Chế tạo thành công hệ mẫu hạt Ni1-xZnxFe2O4 (x = 0; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8) có kích thƣớc nano mét bằng phƣơng pháp đồng kết tủa kết hợp ủ nhiệt ở 1100°C trong 5 giờ.
Các kết quả phân tích Rietveld của phổ nhiễu xạ tia X đã chỉ ra rằng ion Zn2+ nằm hoàn toàn ở phân mạng A, ion Ni2+ chiếm vị trí ở phân mạng B và ion Fe3+ phân bố ở cả hai vị trí A và B.
Mômen từ bão hòa của các mẫu tăng lên khi nồng độ Zn tăng khi x ≤ 0,6 và sau đó giảm dần khi x tiếp tục tăng. Nhiệt độ Curie của các mẫu giảm dần từ 860 K với mẫu x = 0 xuống 375 K với mẫu x = 0,8. Xu thế biến đổi của các thông số cấu trúc và từ tính tƣơng tự nhƣ đã quan sát ở các mẫu khối tƣơng ứng. Ngoài ra, sự giảm mômen từ bão hòa ở 0 K của các mẫu chế tạo bằng phƣơng pháp đồng kết tủa so với các mẫu khối chế tạo bằng phƣơng pháp gốm có thể là do hiệu ứng giảm kích thƣớc hạt trong mẫu.
Áp dụng mô hình trƣờng phân tử đã chứng tỏ rằng mômen từ phụ thuộc nhiệt
độ của các mẫu tuân theo mẫu Néel ở các mẫu x = 0; 0,2; 0,4. Các hệ số tƣơng tác trao đổi trong cùng phân mạng và giữa hai phân mạng A và B đều giảm khi tăng nồng độ Zn.
69
CHƢƠNG 4. NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ CÁC TÍNH CHẤT CỦA FERIT
SPINEN NiCr CÓ KÍCH THƢỚC NANOMÉT
Các ferit spinen niken ở dạng pha tạp là loại vật liệu từ đƣợc sử dụng rộng rãi do chúng có những đặc tính đặc biệt nhƣ điện trở cao, tiêu thụ dòng nhỏ và tổn thất điện môi thấp…[45, 67, 133]. Các tính chất điện và tính chất từ của ferit spinen phụ thuộc vào sự phân bố cation ở các phân mạng A và B. Những nghiên cứu về phân bố cation trong cấu trúc của ferit spinen do đó là cơ sở để phát triển các loại vật liệu có những đặc tính phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Trong chƣơng này chúng tôi trình bày nghiên cứu về ảnh hƣởng của thành phần thay thế Cr có mômen từ khác không lên cấu trúc và các tính chất của ferit spinen niken có kích thƣớc nanomét. Hiệu ứng của việc thay thế ion Fe3+ bởi ion Cr3+ của hệ mẫu NiCrxFe2-xO4 khối đã đƣợc một số nhóm nghiên cứu thực hiện trƣớc đây [42, 44, 84, 114, 130]. Các kết quả đó đã chỉ ra rằng vị trí Cr3+ thƣờng chiếm ở phân mạng B, khi nồng độ Cr lớn một lƣợng nhỏ ion Ni2+ và Cr3+ có thể ở phân mạng A. Việc thay thế ion Fe3+ có mômen từ nguyên tử 5µB bằng ion Cr3+ có mômen từ nguyên tử 3µB ở phân mạng B trong cấu trúc vật liệu làm giảm mômen từ của phân mạng B, tƣơng tác trao đổi giữa các phân mạng giảm đi dẫn đến nhiệt độ chuyển pha TC giảm [39, 44, 84].
Khi thay thế Cr vào ferit spinen niken đến một nồng độ nhất định thì sẽ xuất hiện hiện tƣợng bù trừ mômen từ của hai phân mạng ở một nhiệt độ gọi là nhiệt độ bù trừ (Tcomp.) [11, 84, 113],[46]. Tại nhiệt độ đó, môment từ tự phát của hai phân mạng từ A và B bằng nhau và định hƣớng ngƣợc nhau. Belov và cộng sự đã phát hiện đƣợc hiện tƣợng này đầu tiên ở các mẫu chế tạo bằng phƣơng pháp gốm NiCr0,9Fe1,1O4 và NiCrFeO4 [11]. Bằng phân tích phổ Mössbauer các mẫu NiCrxFe2-xO4 (0 ≤ x ≤ 1,4) chế tạo bằng phƣơng pháp gốm Gismeseed và Yousif [44] cho rằng cấu trúc từ của các mẫu có thành phần x < 1,2 tuân theo mẫu Néel còn ở các mẫu 1,2 ≤ x ≤ 1,4 cấu trúc từ là không cộng tuyến. Tuy nhiên các số liệu về mômen từ đặc biệt ở vùng nhiệt độ thấp vẫn chƣa đƣợc khảo sát để có thể phân tích ảnh hƣởng của sự phân bố cation đến trật tự từ của vật liệu. Hơn nữa các công trình trên chƣa đƣa ra đƣợc tính toán về tƣơng tác trao đổi giữa các phân mạng từ trong vật liệu pha Cr. Đặc biệt là các tính chất của ferit chứa Cr ở kích thƣớc nanomét còn ít đƣợc nghiên cứu.
70
cation đến các tính chất hệ hạt nano NiCrxFe2-xO4 (x =0; 0,3; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9) chế tạo bằng phƣơng pháp solgel sẽ đƣợc thảo luận. Sở dĩ chúng tôi chọn nồng độ thay thế Cr từ x = 0 đến x = 0,9 là do theo các nghiên cứu trƣớc đây, ở dải nồng độ này trật tự từ tuân theo theo mô hình cộng tuyến (mẫu Néel).
Mômen từ tự phát của mẫu đƣợc đo trên hệ từ kế mẫu rung (VSM) ở dải nhiệt độ đo từ nhiệt độ gần với nhiệt độ nitơ lỏng đến trên nhiệt độ TC. Các số liệu từ đồ thị mômen từ bão hòa phụ thuộc nhiệt độ (MsT) đƣợc sử dụng để tính toán cho mô hình trƣờng phân tử. Các số liệu XRD và SXRD sẽ cho biết phân bố cation trong cấu trúc hệ mẫu NiCrxFe2-xO4, các số liệu thực nghiệm về các phép đo từ đƣợc tính toán và so sánh với các số liệu lý thuyết từ đó giải thích đƣợc các hiện tƣợng về nhiệt độ bù trừ, hệ số trƣờng phân tử và các hằng số tƣơng tác của hệ mẫu.
Hệ mẫu đƣợc tiến hành đo các đặc trƣng cấu trúc trên các hệ nhiễu xạ tia X (XRD) Siemens D5000 và nhiễu xạ synchrotron ở Viện nghiên cứu tia synchrotron ở Nakhon Ratchasima (Thái Lan). Hình thái hạt đƣợc chụp trên hệ hiển vị điện tử truyền qua TEM của hãng JEOL, các tính chất từ thực hiện trên hệ đo từ kế mẫu rung (VSM) ở dải nhiệt độ từ 88 K đến trên nhiệt độ TC của các mẫu với từ trƣờng cực đại ±10 kOe.