Ferit spinen dạng nano tinh thể đƣợc biết đến với rất nhiều tính chất từ và tính chất điện thú vị nhờ sự ổn định hóa học và nhiệt cao. Những loại vật liệu này đã đƣợc ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghệ quan trọng nhƣ ghi âm, chất lỏng từ, lƣu trữ và phục hồi thông tin, nâng cao chất lƣợng ảnh chụp cộng hƣởng từ, xúc tác, dẫn truyền thuốc, hấp thụ sóng điện từ và cảm biến [88],[23], [128].
Ferit niken (NiFe2O4) là một trong những ferit quan trọng nhất. Nó có cấu trúc spinen đảo, là chất feri từ do các mômen từ spin đối song giữa các ion Fe3+ ở phân mạng A và các ion Ni2+, Fe3+ ở phân mạng B [77]. Ferit NiFe2O4 dạng khối chế tạo bằng phƣơng pháp gốm là ferit đảo với nhiệt độ Curie cao bởi vì ion Ni2+ nằm định xứ hoàn toàn ở phân mạng B [2], ion Fe3+ chiếm vị trí ở phân mạng A và B. Các hạt nano NiFe2O4 thể hiện tính chất đặc biệt hơn so với vật liệu khối do kích thƣớc hạt giảm xuống thang nano cùng sự phân bố hỗn loạn spin lớp bề mặt (mô hình lõivỏ) [79].
Công nghệ chế tạo ảnh hƣởng trực tiếp đến cấu trúc và các tính chất của hạt nano ferit niken, các kết quả này đã đƣợc công bố ở các công trình [17, 25, 40, 100, 110, 115, 131, 132, 140, 146]. Kết quả chỉ ra rằng cấu trúc và tính chất của chúng thay đổi khi kích thƣớc hạt thay đổi. Có thể thấy mômen từ tự phát (Ms), lực kháng từ (Hc), nhiệt độ khóa (TB)giảm theo kích thƣớc hạt.
Công trình của Nawale và các cộng sự [100] đã nghiên cứu chế tạo hạt NiFe2O4 bằng phƣơng pháp plasma nhiệt cho kích thƣớc hạt trung bình 30 nm, kết quả là mômen từ bão hòa có giá trị nhỏ hơn mẫu khối, giá trị của lực kháng từ thay đổi trong khoảng từ 62 đến 115 emu/g tùy thuộc vào điều kiện chế tạo, phân bố cation cho thấy
24
ion Ni2+ và Fe3+ chiếm vị trí ở cả hai phân mạng A và B. Một nghiên cứu khác của Sivakumar và các cộng sự khi nghiên cứu chế tạo hạt NiFe2O4 bằng phƣơng pháp sol
gel [131] cho kết quả là hạt có kích thƣớc 8 nm. Các hạt có hiện tƣợng siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng và mômen từ bão hòa tƣơng đối cao với giá trị 50 emu/g ở nhiệt độ phòng.
Wang và các cộng sự chế tạo hạt NiFe2O4 bằng phƣơng pháp phản ứng thủy nhiệt có sử dụng xúc tác alkali [146] cho thấy hạt có kích thƣớc nhỏ hơn 10 nm và xuất hiện hiện tƣợng siêu thuận từ, nhiệt độ TB là 90 K. Mômen từ bão hòa có giá trị nhỏ hơn mẫu khối và có thông số là 53 emu/g (Hình 1.14).
Hình 1. 14. Đồ thị ZFC-FC (trái) và đường cong từ hóa của hạt nano NiFe2O4 chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt (a) kích thước hạt 6nm, (b)kích thước hạt 5nm [146].
Công trình của Blanco [17] cho kết quả hạt NiFe2O4 có kích thƣớc hạt 7 nm và 12 nm đối với các mẫu có xử lý nhiệt. Hình 1.15 mô tả các đƣờng cong mômen từ của mẫu NiFe2O4 ở 250 K thể hiện tính chất siêu thuận từ.
Hình 1. 15. Đường cong từ hóa đo ở 250 K thể hiện tính chất siêu thuận từ của các
hạt nano NiFe2O4[17].
Phổ Mössbauer cho thấy phân bố cation ở dạng spinen hỗn hợp theo công thức (Fe1-
25
mẫu trên. Mômen từ bão hòa của các mẫu là 65,8 emu/g và 61,4 emu/g. Các tính chất từ đƣợc giải thích qua hiện tƣợng tƣơng tác lƣỡng cực và độ đảo trong cấu trúc spinen.
Hạt nano ferit niken ở công trình [102] chế tạo bằng phƣơng pháp sol-gel và ủ nhiệt ở 700 °C trong 2 giờ cho hạt đơn pha có kích thƣớc phân bố từ 2182 nm, hằng số mạng tƣơng tự nhƣ mẫu khối, nhiệt độ TC của mẫu là 870 K, mômen từ bão hòa ở 5 K đạt giá trị 46 emu/g và bằng 82% so với mẫu khối. Các tác giả cho rằng hiện tƣợng này là do hiệu ứng kích thƣớc hữu hạn và tồn tại một lớp spin sắp xếp hỗn loạn có mômen từ bằng 0 ở lớp ngoài cùng của hạt nano. Hình 1.16 là đồ thị M(T) và đƣờng cong từ hóa đo ở 5 K và 300 K mẫu NiFe2O4.
Hình 1. 16. Đồ thị M(T) và đường cong từ hóa đo ở 5 K và 300 K mẫu NiFe2O4 chế tạo bằng phương pháp sol-gel ủ nhiệt 700 °C/2 giờ [102].
Công trình của Maaz và các cộng sự [87] đã nghiên cứu hạt NiFe2O4 chế tạo bằng phƣơng pháp đồng kết tủa có kích thƣớc hạt khoảng 828 nm tùy thuộc vào nhiệt độ ủ. Các kết quả chỉ ra rằng kích thƣớc đơn đômen của hạt NiFe2O4 khoảng 10,7 nm tƣơng ứng với lực kháng từ lớn nhất 160 Oe đo ở nhiệt độ phòng, mômen từ bão hòa tăng từ 9 emu/g đến 40,5 emu/g tƣơng ứng với kích thƣớc hạt tăng từ 8 nm đến 28 nm, nhiệt độ TB của hạt 10,3 nm là 180 K và 221 K đối với hạt có kích thƣớc 28 nm (Hình 1.17).
Hình 1. 17. Nhiệt độ khóa (TB) và lực kháng từ (Hc) phụ thuộc kích thước hạt của mẫu nano NiFe2O4. Hc đạt giá trị lớn nhất ở kích thước D 11 nm [87] .
26