6. Cấu trúc của đề tài
3.2. Cơ chế tinh thể hóa của Fe95B5
3.2.1. Cơ chế tinh thể hóa của Fe95B5
Hình 3.9 cho thấy số nguyên tử tinh thể NCr như là hàm của thời gian đối với mẫu Fe95B5 được ủ ở 900K. Quá trình có thể chia thành 3 giai đoạn. Giai đoạn 1 kéo dài tới điểm A, mỗi bước MD chúng tôi không tìm thấy nguyên tử tinh thể nào hoặc chỉ thấy số lượng nhỏ nguyên tử tinh thể nó tạo thành vài mầm. Các mầm này không bền vững và biến mất trong thời gian ngắn. Giai đoạn thứ 2 kéo dài giữa điểm A và B, NCr tăng nhanh. Không giống giai đoạn thứ nhất đám tinh thể bền vững và lớn theo thời gian. Với giai đoạn thứ 3, NCr
dao động mạnh và tăng không đáng kể theo thời gian, nó liên quan đến sự mở rộng của đám tinh thể tới bề mặt của hạt nano.
Hình 3.9: Nguyên tử tinh thể NCr như là hàm của thời gian đối với mẫu Fe95B5 được ủ ở 900K
S ố nguyên t ử tinh th ể Bước × 20000 0 1500 3000 4500 0 800 1600 2400 3200 4000 A B C
Để nhận chi tiết hơn về sự tạo mầm như thế nào, chúng tôi quan sát các nhân tại mỗi bước MD với 6 khoảng thời gian. Khoảng thời gian kéo dài 5105 bước và nằm trong giai đoạn 1. Thời điểm bắt đầu ti của khoảng thứ j là thông qua để các khoảng xét được tách rời và 𝑡1 < 𝑡2 <. . . < 𝑡6. Xét khoảng thứ j và khoảng tCVi là thời gian để nguyên tử thứ i là CV-atom (nguyên tử tinh thể ngoài vùng biên). Ở đây tCVi ≤ 5105 bước; nếu tCVi = 0 thì nguyên tử thứ i là CB-atom (nguyên tử tinh thể tại vùng biên) hoặc Am- atom (nguyên tử ở trạng thái VĐH) đối với 5105 bước. Chúng tôi đã tính <tCV> bằng trung bình tCVi trên tất cả các nguyên tử. <tCV> đặc trưng cho thời gian sống trung bình của các nhân. Chúng tôi cùng phát hiện các nguyên tử mà nó là CV-atom với các khoảng xét. Đặt nCV là số những nguyên tử như vậy. Tại thời điểm cuối cùng của khoảng xét chúng tôi đưa ra ảnh chụp về sự phân bố số nguyên tử nCV. Bảng 3.1 liệt kê <tCV> và số nCV. Chúng ta có thể thấy rằng từ khoảng thứ nhất đến khoảng thứ 6, <tCV> tăng đều đặn, trong khi đó nCV có xu hướng tăng.
Bảng 3.1. Số bước <tCV> và số nCV nhận được trong 6 khoảng thời gian. Khoảng
thời gian 1 2 3 4 5 6
nCV 44 63 118 99 338 501
<tCV>
(số bước) 1373 1634 15563 21668 95259 96622
Hình 3.10 chúng tôi vẽ ảnh chụp sự phân bố riêng biệt của các nguyên tử nCV được xác định. Khoảng thứ nhất và thứ 2 các nguyên tử này phân bố không đều trong mẫu trong mẫu, nhưng 3 khoảng cuối có 1 số lượng các nguyên tử định xứ gần nhau trong không gian giống nhau. Đối với khoảng thứ 5, 6 sự sắp xếp riêng biệt của một vài nguyên tử là tương tự như lưới tinh thể méo (hình 3.11).
Hình 3.10. Ảnh chụp sự phân bố riêng biệt của các nguyên tử nCV được xác định. Hình A, B, C chụp các nguyên tử này phân bố không đồng nhất trong mẫu.
Hình 3.11. Ảnh chụp sự phân bố riêng biệt của các nguyên tử nCV được xác định. Hình D, E, F chụp sự sắp xếp riêng biệt của một vài nguyên tử là tương tự
như lưới tinh thể méo.
Dáng điệu của các mầm có thể được giải thích theo cách như sau: Theo sự ủ nhiệt hạt nano trải qua sự hồi phục. Như một kết quả, một số vùng đặc biệt được tạo thành ở đó sự sắp xếp nguyên tử không phải là cấu trúc tinh thể, nhưng tương tự lưới tinh thể méo. Thế năng của các nguyên tử trong vùng này trung bình nhỏ hơn EAm. Chúng tôi gọi chúng là đám tinh thể. Thời gian sống của các mầm cũng như tốc độ tạo thành các mầm trong vùng mầm lớn hơn trong giai đoạn sớm hơn.
Tiếp theo, chúng tôi xác định sự phân bố riêng phần của Cr-atom. Ảnh chụp được chọn về sự phân bố riêng của các CB-atoms, CV-atoms phát hiện trong giai đoạn thứ 2 được thấy trong hình 3.12.
A) B) C)
Hình 3.12. Ảnh chụp được chọn về sự phân bố riêng của các CB-atoms, CV-atoms.
i) Các đám tinh thể bền vững tạo thành trong vùng mầm và sau đó lớn dần theo thời gian; ii) Các mầm mới được phát ra vùng biên, cụ thể chúng tạo bởi CB-atoms và AB-atoms;
iii) Tốc độ tạo thành mầm lớn hơn đáng kể trong giai đoạn trước.
Chúng ta có thể thấy ở thời điểm sớm t1 có 2 đám tinh thể trong lõi. Sau đó các đám này lớn lên, ở thời điểm t3 chúng tạo hành một đám lớn. Nó là rất giá trị thấy rằng giai đoạn thứ nhất Cr-atoms tụ tập thành đám. Từ hình 3.12 ta thấy: i) Các đám tinh thể bền vững tạo thành trong vùng nhân và sau đó lớn dẫn theo thời gian; ii) Các nhân mới được phát ra vùng biên, cụ thể chúng tạo bởi CB-atoms và AB-atoms; iii) Tốc độ tạo thành nhân lớn hơn đáng kể trong giai đoạn trước.
Hình 3.13 và 3.14 cho thấy ảnh chụp Am-toms trong lõi và bề mặt hạt nano Fe95B5 thu được ở thời điểm cuối của giai đoạn thứ 3. Bề mặt và lõi hạt nano được mô tả minh họa trong hình 2.4 (xem chương 2). Lõi chứa một lượng nguyên tử B và nguyên tử Fe VĐH. Các nguyên tử này biểu diễn các sai hỏng cấu trúc tinh thể BCC. Pha VĐH bao phủ phần lớn bề mặt. Một vài vị trí của bề mặt thuộc pha tinh thể. Vì sự phân bố như vậy của Am-atoms, bề mặt của của hạt nano có cấu trúc không đồng nhất.
Hình 3.13. Ảnh chụp 𝑨𝒎 − 𝒕𝒐𝒎𝒔 trong lõi hạt nano Fe95B5 thu được ở thời điểm cuối.
Các vùng mầm tạo thành trong lõi do đó bề mặt có cấu trúc xốp hơn. Vì sự phát triển tinh thể bị dừng khi vùng biên chuyển ra bề mặt, do đó trong suốt giai đoạn thứ 3 sự phát triển của tinh thể Fe thực hiện chậm. Các đám tinh thể lớn theo hướng bao phủ lõi và sau đó trải rộng ra bề mặt. Sau khi sự tinh thể hóa hoàn thành hạt nano chứa tinh thể Fe BCC với các sai hỏng và pha FeB VĐH. Sự phát triển tinh thể quan sát được được mô tả minh họa trong hình 3.12.