Từ những kết quả nghiên cứu về tính chất cấu trúc và tính chất từ của mẫu bột SnO2 và SnO2: Co chúng tôi đưa ra một số nhận xét sau:
Các mẫu bột SnO2 và SnO2: Co được chế tạo bằng phương pháp hóa tổng hợp có kích thước hạt nano, với kích thước khoảng vài chục nm, trong đó kích thước hạt phụ thuộc vào nhiệt độ ủ (kích thước hạt giảm dần khi nhiệt độ tăng lên) và tỉ lệ Co pha tạp vào (khi tỉ lệ pha tạp càng tăng thì kích thước hạt giảm). Điều đó được giải thích là do sự thay thế rất tốt cua Sn4+ (kích thước 0,69Å) bởi Co2+ (kích thước 0,58Å) trong liên kết (làm cho hằng số mạng a giảm và c tăng) trong mạng SnO2 .
Các mẫu được chế tạo thể hiện tính sắt từ ở nhiệt độ phòng với tỉ lệ tạp chất Co thấp. Nguồn gốc tính sắt từ được giải thích [2] là do mạng SnO2
co lại làm cho khoảng cách giữa các cặp spin của Co2+ giảm phù hợp tương tác trao đổi trong sắt từ. Hơn thế nữa sự thay thế của Sn4+ bởi Co2+ vào vị trí trống của ôxy trong cấu trúc tứ diện mở ra cơ chế tương tác trao đổi mới như [5] đã trình bày.
Tuy nhiên ở đây chúng tôi chưa khảo sát một cách đầy đủ sự phụ thuộc của tính chất từ vào nồng độ tạp chất vì chưa mở rộng đến vùng tạp chất có nồng độ cao và nhiệt độ ủ chỉ mới giới hạn trong một khoảng hẹp từ 350oC đến 600oC. Vì vậy việc giải thích tính sắt từ theo giả thuyết [2] vẫn chưa đủ bằng chứng thuyết phục. Ngoài ra cần phải nghiên cứu bổ sung thêm một số tính chất khác của mẫu qua các phép đo: điện, từ nhiệt, TEM, Raman, huỳnh quang… để có đánh giá sâu sắc hơn về hệ vật liệu SnO2: Co. Từ đó đưa ra những giải thích đầy đủ và chính xác hơn về sự hình thành tính chất từ của vật liệu.
KẾT LUẬN
Sau một thời gian ngắn làm việc và nghiên cứu chúng tôi đã đạt được một số kết quả:
1. Chế tạo thành công mẫu bột SnO2 có cấu trúc tinh thể (cấu trúc tứ diện - Cassiterite), không xuất hiện pha lạ. Hơn nữa khi pha tạp chất Co nồng độ nhỏ không làm thay đổi cấu trúc tinh thể của mẫu.
2. Những hạt trong mẫu bột SnO2 và SnO2:Co có kích thước nanomét được chế tạo từ phương pháp tổng hợp hóa học. Kích thước hạt đạt được khoảng 30 - 50nm, nhưng không đồng đều.
3. Hiệu ứng sắt từ của mẫu được chế tạo thể hiện ở nhiệt độ phòng. 4. Ở 600oC lực kháng từ và độ từ dư là lớn nhất (Hc ~ 60Oe, Mr ~5%).
5. Ngoài ra bước đầu chỉ ra tín chất từ đa dạng trong mẫu được chế tạo, mặc dù còn chưa hệ thống, chưa khảo sát được sự phụ thuộc của nó vào nồng độ pha tạp và nhiệt độ ủ.
Những kết quả nhận được trong bản khóa luận tốt nghiệp chưa đủ để chứng minh nguồn gốc của tính sắt từ trong các mẫu SnO2: Co là do mạng SnO2 co lại làm cho khoảng cách giữa các cặp spin của Co2+ giảm có lợi cho tương tác trao đổi trong trật tự sắt từ [2].
Do đó cần thiết phải tiến hành mở rộng phạm vi nghiên cứu như nồng độ tạp chất Co và nhiệt độ ủ khảo sát trong một khoảng rộng hơn, tăng cường thêm các phép đo khảo sát tính chất cấu trúc, tính chất điện, tính chất từ của mẫu để có những thông tin sâu sắc hơn đóng góp cho việc giải thích nguồn gốc hiện tượng sắt từ trong vật liệu SnO2:Co. Đó cũng chính là định hướng nghiên cứu tiếp theo của khóa luận này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. N.X.Acmetop, “Tổng quan về các nguyên tố và những hợp chất hoá học quan trọng nhất”, NXB ĐH-THCN, 1976.
2. J.Hays, A.Punnoose, R.Baldner, M.H.Engelhard, J.Peloquin, K.M.Reddy,
“Relationship between the structural and magnetic properties of Co-doped SnO2 nanoparticles”, Physical review B72, 07203(2005).
3. Jong-Soo Leea, Sung-Kyu Sima, “Structural and optoelectronic properties of SnO2 nanowires synthesized from ball-milled SnO2 powders”, Journal of Crystal Growth 267(2004) 145-149.
4. Sushilk.Misraa.and Sergueil.Andronenko, K.M.Reddy, J.Hays, and A.Punnoose, “Magnetic resonce studies of Co2+ ions in nanoparticles of SnO2 processed at different temperatures”, Journal applied physics 106(2006) 385 - 389.
5. J.M.D.Coeya, A.P.Pouvalis, C.B.Fitzgeld, and M.Venkatesan,
“Ferromagnetism in Fe-doped SnO2 thin film”, Applied physics letters.Vol 84.No.8 (2004)625-637.
6. Sanjay R.Dhage, V.Ravi, S.K.Date, “Influence of Lanthanum on the nonlinear I-V characteristics of SnO2: Co, Nb”, Materials letters 57(2002)727-729.
7. Phan Thành Công, “Chế tạo và Nghiên cứu một số tính chất của vật liệu ZnO pha tạp Ni2+”, luận văn thạc sĩ khoa vật lý, ĐHSPHN, 2006.
8. Lê Thanh Tĩnh, “Chế tạo vật liệu nano ZnO và ZnO: Co, Cu và nghiên cứu cấu trúc, tính chất từ của chúng”, luận văn thạc sĩ khoa vật lý, ĐHSPHN, 2006.
9. Phạm Thị Tĩnh, “Chế tạo và nghiên cứu một số tính chất của màng mỏng SnO2”, luận văn tốt nghiệp khoa vật lý, ĐHSPHN, 2001.
MỤC LỤC
Trang
Lời mở đầu...1
Chương I: Tổng quan...3
1.1. Thiếc và thiếc điôxit...3
1.1.1. Thiếc...3
1.1.2. Thiếc điôxit...4
1.2. Tổng quan các nghiên cứu về SnO2...4
1.2.1. Cấu trúc và kích thước hạt...5
1.2.2. Tính chất từ...8
1.2.3. Cấu trúc và tính chất quang của sợi nano tổng hợp SnO2 từ bột SnO2...9
1.2.4. Ảnh hưởng của nguyên tố đất hiếm (La) đến đường đặc trưng V-A của SnO2: Co, Nb...11
1.3. Tổng quan về phương pháp chế tạo vật liệu SnO2 và SnO2: Co...12
1.3.1. Phương pháp Sol-gel...13
1.3.2. Phương pháp thuỷ phân cưỡng chế...13
1.3.3. Phương pháp gốm...13
1.4. Tổng quan về phương pháp nghiên cứu...14
1.4.1. Nhiễu xạ tia X...14
1.4.2. Phương pháp chụp ảnh SEM...15
Chương II: Thực nghiệm...16
2.1. Chế tạo bột SnO2 nguyên chất và pha tạp chất Co bằng phương pháp tổng hợp hoá...16
2.1.1. Chuẩn bị hoá chất và dụng cụ...16
2.1.2. Quá trình thực nghiệm...16
2.2.1. Phép đo nhiễu xạ tia X...17
2.2.2. Chụp ảnh SEM...17
2.2.3. Đo từ bằng hệ PPMS...17
Chương III: Kết quả và thảo luận...18
3.1. Kết quả đo nhiễu xạ tia X...18
3.2. Kết quả đo SEM...23
3.3. Kết quả đo từ...27
3.4. Nhận xét chung...32
Kết luận...33
Lời cảm ơn
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy PGS.TS. Nguyễn Văn Hùng – Người đã tận tình và nghiêm khắc chỉ bảo em trong suốt thời gian tiến hành khoá luận.
Em xin chân thành cảm ơn chị Nguyễn Thanh Hà - Cao học K15 đã giúp đỡ em trong quá trình làm thực nghiệm.
Qua đây em cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô trong tổ Vật lý chất rắn, các thầy cô trong khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo mọi điều kiện để em hoàn thành khoá luận này.
Đồng thời em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè luôn quan tâm, động viên em trong lúc khó khăn.
Do thời gian ngắn và khả năng có hạn, khoá luận không tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn.