Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b)

Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b) Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI LÊ VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ NHIỆT LỚN TRÊN HỆ HỢP KIM La-(Fe,Co)-(Si,B) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT HÀ NỘI, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI LÊ VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ NHIỆT LỚN TRÊN HỆ HỢP KIM La-(Fe,Co)-(Si,B) Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60.44.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HUY DÂN HÀ NỘI, 2014 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, cho phép gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Huy Dân, thầy người trực tiếp hướng dẫn khoa học, bảo tận tình tạo điều kiện tốt giúp suốt trình nghiên cứu thực luận văn. Luận văn hỗ trợ kinh phí đề tài cấp Viện Hàn lâm Khoa học Công Nghệ Việt Nam mã số VAST03.04/14-15, thiết bị Phòng thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Linh kiện Điện tử Phòng Vật lý Vật liệu Từ Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến NCS. Nguyễn Hải Yến, NCS. Phạm Thị Thanh, NCS. Đỗ Trần Hữu, NCS. Dương Đình Thắng, NCS. Nguyễn Thị Mai, NCS. Nguyễn Mẫu Lâm học viên cao học Nguyễn Văn Thanh, Hà Thanh Hải giúp đỡ nhiều nghiên cứu hoàn thiện luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới thầy cô Phòng Sau Đại học khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2. Các thầy cô trang bị tri thức khoa học tạo điều kiện học tập thuận lợi cho suốt thời gian qua. Cuối cùng, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, tình yêu thương tới gia đình bạn bè – nguồn động viên quan trọng vật chất tinh thần giúp có điều kiện học tập nghiên cứu khoa học ngày hôm nay. Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2014 Tác giả Lê Việt Hùng LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tôi. Các kết quả, số liệu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác. Tác giả luận văn Lê Việt Hùng MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU . CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT VÀ VẬT LIỆU TỪ NHIỆT . 1.1. Hiệu ứng từ nhiệt . 1.1.1. Cơ sở nhiệt động hiệu ứng từ nhiệt 1.1.2. Phương pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt vật liệu . 1.1.3. Tiêu chuẩn lựa chọn vật liệu từ nhiệt………………………… 1.2. Vật liệu từ nhiệt . 1.2.1. Sự phát triển vật liệu từ nhiệt 1.2.2. Những vật liệu từ nhiệt tiêu biểu 13 1.3. Một số tính chất đặc trƣng hệ vật liệu từ nhiệt có cấu trúc loại NaZn13…………………………………………………… . 18 1.3.1. Cấu trúc tinh thể hệ hợp chất La(Fe1-xMx)13…………… . 18 1.3.2. Tính chất từ nhiệt hệ hợp kim La(Fe1-xMx)13…………… 20 1.4. Kết nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt số hệ hợp kim La-Fe ………………………………………………… 22 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM . 32 2.1. Chế tạo mẫu . 32 2.1.1. Chế tạo mẫu khối……………………………………………. 32 2.1.2. Tạo băng nguội nhanh………………………………………. 35 2.1.3. Xử lý nhiệt. ………………………………………………… 37 2.2. Phép đo phân tích cấu trúc………………………………………. 37 2.3. Các phép đo từ 39 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN . 41 3.1. Cấu trúc, tính chất từ hiệu ứng từ nhiệt hệ băng hợp kim 41 La1+xFe10,5-xCoSi1,5 ……………………………………………………… 42 3.1.1. Cấu trúc tinh thể hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5…………… 43 3.1.2. Tính chất từ hiệu ứng từ nhiệt hệ kim La1+xFe10,5- xCoSi1,5 49 3.2. Cấu trúc tinh thể tính chất từ hợp kim LaFe13-x-ySixBy 49 3.2.1. Cấu trúc tinh thể hợp kim LaFe13-x-ySixBy ……………… 52 3.2.2. Tính chất từ hợp kim LaFe13-x-ySixBy . 57 KẾT LUẬN . 58 DANH MỤC CÔNG TRÌNH 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 62 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ Trang Bảng 1.1. Một số thông số nhiệt độ chuyển pha Curie hiệu ứng từ nhiệt hợp chất La(Fe1-xAlx)13 La(Fe1-xCox)11,7Al1,3… . 21 Bảng 1.2. Bảng thống kê giá trị thông số mạng a(Ǻ), nhiệt độ Curie TC, biến thiên Entropy từ ∆SM mẫu hợp kim LaFe11,8 - xCoxSi1,2 27 Bảng 3.1. Khối lượng thành phần tổng khối lượng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5; 1,5) trước sau nấu hồ quang ………………………………………………………………… 41 Bảng 3.2. Các giá trị từ độ bão hòa Ms nhiệt độ 100 K nhiệt độ chuyển pha TC1 hệ hợp kim LaFe13-x-ySixBy (y = ÷ x = ÷ 3). 55 Hình 1.1. Mô hình mô tả hiệu ứng từ nhiệt . Hình 1.2. Hệ đường cong từ hóa đẳng nhiệt vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt . Hình 1.3. Sơ đồ nguyên lý máy lạnh dùng khí nén (a) dùng từ trường (b)…………………………………………………………… 10 Hình 1.4. Máy lạnh từ trường dùng nam châm vĩnh cửu. . 11 Hình 1.5. Máy làm lạnh từ trường hãng Toshiba. . 12 Hình 1.6. Cấu trúc lập phương NaZn13: (a) cấu trúc tinh thể (b) cấu trúc ô đơn vị 19 Hình 1.7. Độ biến thiên từ entropy từ ∆SM hệ hợp kim LaFe11,2Co0,7Si1,1 từ trường 0-2 0-5 T . 23 Hình 1.8. Các đường cong từ nhiệt hệ La(Fe1-xCoX)1,4Si1,6 (x = 0; x = 0,02, x= 0,04 x = 0,06 ) 24 Hình 1.9. Độ biến thiên từ entropy La(Fe1-xCoX)11,4Si1,6 từ trường khác nhau:(a) x = 0,02 (b) x = 0,06 25 Hình 1.10. Các đường cong từ nhiệt hệ LaFe11,8 - xCoxSi1,2 (x = 0; x = 0,4 x = 0,8 ) đo từ trường 100 Oe . 26 Hình 1.11. Độ biến thiên entropy từ ∆S M vào nhiệt độ mẫu hợp kim LaFe11,8 - xCoxSi1,2 (x = 0; x = 0,4 x = 0,8 ) với ∆H = T. 27 Hình 1.12. Các đường cong từ nhiệt đo từ trường 12 kOe mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 (x = 0, 1, 2, 4) 28 Hình 1.13. Các đường cong ΔSM(T) (ΔH = 12 kOe) mẫu băng hợpkim LaFe11-xCoxSi2 (x = 0; 2) . 29 Hình 1.14. Các đường cong từ nhiệt M(T) hệ băng hợp kim Fe13-x-ySixBy (x = y = ÷ 3) đo từ trường H = 12 kOe . 30 Hình 1.15 . Đường SM với độ biến thiên từ trường H = 12 kOe mẫu băng LaFe7Si3B3. . 31 Hình 2.1. Sơ đồ khối hệ nấu hồ quang. 32 Hình 2.2. a) Hệ nấu hồ quang: 1. Bơm hút chân không, 2. Buồng nấu mẫu, 3. Bình khí Ar, 4. Tủ điều khiển, 5. Nguồn điện. b) Ảnh bên 33 buồng nấu: 6. Điện cực, 7. Cần lật mẫu, 8. Nồi nấu . Hình 2.3. Sơ đồ bước nấu hợp kim. …………………………… 33 Hình 2.4. Sơ đồ khối hệ phun băng nguội nhanh đơn tr c . 35 Hình 2.5. a) Thiết bị phun băng nguội nhanh ZKG-1:1. Bơm hút chân không, 2. Buồng mẫu, 3. Nguồn phát cao tần.b) Bên buồng tạo băng: 4. Trống quay, 5. Vòng cao tần, 6. Ống thạch anh . 36 Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý tượng nhiễu xạ tia X . 38 Hình 2.7. Thiết bị Siemen D-5000 38 Hình 2.8. Sơ đồ nguyên lý ảnh ch p hệ từ kế mẫu rung (VSM). 40 Hình 3.1. Phổ XRD mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0, 0,5, 1,5) . 42 Hình 3.2. Các đường cong từ nhiệt hệ mẫu băng La 1+xFe10,5xCoSi1,5 (x = 0; 0,5; 1,5) đo từ trường H = 100 Oe . 43 Hình 3.3. Các đường cong từ nhiệt từ trường khác mẫu băng La1+xFe10,5-xCoSi1,5 với x = (a) x = 0,5 (b). 44 Hình 3.4. Các đường cong từ độ ph thuộc từ trường biến đổi từ đường cong từ nhiệt từ trường khác mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 với x = (a), 0,5 (b) (c)…… . 46 Hình 3.5. Các đường cong - ΔSM (T) (ΔH = 12 kOe) mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5 1). 47 Hình 3.6. Các đường cong từ nhiệt mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 với x = (a) x = 0,5 (b) sau ủ nhiệt……… 48 Hình 3.7. Giản đồ X-ray mẫu băng La-Fe-Si-B phun băng vận tốc v = 20 m/s với x = 0, y = ÷ (a); x = 1, y = ÷ (b); x = 2, y = ÷ (c) x = 3, y = ÷ (d). . 51 Hình 3.8. Các đường cong từ nhiệt M(T) hệ băng hợp kim LaFe13-x-ySixBy phun băng vận tốc v = 20 m/s với x = 0, y = ÷ (a); x = 1, y = ÷ (b); x = 2, y = ÷ (c) x = 3, y = ÷ (d). đo từ trường H = 12 kOe 54 MỞ ĐẦU 1. Lí chọn đề tài Vật liệu công nghệ nói chung vật liệu từ nói riêng có ý nghĩa vô quan trọng sống loài người. Chúng đa dạng, phong phú không ngừng nghiên cứu để hoàn thiện hơn. Trong xu phát triển chung vật liệu từ nhiệt tạo nhằm đáp ứng yêu cầu ngày cao người sống “xanh” đại. Vật liệu từ nhiệt có khả thay đổi nhiệt độ nhờ vào tác động từ trường ngoài. Cụ thể vật liệu đưa vào đưa khỏi từ trường mômen từ xếp lại làm cho entropy từ vật liệu thay đổi. Sự thay đổi entropy từ làm cho entropy mạng biến đổi theo khiến cho vật liệu nóng lên lạnh [1]. Hiện nay, vật liệu từ nhiệt ứng dụng kỹ thuật làm lạnh nhiệt độ thấp (cỡ mK) thử nghiệm với máy làm lạnh từ trường nhiệt độ phòng. Việc ứng dụng vật liệu từ nhiệt máy làm lạnh có ưu điểm không gây ô nhiễm môi trường máy lạnh dùng khí, có khả nâng cao hiệu suất làm lạnh, tiết kiệm lượng có kích thước nhỏ gọn. Hướng nghiên cứu vật liệu từ nhiệt tìm vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt cao (biến thiên entropy từ ∆Sm biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt Tad lớn) xảy xung quanh nhiệt độ phòng biến thiên từ trường nhỏ. Mặt khác, vật liệu cần phải bền, không độc hại, giá thành thấp chế tạo đơn giản. Những năm gần đây, vài vật liệu từ nhiệt quan tâm nghiên cứu như: hợp kim chứa Gd, hợp kim chứa As, hợp kim chứa La, hợp kim Heusler…Trong hệ hợp kim La-Fe-Si kết hợp hầu hết ưu điểm vật liệu khác. Chúng có khả cho hiệu ứng từ nhiệt lớn 47 SM (J. Kg -1 -1 .K ) 1.2 x=0 x = 0.5 x=1 0.8 0.6 0.4 0.2 180 200 220 240 260 280 300 320 T (K) Hình 3.5. Các đường cong - ΔSM (T) (ΔH = 12 kOe) mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5 1). Hình 3.5 đ thị biểu diễn phụ thuộc vào nhiệt độ biến thiên entropy từ - SM mẫu với x = 0, 0,5 biến thiên từ trường từ đến 12 kOe. Kết cho thấy biến thiên entropy từ cực đại ( S M phụ thuộc vào n ng độ La. Giá trị S M max max ) xác định cho mẫu với x = 0; 0,5 tương ứng 0,8; 1,2 0,43 J.kg -1.K-1. Cùng nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt hệ vật liệu có chứa La, nhóm nghiên cứu Xu Bo Liu cộng thu biến thiên entropy từ cực đại hợp kim La(Fe0,98Co0,02)11,4Si1,6 La(Fe0,94Co0,06)11,4Si1,6 tương ứng 13,3 J/kg.K 11,6 J/kg.K với ΔH = T [17]. Nhóm Yan A. cộng thu entropy từ cực đại mẫu hợp kim LaFe11,8-xCoxSi1,2 31; 17,4; 13,5 J/kg.K tương ứng với x = 0; 0,4 0,8 biến thiên từ trường ΔH = T [18]. Hai 48 nhóm có giá trị biến thiên entropy từ cao. Tuy nhiên, giá trị đo biến thiên từ trường cao T. 1.05 M (a. u.) 0.95 0.9 0.85 chua u 1223 K - h 1273 K - h 1323 K - h 0.8 0.75 0.7 0.65 100 150 200 250 T (K) 300 350 a) 1.1 M (a. u.) 0.9 0.8 chua u 1223 K - h 1273 K - h 1323 K - h 0.7 0.6 0.5 0.4 100 150 200 250 T (K) 300 350 b) Hình 3.6. Các đường cong từ nhiệt mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5xCoSi1,5 với x = (a) x = 0.5 (b) sau ủ nhiệt. 49 Với mục đích khảo sát ảnh hưởng chế độ ủ nhiệt lên tính chất từ hợp kim, mẫu băng hợp kim đem ủ nhiệt độ khác (ở 1223 K, 1273 K 1323 K) thời gian h. Hình 3.6 đ thị biễu diễn đường cong từ nhiệt mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0,5) sau ủ nhiệt chế độ khác nhau. Kết thu cho thấy nhiệt độ chuyển pha mẫu băng tăng lên sau ủ nhiệt. Trước ủ nhiệt, giá trị nhiệt độ TC mẫu x = x = 0,5 tương ứng 280 266 K. Tuy nhiên, giá trị đạt tới xung quanh 300 K sau ủ nhiệt. Cần ý TC mẫu băng tăng theo nhiệt độ ủ. Khi nhiệt độ ủ tăng từ 1223 K đến 1323 K nhiệt độ Curie mẫu tăng khoảng 270 K  310 K. 3.2. Cấu trúc tinh thể tính chất từ hệ hợp kim LaFe13-x-ySixBy Hợp kim LaFe13-x-ySixBy (x = ÷ y = ÷ 3) nấu lò h quang môi trường khí Ar. Mỗi mẫu nấu lần, lần nấu khoảng phút. Khối lượng thành phần nguyên tố hợp kim tính toán cho tạo mẫu có khối lượng 15 g. Sau nấu khối lượng mẫu hao hụt không đáng kể. Mẫu sau phun băng tốc độ trống quay 20 m/s. 3.2.1 Cấu trúc tinh thể LaFe 13-x-ySixBy (x = ÷ y = ÷ 3) Hình 3.7 giản đ XRD mẫu băng hợp kim LaFe 13-x-ySixBy (x = ÷ y = ÷ 3). 50 (a) (b) 51 (c) (d) Hình 3.7. Giản đồ X-ray mẫu băng La-Fe-Si-B phun băng vận tốc v = 20 m/s với x = 0, y = ÷ (a); x = 1, y = ÷ (b); x = 2, y = ÷ (c) x = 3, y = ÷ (d). 52 Kết cho thấy Si B có ảnh hưởng lớn đến cấu trúc hợp kim. Khả tạo cấu trúc vô định hình hợp kim tăng lên n ng độ B tăng, B làm giảm khả kết tinh hợp kim. Còn tăng Si pha tinh thể hợp kim tăng dần lên. Ở mẫu với x = y = thành phần tinh thể chủ yếu pha loại NaZn 13. Những nghiên cứu trước cho thấy, pha quan trọng, giúp cải thiện lớn tính chất từ từ nhiệt hợp kim. Tuy nhiên pha Si tới n ng độ 3%, pha NaZn13 bị thay vào pha khác. 3.2.2 Tính chất từ hệ hợp kim LaFe13-x-ySixBy (x = ÷ y = ÷ 3) Tính chất từ hệ hợp kim LaFe13-x-ySixBy (x = ÷ y = ÷ 3) khảo sát thông qua đường từ nhiệt M(T) hệ băng đo từ trường H = 12 kOe (hình 3.8). Ta thấy dáng điệu đường cong từ nhiệt thay đổi mạnh theo thay đổi n ng độ Si B. Mặt khác, ta thấy từ độ theo nhiệt độ cho thấy mẫu có từ độ không không qua điểm chuyển pha thứ (TC1), dễ thấy mẫu cấu trúc có nhiều pha tinh thể. Với mẫu cấu trúc có nhiều pha NaZn13 chiếm ưu chuyển pha từ sắc nét, nhiên từ độ chưa giảm không qua nhiệt độ chuyển pha. Những mẫu cấu trúc vô định hình chiếm chủ yếu hoàn toàn (mẫu x = 3, y = 3) từ độ chúng nhanh chóng tiến dần đến không qua nhiệt độ chuyển pha. Như đa số mẫu hợp kim nguội nhanh hệ LaFe13-x-ySixBy có tính đa pha từ. Và ta coi gần giá trị từ độ đo tổng cộng từ độ pha từ hợp kim. Một điều đáng lưu ý, nhiệt độ chuyển pha Curie TC1 hợp kim phụ thuộc nhiều vào n ng độ Si. Ở mẫu với n ng độ B, nhiệt độ TC hầu hết giảm tăng n ng độ Si. Cụ thể, mẫu y = 0, x = có TC1 cao 600 K mẫu y = 0, x = TC1 khoảng 492 K; mẫu y = 3, x =1 có 53 TC1  570 K mẫu y = 3, x = TC1  240 K. Còn thay đổi nhiệt độ chuyển pha theo n ng độ B không rõ rệt, n ng độ Si B tăng TC1 lúc tăng lúc giảm. 250 x=0 M (emu/g) 200 150 a) 100 y=0 y=1 y=2 y=3 50 0 100 200 300 400 500 600 700 T (K) 200 M (emu/g) 150 x=1 100 y=0 y=1 y=2 y=3 50 b) 0 100 200 300 400 500 600 700 T (K) 54 150 M (emu/g) x=2 100 y=0 y=1 y=2 y=3 c) 50 0 100 200 300 400 500 600 700 T (K) 120 M (emu/g) 100 80 x=3 y=0 y=1 y=2 y=3 60 40 d) 20 0 100 200 300 400 500 600 700 T (K) Hình 3.8. Các đường cong từ nhiệt M(T) hệ băng hợp kim LaFe13-x-ySixBy phun băng vận tốc v = 20 m/s với x = 0, y = ÷ (a); x = 1, y = ÷ (b); x = 2, y = ÷ (c) x = 3, y = ÷ (d), đo từ trường H = 12 kOe. 55 Giá trị từ độ nhiệt độ 100 K mẫu hợp kim giảm tăng n ng độ Si B giảm mạnh tăng đ ng thời n ng độ hai nguyên tố này. Cụ thể, với mẫu chưa có Si B từ độ bão hòa hợp kim có giá trị cao 147 emu/g 45 emu/g pha thêm Si B với n ng độ 3% . Bảng 3.2. Các giá trị từ độ bão hòa Ms nhiệt độ 100 K nhiệt độ chuyển pha TC1 hệ hợp kim LaFe13-x-ySixBy (y = ÷ x = ÷ 3). x y Ms (emu/g) TC1 (K) 210 250 180 500 155 540 143 540 173 - 160 190 140 550 113 570 155 230 135 270 125 560 94 450 143 492 75 425 78 310 47 240 56 Các kết khảo sát tính chất từ hợp kim tổng hợp bảng 3.2. Ta thấy hầu hết mẫu có nhiệt độ chuyển pha cao thấp nhiệt độ phòng. Giá trị từ độ bão hòa thay đổi khoảng từ 47 đến 210 emu/g. Mẫu với x = 0, y = có từ độ bão hòa cao nhất. 57 KẾT LUẬN 1. Chế tạo hệ hợp kim La1+x Fe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5; 1,5) LaFe13-x-ySixBy (x = 0÷ y = ÷ 3) phương pháp phun băng nguội nhanh. 2. La có ảnh hưởng tích cực đến hiệu ứng từ nhiệt hợp La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5; 1,5). Chuyển pha từ hiệu ứng từ nhiệt cải thiện đáng kể với giá trị x = 0,5. Giá trị lớn biến thiên entropy từ thu xung quanh nhiệt độ phòng 1,2 J.Kg-1.K-1 (với H = 12 kOe). Nhiệt độ Curie hợp kim điều chỉnh vùng nhiệt độ phòng cách ủ nhiệt. 3. Si B ảnh hưởng nhiều đến cấu trúc tính chất từ hợp kim LaFe13-x-ySixBy (x = ÷ y = ÷ 3), B chủ yếu làm tăng khả tạo pha vô định hình. Si làm tăng khả tạo pha tinh thể, làm giảm nhiệt độ chuyển pha từ TC từ độ bão hòa Ms. 4. Từ kết trên, thấy tiếp tục nghiên cứu theo hướng sau: - Đối với hệ La-Fe-Co-Si: Tăng tốc độ làm nguội pha tạp thêm nguyên tố khác đ ng thời tìm chế độ ủ tối ưu để tạo pha mong muốn hệ hợp kim (pha loại NaZn13). - Đối với hệ La-Fe-Si-B: Điều chỉnh n ng độ Si B, đ ng thời kết hợp xử lý nhiệt để tạo đơn pha cấu trúc. 58 DANH MỤC CÔNG TRÌNH Hai Yen Nguyen, Viet Hung Le, Chi Linh Dinh, Thi Thanh Pham, Dang Thanh Tran and Huy Dan Nguyen, Structure, magnetic properties and magnetocaloric effect of La1+xFe10.5-xCoSi1.5 ribbons, Reported at The 7th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (IWAMSN2014) - November 02-06, 2014, Ha Long City, Vietnam. 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt 1. Đinh Chí Linh (2013), “Nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt lớn số hợp kim nguội nhanh (Fe-Ni-Zr, La-Fe-Si)”, Luận văn thạc sĩ, Đại học Sư phạm Hà Nội. 2. Phạm H ng Quang (2007), “Các phép đo từ”, NXB ĐHQG Hà Nội. 3. Ngô Đức Thế, Nguyễn Châu, Nguyễn Đức Thọ, Dương Thị Hạnh, Nguyễn Quang Hòa, Cao Xuân Hữu, Hoàng Đức Anh (2005), “Hiệu ứng từ nhiệt lớn perovskite, hợp kim intermetalic hợp kim vô định hình sở finemet”, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội , (23) 1005. 4. Nguyễn Phú Thùy (2004), “Vật lý tượng từ”, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội. 5. Nguyễn Hải Yến, Đinh Chí Linh , Phạm Thị Thanh, Thạch Thị Đào Liên, Phạm Khương Anh Nguyễn Huy Dân (2014), “Nghiên cứu cấu trúc tính chất hệ vật liệu từ nhiệt LaFe13-x-ySixBy (x = ÷ y = ÷ 3) chế tạo phương pháp nguội nhanh”, Tạp chí khoa học công nghệ, Viện KHCNVN, (52) 104 – 109. Tiếng Anh 6. Bruck E. (2005), “Developments in magnetocaloric refrigeration”, J. Phys. D. Appl. Phys, (38) 381. 7. Feng H., Bao S.J.S, Guangjun W. and Zhaohua C. (2001), “Very large magnetic entropy change near room temperature in LaFe11.2Co0.7Si1.1 ”, Appl. Phys. Lett., (80) 4-5. 8. Hu F.X., Shen B.G., Sun J.R., Cheng Z.H., Zhang X. X. (2000), “Magnetic entropy change in La(Fe0.98Co0.02)11.7Al1.3”, Journal Condensed Matter (12) 691. of Physics: 60 9. Karl G.S. (2012), “Magnetocaloric materials: The search for new systems”, Scripta Materialia, (67) 566–571. 10. Min L., Bingfeng Y. (2009), “Development of magnetocaloric materials in room temperature magnetic refrigeration application in recent six years”, Journal of Cent. South Univ. Technol , (16) 1. 11. N.H. Dan, N.H. Duc, T.D. Thanh, N.H. Yen, P.T. Thanh, N.A. Bang, D.T.K. Anh, P.T. Long and Seong C.Y. (2013), Journal of the Korean Physical Society, (62) 1715. 12. N.H. Yen, P.T. Thanh , N.H. Duc, T.D. Thanh, P.T. Long, Yu S.C. and N.H. Dan (2013), “Magnetic and magnetocaloric properties in La-(FeCo)-Si”, Advances in Natural Sciences: Nanoscience Nanotechnology, (4) 25018. 13. N.H. Yen, P.T. Thanh, N.H Duc, T.D. Thanh, P.T. Long, Seong C.Y. and N.H. Dan (2013), Adv. Nat. Sci. Nanosci. Nanotechnol. (4) 025018. 14. Palstra T.T.M., Nieuwenhuys G.J., Mydosh J.A. and Buschow K.H. (1985), “Rare-earth transition-metal intermetallics: Structure-bondingproperty relationships”, J. Phys. Rev. B, (31) 4622. 15. Pecharsky V.K., Gschneidner K.A. (1999), “Magnetocaloric effect from indirect measurements: Magnetization and heat capacity”, J. Appl. Phys., (86) 565. 16. Pecharsky V.K., Gschneidner K.A. (1997), “Giant magnetocaloric effect in Gd5Si2Ge2” , Physical Review Letters, (78) 4494. 17. Xu B.L., Altounian Z. (2003), “Effect of Co content on magnetic entropy change and structure of La(Fe1-xCoX)11.4Si1.6”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, (264) 209–213. 61 18. Yan A., Muller K.H. and Gutfleisch O. (2008), “Magnetocaloric effect in LaFe11.8−xCoxSi1.2 melt-spun ribbons”, Journal of Alloys and Compounds, (50) 18–21. 19. Zhang L., Bruc E., Tegus O., Buschow K.H.J. (2003), “The crystallographic phases and magnetic properties of Fe2MnSi1-xGex”, Physical B: Condenced Matter, (328) 295. 20. Zhang T.B., Chen Y.G., Provenzano V., Shapiro A., Shull R.D. (2008), “Magnetocaloric properties and structure of the Gd5Ge1.8Si1.8Sn0.4 compound”, IEEE Transactions Magnetic, (44) 3048. 21. Zhang X.X., Hu F.X., Shen B.G., Sun J.R., Cheng Z.H., Rao G.H. (2001), “Influence of negative lattice expansion and metamagnetic transition on magnetic entropy change in the compound LaFe11.4Si1.6” , Applied Physics Letters, (78) 3675. 62 PHỤ LỤC [...]... một số tính chất từ đặc biệt như: tính chất từ giả bền điện tử linh động, hiệu ứng từ nhiệt tương đối lớn Đặc biệt khi có huyển pha giả từ bền dưới tác dụng của từ trường sẽ gây ra sự biến thiên entropy từ lớn dẫn đến một hiệu ứng từ nhiệt lớn [2] 1.4 Kết quả nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt trên một số hệ hợp kim trên nền La- Fe Trong những năm gần đây, một vài hệ vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn đã được... Một số tính chất đặc trƣng của hệ vật liệu từ nhiệt có cấu trúc loại NaZn13 1.3.1 Cấu trúc tinh thể của hệ hợp chất La( Fe1-xMx)13 Hợp chất liên kim loại R(Fe,M)13 (R = La, Nd; M = Si, Co, Al) đã được nghiên cứu nhiều Thực tế là do các hợp chất này có hàm lượng kim loại chuyển tiếp cao nhất trong các hợp chất đất hiếm – kim loại chuyển tiếp Một trong những chủ đề hấp dẫn nhất của các hợp chất từ tính. .. trình ủ nhiệt Để tạo được vật liệu có cấu trúc, tính chất có khả năng ứng dụng thực tế trên các hợp kim loại này vẫn cần phải được nghiên cứu nhiều hơn nữa Chính vì vậy đề tài nghiên cứu của luận văn được lựa chọn là: Nghiên cứu tính chất t n iệt n t ên ệ i La- (Fe, Co)-(Si, B)” 2 Mục đích nghiên cứu Chế tạo được các hợp kim nguội nhanh La- (Fe, Co)-(Si, B): La1 +xFe10,5LaFe13-x-ySixBy có hiệu ứng từ nhiệt. .. bão hòa Ms tăng Trong hợp chất sắt từ La( Fe1-xMx)13 biểu hiện một tính chất từ giả bền điện tử linh động Tính chất này ảnh hưởng mạnh đến hiệu ứng từ nhiệt, hiệu ứng từ thể tích, từ giảo khổng l à một số tính chất khác của vật liệu Các thông số từ của hệ hợp chất La( FexSi1-x)13 được thống kê trong Bảng 1.1 [9] So với hợp chất ban đầu LaCo13, việc thay thế Co bởi Fe và Si đã làm iảm nhiệt độ chuyển pha... nhiệt lớn trong khoảng biến thiên từ xCoSi1,5, trường nhỏ và có vùng nhiệt độ hoạt động lân cận vùng nhiệt độ phòng 3 Nhiệm vụ nghiên cứu Tìm hợp phần, các điều kiện công nghệ chế tạo các hợp kim La1 +xFe10,5xCoSi1,5 và LaFe13-x-ySixBy bằng phương pháp nguội nhanh kết hợp ủ nhiệt Nghiên cứu mối liên hệ giữa cấu trúc, tính chất và hiệu ứng từ nhiệt của các hợp kim chế tạo được 3 4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên. .. được khám phá như: các hợp kim chứa Gd, các hợp kim chứa As, các hợp kim chứa La, các hợp kim Heusler, các hợp kim nguội nhanh nền Fe và Mn…Trong số các hợp kim này, hợp kim nền La- Fe loại NaZn13 đặc biệt được quan tâm nghiên cứu bởi chúng có hiệu ứng từ nhiệt lớn, giá thành thấp, không độc hại và độ dẫn nhiệt cao Cho nên, chúng là một ứng cử viên sáng giá cho các chất làm lạnh từ Vì vậy, chúng được... cộng sự nghiên cứu về sự thay đổi entropy từ lớn gần nhiệt độ phòng trên hệ LaFe11,2Co0,7Si1,1 [7] Hình 1.7 Độ biến thiên từ entropy từ ∆SM của các hệ hợp kim LaFe11,2Co0,7Si1,1 trong từ trường 0 - 2 và 0 - 5T [7] Hình 1.7 cho thấy Nhiệt độ TC của hệ mẫu tiến sát nhiệt độ phòng là 274 K và giá trị entropy thay đổi là 20,3 J/kg.K trong từ trường của 5 T Hợp chất là một ứng cử viên đầy hứa h n cho chất. .. tiếp các công trình nghiên cứu về vật liệu từ nhiệt được công bố Các hướng nghiên cứu tập trung chính vào 4 họ vật liệu sau: các hợp kim liên kim loại, vật liệu gốm perovskite maganite, hợp kim nguội nhanh và hợp kim Heusler - H p kim liên kim loại (intermetallic) Trong các kim loại thì Gd nổi lên là vật liệu cho hiệu ứng từ nhiệt lớn với |∆Sm|max = 4,2 J/(kg.K) trong biến thiên từ trường ∆H = 15 kOe... thể ổn định hệ nhị nguyên đất hiếm – kim loại chuyển tiếp với cấu trúc lập phương loại NaZn13 khi thay thế nguyên tử FeII bởi kim loại thứ ba Cấu trúc kiểu NaZn13 cũng được hình thành khi thay thế một phần kim loại La bởi nguyên tố đất hiếm khác như trong hệ La0 ,7Ry(Fe0,.88Si12)13 với R = Nd, Pr và Gd khi y = 0,2 [6] 1.3.2 Tính chất từ của hệ hợp chất La( Fe1-xMx)13 Tính chất từ của hợp chất La( Fe1-xMx)13... và Công nghệ Việt Nam 4 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT VÀ VẬT LIỆU TỪ NHIỆT 1.1 Hiệu ứng từ nhiệt 1.1.1 Cơ sở nhiệt động học của hiệu ứng từ nhiệt Hiệu ứng từ nhiệt (Magneto Caloric Effect - MCE) là sự thay đổi nhiệt độ đoạn nhiệt của vật liệu dưới tác dụng của từ trường ngoài Bản chất của hiệu ứng là sự thay đổi entropy từ của vật liệu do sự tương tác của các phân mạng từ với từ trường Hiệu . VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ NHIỆT LỚN TRÊN HỆ HỢP KIM La- (Fe,Co)- (Si,B) Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60.44.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT Ngƣời hƣớng. PHẠM HÀ NỘI 2 LÊ VIỆT HÙNG NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ NHIỆT LỚN TRÊN HỆ HỢP KIM La- (Fe,Co)- (Si,B) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT HÀ NỘI, 2014 .  1-x M x ) 13  1.4. Kết quả nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt trên một số hệ hợp kim trên nền La- Fe  CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 2.1. Chế tạo mẫu