Nghiên cứu và chế tạo dây cop có hiệu ứng GMI, chế tạo bằng phương pháp điện kết tủa

Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Më §ÇU I Lý chọn đề tài Ngày đất nước trình công nghiệp hóa, đại hóa Đòi hỏi phát triển mạnh mẽ ngành khoa học kỹ thuật phát triển vật liệu trở thành vấn đề quan trọng phát triển kinh tế Vì việc cung cấp cho sinh viên nói chung sinh viên nghiên cứu vật lý nói riêng kiến thức loại vật liệu phương pháp chế tạo quan trọng Hiệu ứng tổng trở khổng lồ - GMI có ý nghĩa quan trọng việc ứng dụng vật liệu từ vào khoa học kỹ thuật đời sống ngày Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI dạng tượng cảm ứng từ Bản chất hiệu ứng thay đổi tổng trở Z tác dụng từ trường Tuy nhiên thời kỳ đầu phát hiện, người ta thấy thay đổi tổng trở Z không nhiều nên chưa thu hút quan tâm nhà khoa học Đến năm 1994, Beach Panina phát thay đổi lớn tổng trở tác dụng từ trường dây dẫn vô định hình Co Hiệu ứng quan tâm trở lại gọi hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI bắt đầu nghiên cứu từ năm 2001 đến phòng thí nghiệm vật lý kĩ thuật ĐHBK Hà Nội Bằng phương pháp điện kết tủa người ta tạo vật liệu có hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI cao Mục đích phương pháp để tăng thêm tính chất bề mặt vật liệu ban đầu để bảo vệ chúng khỏi tác động môi trường bên Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp II Mục đích nghiên cứu Nâng cao hiểu biết, hiểu sâu sắc vấn đề vật liệu từ, vấn đề vật lý đại có nhiều ứng dụng kỹ thuật Đây đợt tập dược nghiên cứu khoa học III Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu hiệu ứng tổng trở khổng lồ - GMI Nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu từ mềm Co có hiệu ứng GMI cao công nghệ điện kết tủa IV Đối tượng nghiên cứu Dây CoP Phương pháp điện kết tủa V Phương pháp nghiên cứu Đọc tài liệu nước Tìm hiểu nghiên cứu khoa học Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG TỔNG TRỞ KHỔNG LỒ - GMI Hiệu ứng tổng trở khổng lồ ( Giant Magneto impedance effect – GMI ) 1.1 Giới thiệu chung hiệu ứng tổng trở khổng lồ Hiệu ứng tổng trở khổng lồ - GMI ( Giant Magneto - impedance effect - GMI ) thay đổi mạnh tổng trở Z vật dẫn có từ tính tác dụng từ trường Hc dòng điện cao tần có tần số  Để đặc trưng cho hiệu ứng GMI, người ta đưa tỷ số GMIr định nghĩa sau: GMIR  Z ( H )  Z ( H max ) x 100% Z ( H max ) (1.0) - Z(H): Từ tổng trở đo từ trường H - Z(Hmax): Từ tổng trở đo điểm từ trường lớn ( hệ đo ) Hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ mang chất điện từ Nó kết hợp hiệu ứng bề mặt phụ thuộc độ từ thẩm hiệu dụng (  eff) dây dẫn vào từ trường Người ta quan sát thấy hiệu ứng GMI vật liệu từ siêu mềm như: Dây băng màng mỏng vô định hình nano tinh thể Với tỷ số GMIr từ 100% đến 500% nhiệt độ phòng Để tạo vật liệu có hiệu ứng GMI cao người ta sử dụng phương pháp khác như: Nguội nhanh, bốc bay, quay phủ, điện kết tủa Hiệu ứng mở hướng đầy triển vọng việc phát triển vật liệu từ 1.2 Hiệu ứng tổng trở khổng lồ GMI Khi cho dòng điện xoay chiều i = Ioeit chạy qua mạch điện gồm thành phần điện trở, cảm kháng dung kháng Các thành phần Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp mạch điện cản trở chống lại dòng điện gọi tổng trở dây dẫn Để đến khái niệm tổng trở dây dẫn có từ tính, xét trình xảy cho dòng điện xoay chiều i qua dây dẫn có từ tính Dòng điện xoay chiều sinh từ trường vuông góc với dây dẫn có từ tính ( hình 1.1) Trong dây dẫn có từ tính xuất suất điện động cảm ứng biến thiên biến thiên từ trường sinh dòng điện i, suất điện động cảm ứng tạo dòng điện cảm ứng i' có chiều ngược với chiều dòng điện i Dòng điện cảm ứng có tác dụng chống lại dòng điện tương đương cản trở mạch điện RLC gọi tổng trở dây dẫn có từ tính Dòng điện cao tần i = Ioeit chạy dây dẫn sinh từ trường Ht quanh dây dẫn Từ trường Ht từ hoá dây theo phương ngang ( phương vuông góc với trục dây dẫn ) hình (1.1) có độ từ thẩm theo i Ht i' i=Ioe t>> Hình 1.1 Tổng trở dây dẫn có từ tính phương ngang t Khi ta đưa từ trường chiều Hext song song với trục dây dẫn từ trường làm thay đổi trình từ hoá theo phương ngang tức thay đổi t Và tổng trở dây dẫn từ tính có dòng điện xoay chiều tần số  chạy qua tác dụng từ trường chiều Hext đặt dọc theo trục dây xác định theo biểu thức sau: Z = RdckaJo(k  )/2J1(k  ) (1.1) - Rdc điện trở dây dẫn -  bán kính tròn dây - J0 J1 hàm Besel, k= (1+j)/  -  độ dày thấm sâu bề mặt Tại tần số cao ( k >>1 ), dạng gần biểu thức Besel cho phép ta tính tổng trở dạng sau: Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Z=R + jX (1.2) Với   R  X  Rdc   2 o    r  (1.3)  o độ dầy thấm sâu độ từ thẩm tương đối  r =1, tính theo công thức sau: o  2  o (1.4) Với  điện trở suất  tần số góc dòng điện xoay chiều đặt vào dây dẫn Từ biểu thức ta thấy tổng trở dây dẫn có từ tính phụ thuộc vào: Bản chất vật liệu làm dây dẫn, tần số dòng điện đặt vào dây dẫn, độ dầy thấm sâu bề mặt, phụ thuộc độ từ thẩm vào từ trường Để làm rõ chất hiệu ứng tổng trở khổng lồ xét yếu tố ảnh hưởng tới hiệu ứng 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu ứng tổng trở khổng lồ 1.3.1 Ảnh hưởng độ từ thẩm lên hiệu ứng tổng trở khổng lồ Độ từ thẩm vật liệu hàm từ trường H tần số f, tùy theo loại vật liệu mà phụ thuộc nhiều hay Trong vật dẫn phi từ   1, từ trường tác động lên độ từ thẩm gần không đáng kể, bỏ qua Do tổng trở chúng thay đổi theo tần số Nhưng vật dẫn từ vật liệu từ mềm đặc biệt có độ từ thẩm lớn   105 ( vô định hình Co nano tinh thể Fe ) Thì độ từ thẩm thay đổi mạnh theo từ trường tần số (  = (H, f) ), kéo theo thay đổi mạnh tổng trở từ trường tần số thay đổi Do hiệu ứng bề mặt, dòng điện chủ yếu tập trung bề mặt vật dẫn lớp mỏng  nguyên nhân dẫn đến cấu trúc domain dây vô Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp định hình Co bao gồm miền domain: Domain lớp vỏ domain lõi (hình 1-2) Dòng xoay chiều Domain lõi Domain lớp vỏ iac HDC Hình1.2 Cấu trúc domain dây vô định hình Co có dòng xoay chiều từ trường chiều Như độ từ thẩm hiệu dụng eff bao gồm hai phần: o (f, H) = wall (f, H) + rot (f, H) Trong đó: o (f, H) độ từ thẩm hiệu dụng wall (f, H) độ từ thẩm trình dịch vách domain rot (f, H) độ từ thẩm trình quay vec tơ từ độ f tần số dòng xoay chiều H từ trường chiều Qua mô hình thấy từ trường H tăng, wall (f, H) giảm bớt thành phần từ domain giảm momen từ hướng theo từ trường Ngược lại rot(f, H) tăng với từ trường tiến gần đến dị hướng Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Hk, sau giảm từ trường tăng momen từ gim theo hướng từ trường Ở vùng tần số thấp trình dịch vách domain lớp vỏ chiếm ưu trình quay véctơ từ độ domain lõi Ở tần số cao trình dịch vách domain bị dập tắt dòng xoáy, đóng góp vào độ từ thẩm hiệu dụng eff (f, H) trình quay vectơ từ độ domain lõi dây dẫn tác dụng từ trường chiều eff (f, H) = rot(f, H) Hình (1.3) đường cong GMI đường cong từ hoá theo trục tần số thấp tương ứng Đường cong từ hoá có dạng vuông, có lực kháng từ nhỏ ( vài A/m ), trục domain hướng theo phương từ dễ µo sinh chủ yếu từ trình quay véctơ từ độ Cùng với trình tăng dần từ trường tĩnh, độ từ thẩm hiệu dụng µo giảm dần kéo theo giảm dần GMIr Tuy nhiên, xem xét Hình 1.3 vùng từ trường thấp, người ta tìm thấy tồn cấu trúc mịn, thực tế, giá trị GMIr cao thường đạt tới giá trị lực kháng từ Hc Trong trường hợp dây có cấu trúc domain tròn ( gọi cấu trúc bambô ), độ từ thẩm xuất chủ yếu từ trình dịch vách domain Khi tăng từ trường tĩnh µo tăng lên trình quay véctơ từ độ theo phương từ trường tĩnh Trên thực tế, độ từ thẩm trình quay véc Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp tơ từ độ µrot tăng với trình giảm dần độ từ thẩm µwall trình dịch vách domain Giá trị độ từ thẩm lớn đạt thời điểm từ trường tĩnh cân với trường dị hướng Hk, đồng thời vị trí GMIr đạt giá trị lớn Tương tự với từ trường tĩnh, ứng suất đặt vào làm thay đổi độ từ thẩm làm thay đổi tổng trở ( hình1.4 ) Hiện tượng từ giảo đóng vai trò quan trọng trình xác định tỷ số GMI tính toán từ đường cong trường dị hướng thay đổi theo ứng suất Hình1.4 Nói tóm lại độ từ thẩm phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: Bản chất vật liệu, tần số, cấu trúc domain, tính dị hướng, ứng suất, kiểu từ hóa ( trình dịch vách domain hay trình quay véctơ từ độ )… Do hiệu ứng tổng trở khổng lồ phụ thuộc vào yếu tố Bằng kết thực nghiệm nhà khoa học giới khẳng định được: Hiệu ứng GMI đạt kết tốt vật liệu từ mềm vô định hình Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp nanô tinh thể có hệ số từ giảo gần ( tính từ mềm tốt  lớn ), đồng thời loại vật liệu từ mềm ứng với tần số quy trình công nghệ chế tạo khác hiệu ứng tổng trở khổng lồ khác 1.3.2 Ảnh hưởng độ dầy thấm sâu bề mặt lên hiệu ứng tổng trở khổng lồ Như biết, dòng điện chiều mật độ dòng điện phân bố tiết diện dây dẫn Nhưng dòng điện xoay chiều đặc biệt với dòng điện cao tần, mật độ dòng điện có xu hướng tập trung nhiều lớp mỏng bề mặt dây dẫn giảm mạnh sâu vào bên lõi dây dẫn Hiện tượng gọi hiệu ứng bề mặt Mật độ dòng điện cao tần giảm theo hàm mũ từ bề mặt dây dẫn vào of lõi ( j = joe- 2 t, t chiều dày tính từ mặt dây dẫn ) Đặc trưng cho hiệu ứng bề mặt người ta đưa đại lượng  gọi độ thấm sâu: o  2  o Trong  điện trở suất vật liệu, o độ từ thẩm hiệu dụng vật liệu 1.3.3 Ảnh hưởng trình xử lý nhiệt từ nhiệt lên hiệu ứng tổng trở khổng lồ Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Hinh 1.5 Cấu trúc domain hiệu ứng GMI thay đổi nhờ trình xử lý nhiệt tạo dị hướng từ đơn trục dị hướng tròn thông qua trình ủ nhiệt có từ trường có ứng suất Ảnh hưởng dòng điện lên hiệu ứng GMI hình với mẫu dây vô định hình ủ môi trường ứng suất Tại mật độ dòng thấp, xuất chủ yếu trình dịch vách nên đường cong GMI có xuất hiện tượng tách đỉnh Khi tăng dần mật độ dòng điện, tượng tách đỉnh biến Hiện tượng trễ đường cong GMI có liên quan trực tiếp đến tượng trễ trình từ hoá, từ trường bất thuận nghịch định nghĩa từ trường mà tính bất thuận nghịch đường cong từ trễ đường cong GMI bị biến Tính trễ bị khử dần trình ủ nhiệt làm đồng tính chất từ vật liệu Do tính trễ dần loại bỏ hiệu ứng GMI Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp lượng P cao 800oC làm độ bền tăng tính giòn so với hợp kim ban đầu Trong vật liệu chế tạo phương pháp điện kết tủa độ bền kéo có vai trò quan trọng Với có mặt P thành phần hợp kim chế tạo phương pháp điện kết tủa nguyên nhân dẫn đến việc tăng độ bền kéo Ví dụ, với hợp kim điện kết tủa chứa khoảng 1- 2% P độ bền kéo lớn nhiều so với kim loại Co – khoảng 2500kg/cm2 Tuy nhiên độ bền kéo dễ dàng nhận với hợp kim chế tạo với độ dày 1mm tăng độ dày lên dễ xảy tượng đứt gãy tự phát Độ bền kéo hợp kim điện kết tủa bị giảm mạnh số nguyên nhân có mặt thành phần hữu trình chế tạo Khối lượng riêng (mật độ) hợp kim với P phụ thuộc nhiều vào hàm lượng P Mật độ hợp kim điện kết tủa giảm hàm lượng P tăng Tuy nhiên mật độ không thay đổi đáng kể xử lí nhiệt Và mật độ hợp kim phụ thuộc tuyến tính theo hàm lượng P Hầu hết hợp kim với P có tính chống ăn mòn cao axít Có nghĩa hợp kim P ổn định mặt hoá học Chẳng hạn hợp kim Ni-14%P bị ăn mòn axít hẳn so với Ni Hợp kim CoP có Hc thấp, co μ cao Các tính chất điện từ hợp kim CoP phụ thuộc mạnh vào hàm lượng P 1.7 Dây Cu/CoP Do nguyên nhân khả ứng dụng trình bày phần trên, dây Cu/CoP nghiên cứu, chế tạo nhiều phương pháp khác với mục đích làm sáng tỏ đặc tính chúng phục vụ mục đích ứng dụng Vào năm 1970 nhà nghiên cứu vai trò quan trọng dị hướng từ vật liệu ảnh hưởng đến hiệu ứng GMI Tuỳ theo Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp tính dị hướng từ vật liệu mà đường cong GMI có peak Vì dây CoP sử dụng với mục đích khác Và thật cần thiết làm sáng tỏ nguồn gốc tính dị hướng từ dây vô định hình CoP chế tạo công nghệ điện hoá J Hungenberg cộng phương pháp sử dụng điện cực catôt quay, đến kết luận hệ điện cực catốt quay ảnh hưởng đến phương dễ từ hoá dây CoP Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp CHƯƠNG THỰC NGHIỆM Để tạo vật liệu có hiệu ứng GMI người ta dùng công nghệ khác công nghệ nguội nhanh, bốc bay chân không, điện hóa, lắng đọng hóa học, số phương pháp khác Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm khác nhau, luận văn để tạo vật liệu có hiệu ứng GMI sử dụng phương pháp phương pháp dùng công nghệ điện kết tủa 2.1 Quá trình điện kết tủa Quá trình điện kết tủa trình phủ lên vật mẫu lớp kim loại thông qua dung dịch điện ly Mục đích trình để tăng thêm tính chất bề mặt vật liệu ban dầu để bảo vệ chúng khỏi tác động môi trường bên Quá trình điện kết tủa bao gồm trình: Quá trình khử, xẩy catot: Men+ + ne → Me (1.11) Quá trình oxy hóa, xẩy anot: Me – ne → Men+ (1.12) H2O – 4e → O2 + H+ (1.13) Trong qúa trình điện kết tủa, ion dương nhận điện tử bề mặt catot để tạo thành nguyên tố bám bề mặt catot Trong dung dịch, điện điện cực tĩnh tính công thức: ES = E0 + RTlnα/nF (1.14) Công thức áp dụng cho trình cân thuận nghịch Do trình điện kết tủa xảy phản ứng thuận nên công thức Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp (1.14) sử dụng để xác định điện trình kết tủa Do đó, điện kết tủa xác định thông qua công thức sau: Ed = E0 + RTlnα/nF + ΔE10 = ES + ΔE20 (1.15) Với α hoạt độ ion dương trình điện kết tủa E0 giá trị điện điện cực cân ΔE10 độ phân cực điện trình kết tủa 2.2 Điện kết tủa hợp kim Trong trình tạo hợp kim, điều kiện trình kết tủa phức tạp nhiều Đặc biệt, để kết tủa hợp kim loại ion dương phải dung dịch điện ly có giá trị điện kết tủa gần tương đương E1d = E2d E10 + RTlnα1/n1 F + ΔE10 = E20 + RTlnα2 /n2F + ΔE20 (1.16) Công thức (1.16) thay đổi giá trị điện kết tủa nguyên tố cách: - Thay đổi hoạt độ ion Nó kết việc thay đổi nồng độ ion dung dịch thay đổi trình tạo phức chúng - Thay đổi độ phân cực catot, mật dộ 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình điện kết tủa Trong trình điện kết tủa có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng lớp mạ như: Độ pH, mật độ dòng điện, tốc độ khấy, nhiệt độ, thời gian điện kết tủa Mỗi dung dịch đòi hỏi chế độ điện phân thích hợp nhằm thu lớp màng yêu cầu đặt 2.3.1 Mật độ dòng điện Mật độ dòng điện cao thu lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn, đồng đều, lúc mầm tinh thể sinh ạt không điểm lồi ( điểm có lợi ) mà mặt phẳng ( lợi ) tinh thể Mặt khác dùng Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp mật độ dòng điện cao làm cho ion kim loại mạ bị nghèo nhanh chóng lớp dung dịch sát catot, phân cực catot tăng lên tạo điều kiện sinh lớp mạ có tinh thể nhỏ mịn Nhưng dùng mật độ dòng điện cao lớp mạ bị gai Bên cạnh với mật độ dòng điện cao, anot hòa tan dễ bị thụ động dung dịch nghèo dần ion kim loại mạ, đồng thời hyđro dễ thoát làm giảm hiệu suất dòng điện mạ gây biến động mạnh PH lớp sát catot Vì muốn tăng mật độ dòng điện lên mà chất lượng lớp màng đảm bảo ta phải tìm cách nâng cao mật độ dòng điện giới hạn lên cách tăng nhiệt độ, tăng nồng độ ion chính, tăng đối lưu… Ngược lại giảm mật độ dòng điện thấp tốc độ mạ chậm kết tủa gốm nhiều tinh thể thô, không Cho nên dung dịch có lớp mạ tốt khoảng mật độ dòng định Khoảng mật độ làm việc rộng dễ thu lớp mạ đồng Điều có ý nghĩa lớn phải mạ cho vật có hình thù phức tạp 2.3.2 Tốc độ khuấy Trong trình mạ mật độ ion kim loại mạ dung dịch sát catot bị nghèo đi, không khôi phục kịp thời gây nên phân cực nhiệt độ lớn nhiều bất lợi khác xẩy như: Không dùng mật độ dòng điện cao, lớp mạ dễ bị gãy, cháy… Dung dịch bị phân lớp nhiệt độ theo chiều sâu Kết khó thu lớp màng đồng vật mạ Khắc phục nhược điểm cần khuấy mạnh để san nhiệt độ toàn khối dung dịch, tăng khuyếch tán đến điện cực Nhưng nhược điểm lại phát sinh cấu trúc tinh thể độ phân cực nhiệt độ giảm Vì muốn tinh thể nhỏ mịn, sít phải đồng thời tăng nhiệt độ mật độ dòng điện lên cách thích hợp Có thể khuấy dung dịch cách cho catot chuyển động, sục khí nén cho dung dịch cháy tuần hoàn 2.3.3 Nhiệt độ Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Tăng nhiệt độ cho phép dùng dung dịch có nhiệt độ cao hơn, độ dẫn điện dung dịch tăng, giảm nguy thụ động anot Ba yếu tố làm tăng mật độ dòng điện giới hạn nên cho phép dùng mật độ dòng điện cao Nhưng nhiệt độ cao lại làm giảm phân cực catot giảm tác dụng chất hoạt động bề mặt, tăng độ phân ly ion phức hay độ ion hyđrat hóa thúc đẩy khuyếch tán đối lưu mạnh lên Nếu tăng nhiệt độ mà giữ nguyên điều kiện khác lớp mạ gồm tinh thể thô, to Nhưng lại đồng thời tăng mật độ dòng điện bù trừ nhược điểm nhiệt độ cao gây lớp mạ thu có tinh thể nhỏ mịn tốc độ mạ cao 2.3.4 Độ pH Độ pH yếu tố ảnh hưởng đến tính chất vật lý lớp màng điện kết tủa Nếu độ pH dung dịch thấp hiệu suất trình điện kết tủa giảm rõ rệt xảy trình thoát khí điện cực catot Bên cạnh trình thoát khí làm cho bề mặt lớp màng catot bị rỗ, thủng Khí hydro thoát dạng nguyên tử dễ hấp thụ nhiều kim loại ( mạ ) tạo thành lớp hợp chất hydrua hay hòa tan kim loại thành dung dịch rắn chui vào mạng tinh thể làm xô lệch tổ chức kim loại gây nên cứng giòn hydro, lớp màng có ứng suất lớn, dễ bong phồng dộp Nếu độ pH dung dịch cao hình thành hydroxit muối kiềm Các chất lẫn vào lớp mạ sinh gai, sùi… Trên bề mặt lớp màng Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp CHƯƠNG KẾT QUẢ THẢO LUẬN 3.1 Cấu trúc hình thể dây hai lớp CoP/Cu chế tạo phương pháp điện kết tủa Hình 3.1 Ảnh hiển vi quang học dây hai lớp CoP/Cu Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp Hình (3.1) ảnh hiển vi quang học dây CoP/Cu Trong hình (3.1a) ảnh dọc dây Cu CoP/Cu Dây thứ ảnh dây Cu chưa xử lý nên có đường kính 150 m Dây thứ hai dây Cu ăn mòn hoá học rửa nước cất nên có đường kính 100 m Dây thứ dây hai lớp CoP/Cu sau điện kết tủa Qua hình ảnh thấy dây CoP/Cu có mầu sáng trắng so với dây chưa mạ Trong hình (3.1) thể tiết diện ngang dây hai lớp CoP/Cu với thời gian điện hoá theo thứ tự 3ph, 5ph, 7ph Và nồng độ H3P03 30g/l Mật độ dòng 750mA/cm2 Như điều kiên mật độ dòng, thành phần hoá học dung dich thay đổi thời gian điện kết tủa dẫn tới bề dầy lớp mạ CoP thay đổi khoảng từ 15 m đến 40 m 3.2 Hiệu ứng tổng trở khổng lồ vật liệu từ mềm giầu Co Hiệu ứng tổng trở khổng lồ - GMI ( Giant Magneto - impedance effect – GMI ) thay đổi mạnh tổng trở Z vật liệu từ mềm tác dụng từ trường HC dòng điện cao tần có tần số  Để đặc trưng cho hiệu ứng GMI, người ta đưa tỷ số GMIr định nghĩa sau: GMIR  Z ( H )  Z ( H max ) x 100% Z ( H max ) (1.0) - Z(H): Từ tổng trở đo từ trường H - Z(Hmax): Từ tổng trở đo điểm từ trường lớn (của hệ đo) Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp 3.2.1 Sự phụ thuộc tỷ số tổng trở vào nồng độ H3P03 240 t=3 mins Dc=750mA/cm o T=60 C d=150m 210 200 120 90 60 g/l 20 g/l 30 g/l 40 g/l 50 g/l frequency 4.5MHz Dc=750mA/cm o T=60 C t=3 mins 160 150 GMIr (%) GMImax(%) 180 240 4.5MHz 10.7MHz 120 80 40 30 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 [H3PO3] (g/l) -300 -200 -100 100 200 300 H(Oe) Hình 3.2 Sự phụ thuộc tỷ số tổng trở khổng lồ GMIr hình dạng đường cong tổng trở khổng lồ vào nồng độ H3P03 với mật độ dòng 750mA/cm, nhiệt độ 600C, thời gian ph, đo tần số f = 4,5MHz Hình ( 3.2) thể tỷ số GMIr phụ thuộc mạnh vào nồng độ H3P03 dung dịch điện kết tủa Khi dung dịch điện phân không chứa H3P03 tỷ số GMIr nhỏ (~ ) Khi nồng độ H3P03 dung dịch tăng từ 0g/l đến 50g/l tỷ số GMIr tăng lại giảm Giá trị GMIr đạt cực đại quan sát thấy = 240% Khi nồng độ H3P03 dung dịch điện kết tủa tăng nồng độ P(wt%) lớp màng CoP/Cu tăng lên, làm cho tính chất từ mềm lớp màng tốt ( lực kháng từ Hc giảm từ 73 Oe xuống 1,65 Oe ), tỷ số GMIr tăng Tại nồng độ H3P03 = 30 g/l tính từ mềm lớp màng CoP/Cu tốt tỷ số GMIr đạt Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp giá trị cực đại (240%) Mặt khác tiếp tục tăng nồng độ H3P03 tính chất từ mềm màng giảm tương ứng tỷ số GMIr giảm Tóm lại qua kết khẳng định là: Tỷ số GMIr phụ thuộc mạnh vào tính chất từ mềm lớp màng CoP/Cu, kết thực nghiệm hoàn toàn phù hợp với lý thuyết 3.2.2 Sự phụ tỷ số GMI vào thời gian điện hóa Như lý thuyết nêu hiệu ứng GMI phụ thuộc vào độ thấm sâu bề mặt Khi chiều dầy lớp màng nhỏ chiều dầy thấm sâu bề mặt hiệu ứng GMI thấp o T= 60 C Dc=750mA/cm d= 150m f=4.5MHz 210 GMI ratiomax(%) 180 g/l 20 g/l 30 g/l 40 g/l 50 g/l 150 120 90 60 30 150 dc=750mA/cm T=60 C o xu ly be mat tan so 10.7 125 20g/l 30g/l 40g/l 50g/l 100 GMImax(%) 240 75 50 25 0 -25 10 12 14 16 10 12 14 16 t(phót) t(phót) Hình 3.3 Mối liên hệ tỷ số GMIr thời gian điện hóa tần số f=4,5 MHz f=10,7 MHz Hình (3.3) cho thấy phụ thuộc tỷ số GMIr vào thời gian điện kết tủa Nói chung thời gian điện kết tủa từ 3ph đến 7ph cho tỷ số GMIr cao dung dịch khác Khi nồng độ H3P03 dung dịch điện kết tủa 0g/l với thời gian khác không xuất hiệu ứng GMI Tỷ số GMIr giảm đáng kể thời gian điện kết tủa 10 ph Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp 180 280 mins mins mins 10 mins 15 mins frequency 4.5MHz [H3PO3]=20g/l 160 140 mins mins mins 10 mins 12 mins 15 mins 200 GMIr (%) GMIr (%) 120 frequency 4.5MHz [H3PO3]=30g/l 240 100 80 60 160 120 80 40 40 20 -300 -200 -100 100 200 -300 300 -200 -100 100 200 300 200 200 mins mins mins 10 mins 12 mins 15 mins 160 120 80 mins mins mins 10 mins 12 mins 15 mins 160 120 80 40 40 -300 frequency 4.5MHz [H3PO3]=50g/l GMIr (%) frequency 4.5MHz [H3PO3]=40g/l GMIr (%) H(Oe) H(Oe) -200 -100 H(Oe) 100 200 300 -300 -200 -100 100 200 300 H(Oe) Hình3.4 Sự phụ thuộc tỷ số GMIr hình dạng đường cong GMIr vào thời gian điện kết tủa Mật độ dòng là750mA/cm, nồng độ H3P03 thay đổi từ 20g/l đến 50 g/l, nhiệt độ 600C Hình (3.4) lần khẳng định tỷ số GMIr dạng đường cong GMIr phụ thuộc vào thời gian điện hóa tức phụ thuộc vào độ thấm sâu bề mặt Và điều kiện cho hiệu ứng GMIr cao nhầt (240%) nồng độ H3P03 =30g/l, thời gian điện kết tủa ph Mật độ dòng 750 mA/cm2 Nhiệt độ 600C Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp 3.2.3 Sự phụ thuộc tỷ số GMIr vào tần số 240 180 4,5 10.7 120 dday=150m H3P03=40g/l 100 dc=750mA/cm 150 80 GMI(%) GMI ratios max (%) 4.5MHz 10.7MHz t=3 mins Dc=750mA/cm o T=60 C d=150m 210 120 90 60 60 40 30 20 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 [H3PO3] (g/l) 10 12 14 t(phut) Hình 3.5 Sự phụ thuộc tỷ số GMIr vào tần số 3.2.4 Sự phụ thuộc GMI vào mật độ dòng 4.5 MHZ 6.0 MHz 10.7 MHz 500 T=40 C t=6 HN03(25%)=5phót GMIr (%) 400 300 200 100 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 DC (mA/cm ) Sự phụ thuộc GMI vào mật độ dòng Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý 16 Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Qua thời gian tìm tòi nghiên cứu tài liệu với hướng dẫn tận tình thầy giáo Ths Nguyễn Hữu Tình đề tài “ nghiên cứu chế tạo dây CoP có hiệu ứng GMI, chế tạo phương pháp điện kết tủa”, hoàn thành nội dung sau: Đã tìm hiểu chất hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI Giải thích mặt lý thuyết chế hiệu ứng hoàn thành việc giải thích tượng tách đỉnh Khóa luận hoàn thành tìm hiểu công nghệ chế tạo vật liệu có hiệu ứng GMI: Công nghệ điện kết tủa Đã nghiên cứu chất dây CoP cách chế tao Do thời gian ngắn kiến thức hạn chế chắn đề tài không tránh khỏi thiếu sót Tôi mong đóng góp quý báu quý thầy cô bạn Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt: N H Nghi, N M Hong, T Q Vinh, N V Dung, P M Hong, (2003) physica BB 327 253 – 256 Nguyễn Hoàng Nghị, Phí Hòa Bình, Nguyễn Văn Dũng, Nguyễn Hữu Hoàng, Nguyễn Thị Hồng Tâm, “ cảm biến đo dòng hiệu ứng GMI” Báo cáo hội nghị vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà Nội 23 – 25.11.2005 Tiếng anh: L D Landau and E M Lifshitz, Electrodynamics of Continuous Media (Pergamon, Oxford, 1975), p 195 L V Panina and K Mohri, Appl Phys Lett 65,1189 (1994) R L Sommer, C L Chien, Phys Rev B 53 (1996) R 5982 M Jacquart, O Acher, IEEE Trans Magn 44 (1996) 2116 D Atkinson and P T Squire, J Appl Phys 83 (1998) 6569 Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội Khoá luận tốt nghiệp MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trang I Lý chọn đề tài……………………………………………1 II Mục đích đề tài …………………………………………2 III Nhiệm vụ nghiên cứu……………………………………… IV Đối tượng nghiên cứu……………………………………….2 V Phương pháp nghiên cứu……………………………………2 NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan hiệu ứng tổng trở khổng lồ – GMI……… Hiệu ứng tổng trở khổng lồ…………………………………………3 1.1 Giới thiệu chung hiệu ứng tổng trở khổng lồ………………….3 1.2 Hiệu ứng tổng trở khổng lồ GMI…………………………………3 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu ứng tổng trở khổng lồ……………5 1.4 Mô hình giải thích hiệu ứng tổng trở khổng lồ - GMI………… 11 1.5 Hiện tượng tách đỉnh – lý thuyết dị hướng từ………………… 14 1.6 Hợp kim phosphor – chế tạo phương pháp điện kết tủa… 16 1.7 Dây Cu/CoP…………………………………………………… 18 Chương 2: Thực nghiệm 2.1 Quá trình điện kết tủa…………………………………………….20 2.2 Điện kết tủa hợp kim…………………………………………… 21 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới trình điện kết tủa………………….21 Chương 3: Kết thảo luận 3.1 Cấu trúc hình thể dây hai lớp CoP/Cu, chế tạo phương pháp điện kết tủa……………………………………….24 3.2 Hiệu ứng tổng trở khổng lồ vật liệu từ mềm giàu Co………25 KẾT LUẬN………………………………………………… 30 Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý [...]... phụ thuộc GMI vào mật độ dòng Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý 16 Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp KẾT LUẬN Qua một thời gian tìm tòi nghiên cứu tài liệu cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Ths Nguyễn Hữu Tình đề tài “ nghiên cứu và chế tạo dây CoP có hiệu ứng GMI, chế tạo bằng phương pháp điện kết tủa , đã hoàn thành được những nội dung sau: 1 Đã tìm hiểu được bản chất hiệu ứng từ tổng... thích hiệu ứng tổng trở khổng lồ - GMI………… 11 1.5 Hiện tượng tách đỉnh – lý thuyết dị hướng từ………………… 14 1.6 Hợp kim phosphor – chế tạo bằng phương pháp điện kết tủa 16 1.7 Dây Cu /CoP ………………………………………………… 18 Chương 2: Thực nghiệm 2.1 Quá trình điện kết tủa ………………………………………….20 2.2 Điện kết tủa hợp kim…………………………………………… 21 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình điện kết tủa ……………….21 Chương 3: Kết quả và. .. hẳn so với Ni Hợp kim CoP có Hc thấp, co μ cao Các tính chất điện từ của hợp kim CoP phụ thuộc mạnh vào hàm lượng P 1.7 Dây Cu /CoP Do các nguyên nhân và khả năng ứng dụng được trình bày ở phần trên, dây Cu /CoP đã được nghiên cứu, chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau với mục đích làm sáng tỏ các đặc tính của chúng phục vụ các mục đích ứng dụng Vào những năm 1970 các nhà nghiên cứu đã chỉ ra được vai... CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ THẢO LUẬN 3.1 Cấu trúc hình thể của dây hai lớp CoP/ Cu chế tạo bằng phương pháp điện kết tủa Hình 3.1 Ảnh hiển vi quang học dây hai lớp CoP/ Cu Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp Hình (3.1) là ảnh hiển vi quang học của dây CoP/ Cu Trong hình (3.1a) là ảnh dọc của dây Cu và CoP/ Cu Dây thứ nhất là ảnh của dây Cu chưa được xử lý nên có đường kính 150 m Dây. .. của ion dương trong quá trình điện kết tủa E0 là giá trị điện thế điện cực cân bằng ΔE10 là độ phân cực điện thế trong quá trình kết tủa 2.2 Điện kết tủa hợp kim Trong quá trình tạo hợp kim, điều kiện của quá trình kết tủa sẽ phức tạp hơn rất nhiều Đặc biệt, để kết tủa hợp kim các loại ion dương phải cùng ở trong một dung dịch điện ly và có giá trị điện thế kết tủa gần tương đương nhau E1d = E2d E10... hóa, lắng đọng hóa học, và một số phương pháp khác Mỗi một phương pháp đều có những ưu nhược điểm khác nhau, trong luận văn này để tạo ra vật liệu có hiệu ứng GMI đã sử dụng phương pháp đó là phương pháp dùng công nghệ điện kết tủa 2.1 Quá trình điện kết tủa Quá trình điện kết tủa là quá trình phủ lên vật mẫu một lớp kim loại thông qua dung dịch điện ly Mục đích của quá trình này là để tăng thêm tính... trở nên yếu đi và giòn Khi xử lí nhiệt hợp kim chứa hàm Đào Thị Thanh Dung K31D - Lý Trường ĐHSP Hà Nội 2 Khoá luận tốt nghiệp lượng P cao tại 800oC càng làm kém đi độ bền và tăng tính giòn so với hợp kim ban đầu Trong các vật liệu chế tạo bằng phương pháp điện kết tủa thì độ bền kéo có vai trò quan trọng Với sự có mặt của P trong thành phần hợp kim chế tạo bằng phương pháp điện kết tủa là nguyên nhân... …………………………………………2 III Nhiệm vụ nghiên cứu …………………………………… 2 IV Đối tượng nghiên cứu …………………………………….2 V Phương pháp nghiên cứu …………………………………2 NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan về hiệu ứng tổng trở khổng lồ – GMI……… 3 1 Hiệu ứng tổng trở khổng lồ…………………………………………3 1.1 Giới thiệu chung về hiệu ứng tổng trở khổng lồ………………….3 1.2 Hiệu ứng tổng trở khổng lồ GMI…………………………………3 1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu ứng tổng trở khổng... thuyết cơ chế của hiệu ứng cũng như hoàn thành việc giải thích hiện tượng tách đỉnh 2 Khóa luận đã hoàn thành tìm hiểu công nghệ chế tạo vật liệu có hiệu ứng GMI: Công nghệ điện kết tủa 3 Đã nghiên cứu được bản chất của dây CoP cũng như cách chế tao Do thời gian ngắn và kiến thức còn hạn chế chắc chắn đề tài không tránh khỏi những thiếu sót Tôi rất mong được sự đóng góp quý báu của quý thầy cô và các... loại Bề mặt của lớp kết tủa thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào hàm lượng của phosphor có trong kết tủa Với các lớp kết tủa chứa hàm lượng P nhiều hơn 2% có bề mặt rất mịn Với các lớp kết tủa chứa hàm lượng P khoảng 5% có bề mặt khá sáng và khi hàm lượng P đạt tới hơn 10 % thì bề mặt sáng bóng Để xác định cấu trúc của hợp kim người ta sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X Các nghiên cứu bằng nhiễu xạ tia ... khổng lồ - GMI Nghiên cứu phương pháp chế tạo vật liệu từ mềm Co có hiệu ứng GMI cao công nghệ điện kết tủa IV Đối tượng nghiên cứu Dây CoP Phương pháp điện kết tủa V Phương pháp nghiên cứu Đọc tài... “ nghiên cứu chế tạo dây CoP có hiệu ứng GMI, chế tạo phương pháp điện kết tủa , hoàn thành nội dung sau: Đã tìm hiểu chất hiệu ứng từ tổng trở khổng lồ - GMI Giải thích mặt lý thuyết chế hiệu. .. không, điện hóa, lắng đọng hóa học, số phương pháp khác Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm khác nhau, luận văn để tạo vật liệu có hiệu ứng GMI sử dụng phương pháp phương pháp dùng công nghệ điện kết