Chế tạo, nghiên cứu và ứng dụng vật liệu tổ hợp từ giảo - áp điện dạng tấm có cấu trúc nanô

I H C QU C GIA HÀ N I TR NG I H C CÔNG NGH Hoàng M nh Hà CH T O, NGHIÊN C U VÀ NG D NG V T LI U T H P T GI O - ÁP I N D NG T M CÓ C U TRÚC NANÔ LU N V N TH C S Hà N i - 2007 i L IC M N h L i đ u tiên cho phép tác gi bày t lòng bi t n sâu s c t i cô giáo, ng i ng d n khoa h c TS Th H ng Giang ng i t o u ki n thu n l i đ a nh ng ý ki n đóng góp ch đ o quý báu su t trình th c hi n hoàn thành lu n v n t t nghi p Xin chân thành c m n t p th th y cô, cán b b môn V t li u Linh ki n T tính t o u ki n giúp đ tác gi su t th i gian làm th c nghi m t i phòng thí nghi m c a B môn Xin chân thành c m n t i th y cô Khoa V t lý K thu t Công ngh Nanô, Tr ng i h c Công ngh , i h c Qu c gia Hà n i d y d ch b o tác gi su t th i gian h c t p t i Tr ng i h c Công ngh Xin chân thành c m n s tài tr c a 410.406 tài Mã s QC 07 07 c a tr Qu c gia Hà N i tài Nghiên c u C b n Mã s ng i h c Công ngh , ih c Cu i tác gi xin g i l i c m n chân thành t i s giúp đ , đ ng viên d y d c a b m , ng i thân gia đình b n l p đ i h c, l p cao h c K12N Hà n i, ngày 15 tháng 12 n m 2007 Tác gi Hoàng M nh Hà ii L I CAM OAN Tôi xin cam đoan nh ng k t qu nghiên c u khoa h c lu n v n hoàn toàn trung th c ch a t ng đ c công b b i b t k n i khác Hà n i, ngày 15 tháng 12 n m 2007 Tác gi Hoàng M nh Hà iii M CL C Trang L ic m n i L i cam đoan ii M cl c iii Danh m c b ng v Danh m c hình v , đ th vi M Ch U ng 1: T NG QUAN 1.1 Hi n t ng t gi o kh n ng ng d ng 1.1.1 Hi n t ng t gi o 1.1.2 V t li u t gi o kh n ng ng d ng 1.2 Hi n t ng áp n 1.2.1 Lý thuy t áp n 1.2.2 V t li u PZT 10 1.2.3 Kh n ng ng d ng c a v t li u PZT 11 11 1.3 Hi u ng t -đi n Ch ng 2: CÁC PH NG PHÁP TH C NGHI M 14 14 2.1 Ch t o m u 2.1.1 Ch t o b ng t FeCoBSi b ng ph ng pháp ngu i nhanh 14 2.1.2 X lý nhi t 15 2.1.3 Ch t o v t li u t h p t -đi n 15 2.2 o t gi o b ng ph ng pháp quang 16 2.3 H đo hi u ng t -đi n 19 2.4 Các ph 21 Ch ng pháp th c nghi m khác ng 3: K T QU VÀ TH O LU N 23 iv 3.1 Phân tích c u trúc c a b ng t (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1 23 3.2 Tính ch t t c a (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1 d ng b ng 25 3.2.1 Tính ch t t c a m u sau ch t o 25 3.2.2 Tính ch t t c a m u sau nhi t 26 3.3 Tính ch t t gi o c a b ng t (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1 28 3.4 Hi u ng t -đi n c a m u v t li u t h p FeCoBSi/PZT 30 3.4.1 S ph thu c c a h s h s t -đi n αE vào t tr ng 30 HDC 3.4.2 S ph thu c c a hi u ng t -đi n vào góc đ nh h gi a véc t phân c c PE v i t tr ng HDC hac 3.4.3 Ngo i suy đ ng cong (H) t đ ng cong 3.4.4 S ph thu c c a h s t -đi n vào t tr ng E(H) ng hac 3.4.5 S ph thu c c a hi u ng t -đi n vào c u hình v t li u t 33 39 40 43 h p 3.4.6 S ph thu c c a hi u ng t -đi n vào b ng t sau nhi t 3.5 ng d ng ch t o sens đo t tr ng 46 48 K T LU N 52 TÀI LI U THAM KH O 53 v DANH M C CÁC B NG Trang ng H* t i hi u ng t -đi n 45 B ng 3.2 B ng t ng k t h s E t tr ng H* t i hi u ng t -đi n đ t c c đ i đo đ c c u hình sandwich 46 B ng 3.3 S thay đ i hi u ng ME ph thu c vào trình b ng t FeCoBSi nhi t c a 47 B ng 3.4 B ng so sánh sens ch t o đ c lo i sens đo t tr ng d a hi u ng khác đ c s d ng r ng rãi hi n 51 B ng 3.1 B ng t ng k t h s E t tr đ t c c đ i đo đ c c u hình bilayer vi DANH M C CÁC HÌNH V , TH Ch ng 1: T ng quan Hình 1.1 Hi u ng t gi o c a m u hình c u:(a) t gi o th tích (b) t gi o n tính Joule [12] Trang đám mây n t Hình 1.2 Hi n t ng t gi o ng v i phân b d ng đ i x ng c u (αJ = 0) [17] Hình 1.3 Hi n t ng t gi o t ng ng v i tr ng h p: Hình 1.4 Hình minh h a bi n d ng n tính c a v t li u t gi o d ng kh i ho c d ng b ng m ng ng cong th c nghi m mô t s thay đ i t đ (M ∼ Bhf αJ >0 (a), αJ Oe s E(H) 43 Hình 3.21 Hình minh h a hai c u hình v t li u t h p nghiên c u: bilayer (a) sandwich (b) 44 Hình 3.22 S ph thu c c a hi u ng t -đi n vào t tr ng m t chi u đo m u bilayer có 1, 2, t m b ng t t ng ng v i t ph n th tích gi a hai pha t n n = 0,12; 0,24; 0,36 0,48 44 Hình 3.23 S ph thu c c a hi u ng t -đi n vào t tr ng m t chi u đo m u sandwich có 2, t m b ng t t ng ng v i t ph n th 45 ix tích gi a hai pha t n n = 0,24; 0,48 0,72 Hình 3.24 ng cong s ph thu c c a h s E vào t tr ng HDC m t ph ng m u theo ph ng song song v i chi u dài b ng ch a v i nhi t đ Ta = 350 °C 450 °C 47 Hình 3.25 nh ch p v t li u multiferroic FeCoBSi/PZT (a) sens đo t tr ng (b,c) 48 Hình 3.26 S ph thu c tín hi u n th l i sens vào t tr 49 ng đo Hình 3.27 ng cong s ph thu c tín hi u n th Vout c a sens vào góc đ nh h ng khác gi a t tr ng pháp n v i m t ph ng m u đo t i giá tr t tr ng khác H = 80, 150, 200 50 Oe ng li n nét đ ng cong s ph thu c c a Vout vào H = 90° 50 52 K T LU N tài “CH T O, NGHIÊN C U VÀ NG D NG V T LI U T H P T GI O - ÁP I N D NG T M CÓ C U TRÚC NANÔ” đ c tri n khai nghiên c u hoàn thành Các k t qu thu đ c g m: ã ch t o thành công b ng t m m (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1 b ng ph ng pháp ngu i nhanh Các nghiên c u v c u trúc tính ch t t , t gi o đ c ti n hành cho th y b ng t ch t o đ c có c u trúc vô đ nh hình v i tính ch t t t gi o siêu m m ã ch t o thành công v t li u t h p ME d ng t m b ng ph ng pháp k t dính t m áp n PZT gi a hai l p b ng t FeCoBSi S ph thu c c a hi u ng t -đi n đ c kh o sát m t cách đ y đ ph thu c vào đ l n đ nh h ng c a t tr ng so v i véc t phân c c n V i công ngh ch t o đ n gi n, giá thành th p, ch t o thành công v t li u multiferroic d ng t m s d ng b ng t m m nanô tinh th (Fe80Co20)78Si12B10 có hi u ng t -đi n kh ng l v i h s t -đi n cao t tr ng r t th p Tính ch t t v i có đ c nh tính ch t t t gi o siêu m m c a b ng t nanô tinh th d a h p kim FeCo S d ng v t li u nghiên c u v i c u hình t i u đ c l a ch n, ch t o th nghi m thành công sens đo t tr ng đ nh y cao cho phép sens có kh n ng phát hi n đ c t tr ng v i đ phân gi i micrô tesla c bi t sens ch t o đ c không ch phát hi n đ c đ l n c a c t tr ng m t chi u xoay chi u mà c đ nh h ng c a chúng V i u th này, sens d a hi u ng t -đi n h a h n kh n ng ng d ng r t m nh m nhi u l nh v c nh đ u đ c thông tin ghi t m t đ cao, đ u đo t tr ng dùng quân s , y-sinh h c, … 53 TÀI LI U THAM KH O A.E Clark and H.S Belson., (1972), Phys Rev B5 3642 A.E Clark, in: Handbook of Ferromagnetic Materials, ed E.P Wohlfarth, Elsevier Science, North-Holland, Amsterdam, 1980, Vol 1, p 513 APC International Ltd datasheet: http://americanpiezo.com/piezo_theory/ B de Mayo, D.W Forester, S Spooner., (1970), J Appl Phys 41, 1319 C.E Johnson, M.S Ridout, T.E Cranshaw., (1963), Proc Phys Soc (London) 81, 1079 D Landau and E Lifshitz., (1960), Electrodynamics of Continuous Media, Perganon Press, Oxford, p 119 G Song, P Z Qiao, W K Binienda, and G P Zou., (2002), “Active vibration damping of composite beam using smart sensors and actuators” JOURNAL OF AEROSPACE ENGINEERING, 15(3):97–103, July G Srinivasan et al., (2001), Phys Rev B 64, 21440 H.P.J Wijn., (1991), Magnetic Properties of Metals: d-element, alloys and compounds, Berlinm, Heidelberg, New York: Springer, p 26 10 J Ryu, S Priya, K Uchino, H Kim and D Viehland., (2002), J Korean Ceramic Society 9, 813 11 J Ryu, S Priya, K Uchino, H.-E Kim., (2002), J Electroceramics 8, 107 12 J.P Joule., (1847), Philosophical Magazine, 30, 76 13 K Uchino., (2000), Comprehensive Composite Materials Elsevier, Amsterdam, Vol 5, Chap 5.24, p 523 14 M.I Bichurin, V.M Petrov, R.V Petrov, YU.V Kiliba, F.I Bukashev, A.YU Smirnov, and D.N Eliseev., (2002) Ferroelectric, 280, 199 15 N Nersessian et al., (2004), IEEE Trans Magn 40, 2646 54 16 N.H Duc and D.T Huong Giang., (2007), J Alloys Comp, inpress 17 N.H Duc, in: K.H.J Buschow (Ed.)., (2001), Handbook of Physics and Chemistry of the Rare Earths s,Vol.32, Elsevier Science, North-Holland, Amsterdam 18 N.H Duc, in: K.H.J Buschow (Ed.)., (2001), Handbook of Physics and Chemistry of the Rare Earths s,Vol.32, Elsevier Science, North-Holland, Amsterdam 19 N.H Duc., (2002), J Magn Magn Mater 242-245, 1411 20 Nicola A Spaldin and Manfred Fiebig., (2005), “MATERIALS SCIENCE: The Renaissance of Magnetoelectric Multiferroics” Science, 15 July, pp: 391-392 21 Philips., (1976), “Piezoelectric ceramic/Permanent magnet materials” December, Componets and materials, Part 4b 22 R.G Ballas., (2007), “Piezoelectric Multilayer Beam Bending Actuators”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 23 T.H O’Dell., (1965), Electron Power 11, 266 24 Y Fetisov, A Bush, K Kamentsev, A Ostashchenko, G Srinivasan., (2004), Sensors, Proceedings of IEEE 3, 1106  ... ng cong s ph thu c c a Vout vào H = 90° 50 52 K T LU N tài “CH T O, NGHIÊN C U VÀ NG D NG V T LI U T H P T GI O - ÁP I N D NG T M CÓ C U TRÚC NANÔ” đ c tri n khai nghiên c u hoàn thành Các k... 3.4.4 S ph thu c c a h s t - i n vào t tr ng E(H) ng hac 3.4.5 S ph thu c c a hi u ng t - i n vào c u hình v t li u t 33 39 40 43 h p 3.4.6 S ph thu c c a hi u ng t - i n vào b ng t sau nhi t 3.5... ng b ng t m m nanô tinh th (Fe80Co20)78Si12B10 có hi u ng t - i n kh ng l v i h s t - i n cao t tr ng r t th p Tính ch t t v i có đ c nh tính ch t t t gi o siêu m m c a b ng t nanô tinh th d