Hình 6 biểu diễn sự phụ thuộc của Ms và Hc vào nhiệt độ ủ cho mẫu bột Fe-Cọ Từ hình này có thể thấy Ms của tất cả các mẫu sau khi ủ nhiệt đều tăng lên so với mẫu chưa ủ. Giá trị Ms của mẫu M32 thấp có thể do nhiều nguyên nhân như sự mất trật tự tinh thể, kích thước hạt giảm,… nhưng sự ôxy hóa bột kim loại khi được nghiền trong không khí được xem là nguyên nhân chính. Sau khi ủ trong môi trường khí H2 các lớp ôxít bao bên ngoài các hạt bị khử khiến cho từ độ tổng cộng tăng lên. Chúng tôi cũng đã chứng minh giả thiết này trong công bố trước đây [5].
Hình 5. Các ảnh hiển vi điện tử quét của hai mẫu bột (a) M32 và (b) M 700.
Hình 6. Ms và Hc của mẫu Fe50Co50 sau khi nghiền
32 giờ và ủ ở các nhiệt độ khác nhaụ
Ở hình 6 chỉ ra sự phụ thuộc của Ms và Hc vào nhiệt độ ủ. Khi nhiệt độ ủ tăng, Ms tăng tới giá trị cao nhất 215 emu/g tại 7000C và hầu như không thay đổi khi tiếp tục tăng nhiệt độ ủ. Ngược lại, Hc giảm mạnh tới 27 Oe tại 7000C, sau đó gần như không đổi khi tăng nhiệt độ ủ tới 8000C. Kết quả này là hệ quả của tăng kích thước hạt, giảm ứng suất nội và sự phục hồi cấu trúc mạng như đã được đề cập ở phần trên. Phân tích chi tiết hơn giá trị Hc của hai mẫu M10 và M32 trước và sau khi xử lý nhiệt (xem bảng 2) có thể thấy trạng thái bột trước khi ủ có ảnh hưởng lớn tới giá trị Hc của chúng sau khi ủ.
Bảng 2 tóm tắt các giá trị của Hc, Ms, D của các mẫu bột sau khi nghiền 10 giờ và 32 giờ cùng với các mẫu sau khi nghiền đã được xử lý nhiệt tiếp theọ Giá trị Ms cao nhất nhận được cho mẫu Fe50Co50 đã ủ trong thực nghiệm này là tương đương với công bố [4], tuy nhiên Hc thấp nhất thu được nhỏ hơn một bậc, có thể so sánh với mẫu băng nguội nhanh [7]. Cho tinh thể với kích thước cỡ 20 nm, các đồ thị Herzer [8] tiên đoán rằng giá trị Hc sẽ trong nằm khoảng 10-1-10-2 Oẹ Giá trị Hc rất nhỏ thu được cho mẫu M10-700 (Hc cỡ 0,3 Oe) cũng là một chứng cứ gián tiếp khẳng định sự tồn tại của nhiều tinh thể với kích thước nhỏ hơn 20 nm trong mẫu nàỵ
Như vậy là, các giá trị Hc của các mẫu bột đã được ủ không chỉ phụ thuộc vào thời gian nghiền mà còn phụ thuộc vào nhiệt độ ủ và hơn nữa có thể tạo được bột hợp kim có Hc cỡ 10-1 Oe, một giá trị điển hình để coi vật liệu là từ mềm. Kết quả này có sự khác biệt lớn với công bố [4], trong đó Hc có giá trị tương đối cao cỡ 12 Oe, không phụ thuộc nhiệt độ ủ và hệ quả là đóng góp của dị hướng từ tinh thể vào Hc chỉ có vai trò thứ yếu so với các dạng dị hướng khác. Nguyên nhân của sự khác biệt theo chúng tôi là do sự khác nhau trong cách chọn lựa điều kiện thực nghiệm (loại máy nghiền, tỉ lệ bi : bột, tốc độ, môi trường nghiền…). Từ các thông số nghiền cụ thể có thể thu được các bột hợp kim có kích thước, ứng suất, mức độ bị ôxy hóa hoàn toàn khác nhau và do đó ảnh hưởng của xử lý nhiệt tới các tính chất từ, đặc biệt là Hc cũng khác nhaụ
Hình 7. Đường cong từ trễ tiêu biểu của M10-700. Hình nhỏ là phần tâm của đường cong.
Bảng 2 cho thấy sự tăng của D theo nhiệt độ ủ của các mẫu bột, được xác định từ số liệu XRD được trình bày trên bảng 2.
Bảng 2. Các tính chất từ của các bột hợp kim nano tinh thể được chế tạo
bằng phương pháp hợp kim cơ và xử lý nhiệt tiếp theọ
Tên mẫu Xử lý nhiệt (oC) Hc (Oe) Ms (emu/g) D (nm) M32 Nghiền 32 giờ 280 160 8 M400 400/ 1 giờ 108 187 17 M500 500/ 1giờ 49 206 19 M600 600/ 1giờ 42 212 25 M700 700/ 1 giờ 27 215 43 M800 800/ 1 giờ 28 210 52 M10 Nghiền 10 giờ 85 200 7 M10-700 700/1 giờ 0,3 220 32 Fe50Co50 [4] Chưa ủ 600/ 1 giờ 58 12 221 230 9 33 Màng mỏng (Fe, Co)-Zr-B- Cu [7] Không xác định 0,9 Không xác định Vô định hình + nano tinh thể
Hình 7 thể hiện đường từ trễ tiêu biểu cho mẫu bột Fe50Co50 được nghiền 10 giờ và ủ tại 700oC/1 giờ (M10-700). Có thể nhận thấy trạng thái chưa bão hòa của mẫu với từ trường 11 kOe, kết quả này có thể do tính siêu thuận từ của các hạt nano từ [9]. Đặc tính siêu thuận từ của các bột hợp kim MA đã được chứng minh từ kết quả nghiên cứu phổ Mosbauer [10]. Do giới hạn siêu thuận từ cho Fe50Co50 được báo cáo khoảng 34 nm [11], từ đó cũng giản tiếp khẳng định có rất nhiều hạt với kích thước nhỏ hơn 34 nm trong mẫu bột M10-700. Chúng tôi cũng quan sát thấy điểm bất thường trên hình 4 với sự mở rộng của đường trễ trong các góc phần tư thứ nhất và thứ ba theo hai chiều tăng và giảm của từ trường. Hiện tượng này cũng xuất hiện trên các đường trễ được đo ở các nhiệt độ khác nhau từ 10-300K. Kết quả này có thể do sự tồn tại của pha tinh thể của FeO hoặc CoO với trật tự phản sắt từ (AFM) tồn tại ở lớp vỏ của hạt, vì như thế sẽ tạo nên liên kết trao đổi giữa hai môi trường sắt từ (FM) trong lõi hạt và AFM của lớp vỏ ngoàị
Những kết quả nghiên cứu sâu hơn về vấn đề này sẽ được chúng tôi báo cáo trong thời gian tới đâỵ
Hình 8 thể hiện kết quả khảo sát độ ổn định của các mẫu được ủ tại các nhiệt độ khác nhau theo thời gian giữ trong không khí (tair) tại nhiệt độ phòng thông qua phép đo từ độ. Có thể thấy, Ms của các mẫu hầu như không đổi trong thời gian ít nhất là 30 ngày, có nghĩa là các mẫu có tính ổn đinh bề mặt tốt khi tiếp xúc với không khí. Kết quả này cũng củng cố thêm giả thuyết về sự có mặt của các lớp ôxít mỏng quanh các hạt nêu trên. Các lớp ôxít không những làm cho các hạt không bị ôxy hóa thêm mà còn có tác dụng giảm độc tính của bột FeCo và như vậy tạo điều kiện thuận lợi hơn cho các ứng dụng trong y sinh.
Hình 8. Ms của mẫu sau khi xử lý nhiệt phụ thuộc thời gian bảo quản trong không khí.