Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ của pherit ni zn có cấu trúc nano tinh thể bằng phương pháp đồng kết tủa

LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T LI CM N Tụi xin by t lũng bit n chõn thnh v sõu sc n PGS TS Nguyn Phỳc Dng, Ngi thy - Nh khoa hc ó hng dn, giỳp tụi hon thnh lun ny Trong sut quỏ trỡnh hc v thc hin lun vn, tụi ó nhn c s hng dn, ch bo ht sc tn ty ca Thy Thy khụng ch truyn th nhng kin thc khoa hc b ớch, giỳp tụi nh hng phỏt trin nghiờn cu m cũn l tm gng sỏng v tinh thn nghiờn cu khoa hc hng say, nghiờm tỳc Tụi cng xin gi li cm n sõu sc ti NCS Lng Ngc Anh Anh khụng ch l ng nghip nghiờn cu m cũn nh mt ngi anh luụn quan tõm, giỳp , ch bo tụi sut quỏ trỡnh lm lun Tụi xin gi li cm n n GS TSKH Thõn c Hin cựng cỏc anh ch nhúm Vt liu T - Vin ITIMS ó h tr v cú nhng gúp ý rt chõn thnh v quý giỏ cho lun ca tụi Tụi cng mun gi li cm n n cỏc thy, cụ, anh, ch ang lm vic ti Vin ITIMS ó to nhng iu kin tt nht cú th tụi nghiờn cu v thc hin lun c bit tụi mun by t lũng bit n sõu sc ti gia ỡnh, bn bố v ng nghip ti c quan cụng tỏc ó ng viờn, c v v to iu kin ti a giỳp tụi hon thnh lun H Ni, thỏng 12 nm 2013 Tỏc gi lun Hong Tỳ HONG T ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T LI CAM OAN Tụi cam oan nhng ni dung lun ny l tụi thc hin di s hng dn trc tip ca PGS TS Nguyn Phỳc Dng Mi thụng tin tham kho dựng lun u c trớch dn rừ rng Cỏc s liu, kt qu nờu lun l hon ton trung thc v cha tng c cụng b bt k cụng trỡnh no khỏc H Ni, thỏng 12 nm 2013 Tỏc gi lun Hong Tỳ HONG T ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T MC LC DANH MC CC BNG DANH MC CC HèNH V, TH M U CHNG 1: TNG QUAN V VT LIU PHERIT SPINEN 1.1 Cu trỳc tinh th ca pherit spinen 1.2 Tớnh cht t 10 1.2.1 Tng tỏc trao i pherit spinen 10 1.2.2 Lý thuyt Nộel pherit spinen 13 1.3 Pherit spinen niken 17 CHNG 2: VT LIU PHERIT SPINEN Cể CU TRC NANO 19 2.1 Mụ hỡnh lừi v 19 2.2 D hng t b mt 20 2.3 S suy gim mụmen t theo hm Bloch 21 2.4 Hỡnh thnh cu trỳc n ụmen 21 2.5 Lc khỏng t 23 2.6 Hin tng siờu thun t 24 2.7 Phng phỏp tng hp ht nano pherit spinen 29 2.8 Ht nano pherit niken 34 CHNG 3: CH TO MU V KHO ST THC NGHIM 37 3.1 Ch to mu 37 3.1.1 Chun b húa cht v thit b 37 3.1.2 Quy trỡnh tng hp 38 3.2 Kho sỏt thc nghim 38 3.2.1 Phng phỏp nhiu x tia X 38 3.2.2 Phng phỏp kớnh hin vi in t quột 40 3.2.3 Phng phỏp t k mu rung 42 HONG T ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T CHNG 4: KT QU V THO LUN 44 4.1 Kt qu o nhiu x tia X 44 4.2 Kt qu phõn tớch nh SEM 48 4.3 Nghiờn cu tớnh cht t 49 4.3.1 Mụmen t 50 4.3.2 Nhit Curie 53 4.3.3 Nhit khúa 54 KT LUN 56 TI LIU THAM KHO 57 HONG T ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T DANH MC CC BNG Bng 1.1: Phõn b ion cỏc v trớ ca cu trỳc spinen Bng 1.2: Bỏn kớnh mt s ion Bng 1.3: Tớnh cht ca mt s pherit spinen Bng 1.4: Khong cỏch gia cỏc ion, a l hng s mng, u l tham s ụxy 12 Bng 1.5: Tớch phõn trao i ca mt s vt liu spinen 13 Bng 1.6: Bng phõn b cỏc ion v mụmen t ca mt phõn t mt s pherit 15 Bng 4.1: Giỏ tr hng s mng v kớch thc tinh th ca h mu Ni1-xZnxFe2O4 47 Bng 4.2: T t phỏt ca mu o ti 87 K v 300 K 51 Bng 4.3: Nhit TC ph thuc vo nng pha Zn 53 HONG T ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T DANH MC CC HèNH V, TH Hỡnh 1.1: T bo tinh th pherit spinen Hỡnh 1.2: Cu trỳc t ca spinen st t v spinen phn st t 10 Hỡnh 1.3: Cỏc kiu tng tỏc 11 Hỡnh 1.4: Mt vi dng cu hỡnh xp xp ion mng spinen 12 Hỡnh 1.5: Mụmen t ph thuc vo nhit ca ferit spinen, 15 Hỡnh 1.6: Cu trỳc gúc pherit spinen 17 Hỡnh 2.1: Mụ hỡnh lừi v 20 Hỡnh 2.2: Cu trỳc a ụmen v n ụmen ht t 22 Hỡnh 2.3: S ph thuc ca lc khỏng t vo ng kớnh ht nano t 24 Hỡnh 2.4: Tớnh siờu thun t ca ht nano t 25 Hỡnh 2.5: Hng ro nng lng gim bt cú t trng ngoi 27 Hỡnh 2.6: ng ZFC/FC 28 Hỡnh 2.7: Nguyờn tc ch to ht nano 29 Hỡnh 2.8: S biu din phng phỏp phun-nung 31 Hỡnh 2.9: S thit b tng hp ht nano bng ngun laze 32 Hỡnh 2.10: S ch to vt liu nano bng cụng ngh sol-gel 33 Hỡnh 3.1: S mụ t nguyờn lý hot ng phng phỏp nhiu x tia X 39 Hỡnh 3.2: Mỏy o nhiu x tia X 40 Hỡnh 3.3: Mỏy o VSM (Vin ITIMS, i hc Bỏch khoa H Ni) 43 Hỡnh 4.1: Gin nhiu x tia X ca mu Ni0,6Zn0,4Fe2O4 44 Hỡnh 4.2: Gin nhiu x tia X ca h mu Ni1-xZnxFe2O4 (x = ữ 0,8) 45 Hỡnh 4.3: S xờ dch nh nhiu x 46 Hỡnh 4.4: th biu din s ph thuc ca hng s mng vi nng Zn 47 Hỡnh 4.5: nh SEM ca mu 48 Hỡnh 4.6: ng cong t húa ca h mu Ni1-xZnxFe2O4 50 HONG T ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T Hỡnh 4.7: th mụ men t t phỏt ph thuc vo nng Zn 52 Hỡnh 4.8: Mụ men t t phỏt ph thuc nhit 52 Hỡnh 4.9: Nhit Curie (TC) ph thuc nng Zn 52 Hỡnh 4.10: th ZFC/FC ca cỏc mu Ni1-xZnxFe2O4 55 HONG T ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T M U Chỳng ta ang sng k nguyờn khoa hc cụng ngh phỏt trin nh v bóo v nghiờn cu ch to vt liu mi luụn l ngnh úng vai trũ then cht Nhiu vt liu tiờn tin ó c phỏt trin nhm phc v phỏt trin kinh t, xó hi, nõng cao cht lng cuc sng v bo v mụi trng Trong ú, vt liu cú cu trỳc nano l lnh vc ó v ang c cỏc nh khoa hc quan tõm hin Nghiờn cu vt liu nano ũi hi kin thc a ngnh liờn quan n vt liu cú cu trỳc kớch thc nanomet (mt nanomet l mt phn t một), nn tng ca nú quy t nhiu ngnh bao gm hoỏ hc, vt lý, sinh hc, y sinh hc, vt liu hc, in hc, c hc, toỏn hc, tin hc Vt liu nano khụng nhng lm giu tri thc khoa hc ca ngi m cũn em li cho chỳng ta nhiu ng dng to ln gúp phn gii quyt nhng bi toỏn mang tớnh lõu di nh: y t, nng lng, mụi trng Nhng nm gn õy, s phỏt trin vt bc ca ngnh in t, cụng ngh thụng tin v cụng ngh sinh hc ó m nhng trin vng ht sc to ln cho vt liu t Trong ú vt liu t cú cu trỳc nano luụn c cỏc nh t hc quan tõm hng u Pherit niken l pherit t mm cú lc khỏng t thp v in tr sut cao nờn c ng dng lm lừi mỏy bin th, s dng thit b vin thụng [28] c bit, vic to vt liu nano pherit spinen cho phộp ghi t vi mt cao, s dng mỏy cng hng t (MRI), thay th vt liu phúng x truyn dn thuc vo c th m nhng hng ng dng mi rt quan trng Lun trung nghiờn cu v h pherit niken-km Ni1-xZnxFe2O4 cú kớch thc nanomet bao gm vic kho sỏt cỏc iu kin cụng ngh ch to, nghiờn cu cỏc c trng v cu trỳc, hỡnh thỏi hc v cỏc tớnh cht t H ht nano pherit spinen Ni1-xZnxFe2O4 c ch to bng phng phỏp ng kt ta, s dng cỏc dung dch ngm nc ca cỏc mui st clorua, niken clorua, crom clorua v dung dch natri hydroxit õy l phng phỏp ch to n gin, cho kt qu HONG T ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T mu bt cú ht mn v ng u Ht to thnh c kho sỏt thnh phn, cu trỳc bng phộp o nhiu x XRD v chp nh SEM Tớnh cht t ca h ht ny c kho sỏt thụng qua cỏc phộp o trờn mỏy VSM Cỏc tớnh cht nh: momen t, nhit Curie, nhit khúa ó c nghiờn cu Lun vi tiờu : Ch to v nghiờn cu tớnh cht t ca pherit Ni-Zn cú cu trỳc nano tinh th bng phng phỏp ng kt ta gm chng: Chng Tng quan v vt liu pherit spinen Chng Vt liu Pherit spinen cú kớch thc nano Chng Ch to mu v kho sỏt thc nghim Chng Kt qu v tho lun HONG T ITIMS 2011 CHNG 1: TNG QUAN V VT LIU PHERIT SPINEN CHNG TNG QUAN V VT LIU PHERIT SPINEN Cỏc vt liu pherit cú mụmen t t phỏt di nhit Curie (TC) ging nh cỏc cht st t Khỏc vi st t, cỏc mụmen t ụmen ca pherit khụng song song m i song song nhng khụng bự tr Ngi ta quy c, pherit l cht phn st t khụng bự tr Pherit thng c cu to bi cỏc ion kim loi 3d, 4f vi ụxy bng cỏc liờn kt ng hoỏ tr Cỏc ion kim loi t tớnh pherit thng c ngn cỏch bi ion ụxy cú bỏn kớnh ln (1,32 ) gp hai ln bỏn kớnh ion t tớnh (0,6 ữ 0,8 ) Tng tỏc gia cỏc ion t tớnh pherit thụng qua ion ụxy (qu o 2p), ú l cỏc trao i giỏn tip (cũn gi l siờu tng tỏc) L.Neộl (nm 1948) ó xut lý thuyt lm sỏng t c ch vi mụ v tng tỏc pherit [4] 1.1 Cu trỳc tinh th ca pherit spinen Cỏc pherit spinen cú cụng thc húa hc chung l: MO Fe2O3 = MFe2O4 õy M l cỏc ion kim loi húa tr II nh: Mn2+, Fe2+, Co2+, Zn2+, Mg2+, Cu2+, Ni2+ Cu trỳc tinh th l cu trỳc khoỏng spinen Nguyờn t ễxy Cỏc nguyờn t A v trớ bỏt din Cỏc nguyờn t B v trớ t din AB2O4 Hỡnh 1.1: T bo tinh th pherit spinen HONG T ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN Da trờn gin nhiu x tia X ca mu bt Ni1-xZnxFe2O4 ti nhit phũng ta thy: - Khi nhit 6000C mu to thnh cha n pha, ngoi cu trỳc spinen (Ni,Fe)Fe2O4, tinh th cũn tn ti nhiu cu trỳc khỏc nh Fe2O3, NiO v ZnO - Khi nhit tng lờn 800oC, tinh th cũn tn ti cu trỳc oxit Fe3O4 v NiO - Khi tng nhit n 1100oC mu to thnh hon ton n pha, cỏc nh nhiu x c trng cho cu trỳc spinen ti cỏc mt phn x (111), (220), (311), (222), (400), (422), (511) v (440) Cu trỳc tinh th ca ht nano Ni1-xZnxFe2O4 ch tn ti 440 511 422 400 222 220 C-ờng độ nhiễu xạ (đ.v.t.y) 311 nht pha cu trỳc spinen (Ni,Zn )Fe2O4 (dng spinen o) x = 0,8 x = 0,7 x = 0,6 x = 0,5 x = 0,4 x = 0,3 x = 0,2 x = 0,1 x=0 30 40 50 60 theta (độ) Hỡnh 4.2: Gin nhiu x tia X ca h mu Ni1-xZnxFe2O4 (x = ữ 0,8) nhit ti 11000C khong thi gian gi HONG T 45 ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN 311 T nhng kt qu phõn tớch gin nhiu x tia X cú th kt lun h mu Ni1-xZnxFe2O4 ch n pha hon ton nhit khỏ cao l 1100oC, Nhit ca h ht nano pherit niken pha km khụng th ln hn 1250oC vỡ ú km s b bay hp cht pherit [4] Vỡ vy chng ny ch trỡnh by nhng kt qu kho sỏt ca h mu Ni1xZnxFe2O4 (x = ữ 0,8) c nhit 1100oC Kớch thc tinh th ca h ht Ni1-xZnxFe2O4 c tớnh gn ỳng theo cụng thc Debye-Sherrer: d k cos (4.1) Trong ú d l kớch thc tinh th, k l h s t l, l rng vt lý ca nh nhiu x cú cng ln nht Nu rng vt lý c xỏc nh C-ờng độ nhiễu xạ (đ.v.t.y) gn bng nhit thiờu kt ca mu (1200oC) x = 0,8 x = 0,6 x = 0,4 x = 0,2 x=0 35.0 35.5 36.0 theta (độ) Hỡnh 4.3: S xờ dch nh nhiu x theo Laue thỡ k = 1, cũn s dng theo phng phỏp Sherrer thỡ k = 0,94 Hng s mng ca h ht Ni1-xZnxFe2O4 c xỏc nh theo cụng thc Scherrer: a dhkl h2 k l (4.2) Da vo gin nhiu x tia X, giỏ tr hng s mng a v kớch thc tinh th d ca h ht nano Ni1-xZnxFe2O4 nhit ti 1100oC c xỏc nh bng 4.1: HONG T 46 ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN Bng 4.1: Giỏ tr hng s mng v kớch thc tinh th ca h mu Ni1-xZnxFe2O4 Ni1-xZnxFe2O4 (x) a () DXRD (nm) 0.0 8.349 63 0.1 8.354 134 0.2 8.363 154 0.3 8.373 80 0.4 8.383 48 0.5 8.399 63 0.6 8.411 86 0.7 8.433 76 0.8 8.436 60 Nhn thy giỏ tr hng s mng a tng ng vi mu [16], v tng tuyn tớnh theo nng km, iu ny cng th hin khỏ rừ s dch vch nhiu x trờn ph XRD (hỡnh nh hỡnh 4.2) S thay th ion km lm thay i giỏ tr hng s mng c biu din trờn hỡnh 4.3: 8.44 Hệ hạt nano Ni-Zn luận văn Hệ mẫu khối [16] 8.42 a (angstrom) 8.40 8.38 8.36 8.34 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Nồng độ pha tạp Zn Hỡnh 4.4: th biu din s ph thuc ca hng s mng vi nng Zn ca h mu ch to v mu HONG T 47 ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN Cỏc nghiờn cu trc õy ó ch cỏc ion Zn2+ nm hon ton phõn mng A, ion Ni2+ nm hon ton phõn mng B ú ion Fe3+ phõn b c hai phõn mng A v B, ng vi cụng thc húa hc [ZnxFe1-x]{Ni1-xFe1+x}O4 [19, 27] Bỏn kớnh ca ion Zn2+ v Ni2+ trng t din ca tinh th pherit spinen tng ng bng 0,82 v 0,78 , bỏn kớnh iụn Fe3+ c phõn mng bng 0,67 [12] Vỡ vy hng s mng a tng lờn l ng thi hai nguyờn nhõn: th nht l iụn Ni2+ b thay th bi iụn Zn2+ cú bỏn kớnh ln hn, ng thi Zn2+ cng cú xu hng thay th iụn Fe3+ cú bỏn kớnh nh hn nm phõn mng A 4.2 Kt qu phõn tớch nh SEM a (x = 0) b (x = 0,1) c (x = 0,4) d (x = 0,8) Hỡnh 4.5: nh SEM ca mu NiFe2O4 (a), mu Ni0,9Zn0,1Fe2O4 (b), mu Ni0,6Zn0,4Fe2O4 (c) v mu Ni0,2Zn0,8Fe2O4 (d) ch to bng phng phỏp ng kt ta nhit 11000C gi HONG T 48 ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN Kớch thc v hỡnh dng ca cỏc ht c quan sỏt trc tip bng hin vi in t quột (SEM) sau mu c sch bng nc kh ion, rung siờu õm cỏc ht khụng b bỏm dớnh nh SEM ca cỏc mu x = 0; x = 0,1; x = 0,4; x = 0,8 c trỡnh by trờn hỡnh 4.4 Vi mu x = ta thy cỏc ht cú dng gn hỡnh lp phng v trng thỏi kt ỏm quỏ trỡnh nhit Kớch thc ca cỏc ht khong vi chc nano n hng trm nano Giỏ tr ny ln hn mt chỳt so vi giỏ tr kớch thc ht tớnh toỏn bng h thc Scherrer (bng 4.1) Tuy nhiờn cỏc nng pha ln hn (nh vi mu x = 0,1; 0.4) ta thy cú s phỏt trin v kớch thc ht, iu ny cú th c gii thớch l s tng lờn ca th tớch ụ c s thay th cỏc ion km cú bỏn kớnh ln, dn n s hỡnh thnh cu trỳc ht ln nhit cao thi gian di Khi pha nng cao trng thỏi kt ỏm xy rừ rt hn Kớch thc ht SEM ln hn kớch thc tinh th c tớnh toỏn theo cụng thc Sherrer cú th nhiu x tia X vi phng phỏp bt ch xỏc nh c kớch thc tinh th, khụng xỏc nh c kớch thc ht, ta bit rng mt s hiu ng cú th lm thay i b rng ca nh nhiu x: kớch thc tinh th, s xen ph cỏc nh gn nhau, sc cng (microstrain), khuyt tt im v hn na mt ht cú th l mt tinh th cng cú th gm nhiu tinh th nh vy kớch thc ht SEM thng ln hn tớnh toỏn kớch thc tinh th nhiu x tia X 4.3 Nghiờn cu tớnh cht t Tớnh cht t ca cỏc mu Ni1-xZnxFe2O4 c o c trờn h VSM t ti Vin ITIMS vi t trng ngoi cú giỏ tr ln nht l 10 kOe HONG T 49 ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN 4.3.1 Mụmen t NiFe2O4 70 300 K 350 K 400 K 450 K 500 K 550 K 600 K 640 K 670 K 720 K 770 K 820 K 850 K 860 K 50 40 30 20 300 K 350 K 400 K 450 K 500 K 550 K 600 K 650 K 680 K 720 K 750 K 780 K 800 K 820 K 70 60 Magnetization (emu/g) 60 Magnetization (emu/g) Ni0.8Zn0.2Fe2O4 80 10 50 40 30 20 10 0 2000 4000 6000 8000 10000 2000 H - field (Oe) 10000 50 40 30 300 K 350 K 400 K 420 K 450 K 470 K 500 K 530 K 70 60 Magnetization (emu/g) 60 Magnetization (emu/g) 8000 Ni0.4Zn0.6Fe2O4 80 300 K 350 K 400 K 450 K 500 K 550 K 600 K 650 K 700 K 733K 743 K 70 20 10 50 40 30 20 10 0 2000 4000 6000 8000 10000 2000 H - field (Oe) 4000 6000 8000 10000 H - field (Oe) Ni0.3Zn0.7Fe2O4 40 Ni0.2Zn0.8Fe2O4 20 Magnetization (emu/g) 300 K 320 K 330 K 360 K 390 K 420 K 450 K 470 K 30 Magnetization (emu/g) 6000 H - field (Oe) Ni0,6Zn0,4Fe2O4 80 4000 20 10 300 K 350 K 400 K 420 K 450 K 470 K 500 K 530 K 10 0 2000 4000 6000 8000 10000 H - field (Oe) 2000 4000 6000 8000 10000 H - field (Oe) Hỡnh 4.6: ng cong t húa ca h mu Ni1-xZnxFe2O4 nhit ti 11000C thi gian gi HONG T 50 ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN Hỡnh 4.5 l ng cong t húa miờu t s ph thuc ca t M vo t trng ngoi H ng M(H) cho thy h ht Ni1-xZnxFe2O4 l vt liu t mm vi lc khỏng t thp ch khong vi chc Oe Giỏ tr mụmen t t phỏt MS ca cỏc mu c xỏc nh bng phộp ngoi suy ng ph thuc ca M vo 1/H 1/H tin ti Bng 4.2: T t phỏt ca mu o ti 87 K v 300 K, so sỏnh vi mu o ti 300 K [14] Ni1-xZnxFe2O4 (x) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 MS (emu/g) T = 87 K 45.8 65 75 84.5 87.5 99.5 102.1 80.8 42.3 MS (emu/g) T = 300 K 42.5 55.3 61.2 67.1 69.6 67.2 62.1 29.6 9.3 Mu T = 300 K 43,1 55,0 67,1 71.3 77.9 71.2 67,1 46,5 21.2 Hỡnh 4.7 miờu t s ph thuc ca t t phỏt MS theo nhit ca cỏc mu S ph thuc ca mụ men t t phỏt theo nng km cỏc nhit 87 K v 300 K c biu din trờn hỡnh 4.6 Kt qu cho thy quỏ trỡnh pha Zn2+ mụ men t t phỏt ca vt liu ban u cú xu hng tng n mt giỏ tr cc i sau ú gim dn nng km ln, nhit 87 K mụ men t t phỏt tng khong x 0,6 cũn nhit 300 K cỏc giỏ tr ny tng khong x 0,4 v tng t nh vi mu (hỡnh 4.6) ó tng c cụng b bi J Smit v H.P.J.Wijn [14] iu ny c lý gii l nng iụn km (l cht phi t) gia tng c phõn mng A v B khin tng tỏc A-B suy gim v lm thay i cu trỳc gúc phõn mng B HONG T 51 ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN Hệ hạt nano luận văn đo 87 K Hệ hạt nano luận văn đo 300 K Hệ mẫu khối đo 300K [14] 120 Từ độ bão hòa (emu/g) 105 90 75 60 45 30 15 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Nồng độ pha tạp Zn Hỡnh 4.7: th mụ men t t phỏt ph thuc vo nng Zn ca h ht nano Ni1-xZnxFe2O4 lun o nhit 87K, 300K v mu 300K 120 Từ độ tự phát (emu/g) 100 80 60 x=0 TC= 860K x = 0.1 TC= 835K x = 0.2 TC= 803K x = 0.3 TC= 752K x = 0.4 TC= 734K x = 0.5 TC= 682K x = 0.6 TC= 525K x = 0.7 TC= 425K x = 0.8 TC= 375K 40 20 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 Nhiệt độ (K) Hỡnh 4.8: Mụ men t t phỏt ph thuc nhit HONG T 52 ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN 4.3.2 Nhit Curie Nhit TC c xỏc nh da trờn cỏc ng cong MS-T (hỡnh 4.8) l nhit ti ú mụ men t t phỏt MS tin n Bng 4.3: Nhit TC ph thuc vo nng pha Zn Ni1-xZnxFe2O4 (x) TC (K) 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 860 835 803 752 734 682 525 425 375 Nhit Curie ca cỏc mu gim t 860 K xung 375 K ta tng nng thay th Zn2+ vo Ni2+ (bng 4.3) S phõn b cation pherit spinel quyt nh ln tng tỏc trao i ca mụmen t phõn mng A v B v ú quyt nh n giỏ tr ca nhit Curie nng pha x = giỏ tr TC tng ng vi giỏ tr ca mu (860K) Khi ta tng nng pha Zn2+ thỡ nhit Curie ca cỏc mu gim, iu ny l tng nng km tng tỏc A-B gim dn, ú tng tỏc B-B li khụng thay i ỏng k Hỡnh biu din cỏc giỏ tr TC ca h ht ch to nghiờn cu ny v c so sỏnh vi cỏc mu S sai khỏc nhit (T) gia nhit Curie ca cỏc mu ch to c v cỏc mu ch to bng phng phỏp gm ó cụng b trc õy [25] cng c biu din hỡnh nh 4.8 S sai khỏc v TC õy cú th l s phõn b ion km khỏc cỏc mu Cỏc nghiờn cu ó chng minh rng ion Zn2+ cng cú th chim mt phn ỏng k cỏc v trớ phõn mng B [10], ú ng vi cựng mt nng km x, t phn nguyờn t Zn cỏc v trớ hai phõn mng A v B khỏc s dn n cỏc giỏ tr TC khỏc HONG T 53 ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN 900 Hệ hạt nano Ni-Zn luận văn Hệ mẫu khối [11] 800 600 100 50 500 T(K) Nhiệt độ Curie (K) 700 -50 400 -100 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 x (Zn) 300 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 Nồng độ pha tạp Zn Hỡnh 4.9: Nhit Curie (TC) ph thuc nng Zn 4.3.3 Nhit khúa Hỡnh 4.9 biu din s bin i mụmen t theo nhit ca cỏc mu x = ữ 0,4 lm lnh khụng cú t trng (ZFC) v cú t trng (FC) vi t trng ngoi H = 100 Oe Nhit khúa (TB) c xỏc nh l nhit m ti ú ng cong ZFC v FC b phõn tỏch v mụ men t t giỏ tr cc i Ti ú mu chuyn t trng thỏi ferri t sang trng thỏi siờu thun t Nhit khúa (TB) ca cỏc mu x = 0; x = 0,1 v x = 0,2 ln lt bng 635 K, 685 K v 735 K i vi mt ht n ụ men khụng tng tỏc, nhit khúa c tớnh theo cụng thc Keff V 25kBTB , ú Keff l h s d hng hiu dng, V l th tớch ht, kB hng s Boltzmann Cú th s thay th km dn n s gim ca d hng t tinh th, nhiờn TB cỏc mu ny cú xu hng tng theo HONG T 54 ITIMS 2011 CHNG 4: KT QU V THO LUN nng km S tng TB trng hp ny cú th c x = 0,4 gii thớch kớch thc ht ca cỏc mu tng ỏng k nng km tng (mc 4.1) x = 0,3 cỏc hiu ng tng tỏc gia cỏc ht trang thỏi kt ỏm, s úng gúp ca thnh phn d hng t b mt cỏc ht i vi cỏc mu cú nng Từ độ (emu/g) Ngoi ra, TB tng cũn cú th x = 0,2 km ln hn, cỏc ng TB = 735 K x = 0,1 TB = 685 K cong ZFC v FC tỏch ton di nhit s nh hng ca hin tng lch x=0 spin chim u th 300 400 500 TB = 635 K 600 700 800 Nhiệt độ (K) Hỡnh 4.10: th ZFC/FC ca cỏc mu Ni1-xZnxFe2O4 (x = ữ 0,4) o t trng 100 Oe HONG T 55 ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T KT LUN Cụng vic ca lun ó ch to thnh cụng h ht nano Ni1-xZnxFe2O4 (x = ữ 0,8) vi kớch thc nano c tng hp bng phng phỏp ng kt ta H mu hon ton n pha nhit 11000C 5h Cu trỳc tinh th, kớch thc v hỡnh thỏi ht cựng cỏc c trng t tớnh ca h mu ó c nghiờn cu Khi tng nng thay th ion km, hng s mng tinh th cng tng iụn Zn2+ cú kớch thc ln hn iụn Ni2+ v iụn Fe3+ Cỏc tớnh cht t cho thy s nh hng ỏng k bi s thay th ion Zn2+ vo ion Ni2+ cu trỳc spinel, s thay i kớch thc ht ph thuc vo nng km cng nh phõn b cation lm thay i mụmen t t phỏt (MS), nhit Curie (TC), nhit khúa (TB) Trong ú: - MS tng n giỏ tr cc i ti x = 0,4 sau ú gim dn - TC gim t l nghch vi nng pha km - TB xut hin cỏc mu cú nng pha km thp v bin mt hon ton nng pha cao nh hng ca nng km lờn cỏc tớnh cht t c gii thớch thụng qua tng tỏc t cỏc phõn mng, hin tng lch spin v cu trỳc gúc phõn mng B Kt qu thc nghim cho thy cu trỳc v cỏc tớnh cht t c bn ca cỏc mu khụng khỏc nhiu so vi cỏc vt liu tng ng Nhng kt qu ny l c s cho cỏc nghiờn cu tip theo lm sỏng t s nh hng ca cụng ngh ch to n s phõn b ion, tớnh cht t ni ti cng nh vai trũ ca tng tỏc gia cỏc ht lờn tớnh cht t ca h HONG T 56 ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T TI LIU THAM KHO Ting Vit: [1] Nguyn Phỳ Thựy (2003), Vt lớ cỏc hin tng t, NXB i hc Quc Gia HN [2] Nguyn Hu c (2003), Vt liu t liờn kim loi, NXB i hc Quc Gia HN [3] Phan Vn Trng (2007), Vt liu vụ c, NXB i hc Quc Gia HN, trang 34 [4] Thõn c Hin (2008 ), T hc v vt liu t, NXB i hc Bỏch khoa HN Ting Anh: [5] A Millan, A Urtizberea, F Palacio, N.J O Silva, V.S Amaral, E Snoeck, and V.Serin (2007), Surface effects in maghemite nanoparticles, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 312, L5.L9 [6] B.D Cullity (1972), Introduction to Magnetic Materials, Addinson Wesley, New York [7] Christy Riann Vestal (2004), Magnetic coupling and superparamagnetic properties of spinel ferrite nanopartiles, Doctor thesis, Georgia Institute of Technology, Atlanta, U.S [8] C.N Chinnasamy, A Narayannasamy, N Ponpandian, K Chatopadhyay, K Shinoda, B Jeyaadevan, K Tohji, K Nakatsuka,T Furubayashi, I Nakatani, Phy Rev B 63 (2001) 184108 [9] Elena-Lorena Salaba (2004), Structural and Magnetic Investigations of Magnetic Nanoparticles and Core-Shell Colloids Faculty of Natural Sciences, University of Duisburg-Essen, Duisburg [10] G.F Dione, J Appl Phys., 63 (8), 3777-9 (1988) [11] G.K Joshi, A Y Khot and S.R Sawant, Solid State Commun 65, 12 (1988) [12] H.E Zhang, B.F Zhang, G.F Wang, X.H Dong, Y Gao, J Magn Magn Mater 312 (2007), pp.126 - 130 [13] J Restrepoa, Y Labaye, J M Greneche (2006), Surface anisotropy in HONG T 57 ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T maghemite nanoparticles Physica B, 384, pp 221 - 223 [14] J Smit and H P J Wijn (1959), Ferrites; Physical Properties of Ferrimagnetic Oxides in Relation to Their Technical Applications, pp 369 Wiley, New York [15] L Berger, Y Labaye, M Tamine, J M D Coey (2008), Ferromagnetic nanoparticles with strong surface anisotropy: Spin structures and magnetization processes, Physical Review B, 77, p 104431 [16] L K Leung, B J Evans and A H Morrish, Phys Rev B 8, (1973) [17] Mathew George, Asha Mary John, Swapna S Nair, P.A.Joy, M.R Ananthanraman (2006), Journal of Magnetism and Magetic materials, p190 195 [18] M Mozafari, M Eghbali Arani, and J Amighian, The effect of cation distribution on magnetization of ZnFe2O4 nanoparticles, J Magn Magn Mater 322 (2010) 3240-3244 [19] P N Vasambekar, C B Kolekar, A S Vaingankar, Mater Chem Phys 60 (1999) 282 [20] Pedro Tartaj, Marớa del Puerto Morales, Sabino Veintemillas-Verdaguer, Teresita Gonzỏlez - Carreủo and Carlos J Serna (2003), The preparation of magnetic nano particles for applications in biomedicine Journal of Physics D: Applied Physics, 36 pp R182 - R197 [21] Qing Song (2005), Size and shape controlled synthesis and superparamagnetic properties of spinel ferrite nanocrystals Docteral Thesis, School of Chemistry and Biochemistry, Georgia Institute of Technology, Atlanta, U.S [22] R H Kodama and A E Berkowitz (1999), Atomic; scale magnetic modeling of oxide nanoparticles Physical Review B, 59, pp 6321.6356 [23] R Valenzuela (1994), Magnetic Ceramic, Cambridge University Press, Cambridge, England HONG T 58 ITIMS 2011 LUN VN THC S KHOA HC VT LIU IN T [24] Subhankar Bedanta and Wolfgang Kleemann (2009), Supermagnetism, Journal of Physics D: Applied Physics, 42 (1), p 013001 [25] S Krupika, P Novỏk (1982), in: E.P Wohlfarth (Ed.), Ferromagnetic Materials, vol 3, North-Holland, Amsterdam, Netherland [26] Sergay P (2009), Magnetic Nanoparticles WILEY-VCH Verlag GmbH&Co.KGaA, Weinheim ISBN: 978-3-527-40790-3 [27] S S Bellad, R B Pujar, B.K Chougule, Mater Chem Phys 52 (1998) 166 [28] T Abraham, Am Ceram Soc Bull 73 (1994) p62 [29] V.C.D Castillo (2005), Synthesis and characterization of cobalk_substituted nanoparticles using Reverse Micells, MSc thesis, University of Puetorico mayagues campus, Spanish HONG T 59 ITIMS 2011 ... nhiệt độ khóa… nghiên cứu Luận văn với tiêu đề: Chế tạo nghiên cứu tính chất từ pherit Ni-Zn có cấu trúc nano tinh thể phương pháp đồng kết tủa” gồm chương: Chƣơng Tổng quan vật liệu pherit spinen... trung nghiên cứu hệ pherit niken-kẽm Ni1-xZnxFe2O4 có kích thước nanomet bao gồm việc khảo sát điều kiện công nghệ chế tạo, nghiên cứu đặc trưng cấu trúc, hình thái học tính chất từ Hệ hạt nano pherit. .. LIỆU PHERIT SPINEN CÓ CẤU TRÚC NANO CHƢƠNG VẬT LIỆU PHERIT SPINEN CÓ CẤU TRÚC NANO Công nghệ nano làm thay đổi giới nhờ vào khả can thiệp người kích thước nano mét, đó, vật liệu nano thể nhiều tính