Tóm tắt. Trong bài báo này, cẩu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ tổng trở cùa hợp kim vô định hình và
nanocomposite Fe73 5SÌ17 5B5Nb3Cui chê tạo bằng phương pháp nguội nhanh trên trống đồng đơn trục đã được
nghiên cứu một cách hệ thông. Hiệu ứng từ tổng trở đã được đo đề nghiên cứu ảnh hưởng của sự thay đổi cấu trúc tính lên tính chât từ mêm cùa vật liệu. Các đặc trưng từ mềm như lực kháng từ, độ từ thấm và cảm úng từ đã được cải thiện rõ rệt đôi với mẫu ũ ở nhiệt độ 530°c trong thời gian 40 phút. Điều này chứng tó quá trình kêt tinh các hạt nano tinh thê đã làm tăng tính chát từ mêm cùa vật liệu cũng như là hiệu ứng từ tổng trở.
T ừ k h ó a (K e y w o rd s ) : từ tổ n g trở, hợ p kim nano com posit.
G IỚ I T H IỆ U
Trong những năm gần đây, hợp kim FeSiBNbCu vô định hình/nanocomposite (Finemet) đã thu hút được rẩt nhiêu sự quan tâm cùa các nhà nghiên cứu bời tính chất siêu mềm của nó [1 -3]. Hợp kim vô định hình được chê tạo như vật liệu nền ban đầu, sau đó bằng cách ủ nhiệt để kết tinh các hạt nano ot-Fe(Si) ta sẽ thu được hợp kim nanocomposite. Với tỉ phần thể tích phù hợp của các hạt nano a-Fe(Si) thì từ giảo cùa hợp kim nanocomposite sẽ bị triệt tiêu dẫn đến cài thiện rõ rệt tính chất từ mềm của vật liệu.
Gần đây việc phát hiện hiệu ứng từ tổng trở (GMI) trong vật liệu từ tính vô định hình và nano tinh thể đã mở rộng thêm hướng phát triển của các cảm biến từ [4, 5], Hiệu ứng từ tổng trờ
được h iểu n hư là s ự th ay đ ổ i tổ n g trở củ a vật liệu từ khi c ó từ trư ờng n goà i tác dụn g vào. H iệu
ứng GMI được giải thích dựa trên sự phụ thuộc của tông trở vào chiều dày của bề mặt thấm
ỏ= (p / n f /v ,)l/2. T ron g đ ó / l à tần số củ a d ò n g đ iện ch ạ y trong vật liệu , p là đ iện trờ suất, /J, là độ
từ thẩm ngang của vật liệu. Hiệu ứng từ tổng trở tồn tại ở trong vật liệu từ có điên trở thấp, độ từ thẩm cao, từ độ bão hòa cao và hệ sổ hồi phục nhỏ [6]. Tuy nhiên giá trị cực đại cùa hiệu ứng GMI trong thực nghiệm thấp hơn nhiều so với giá trị tính toán ]í thuyết [4 - 6]. Do đó để đạt được các tính chất phù hợp với ứng dụng thực tiễn có rất nhiều các nghiên cứu tập trung vào tối ưu thành phần vật liệu cũng như xử lí nhiệt [7 - 10].
Trong bài báo này chúng tôi nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình ủ nhiệt lên cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ tổng trở của hợp kim Fe73.5Sii7.5B5Nb3Cui.
T H ự C N G H I Ệ M
Hợp kim Fe73 .sSiiy.sBsNbíCui được đốt nóng chảy trong chân không bàng lò cao tần. Sau
đó băng v ô đ ịnh h ìn h đ ư ợ c c h ế tạo b ằn g p h ư ơ n g pháp n g u ộ i nhan h trên trông đ ô n g dơn trục với tốc độ quay là 3 0 m /s . B ă n g h ợ p k im thu đ ư ợ c có c h iều rộng 1 c m v à dày 16 fjm. B ăng hợp kim được ủ n hiệt trong ch ân k h ô n g ờ n h iệt đ ộ 5 3 0 ° c trong 4 0 phút đ ê h ình thành các hạt nano tinh
thể. Thiết bị phân tích nhiệt vi sai SDT 2960 TA Instruments được sử dung đê đo các phép đo phân tích nhiệt (differential scanning calorimeter DSC). Càu trúc của mẫu hợp kim được kiêm tra bằng thiết bị nhiều xạ tia X (Bruker D5005) và kính hiên vi điện từ truyên qua TEM ( FEI Tecnai TF 20). Các tính chất từ được kiểm tra bàng thiết bị từ kế mầu rung (DMS 880) và AMI1-401A
Độ nhạy từ của hiệu ứng GMI:
Ỉ = 2 m ỉ i
At ì
max
(2)
Trong đó H m a x là từ trường ngoài cực đại và trong bài báo này Hmax = 300 Oe, AH là bán độ rộng. Tương tự như tông trở phân trăm của độ từ thâm với từ trường ngoài được cho bời công thức sau:
Kết quả nhiễu xạ tia X và nhiễu xạ điện tử trong TEM chứng tỏ rằng băng hợp kim mới tạo ở trạng thái vô định hình hoàn toàn. Hình 1 là đường cong phân tích nhiệt sử dụng phương pháp nhiệt vi sai. Ta thấy ràng trên đường cong DSC có 2 đinh tỏa nhiệt liên quan đến khoảng kết tinh trong quá trình đốt nóng. Đỉnh tỏa nhiệt thứ nhất xuất hiện ờ 530°c liên quan đến sự kết tinh của tinh thể a-Fe(Si) từ pha vô định hình [2, 3, 5]. Đỉnh tỏa nhiệt thứ 2 liên quan đến sự hình thành pha boride (Fe-B). Một phần nhỏ của pha boride được tìm thấy trong mẫu ủ nhiệt ờ 680°c chứng tò sự hình thành pha Fe-B từ pha a-Fe(Si). Dựa vào đường cong DSC băng hợp kim vô đinh hình được ủ ở nhiệt độ 530°c trong 40 phút để tạo thành các hạt nano tinh thể a-Fe(Si) nam trên nền vô định hình. Kết quả nhiều xạ tia X và ành TEM cho thấy pha tinh thể a-Fe(Si) đã hình thành và có kích thước là 12,5 nm.
Hình I: Đ ư ờ ng c o n g DSC của băn= _ . T r . . . . . ing nhiệt từ 10°c/phút đến 50°c/phút
Aịi/ịi (%) = 100% X [|i(H) - |i(Hmax)]/ n(Hmax) (1)
KÉT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
580cC 718‘c 575“C ? 12 C l O 'C /p h u t I *— --- —I—.—.—.—.— I—.—»— ■ • 400 500 600 700 800 -1 0 -0 5 0 0 0 5 1 0 H (Oe)
Đê nghiên cứu tính chât từ mêm của vật liệu chúng tôi đo đường cong từ trề của mẫu vô định hình và mau sau khi ủ nhiệt. Ta có thê thây đường trễ cùa băng vô định hỉnh có dạng v uông góc đó chinh là sự phân bô của dị hướng từ đàn hôi trong quá trình chế tạo mẫu. Tuy nhiên đường trề của mâu sau khi ủ nhiệt có dạng thông thường với các tính chất từ cải thiện rõ rệt như lực kháng từ thâp, cảm ứng từ cao. Việc hình thành các hạt nano tinh thê a-Fe(Si) dẫn đến triệt tiêu từ giảo và làm giảm lực kháng từ cũng như tăng độ từ thẩm.
Hình 3 là đường cong từ tồng trở phụ thuộc vào từ trường của mẫu trước (a) và sau khi ủ (b) được đo với các tân sô khác nhau. Ta thấy rằng giá trị cực đại của GMI đạt được tại tần số xấp xi băng không {Hdc ~ 0) chỉ có 1 đỉnh cực đại duy nhất. Giá trị cực đại cùa GMI đạt được là 30% và 80% tại tân sô f = 2 MHz tương ứng với mẫu trước và sau khi ú nhiệt. Giá trị cực đại cùa GMI tăng lên đôi với mẫu sau khi ủ được cho là sự hình thành của các đô men ngang dần đến tăng độ từ thẩm ngang của mẫu.
H(Oe) H(Oe)
Hình 3: Sự phụ thuộc cùa GMI vào từ trường ngoài cùa mẫu trước (a) và sau khi ũ nhiệt (b) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sự phụ thuộc cùa giá trị cực đại GMI vào tần sổ được thề hiện trong hình 4. Ta thấy rằng đầu tiên giá trị cực đại của GMI tăng với sự tăng của tần số và đạt cực đại tại tân sô f = 2 MHz sau đó giảm với tần sổ cao hơn. Tại tần sổ thấp hiệu ứng bề mặt chiếm ưu thế dẫn đến cài thiện hiệu ứng GMI. Ở tần số cao quá trình dịch chuyển vách đô men bị hãm dẫn đến làm giảm độ từ thâm ngang làm cho hiệu ứng GMI giảm mạnh. Từ đường cong sự phụ thuộc của GMI vào từ trường ta có thể tính được độ nhạy từ ị (%/Oe) theo công thức (3). Trong bài báo này giá trị của độ nhạy từ
đạt được tại tân sô f = 2 MHz là 5%/Oe và 22%/Oe đổi với mẫu trước và sau khi ủ nhiệt.
Đê khăng định sự đóng góp của độ từ thẩm vào hiệu ứng GMI chúng tôi đã đo sự phụ thuộc của ti
sô độ từ thâm (AịoẠi (%)) vào từ trường (hình 5). Và thấy ràng ti số độ từ thẩm của mẫu sau khi ủ
lớn hom nhiểu so với mẫu trước khi ủ và đạt giá trị cực đại tại tần sổ f = 2 MHz. Điều đó chứng tỏ việc tăng độ từ thâm của mẫu đóng góp lớn trong việc tăng hiệu ứng GMI.
KÉT LUẬN
Trong bài báo này ảnh hường của quá trình ủ nhiệt lên cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ tông trở đã được nghiên cứu. Mầu sau khi ủ nhiệt ờ 530°c trong 40 phút đã làm tăng tính chất từ mêm rõ rệt. Cà 2 mẫu trước và sau khi ủ nhiệt đều đạt giá trị GMI và độ nhạv từ cao. Giá trị GMI và độ nhạy từ đạt được giá trị cực đại 80% và 22%/Oe tại tần sổ f = 2MHz. Việc tăng độ từ thẩm dẫn đến tăng hiệu ứng GMI hứa hẹn khà nâng ứng dụng trong các cảm biển từ hiệu suất cao.
Lời cảm ơn
Công trình này được thực hiện với sự hỗ trợ về tài chính của đề tài QT 09-06.
Tài liệu tham k hả o (R eferen ces)
[1] Y. Yoshizaw a, s . Oguma, K. Yam auchi,y. Appl. Phys. 64 (1988) 6044.
[2] N. Chau, N .x . Chien, N.Q . Hoa, p .ọ . N iem , N.H. Luong, N .D . Tho, v . v . Hiep. ./. Aỉơgn. Aíagn. Mater. 282 (20 0 4 )1 7 4 -1 7 9 .
[3] N. Chau, N.Q . Hoa, N .D . The, L .v . Vu, J. Magìi. Magn. Mater. 30 3 (20 06 ) e 4 15 -e 4 18. [4] L.v. Panina, K. Mohri, T. Uchiyama, and M.Noda, IEEE Trans. Magn. 31, (19 95 ) 1249.
[5] H.Q. Guo, H. Kronmuller, T. Dragon, Z.H. Cheng, and B.G. Sheri, J. Appl. Pliys. 89, (2001) 514. [6] M. Knobel and K.R. Pirota, J. Magn. Magn. Mater. 2 4 2 -2 4 5 , (2 0 0 2 ) 33.
[7] S.J. Ahn, B .s . Lee, C.G. Kim, Y .w . Rheem, s . s . Yoon, and c . o . Kim, Sens. Actuators A, A106,
(2003) 221.
[8] M.H. Phan, H .x . Peng, s . c . Yu, and N. Chau, J. Appl. Phys. 97, (2 0 0 5 ) 10 M 108.
[9] W.J. Jung, C.G. Lee, B.H. K.OO, K .s. Shin and Y. Shimada, J. Korean Phys. Soc. 49, (2006) 992. [10] L.A. Tuan, c . o . Kim, N . Chau, N .D . Cuong, N .D Tho, N .ọ . Hoa and H.B. Lee, J. Magn. Magn. Mater. 307, (2 00 6) 178.
P h iế u đ ă n g ký kết quả nghiên cứu K H -C N
Tên đề tài (hoặc dự án): NGHIÊN c ử u CHÉ TẠO HỆ ĐO TỎNG TRỞ
D ự A TRÊN LOCK-IN SÓ
Mã số: QT-09-06
Cơ quan chủ trì đề tài (hoặc dự án):
Đại học Khoa học Tự nhiên
Địa chỉ: 334 Nguyễn Trãi, Thanh Xuân, Hà nội Tel:
C ơ quan quản lý đề tài (hoặc dự án):
ĐẠỈ HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
Địa chỉ: XUÂN THỦY, Q. CẦU GIẮY, HÀ NỘI
Tổng kinh p h í thực chi: 2 5 . 0 0 0 .0 0 0 đ ồ n g
Trong đó : - Từ ngân sách Nhà nước: 25.000.000 đồng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Thòi gian nghiên cứ u: 2009
Thòi gian bắt đầu: Thòi gian kết thúc:
Tên các cán bộ phối họp nghiên cứu:
l .T h S . Trần Vĩnh Thẳng Bộ môn Vật lý Đại Cương, Khoa Vật lý, ĐHKHTN
2. ThS. Nguvễn Văn Sơn Bộ môn Vật lý Chất rắn, Khoa Vật lý. ĐHKHTN
t à i N g à y : k ế t q u ả n g h i c n c ứ u : a. P h ô b i ê n r ộ n g rãi: X b. Phô biến hạn chế: c. Bào mật: T ó m t ắ t k ế t q u ả n g h i ê n c ứ u : C á c k ế t q u ả đ ạ t đ u ọ c :
Thực hiện được mục tiêu dồ ra:
X â y dựng hệ do tổng trờ dựa trên lock-in s ố có dài đo từ 0.001Hz đốn 100kHz. U ng dụng hệ do tronc dào tạo và nghiên cứu khoa học:
Đào t ạ o 01 c ừ nhân.
Viết 02 báo cáo trong hội nghị vật lý toàn quốc.
K i ế n n g l i ị v ề q u y I11Ô v à đ ố i t u ọ ì i g á p d ụ n g n g h i ê n c ứ u :
Kiên nghị Nhà trường, Ban chù nhiệm khoa vù Bộ môn cho phép và tạo diêu
k iện g iú p đ ỡ đ ổ h ìn h th à n h m ộ t h ư ớ n g n g h iê n cứ u m ớ i củ a B ộ m ô n .
C hủ nhiệm đề tài T h ủ t r ư ờ n g c ơ q u a n c h ủ trì d ề tài C h ủ tịch ỉ lội đồng đánh giá chính thức T h ủ t r ư ở n g c ơ q u a n quân lý dề tài Họ tên N g u y ễ n N g ọ c Đinh AO- HxciỊ Học hàm học vị Thạc sỹ *HÓ MIỆU TPí * A 1 ớ l Ị*ĩf c . 7 ^ .TRƯỞNG t l.g ỉ ầ m đ ỗ c BAN KhOA HỌC ■ CỒNG ''•v Kí tôn D ỏ n g dấu n / / ' I L t ■ iCi \ j * t i / r V i M Ỵj~— p p v f i ^ T 00^ ỉ 1 0 s ỵ ị t y t NGHÊ
G 5.1 c K n. Jk,ế/.ý*uj<, rv jỳĩ(o a ru ị m tiiS n tỵ/7~ ^ . ‘T f -