Trong mục này sẽ đưa ra kết quả khảo sát sự phụ thuộc của lực kháng từ phụ thuộc vào từ trường ngoài và lực kháng từ phụ thuộc vào nhiệt độ, từ đó biết được các tính chất từ cơ bản của vật liệu như: lực kháng từ, tính chất siêu thuận từ và mômen từ.
HV: Phạm Khắc Quyết 48 Itims 2009
Các tính chất từ của hệ mẫu được nghiên cứu trong khoảng nhiệ độ từ 300K tới 800K. Kết quả khảo khát tính chất từ của các mẫu chủ yếu được thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung VSM tại trường đại học khoa học tự nhiên với trường ngoài có giá trị lớn nhất là 13,5 kOe.
4.3.1. Mômen từ
Các hình từ 4.6 đến 4.9 là đường cong từ hóa M(H), thể hiện sự phụ thuộc của mômen từ vào từ trường ngoài
-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 Hc M (em u/ g) H(Oe)
HV: Phạm Khắc Quyết 49 Itims 2009 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 -2.5 -2.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Hc M (em o/ g) H(Oe)
Hình 4.7. Đường cong từ hóa của mẫu Gd3Fe5O12
-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 Hc M (em u/ g) H(Oe)
HV: Phạm Khắc Quyết 50 Itims 2009 -1000 -500 0 500 1000 -10 -5 0 5 10 Hc M (e m u/ g) H(Oe)
Hình 4.9. Đường cong từ hóa của mẫu Ho3Fe5O12 Hình 4.10 dưới là đường cong từ hóa ban đầu của hệ mẫu
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 0 5 10 15 20 25 30 35 Dy3Fe5O12 Gd 3Fe 5O 12 Y3Fe5O12 Ho3Fe5O12 M (em u/ g) H(Oe)
HV: Phạm Khắc Quyết 51 Itims 2009
Từ đường cong từ hóa của hệ cho thấy khi từ trường đạt đến 13,5kOe thì có các mẫu Y3Fe5O12 và Ho3Fe5O12 có mômen từđã đạt tới giá trị bảo hòa hoàn toàn hai mẫu còn lại là Gd3Fe5O12 và Dy3Fe5O12 có mômen từ gần đạt tới giá trị bảo hòa.
Từ đường cong từ hóa xác định được MS của các mẫu. Ứng với từ trường cực đại kẻ đường tiếp tuyến với đường cong cắt trục tung tại tung tại đâu đó chính là MS, giá trị MS của hệ mẫu được cho trong bảng 4.3.
Bảng 4.3. Bảng tính toán mômen từ bảo hòa MS từ VSM
Tên mẫu Y3Fe5O12 Gd3Fe5O12 Dy3Fe5O12 Ho3Fe5O12
MS(emu/g) 3,44 2,86 8,82 9,97
4.3.2. Lực kháng từ
Từ đường cong từ hóa cũng cho biết giá trị của lực kháng từ Hc, giá trị Hc được cho trong bảng 4.4.
Bảng 4.4. Bảng tính toán lực kháng từ Hc từ bảo hòa từ VSM
Tên mẫu Y3Fe5O12 Gd3Fe5O12 Dy3Fe5O12 Ho3Fe5O12
Hc(Oe) 25,7 252 272 80,3
4.3.2. Mômen từ phụ thuộc vào nhiệt độ
Tính chất từ của hệ mẫu được đo trên hệ từ kế VSM với trường ngoài có giá trị lớn nhất là 13.5 kOe trong vùng nhiệt độ khảo sát từ 300K÷800K. Các hình từ 4.11 đến 4.14 là đường cong từ hóa M(H), thể hiện sự phụ thuộc của mômen từ vào từ trường ngoài . Từ các đường M-T ta có thể xác định được chuyển pha từ trạng thái feri từ sang trạng thái thuận từ. Nhiệt độ chuyển pha từ TC được xác định dựa trên sự giảm mạnh của mômen từ về giá trị gần 0.
HV: Phạm Khắc Quyết 52 Itims 2009 350 400 450 500 550 600 0 2 4 6 8 10 12 M (em u/ g ) T(K)
Hình 4.11. Đường cong M(T) của mẫu Y3Fe5O12
300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 M (e m u/ g) T(K)
HV: Phạm Khắc Quyết 53 Itims 2009 350 400 450 500 550 600 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 M (e m u/ g) T(K)
Hình 4.13. Đường cong M(T) của mẫu Dy3Fe5O12
300 350 400 450 500 550 600 0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 M (e m u/ g) T(K)
Hình 4.14. Đường cong M(T) của mẫu Ho3Fe5O12
Ở vùng nhiệt độ xa nhiệt độ Curie mômen từ thấp do tính dị hướng của mẫu đóng vai trò hàng rào năng lượng ngăn cản sự chuyển động của các mômen từ của
HV: Phạm Khắc Quyết 54 Itims 2009
các hạt theo phương từ trường ngoài dễ hơn do vậy mômen từ tăng dần. Tiếp tục tăng nhiệt độ đến khi năng lượng nhiệt lớn hơn năng lượng dị hướng lúc này các dao động nhiệt của mạng tinh thể lại đóng vai trở cản trở sự định hướng mômen từ của các hạt theo phương từ trường ngoài, do đó giá trị mômen từ giảm. Khi nhiệt độ đạt đến giá trị T = TC trật tự ferit bị phá vỡ, lúc này mômen từ bão hoà bằng không. Trên cơ sở lý thuyết đó, dựa vào đường M-T có thể xác định được gần đúng giá trị nhiệt độ TC của mẫu. Nhiệt độ TC được xác định bằng cách lấy giao điểm của tiếp tuyến có độ dốc lớn nhất đối với đường cong M(T) ở vùng nhiệt độ cao với trục hoành, kết quả tính toán được đưa ra trong bảng 4.5. TC khảo sát trên hệ mẫu garnet trung bình là 548K cũng gần với kết quảđã công bố[12]
Bảng 4.5. Bảng tính toán nhiệt độ Curie của hệ mẫu garnet từ VSM
Tên mẫu Y3Fe5O12 Gd3Fe5O12 Dy3Fe5O12 Ho3Fe5O12
HV: Phạm Khắc Quyết 55 Itims 2009
KẾT LUẬN
Luận văn đã chế tạo và nghiêm cứu thành công hệ ferit garnet của đất hiếm gồm những hợp chất: Y3Fe5O12, Gd3Fe5O12, Dy3Fe5O12 và Ho3Fe5O12 bằng phương pháp sol-gel.
¾ Qua khảo sát thực nghiệm bằng Xay và TEM cho thấy:
• Hạt thu được có cấu trúc lập phương tâm khối. và có hằng số mạng phù hợp với hằng số mạng của vật liệu khối là 12,37A0.
• Thành phần pha đã hoàn toàn đơn pha.
• Kích thước hạt có kích thước cỡ nano mét tứ 34nm đến 38nm
¾ Về tính chất từ của hệ ferit garnet:
• Tại nhiệt độ phòng (3000K) hệ hạt garnet là siêu thuận từ
• Lực kháng từ của hệ mẫu từ 25,7Oe đến 272Oe.
• Nhiệt độ Curie của hệ mẫu từ 542K đến 554K.
[1] G.H. Dierke, Spectra and energy levels of rare earth ions in crystals, eds by H.M. Croswhite vµ H. Crisswhite, Interscience publishers 1965.
[2] A.von Hippel, Z. Physik 101, 680.
[3] A.J. Freeman and R.E. Watson, Phys. Rev. 127, 2058 (1962).
[4]. B.D.Cullity, “ Introduction to magnetic materials”, Addison-Wesley puslishing Company (1972) 181-190
[5]. C.Jeffrey Brinker, George W.Scherer, “ Sol –gel Science, the Physics and
Chemistry of Sol-Gel Processing”, Acedamic press, Inc (1999)
[6] CR. Vestal and Z.J.Zhang “Magnetic spinel ferrite nanoparticles from microemulsions” Int .J. of Nanotechnology, Vol.1, Nos 1/2 , 2004
[7]. C.W. Mays, J.S. Vermaak, D.K.Wilsdorf, Surf. Sci. 12 (1968) 134.
[8].D Bahadur, S Rajakumar and Ankit Kumar (Department of Metallurgical Engineering and Materials Science, Indian Institute of Technology, Mumbai),
Influence of fuel ratios on auto combustion synthesis of barium ferrite nano particles, J. Chem. Sci., Vol. 118, No. 1, January 2006, pp. 15–21. © Indian
Academy of Sciences
[9]. J.Azadmanjiri, S.A. Seyyed Ebrahimi, H.K. Salehani, “ Magnetic properties of
nanosize NiFe2O4 particles synthesis by sol-gel auto combustion method”, Ceramics
International 33 (2007) 1623-1625.
[10].Jiang Li , Yusong Wu , Yubai Pan , Jingkun Guo, Influence of citrate-to-
nitrate ratio on the thermal behavior and chemical environment of alumina gel,
Ceramics International 33 (2007) 735–738
[11] M. Grigorova, H. J. Blythe, V. Blaskov, V. Rusannov, V. Petkov, V. Masheva, D. Nihtianova, L. I. M. Martinez, J. S. Munoz, M. Mikhov, J. Magn. Magn. Mater, 1998, 193(1 - 2), p 163
in 1,2- propanediol and their magnetic properties”, Msc thesis, ITIMS-Hanoi
(2002) 20
[14]. O.K.Quý, N.P. Thuỳ, N.Hạnh, L.Đ.T, “ Sự hồi phục từ trong các hạt siêu
thuận từ CoFe2O4 chế tạo bằng phương pháp thuỷ phân cưỡng chế”, Hội nghị vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ IV, 11 (2003) 759
[15] P. Tartaj, M. P. Morales, S. V, Verdaguer, T. G.Carre, C. J Serna, “ The preparation of magnetic nanoparticles for applications in biomedicine”, J. Phys. D: Appl. Phys, Vol. 36 (2003), pp 182 – 197
[16]. T.Đ.Hiền, N.A.Tuấn, N.P.Thuỳ, N.N.Phước, P.L.Minh, O.K.Quý, “ Các
màng mỏng và hạt từ tính có cấu trúc nano: Công nghệ chế tạo, các tính chất vật lý và triển vọng ứng dụng”, Hội thảo khoa học và công nghệ, Hà Nội (2003) 65
[17].Trần Đức Hoàng, Nghiên cứu ảnh hưởng của La và chế độ công nghệ tới tính
chất từ của các hạt ferit SrLaxFe12-xO19 siêu mịn, Luận văn thạc sỹ khoa học vật liệu khóa Itims 2004, ITIMS, (2006)
[18].Trần Thị Việt Nga , Thân Đức Hiền, Nguyễn Phúc Dương (Itims),
Nghiên cứu ảnh hưởng của Co lên các tính chất của hệ SrCoxFe12-xO19 (x = 0÷0,2) có kích thước dưới micromet, Hội nghị VLCR toàn quốc, Vũng Tàu, (2007) [19]. Thân Đức Hiền, “ Từ học và vật liệu từ”, NXBĐHBKHN (2008) 108
Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội
[20]. V.Đ.Cự, N.X. Chánh, “ Công nghệ nano điều khiển đến từng phân tử”, NXB KH&KT, (2004) 38
[21]. Y.P. Fu, K.Y. Pan, C.H. Lin, Mater. Lett. 57 (2002) 291.
[22]. W.H. Qi, M.P.Wang, Y.C. Su, J. Mater. Sci. Lett. 21 (2002) 877. [23]. W.H. Qi1, M.P.Wang, J. Nanoparticle Res. 7 (2005) 51.