Nghiên cứu một số tính chất của các hệ hạt nano từ tính FePd và FePt chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm và điện hóa siêu âm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Thanh Vân NGHIÊN CỨU MỢT SỚ TÍNH CHẤT CỦA CÁC HỆ HẠT NANO TỪ TÍNH FePd VÀ FePt CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA SIÊU ÂM VÀ ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ Hà Nội - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN - Nguyễn Thị Thanh Vân NGHIÊN CỨU MỘT SỚ TÍNH CHẤT CỦA CÁC HỆ HẠT NANO TỪ TÍNH FePd VÀ FePt CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA SIÊU ÂM VÀ ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM Chuyên ngành : Vật lý Chất rắn Mã số : 62440104 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TSKH Nguyễn Hoàng Lương PGS.TS Nguyễn Hồng Hải Hà Nợi – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan là cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các sớ liệu, kết nghiên cứu luận án trung thực và chưa công bố cơng trình khác Tác giả luận án Nguyễn Thị Thanh Vân LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc đến GS.TSKH Nguyễn Hoàng Lương, PGS.TS Nguyễn Hoàng Hải, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, dạy bảo kiến thức phương pháp nghiên cứu khoa học trình nghiên cứu thực luận án Xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến TS Nguyễn Hồng Nam, anh Lưu Mạnh Quỳnh đã đóng góp ý kiến quý báu giúp tác giả hoàn thiện luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn cán Khoa Vật lý Phòng Sau đại học Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội, đã tạo điều kiện tốt cho tác giả hoàn thành luận án Tác giả bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Thầy, Cô, anh chị bạn học viên thuộc Bộ môn Vật lý Chất rắn, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý Trung tâm Nano và Năng lượng Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội đã hỗ trợ, giúp đỡ em trình học tập nghiên cứu tạo điều kiện cho sử dụng thiết bị để hoàn thành luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn đề tài NAFOSTED mã số 103.02.72.09 đã hỗ trợ cho tác giả thời gian nghiên cứu hồn thành luận án Về phía Học viện Kỹ thuật Mật mã, nơi công tác, xin cảm ơn thầy cô Bộ môn Lý-Hóa, lãnh đạo Khoa Cơ bản, Phịng đào tạo, Ban Giám đốc Học viện Kỹ thuật Mật mã, Ban Cơ yếu Chính phủ đã giúp đỡ, tạo điều kiện thời gian cho tơi q trình học tập Xin cảm ơn giúp đỡ bạn bè người thân gia đình đã động viên tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả hoàn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người Tác giả luận án MỤC LỤC Trang Mục lục Danh mục ký hiệu chữ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU 15 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 18 1.1 Vật liệu FePt 18 1.1.1 Giản đồ pha hệ FePt 18 1.1.2 Cấu trúc tinh thể hệ FePt 19 1.1.3 Chuyển pha bất trật tự - trật tự hợp kim FePt 21 1.1.4 Cách tính thơng sớ trật tự từ giản đồ nhiễu xạ tia X 23 1.1.5 Năng lượng chuyển pha A1-L1o hợp kim FePt 27 1.2 Vật liệu FePd 27 1.2.1 Giản đồ pha hệ FePd 28 1.2.2 Chuyển pha bất trật tự - trật tự FePd có cấu trúc L1o 29 1.3 Tính chất từ 29 1.3.1 Dị hướng từ 29 1.3.2 Trật tự L1o nhiệt độ thấp vật liệu FePd FePt 30 1.3.3 Mối quan hệ pha trật tự L1o lực kháng từ Hc 31 1.3.4 Tính chất từ FePt FePd 34 1.3.4.1 Nguồn gớc tính từ cứng mạnh FePd FePt 34 1.3.4.2 Tính chất từ 34 1.3.5 Độ nhớt từ 40 1.4 Các phương pháp chế tạo hạt nano 42 1.4.1 Phương pháp hóa siêu âm 43 1.4.1.1 Khái niệm phương pháp hóa siêu âm 43 1.4.1.2 Hiện tượng xâm thực 43 1.4.1.3 Thiết bị 50 1.4.2 Phương pháp điện hóa siêu âm 53 1.4.2.1 Vai trò sóng siêu âm 54 1.4.2.2 Cấu tạo hệ thớng điện hóa siêu âm 56 1.4.2.3 Đặc trưng chung q trình điện hố 58 1.4.2.4 Các thơng sớ ảnh hưởng đến q trình điện hóa siêu âm 60 1.4.2.5 Ứng dụng phương pháp điện hóa siêu âm 62 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 65 2.1 Chế tạo mẫu 65 2.1.1 Chế tạo mẫu phương pháp hóa siêu âm 65 2.1.1.1 Chế tạo hạt nano kim loại FePd phương pháp hóa siêu âm 65 2.1.1.2 Chế tạo hạt nano kim loại FePt phương pháp hóa siêu âm 67 2.1.2 Chế tạo hạt nano FePt phương pháp điện hóa siêu âm 68 2.2 Xử lý mẫu sau chế tạo 69 2.3 Các phép đo khảo sát tính chất hạt nano 70 2.3.1 Phân tích thành phần mẫu 69 2.3.2 Phân tích cấu trúc phương pháp nhiễu xạ tia X 70 2.3.3 Phân tích vi hình thái kính hiển vi điện tử truyền qua 70 2.3.4 Khảo sát tính chất từ từ kế mẫu rung 72 2.3.5 Khảo sát tính chất từ hệ đo PPMS 73 CHƯƠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO FePd CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA SIÊU ÂM 75 3.1 Phân tích thành phần hạt nano FePd phổ tán sắc lượng 76 3.2 Vi hình thái hạt nano FePd 77 3.3 Cấu trúc số mạng hạt nano FePd 77 3.3.1 Mẫu chưa ủ 77 3.3.2 Mẫu sau ủ 78 3.4 Tính chất từ hạt nano FePd 82 3.4.1 Đường cong từ hóa ban đầu hạt nano FePd 82 3.4.2 Tính chất từ hạt nano FePd nhiệt độ phòng 83 3.4.3 Tính chất từ hạt nano FePd nhiệt độ thấp 87 3.4.3.1 Đường từ trễ lực kháng từ hạt nano FePd 87 3.4.3.2 Độ vuông từ 90 3.4.4 Hiệu ứng nhớ từ 91 KẾT LUẬN CHƯƠNG 98 CHƯƠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO FePt CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA SIÊU ÂM 99 4.1 Phân tích thành phần hạt nano FePt phổ tán sắc lượng 100 4.2 Vi hình thái hạt nano FePt 100 4.3 Cấu trúc số mạng hạt nano FePt 101 4.3.1 Mẫu chưa ủ 101 4.3.2 Mẫu sau ủ 102 4.3.2.1 Hằng số mạng 103 4.3.2.2 Thông số trật tự mẫu FePt 105 4.4 Tính chất từ hạt nano FePt 106 4.4.1 Đường từ trễ hạt nano FePt 106 4.4.1.1 Mẫu chưa ủ 106 4.4.1.2 Các mẫu nguội bình thường sau ủ 107 4.4.1.3 So sánh mẫu nguội bình thường nguội nhanh sau ủ 108 KẾT LUẬN CHƯƠNG 115 CHƯƠNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO FePt CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM 117 5.1 Phân tích thành phần hạt nano FePt phổ tán sắc lượng 118 5.2 Vi hình thái hạt nano FePt 118 5.3 Cấu trúc hạt nano FePt 119 5.4 Tính chất từ hạt nano FePt 120 5.4.1 Đường từ trễ hạt nano FePt đo nhiệt độ phòng 120 5.4.1.1 Lực kháng từ 123 5.4.1.2 Độ vuông từ 124 5.4.2 Tính chất từ hạt nano FePt nhiệt độ thấp 125 KẾT LUẬN CHƯƠNG 129 KẾT LUẬN CHUNG 130 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 132 TÀI LIỆU THAM KHẢO 133 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT EDS : Phổ tán sắc lượng fcc : Lập phương tâm mặt fct : Tứ giác tâm mặt H : Từ trường Hc : Lực kháng từ I : Cường độ vạch nhiễu xạ M : Mô men từ Mr : Độ từ dư Ms : Từ độ bão hòa S : Độ vuông từ s : Thông số trật tự S* : Độ nhớt từ tan : Thời gian ủ Tan : Nhiệt độ ủ TEM : Kính hiển vi điện tử truyền qua VSM : Từ kế mẫu rung XRD : Nhiễu xạ tia X DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Nội dung Trang 1.1 Thông số cấu trúc tinh thể pha Fe 3Pt, FePt FePt3 20 trạng thái trật tự và bất trật tự 1.2 Giá trị số mặt h, k, l vạch nhiễu xạ và vạch 24 nhiễu xạ siêu mạng cho cấu trúc L1o L12 1.3 Cường độ nhiễu xạ (PDF) Fe3Pt (a), FePt (b) FePt3 25 (c) Các sớ có gạch chân là vạch siêu mạng 1.4 Các thông số sử dụng để tính tốn thơng sớ trật tự s theo 26 biểu thức (1.2) – (1.5) hợp kim FePt 1.5 Sự phụ thuộc tỷ phần pha fct vào thời gian ủ hợp 33 kim CoPt FePt 1.6 Tính chất từ pha Fe3Pt, FePt FePt3 trạng thái trật 35 tự và bất trật tự (Tc: nhiệt độ Curie, TN: nhiệt độ Néel, MS: từ độ bão hịa, K1: sớ dị hướng) 1.7 Tính chất nội FePt, FePd so sánh với tính chất 36 nam châm vĩnh cửu và vật liệu ghi từ điển hình khác 1.8 Một sớ áp suất tương ứng với bán kính bọt khí 47 3.1 Các mẫu FexPd100-x chế tạo phương pháp hóa siêu âm 75 (thời gian ủ nhiệt h) 3.2 Sự phụ thuộc số mạng theo nhiệt độ ủ hệ mẫu FP4 80