Các granat từ

Công thức hoá học chung của ferit này là: 3R2O3.5Fe2O3 = 2R3Fe5O12

ở đây R= Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, La, Y... (các ion đất hiếm hoá trị 3).

Ferit granat có cấu trúc tinh thể lập phơng rất phức tạp. Ô đơn vị chứa 160 nguyên tử gồm 96 O2- chiếm chỗ 96h, 40 Fe3+ chiếm chỗ 24d và 16a và 24 R3+ chiếm chỗ 24c.

Tính chất từ của các granat từ rất lý thú: M(T) với phần lớn các đất hiếm R đều thuộc loại N (có nhiệt độ bù trừ TK) và phụ thuộc rất mạnh vào T ở nhiệt độ thấp (hình 31). Đặc tính của ferit loại này là có điện trở cao do không có ion hoá trị 2 và do đó độ mất mát trong vùng vi ba rất nhỏ. Các đơn tinh thể của các oxyt này trong suốt, có thể quan sát đợc đômen nhờ hiệu ứng Faraday. Hiệu ứng từ quang của chúng rất lớn (nhất là với các granat chứa Bi).

Từ thực nghiệm ta kết luận là các tơng tác liên quan đến các ion c rất yếu hơn so với tơng tác a d– và không thể ảnh hởng đến trạng thái trật tự của phân mạng a và d chiếm bởi các ion Fe3+. Do đó, có thể xem rằng sự phụ thuộc nhiệt độ T của Ma(T) và Md(T) giống hệt trong trờng hợp granat với R = Y không từ (Y3Fe5O12), và do đó coi nh đã biết. Chỉ cần xét Mc:       + + = ac a dc d cc c B c Jc co c v M v M v M T k B M M à = [ ]       − + c cc a d B c Jc co v M M v M T k B M à ( ) (4.2)

ở đây, àc là mômen bão hoà của ion tại c, v là hệ số trờng phân tử hiệu dụng xác định tơng tác của các ion c và các ion Fe3+. Tơng tác này là âm (do có nhiệt độ bù trừ). ở nhiệt độ khá thấp hơn Tc (T<Tc) ta có thể sử dụng gần đúng BJ(x) J x J 3 ) 1 ( +

≈ (vì x<< 1). Khi đó ta viết lại (4.2) dới dạng:

) (v M v M v M H T C M c ac a cd d cc c c= + + +η (4.3) ở đây η=+1 khi T<TK, η=-1 khi T>TK (TK là nhiệt độ bù trừ)

Hình 31. Sự phụ thuộc nhiệt độ của từ hoá tự phát của ferit granat.

Giả thiết Ma , Md biến đổi chậm theo H, khi đó sự biến đổi từ độ do Mc

quyết định: cc c c c c v C T C H M − = ∂ ∂ =η χ . (4.4)

Ta lại dẫn đến định luật Curie – Weiss, tức là phân mạng c có đặc tính thuận từ với “nhiệt độ Curie” Ccvcc. Điều này phù hợp với giả thiết về tơng tác yếu giữa tổng hai phân mạng (a+d) và phân mạng (c) và giải thích tốt sự phụ thuộc mạnh dị thờng của M theo H (quá trình thuận từ mạnh) trong các vật liệu này (hình 32).

Hình 32. Giải thích sự phụ thuộc nhiệt độ của từ độ của ferit granat Gd3Fe5O12 với 3 phân mạng từ c, a và d.

6.Vật liệu từ cứng, vật liệu từ mềm 6.1.Vật liệu từ cứng

•Vật liệu từ cứng là vật liệu có độ từ d, trờng khử từ và mật độ từ thông bão hoà cao, độ từ thẩm từ ban đầu thấp và tổn hao từ trễ cao. Các vật liệu từ cứng có tích số Br .Hc bằng khoảng 2 lần năng lợng từ (độ cứng tơng đối) cần để phá huỷ từ hoá một đơn vị thể tích vật liệu. Nh vậy vật liệu có năng lợng từ hay độ cứng tơng đối của vật liệu càng cao khi tích Br . Hc càng lớn. Ngoài ra tính cách từ trễ liên quan tới khả năng dịch chuyển các vách đômen từ. Khi sự dịch chuyển này bị cản trở thì trờng khử từ và hệ số từ hoá đều tăng lên, để phá huỷ

từ hoá cần một trờng ngoài lớn. Sự dịch chuyển vách đômen sẽ khó khăn khi có những phần tử ở cấu trúc vi mô của vật liệu tiết ra nhỏ mịn.

•ứng dụng: Vật liệu từ cứng đợc dùng làm nam châm vĩnh cửu. Nam châm thờng đợc sử dụng là các hợp kim từ của sắt với volfram cacbit và crom cacbit phân tán. Chúng kìm hãm đặc biệt hiệu quả sự chuyển vách đômen. Nam châm vĩnh cửu đợc dùng để chế tạo máy phát điện, máy điện thoại, làm các la bàn... Nam châm vĩnh cửu cũng là những bộ phận rất quan trọng trong động cơ không đồng bộ, phát điện... và những dụng cụ trong phòng thí nghiệm dùng để xác định độ lớn và phơng hớng của lực từ, hình ảnh phổ.

Ngoài ra các vật liệu từ cứng còn có nhiều ứng dụng to lớn khác trong cuộc sống.

6.2. Vật liệu từ mềm

•Vật liệu từ mềm là vật liệu dễ bị từ hoá, khử từ với năng lợng từ trễ thấp, độ thẩm từ ban đầu cao. Vật liệu từ mềm thờng đợc sử dụng trong các linh kiện chịu từ trờng xoay chiều với năng lợng tổn hao thấp, loại vật liệu này thờng không có các khuyết tật cấu trúc. Vì từ trờng bão hoà và độ từ hoá chỉ phụ thuộc vào thành phần của vật liệu nhng hệ số từ hoá và độ khử từ Hc lại nhạy với biến đổi cấu trúc hơn là biến đổi thành phần.

•ứng dụng: Hiện nay vật liệu từ mềm vô định hình và nanomet dạng băng mỏng của các hợp kim sắt Fe (Cr, Ni, Co) – B(Si) với tính từ mềm tốt đợc sử dụng trong tần số trung và cao. Ngoài ra vật liệu từ mềm còn đợc dùng trong các máy phát, động cơ, mạch chuyển đổi. Vật liệu từ mềm đợc dùng chế tạo các nam châm điện và các vật liệu khác, nam châm điện ngày càng đóng vai trò quan trọng trong kỹ thuật cũng nh trong tự động hoá, điều khiển từ xa...

kết luận

Với mục đích của đề tài đã đặt ra, bằng các kiến thức có đợc trên giảng đờng và qua một thời gian nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu cũng nh sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo thạc sĩ Lu Tiến Hng, luận văn đã thu đợc một số kết quả sau:

Đã trình bày một cách tóm tắt các khái niệm về hiện tợng từ và các loại vật liệu từ cũng nh một số đặc trng cơ bản của chúng.

Tìm hiểu một cách cụ thể về bản chất của hiện tợng phản sắt từ, hiện t- ợng ferit từ và các đặc điểm cũng nh tính chất cơ bản của vật liệu phản sắt từ, vật liệu ferit từ.

Tìm hiểu lý thuyết trờng phân tử cho phản sắt từ và lý thuyết trờng phân tử cho ferit hai phân mạng từ, từ đó đã tìm hiểu đợc bản chất trờng phân tử là trạng thái cơ bản của hiện tợng phản sắt từ, ferit từ .

Ngoài ra cũng đã tìm hiểu đợc một số vật liệu phản sắt từ, vật liệu ferit từ thông thờng. Luận văn cũng đã giới thiệu một cách tóm tắt khái niệm và ứng dụng của vật liệu từ cứng, vật liệu từ mềm.

Do sự hiểu biết, điều kiện nghiên cứu đề tài và thời gian có hạn, do đó không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong nhận đợc sự góp ý chân thành, thẳng thắn của các thầy, cô giáo và các bạn để khoá luận của tôi đợc hoàn thiện hơn.

Tài liệu tham khảo

1.Vật lý 9 – NXBGD, năm1994 2.Vật lý 11 – NXBGD, năm 2001

3.Nguyễn Phú Thuỳ, Vật lý các hiện tợng từ – NXB ĐHQG Hà Nội

4.Giáo trình vật lý chất rắn – Nguyễn Thị Bảo Ngọc, Nguyễn Văn Nhã năm 1998.

5.Vật liệu học –

6.Bazo – Vich, Min – Nhe, các bài giảng về từ học, Hà Nội 1992

7. Đào Trần Cao - Cơ sở vật lý chất rắn - NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội.

8. Nguyễn Thế Khôi, Nguyễn Hữu Mình - Vật lý chất rắn - NXB Giáo dục Hà Nội 2001

Mục lục

Trang

Lời cảm ơn

Mở đầu 1

ChơngI: Khái niệm về các hiện tợng từ và vật liệu từ ...3

1.Các khái niệm cơ bản ...3

1.1.Hiện tợng từ...3 1.2. Từ trờng ...3 1.3.Độ cảm từ, độ thẩm từ, cảm ứng từ, độ từ hoá ...4 2.Các hiện tợng từ và vật liệu từ ...6 1.1.Nghịch từ...6 1.2.Thuận từ...8

1.3.Sắt từ ...11 ... ... ... ... ... ... ... ... ... 1.4. Phản sắt từ...12 1.5. Ferit từ ...15

Chơng II: Vật liệu phản sắt từ và các tính chất cơ bản ...18

1.Khái niệm và đặc điểm của vật liệu phản sắt từ...18

1.1. Hiện tợng phản sắt từ ...18

1.2. Đặc điểm của vật liệu phản sắt từ ...18

2.Lý thuyết trờng phân tử cho phản sắt từ...20

Chơng III: Vật liệu ferit từ và các tính chất cơ bản...30

1. Khái niệm và đặc điểm của vật liệu ferit từ ...30

1.1.Khái niệm...30

1.2.Đặc điểm của vâtl liệu ferit từ ...31

2.Lý thuyết trờng phân tử cho ferit hai phân mạng từ ...31

3.Miền thuận từ và nhiệt độ Curie ...36

4. Sự phụ thuộc từ độ tự phát vào nhiệt độ ...38

5. ảnh hởng của từ trờng lên từ độ tự phát ...39

6.Sự khác nhau giữa vật liệu phản sắt từ, ferit từ với vật liệu sắt từ ...41

Chơng IV: Một số vật liệu phản sắt từ, ferit từ...43

1. Ferit spinel ...43

2. Các oxyt loại cơng thạch ...46

3. Các oxyt loại magnetoplumbite ...47

4. Các oxyt loại perovskite ...48

5. Các granat từ ...50

6.Vật liệu từ cứng, vật liệu từ mềm ...53

6.1.Vật liệu từ cứng ...53

6.2.Vật liệu từ mềm ...53

Kết luận 55...

Tài liệu tham khảo...56

... ... ... ... ... ... ... ... ...