Phép đo đường cong từ trễ của các mẫu từ cứng nanocomposite trong luận án được thực hiện trên hệ từ trường xung. Từ các đường từ trễ này có thể xác định được các đại lượng đặc trưng quan trọng như: MS, HC, Br và (BH)max. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của hệ đo này được thể hiện trên hình 2.15. Hệ được thiết kế theo nguyên tắc nạp - phóng điện qua bộ tụ điện và cuộn dây. Dòng một chiều qua K1, nạp điện cho tụ làm cho tụ tích năng lượng cỡ vài chục kJ. Khi khố K2 đóng thì dịng điện tồn tại trong thời gian ngắn đã phóng điện qua cuộn dây nam châm L và tạo trong lòng ống dây một từ trường xung cao. Mẫu đo được đặt tại tâm của cuộn nam châm cùng với hệ cuộn dây cảm biến pick - up. Tín hiệu ở lối ra tỷ lệ với vi phân từ độ và vi phân từ trường sẽ được thu thập, xử lí hoặc lưu trữ cho các mục đích cụ thể. Từ trường trong lịng ống dây có thể được sử dụng để nạp từ cho các mẫu vật liệu khi chỉ dùng một nửa chu kì hình sin của dịng điện phóng. Để tránh được hiệu ứng trường khử từ, các mẫu khối đều được cắt theo dạng hình trụ và gắn chặt vào bình để tránh sự dao động của mẫu trong quá trình đo.
Trong quá trình làm thực nghiệm chúng tôi đã sử dụng hệ đo từ trường xung đặt tại Viện khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam (hình 2.16). Từ trường cực đại mà hệ đo này đạt được cỡ 9 Tesla.
Hình 2.16. Hệ đo từ trường xung.
Đối với hệ thiết bị này, các giá trị MS và HC có thể được xác định trực tiếp từ đường từ trễ trong phép đo trên hệ từ trường xung, riêng giá trị tích năng lượng cực đại (BH)max phải được chuyển đổi đơn vị và tính tốn như sẽ trình bày dưới đây. Kết quả của phép đo từ trễ là các đường Mm(H) với H là từ trường ngồi có đơn vị là Tesla (T) và Mm là từ độ khối lượng có đơn vị là emu/g (hình 2.17a).
Các số liệu này được xử lý để đưa về dạng 4 M(H) và B(H) (hình 2.17b) bằng cách sử dụng các cơng thức chuyển đổi đơn vị như sau:
- Chuyển từ độ theo khối lượng Mm (emu/g) sang từ độ theo thể tích Mv (emu/cm3): Mv = Mm
là khối lượng riêng, được xác định từ việc đo thể tích và khối lượng của nam châm. Giá trị thực nghiệm thu được với các mẫu chế tạo cỡ 6,5 g/cm3.
Hình 2.17. Đường M(H) thu được từ hệ đo (a) và đường M(H) và B(H)
- Chuyển từ trường ngoài sang trường hiệu dụng Heff đơn vị là Oe có tính đến hiệu ứng trường khử từ (phụ thuộc vào hình dạng và kích thước mẫu đo):
Heff = Hext - 4 Mv.N Hext là từ trường ngồi có đơn vị Oe.
N là hệ số khử từ, phụ thuộc vào hình dạng mẫu. Ví dụ, mẫu hình cầu N = 1/3; màng mỏng N = 1/2. Trong luận án này, chúng tôi đo mẫu ở dạng hình trụ và N được xác định thông qua đường biểu diễn sự phụ thuộc của chúng vào tỷ số L/d với L là chiều dài mẫu, d là đường kính mẫu (hình 2.18).
- Cảm ứng từ B có đơn vị là Gauss: B = 4 Mv + Heff
- Tích năng lượng: (BH) = Heff.B (đơn vị: GOe)
Giá trị (BH)max thu được từ giá trị cực đại của đường (BH) trên hình 2.19.
Hình 2.18. Sự phụ thuộc của hệ số khử
từ N vào tỷ số L/d của mẫu hình trụ.
10 BH 8 M(H) M , B ( kG ) 6 B(H) 4 2 0 -10H (kOe) -5 -15 0 Hình 2.19. Kết quả tính tốn tích năng lượng (BH). 2.4. Đốt nóng cảm ứng từ
Trong luận án các mẫu chất lỏng được khảo sát hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ trên máy phát thương mại RDO – HFI, thiết bị được đặt tại Phòng Vật liệu nano y sinh - Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt Nam (hình 2.20). Thực nghiệm đốt nóng cảm ứng từ được thực hiện trong từ trường xoay chiều có tần số 236 kHz và cường độ 40 ÷ 100 Oe. Từ trường được tạo bởi cuộn dây cảm ứng (7 vịng, đường kính 3 cm và dài 11,5 cm) có cơng suất lối ra 5 kW. Các mẫu đo được phân tán trong môi trường nước và được đặt cách nhiệt với mơi trường ngồi bằng một vỏ bình thuỷ tinh được hút chân khơng 10-3 ÷ 10-4 Torr (hình 2.20b). Nhiệt
độ được đo bằng nhiệt kế quang (GaAs sensor, Opsens) với độ chính xác 0,3 oC trong dải 0 - 250oC.
(a) (b)
Hình 2.20. Hệ thí nghiệm đốt nóng cảm ứng từ (a) và minh hoạ bố trí thí nghiệm
đốt nóng cảm ứng từ (b).