Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng tổ hợp nano mn bife co

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC sư PHẠM HÀ NỘI TRẦN THỊ HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẶT LIỆU TỪ CỨNG TỔ HỢP NANO Mn-Bi/Fe-Co LUẬN VĂN THẠC sĩ KHOA HỌC VẶT CHẤT TRẦN THỊ HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẶT LIỆU TỪ CỨNG TỔ HỢP NANO Mn-Bi/Fe-Co Chuyên ngành : Vật lí chất rắn Mã số : 60 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC sĩ KHOA HỌC VẶT CHẤT Ngưòi hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HUY DÂN Luận văn thực 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 hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Huy Dân Tôi xin cảm ơn giúp đỡ kinh phí Quỹ phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) thông qua đề tài mã số 103.02-2012.27 thiết bị Viện Khoa học vật liệu để thực luận văn Tôi xin cảm ơn giúp đỡ kinh phí đề tài ưu tiên cấp sở Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, mã số C2015-18-06 Tôi xin cảm ơn PGS.TS Nguyễn Huy Dân, người tạo điều kiện thuận lợi sở vật chất, giúp đỡ bảo tận tình mặt học thuật trình thực luận văn Tôi xin cảm ơn toàn thể Thầy giáo, Cô giáo Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, người dạy dỗ trang bị cho tri thức khoa học suốt hai năm học cao học Tôi xin cảm ơn NCS Nguyễn Mầu Lâm, TS Nguyễn Thế Lâm, NCS Phạm Thị Thanh, NCS Nguyễn Hải Yến, NCS Dương Đình Thắng, NCS Vũ Mạnh Quang, TS Nguyễn Hữu Đức, NCS Nguyễn Thị Mai, NCS Nguyễn Văn Dương, NCS Nguyễn Lê Thi, NCS Đinh Chí Linh, NCS Nguyễn Hoàng Hà, CN Vũ Thị Lan Oanh, CN Phan Thu Trang toàn thể cán nghiên cứu Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Lỉnh 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 giúp đỡ trình làm luận vãn Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến người thân gia đình, anh, chị, em, bạn bè đồng nghiệp động viên, chia sẻ giúp đỡ khắc phục khó khăn suốt trình học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn này, thực Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Vật liệu Linh kiện điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Huy Dân số liệu sử dụng luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Các thông tin tham khảo sử dụng luận văn trích dẫn rõ ràng rõ nguồn gốc đầy đủ Hà Nội, tháng 07 năm 2015 Trần Thị Hà MỤC LỤC Trang Danh mục từ viết tắt VLTC: Vật liệu từ cứng NCVC: Nam châm vĩnh cửu NCNC: Nam châm nanocomposite NCNLC: Nghiền lượng cao Danh mục bảng Bảng 1.1 Thông số cấu trúc tinh thể momen từ Mn-Bi (LTP) từ 10 K - 700 K Bảng 3.1 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trước sau ủ nhiệt 250°c Bảng 3.2 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trộn với thời gian 0, 25 Bảng 3.3 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trộn với thời gian 0,5 Bảng 3.4 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trộn với thời gian 0,25 giờ, 0,5 Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Sự phát triển nam châm vĩnh cửu (theo (BH)max) Hình 1.2 Cấu trúc tỉnh thể hợp kim Mn-Bi (LTP) Hình 1.3 Đường cong Bethe - Slater Hình 1.4 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nhiệt độ Mn-Bi Hình 1.5 Đường cong từ hóa Mn-Bi nhiệt độ khác Hình 1.6 Đường từ trễ nam châm Mn-Bi nhiệt độ khác Hình 1.7 Đường từ trễ nam châm Mnioo-xBix (x = 40, 45, 52) 287 K với từ trường tối đa 22 kOe Hình 1.8 Đường cong khử từ nam châm thiêu kết Mn48Bi52 nhiệt độ cao (287 - 473 K) Hình 1.9 Sự phụ thuộc từ tính vào thời gian nghiền mẫu bột Mn55Bi45 Hình 1.10 Đường từ trễ mẫu bột nghiền Mn48Bi52 nhiệt độ phòng Hình 1.11 Đường từ trễ mẫu bột nghiền Mn48Bi52 trước sau ủ nhiệt Hình 1.12 Mầu vi cấu trúc chiều cấu trúc vi từ vật liệu composite tương tác trao đổi sử dụng làm sở để tính kích thước tói hạn vùng pha Hình 1.13 Cấu trúc hai chiều lí tưởng nam châm đàn hồi Hình 1.14 Các đường cong khử từ điển hình Hình 1.15 Nguyên lý kỹ thuật nghiền lượng cao (nghiền bi) Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ nấu mẫu hồ quang Hình 2.2 Hệ nấu họp kim hồ quang Hình 2.3 Máy nghiền SPEX 8000D (a), cối bi nghiền (b) Hình 2.4 Cấu tạo chi tiết máy nghiền SPEX 8000D Hình 2.5 Sơ đồ khối buồng khí Ar Hình 2.6 Ảnh thực buồng khí Ar Hình 2.7 Hệ ép mẫu bột thành khối Hình 2.8 Lò xử lý nhiệt Thermolyne 21100 Hình 2.9 Mô hình hình học tượng nhiễu xạ tia X Hình 2.10 Thiết bị Siemen D - 5000 Hình 2.11 Kính hiển vi điện tử quét HITACHI s - 4800 Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý hệ từ kế mẫu rung (VSM) Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung Hình 2.14 Hệ đo từ trường xung Hình 3.2 Đường cong từ trễ mẫu Mn50Bi50 Với thời gian nghiền trước sau ủ nhiệt độ Hình 3.2 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu MngoBigo trước sau ủ nhiệt Hình 3.3 Đường cong từ trễ mẫu MngoBigo trước sau ủ nhiệt độ 250°c Hình 3.4 Ảnh SEM mẫu MngoBigo với thời gian nghiền Hình 3.5 Đường cong từ trễ mẫu Fe65Co3g chế tạo phương pháp polyol Hình 3.6 Phổ nhiễu xạ tia X mẫu bột Fe6gCo3g với thời gian nghiền 16 Hình 3.7 Đường cong từ trễ mẫu Fe6gCo3g nghiền môi trường với thời gian nghiền 16 Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu FefigC03g nghiền môi trường Ar với thời gian nghiền 16 Hình 3.9 Đường cong từ trễ mẫu trộn với thời gian 0,5 trước (a) sau (b) ủ nhiệt 250°c Hình 3.10 Đường cong từ trễ mẫu Mn5oBigo/Fe65Co3g với thời gian trộn 0,25 Hình 3.11 Đường cong từ trễ mẫu Mn5oBigo/Fe6gCo3g với thời gian trộn 0,5 Hình 3.12 Đường cong từ trễ Mn50Bi50/Fe65Co35 với thời gian trộn MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Vật liệu từ cứng (VLTC), với sản phẩm ứng dụng quen gọi nam châm vĩnh cửu (NCVC) biết đến từ sớm người Trung Quốc Hy Lạp cổ đại Cho đến nay, VLTC sử dụng rộng rãi thực tế, từ thiết bị quen thuộc thiếu sống ngày biến điện, động điện, máy phát điện thiết bị lĩnh vực kỹ thuật đại công nghệ thông tin, quân sự, khoa học, y tế Khả ứng dụng lớn thúc đẩy nghiên cứu, tìm kiếm vật liệu cải tiến công nghệ chế tạo, nhằm tạo VLTC có phẩm chất từ tốt đáp ứng yêu cầu sống ngày phát triển Việc nghiên cứu thành công NCVC chứa đất bước đột phá lịch sử phát triển VLTC tích lượng từ cực đại cao Ngày nay, họ NCVC chứa đất Sm-Co, Nd-Fe-B ứng dụng nhiều lĩnh vực có Hc (BH)max lớn Tuy nhiên, SmCog có Tc lớn (BH)max không cao họ NCVC Nd-Fe-B, ngược lại họ NCVC Nd-Fe-B có (BH) max lớn Tc lại thấp Vì vậy, việc tìm NCVC có đồng thời (BH) max lớn Tc cao vấn đề khó nhà khoa học phòng thí nghiệm giới Hiện tại, nguyên tố đất dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu (Nd, Sm, Dy ) ngày khan giá ngày tăng cao, bên cạnh đất cung cấp chủ yếu từ Trung Quốc (95%) Năm 2010, Trung Quốc cắt giảm tới 40% sản lượng đất tuyên bố tiếp tục hạn chế xuất nguồn nguyên liệu đặc biệt Do đó, giá đất tăng vọt có khả gây nên khủng hoảng đất công nghiệp giới Vì vậy, quốc gia công nghiệp phát triển bắt đầu thúc đẩy đầu tư cho nghiên cứu phát triển tìm kiếm vật liệu thay [10] NCVC Mn-Bi nghiên cứu từ lâu loại nam châm bị lu mờ NCVC chứa đất Hiện nay, tình hình biến động giá thành nguồn cung đất nên vật liệu từ cứng Mn-Bi nhà khoa học nghiên cứu cách mạnh mẽ [18-32] Hệ MnBi không chứa nguyên tố đất vật liệu sắt từ có trục c trục dễ từ hóa có dị hướng từ cao nhiệt độ phòng Đặc điểm bật hệ so với hệ từ cứng khác vùng nhiệt độ 150 K - 550 K, giá trị lực kháng từ tăng theo tăng nhiệt độ Vật liệu Mn-Bi pha thêm số nguyên tố đất Dy, Tb có lực kháng từ cao so với hệ có Mn-Bi nhiệt độ nhiệt độ 550 K, người ta đo dị hướng từ tinh thể Ki = T lực kháng từ H c = 18 kOe Đây điều kiện cho khả ứng dụng nam châm nhiệt độ cao Theo tính toán lí thuyết, tích lượng cực đại nam châm MnBi (BH)max = 16 MGOe Hiện nay, nhà khoa học chế tạo nam châm Mn-Bi có lực kháng từ 3,1 kOe (BH) max = 4,3 MGOe, nam châm nhiệt độ 400 K có lực kháng từ 20 kOe (BH) max = 4,6 MGOe Ngoài ra, dị hướng từ vuông góc với mặt phang sở Mn-Bi gây nên hiệu ứng góc quay Kerr lớn hứa hẹn Mn-Bi loại vật liệu ghi quang từ cao Nghiên cứu, chế tạo VLTC Mn-Bi hạ giá thành sản phẩm NCVC hợp kim rẻ tiền [2, 5,6] Đe có vật liệu từ cứng tổ hợp nano không chứa đất lựa chọn pha từ cứng Mn-Bi pha từ có phẩm chất nêu Với pha từ mềm lựa chọn Fe-Co hệ hợp kim có từ độ bão hòa lớn [33-36], Chính lý nên lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng tổ hợp nano Mn-Bi/Fe- Co ” Mục đích nghiên cứu Chế tạo vật liệu từ cứng tổ họp nano Mn-Bi/Fe-Co có tính chất từ cứng tốt ứng dụng thực tế Nhiệm vụ nghiên cứu - Chế tạo mẫu từ cứng nano Mn-Bi - Chế tạo mẫu từ mềm nano Fe-Co - Nghiên cứu chế tạo mẫu tổ họp nano Mn-Bi/Fe-Co - Khảo sát cấu trúc mẫu - Khảo sát tính chất từ mẫu Đối tuợng phạm vi nghiên cứu a Đổi tượng nghiên cửu - Hệ họp kim từ cứng Mn-Bi - Hệ họp kim từ mềm Fe-Co - Vật liệu từ cứng tổ họp nano Mn-Bi/Fe-Co b Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu chế tạo họp kim từ cứng Mn-Bi, từ mềm Fe-Co vật liệu từ cứng tổ họp nano Mn-Bi/Fe-Co phương pháp nghiền lượng cao kết họp xử lí nhiệt phương pháp hóa - Khảo sát cấu trúc mẫu hệ đo: SEM, XRD - Khảo sát tính chất từ mẫu hệ đo: VSM, PFM Phuơng pháp nghiên cứu - Vật liệu từ cứng tổ hợp nano Mn-Bi/Fe-Co chế tạo phương pháp thực nghiệm: + Tạo mẫu khối lò nấu hồ quang + Tạo mẫu bột máy nghiền lượng cao - Sau chế tạo mẫu phương pháp trên, mẫu xử lí nhiệt để ổn định tạo cấu trúc pha mong muốn - Các phương pháp khảo sát cấu trúc tính chất từ mẫu: + Sử dụng phép phân tích nhiễu xạ tia X hiển vi điện tử để tìm hiểu cấu Bằng phương pháp nghiền lượng cao, chế tạo hạt nano MnBi có kích thước cỡ 70 nm Đồng thời, sau ủ nhiệt thu giá trị từ độ Ms 40 erau/g 10 kOe cho lực kháng từ Hc 3.2 Chế tao vât liêu từ mềm Fe-Co • • • Chúng lựa chọn vật liệu từ mềm Fe-Co để chế tạo, hệ vật liệu cho từ độ bão hòa cao 230 emu/g chế tạo phổ biến phương pháp vật lý như: phun băng nguội nhanh, nghiền lượng cao phương pháp hóa học Trong luận văn này, chọn hai phương pháp để chế tạo hệ vật liệu từ mềm Fe-Co: phương pháp nghiền lượng cao (MA) phương pháp hóa ướt (Polyol) 3.2.1 Chế tạo phương pháp hóa ướt (Polyol) Chúng thử nghiệm chế tạo pha từ mềm Fe-Co phương pháp hóa ướt (polyol) Phương pháp có ưu điểm không tạo loại khí độc hại carbon monoxide, borohydride Đầu tiên, trộn hỗn hợp (FeCl2.4H20) (Co(Ac)2.4H20), với tỷ lệ mong muốn lượng polyethylene glycol (PEG) định Độ pH dung dịch điều chỉnh khoảng từ 10 đến 11 cách hòa tan NaOH trước tiến hành khử Sau đó, dung dịch đun nóng lên từ từ đến 300°c Trong trình gia nhiệt dung dịch khuấy liên tục máy khuấy từ, hồi lưu nhiệt độ Dùng cồn nước để rửa hỗn hợp thu Bước cuối ủ nhiệt độ 600°c Mau lựa chọn để chế tạo thử nghiệm có hợp phần Fe50Co50 Hình 3.5 Đường cong từ trễ mẫu Fe50Co chế tạo phương pháp polyol Từ đường cong từ trễ ta thấy lực kháng từ mẫu nhỏ, từ độ bão hòa thấp xấp xỉ 50 emu/g Kết so sánh với kết đạt nhóm nghiên cứu khác đạt lÁ giá trị từ độ Điều cho thấy, chế tạo Fe-Co phương pháp chưa thành công 3.2.2 Chế tạo phương pháp nghiền lượng cao Hợp phần lựa chọn để chế tạo vật liệu từ mềm Fe-Co phương pháp nghiền lượng cao Fe65Co35 Các nguyên tố Fe Co có độ 99,99%, cân theo hợp phần chọn Các mẫu nghiên cứu có khối lượng g Mau nghiền 16 môi trường khí Ar với tỉ lệ bi/bột 4:1 Sau nghiền, mẫu bột phân tích cấu trúc phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM) Tính chất từ khảo sát hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) Đường cong từ trễ mẫu Fe65Co35 nghiền môi trường Ethanol Argon với thời gian nghiền 16 Đối với mẫu nghiền môi trường Ethanol Argon giá trị từ độ bão hòa đạt 150 emu/g So với kết thu từ lý thuyết giá trị từ độ bão hòa thu chưa đạt 2/3 giá trị từ độ bão hòa theo lý thuyết Tăng thời gian nghiền lên 16 giờ, phép đo từ trễ thu giá trị từ độ bão hòa lớn đạt cỡ 200 emu/g lực kháng từ H c cỡ 75 Oe Đường cong từ trễ cho thấy mẫu thể tính từ mềm tốt Hình 3.7 Đường cong từ trễ mẫu Fe 65Co35 nghiền môi trường khác với thời gian nghiền 16 Kích thước hạt mẫu Fe65Co35 nghiền môi trường Argon với thời gian nghiền khác 16 xác định ảnh SEM (hình 3.8) Với thời gian nghiền (hình 3.8a), mẫu có kích thước hạt lớn cỡ 100 nm Khi tăng thời gian nghiền lên 16 kích thước hạt giảm đạt cỡ 50 -r 70 nm đồng (hình 3.8b) a) b) Hình 3.8 Ảnh SEM mẫu Fe65Co35 nghiền môi trường Ar với thời gian nghiền (a) 16 (b) Bằng phương pháp nghiền lượng cao, chế tạo thành công hệ vật liệu từ mềm Fe6sC035 với thời gian nghiền 16 h môi trường khí Ar 3.3 Chế tạo vật liệu nanocomposite Vật liệu tổ hợp từ cứng có cấu trúc nanomet quan tâm nghiên cứu Vì hệ vật liệu này, kết hợp ưu điểm lực kháng từ lớn pha từ cứng từ độ bão hòa cao pha từ mềm Với mong muốn tạo vật liệu từ tổ hợp có phẩm chất từ tốt, lựa chọn hệ vật liệu tổ hợp Mn-Bi/Fe-Co Pha từ cứng lựa chọn Mn50Bi50 pha từ mềm Fe65Co35 Chúng thử nghiệm chế tạo vật liệu tổ hợp Mn 5oBi50/Fe65Co35 cách trộn hai pha cứng/mềm lại với theo tỉ lệ pha từ mềm Fe< 55Co35 2, 4, 8% khối lượng pha từ cứng Mau trộn môi trườngkhí Argon thực thiết bị chuyên dụng Quá trình trộn thực máy nghiền lượng cao SPEX 8000D 3.3.1 Sử dụng pha từ cứng chưa ủ nhiệt Bột từ cứng MngoBigo chưa ủ nhiệt bột từ mềm cân theo tỉ lệ định, sau cho vào cối trộn với thời gian 0,5 Đường cong từ trễ mẫu sau trộn với thời gian 0,5 trước sau ủ nhiệt thể hình 3.9 Ta nhận thấy, sau trộn mẫu thể tính đa pha từ Biểu đường cong từ trễ thắt dần giữa, theo tăng tỉ lệ pha từ mềm Lực kháng từ giảm nhanh từ 15 kOe xuống 2,8 kOe nhiên từ độ bão hòa tăng theo tỉ lệ pha từ mềm Điều chứng tỏ mẫu sau trộn, pha từ chưa tương tác với Để ổn định cấu trúc hai pha cứng/mềm tái kết tinh pha, thực ủ nhiệt 250°c thời gian H (kOe) a) Hình 3.9 Đường cong từ trễ mẫu trộn với thời gian 0,5 trước (a) sau (b) ủ nhiệt 250°c Các giá trị từ độ bão hòa, lực kháng từ mẫu trước sau ủ kê bảng 3.1 Bảng 3.1 Từ độ bão hòa lực khảng từ mẫu trước sau ủ nhiệt 250°c Tỉ lệ pha từ mềm Fe65Co35 Tính chất từ vật liệu tổ hợp 2% 4% 6% 8% Ms Hc Ms Hc Ms Hc Ms Hc emu/ g kO e 12, 8,5 emu/ g kO e emu/ g kO e emu/ g kO e 27 5,3 32 3,0 35 2,6 41 7,3 46 5,7 49 4,3 Truớc ủ nhiệt 23 Sau ủ nhiệt 38 Từ bảng 3.1 cho thấy sau ủ nhiệt mẫu với tỉ lệ 4, 8% pha từ mềm, giá trị từ độ bão hòa lực kháng từ tăng Duy với mẫu 2% lực kháng từ giảm từ độ bão hòa tăng Sau ủ nhiệt pha cứng pha mềm có tương tác, tương tác hai pha yếu Bằng chứng cho thấy đường cong từ trễ nở không nhiều Từ kết thu nhận thấy sau ủ nhiệt vật liệu tổ họp cải thiện tính chất từ Tuy nhiên, cải thiện chưa đáng kể Vì vậy, chọn pha từ cứng ủ nhiệt để thay cho pha từ cứng chưa ủ việc thử nghiệm chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite Mn-Bi/Fe-Co 3.3.2 Sử dụng pha từ cúng ủ nhiệt Pha từ cứng ủ nhiệt độ 250°c có lực kháng từ 10 kOe từ độ bão hòa 42 emu/g Pha từ mềm có lực kháng từ cỡ 80 kOe, từ độ bão hòa 200 emu/g Chúng tiến hành trộn pha cứng/mềm với tỉ lệ 2, 4, 8% khối lượng pha từ cứng Hình 3.10 Đường cong từ trễ mẫu Mn50Bi50/Fe65Co3 với thời gian trộn 0,25 Sau trộn mẫu thể tính đa pha từ Các giá trị từ độ bão hòa lực kháng từ liệt kê bảng 3.2 Bảng 3.2 Từ độ bão hòa lực khảng từ mẫu trộn với thời gian 0,25 Tỉ lệ pha từ mềm Fe65Co35 2% Tính chất từ vật liệu tổ họp Thời gian trộn 0,25 Ms emu/g 41 4% Hc 6% 8% Ms Hc Ms Hc Ms Hc kO emu/g e 46 kO e 7,5 emu/g kO e 5,8 emu/g kO e 4,3 50 53 Để khảo sát ảnh hưởng thời gian trộn, tiến hành trộn mẫu 0,5 Tính chất từ mẫu Mn5oBigo/Fe65Co35 thể hình 3.11 Hình 3.11 Đường cong từ trễ mẫu Mn5oBi5(/Fe65Co35 với thời gian trộn 0,5 Giá trị từ độ bão hòa lực kháng mẫu Mn50Bi5o/Fe65Co35 với thời gian trộn 0,5 liệt kê bảng 3.3 Bảng 3.3 Từ độ bão hòa lực khảng từ mẫu trộn với thời gian 0,5 Tỉ lệ pha từ Fe65C033 Tính chất từ vật liệu tổ họp Thời gian trộn 0,5 2% 4% 6% 8% Ms Hc Ms Hc Ms Hc Ms Hc emu/g kO e emu/g kO e emu/g kO e emu/g kO e 45 8,8 48 7,3 53 6,3 55 5,2 Kết thu sau trộn 0,5 nhận thấy lực kháng từ H c tăng, từ độ bão hòa Ms giảm, suy giảm không đáng kể Vì vậy, tiếp tục tăng thời gian trộn lên 60 -60 ‘ -‘ ‘ -40 -20 20 40 H (kOe) Hình 3.12 Đường cong từ trễ mẫu Mn5oBi50/Fe65Co35 với thời gian trộn Với thời gian trộn giờ, kết tính chất từ thể hình 3.12 Nhìn vào dáng điệu đường cong từ trễ, ta nhận thấy mẫu thể tính đa pha từ, giá trị từ độ bão hòa lực kháng từ giảm so với mẫu trộn thời gian 0,5 Bảng 3.4 giá trị lực kháng từ H c từ độ bão hòa Ms mẫu trộn với thời gian 0,25 giờ, 0,5 Bảng 3.4 Từ độ bão hòa lực kháng từ mẫu trộn với thời gian 0,25 giờ, 0,5 Tỉ lệ pha từ mềm Fe65C033 2% 4% 6% Thời gian trộn 0,25 41 Hc kO e Thời gian trộn 0,5 45 8,8 48 7,3 53 Thời gian trộn 36 7,5 41 6,3 44 Tính chất từ vật liệu tổ họp Ms emu/g 8% Ms emu/g 46 Hc kO e 7,5 50 Hc kO e 5,8 Ms emu/g 53 Hc kO e 4,3 6,3 55 5,2 46 4,1 Ms emu/g Từ kết thu được, rút số kết luận sau: - Khi tỉ lệ pha từ mềm tăng, giá trị lực kháng từ suy giảm Tuy nhiên giá trị từ độ bão hòa tăng - Với mẫu lựa chọn thời gian trộn cho phẩm chất từ tốt 0,5 - Đường cong từ trễ thể tính đa pha từ sau trộn Điều giải thích cách định tính kích thước hạt pha từ cứng pha từ mềm chưa phù hợp Vì tương tác pha từ cứng pha từ mềm chưa mạnh KẾT LUẬN Đã chế tạo vật liệu từ cứng Mn-Bi phương pháp nghiền lượng cao xử lí nhiệt Kết thu lực kháng từ tương đối cao cỡ 10 kOe Đã chế tạo thành công hệ vật liệu từ mềm Fe 65Co35 phương pháp nghiền lượng cao Kết thu từ độ bão hòa lớn đạt cỡ 200 erau/g lực kháng từ cỡ 0,076 kOe Đã thử nghiệm chế tạo vật liệu tổ họp MngoBigo/Fe6gCo3g với tỉ lệ pha từ mềm Fe6gCo3g 2, 4, 8% khối lượng pha từ cứng Mầu trộn môi trường khí Argon Kết thực nghiệm cho thấy nồng độ Fe65Co35 ảnh hưởng mạnh đến tính chất từ vật liệu tổ hợp MngoBigo/Fe6gCo3g Lực kháng từ mẫu thu giảm tăng nồng độ Fe6gC03g Khi trộn pha từ cứng ủ nhiệt với pha từ mềm vật liệu tổ họp Mng0Bigo/Fe65Co3g có phẩm chất từ tốt trộn pha từ cứng chưa ủ nhiệt Lực kháng từ từ độ bão hòa vật liệu tổ họp trộn pha từ cứng ủ nhiệt với pha từ mềm tăng so với trộn pha từ cứng chưa ủ nhiệt TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Vũ Thành Đức (2006), Ảnh hưởng Nb Co lên cẩu trúc tỉnh chất từ vật liệu nanocomposỉte Nd-Fe-B, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [2] Thân Đức Hiền - Lưu Tuấn Tài (2008), Từ học vật liệu, NXB Đại Học Bách Khoa, Hà Nội [3] Phan Thị Thanh Huyền (2007), Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu nanocomposỉte (Nd,Pr)-(Fe,Co)-Nd-B, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lí, Viện Vật lí Điện tử, Hà Nội [4] Nguyễn Mầu Lâm (2008), Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ cứng nanocomposite (Nd,Pr)-Fe-Nb-B, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [5] Nguyễn Hoàng Nghị (2012), Cơ sở từ học vật liệu từ tiên tiến, Nhà xuất Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [6] Lưu Tuấn Tài (2008), Giáo trình vật liệu từ, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội [7] Phạm Thị Thanh (2009), Nghiên cứu chế tạo hạt nano tinh thể NdiPeuB phương pháp nghiền lượng cao, Luận văn thạc sỹ khoa học Vật lí, Viện Khoa học Vật liệu, Hà Nội [8] Đoàn Minh Thủy (2006), Nghiên cứu ảnh hưởng tham số công nghệ lên tinh chất từ nam châm kết dinh RE-Fe-B, Luận án tiến sĩ khoa học Vật liệu, Hà Nội [9] Nguyễn Hải Yến (2009), Nghiên cứu chế tạo nam châm đàn hồi phương pháp nguội nhanh nghiền lượng cao, Luận văn thạc sĩ khoa học, Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Hà Nội Tiếng Anh [10] D Kramer (2010), “Concern grows over China’s dominance of rare- earth metals”, Physics Today, 22-24 [11] www.LiveScience.com [12] www.vietnamplus.vn [13] E F Kneller, R Hawig (1991), “The exchange-spring magnet: a new material principle for permanent magnets”, IEEE Trans Magn 27, 35883600 [14] R Skomski and J M D Coey (1993), “Giant energy product in nanostructured two-phase magnets”, J Phys Rev B 48, 15812 [15] J M D Coey and A (2011), “Hard magnetic materials”, IEEE Transactions on Magnetics 47, 4671 [16] J M D Coey (2010), “Magnetism and magnetic materials”, Cambridge, U.K Cambridge University Press, 624 [17] K Kang, L H Lewis and A R Moodenbaugh (2000), “Alignment and analyses of MnBi/Bi nanostructures”, Applied Physics Letters, 1-3 [18] Y B Yang et al (2012), “Preparation and magnetic properties of MnBi”, J Appl Phys I l l , 07E312-1 [19] J B Yang et al (2011), “Anisotropic nanocrystalline MnBi with high coercivity at high temperature”, Appl Phys Lett 99, 082505-1 [20] s Cao et al (2011), “Magnetic properties and thermal stability of MnBi/NdFeB hybrid bonded magnets”, J Appl Phys 109, 07A740-1- 07 A740-3 [21] L Kahal et al (2010), “Theoretical study of the structural stability, electronic, and magnetic properties of MBi (M=v, Cr, and Mn) compounds”, J Appl Phys 107, 04391-1 [22] Qiang Wang et al (2009), “Fabrication of MnBi/Bi composite using dilute master alloy solidification under high magnetic field gradients”, Journal of Physics D Applied Physics 42, 025001-1 [23] Yoshifuru Mitsui et al., Journal of the Japan Institute of Metals 73, 40 (2009), Magnetic and Structural Phase Transitions in Ferromagnetic MnBi [24] Yongsheng Liu et al., J Appl Phys 104, 043901 (2008), Magnetic anisotropy and spin disorder in textured MnBi crystals synthesized by a fieldinducing approach at a high temperature [25] Keiichi Koyama et al., materials transactions 48, 2414 (2007), Magnetic Phase Transition of MnBi under High Magnetic Fields and High Temperature [26] Kyongha Kang et al., J Appl Phys 99, 08N703 (2006), Magnetic and transport properties of MnBi/Bi nanocomposites [27] Yongsheng Liu et al., Solid State Communications 138, 104 (2006), Effect of magnetic field on the TC and magnetic properties for the aligned MnBi compound [28] Yongsheng Liu et al., Phys Rev B 72, 214410 (2005), Microstructure, crystallization, and magnetization behaviors in MnBi-Bi composites aligned by applied magnetic field [29] K Kang et al., Appl Phys Lett 87, 062505 (2005), Alignment and analyses of MnBi/Bi nanostructures [30] K Kang et al., J Appl Phys 97, 10K302 (2005), Crystal structure and magnetic properties of MnBi-Bi nanocomposite [31] Yongsheng Liu et al., Phys Rev B 70, 184424 (2004), Magnetic anisotropy properties and spin reorientation for textured Bi-Mn alloys fabricated by a field-inducing technique [...]... chất từ của mẫu bằng hệ từ trường xung và từ kế mẫu rung 6 Cấu trúc luận văn Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Tài liệu tham khảo, luận văn gồm 3 chương: + Chương 1: Tổng quan về vật liệu từ cứng + Chương 2: Thực nghiệm + Chương 3: Kết quả và thảo luận Luận văn được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm về Vật liệu và Linh kiện Điện tử và Phòng Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, ... hệ vật liệu từ mềm khác Giá trị từ độ của hệ vật liệu này theo tính toán đạt tới 240 emu/g Chế tạo vật liệu từ mềm Fe -Co thường được tiến hành theo phương pháp vật lý như: phun băng nguội nhanh, nghiền cơ năng lượng cao Giá trị từ độ đạt được của hệ vật liệu này là 220 emu/g và phương pháp hóa học như: phương pháp hóa hơi ướt, đồng kết tủa Phương pháp hóa hơi ướt chế tạo ra hệ vật liệu từ mềm Fe -Co. .. a-Fe (12% thể tích) và pha từ cứng NckFewB (15% thể tích) Vật liệu từ cứng loại này được gọi là vật liệu nanocomposite, tuy (BH)max chưa cao nhưng vật liệu này chứa ít đất hiếm và công nghệ chế tạo đơn giản hơn, nên giá thành rẻ và tăng độ bền hóa học của vật liệu 1.2 Vât liêu từ MnBi » • 1.2.1 Cẩu trúc tình thể của Mn- BỈ Họp kim Mn- Bi có cấu trúc tinh thể kiểu NiAs, hai trục tạo với nhau một góc 120°... (trường tạo mầm đảo từ) cao HN > Js/2|j,0 = Ms/2 Do đó, về nguyên tắc, giới hạn (1.2) chỉ có thể đạt được đối với những vật liệu có hệ số dị hướng từ tinh thể K lớn, cụ thể K » Js2/4)j,0 Thông thường, tính chất từ của vật liệu được đánh giá qua tỷ số K = K/ (Js2/4|j,o) Nếu K » 1 thì tính chất từ của vật liệu bị chi phối bởi dị hướng từ tinh thể K, các vật liệu này gọi là vật liệu từ cứng (vật liệu k)... hơn, cả trong nghiên cứu và sản xuất nam châm thương mại, do sự đơn giản trong cấu tạo và vận hành CHƯƠNG 2 THựC NGHIỆM 2.1 Phương pháp chế tạo mẫu yật liệu nanocomposite Mn- Bi/Fe -Co 2.1.1 Chế tạo mẫu khối bằng lò hồ quang Vật liệu dùng chế tạo mẫu là các nguyên tố Mn và Bi có độ tinh khiết cao (99,9%) được cân đúng theo hợp phần mẫu MnsoBiso- Khối lượng thành phần các nguyên tó trong hợp kim được... từ trường 100 kOe là (BHJmax = 11,95 MGOe Đối với mẫu nam châm thiêu kết với số lượng lớn, tại 300 K, (BHJmax = 7,8 MGOe [26] 1.2.3 Một sổ kết quả nghiên cứu về vật liệu Mn- Bi Với tính chất tù hấp dẫn, Mn- Bi có tiềm năng như một loại vật liệu tù cứng thay thế tốt cho NCVC chứa đất hiếm, và nó đã thu hút được nhiều nhóm tác giả tập trung nghiên cứu chế tạo Adam và đồng nghiệp đã nghiên cứu hợp kim Mn- Bi... xuất hiện MnO làm giảm tính chất từ của vật liệu, trên hình 1.11, đường từ trễ trước và sau khi ủ, lực kháng từ giảm từ 11,38 kOe xuống còn 7,12 kOe, như vậy, xử lí nhiệt sẽ làm suy giảm từ tính của mẫu bột nghiền Hình 1.11 Đường từ trễ của mẫu bột nghiền Mn4 gBi 2 trước và sau khi ủ (milling powders và 5 annealed powders) [28] 1.3 Vât liêu từ mềm Fe -Co •• Từ độ của hệ vật liệu từ mềm Fe -Co rất cao... lại, nếu K « 1 thì năng lượng từ tĩnh đóng vai trò quyết định, và ta gọi là vật liệu từ mềm (vật liệu m) Giới hạn (1.2) chỉ có thể đạt được đối với vật liệu k Tuy nhiên, hầu hết các vật liệu k có J s thấp hon đáng kể so với nhiều vật liệu m thông thường, trong khi lực kháng từ HcM của các vật liệu k có thể lớn hon nhiều giá trị Ms/2 cần thiết để đạt tới giới hạn (1.1) Từ những phân tích trên cho ta... trong lịch sử phát triển của vật liệu từ cứng, năm 1966, nhóm nghiên cứu của Karl Stmat (đại học tổng họp Dyton, Ohio, Mỹ) phát hiện ra họp kim YCog, đó là sự kết họp giữa các nguyên tố 3d của kim loại chuyển tiếp có từ độ bão hoà và nhiệt độ chuyển pha Curie (Tc) cao, với các nguyên tố 4f có tính dị hướng từ tinh thể mạnh cho lực kháng từ Hc lớn Vật liệu SmCog có khả năng chế tạo nam châm vĩnh cửu có... 1.6 Đường từ trễ của nam châm Mn- Bi ở nhiệt độ khác nhau [26] Năm 2011, nhóm nghiên cứu của D.T Zhang tiến hành chế tạo mẫu Mnioo-xBix (x = 40, 45 và 52) [27], kết quả, với tù trường ngoài 22 kOe, các đường từ trễ của Mn- Bi tại nhiệt độ phòng thể hiện trong hình 1.7, từ độ tăng từ 27,87 emu/g (của MngoBLịo) lên 45,31 emu/g, lực kháng từ lên đến 12 kOe Hình 1.7 Đường từ trễ của nam châm Mn oo-xBix