Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ hai pha cứng mềm bằng phương pháp lắng đọng điện hóa

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trịnh Thị Hồng Thúy NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỪ HAI PHA CỨNG/MỀM BẰNG PHƢƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG ĐIỆN HÓA LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - Năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Trịnh Thị Hồng Thúy NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU TỪ HAI PHA CỨNG/MỀM BẰNG PHƢƠNG PHÁP LẮNG ĐỌNG ĐIỆN HÓA Chuyên ngành: Vật lí nhiệt Mã số: (Chương trình đào tạo thí điểm) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ TUẤN TÚ Hà Nội - Năm 2015 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn luận văn TS Lê Tuấn Tú, người động viên, tạo điều kiện giúp đỡ để hoàn thiện luận văn tốt nghiệp Thầy hướng dẫn nghiên cứu vấn đề thiết thực có nhiều ứng dụng sống khoa học Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô môn Vật lý nhiệt độ thấp, thầy cô khoa Vật lý giảng dạy giúp đỡ suốt trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp Ngoài ra, xin cám ơn đề tài VNU QG.14.03 hỗ trợ phần kinh phí Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, người bên tôi, cổ vũ động viên lúc khó khăn để vượt qua hoàn thành tốt luận văn Hà Nội, ngày 24 tháng 11 năm 2015 Học viên Trịnh Thị Hồng Thúy MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ 1.1 Vật liệu từ có cấu trúc nano 1.1.1 Dây nano từ tính Error! Bookmark not defined 1.1.2 Màng mỏng từ tính Error! Bookmark not defined 1.2 Vật liệu từ cứng Error! Bookmark not defined 1.2.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 1.2.2 Một số đặc trưng quan trọng Error! Bookmark not defined 1.2.3 Ứng dụng Error! Bookmark not defined 1.3 Vật liệu từ mềm Error! Bookmark not defined 1.3.1 Khái niệm Error! Bookmark not defined 1.3.2 Một số đặc trưng quan trọng Error! Bookmark not defined 1.3.3 Ứng dụng Error! Bookmark not defined 1.4 Giới thiệu vật liệu từ hai pha cứng/mềm Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 2: CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆMError! Bookmark not defined 2.1 Phƣơng pháp lắng đọng điện hóa Error! Bookmark not defined 2.2 Phƣơng pháp Vol – Ampe vòng (CV) Error! Bookmark not defined 2.3 Hiển vi điện tử quét (SEM) Error! Bookmark not defined 2.4 Phổ tán sắc lƣợng (EDX) Error! Bookmark not defined 2.5 Từ kế mẫu rung (VSM) Error! Bookmark not defined 2.6 Nhiễu xạ tia X (XRD) Error! Bookmark not defined 2.7 Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Error! Bookmark not defined 2.8 Chi tiết thí nghiệm Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Error! Bookmark not defined 3.1 Kết chế tạo vật liệu từ mềm CoNi Error! Bookmark not defined 3.1.1 Kết đo Vol – Ampe vòng (CV) Error! Bookmark not defined 3.1.2 Kết hiển vi điện tử quét Error! Bookmark not defined 3.1.3 Kết đo tính chất từ Error! Bookmark not defined 3.2 Kết chế tạo vật liệu từ cứng CoNiP dạng màng mỏngError! Bookmark not defined 3.2.1 Kết đo Vol - Ampe vòng (CV) Error! Bookmark not defined 3.2.2 Kết phân tích EDX Error! Bookmark not defined 3.2.3 Kết đo nhiễu xạ tia X Error! Bookmark not defined 3.2.4 Kết đo tính chất từ Error! Bookmark not defined 3.3 Kết hệ vật liệu hai pha CoNiP/CoNi Error! Bookmark not defined 3.3.1 Kết kính hiển vi điện tử quét Error! Bookmark not defined 3.3.2 Kết phân tích EDX Error! Bookmark not defined 3.3.3 Kết đo tính chất từ Error! Bookmark not defined 3.3.4 Ảnh hưởng từ trường Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO BÁO CÁO ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂNError! Bookmark not defined DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Một số dạng hình học vật liệu nano Hình 1.2 (a) Dây nano Ni tạo mảng có đường kính 200nm; (b) Dây nano Co bị phân tán có đường kính khoảng 70nm Hình 1.3 (a) Dây nano Ni đoạn; (b) Dây nano Ni-Au hai đoạn; (c) Dây nano nhiều lớp Co-Cu Hình 1.4 Những chu trình trễ mảng dây nano Ni Đường kính dây nano 100 nm, chiều dài chúng µm Hình 1.5 Chức hóa dây nano Au-Ni Hình 1.6 (a) Ghi từ song song; (b) Ghi từ vuông góc Hình 1.7 Đường cong từ trễ đặc trưng vật liệu từ cứng Hình 1.8 Đường cong từ trễ vật liệu từ mềm số thông số 11 đường từ trễ Hình 1.9 Sơ đồ minh họa đường khử từ nam châm hai pha 12 Hình 2.1 Bố trí ba cực phương pháp mạ điện chế tạo dây nano 14 Hình 2.2 Mô hình tổng quan thí nghiệm CV 15 Hình 2.3 Đồ thị biểu diễn quan hệ dòng - trình khử 16 Hình 2.4 Đồ thị biểu diễn quan hệ dòng - quét vòng 17 Hình 2.5 Kính hiển vi điện tử quét 18 Hình 2.6 Phổ tán sắc lượng tia X (EDX) 20 Hình 2.7 Máy đo từ kế mẫu rung 21 Hình 2.8 Mô hình từ kế mẫu rung 22 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy XRD 24 Hình 2.10 Máy nhiễu xạ tia X D5005 24 Hình 2.11 Sơ đồ máy hiển vi điện tử truyền qua 25 Hình 3.1 Đường đặc trưng CV dung dịch điện phân 28 Hình 3.2 Ảnh SEM dây nano loại bỏ khuôn 29 Hình 3.3 Đường cong từ trễ dây nano CoNi với từ trường đặt vào 29 song song với trục dây Hình 3.4 Đường đặc trưng CV dung dịch điện phân chứa CoNiP 30 Hình 3.5 Kết đo EDX 31 Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc tỉ lệ phần trăm nguyên tử 32 P vào nồng độ mol NH2PO2 Hình 3.7 Phân tích phổ XDR vật liệu CoNiP 32 Hình 3.8 Đường cong từ trễ màng CoNiP đo nhiệt 33 độ phòng Hình 3.9 Sự phụ lực kháng từ vào nồng độ mol NH2PO2 34 Hình 3.10 Sự phụ thuộc tỉ lệ Mr/Ms vào nồng độ 35 Sự phụ thuộc từ độ vào tỉ lệ phần trăm P 7500 35 7500 Oe NH2PO2 Hình 3.11 Oe Hình 3.12 Ảnh SEM vật liệu dây nano CoNiP 36 Hình 3.13 Phổ tán sắc lượng mẫu CoNiP 37 Hình 3.14 Đường cong từ trễ vật liệu CoNiP với từ trường đặt vào 37 song song với trục dây Hình 3.15 Thí nghiệm lắng đọng từ trường 38 Hình 3.16 Đường cong từ trễ vật liệu CoNiP bị ảnh hưởng từ 38 trường đặt vào Hình 3.17 Ảnh TEM vật liệu CoNiP có từ trường đặt vào sau 39 loại bỏ khuôn Hình 3.18 Phổ XRD vật liệu CoNiP chế tạo 39 Hình 3.19 Phổ EDX vật liệu CoNiP chế tạo từ 40 trường Hình 3.20 HRTEM vật liệu CoNi/CoNiP 41 Hình 3.21 Ảnh SAED vật liệu CoNiP 41 Hình 3.22 Đường cong từ trễ vật liệu CoNiP ảnh hưởng 41 từ trường MỞ ĐẦU Trong thời đại ngày nay, công nghệ nano hướng nghiên cứu thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học nhà đầu tư công nghiệp ứng dụng sản xuất thiết bị ứng dụng công nghiệp, chế tạo thiết bị điện tử Trong lĩnh vực khoa học công nghệ nano vật liệu nano nhánh nghiên cứu dành quan tâm đặc biệt đặc điểm tính chất lạ so với vật liệu thông thường Quan trọng hơn, khái niệm ứng dụng công nghệ nano không giới hạn ngành khoa học kĩ thuật mà áp dụng cho ngành khoa học sống y học Đặc biệt, công nghệ chế tạo đặc trưng vật lý cấu trúc nano chiều, hai chiều thu hút nhiều ý các ứng dụng quan trọng như: ghi từ, xét nghiệm sinh học, cảm biến ….[11, 13,15, 16] Ở Việt Nam, vào năm cuối kỷ XX, vật liệu nano trở thành lĩnh vực nhà khoa học quan tâm ý Với nhiều trung tâm nghiên cứu, nhiều thiết bị máy móc đại phục vụ cho việc nghiên cứu ứng dụng vật liệu nano trang bị thu nhiều kết đáng kể, đặc biệt vật liệu dạng hạt nano, dây nano màng mỏng Trên sở điều nói trên, luận văn chọn đối tượng nghiên cứu chế tạo nghiên cứu tính chất từ vật liệu nano từ tính đơn pha từ hai pha từ cứng/mềm phương pháp lắng đọng điện hóa Luận văn gồm phần chính: Chương - Tổng quan vật liệu từ Chương - Các phương pháp thực nghiệm Chương - Kết thảo luận CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ 1.1 Vật liệu từ có cấu trúc nano Cấu trúc nano nói chung vật liệu từ tính có cấu trúc nano nói riêng thường vật liệu đa pha, đó, đặc tính vùng giáp ranh pha qui định tương tác trao đổi Chính tương tác trao đổi hạt lớp từ tính khác nhau, tiếp xúc phân cách khoảng vài nano mét nhân tố quan trọng tạo nên số tượng vật lý [3] Nhờ phương pháp khác mà người chế tạo số cấu trúc vật liệu nano điển hình như: chuỗi hạt nano, băng nano, dây nano, ống nano, màng mỏng nano (hình 1.1) Để chế tạo cấu trúc nano vừa nêu trên, nói chung phải chuẩn bị khuôn đúc, mặt nạ, phải sử dụng kĩ thuật ăn mòn [3] Hình 1.1 Một số dạng hình học vật liệu nano [7] Rất nhiều thiết bị công nghệ đại chế tạo dựa vật liệu từ bao gồm: máy phát điện, biến áp, động điện, máy tính thành phần hệ thống âm thanh, video Các vật liệu nano từ tính quan tâm mối liên hệ đặc trưng vi cấu trúc tính chất từ Các đặc trưng bao gồm kích TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: Nguyễn Đình Đức, Vật liệu composite - tiềm ứng dụng, trường đại học công nghệ, đại học QGHN Nguyễn Hữu Đức (2003), Vật liệu từ liên kim loại, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Hữu Đức (2008), Vật liệu từ cấu trúc nano điện tử học spin, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Hoàng Hải (2009), Hiệu ứng nhớ từ vật liệu từ cứng FeCo/(Nd, Pr)2Fe14B, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 25 (2009) Lưu Tuấn Tài (2010), Giáo trình vật liệu từ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thị Thái (2014), Ảnh hưởng đường kính tỉ số hình dạng lên tính chất từ dây nano, Luận văn thạc sĩ Vật lí, trường Đại học Khoa học tự nhiên, đại học QGHN Đào Thị Trang (2015), Nghiên cứu ảnh hưởng nồng độ P lên vật liệu CoNiP, Khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học Khoa học tự nhiên, đại học QGHN Nguyễn Xuân Trường (2015), Nghiên cứu chế tạo nam châm kết dính Nd-FeB/Fe-Co từ băng nguội nhanh có yếu tố ảnh hưởng từ trường, Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt nam Tiếng Anh: C Zet, C Fosalau (2012), Magnetic nanowire based sensors, Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, Vol 7, pp 299 – 306 10 C Wen Kuo and P Chen (2010), The Applications of Metallic Nanowires for Live Cell Studies, Electrodeposited Nanowires and their Applications, Nicoleta Lupu (Ed.), ISBN: 978-953-7619-88-6, InTech Publishing House 11 D Zhang, Z Liu, S Han, C Li, B Lei, M P Stewart, J M Tour, C Zhou (2004), Magnetite (Fe3O4) Core-Shell Nanowires: Synthesis and Magnetoresistance, Nano Lett, 4, pp: 2151-2155 12 K.B Lee, Park, S., Mirkin, C A (2004), Multicomponent magnetic nanorods for biomolecular separations, Angew Chem Int Ed 43, pp: 3048 13 Le Tuan Tu, Luu Van Thiem, Pham Duc Thang (2014), Influence of bath composition on the electrodeposited Co-Ni-P nanowires, Communications in Physics, Vol 24, No 3S1, pp 103-107 14 Le Tuan Tu, Luu Van Thiem (2014), Fabrication and characterization of single segment CoNiP and multisegment CoNiP/Au nanowires, Communications in Physics, Vol 24, No (2014), pp 283-288 15 Luu Van Thiem, Le Tuan Tu, Phan Manh Huong (2015), Magnetization Reversal and Magnetic Anisotropy in Ordered CoNiP Nanowire Arrays: Effects of Wire Diameter, Sensors, 15, pp 5687-5696 16 M Alper, K Attenborough, R Hart, S.J.Lane, D.S Lashmore, C.Younes and W.Schwarzacher (1993), Giant magnetoresistance in electrodeposited superlattices, Appl Phys Lett 63 pp 2144-2146 17 Martin, C.R (1994), “Nanomaterials: A membrane-based syntheticapproach”, Science, Vol 266, pp 1961 18 Nguyen Thi Lan Anh (2015), Magnetic behavior of arrays of CoNi/CoNiP nanowires, Graduate studies, VNU University of Science, VNU, Hanoi 19 P Cojocaru, L Magagnin, E Gomez, E Vallés (2011), Nanowires of NiCo/barium ferrite magnetic composite by electrodeposition, Materials Letters 65, pp: 2765–2768 20 P Cojocaru, L Magagnin, E Gómez, E Vallés (2010), Electrodeposition of CoNi and CoNiP alloys in sulphamate electrolytes, Journal of Alloys and Compounds, 503, pp: 454–459 21 R.N Emerson, C Joseph Kennady, S Ganesan (2007), Effect of organic additives on the magnetic properties of electrodeposited CoNiP hard magnetic films, Thin Solid Films, Vol 515, pp: 3391–3396 22 S Karim, K Maaz (2011), Magnetic behavior of arrays of nickel nanowires: Effect of microstructure and aspect ratio, Materials Chemistry and Physics, Vol 3, pp: 1103 – 1108 23 S Guana, zand Bradley J Nelson (2005), Pulse-Reverse Electrodeposited Nanograinsized CoNiP Thin Films and Microarrays for MEMS Actuators, Journal of The Electrochemical Society,15, pp: C190-C195 24 T Ouchi, N Shimano, T Homma (2011), CoNiP electroless deposition process for fabricating ferromagnetic nanodot arrays, Electrochimica Acta, Vol 56, pp 9575 – 9580 25 V Varadan, L.F Chen, J Xie (2008), Nanomedicine: Design and Applications of Magnetic Nanomaterials, Nanosensors and Nanosystems Wiley Publishing House 26 W Yanga, C Cui, Q Liu, B Cao, L Liu, Y Zhang (2014), Fabrication and magnetic properties of Sm2Co17and Sm2Co17/Fe7Co3 magnetic nanowires via AAO templates, Journal of Crystal Growth, 399, pp: 1–6 27 Y Cao, G Wei, Hongliang Ge, Yundan Yu (2014), Synthesis and Magnetic Properties of NiCo Nanowire Array by Potentiostatic Electrodeposition, Int J Electrochem Sci., (2014) 5272 – 5279 [...]...TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: 1 Nguyễn Đình Đức, Vật liệu composite - tiềm năng và ứng dụng, trường đại học công nghệ, đại học QGHN 2 Nguyễn Hữu Đức (2003), Vật liệu từ liên kim loại, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 3 Nguyễn Hữu Đức (2008), Vật liệu từ cấu trúc nano và điện tử học spin, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 4 Nguyễn Hoàng Hải (2009), Hiệu ứng nhớ từ trong vật liệu từ cứng FeCo/(Nd, Pr)2Fe14B,... trình vật liệu từ, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội 6 Nguyễn Thị Thái (2014), Ảnh hưởng của đường kính và tỉ số hình dạng lên tính chất từ của dây nano, Luận văn thạc sĩ Vật lí, trường Đại học Khoa học tự nhiên, đại học QGHN 7 Đào Thị Trang (2015), Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nồng độ P lên vật liệu CoNiP, Khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học Khoa học tự nhiên, đại học QGHN 8 Nguyễn Xuân Trường (2015), Nghiên. .. lên vật liệu CoNiP, Khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học Khoa học tự nhiên, đại học QGHN 8 Nguyễn Xuân Trường (2015), Nghiên cứu chế tạo nam châm kết dính Nd-FeB/Fe-Co từ băng nguội nhanh có yếu tố ảnh hưởng của từ trường, Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt nam Tiếng Anh: 9 C Zet, C Fosalau (2012), Magnetic nanowire based sensors, Digest... Luu Van Thiem, Pham Duc Thang (2014), Influence of bath composition on the electrodeposited Co-Ni-P nanowires, Communications in Physics, Vol 24, No 3S1, pp 103-107 14 Le Tuan Tu, Luu Van Thiem (2014), Fabrication and characterization of single segment CoNiP and multisegment CoNiP/Au nanowires, Communications in Physics, Vol 24, No 3 (2014), pp 283-288 15 Luu Van Thiem, Le Tuan Tu, Phan Manh Huong... of NiCo/barium ferrite magnetic composite by electrodeposition, Materials Letters 65, pp: 2765–2768 20 P Cojocaru, L Magagnin, E Gómez, E Vallés (2010), Electrodeposition of CoNi and CoNiP alloys in sulphamate electrolytes, Journal of Alloys and Compounds, 503, pp: 454–459 21 R.N Emerson, C Joseph Kennady, S Ganesan (2007), Effect of organic additives on the magnetic properties of electrodeposited CoNiP