(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL

(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL(Luận văn thạc sĩ) Nghiên cứu cấu trúc và đặc trưng từ trễ của hên mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo bằng phương pháp SOL - GEL

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHIẾU THANH HẰNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ĐẶC TRƯNG TỪ TRỄ CỦA HỆ MẪU BỘT Bi1-xSrxFeO3 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THÁI NGUYÊN - 2020 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHIẾU THANH HẰNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ĐẶC TRƯNG TỪ TRỄ CỦA HỆ MẪU BỘT Bi1-xSrxFeO3 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL Ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Cán hướng dẫn khoa học: TS PHẠM MAI AN PGS.TS PHẠM HỮU KIÊN THÁI NGUYÊN - 2020 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu tơi nhóm nghiên cứu Các kết luận văn chúng tơi thực Tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm trước Nhà trường lời cam đoan Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020 Tác giả luận văn Khiếu Thanh Hằng i LỜI CẢM ƠN Trước hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn chân thành sâu sắc đến TS Phạm Mai An, PGS.TS Phạm Hữu Kiên, Khoa Vật lý - Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, đóng góp ý kiến q báu để tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô Khoa Vật lý, trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình q trình học tập làm việc Khoa Tôi xin cảm ơn chân thành tới thầy làm việc Phịng thí nghiệm Siêu cấu trúc - Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, ThS Phạm Anh Sơn làm việc Phòng thí nghiệm Hóa học - trường Đại học Khoa học Tự Nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, PGS.TS Đỗ Thị Hương Giang làm việc phịng thí nghiệm Micro - Nano, trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội, giúp đỡ thực phép đo đơn vị Cuối cùng, xin gửi tất tình cảm lịng biết ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, bạn bè, người ln động viên, khích lệ tạo điều kiện tốt giúp tơi hồn thành luận văn Xin trân trọng cảm ơn đề tài khoa học công nghệ cấp sở “Chế tạo, nghiên cứu ảnh hưởng tỷ lệ Sr lên cấu trúc đặc trưng từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3”, Mã số: CS.2020.04 tiến sĩ Phạm Mai An làm chủ nhiệm hỗ trợ thực luận văn Thái Nguyên, tháng 10 năm 2020 Tác giả luận văn KHIẾU THANH HẰNG ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu 3 Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BSFO 1.1 Vật liệu multiferroic nhóm ABO3 1.1.1 Cấu trúc tinh thể 1.1.2 Hiệu ứng từ - điện 1.2 Vật liệu Bi1-xSrxFeO3 1.2.1 Cấu trúc tính chất từ BiFeO3 1.2.2 Sự ảnh hưởng tỷ lệ thay ion Bi3+ ion Sr2+ lên cấu trúc, tính chất vật liệu BSFO 11 1.3 Tổng quan tình hình nghiên cứu vật liệu BFO pha tạp Phịng thí nghiệm Vật lý chất rắn, Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 22 2.1 Thực nghiệm chế tạo mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 phương pháp sol -gel 22 2.2 Các phương pháp thực nghiệm nghiên cứu cấu trúc tính chất từ mẫu 24 2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tia X 24 iii 2.2.2 Chụp ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) 26 2.2.3 Khảo sát tính chất từ từ kế mẫu rung (VSM) 27 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1 Cấu trúc tinh thể hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 30 3.2 Hình thái bề mặt hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 37 3.3 Đặc trưng từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 39 KẾT LUẬN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 iv DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Việt BFO Bismuth ferrite - BiFeO3 BSFO Bi1-xSrxFeO3 SEM Kính hiển vi điện tử quét VSM Từ kế mẫu rung XRD Nhiễu xạ tia X v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Các thơng số thể tích, khơng gian mạng hệ vật liệu BSFO 12 Bảng 1.2 Các tham số mạng hệ BSFO 13 Bảng 1.3 Đặc trưng cấu trúc hệ Bi1-xSrxFeO3 15 Bảng 1.4 Các thông số mạng đặc trưng tinh thể Bi1-xSrxFeO3 16 Bảng 3.1 Các thông số cấu trúc hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 34 Bảng 3.2 Kết tính gần cường độ tỷ đối số đỉnh nhiễu xạ so với đỉnh ứng với mặt phẳng mạng (104) (110) 36 Bảng 3.3 Giá trị từ độ dư Mr, từ độ bão hòa Ms lực kháng từ Hc hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 khảo sát nhiệt độ phòng 44 vi DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 a) Cấu trúc tinh thể perovskite ABO3 trường hợp lí tưởng; b) Sự xếp bát diện cấu trúc perovskite lý tưởng Hình 1.2 Tương quan tính chất vật liệu multiferroic Hình 1.3 Đảo từ điện trường Hình 1.4 Cấu trúc sở tinh thể BFO dạng lục giác giả lập phương xây dựng nhóm khơng gian R3c Hình 1.5 Cấu trúc mặt thoi vật liệu BiFeO3 Hình 1.6 Trật tự phản sắt từ kiểu G 10 Hình 1.7 Chu trình từ trễ vật liệu BFO nhiệt độ phịng 10 Hình 1.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0; 0,15; 0,175; 0,25) 11 Hình 1.9 Mơ tả chuyển đổi từ cấu trúc hình thoi (R3c) mẫu BFO sang cấu trúc giả tứ giác (P4/mmm) hệ mẫu BSFO 12 Hình 1.10 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,00; 0,05; 0,10; 0,20; 0,30) 13 Hình 1.11 Đường cong từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 14 Hình 1.12 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BSFO 14 Hình 1.13 Đường cong từ trễ hệ Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5) 17 Hình 1.14 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (a x=0,00; b x=0,02; c x= 0,04; d x = 0,06; e x= 0,08; f x= 0,10) 19 Hình 1.15 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) 20 Hình 1.16 Sự phụ thuộc từ độ M vào từ trường H hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) khảo sát nhiệt độ phòng 21 Hình 2.1 Sơ đồ quy trình chế tạo hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 23 vii Hình 2.2 Sự tán xạ tia X mặt phẳng tinh 25 Hình 2.3 Thiết bị đo X-ray D8 Advance Brucker 26 Hình 2.4 Cấu tạo nguyên tắc hoạt động kính hiển vi điện tử quét 27 Hình 2.5 Sơ đồ khối hệ đo từ kế mẫu rung 28 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu BiFeO3 30 Hình 3.2 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,9Sr0,1FeO3 31 Hình 3.3 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,8Sr0,2FeO3 31 Hình 3.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,7Sr0,3FeO3 32 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,6Sr0,4FeO3 32 Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,5Sr0,5FeO3 33 Hình 3.7 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu Bi0,4Sr0,6FeO3 33 Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 35 Hình 3.9 Ảnh hiển vi điện tử quét SEM hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) 39 Hình 3.10 Đường cong từ trễ mẫu BiFeO3 41 Hình 3.11 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,9Sr0,1FeO3 41 Hình 3.12 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,8Sr0,2FeO3 41 Hình 3.13 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,7Sr0,3FeO3 41 Hình 3.14 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,6Sr0,4FeO3 42 Hình 3.15 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,5Sr0,5FeO3 42 Hình 3.16 Đường cong từ trễ mẫu Bi0,4Sr0,6FeO3 42 Hình 3.17 Sự phụ thuộc từ độ M vào từ trường H hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) 42 Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc từ độ bão hòa M s vào tỉ lệ Sr (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) 43 viii Giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy mẫu có x = 0,0 cịn tồn pha thứ cấp Bi2Fe4O9 với tỷ phần nhỏ (Hình 3.1) Các mẫu có x = 0,3; 0,4; 0,6 gần đơn pha (Hình 3.4, 3.5 3.7) Với mẫu có x = 0,1; 0,2; 0,5 ngồi pha ưu tiên Bi1-xSrxFeO3 xuất thêm pha syn Bi2O3 beta Bi2O3 (ở mẫu x = 0,1 0,5) alpha Bi2O3 (ở mẫu x = 0,2), tỉ phần pha thứ cấp mẫu 0,2 0,5 cịn lớn (Hình 3.2, 3.3 3.6) Kết phân tích giản đồ nhiễu xạ tia cho thấy mẫu BiFeO3 (Hình 3.1) mẫu có x = 0,2 (Hình 3.3) có cấu trúc tinh thể hệ hình thoi (rhombohedral) thuộc nhóm khơng gian R3c (a = b = c; α = β = γ  900) Các mẫu có tỉ lệ thay x = 0,1; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 (Hình 3.2, 3.4, 3.5, 3.6 3.7) cho cấu trúc tinh thể có dạng lập phương (cubic) thuộc nhóm khơng gian Pm-3m (a = b = c; α = β = γ = 900) có kích thước ô sở nhỏ so với mẫu có x = 0,0 Điều cho thấy thay Sr cho Bi với tỷ lệ thích hợp làm tăng mức độ đối xứng cấu trúc tinh thể giảm kích thước sở Kết kết cụ thể chúng tơi trình bày bảng 3.1 Kết phù hợp với cơng bố [9], [13], [17] nhiên khơng hồn tồn thống với công bố [15] Bảng 3.1 Các thông số cấu trúc hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 Tỉ lệ thay (x) 0,0 Cấu trúc tinh thể nhóm khơng gian a (Å) b (Å) c (Å) Rhombohedral (R3c) 3,962 3,962 3,962 Thể tích sở V (Å3) 62,193 0,1 Cubic (Pm-3m) 3,952 3,952 3,952 61,828 0,2 Rhombohedral (R3c) 3,962 3,962 3,962 62,193 0,3 Cubic (Pm-3m) 3,952 3,952 3,952 61,828 0,4 Cubic (Pm-3m) 3,946 3,946 3,946 61,470 0,5 Cubic (Pm-3m) 3,952 3,952 3,952 61,828 0,6 Cubic (Pm-3m) 3,946 3,946 3,946 61,470 34 Hình 3.8 Giản đồ nhiễu xạ tia X hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (*: syn Bi2O3; #:beta Bi2O3; +: alpha Bi2O3; o: Bi2Fe4O9) Quan sát kỹ giản đồ nhiễu xạ tia X thấy thay tỷ lệ Sr mẫu tăng lên, đỉnh nhiễu xạ dịch chuyển dần phía góc 2 lớn, tượng thể rõ ràng với đỉnh nhiễu xạ đặc trưng vật liệu ứng với góc 2θ ≈ 32º Kết phù hợp với quy luật giảm kích thước sở theo tăng x thống với số công bố gần [9], [13], [17], [21] Bên cạnh đó, cường độ tỷ đối đỉnh nhiễu xạ so với đỉnh ứng với mặt phẳng mạng (104) (110) (vị trí 2 ≈ 32º) thay đổi theo thay đổi tỷ lệ Sr mẫu đặc biệt rõ ràng với đỉnh (102) vị trí 2 ≈ 23º 35 Cụ thể, tỷ lệ Sr tăng lên, cường độ tỷ đối đỉnh ứng với mặt phẳng mạng (102) số đỉnh khác so với đỉnh (104) (110) giảm đáng kể Kết chúng tơi tính gần rõ bảng 3.2 Bảng 3.2 Kết tính gần cường độ tỷ đối số đỉnh nhiễu xạ so với đỉnh ứng với mặt phẳng mạng (104) (110) Cường độ tỷ đổi đỉnh nhiễu xạ so với đỉnh ứng với mặt phẳng mạng (104) (110) Mẫu (102) (006) (202) (024) (116) (112) (018) (300) 0,0 0,650 0,125 0,325 0,325 0,275 0,150 0,125 0,3125 0,1 0,336 0,120 0,200 0,200 0,104 0,096 0,160 0,160 0,2 0,300 0,150 0,150 0,170 0,068 0,068 0,150 0,170 0,3 0,215 0,120 0,120 0,215 0,107 0,107 0,129 0,129 0,4 0,270 0,270 0,270 0,270 0,080 0,080 0,290 0,290 0,5 0,210 0,100 0,100 0,200 0,050 0,050 0,140 0,140 0,6 0,230 0,140 0,140 0,400 0,080 0,080 0,269 0,269 Sự thay đổi cường độ tỷ đối đỉnh nhiễu xạ với dịch chuyển vị trí chúng giảm thể tích sở chứng tỏ ion Sr2+ thay vị trí ion Bi3+ mạng tinh thể vật liệu thay đổi cấu trúc tinh thể từ dạng hình thoi (rhombohedral) với nhóm khơng gian R3c sang dạng cấu trúc tinh thể có đối xứng cao [13], [20], [21] Một chứng chứng tỏ thay đổi cấu trúc tinh thể vật liệu thay Sr cho Bi nhập số đỉnh kép (doublet peak doubly splitted peak) thành đỉnh đơn Kết nghiên cứu cho thấy, giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu BiFeO3 (x = 0) tồn đỉnh kép vị 36 trí ứng với góc 2θ ≈ 32º (Hình 3.1) Đỉnh kép đặc trưng thể mẫu BFO có cấu trúc tinh thể dạng hình thoi (rhombohedral) Ở mẫu có chứa Sr (với x = 0,1 đến 0,6) đỉnh kép nhập thành đỉnh đơn Kết tương tự cơng bố [21] với mẫu có tỷ lệ Sr x = 0,5; 0,1; 0,15; 0,20; 0,25 Giản đồ nhiễu xạ tia X cho mẫu cho thấy đỉnh kép (006) (202) ứng với 2θ ≈ 39º; (016) (112) ứng với vị trí góc 2θ ≈ 52º; (018) (300) ứng với vị trí góc 2θ ≈ 57º mẫu BFO nhập thành đỉnh đơn mẫu chứa Sr Kết phù hợp với công bố [13] [21] Sự thay đổi cấu trúc tinh thể vật liệu BFO thay phần Bi3+ Sr2+ giải thích sau: thứ nhất, bán kính ion Sr2+ (1,18 Å) lớn bán kính ion Bi3+ (1,03 Å) làm thay đổi hệ số lấp đầy mạng tinh thể; thứ hai, khác hóa trị Sr2+ Bi3+ dẫn tới xuất điểm khuyết O2- so với cấu trúc BFO nguyên thủy số điểm khuyết thay đổi theo tỉ lệ Sr thay Bi 3.2 Hình thái bề mặt hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 Hình 3.9 thể ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) mẫu nghiên cứu Kết chụp ảnh SEM cho thấy mẫu chế tạo gồm hạt khơng đồng hình dạng kích thước, có kết đám hạt với Mẫu khơng thay Sr hình thành đám hạt phân biệt hạt kích thước hạt thay đổi từ 50 nm đến 600 nm Ở mẫu có tỷ lệ thay x = 0,1 (Hình 3.9 - b) hạt có kích thước vào khoảng từ vài nm đến khoảng 500 nm, có xu hướng kết đám mạnh Các mẫu x = 0,2; 0,4 (Hình 3.9 - c, e) thấy rõ tượng hạt kết đám thành khối đa diện lớn Mẫu x = 0,3 cho hạt có kích thước từ vài nm đến 400 nm; mẫu x = 0,4 cho hạt khơng đồng đều, có kích thước từ vài nm đến 600 nm; mẫu x = 0,5 cho hạt tương đối đồng đều, kích thước tương đối nhỏ, từ vài chục nm 37 đến 200 nm; mẫu x = 0,6 cho hạt có kích thước nhỏ cỡ vài nm nhiên hạt có xu hướng kết đám lớn Mẫu thay với tỉ lệ x = 0,5 pha thứ cấp có kích thước hạt nhỏ, hình dạng kích thước hạt đồng so với mẫu pha tạp khác Mẫu có tỉ lệ thay Sr với x = 0,2; 0,4 có hình dạng kích thước hạt lớn, đồng so với mẫu pha tạp khác Các mẫu có tỉ lệ thay Sr với x = 0,3; 0,4; 0,6 có độ pha mẫu x = 0,6 có hình dạng kích thước hạt tương đối nhỏ, đồng nhiên hạt tượng kết đám Kết chụp ảnh SEM với mẫu có x = 0,0; 0,1; 0,3 phù hợp với kết với mẫu có tỷ lệ Sr tương đương (hoặc gần tương đương), chế tạo phương pháp sol-gel, cơng bố cơng trình [13], [20], [21] a) x = 0,0 b) x = 0,1 c) x = 0,2 d) x = 0,3 38 e) x = 0,4 f) x = 0,5 g) x = 0,6 Hình 3.9 Ảnh hiển vi điện tử quét SEM hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) 3.3 Đặc trưng từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 Đường cong từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) thể phụ thuộc từ độ vào từ trường ngồi khảo sát nhiệt độ phịng dải từ trường từ -10 kOe đến 10 kOe trình bày hình 3.10 đến hình 3.16 Kết cho thấy từ độ tất mẫu đạt đến giá trị bão hòa giá trị cường độ từ trường 10 kOe Đường cong từ trễ mẫu BiFeO3 (x = 0,0) trình bày hình 3.10 cho thấy giá trị từ độ bão hòa lớn so với kết cơng trình [2] [7] mẫu chế tạo phương pháp thể rõ tính sắt từ Sự biểu tính sắt từ vật liệu BFO nhiệt độ phòng mẫu bột Sunil Chauhan cộng [21] số tác 39 giả khác giải thích sau: Ở vùng nhiệt độ phịng, vật liệu BFO nói chung đặc biệt vật liệu dạng khối thể tính chất phản sắt từ Tuy nhiên, hạt BFO có kích thước nhỏ 95 nm thể tính sắt từ yếu thơng số đặc trưng cho tính sắt từ tăng nhanh kích thước hạt giảm xuống 62 nm Từ kết chụp ảnh SEM (Hình 3.9 - a) cho thấy mẫu BFO tồn tỷ lệ lớn hạt có kích thước từ khoảng 50 nm đến 100 nm Chính mà mẫu thể tính sắt từ rõ Khi thay phần Bi Sr, đặc trưng từ trễ mẫu thay đổi rõ rệt Từ dư (Mr) từ độ bão hòa (Ms) mẫu có tỷ lệ thay x = 0,1; 0,4; 0,5; 0,6 tăng lên đáng kể so với mẫu có x = 0,0, giá trị Mr Ms mẫu có x = 0,5 lớn Kết cho mẫu 0,1; 0,4; 0,5 phù hợp với cơng bố cơng trình [15], [22] Kết lý giải sau: Trong mẫu có x = 0,0, mắt liên kết Fe3+-O-Fe3+ làm vật liệu tồn cấu trúc phản sắt từ Khi thay phần Bi3+ ion Sr2+, nguyên tắc, phần ion Fe3+ phải chuyển thành Fe4+ Sự thay đổi để bù lại cân điện tích ion Sr2+ thay vị trí ion Bi3+ mẫu Tuy nhiên, kết đo phổ Mössbauer [17], [22] lại cho thấy trạng thái hóa trị Fe tồn tỷ lệ Sr thay mẫu lên đến x = 0,67 Điều dẫn đến xuất chỗ khuyết oxy cấu trúc perovskite Các chỗ khuyết oxy làm tăng góc liên kết Fe3+-O-Fe3+ thay đổi định hướng spin Fe3+, ảnh hưởng đến độ phân cực từ vật liệu Khi tỷ lệ Sr2+ tăng lên, chỗ khuyết oxy tăng theo góc liên kết Fe3+-O-Fe3+ tiếp tục tăng làm số Fe3+ spin bị định hướng lại tăng lên dẫn tới thay đổi từ độ vật liệu từ hóa Bên cạnh đó, bán kính ion Sr2+ (1,18 Å) lớn bán kính ion Bi3+ (1,03 Å) Tất điều dẫn tới triệt tiêu cấu trúc spin xoắn làm cấu trúc nghịch đảo mô men từ (cấu trúc phản sắt từ) bị phá vỡ Kết ảnh hưởng tới trình phân cực từ vật liệu tác động từ trường [20], [22] Đối với mẫu có tỷ lệ x = 0,6, từ dư từ độ bão hịa lại có xu hướng giảm Điều lý giải tỷ lệ thay chế Sr cho Bi vượt 40 50%, vật liệu tồn hai cấu trúc từ cấu trúc phân cực tự nhiên BiFeO3 cấu trúc thuận từ SrFeO3- vùng nhiệt độ phịng Tuy nhiên, cần có thêm nghiên cứu thực nghiệm lý thuyết đặc trưng từ trễ vật hệ vật liệu Bi1-xSrxFeO3 để đưa cách lý giải thuyết phục Trong mẫu chế tạo được, từ độ bão hịa mẫu có x = 0,2 0,3 lại giảm so với mẫu x = 0,0 Kết mẫu thuẫn với công bố [15], [22] chúng tơi chưa tìm cách lý giải phù hợp Hình 3.10 Đường cong từ trễ Hình 3.11 Đường cong từ trễ mẫu mẫu BiFeO3 Bi0,9Sr0,1FeO3 Hình 3.12 Đường cong từ trễ Hình 3.13 Đường cong từ trễ mẫu mẫu Bi0,8Sr0,2FeO3 Bi0,7Sr0,3FeO3 41 Hình 3.14 Đường cong từ trễ Hình 3.15 Đường cong từ trễ mẫu mẫu Bi0,6Sr0,4FeO3 Bi0,5Sr0,5FeO3 Hình 3.16 Đường cong từ trễ Hình 3.17 Sự phụ thuộc từ độ M mẫu Bi0,4Sr0,6FeO3 vào từ trường ngoài H hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) 42 Hình 3.18 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc từ độ bão hòa Ms vào tỉ lệ Sr (x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6) Kết phân tích đường cong từ trễ cho thấy phần lớn mẫu có chứa Sr có lực kháng từ Hc lớn so với mẫu BiFeO3 (ngoại trừ mẫu có x = 0,4), đặc biệt mẫu có x = 0,5 thể rõ đặc trưng từ cứng với Hc có giá trị trung bình cỡ 1227 Oe Kết phù hợp với công bố cơng trình [15], [22] Sự thay đổi đặc trưng từ trễ đặc biệt từ độ bão hịa hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 trực quan hóa hình 3.17 3.18 Giá trị đại lượng đặc trưng đường cong từ trễ mẫu trình bày rõ ràng bảng 3.3 43 Bảng 3.3 Giá trị từ độ dư Mr, từ độ bão hòa Ms lực kháng từ Hc hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3 khảo sát nhiệt độ phòng Mr (emu/g) Ms (emu/g) Hc (Oe) Tỉ lệ thay Phân Phân Phân Phân Phân Phân cực cực cực cực cực cực thuận ngược thuận ngược thuận ngược 0,0 0,341 -0,403 1,387 -1,388 149,0 -168,6 0,1 0,325 -0,413 1,714 -1,702 224,3 -237,7 0,2 0,244 -0,268 0,722 -0,695 463,7 -474,8 0,3 0,250 -0,275 0,853 -0,850 331,0 -362,1 0,4 0,612 -0,831 2,090 -2,056 91,09 -82,20 0,5 1,409 -1,444 3,450 -3,465 1241 -1213 0,6 0,674 -0,779 1,854 -1,807 554,3 -553,2 44 KẾT LUẬN Đề tài luận văn thu số kết sau: Chế tạo thành công mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 với tỉ lệ thay x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 phương pháp sol - gel sử dụng axit nitric axit xitric Kết khảo sát giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy mẫu có x = 0,0; 0,1; 0,2; 0,5 chứa pha thứ cấp Cấu trúc tinh thể hệ mẫu chuyển từ cấu trúc hình thoi (rhombohedral) thuộc nhóm khơng gian R3c mẫu x = 0,0; 0,2 sang cấu trúc lập phương (cubic) thuộc nhóm không gian Pm-3m mẫu x = 0,1; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6 Điều cho thấy với tỷ lệ thay Sr cho Bi phù hợp, mức độ đối xứng cấu trúc tinh thể tăng lên Khi thay phần Bi Sr, đặc trưng từ trễ mẫu thay đổi rõ rệt Từ dư (Mr) từ độ bão hòa (Ms) mẫu x = 0,1; 0,4; 0,5; 0,6 tăng lên đáng kể so với mẫu có x = 0,0 Mẫu x = 0,5 thể đặc trưng từ cứng với giá trị Hc có giá trị trung bình cỡ 1227 Oe từ độ bão hòa lớn Ms  3,45 emu/g) Đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo: Nghiên cứu cấu trúc, hình thái bề mặt tính chất từ hệ mẫu Bi1xSrxFeO3 chế tạo phương pháp sol-gel sử dụng chất khác Chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu BFO đồng thay Bi Fe Sr Mn Chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu BFO thay Bi kim loại kiềm thổ khác nguyên tố đất thuộc họ Lantan, thay Fe kim loại chuyển tiếp nhóm 3d 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Nguyễn Thị Hà Chi (2015), “Tổng hợp nghiên cứu tính chất quang xúc tác vật liệu BiFeO3 kích thước nanomet”, Luận văn thạc sĩ, trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Văn Chương (2018), “Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ tạp Mn lên tính chất từ quang học vật liệu nano BiFe1-xMnxO3”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học khoa học - Đại học Thái Nguyên Nguyễn Bá Đoàn (2011), “Vật liệu tổ hợp cấu trúc micro - nano PZT: Nghiên cứu chế tạo tính chất đặc trưng”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Vũ Tùng Lâm (2011), “Chế tạo nghiên cứu vật liệu multiferroic LaFeO3-PZT”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội Đào Việt Thắng (2017), “Chế tạo vật liệu BiFeO3, pha tạp nghiên cứu số tính chất”, Luận án tiến sĩ, trường Đại học Sư phạm Hà Nội Vũ Thị Tuyết (2017), “Chế tạo nghiên cứu tính chất điện từ hạt nano BiFe1-xMnxO3”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học sư phạm - Đại học Thái Nguyên Hoàng Thị Lệ Thủy (2018), “Nghiên cứu chế tạo tính chất từ mẫu bột BiFeO3 pha tạp Mn”, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học sư phạm - Đại học Thái Nguyên Lưu Hoàng Anh Thư (2014), “Chế tạo nghiên cứu vật liệu BiFeO3 pha tạp Eu3+”, Luận văn thạc sĩ khoa học, Khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự Nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội 46 Tiếng Anh A F Hegab, L S Ahmedfarag, A M El-shabiny, A M Nasaar, A A Ramadan, (2015) “Synthesis anh rietveld whole-pattern analysis of Srdoped perovskite bismuth ferrite”, Journal of Ovonic Research, Vol 11, No 5, September - October, p 235 - 241 10 A.K Sinha, et al (2019), “Enhanced dielectric, magnetic and optical properties of Cr-doped BiFeO3 multiferroic nanoparticles synthesized by sol-gel route”, Results in Physics 13, 102299, https://doi.org/10.1016/j.rinp.2019.102299 11 Cheng Z X et al (2008), “Structure, ferroelectric properties, and magnetic properties of the La - doped bismuth ferrite”, J Appl Phys, 103, 07E507 12 Chengliang Lu, Menghao Wu, Lin Lin and Jun-Ming Liu (2019), “Singlephase multiferroics: new materials, phenomena, and physics”, Natl Sci Rev, Vol 6, No 4, 653-668 13 Dinesh Varshney, Ashwini Kumar (2013), “Structural, Raman and dielectric behavior in Bi1-xSrxFeO3 multiferroic”, journal of Molecular Structure,(1083), 242 - 249 14.Irfan Hussain Lone , Jeenat Aslam, Nagi R E Radwan, Ali Habib Bashal, Amin F A Ajlouni and Arifa Akhter (2019), “Multiferroic ABO3 Transition Metal Oxides: a Rare Interaction of Ferroelectricity and Magnetism”, Nanoscale Research Letters, 14:142 15 Jaiparkash, R.S.Chauhan, Ravi Kumar, Pawan Kumar, Anil Kumar, (2017), “Structural, dielectric and magnetic studies of multiferroics Bi1xSrxFeO3”, Volume 72, October, Pages 5-9 16 Jiagang Wu, Zhen Fan, Dingquan Xiao, Jianguo Zhu, John Wang (2016), “Multiferroic bismuth ferrite-based materials for multifunctional applications: Ceramic bulks, thin films and nanostructures”, Progress in Materials Science, 84, DOI:10.1016/j.pmatsci.2016.09.001 47 Pages 335-402, 17.K.Brinkman, T.Iijima, H Takumura (2016), “The oxygen permeation characteristics of Bi1-xSrxFeO3 mixed ionic and electronic conducting ceramics “, Solid state Ionnics, 181, 53 -38 18 L.V Costa, L.S Rocha, J.A Cortés, M.A Ramirez, E Longo, A.Z Simões (2015), “Enhancement of ferromagnetic and ferroelectric properties in calcium doped BiFeO3 by chemical synthesis”, Ceramics International, 41, 9265-9275 19 M Rico, R Rodriguez, V.H Zapata, M.H medina-Barreto, B CruzMunoz, J.A Tabares, A.M Benitez-Castro, A/L Giraldo-Betancur, J, Munoz-Saldana, (2017), “Solid state synthesis of Bi0.4Sr0.6FeO3−δ powder”, Hyperfine Interact, 238:57 DOI 10.1007/s10751-017-1427-5 20 Mahendra V Shisode, Jitendra S Kounsalye, Ashok V Humbe, Rahul C Kambale & K M Jadhav (2018), “Investigations of magnetic and ferroelectric properties of multiferroic Sr-doped bismuth ferrite”, Applied Physics A, volume124, Articlenumber:603 21.Sunil Chauhan, Manoj Kumar and Prabir Pal (2016) “Substitution driven structural and magnetic properties and evidence of spin phonon coupling in Sr-doped BiFeO3 nanoparticles”, RSC Adv.,2016,6, 68028-68040, DOI:10.1039/c6ra11021e 22 Tanvir Hussain, Saadat A Siddiqi, Shashid Atiq, Saira Riaz and Shahzad Naseem, (2013 ), “Induced modifications in the properties of Sr doped BiFeO3 Multiferroics”, Progress in Natural Science: Materials International 2013;23(5):487-492 23 Yuan G.L and Or S.W (2006), "Multiferroicity in polarized single-phase Bi0.875Sm0.125FeO3 ceramics", J Appl Phys, (100), pp 024109 24 Zeila Zanolli (2016), “Graphene-multiferroic interfaces for spintronics applications”, Scientific RepoRts | 6:31346 | DOI: 10.1038/srep31346 48 ... mẫu Bi1-xSrxFeO3, lựa chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu cấu trúc đặc trưng từ trễ hệ mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 chế tạo phương pháp Sol – gel? ?? Mục tiêu nghiên cứu - Chế tạo mẫu bột Bi1-xSrxFeO3 (BSFO) phương pháp. .. PHẠM KHIẾU THANH HẰNG NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC VÀ ĐẶC TRƯNG TỪ TRỄ CỦA HỆ MẪU BỘT Bi1-xSrxFeO3 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL - GEL Ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 8440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Cán hướng... đề tài - Thực nghiệm chế tạo mẫu bột nano Bi1-xSrxFeO3 phương pháp sol- gel sử dụng chất axit xitric axit nitric - Khảo sát cấu trúc tinh thể, hình thái hạt, đường cong từ trễ hệ mẫu Bi1-xSrxFeO3