Chế tạo thành công hệ mẫu NiCrxFe2-xO4 (x = 0; 0,3; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8 và 0,9) có kích thƣớc nanomét và hoàn toàn đơn pha bằng phƣơng pháp solgel. Kích thƣớc hạt phân bố trong khoảng từ 20 nm đến 70 nm.
Hằng số mạng, kích thƣớc tinh thể, hình thái học và phân bố cation của các mẫu đã đƣợc nghiên cứu một cách chi tiết.
Các kết quả nghiên cứu về tính chất từ của hệ mẫu ở nhiệt độ thấp và các tính toán ở 0 K cho thấy cấu trúc từ theo mô hình lõivỏ với các tính chất từ của lớp lõi tuân theo mẫu khối, lớp vỏ là các spin sắp xếp hỗn loạn.
Áp dụng mô hình trƣờng phân tử giải thích mômen từ của các phân mạng phụ
thuộc vào nhiệt độ và ảnh hƣởng của sự thay thế Cr lên tƣơng tác từ, nhiệt độ Curie và nhiệt độ bù trừ của hệ mẫu nano NiCrxFe2-xO4.
88
CHƢƠNG 5. ẢNH HƢỞNG CỦA PHA TẠP Y VÀ La LÊN KÍCH THƢỚC HẠT, CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HỆ HẠT NANO NiR0.1Fe1,9O4 (R = Y, La)
Hạt nano ferit niken pha tạp đất hiếm đã đƣợc quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm trở lại đây. Nhƣ đã chỉ ra trong các phần trƣớc của luận án, các tính chất của các hạt nano ferit rất nhạy với thành phần, độ tinh khiết của hệ mẫu, các tính chất vật lý nhƣ kích thƣớc, hình dạng, các thuộc tính bề mặt và sự tƣơng tác giữa các hạt. Một số công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng với một hàm lƣợng nhỏ đất hiếm pha tạp trong ferit spinen cũng làm thay đổi đáng kể đến các tính chất từ và điện của vật liệu [5, 6, 14, 68, 144]. Các mẫu niken ferit (NiRxFe2-xO4) pha tạp đất hiếm dạng khối đã đƣợc chế tạo bằng phƣơng pháp phản ứng pha rắn và phƣơng pháp hóa với các thành phần pha tạp x ≤ 0,1 [69, 76]. Việc pha tạp này làm cho hằng số mạng tăng lên do bán kính ion của các đất hiếm lớn (~1 Å). Ion đất hiếm khi vào cấu trúc vật liệu có thể gây ra hiện tƣợng biến dạng cục bộ làm méo mạng tinh thể [70]. Trong cấu trúc này, ion đất hiếm thƣờng chiếm vị trí ở phân mạng B bởi vì bán kính lỗ trống tám mặt lớn hơn bán kính lỗ trống bốn mặt. Ngoài ra các ion đất hiếm còn gây nên hiện tƣợng ức chế sự phát triển các hạt ferit [6][2]. Điện trở suất của ferit niken có thể đƣợc tăng cƣờng thông qua việc pha tạp đất hiếm do vậy để đáp ứng các ứng dụng của các vật liệu này ở vùng tần số cao ta có thể thay đổi nguyên tố và hàm lƣợng của các đất hiếm thêm vào [66, 68, 105]. Về tính chất từ, khi thay thế một phần ion Fe bởi các ion đất hiếm trong mạng tinh thể sẽ xuất hiện thêm các tƣơng tác ReFe và RR (cặp tƣơng tác
3d4e và 4f4f). Các tƣơng tác này rất yếu so với tƣơng tác FeFe (3d3d) dẫn đến sự suy giảm của mômen từ và nhiệt độ Curie [2, 105]. Trong lĩnh vực nghiên cứu trên các hợp chất pha tạp các hàm lƣợng nhỏ của các nguyên tố ngoại, việc kết hợp các kỹ thuật đo khác nhau sẽ rất hữu ích để chỉ rõ hàm lƣợng thực tế các ion đất hiếm đi vào tinh thể, vị trí tinh thể chúng chiếm chỗ và ảnh hƣởng của các các yếu tố này lên các tính chất vật lý từ đó ta có thể tối ƣu hóa đƣợc các bƣớc công nghệ chế tạo mẫu.
Nội dung chƣơng 5 đề cập đến các nghiên cứu cấu trúc và các tính chất của hệ vật liệu ferit niken pha tạp đất hiếm NiRxFe2-xO4 (x = 0; 0,1) bằng phƣơng pháp solgel. Các ion đất hiếm đƣợc lựa chọn là yttri (Y3+
) và lantan (La3+) là các ion không từ tính. Việc lựa chọn nhƣ vậy giúp ta bỏ qua đƣợc các tƣơng tác giữa đất hiếm và kim loại chuyển tiếp và do đó việc nghiên cứu sự chiếm chỗ của các ion pha tạp trong mạng
89
tinh thể thông qua các phép đo từ sẽ trở nên thuận tiện hơn. Các phƣơng pháp thực nghiệm khác nhau về phân tích thành phần hóa học, hình thái học, trạng thái hóa trị, vị trí của các cation trong tin thể và các tính chấ từ đã đƣợc tiến hành và đƣa ra ở chƣơng này của luận án.