Cấu trúc tinh thể và tính chất từ của hạt nano pherit spinen niy0,1fe1,9o4 chế tạo bằng phương pháp sol gel

  ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI  TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  - -  Nguyễn Thị Ly CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO PHERIT SPINEN NiY0,1Fe1,9O4 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL   LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC  Hà Nội - 2014  Nguyễn Thị Ly     ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI  TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN  - -  Nguyễn Thị Ly CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO PHERIT SPINEN NiY0,1Fe1,9O4 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL – GEL Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt  Mã số: Đào tạo thí điểm    LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC    NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:    PGS TS Nguyễn Phúc Dương Hà Nội - 2014  Nguyễn Thị Ly LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến PGS. TS.    Nguyễn  Phúc  Dương-  người  thầy  đã  hướng  dẫn,  giúp  đỡ  tôi  hoàn  thành  luận  văn  này. Trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự hướng  dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy. Thầy không chỉ truyền thụ cho tôi những kiến thức  khoa học quý giá mà còn là tấm gương sáng về tinh thần nghiên cứu khoa học hăng  say, nghiêm túc để tôi noi theo.  Tôi  xin  cảm  ơn  Viện  ITIMS  -Trường  Đại  học  Bách  Khoa  Hà  Nội  đã  tạo  những điều kiện thuận lợi nhất để tôi có thể hoàn thành luận văn. Đặc biệt xin được  gửi lời cảm ơn sâu sắc tới NCS. Lương Ngọc Anh cùng các anh chị trong nhóm Vật  liệu Từ - Viện ITIMS đã nhiệt tình hỗ trợ và đóng góp những ý kiến hết sức chân  thành và quý giá cho luận văn của tôi.  Tôi cũng muốn gửi lời cảm ơn đến GS. TS Lưu Tuấn Tài cùng các thầy, cô  trong  khoa  Vật  lý  nói  chung  và  trong  chuyên  ngành  Vật  lý  Nhiệt  nói  riêng  của  trường Đại học Khoa học tự Nhiên đã truyền thụ cho tôi những kiến thức quý báu  để tôi có đủ khả năng hoàn thành luận văn này.  Cuối cùng, tôi không quên gửi lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình, bạn bè của  tôi-  những  người  đã  luôn  động  viên,  giúp  đỡ  và  chia  sẻ  những  khó  khăn  với  tôi  trong suốt thời gian qua.  Tôi xin chân thành cảm ơn và xin chúc tất cả mọi người sức khỏe, luôn vui  vẻ và thành đạt trong cuộc sống.                Hà Nội, tháng 11  năm 2014  Tác giả luận văn Nguyễn Thị Ly     Nguyễn Thị Ly   MỤC LỤC MỞ ĐẦU   1  CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PHERIT SPINEN 1.1.Tính chất cơ bản của pherit spinen dạng khối.   3  1.1.1.Cấu trúc tinh thể của pherit spinen.   3  1.1.2.Tính chất từ trong pherit spinen.  . 7  1.1.2.1.Tương tác trao đổi trong pherit spinen  . 8  1.1.3.Lý thuyết trường phân tử đối với pherit spinen có hai phân mạng từ . 10  1.2.Hạt pherit spinen có kích thước nanomet.   15  1.2.1.Các tính chất đặc trưng trong hạt nano pherit spinen . 15  1.2.1.1. Mô hình lõi vỏ.  . 15  1.2.1.2. Dị hướng từ bề mặt.  . 16  1.2.1.3. Sự suy giảm mômen từ theo hàm Bloch.   16  1.2.1.4. Hình thành cấu trúc đơn đômen.   17  1.2.1.5. Sự thay đổi nhiệt độ chuyển pha Curie.   18  1.2.1.6. Hiện tượng siêu thuận từ.  . 19  1.2.2.Một số ứng dụng của hạt nano pherit spinen.   22  1.2.3. Những nghiên cứu về hạt nano pherit niken có sự pha tạp.   25  CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 29 2.1.Phương pháp chế tạo hạt nano.   29  2.1.1.Giới thiệu về phương pháp sol- gel.   29  2.1.2.Quy trình tổng hợp và chế tạo mẫu bằng phương pháp sol- gel.   34  2.2.Các phương pháp khảo sát và đo lường tính chất của mẫu.   36  2.2.1.Phương pháp nhiễu xạ tia X.   36  2.2.2.Phương pháp phân tích phổ hồng ngoại.  . 39  2.2.3.Phương pháp kính hiển vi điện tử quét  40  2.2.4.Máy quang phổ phát xạ liên kết cảm ứng plasma.   42  2.2.5.Từ kế mẫu rung.   43  Nguyễn Thị Ly CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 44 3.1.Cấu trúc của hạt nano NiFe2O4 và NiY0,1Fe1,9O4.   44  3.1.1.  Kết quả đo nhiễu xạ tia X.   44  3.1.2.  Kết quả phân tích phổ hồng ngoại- IR.  . 48  3.1.3.  Kết quả phân tích ảnh SEM.  . 49  3.2.Tính chất từ của hạt nano NiFe2O4 và NiY0,1Fe1,9O4.   50  3.2.1.  Quá trình từ hóa   50  3.2.2.  Mômen từ tự phát phụ thuộc vào nhiệt độ- nhiệt độ Curie.  . 54  3.2.3.  Nhiệt độ khóa.   56  KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60             Nguyễn Thị Ly DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Cấu trúc tinh thể của pherit spinen.   5  Hình 2: Các kiểu tương tác trao đổi trong vật liệu từ.   9  Hình 3: Một vài dạng cấu hình sắp xếp iôn trong mạng spinen   9  Hình 4: Mômen từ phụ thuộc vào nhiệt độ của pherit spinen   12  Hình 5:Từ độ bão hòa  phụ thuộc vào nhiệt độ của pherit spinen   12  Hình 6: Momen từ bão hòa ở 0 K của các pherit spinen.   14  Hình 7: Mô hình lõi vỏ   15  Hình 8: Cấu trúc đa đômen và đơn đômen trong hạt từ.   17  Hình 9: Đường cong từ hóa của các vật liệu từ.  . 20  Hình 10: Momen từ hướng theo trục dễ : T>TB, momen từ hướng theo từ trường  ngoài TB[...]... 1.1.2 Tính chất từ trong pherit spinen Pherit spinen là pherit hai phân mạng từ có mômen từ tự phát ở dưới nhiệt độ  Curie. Các mômen từ trong đômen của pherit spinen đối song song và không bù trừ  nhau.  Tính chất từ đặc  trưng  của pherit spinen giống  như  chất sắt  từ:   từ độ  phụ  thuộc phi tuyến vào từ trường ngoài, có hiện tượng trễ từ,  độ cảm từ dưới nhiệt độ  Curie là dương và có giá trị tương đối lớn. Pherit spinen thường được cấu tạo bởi ... 300 K cũng được Bharathi [26] công bố vào năm 2008. Thêm vào đó Bharathi cũng  đã nghiên cứu về tính chất sắt điện và tính chất sắt từ của Gd và Nd pha tạp trong  NiFe2O4  [16].  Ở  công  trình  [27]  Shirsath  cũng  đã  nghiên  cứu  về  cấu trúc và tính chất từ của mẫu pherit niken có pha tạp nguyên tố Ce. Cấu trúc, tính chất từ và tính Nguyễn Thị Ly 27 Chương 1: Tổng quan về vật liệu pherit spinen     chất điện, quang của các hạt nano NiGd0.04Fe1,96O4 được nghiên cứu bởi Singh [20]. ... từ của nguyên tử hay ion ở trạng thái thuận từ.    Điều đáng chú ý là momen từ của nguyên tử hay ion thuận từ vào cỡ vài μB  nhưng với một hạt nano thì phải cỡ vài nghìn μB. Ví dụ với hạt Fe có đường kính 50  Å chứa 5560 nguyên tử, momen từ của hạt là 5560x(2.2μB)=12000μB. Các hạt từ có  số momen từ rất lớn lại mang tính chất giống như các chất thuận từ nên được gọi là  chất siêu thuận từ.   b Các tính chất của siêu thuận từ: Nguyễn... vật liệu pherit spinen      Tính chất từ:   Ở  trạng  thái  siêu  thuận  từ,   momen  từ của các  hạt phụ  thuộc  vào  từ trường  ngoài  và nhiệt  độ  (H/T)  tương  tự  như  chất thuận  từ.   Momen  từ của các  hạt siêu  thuận từ tuân theo hàm Langervin:    H  M  MS L             (1.15)   kBT    Với M=IS.V, MS là momen từ của hạt ở 0 K. Hình 1.9 là đường cong từ hóa  của vật liệu từ.  Ta thấy vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có mô men từ bão hòa cao ... K đến 300 K và gần bằng với giá trị của mẫu pherit niken nguyên chất. Peng và các  cộng  sự  [41]  đã  nghiên  cứu  tính chất từ và điện  môi  của pherit Ni-Zn  pha  tạp  Pr3+kết quả thu được cho thấy sự giảm tính chất điện môi trong dải tần số từ 1 MHz400  MHz  do  Pr3+  thay  thế  trong  cấu trúc của vật  liệu.Nghiên  cứu  của Angari[40]  cũng đã phát hiện sự ảnh hưởng của ion La3+lên từ tính chất của pherit niken. Theo ... liệu pherit spinen CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PHERIT SPINEN   1.1 Tính chất cơ bản của pherit spinen dạng khối Pherit spinen là vật liệu có mômen từ tự phát ở dưới nhiệt độ Curie (TC) giống  như các chất sắt từ.  Tuy nhiên khác với sắt  từ,  mômen từ trong  đômen của pherit spinen không song song mà đối song song nhưng không bù trừ nhau. Người ta quy  ước, pherit spinen là chất phản sắt từ không bù trừ. ... lực  kháng  từ và trạng  thái  siêu  thuận  từ đã  được  nghiên cứu và so sánh với vật liệu khối tương ứng [35]. Sự phân bố lại các catiôn,  sự tồn tại của spin trên bề mặt hoặc sự hình thành cấu trúc thuỷ tinh spin… có thể ảnh hưởng đến tính chất từ của các hạt có kích thước dưới micro.  Kích thước hạt là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự thay đổi tính chất từ của hệ hạt nano pherit niken so với mẫu khối. Các nghiên cứu đều cho rằng từ độ ... Néel đã đề xuất lý thuyết làm sáng tỏ cơ chế vi mô về tương tác trong pherit [6].  1.1.1 Cấu trúc tinh thể của pherit spinen Pherit spinen có  cấu trúc tinh thể của khoáng  spinen MgO.Al2O3.  Trong  trường hợp đơn giản nhất công thức hóa học của pherit spinen có thể viết dưới dạng  MeFe2O4  hay  Me2+O2-Fe3+O32-  với  Me  là  một  trong  những  ion  hóa  trị  II  của các  nguyên  tố  Mn,  Fe,  Co, ... các  hạt nano có tính siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng (không có cảm ứng từ dư và từ tính ổn  định thay đổi nhanh chóng từ trường. Pherit niken kẽm có độ ổn định hóa học và độ  cứng tương đối cao (khi ép viên), là vật liệu từ mềm có lực kháng từ và từ dư thấp,  độ từ thẩm, từ độ bão hòa và điện trở suất cao nên pherit này được dùng để chế tạo nam châm, lõi biến thế làm việc trong dải tần số cao, có thể từ 103 đến 107 Hz, sử ... sự tăng lực kháng từ do thay thế đồng thời Cr3+ và La3+. Ảnh hưởng của ion  Y3+ lên  tính chất từ và tính chất điện của pherit niken đã được công bốqua công trình nghiên  cứu của Ishaque [30]cho thấy sự gia tăng kích thước tinh thể và hằng số mạng khi  thay thế Y. Ali và các cộng sự [17] đã nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của hệ  pherit cobalt pha tạp Ho3+ với mục đích làm tăng lực kháng từ của vật liệu.       Nguyễn Thị Ly 28 ... V VT LIU PHERIT SPINEN 1.1.Tớnhchtcbncapheritspinendngkhi. 1.1.1.Cutrỳctinhthcapheritspinen. 1.1.2.Tớnhchtttrongpheritspinen. .7 1.1.2.1.Tngtỏctraoitrongpheritspinen ... tin hnh tng hp ht nano pherit spinen NiY0,1Fe1,9O4 bng phng phỏp sol- gel, nghiờn cu cu trỳc tinh th v tớnhchttcavtliu. i tng nghiờn cu ca lun vn: Mu ht nano pherit spinen NiY0,1Fe1,9O4. Mc tiờu... M(theo(1.9)).Momentbóohũacapheritspinenrtnhyvisphõnbcaion trongpherit. Nguyn Th Ly 14 Chng 1: Tng quan v vt liu pherit spinen 1.2 Ht pherit spinen cú kớch thc nanomet 1.2.1 Cỏc tớnh cht c trng ht nano pherit spinen