BÁO CÁO tốt nghiệp môn vật lý 2016

Trờng đại học s phạm hà nội Khoa vật lý -oOo Nguyễn đức thành HIệU ứng từ tổng trở khổng lồ-gmi, phơng pháp chế tạo ứng dụng KHOá LUậN TốT NGHIệP ĐạI HọC Chuyên ngành: Vật lý chất rắn hớng dẫn khoa học Th.s Nguyễn Hữu Tình Ngời Hà nội 2007 Cu trỳc lun M u Ni dung Kt lun M U Hiu ng t tng tr - MI (Magneto-Impedance effect) l mt dng ca hin tng cm ng in t Bn cht ca hiu ng ny l s thay i ca tng tr xoay chiu Z di tỏc dng ca t trng ngoi Tuy nhiờn, thi kỡ u mi phỏt hin, ngi ta thy s thay i ca tng tr Z l khụng nhiu, nờn hiu ng ny cha thu hỳt c s quan tõm ca cỏc nh khoa hc n nm 1994 L.V Panina phỏt hin s thay i rt ln ca tng tr dui tỏc dng ca t trng dõy dn vụ nh hỡnh nn Co, c gi l hiu ng t tng tr khng l (Giant magneto-Impedance effect - GMI) Hiu ng t tng tr khng l - GMI l s thay i mnh tng tr xoay chiu Z ca vt liu t mm di tỏc dng ca t trng ngoi Hext  Hiu ng GMI mang bn cht in t, ú l s kt hp gia hiu ng b mt (c trng bi thm sõu - ) v s ph thuc ca t thm hiu dng (eff) ca dõy dn vo t trng Hiu ng ny c quan sỏt rt mnh cỏc vt liu t siờu mm vụ nh hỡnh v nano tinh th dng dõy, bng, mng mng, vi t s GMIr vt quỏ 100% nhit phũng Trong nhng nm gn õy, nhiu nghiờn cu t c nhng thnh tu ln vic nõng cao t s GMIr vt quỏ 100% nhit phũng Trong nhng nm gn õy, nhiu nghiờn cu t c nhng thnh tu ln vic nõng cao t s GMIr cng nh a cỏc kt qu ny ng dng vo ch to cm bin o t trng, o dũng in vi nhy cao, ng dng sinh hc v k thut o lng iu khin Tuy nhiờn, tng hiu qu s dng cỏc vt liu da trờn hiu ng GMI cn nghiờn cu bn cht, c ch ca hiu ng cng nh kh nng ng dng  l Vit Nam, hiu ng t tng tr khng l - GMI c bt u nghiờn cu t nm 2001 n ti Phũng thớ nghim Vt liu t vụ nh hỡnh v Nano tinh th, Vin Vt lý k thut - i hc Bỏch khoa H Ni Cỏc kt qu nghiờn cu trung trờn h vt liu t siờu mm hin i: Vụ nh hỡnh nn Co v nano tinh th nn Fe (finemet) c ch to bng cụng ngh ngui nhanh v cụng ngh in kt ta vi t s GMIr trờn 200% Lun ny c tin hnh vi ti: Hiu ng t tng tr khngl -GMI, phng phỏp ch to v ng dng da trờn c s cỏc kt qu ó c nghiờn cu v phỏt trin Mc tiờu ca lun l: Nghiờn cu hiu ng t tng tr khng l-GMI Nghiờn cu phng phỏp ch to vt liu t mm nn Co cú hiu ng GMI cao bng cụng ngh ngui nhanh v in kt ta Nghiờn cu ng dng ca vt liu t mm cú hiu ng GMI vo i sng v k thut Lun gm chng chớnh: Chng 1: Tng quan v hiu ng t tng tr khng l-GMI Gii thiu hiu ng t tng tr khng l- GMI Vt liu t mm cho hiu ng GMI cao Chng 2: Phng phỏp ch to Cụng ngh ch to bng vụ nh hỡnh v dõy Chng 3: ng dng Chng Tng quan v hiu ng t tng tr khng l 1.1 Hiu ng t tng tr khng l (GMI) 1.1.1 Gii thiu v hiu ng GMI Ht i=Ioei Khi cho dũng in t xoay chiu cú tn s chy qua dõy dn cú t tớnh, dũng in ny s Hỡnh 1.1 Tng tr sinh mt ngt H trng bin ca dõy dn cú t thiờn Ht vuụng gúc vi tớnh dõy dn (hỡnh 1.1) i' Mt khỏc Ht t húa dõy theo phng ngang lm xut hin t thm theo phng ngang t Khi ta a t trng ngoi Hext mt chiu song song vi trc ca dõy dn thỡ t trng ny s lm thay i quỏ trỡnh t hoỏ theo phng ngang, tc l thay i t thm hiu dng theo phng ngang t nờn tng tr ca dõy dn thay i (tng tr gim) Tng tr Z ca dõy dn t tớnh cú dũng in xoay chiu tn s chy qua di tỏc dng ca t trng ngoi mt chiu Hext t dc theo trc ca dõy dn c xỏc nh theo biu thc sau: Z (, H ext ) t (, H ext ) Trong ú: t l t thm hiu dng theo phng ngang ca dõy dn, l hm ca tn s v t trng ngoi, l tn s dũng in t vo dõy dn Cụng thc (1.1) cho thy hiu ng GMI l s thay i mnh tng tr Z ca vt dn cú t tớnh di tỏc dng ca t trng ngoi Hext v dũng in cú tn s cao () c trng cho hiu ng GMI, ngi ta a t s GMIr c nh ngha nh sau: Z ( H ) Z ( H max ) Z GMIr 100% 100% Z ( H max ) Z ( H max ) Z (H): Tng tr c o t trng H Z (Hmax): Tng tr o im t trng ln nht (ca h o) C ch ca hiu ng GMI cú bn cht in - t v cú th gii thớch bng lý thuyt in ng lc hc c in Theo L.V.Panina bn cht in t ca hiu ng GMI l s kt hp gia hiu ng b mt v s ph thuc ca t thm hiu dng ca dõy dn vo t trng Bn cht ca hiu ng c lm rừ phõn tớch cỏc thụng s nh hng n s thay i tng tr ca vt liu C th: hiu ng GMI ph thuc vo s thay i ca t thm theo tn s ca dũng in chy qua dõy dn v t trng ngoi, v lien h n hiu ng b mt Mi liờn h gia thm sõu b mt , t thm v t trng ngoi Hext c th hin trờn hinh ve Khi t trng ngoi Hext tng thỡ t thm gim dn ti thm sõu b mt tng v ngc li  m (m) Hext (kOe) a Hext = m m Hexto Hỡnh 1.2 Mi liờn h gia t thm v thm sõu b mt vi t trng ngoi Trong quỏ trỡnh nghiờn cu hiu ng GMI, ó thu c mt s kt qu c bit, ú l ng cong GMI cú hin tng tỏch lm hai nh (cú hai giỏ tr cc i) khong t trng nh (-50 n 50 Oe) C ch ca hin tng tỏch nh ng cong GMI liờn quan n tớnh d hng ca mu nghiờn cu c X.P.Li v cỏc cng s gii thớch theo mụ hỡnh cu trỳc ụmen chun Hỡnh 1.9 Hỡnh dng ng cong GMI cú hin tng tỏch nh 1.2 Vt liu t vụ nh hỡnh Cỏc hp kim VéH thng l TM80M20 (tớnh theo phn trm nguyờn t) vi TM l cỏc kim loi st t chuyn tip Fe, Co, Ni v M l cỏc ỏ kim B, Si, P, C Cỏc vt liu trờn u cha cỏc nguyờn t t vi lp in t 3d cha c in y v hng s trao i gia cỏc spin l dng õy l iu kin cn v to trng thỏi st t vt liu VH Vi vt liu VH, cú th quan sỏt thy nhng hin tng st t nh vt liu st t cú cu trỳc tinh th Hp kim VH cú t tớnh tt c c trng bng t bóo hũa, mụmen t ln, v nhit chuyn pha Tc cao  1.2.1 Bng vụ nh hỡnh nn Co Nh trỡnh by trờn, hiu ng GMI t t s cao i vi nhng ó h vt liu cú tớnh t mm tt Hp kim CoFeBSi c ch to bng cụng ngh ngui nhanh l mt nhng h hp kim cú tớnh t mm cao Trong ú cỏc nguyờn t Co, Fe l nhng nguyờn t t S cú mt ca Fe vi thnh phn t 4% n 5% nguyờn t ca hp kim s mang li tớnh cht t mm tt nht cho hp kim v t gio ca hp kim s B, Si cú tỏc dng lm n nh trng thỏi VH ca hp kim, lm tng nhit kt tinh, lm cho tớnh t mm ca hp kim tt hn ng thi lm tng in tr sut ca hp kim 1.2.3 Hp kim t photpho ch to bng cụng ngh in kt ta Hp kim photpho hin c quan tõm n khỏ nhiu nhng tớnh cht thỳ v ca nú i vi hp kim ch to bng phng phỏp in kt ta, b mt ca lp kt ta ph thuc vo hm lng ca photpho Cỏc nghiờn cu bng nhiu x tia X trờn h hp kim tpho cho thy hu ht chỳng cú cu trỳc vụ nh hỡnh cng ca hp kim photpho thng cao hn kim loi sch Trong cỏc vt liu ch to bng phng phỏp in kt ta thỡ bn kộo cú vai trũ quan trng S cú mt ca photpho thnh phn hp kim ch to bng phng phỏp in kt ta l nguyờn nhõn chớnh dn n vic tng bn kộo Chng Phng phỏp ch to 2.1 Cụng ngh ngui nhanh 2.1.1 Gii thiu cụng ngh ngui nhanh Cụng ngh ngui nhanh l phng phỏp ch to hp kim vụ nh hỡnh quan trng vỡ phng phỏp ny cú nng sut cao (vi chc bng mt giõy), sn phm to cú kớch thc ln (cho phộp ch to bng VH rng ti 150 200 mm), cú ý ngha vic ng dng vo thc t á p suất Vòng c ả m ứng VAN Hợ p kim lỏ ng Vòi p hun Bă ng VĐ H Ar Hỡnh 2.1 S thit b ngui nhanh n trc 2.1.2 Quy trỡnh ch to mu Bng vụ nh hỡnh CoFeBSi c ch to bng cụng ngh ngui nhanh theo s nh sau: Nguyờn liu ban u CoFeBSi c chun b vi thnh phn hp thc ca cỏc nguyờn t tng ng l 68: 4, 5: 12, 5: 15 Cỏc bng VH thu c cú dy c 20 - 30 m v chiu rng c - cm kho sỏt nh hng ca hỡnh dng mu bng lờn hiu ng GMI, cỏc mu nghiờn cu c ch to vi chiu di t cm n cm, chiu rng t 0,1 mm n mm, chiu dy khong 25 m n 40 m Mu c to vi dng thng hoc dng lũ xo Ngoi ra, cỏc quỏ trỡnh x lý nhit cng c tin hnh kho sỏt nh hng ca nhit lờn hiu ng GMI bng vụ nh hỡnh Hỡnh 2.3 Bng vụ nh hỡnh CoFeBSi ch to bng cụng ngh ngui nhanh 2.2 Cụng ngh in kt ta Quỏ trỡnh in kt ta l quỏ trỡnh ph lờn vt mu mt lp kim loi thụng qua dung dch in ly Mc ớch ca quỏ trỡnh ny l tng thờm tớnh cht ca b mt vt liu ban u cng nh bo v chỳng tỏc ng ca mụi trng bờn ngoi 2 Quy trỡnh ch to mu Quy trỡnh ch to dõy Cu-CoP c th hin trờn hỡnh ng kớnh dõy Cu c s dng l 50 m v 100 m Thnh phn ca dung dch v ch to dõy c th hin bng 2.1 S ph thuc ca hiu ng GMI vo mt dũng in c kho sỏt khong mt dũng t 450 mA/cm2 n 800 mA/cm2 Thi gian thc hin quỏ trỡnh in kt ta c thay i khong t n 15 phỳt Bng 2.1 Thnh phn dung dch v ch to mng CoP Dung dch Nng T (0C) (g/l) CoSO4 212 7H2O 60 H3PO 40 H3PO4 50 t (22) -15 Dc (mA/cm2) 450 900 KT LUN ó tỡm hiu c bn cht hiu ng t tng tr khng l - GMI, gii thớch v mt lý thuyt c ch ca hiu ng cng nh hon vic gii thớch hin tng tỏch nh Khoỏ lun ó hon thnh tỡm hiu cụng ngh ch to vt liu cú hiu ng GMI: Cụng ngh ngui nhanh v cụng ngh in kt ta Nghiờn cu c mt s ng dng in hỡnh da trờn hiu ng GMI  ... GMI c bt u nghiờn cu t nm 2001 n ti Phũng thớ nghim Vt liu t vụ nh hỡnh v Nano tinh th, Vin Vt lý k thut - i hc Bỏch khoa H Ni Cỏc kt qu nghiờn cu trung trờn h vt liu t siờu mm hin i: Vụ nh hỡnh... (Hmax): Tng tr o im t trng ln nht (ca h o) C ch ca hiu ng GMI cú bn cht in - t v cú th gii thớch bng lý thuyt in ng lc hc c in Theo L.V.Panina bn cht in t ca hiu ng GMI l s kt hp gia hiu ng b mt v... 0,1 mm n mm, chiu dy khong 25 m n 40 m Mu c to vi dng thng hoc dng lũ xo Ngoi ra, cỏc quỏ trỡnh x lý nhit cng c tin hnh kho sỏt nh hng ca nhit lờn hiu ng GMI bng vụ nh hỡnh Hỡnh 2.3 Bng vụ nh