Ảnh hưởng của nồng độ sr lên quá trình hình thành pha và một vài tính chất vật lí của hệ hợp chất la1 xsrxcoo3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- TRẦN THỊ HỒNG THẮM ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ Sr LÊN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHA VÀ MỘT VÀI TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA HỆ HỢP CHẤT La1-xSrxCoO3 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- TRẦN THỊ HỒNG THẮM ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ Sr LÊN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHA VÀ MỘT VÀI TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA HỆ HỢP CHẤT La1-xSrxCoO3 Chuyên ngành: Vật lí nhiệt Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: NGUYỄN HUY SINH Hà Nội – Năm2014 LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, GS.TS Nguyễn Huy Sinh, người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ em hoàn thành luận văn này. Trong trình làm luận văn em nhận hướng dẫn tận tụy hết lòng học trò thầy. Em xin chân thành cảm ơn thày cô giáo khoa Vật lí dạy dỗ, trang bị kiến thức cho em, sở, tạo tiền đề giúp em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này. Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình bạn bè giúp đỡ động viên em nhiều trình thực luận văn hai năm học cao học để em có kết ngày hôm nay. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2014 Học viên: Trần Thị Hồng Thắm Hình 3.2c: Sự thay đổi thể tích ô sở hợp chất La1-xSrxCoO3 theo nồng độ pha tạp Sr._Toc403320413 Vì vậy, khóa luận muốn tìm hiểu ảnh hưởng nồng độ Sr lên trình hình thành pha nghiên cứu số tính chất vật liệu cobaltite tập trung chủ yếu vào hệ La1-xSrxCoO3 dải nồng độ pha tạp Sr với x = 0,05; 0,10; 0,30; 0,50; 0,60; 0,80 .1 CHƯƠNG 1: MỘT VÀI TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA HỢP CHẤT La1-xSrxCoO3 1.1. Cấu trúc hệ hợp chất La1-xSrxCoO3 1.1.1. Cấu trúc Perovskite Hình 1.1 .3 a/ Cấu trúc ô mạng tinh thể Perovskite lý tưởng b/ Sự xếp bát diện cấu trúc Perovskite lập phương lý tưởng[4;11]. .3 1.1.2. Cấu trúc tinh thể hệ Perovskite La1-xSrxCoO3 .4 1.1.3. Sự tách mức lượng .4 Hình1.2 Sự tách mức quỹ đạo d suy biến tác dụng trường tinh thể bát diện Hình 1.4. Dạng hàm sóng quỹ đạo điện tử t2g .5 1.1.4. Trạng thái cấu hình spin điện tử 3d trường tinh thể bát diện Hình 1.5 Sự phụ thuộc giá trị lượng toàn phần E, P vào trạng thái spin điện tử 2. 1. Các tương tác trao đổi vật liệu Perovskite La1-xSrxCoO3 2.1.1. Tương tác siêu trao đổi SE Hình1.7a. Cấu hình tương tác phản sắt từ ( mạnh ) .8 Hình1.7b. Cấu hình tương tác sắt từ ( yếu ) Hình1.7c. Cấu hình tương tác phản sắt từ ( yếu ) 2.1.2. Tương tác trao đổi kép DE Hình1.8: Mô hình chế tương tác trao đổi kép Co+3 – O2 –Co+4 2.1.3. Sự chuyển trạng thái Spin LaCoO3 cạnh tranh tương tác phản sắt từ (AF) - sắt từ (FM) La1-xSrxCoO3 .9 Hình 1.9: Mô hình tồn không đồng loại tương tác FM AF hợp chất pha tạp ABO3 [12] 11 Hình 1.10: Sơ đồ cấu hình điện tử ion Co hóa trị +3 +4 mức lượng t2g eg lớp quỹ đạo d .12 3.1. Tính chất hợp chất La1-xSrxCoO3 .12 3.1.1. Hợp chất La1-xSrxCoO3 12 3.1.2. Chuyển pha sắt từ - thuận từ chuyển pha kim loại - điện môi .12 3.1.3. Giản đồ pha La1-xSrxCoO3 .13 Hình 1.11 Giản đồ pha hợp chất La1-xSrxCoO3 .14 với nồng độ x = đến x = 0,50 [10] .14 4.1. Hiệu ứng méo mạng tinh thể Jahn- Teller 15 Hình1.12 Méo mạng Janhn- Teller .16 5.1. Hiệu ứng từ nhiệt hợp chất La1-xSrxCoO3 .17 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 19 2.1. Chế tạo mẫu .19 2.1.1. Phương pháp gốm 19 2.1.2. Phương pháp đồng kết tủa 20 2.1.3. Phương pháp Sol-gel .21 Hình 2.1. Mô tả phương pháp chế tạo mẫu Sol-gen .21 2.1.4. Chế tạo mẫu La1-xSrxCoO3 (x = 0,05 – 0,8) 21 2.2. Các phép đo trình nghiên cứu .22 2.2.1. Phép đo nhiễu xạ bột Rơn–Ghen nhiệt độ phòng 22 2.2.2. Phép phân tích nhiệt .23 2.2.3. Phép đo độ từ phương pháp từ kế mẫu rung 23 2.2.4. Xác định biến thiên entropy theo từ trường 25 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .26 3.1. Nghiên cứu cấu trúc hệ hợp chất La1-xSrxCoO3 26 Hình 3.1 : Giản đồ nhiễu xạ bột Rơn – ghen mẫu La1-xSrxCoO3 29 e/ Mẫu La0,4Sr0,6CoO3 g/ Mẫu La0,2Sr0,8CoO3 .29 Bảng3.1: Giá trị số mạng hệ La1-xSrxCoO3 (x=0,00; 0,05 ; 0,1; 0,3; 0,4 ; 0,5; 0,6; 0,8) 30 Hình 3.2b : Sự thay đổi số mạng c hợp chất La1-xSrxCoO3 32 theo nồng độ pha tạp Sr 32 Hình 3.2c: Sự thay đổi thể tích ô sở hợp chất La1-xSrxCoO3 .32 theo nồng độ pha tạp Sr 32 3.2. Nghiên cứu trình hình thành pha hệ La1-xSrxCoO3 .32 Bảng 3.2 : Các thông số DTA hệ mẫu La1-xSrxCoO3 .33 (x= 0,05; 0,1; 0,3; 0,5; 0,6; 0,8) 33 Hình 3.3. a, b, c. Giản đồ DTA TGA mẫu La1-xSrxCoO3 với ( x = 0,05 ; 0,10 ; 0,30 ) chưa xử lí nhiệt .36 Hình 3.3d, e, g. Giản đồ DTA TGA mẫu La1-xSrxCoO3 với ( x = 0,5; 0,60; 0,80) chưa xử lí nhiệt 37 Bảng 3.3 : Các thông số TGA hệ mẫu La1-xSrxCoO3 39 (x= 0,05; 0,1; 0,3; 0,5; 0,6; 0,8) 39 Hình 3.4. Độ giảm trọng lượng mẫu phụ thuộc nồng độ Sr .39 Hình 3.5: Giản đồ DTA TGA mẫu La1-xSrxCoO3 qua xử lí nhiệt d/ Mẫu La0,4Sr0,6CoO3 ; e/Mẫu La0,2Sr0,8CoO3 ; .41 Bảng 3.4 : Độ giảm trọng lượng mẫu La1-xSrxCoO3 sau tạo thành đơn pha .42 3.3. Xác định kích thước hạt mẫu .42 3.4. Chuyển pha từ hệ La1-xSrxCoO3 .43 Hình 3.8: Từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu La0,5Sr0,5CoO3 .45 Bảng 3.5. Các nhiệt độ chuyển pha Curie Spin – glass La1-xSrxCoO3 .46 Hình 3.9a, b, c: Sự phụ thuộc mômen từ vào từ trường mẫu 47 La1-xSrxCoO3 (x= 0,5 ; 0,6 ; 0,8) 47 3.5. Xác định thay đổi Entropy từ 48 Hình 3.10 : Sự phụ thuộc mômen từ vào từ trường mẫu La0,7Sr0,3CoO3 .48 Hình3.11: Độ biến thiên Entropy từ theo nhiệt độ mẫu La0.7Sr0.3CoO3 từ trường 1.5T, 3T 5T 49 Hình3.12: Độ biến thiên Entropy từ theo nhiệt độ mẫu 49 La0.5Sr0.5CoO3 từ trường, 3T 5T .49 Bảng3.6: So sánh vài thông số hiệu ứng từ nhiệt hệ La1-xSrxCoO3 với hệ 51 La1-xCax MnO3 51 KẾT LUẬN .52 TÀI LIỆU THAM KHẢO .53 DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ Hình 1.1. a/ Cấu trúc ô mạng tinh thể Perovskite lý tưởng. b/ Sự xếp bát diện cấu trúc Perovskite lập phương lý tưởng[4;11]. Hình1.2. Sự tách mức quỹ đạo d suy biến tác dụng trường tinh thể bát diện. Hình 1.3. Dạng hàng sóng quỹ đạo eg . Hình 1.4. Dạng hàm sóng quỹ đạo điện tử t2g. Hình 1.5.Sự phụ thuộc giá trị lượng toàn phần E, P ∆ vào trạng thái spin điện tử. Hình 1.6 . Sự xen phủ tương tác SE. 1 Hình1.7a. Cấu hình tương tác phản sắt từ ( mạnh ) eg − pσ − eg . Hình1.7b. Cấu hình tương tác sắt từ ( yếu ) eg − pσ − eg . 0 Hình1.7c. Cấu hình tương tác phản sắt từ ( yếu ) eg − pσ − eg . Hình 1.8. Mô hình chế tương tác trao đổi kép Co+3 – O2 –Co+4. Hình 1.9. Mô hình tồn không đồng loại tương tác FM AF hợp chất pha tạp ABO3 [12] . Hình 1.10. Sơ đồ cấu hình điện tử ion Co hóa trị +3 +4 mức lượng t2g eg lớp quỹ đạo d. Hình 1.11. Giản đồ pha hợp chất La1-xSrxCoO3. Hình1.12. Méo mạng Janhn- Teller. Hình 2.1. Mô tả phương pháp chế tạo mẫu Sol-gen. Hình 2.2. Quy trình công nghệ chế tạo mẫu La1-xSrxCoO3 Bộ môn vật lí nhiệt thấp . Hình 2.3. Sơ đồ khối thiết bịVMS . Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ bột Rơn – ghen mẫu La1-xSrxCoO3. a/ Mẫu La0,9 Sr0,1CoO3 b/ Mẫu La0,7Sr0,3CoO3 Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ bột Rơn – ghen mẫu La1-xSrxCoO3. c/ Mẫu La0,6Sr0,4CoO3 d/Mẫu La0,5Sr0,5CoO3 Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ bột Rơn – ghen mẫu La1-xSrxCoO3. e/ Mẫu La0,4Sr0,6CoO3 g/ Mẫu La0,2Sr0,8CoO3 Hình 3.2a.Sự thay đổi số mạng a,b hợp chất La1-x SrxCoO3 theo nồng độ pha tạp Sr. Hình 3.2b. Sự thay đổi số mạng c hợp chất La1-xSrxCoO3. Hình 3.2c: Sự thay đổi thể tích ô sở hợp chất La1-xSrxCoO3 theo nồng độ pha tạp Sr._Toc403320413 Hình 3.3. a, b, c. Giản đồ DTA TGA mẫu La1-xSrxCoO3 với ( x = 0,05 ; 0,10 ; 0,30 ) chưa xử lí nhiệt. Hình 3.3d, e, g. Giản đồ DTA TGA mẫu La1-xSrxCoO3 với ( x = 0,5; 0,60; 0,80) chưa xử lí nhiệt. Hình 3.4. Độ giảm trọng lượng mẫu phụ thuộc nồng độ Sr. Hình 3.5. Giản đồ SDC vàTGA mẫu La1-xSrxCoO3 qua xử lí nhiệt. a/ Mẫu La0,95Sr0,05CoO3 ; b/Mẫu La0,9Sr0,1CoO3 ; c/ Mẫu La0,7Sr0,3CoO3 Hình 3.5. Giản đồ DTA TGA mẫu La1-xSrxCoO3 qua xử lí nhiệt . d/ Mẫu La0,4Sr0,6CoO3 ; e/Mẫu La0,2Sr0,8CoO3 ; Hình 3.6. Đồ thị đo kích thước hạt. Hình 3.7. Từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu La0,7Sr0,3CoO3. Hình 3.8. Từ độ phụ thuộc nhiệt độ mẫu La0,5Sr0,5CoO3. Hình 3.9 a, b, c. Sự phụ thuộc mômen từ vào từ trường mẫu La1-x SrxCoO3 (x= 0,5 ; 0,6 ; 0,8). Hình 3.10. Sự phụ thuộc mômen từ vào từ trường mẫu La0,7Sr0,3CoO3. Hình3.11.Độ biến thiên Entropy từ theo nhiệt độ mẫu La0.7Sr0.3CoO3 từ trường 1.5T, 3T 5T. Hình3.12. Độ biến thiên Entropy từ theo nhiệt độ mẫu La0.5Sr0.5CoO3 từ trường 3T 5T. Bảng3.1: Giá trị số mạng hệ La1-xSrxCoO3 (x=0,00; 0,05 ; 0,1; 0,3; 0,4 ; 0,5; 0,6; 0,8). Bảng 3.2 : Các thông số DTA hệ mẫu La1-xSrxCoO3. Bảng 3.3 : Các thông số TGA hệ mẫu La1-xSrxCoO3. Bảng 3.4 : Độ giảm trọng lượng mẫu La1-xSrxCoO3 sau tạo thành đơn pha Bảng 3.5. Các nhiệt độ chuyển pha Curie Spin – glass La1-xSrxCoO3. Bảng3.6: So sánh vài thông số hiệu ứng từ nhiệt hệ La1-xSrxCoO3 với hệ La1Cax MnO3. x Bảng 3.3 : Các thông số TGA hệ mẫu La1-xSrxCoO3 (x= 0,05; 0,1; 0,3; 0,5; 0,6; 0,8) Mẫu (x) Đỉnh TGA La1-xSrxCoO3 Đỉnh Đỉnh 0,05 0,10 0,30 0,50 0,60 0,80 (Δm1) 2,212% 2,393% 2,350% 3,384% 3,676% 6,662% (Δm2) 11,46% 11,74% 8,99% 9,940% 10,30% 12,78% (Δm3) 14,55% 15,32% 14,09% 15,55% 16,28% 17,52% Đỉnh Mẫu (%) (Δm4) 17,17% 16,13% 17,22% 18,46% 85,45 84,68 82,82 83,87 82,78 81,54 Hình 3.4. Độ giảm trọng lượng mẫu phụ thuộc nồng độ Sr 39 (a) (b) (c) Hình 3.5: Giản đồ SDC vàTGA mẫu La1-xSrxCoO3 qua xử lí nhiệt a/ Mẫu La0,95Sr0,05CoO3 ; b/Mẫu La0,9Sr0,1CoO3 ; 40 c/ Mẫu La0,7Sr0,3CoO3 (d) (e) Hình 3.5: Giản đồ DTA TGA mẫu La1-xSrxCoO3 qua xử lí nhiệt d/ Mẫu La0,4Sr0,6CoO3 ; 41 e/Mẫu La0,2Sr0,8CoO3 ; Bảng 3.4 : Độ giảm trọng lượng mẫu La1-xSrxCoO3 sau tạo thành đơn pha. X 0,05 0,10 0,30 0,50 0,60 0,80 Δm(%) 3,010 3,100 3,203 3,203 3,203 3,010 tr( 0C) 1037,86 1062,30 1082,57 1082,57 1082,57 1037,86 Hình 3.5 a, b, c, d, e giản đồ DTA TGA mẫu nghiên cứu ứng với x = 0,05; 0,1; 0,3; 0,6 0,8. Các mẫu đo sau mẫu đạt đơn pha ABO3. Các giản đồ DTA TGA đo từ nhiệt độ phòng đến 1200 0C. Nhận thấy rằng: Các đường cong DTA trơn nhẵn không xuất đỉnh giải phóng nước CO2 có xuất đỉnh thu nhiệt (t r) vùng 10000C[...]... phong phú các tính chất của vật liệu cobaltite Vì vậy, bản khóa luận này muốn tìm hiểu ảnh hưởng của nồng độ Sr lên quá trình hình thành pha và nghiên cứu một số tính chất của vật liệu cobaltite tập trung chủ yếu vào hệ La1- xSrxCoO3 trong dải nồng độ pha tạp Sr với x = 0,05; 0,10; 0,30; 0,50; 0,60; 0,80 1 Bố cục luận văn gồm 3 chương: + Chương 1: Một vài tính chất cơ bản của hợp chất La1- xSrxCoO3 + Chương... t2g và eg của lớp quỹ đạo d Sự tồn tại nhiều trạng thái spin khác nhau của các ion Co là một đặc điểm đặc trưng nhất đối với La1- xSrxCoO3 3.1 Tính chất của hợp chất La1- xSrxCoO3 3.1.1 Hợp chất La1- xSrxCoO3 - Hợp chất La1- xSrxCoO3 là hệ vật liệu được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất trong số các cobaltile Trong thực tế các công trình nghiên cứu về hệ vật liệu này là: Các hiệu ứng gây ra bởi sự bất đồng của. .. Vùng nồng độ pha tạp Sr cao, khi nồng độ Sr vượt quá giá trị tới hạn x= 0,18 tính chất từ và tính chất dẫn đột ngột thay đổi: độ dẫn điện của vật liệu mang tính như kim loại còn tính chất từ mang đặc điểm tương tự như của các vật liệu sắt từ Trong vùng nồng độ này trạng thái của hệ vật liệu thay đổi: khi T . NHIÊN TRẦN THỊ HỒNG THẮM ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ Sr LÊN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHA VÀ MỘT VÀI TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA HỆ HỢP CHẤT La 1-x Sr x CoO 3 Chuyên ngành: Vật lí nhiệt Mã số: LUẬN VĂN THẠC. tìm hiểu ảnh hưởng của nồng độ Sr lên quá trình hình thành pha và nghiên cứu một số tính chất của vật liệu cobaltite tập trung chủ yếu vào hệ La1-xSrxCoO3 trong dải nồng độ pha tạp Sr với x. HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN TRẦN THỊ HỒNG THẮM ẢNH HƯỞNG CỦA NỒNG ĐỘ Sr LÊN QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH PHA VÀ MỘT VÀI TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA HỆ HỢP CHẤT La 1-x Sr x CoO 3 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội