.7. Tỷ số MIr của hợp kim CoP với các dung dịch có hàm lợng NaH 2 PO 2 khác nhau Hình 3.8. ảnh hởng của nồng độ H 2 PO 2 đến tỷ số GMI Hình 3.9. Tỷ số từ tổng trở MIr của các dây hai lớp CoP hệ thủy tinh với các thời gian mạ và tốc độ mạ khác nhau Hình 3.10 Sự phụ thuộc của tỷ số MIr vào chiều dày của màng Hình 3.11. ảnh hởng của thời gian mạ đến tỷ số MIr của dây hai lớp hệ thủy tinh CoP Hình 3.12. Tỷ số MIr của hệ dây Cu/ FeNi đợc chế tạo bằng phơng pháp điện kết tủa [...]... từ, và do đó ảnh hưởng tới hiệu ứng GMI của dây Luận văn này nhằm và mục đích làm sáng tỏ cơ chế liên hệ giữa các yếu tố, thông số mạ hóa học tới cấu trúc cấu trúc màng từ hiệu ứng GMI của vật liệu từ hai lớp hệ dây thủy tinh/ CoP và so sánh các kết quả đó với hệ dây Cu/FeNi chế tạo bằng phương pháp điện kết tủa 1.2 Mạ hóa học CoP 1.2.1 Mạ hoá học 1.2.1.1 Định nghĩa Phương pháp tạo lớp mạ kim loại và. .. lớp phủ vật liệu từ mềm bằng phương pháp kết tủa điện hóa hoặc mạ hóa học Một số nghiên cứu trước đã tập trung vào hệ dây dẫn/ vật liệu từ mềm (Cu/FeNi) Trong luận văn này, chúng tôi sẽ tập trung vào hệ dây cách điện/ vật liệu từ mềm có sử dụng phương pháp mạ hóa học Mục đích nghiên cứu: 1 Chế tạo dây hai lớp hệ thủy tinh/ CoP có hiệu ứng GMI bằng phương pháp mạ hóa học 2 Nghiên cứu ảnh hưởng các yếu... dây hai lớp hệ thủy tinh/ CoP là đối tượng để nghiên cứu hiệu ứng từ tổng trở trong dải tần MHz 1.1.2 Lý thuyết từ học về hiện tượng GMI Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (GMI) là một dạng khác của hiệu ứng cảm ứng từ và được biết đến như là sự thay đổi mạnh tổng trở Z của vật dẫn có từ tính dưới tác dụng của từ trường ngoài H và dòng điện tần số cao Cơ chế hiệu ứng GMI mang bản chất điện từ và có thể được... ứng từ tổng trở MIr rất lớn (lên đến trên 500%), tuy nhiên, công nghệ chế tạo tồn tại nhiều hạn chế như: kỹ thuật phức tạp, khó ổn định hiệu ứng, vật liệu chế tạo ở dạng băng không thích hợp cho chế tạo sensor từ, Trong 5 năm trở lại đây, đã xuất hiện dạng vật liệu dây micro có hiệu ứng GMI chế tạo bằng phương pháp mạ hóa học Các dây này có cấu tạo gồm một dây mang cỡ 50 - 500 m và lớp phủ vật liệu từ. .. đòi hỏi vật liệu có cả giá trị MIr và Pr cao a/ b/ c/ Hình 1.4: Một số phương pháp chế tạo vật liệu dưới dạng băng mỏng từ thể lỏng bằng phương pháp nguội nhanh [1] a/ Phương pháp ly tâm b/ Phương pháp đơn trục c/ Phương pháp hai trục Hình 1.5: Tỷ số MIr của màng FeNi/Cu được chế tạo bằng phương pháp điện kết tủa 1.1.3.2 Dây (wires) Các dây từ hiệu ứng GMI có thể chia ra làm hai loại: dây đồng thể (homogeneous... quan 1.1 Vật liệu có hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (GMI) 1.1.1 Hiệu ứng từ trổng trở khổng lồ GMI Nhiều hiện tượng vật lí đã được quan sát trong vật liệu từ mềm, đặc biệt là vật liệu từ vô định hình và nanô tinh thể Một trong những hiện tượng vật lí, đó là sự thay đổi mạnh tổng trở cao tần Z của dây dẫn từ tính khi có dòng xoay chiều đi qua và đặt trong từ trường một chiều ngoài yếu (vài Oe; 1Oe 80A/m)... đầu Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (Giant Magneto Impedance - GMI) tuy mới được phát hiện trong vòng hơn một thập kỷ nhưng nó đã cho thấy tiềm năng ứng dụng rất lớn, đặc biệt trong lĩnh vực sensor từ Dạng vật liệu có hiệu ứng GMI thường được nhắc tới nhất là vật liệu từ vô định hình - nano tinh thể chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh (Rapid Solidification) Vật liệu dạng này có khả năng đạt được hiệu ứng. .. chất cơ học của màng từ này Cơ sở lý thuyết cho hiệu ứng GMI trên dây dị thể cũng dựa trên các lý thuyết đã trình bày ở phần 16 1.1.2 Phương pháp quan trọng nhất để chế tạo màng từ cho dây dị thể là điện kết tủa (electrodeposition) Các dây thường được nghiên cứu nhất là dây có lớp từ vô định hình CoP, hợp kim FeNi và hợp kim FeCoNi và compozit của chúng Nhằm nâng cao hiệu ứng và cơ tính, các dây có thể... gọi là hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ GMI (Giant Magneto Impedance) Hiệu ứng GMI tuy mới được phát hiện vào khoảng năm 1994 nhưng nó đã mở ra một tiềm năng ứng dụng rất lớn Đại lượng đặc trưng cho sự thay đổi tổng trở là tỷ số từ tổng trở MIr (Magneto Impedance Ratio): MIr Z ( H ) Z ( H MAX ) Z ( H MAX ) x100% (PT 1.1) Z ( H ) là tổng trở của vật liệu tại từ trường H , Z ( H MAX ) là trổng trở của... tính chất từ và tỷ số MIr 3 So sánh kết quả thu được với hệ dây Cu/ FeNi có hiệu ứng GMI được chế tạo bằng phương pháp điện kết tủa Phương pháp nghiên cứu: 1 Phân tích bề mặt: SEM, AFM 2 Phân tích thành phần, cấu trúc: EDS, AAS, XRD 3 Đo từ: VSM 4 Đo hiệu ứng GMI Nội dung của luận văn: 4 chương Chương 1 Tổng quan Chương 2 Thực nghiệm Chương 3 Kết quả và thảo luận Chương 4 Kết luận 7 Chương I - Tổng quan . dục và đào tạo Trờng đại học s phạm hà nội 2 phạm văn hào Nghiên cứu và chế tạo dây hai lớp hệ Thủy tinh/ cop Có hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (giant magneto impedance - gmi) . trung vào hệ dây cách điện/ vật liệu từ mềm có sử dụng phơng pháp mạ hóa học. Mục đích nghiên cứu: 1. Chế tạo dây hai lớp hệ thủy tinh/ CoP có hiệu ứng GMI bằng phơng pháp mạ hóa học 2. Nghiên. văn hào Nghiên cứu và chế tạo dây hai lớp hệ Thủy tinh/ cop Có hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ (giant magneto impedance - gmi) Bằng phơng pháp mạ hóa học Chuyên ngành Vật lý chất rắn