Vật liệu từ cứng nanocomposite và một số phương pháp chế tạo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ MINH CHÂU VẬT LIỆU TỪ CỨNG NANOCOMPOSITE VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO Chuyên ngành: Vật lí chất rắn KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Hà Nội - 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ MINH CHÂU VẬT LIỆU TỪ CỨNG NANOCOMPOSITE VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO Chun ngành: Vật lí chất rắn KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học ThS NGUYỄN MẪU LÂM Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Lời em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn Mẫu Lâm tận tình dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em suốt thời gian làm khóa luận tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy giáo, Cô giáo Khoa Vật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội bồi dưỡng trang bị kiến thức cho em thời gian học tập vừa qua Xin cảm ơn Đề tài Khoa học công nghệ cấp sở Trường Đại học Sư phạm Hà Nội mã số 2018.28 Sau cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình bạn sinh viên ln động viên, giúp đỡ tơi q trình làm Khóa luận tốt nghiệp Xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 02 tháng 05 năm 2019 Sinh viên Nguyễn Thị Minh Châu LỜI CAM ĐOAN Khóa luận tốt nghiệp “Vật liệu từ cứng nanocomposite số phương pháp chế tạo” kết nghiên cứu riêng hướng dẫn ThS Nguyễn Mẫu Lâm Kết khơng trùng với kết nhóm tác giả khác Tôi xin cam đoan điều thật, sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 02 tháng 05 năm 2019 Sinh viên Nguyễn Thị Minh Châu MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1.Lí chọn đề tài 2.Mục đích nghiên cứu 3.Nhiệm vụ nghiên cứu 4.Đối tượng phạm vi nghiên cứu 5.Phương pháp nghiên cứu 6.Giả thuyết khoa học 7.Cấu trúc khóa luận NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VLTC NANOCOMPOSITE 1.1.Lịch sử phát triển VLTC nanocomposite 1.2.Một số mô hình lý thuyết VLTC nanocomposite 1.2.1 Mơ hình E F Kneller R Hawig [7] 1.2.2 Mơ hình Skomski-Coey [22] 11 1.3.Một số hệ nanocomposite điển hình 15 1.3.1 Hệ nanocomposite Nd-Fe-B 15 1.3.2 Hệ nanocomposite Sm-Co 17 1.3.3 Hệ nanocomposite Mn-Bi 20 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VLTC NANOCOMPOSITE 22 2.1 Phương pháp phun băng nguội nhanh 22 2.2 Phương pháp nghiền lượng cao 25 2.3 Phương pháp ép nóng đẳng tĩnh 30 2.4 Phương pháp thiêu kết xung điện plasma 32 2.5 Phương pháp hóa học 34 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT HIP: Ép nóng đẳng tĩnh NCĐH: Nam châm đàn hồi NCNC: Nam châm nanocomposite NCVC: Nam châm vĩnh cửu SPS: Thiêu kết xung điện Plasma VLTC: Vật liệu từ cứng DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sự phát triển nam châm vĩnh cửu theo (BH)max [3] Hình 1.2 Mơ hình nam châm nanocomposite [9] Hình 1.3 Mẫu vi cấu trúc chiều cấu trúc vi từ vật liệu composite tương tác trao đổi sử dụng làm sở tính kích thước tới hạn vùng pha (a) độ từ hóa đạt bão hòa, (b)-(c) khử từ tăng từ trường nghịch đảo H trường hợp bm >>bcm , (d) khử từ trường hợp giảm bm đến kích thước tới hạn bcm Hình 1.4 Cấu trúc hai chiều lí tưởng nam châm đàn hồi Hình 1.5 Các đường cong khử từ điển hình: 10 (a) Nam châm đàn hồi với vi cấu trúc tối ưu, bm = bcm (b) Nam châm đàn hồi với vi cấu trúc dư thừa, bm >> bcm (c) Nam châm sắt từ đơn pha thông thường (d) Nam châm hỗn hợp hai pha sắt từ độc lập 10 Hình 1.6 a) Mơ hình vật liệu cấu trúc lớp lý tưởng (các hạt pha cứng/mềm xen kẽ đặn), b) Mơ hình vật liệu cấu trúc lớp thực tế chế tạo 12 Hình 1.7 Sự phụ thuộc từ độ dư lực kháng từ vào tỉ phần pha từ mềm hai trường hợp kích thước hạt trung bình 10 nm 20 nm 14 Hình 1.8 Sự phụ thuộc (BH)max theo tỉ phần pha từ mềm hai trường hợp kích thước hạt trung bình 10 nm 20 nm 15 Hình 1.9 Cấu trúc tinh thể hợp kim Nd2Fe14B (a), nguyên tử B nguyên tử Fe (vị trí e k1) tạo thành hình lăng trụ đứng đáy tam giác (b) [10] 16 Hình 1.10 Mơ hình vật liệu từ cứng nanocomposite Sm-Co/α-Fe: 18 a) lõi pha từ cứng, b) lõi pha từ mềm 18 Hình 1.11 a) đường cong khử từ theo mơ hình a 19 b) đường cong khử từ theo mơ hình b 19 Hình 1.12 a) lực kháng từ phụ thuộc kích thước hạt tỉ phần pha từ mềm, 19 b) (BH)max phụ thuộc kích thước hạt tỉ phần pha từ mềm 19 Hình 1.13 Đường cong khử từ vật liệu tổ hợp: a) đẳng hướng, b) dị hướng 20 Hình 1.14 Tính chất từ vật liệu tổ hợp: a) đẳng hướng, b) dị hướng 21 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ phun băng nguội nhanh trống quay đơn trục (a), Ảnh chụp dòng hợp kim nóng chảy mặt trống quay (b) 23 Hình 2.2 Đường cong từ trễ mẫu: Fe65Co35 (a), Nd16Fe76B8 (b), Nd16Fe76B8/30%wt.Fe65Co35 (c) 24 Hình 2.3 Ảnh FESEM mẫu Nd16Fe76B8/30%wt.Fe65Co35 với tốc độ trống quay 25 m/s 25 Hình 2.4 Nguyên lý nghiền lượng cao 26 Hình 2.5 Máy nghiền SPEX 8000D (a), cối bi nghiền (b) 27 Hình 2.6 Đường cong từ trễ nhiệt độ phòng vật liệu nanocomposite Mn65Ga20Al15/Fe65Co35 với 5, 10, 15, 20% trọng lượng Fe65Co35 28 Hình 2.7 a) đường cong từ trễ, b) nhiễu xạ tia X mẫu SmCo 5/α-Fe với 10% khối lượng α-Fe ủ với thời gian từ trường 2,8 T 29 Hình 2.8 (a) Lực kháng từ từ dư, (b) Từ dư rút gọn mẫu SmCo5 + 20wt.%  Fe điều chế nghiền h, ủ nhiệt độ khác h từ trường 2,8 T không ủ từ trường, (c) Đường cong từ trễ mẫu ủ 550oC với thời gian h từ trường khơng có từ trường 30 Hình 2.9 Sơ đồ trình ép nóng đẳng tĩnh 31 a) Vỏ bọc mẫu vật liệu, b) Cho mẫu vào vỏ bọc, c) Hút chân không, d) Hàn vỏ bọc mẫu, e) Ép nóng đẳng tĩnh, f) Sản phẩm 31 Hình 2.10 a) Ảnh chụp thiết bị HIP Viện khoa học Vật liệu 31 b) Sơ đồ mô tả buồng mẫu 31 Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc thiết bị thiêu kết xung điện plasma 33 Hình 2.12 Vi cấu trúc tính chất từ nam châm dị hướng NdFeB chế tạo phương pháp SPS 34 Hình 2.13 Mơ hình cấu trúc vỏ - lõi mẫu FePt/Co 36 Hình 2.14 a) Đường cong từ trễ nhiệt độ phòng mẫu FePt FePt/Co có cấu trúc lõi/vỏ với kích thước 8/4 nm; b) Sự phụ thuộc Ms Hc vào tổ hợp lõi/vỏ FePt/Co; c) Đường cong từ trễ nhiệt độ phòng mẫu tổ hợp lõi/vỏ FePt/Co có kích thước 8/4 nm ủ nhiệt độ 300 350oC; d) Ms Hc tổ hợp FePt/Co ủ nhiệt với kích thước vỏ thay đổi 36 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Các thông số mô hệ SmCo5/-Fe 18 Bảng 1.2 Tính chất pha từ cứng, từ mềm hệ Mn-Bi/-Fe 20 Bảng 2.1 Thông số từ số nam châm nanocomposite Nd-Fe-B chế tạo phương pháp nguội nhanh có ủ nhiệt [1] 25 Bảng 2.2 Tính chất từ hệ Mn65Ga20Al15/Fe65Co35 với tỉ phần khác pha từ mềm 28 Bảng 2.3 Các điều kiện công nghệ thông số từ số hệ nanocomposite Nd-Fe-B chế tạo phương pháp HIP 32 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật liệu từ cứng (VLTC) loại vật liệu từ phát sử dụng sớm lịch sử loài người, ban đầu ôxit sắt Fe3O4 Ngày VLTC sử dụng rộng rãi thực tế, từ thiết bị quen thuộc sống ngày động điện, máy phát điện, vật liệu ghi từ ổ đĩa cứng, thiết bị lĩnh vực kỹ thuật đại công nghệ thông tin, quân sự, y học Khả ứng dụng VLTC vào sống ngày lớn thúc đẩy nhà khoa học tìm kiếm vật liệu với việc cải tiến công nghệ chế tạo để tạo VLTC tốt hơn, đáp ứng nhu cầu sống Nam châm vĩnh cửu (NCVC) có cấu trúc nano xem nam châm hệ thập niên qua kể từ sau bước nhảy vĩ đại lịch sử vật liệu từ, phát minh NCVC Nd 2Fe14B Croat cộng (Mỹ), Sagawa cộng (Nhật) vào năm 1983 loại NCVC mạnh biết [4, 11, 15] Kỷ lục (BH)max đạt phòng thí nghiệm với NCVC chế tạo theo phương pháp thiêu kết 444 kJ/m3 (57 MGOe), đạt 87% giá trị (BH)max lý thuyết 512 kJ/m3 (64 MGOe), nam châm loại chiếm tỉ phần lớn giá trị cơng nghiệp nam châm Tuy nhiên chúng có nhược điểm tính oxy hóa cao (do hoạt tính Nd), nhiệt độ hoạt động thấp giá thành đắt (do chứa nhiều đất hiếm) Năm 1988, Coehoorn cộng Phòng thí nghiệm Philip Research cơng bố phát minh loại vật liệu có lực kháng từ H c = 240 kA/m, cảm ứng từ dư Br = 1,2 T, tích lượng từ cực đại (BH)max = 93 kJ/m3 , nam châm chứa nhiều pha, bao gồm hai pha từ mềm Fe 3B (73% thể tích), -Fe (12% thể tích) pha từ cứng Nd2Fe14B (15% thể tích) [21] Lượng Nd nam châm loại khoảng 1/3 nam châm Nd2Fe14B thông thường, làm giảm đáng kể giá thành tăng độ bền mặt hoá học nam châm Để loại nam châm hai pha người ta sử dụng thuật ngữ “nam châm tổ hợp” hay "nanocomposite" Vậy nam châm nanocomposite (NCNC) loại nam châm có cấu trúc tổ a) b) Hình 2.5 Máy nghiền SPEX 8000D (a), cối bi nghiền (b) Máy có khả nghiền 10 g vật liệu/lần Khi máy hoạt động, cối lắc lắc lại nhiều lần (khoảng vài nghìn lần/phút), bi thép chuyển động đập vào thành cối, nghiền nhỏ mẫu vật liệu tới kích thước mịn cần phân tích Với cấu tạo hai kẹp, máy không làm tăng gấp đôi mẫu nghiền khoảng thời gian mà giúp chuyển động cân hơn, giảm rung kéo dài tuổi thọ máy Trên máy gắn đồng hồ điện tử thay đổi để xác định thời gian nghiền phận làm trơn, làm mát, khớp cài an toàn quạt bảo vệ động cơ, giữ cho máy mát suốt thời gian sử dụng Nghiền lượng cao kỹ thuật xử lý đa năng, thuận lợi kinh tế, đơn giản kỹ thuật, kỹ thuật phổ biến để chế tạo vật liệu nano Ưu điểm lớn nghiền lượng cao tổng hợp nhiều hợp kim từ phân tử trộn lẫn thông thường kỹ thuật khác Kết chế tạo mẫu Mn65Ga20Al15/Fe65Co35 phương pháp nghiền lượng cao nhóm tác giả [17] sau: Các hạt nano pha cứng Mn65Ga20Al15 có lực kháng từ cỡ 12 kOe hạt nano pha mềm Fe 65Co35 có từ độ bão hòa khoảng 227 emu/g Tính chất từ hệ nanocomposite khảo sát với tỉ phần pha mềm từ – 20%, thu giá trị cao 27 (BH)max cỡ 4,3 MGOe Bảng 2.2 Tính chất từ hệ Mn65Ga20Al15/Fe65Co35 với tỉ phần khác pha từ mềm % Fe65Co35 Ms (emu/g) Hc (kOe) (BH)max (MGOe) 32 12 1,7 38 9,2 2,4 10 43 7,4 3,3 15 48 4,7 4,3 20 54 1,7 2,7 Hình 2.6 Đường cong từ trễ nhiệt độ phòng vật liệu nanocomposite Mn65Ga20Al15/Fe65Co35 với 5, 10, 15, 20% trọng lượng Fe65Co35 Ta thấy từ độ bão hòa nanocomposite tăng lên tăng phần trăm khối lượng pha từ mềm lực kháng từ mẫu lại giảm Chứng tỏ kích thước hạt chưa tối ưu mơ hình lý thuyết Do đó, 28 phần hạt pha cứng pha mềm không tương tác với mà tồn độc lập làm đường cong từ trễ thắt lại Yanfeng Su cộng [33] chế tạo thành công hệ nanocomposite Sm-Co/-Fe có pha từ cứng SmCo5 pha từ mềm α-Fe (10 Cường độ (a.u) Mô men (emu/g) 20% khối lượng pha từ cứng) Mẫu tổ hợp nghiền lượng cao thời gian h Sau ủ nhiệt độ khác từ trường 2,8 T nam châm vĩnh cửu ủ nhiệt khơng có từ trường Từ trường (Oe) Góc Hình 2.7 a) đường cong từ trễ, b) nhiễu xạ tia X mẫu SmCo5/α-Fe với 10% khối lượng α-Fe ủ với thời gian từ trường 2,8 T Hình 2.7b cho thấy sau ủ nhiệt xuất đỉnh trưng pha SmCo pha α-Fe sắc nét Mẫu ủ nhiệt độ 650oC có cường độ đỉnh cao Hình 2.7a đường cong từ trễ mẫu ủ nhiệt độ khác Dáng điệu đường từ trễ vuông, chứng tỏ tương tác hai pha cứng/mềm tương đối tốt Khi ủ nhiệt Br không thay đổi nhiều nhiên lực kháng từ tăng lên rõ rệt 29 có từ trường khơng có từ trường Nhiệt độ oC có từ trường khơng có từ trường có từ trường khơng có từ trường Nhiệt độ oC Từ trường (Oe) Hình 2.8 (a) Lực kháng từ từ dư, (b) Từ dư rút gọn mẫu SmCo5 + 20wt.%  Fe điều chế nghiền h, ủ nhiệt độ khác h từ trường 2,8 T không ủ từ trường, (c) Đường cong từ trễ mẫu ủ 550oC với thời gian h từ trường khơng có từ trường Với kết thấy ủ từ tường mẫu có tính dị hướng từ tốt mẫu không ủ từ trường Dáng điệu đường cong từ trễ vuông so với mẫu ủ nhiệt khơng có từ trường 2.3 Phương pháp ép nóng đẳng tĩnh Phương pháp ép nóng đẳng tĩnh (HIP) thực ép khí trơ nhiệt độ áp suất cao [13] Quy trình HIP mơ tả hình 2.9 Các mẫu bột hợp kim nguội nhanh tự kết dính mà khơng cần keo hữu để tạo thành NCĐH có mật độ cao 30 Hình 2.9 Sơ đồ q trình ép nóng đẳng tĩnh a) Vỏ bọc mẫu vật liệu, b) Cho mẫu vào vỏ bọc, c) Hút chân không, d) Hàn vỏ bọc mẫu, e) Ép nóng đẳng tĩnh, f) Sản phẩm Vỏ bọc mẫu thường chế tạo đồng Ống đầu hàn kín đầu, vệ sinh cồn Các băng nguội nhanh nghiền thành bột cho vào ống đồng Sau tiến hành hút chân khơng bịt kín đầu lại Tiếp theo, đưa ống bọc mẫu vào buồng áp lực thiết bị HIP (hình 2.10b) Sau đó, buồng áp lực đậy kín, khóa chốt an tồn tiến hành chạy theo quy trình cài đặt sẵn Các thông số nhiệt độ, áp suất, thời gian cài tự động máy tính a) b) Hình 2.10 a) Ảnh chụp thiết bị HIP Viện khoa học Vật liệu b) Sơ đồ mô tả buồng mẫu Để chế tạo vật liệu nanocomposite phương pháp HIP, ta cần dùng phương pháp hỗ trợ: ép định hướng hạt tinh thể trước trình 31 HIP, giữ nguyên cấu trúc dị hướng băng nguội nhanh trước trình HIP Kết chế tạo số hệ nanocomposite Nd-Fe-B phương pháp HIP nhóm tác giả [1] trình bày bảng 2.3 Với áp suất ép 20000 Psi nhiệt độ 950oC, mật độ khối mẫu cao (phần lớn o  7.6 g/cm ) Với áp suất 7500 Psi nhiệt độ 800 C, mẫu Nd-Fe-B pha Ti, Zr, Tb kết khối tốt Bảng 2.3 Các điều kiện công nghệ thông số từ số hệ nanocomposite Nd-Fe-B chế tạo phương pháp HIP Có thể thấy rằng, phương pháp HIP phương pháp chế tạo NCĐH mật độ cao, thay cho phương pháp ép kết dính truyền thống 2.4 Phương pháp thiêu kết xung điện plasma Phương pháp thiêu kết xung điện plasma (SPS) phát triển vào năm 1930 tới năm 1980 cơng nghệ SPS sử dụng nhiều phòng nghiên cứu, đặc biệt Nhật Bản Sơ đồ cấu trúc thiết bị thiêu kết xung điện plasma biểu thị hình sau: 32 Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc thiết bị thiêu kết xung điện plasma Bộ phận thiêu kết xung điện tương tự phận thiết bị ép nóng thơng thường: bột cho vào khuôn ép áp lực cao ép đơn trục, áp lực ép điều khiển thay đổi trình thiêu kết Điều khác biệt thiết bị ép nóng, nhiệt sinh phần tử phát nhiệt truyền nhiệt cho bột thiêu kết, khiến tốc độ nâng nhiệt bị giới hạn thời gian thiêu kết lâu Còn thiết bị thiêu kết plasma, xung điện chiều dẫn qua khuôn ép (khuôn làm từ vật liệu dẫn điện, nhiệt) chạy trực tiếp qua mẫu giúp tốc độ nâng nhiệt nhanh (cỡ 600 K/phút), thời gian thiêu kết rút ngắn Quá trình thiêu kết thực buồng chân khơng có hệ thống làm nguội nước Dòng điện chiều tạo trì nhờ tạo xung xung điện có thời gian sống khoảng 3,3 ms Một số ưu điểm bật SPS là: - Tốc độ nâng, hạ nhiệt nhanh nên thời gian thiêu kết rút ngắn - Có thể sử dụng lực ép lên đến 500 MPa cao so với ép nóng thông thường (cỡ 50 – 100 MPa) - Nhiều vật liệu kết khối nhiệt độ thiêu kết thấp Với nhiều ưu điểm vượt trội, SPS ứng dụng để chế tạo nanocomposite tinh thể dị hướng dạng khối Năm 2010, W Q Liu cộng 33 [28] công bố nam châm dị hướng chế tạo phương pháp SPS với mật độ khối cao nhiều so với nam châm kết dính thông thường Kết khảo sát cấu trúc nam châm dị hướng rõ ràng với kết tinh định hướng theo trục c tinh thể Nd2Fe14B quan sát thông qua đỉnh 001 giản đồ XRD Tính chất từ thu cao loại nam châm (hình 2.12) Hình 2.12 Vi cấu trúc tính chất từ nam châm dị hướng NdFeB chế tạo phương pháp SPS 2.5 Phương pháp hóa học Phương pháp hóa học dùng để chế tạo hạt nano từ phát triển từ lâu Phương pháp hóa học tạo hạt nano với độ đồng cao, thích hợp cho ứng dụng y sinh Nguyên tắc tạo hạt nano phương pháp hóa học kết tủa từ dung dịch đồng điều kiện định phát triển hạt từ thể hóa chất ban đầu bị phân rã Trong phương pháp kết tủa từ dung dịch, nồng độ chất đạt đến trạng thái bão hòa tới hạn, dung dịch xuất đột ngột mầm kết tụ Các mầm kết tụ phát triển thơng qua q trình khuếch tán vật chất từ dung dịch lên bề mặt mầm mầm trở thành hạt nano Để thu hạt có độ đồng cao, người ta tách phương pháp chế tạo theo hai giai đoạn hình thành mầm phát triển mầm Trong trình phát triển mầm, cần hạn chế hình thành mầm Một số phương pháp kết tủa từ dung dịch phổ biến là: đồng kết tủa, polyol, 34 Phương pháp đồng kết tủa phương pháp thường dùng để tạo hạt oxit sắt Hydroxide sắt bị oxy hóa phần chất oxy hóa khác tạo hạt từ Fe+2 Fe+3 dung môi nước Polyol phương pháp thường dùng để tạo hạt nano kim loại Ru, Pd, Au, Co, Ni, Fe, Các hạt nano kim loại hình thành trực tiếp từ dung dịch muối kim loại có chứa polyol (rượu đa chức) Polyol vừa có tác dụng dung mơi vừa có tác dụng chất khử ion kim loại Trong phương pháp tạo hạt từ thể hơi, nhiệt phân bụi chất lỏng laser kĩ thuật tốt để tạo trực tiếp liên tục hạt nano từ tính Sự khác biệt nhiệt phân bụi chất lỏng laser trạng thái cuối vật liệu Ở phương pháp nhiệt phân bụi hơi, hạt nano thường kết tụ thành đám phương pháp nhiệt phân laser khơng Ngun tắc phương pháp nhiệt phân bụi chất rắn hình thành chất lỏng phun vào chuỗi bình phản ứng, đó, chất lỏng bốc hơi, chất rắn ngưng tụ, trình làm khơ nhiệt phân xảy hạt chất lỏng Kết thu chất rắn xốp Phương pháp nhiệt phân laser sử dụng laser CO2 để khởi động trì phản ứng hóa học Khi áp suất lượng laser vượt ngưỡng định, trình hình thành hạt nano xảy Kết thu hạt nano có kích thước nhỏ, độ đồng cao khơng bị kết tụ Bằng phương pháp hóa học, nhóm tác giả [8] chế tạo thành công vật liệu tổ hợp cấu trúc lõi/vỏ FePt/Co 35 Hình 2.13 Mơ hình cấu trúc lõi/vỏ mẫu FePt/Co Độ dày lớp vỏ Co Hình 2.14 a) Đường cong từ trễ nhiệt độ phòng mẫu FePt FePt/Co có cấu trúc lõi/vỏ với kích thước 8/4 nm; b) Sự phụ thuộc Ms Hc vào tổ hợp lõi/vỏ FePt/Co; c) Đường cong từ trễ nhiệt độ phòng mẫu tổ hợp lõi/vỏ FePt/Co có kích thước 8/4 nm ủ nhiệt độ 300 350oC; d) Ms Hc tổ hợp FePt/Co ủ nhiệt với kích thước vỏ thay đổi Hiện để chế tạo vật liệu từ cứng có cấu trúc vỏ - lõi với quy mơ thương mại khó khăn nên mới dừng lại nghiên cứu 36 KẾT LUẬN Vật liệu nanocomposite quan tâm nghiên cứu tính chất từ trội Nanocomposite vừa có ưu điểm lực kháng từ cao vật liệu từ cứng, vừa có ưu điểm từ độ bão hòa nhiệt độ Curie cao vật liệu từ mềm Tính thuận nghịch q trình khử từ NCĐH lớn nam châm truyền thống Các mơ hình lý thuyết vừa trình bày cho thấy để có phẩm chất từ tốt nam châm tổ hợp pha từ cứng pha từ mềm phải có kích thước cỡ 10 nm có tương tác trao đổi với Ở kích thước tăng tỉ phần pha từ mềm lên 50% thể tích từ độ dư tăng nhanh, lực kháng từ giảm có giá trị tương đối cao, từ giảm tỉ phần pha từ cứng, đồng nghĩa với việc giảm lượng đất giúp hạ giá thành tăng độ bền nam châm Theo tính tốn Schreft tỉ phần pha từ mềm tối ưu 75%, (BH)max đạt 662 kJ/m3 (82,75 MGOe), với µoHc = 1,01 T (10,1 kOe), Jr = 1,85 T (18,5 kG) độ vng góc Jr/Js = 0,92 Hiện số hệ nanocomposite hệ Nd-Fe-B thương mại hóa, lại số hệ Sm-Co/α-Fe, Mn-Bi/α-Fe,… nghiên cứu Tính chất từ hệ nanocomposite theo lý thuyết tốt nhiên phẩm chất từ hệ bị giới hạn công nghệ chế tạo 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Dương Đình Thắng (2017), Nghiên cứu chế tạo, cấu trúc tính chất vật liệu từ cứng nano tinh thể dị hướng đất kim loại chuyển tiếp, Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [2] Trần Thị Hà (2015), Nghiên cứu chế tao vật liệu từ cứng nano MnBi/Fe-Co, Luận văn Thạc sĩ khoa học vật chất, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [3] Ngơ Thị Trường (2018), Ảnh hưởng kích thước hạt pha từ cứng đến tĩnh chất từ vật liệu từ cứng nanocomposite Mn-Bi/Fe-Co, Khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Vật lý chất rắn Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tiếng Anh [4] J J Croat, J F Herbst, R W Lee & F E Pinkerton (1984), "Highenergy product Nd-Fe-B permanent magnet", Appl Phys Lett., 44, 148-149 [5] Duwez P (1960), "Non-crystalline structure in solidified gold-silicon alloys", Nature., 187, 869-870 [6] P Duwez and et al (1960), "Metastable Electron Compound in AgGe Alloys", J Appl Phys., 31, 1137 [7] Eckart F Kneller and Reinhard Hawig (1991), "The ExchangeSpring Magnet: A New Material Principle for Permanent Magnets", IEEE Transactions on Magnetics, 27(4), 3588-3600 [8] Fei Liu, Jinghan Zhu, Wenlong Yang, Yunhe Dong, Yanglong Hou, Chenzhen Zhang, Han Yin and Shouheng Sun (2014), "Building nanocomposite magnets by coating a hard magnetic core with a sort magnetic shell", Angew Chem Int Ed., 53(8), 2176-2180 [9] George C Hadjipanayis (2010), "Rare-Earth Elements and Other Critical Materials for a Clean Energy Future", Trans-Atlantic Workshop, Cambridge, Massachusetts, December 3, 38 [10] J F Herbst, J J Croat, F E Pinkerton and W B Yelon (1984), "Relationships between crystal structure and magnetic properties in Nd2Fe14B", Physical Review B., 29(7), 4176-4178 [11] J J Croat, J F Herbst, R W Lee & F E Pinkerton (1984), "Pr-Fe and Nd-Fe-based materials: A new class of high-performance permanent magnets", J Appl Phys., 55, 2078 [12] J Zhang, Y K Takahashi, R Gopalan & K Hono (2005), "Sm(Co,Cu)5/Fe exchange spring multilayer films with high energy product", Appl Phys Lett., 86, 122509 [13] Luu Tien Hung, Nguyen Thi Quynh Hoa, Duong Dinh Thang, Nguyen Hai Yen, Pham Thi Thanh & Nguyen Huy Dan (2012), "Microstructure of Nd-Fe-(Ga, Zr)-B anisotropic nanocrystalline melt-spun ribbons investigated by high resolution transmission electron microscopy", Prcessding of The 6th International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology (IWAMSN2012)., 245-249 [14] Luzzi D E., Li L & Graham C D (1991), "High-resolution trasmission electron microscopy observations on textured rapidly quenched NdFeB permanent magnets", J Appl Phys., 70, 6495-6461 [15] M Sagawa, S Fujimura, N Togawa, H Yamamoto & Y Matsuura (1984), "New material for permanent magnets on a base of Nd and Fe", J Appl Phys., 55, 2063-2067 [16] Nadeda Talijan, Jasna Staji-Trosic, Aleksandar Gruji, Vladimir Menushenkov Vladan Cosovic and Radoslav Aleksic (2005), "Nanocomposite permanent magnetic material Nd-Fe-B type / The influence of nanocomposite on magnetic properties", J Min Met., 41(B) [17] Nguyen Mau Lam, Do Thi Thuy, Pham Ha Trang, Nguyen Hoài Anh, Nguyen Thi Luyen, Nguyen Thi Hien, Ngo Thi Truong, Pham Thi Thanh, Nguyen Hai Yen, Nguyen Van Duong, Nguyen Huy Ngoc, Duong Dinh Thang, Tran Minh Thi and Nguyen Huy Dan (2018), "Investigation of fabrication of Mn-Ga-Al/Fe-Co nanocomposite hard magnetic materials", Adv Nat Sci.: Nanosci Nanotechnol., 025012, 1-6 39 [18] Nguyen Xuan Truong & Nguyen Van Khanh (2013), "Fabrication and magnetic properties of Nd2Fe14B/Fe65Co35 hard mgnetic ribbons", Communications in Physics., 23, 147-153 [19] P Duwez (1960), "Continuous Series of Metastable Solid Solutions in Silver-Copper Alloys", J Appl Phys., 31, 1136-1137 [20] R Coehoorn & C de Waard (1990), "Preparation and magnetic properties of Re-Fe-B permanent magnet materials containing Fe,B as main phase", 3, 228-230 [21] R Coehoorn, D B de Mooij, J P W B.Duchateau and K H J Buschow (1988), "Novel Permanent Magnetic Materials Made by Rapid Quenching", J Phys Colloques [22] Ralph Skomski & J M D Coey (1993), "Giant energy product in nanostructured two-phase magnets", Phys Rev B., 48, 15812-15816 [23] Rong C Poudyal N., Zhang Y., Wang D., Kramer M.J., Herbert R J & Liu J P (2012), "Self - nanoscaling in FeCo alloys prepared via severe plastic deformation", J Alloys Comp., 521, 55-59 [24] Shokrollahi H Chermahini M.D (2009), "Milling and subsequent thermal annealing effects on the microstructural and magnetic properties of nanostructured Fe90Co10 and Fe65Co35 powders", J Alloys Comp., 480, 161-166 [25] Skomski R (1994), "Aligned two-phase magnets: permanet magnetism of the future?", J Appl Phys., 76, 7059-7064 [26] Strnat K J (1988), "Rare earth – cobalt permanent magnes", E.Wolfarth, K Buschow (Eds), Handbook of Ferromagnetic Materials., 4, 131209 [27] T Schrefl, J Fidler and H Kronmüller (1994), "Remanence and coercivity in isotropic nanocrystalline permanent magnets", Phys Rev B., 49(9), 6100-6110 [28] W.Q Liu, Z.Z Cui, X.F Yi, M Yue, Y.B Jiang, D.T Zhang, J.X Zhang and X.B Liu (2010), "Structure and magnetic properties of magnetically isotropic and anisotropic Nd–Fe–B permanent magnets prepared by spark plasma sintering technology", Journal of Applied Physics., 107, 09A719 40 [29] X Ruia, J.E Shielda, Z Sunb, L Yueb, Y Xub, D.J Sellmyerb, Z Liuc and D.J Millerc (2006), "High-energy product exchange-spring FePt/Fe cluster nanocomposite permanent magnets", Journal of Magnetism and Magnetic Materials., 305, 76-82 [30] Y L Ma, X B Liu, K Gandha, N V Vuong, Y B Yang, J B Yang, N Poudyal, J Cui & J P Liu (2014), "Preparation and magnetic properties of MnBi-based hard/soft composite magnets", J Appl Phys., 115, 17A755 [31] Y Q Li, M.Yue, J.H Zuo, D T Zhang, W.Q Liu, J X Zhang, Z.H.Guo & W Li (2013), "Investigation of Magnetic Properties of MnBi/α-Fe Nanocomposite Permanent Magnets by Micro-Magnetic Simulation", IEEE Transaction on magnetics., 49(7), 3391-3393 [32] Y.Q.Li, M.Yue, T.Wang, Q.Wua, D.T.Zhang & Y.Gao (2015), "Investigation of magnetic properties of MnBi/Co and MnBi/Fe65Co35 nanocomposite permanent magnets by micro-magnetic simulation", J Magn Magn Mater., 393, 484-489 [33] Yanfeng Su, Hao Su, Yuejin Zhu, Fang Wang, Juan Du, Weixing Xia, Aru Yan, J.Ping Liu & Jian Zhang (2015), "Effects of magnetic field heat treatment on SmeCo/a-Fe nanocomposite permanent magnetic materials prepared by high energy ball milling", Journal of Alloys and Compounds., 647, 375-379 [34] Zandrahimi M Chermahini M D., Shokrollahi H & Sharafi S (2009), "The effect of milling time and composition on microstructural and magnetic properties of nanostructured Fe – Co alloys", J Alloys Comp., 477, 4550 41 ... Nghiên cứu số phương pháp chế tạo nanocomposite Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu Vật liệu từ cứng nanocomposite phương pháp chế tạo b Phạm vi nghiên cứu Vật liệu từ cứng nanocomposite. .. luận: Vật liệu từ cứng nanocomposite số phương pháp chế tạo Mục đích nghiên cứu Tổng quan VLTC nanocomposite số phương pháp chế tạo Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cấu trúc, tính chất số hệ nanocomposite. ..TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA VẬT LÝ NGUYỄN THỊ MINH CHÂU VẬT LIỆU TỪ CỨNG NANOCOMPOSITE VÀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO Chuyên ngành: Vật lí chất rắn KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC