Cấu trúc tinh thể, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt trong hợp kim Heusler Ni50Mn38Sb12B3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Mẫn Thị Kiều Yến CẤU TRÚC TINH THỂ, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT TRONG HỢP KIM HEUSLER Ni50Mn38Sb12B3 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Mẫn Thị Kiều Yến Cấu trúc tinh thể, tính chất từ hiệu ứng từ nhiệt hợp kim Heusler Ni50Mn38Sb12B3 Chuyên ngành: Vật lý nhiệt Mã số: 60.44.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS LƢU TUẤN TÀI Hà Nội - 2011 Danh mục bảng biểu hình vẽ Chương 1: Bảng 1.1 : Các thông số MCE hợp chất dạng [16] Bảng 1.2: Bảng giá số vật liệu ( 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47) Bảng 1.3: Thông số số vật liệu từ nhiệt Hình 1.1 : Mơ tả chế hiệu ứng từ nhiệt Hình 1.2: Lược đồ thiết bị đo MCE sử dụng cặp nhiệt vi sai Hình 1.3: Lược đồ thiết bị đo MCE sử dụng cuộn dây siêu dẫn Hình 1.4: Hệ đường cong từ hóa đẳng nhiệt vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn đo Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Hà Nội) Hình 1.5: So sánh hai trình làm lạnh từ nén khí Hình 1.6: Biến thiên entropy từ mẫu hợp kim [23],[22] có Fe [25] khoảng từ trường 2T Hình 1.7: Biến thiên entropy từ mẫu hợp kim MnAs, [35] hai hợp kim NiMnGa [18] khoảng từ trường 2T Hình 1.8 : Biến thiên entropy hợp kim khác có thành phần khoảng từ trường 2T [15, 12] Hình 1.9: Biến thiên entropy từ hợp chất loại khoảng từ trường 2T [27, 9, 8, 28] Hình 1.10: Ảnh SEM (a) đường cong từ nhiệt làm lạnh (b) có từ trường (FC) khơng có từ trường (ZFC) mẫu Hình 1.10: Sự thay đổi nhiệt độ tới hạn vào từ trường đặt vào phụ thuộc nhiệt độ từ độ [10] Hình 1.11: làm lạnh từ nhóm O.Tegus [10] Hình 1.12: Năm loại mạng cấu trúc trật tự gần theo mơ hình Berna Hình 1.13 : Hàm phân bố xuyên tâm Natri lỏng (a) so với Natri tinh thể (c) hàm mật độ Hình 1.14: Máy làm lạnh từ trường cho vùng nhiệt độ phòng chế tạo năm 1997 [37] Chương 2: Hình 2.1: Hệ thống nấu mẫu hồ quang Hình 2.2: Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động phương pháp nhiễu xạ tia X Hình 2.3: Hệ đo X-ray Chương 3: Hình 3.1a: Nhiễu xạ tia X nhiệt độ 291K Hình 3.1b: Nhiễu xạ tia X nhiệt độ khác Hình 3.2: Đường cong từ nhiệt M-T đo từ trường B=0.01T theo hai chế độ ZFC FC Hình 3.3: Đường cong từ nhiệt mẫu Ni50Mn38Sb12B3 từ trường khơng đổi 0.1T Hình 3.4: Các đường M-T đo từ trường 0.1T, 1T, 2T,3T,4T,5T Hình 3.5: Các đường cong từ hóa M-B nhiệt độ khác 258K(a), 261K(b), 264K(c), 267K(d), 270K(e) nhiệt độ khác (f) Hình 3.6: Phụ thuộc biến thiên entropy từ vào nhiệt độ khác MỞ ĐẦU Hiệu ứng từ nhiệt tượng nhiệt động học từ tính [37], thay đổi nhiệt độ vật liệu từ tác dụng từ trường Một từ trường ảnh hưởng mạnh lên trật tự từ vật liệu Trong q trình từ hóa đoạn nhiệt, suy giảm entropy từ hệ spin trình định hướng theo từ trường ngồi cân lại gia tăng entropy mạng tinh thể nhiệt độ vật liệu tăng lên Trong trình khử từ đoạn nhiệt, tức trình ngược lại trình trên, gia tăng entropy hệ spin nhắm thiết lập lại trạng thái ban đầu thỏa mãn nhờ suy giảm entropy mạng tinh thể nhiệt độ vật liệu giảm xuống Kết trình làm thay đổi nhiệt độ vật liệu gọi hiệu ứng từ nhiệt (Mangnetocaloric effect-MCE) Nếu q trình từ hóa khử từ thực điều kiện đẳng nhiệt (trong môi trường nhiệt độ khơng đổi) vật sinh nhiệt hay thu nhiệt Nhờ đặc tính hiệu ứng từ nhiệt ứng dụng kĩ thuật làm lạnh Mặc dù kỹ thuật làm lạnh phương pháp khử từ đoạn nhiệt muối thuận từ đạt nhiệt độ cỡ Mililkenvin năm gần đây, nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt vật liệu từ nhiệt ứng dụng thiết bị làm lạnh có hiệu ứng từ nhiệt vùng nhiệt độ phòng tiếp tục nghiên cứu Những năm gần đây, nhà khoa học phát hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (giant MCE) vùng nhiệt độ xung quanh nhiệt độ phòng hệ vật liệu , hệ vật liệu mở khả ứng dụng thiết bị làm lạnh nhiệt độ phịng với cơng nghệ thân thiện với mơi trường Hiệu ứng từ nhiệt gần trạng thái tới hạn chuyển pha từ Chuyển pha từ loại hai đỉnh MCE sắc nét hiệu ứng MCE nhỏ Chuyển pha từ loại đỉnh MCE sắc nét hiệu ứng MCE lớn Các nhà khoa học phát với đồng tồn chuyển pha cấu trúc chuyển pha từ nhiệt độ 239K Chuyển pha chuyển pha loại với trễ nhiệt khoảng 7.4K, khoảng từ trường 1T Những vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt phổ biến, vật liệu tốt cho ứng dụng thành phần Gd lại có giá thành cao Hệ (0.25