60 Duong cong thuc nghiem Duong fit Langevin
M6A D=12 nm
D=12 nm Hc=7 Oe Ms=69 emu/g MS ( e m u /g ) HC (Oe)
Hình 4.17. Đường cong từ hóa M(H) ở 300K của mẫu M5A
Hình 4.18. Đường cong từ hóa M(H) ở 300K của mẫu M6A
Có thể nhận thấy rằng, mômen từ của các mẫu chế tạo trong môi trường khí Nitơ thì mômen từ cao hơn rất nhiều so với trong trường hợp chế tạo trong môi trường không khí (mẫu M1A và mẫu M2A). Điều này cho thấy
khi không có oxi (hoặc rất ít) thì sẽ tránh được phản ứng oxi hóa ion Fe2+
dẫn đến thay đổi tỷ lệ Fe3+ : Fe2+.
Ngoài ra, chúng tôi cũng tiến hành thay đổi tỉ lệ Fe3+ : Fe2+ ban đầu
và nhận thấy khi Fe2+ được bổ sung thêm 10% thì mômen từ của mẫu là
lớn nhất. Điều này một lần nữa khẳng định sự chuyển hóa Fe2+ thành Fe3+
làm thay đổi tỷ lệ Fe3+ : Fe2+.
Có thể nhận thấy rằng momen từ lớn nhất của mẫu đạt được là 69 emu/g, vẫn nhỏ hơn so với vật liệu khối. Đó là do có sự xuất hiện của lớp “chết”
trên bề mặt hạt nano [16]. Bề dày lớp “chết” được đánh giá theo công thức
sau[2]: 3 0 2 / 2 / D d D M MS S (4.3)
Trong đó MS = 69 emu/g : Momen từ bão hòa của mẫu, MS0 = 92 emu/g, D là kích thước trung bình của hạt , d là bề dày lớp “chết”
Có thể xác định được lớp chết trên bề mặt của mẫu M6A là d = 0,55 nm. Ngoài ra, chúng ta cũng phải kể đến sự có mặt của các tạp chất không từ (hợp chất hữu cơ, vô cơ chưa được rửa sạch hoàn toàn) cũng góp phần làm giảm momen từ của hạt.
4.1.3 Mômen từ phụ thuộc nhiệt độ
Nghiên cứu sự phụ thuộc của mômen từ vào nhiệt độ để tìm nhiệt độ Curie liên hệ với sự chuyển pha từ trạng thái siêu thuận từ sang trạng thái thuận từ của hệ mẫu.
Trong hình 4.19 là đường cong biểu diễn sự phụ thuộc của mômen
từ vào nhiệt độ và từ trường ngoài của mẫu M3A. Giá trị TC xác định được
Nhiệt độ Curie của mẫu M3A là TC = 848K nhỏ hơn so với TC của vật liệu khối là 858K. Một trong những nguyên nhân là do sự tương tác
trao đổi giữa những ion Fe3+ trong vị trí A và B lớn hơn tương tác trao đổi
giữa Fe2+ trong vị trí B và Fe3+ trong vị trí A. Do vậy, nếu mẫu chế tạo được có độ đảo thấp thì tương tác trao đổi trung bình thấp kết quả là nhiệt độ Curie giảm. Mặt khác ở kích thước nhỏ (~12 nm) số tương tác lân cận gần nhất ở các nguyên tử gần bề mặt giảm do đó cũng dẫn đến sự giảm của nhiệt độ Curie.
KẾT LUẬN
1. Đã chế tạo thành công hạt nano Fe3O4 bằng phương pháp đồng kết tủa
với sự thay đổi của một số điều kiện công nghệ bao gồm thành phần ion ban đầu trong dung dịch, môi trường phản ứng.
2. Việc chế tạo mẫu trong môi trường không khí sẽ dẫn đến sự ôxi hóa Fe2+
thành Fe3+ làm thay đổi tỷ lệ Fe3+:Fe2+ trước khi xảy ra quá trình đồng kết
tủa do đó làm giảm chất lượng của mẫu. Mômen từ bão hòa của các mẫu đạt từ 32 emu/ đến 44 emu/g. Phản ứng trong môi trường không khí cũng
dẫn đến sự hình thành một phần pha γ – Fe2O3.
3. Do gradient nồng độ của các ion trong dung dịch phản ứng là lớn và do
ion Fe2+ dễ bị ôxi hóa nên để thu được sản phẩm có mômen từ cao, ta cần
tiến hành chế tạo trong môi trường khí Nitơ và bổ sung Fe2+. Mômen từ
bão hòa của các mẫu đạt từ 49 emu/g đến 69 emu/g. Mẫu có mômen từ lớn
nhất khi bổ sung thêm 10% lượng ion Fe2+ ban đầu. Các hạt thể hiện tính
siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng. Việc khảo sát các tính chất cấu trúc, hình thái học và các tính chất từ cho thấy vật liệu oxit sắt chế tạo được cho thấy ảnh hưởng của thành phần hóa học, hiệu ứng bề mặt gây ra sự giảm của mômen từ và nhiệt độ trật tự từ Curie so với vật liệu khối.
4. Việc chế tạo thành công hạt nano Fe3O4 siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng
với quy trình đơn giản, cho khối lượng mẫu lớn và có mômen từ đủ lớn góp phần đẩy mạnh các ứng dụng công nghệ nano trong công nghiệp.
TÀI LIỆU THAM KHẢO A. Tiếng Việt
1. N. P. Thuỳ, Vật lý các hiện tượng từ, NXB ĐHQGHN, (2003) 144
2. Đ. V. Trường, T. Đ. Hiền, N. T. Lan, Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ dùng trong quan sát cấu trúc domain từ, Hội nghị ứng dụng Vật lý toàn
quốc lần thứ 2, (12.2004).
3. N. P. Dương, Đ. T. T. Nguyệt, T. K. Quang, T. Đ. Hiền, Ứng dụng chất
lỏng từ trên cơ sở hạt từ nano γ-Fe2O3 trong loa điện động, Hội nghị vật lý
chất rắn toàn quốc lần thứ 5 – Vũng Tàu (11.2007) B. Tiếng Anh
4. B. D. Cullity (1972), Introduction to Magnetic Material, Addison –
Wesley Puslishing Company, pp. 181.
5. V. C. D. Castillo, Synthesis and characterization of cobalk substituted nanoparticles using Reverse Micelles, Msc thesis, University of Puetorico
Mayagues Campus (2005) 20
6. R. M. Cornell, U. Schwertmann (2003), The Iron oxides – Structure, properties, Reactions, Occurrences and Uses, Wiley-VCH Verlag GmbH
& Co. KGaA, Weinheim, 32 – 34, 128 – 129,
7. Coey, J. M. D (1988), Magnetic properties of iron in soil iron oxides and clay minerals, D. Reidel Publ. Co., 397 - 466
8. Auzans, E., et al (1999), Synthesis and properties of Mn – Zn ferrite ferrofluids, Journal of Materials Science, 34, 1253 – 1260.
9. Doina Bica (1995), Preparation of magnetic fluids for various applications, Rom. Repts, Phys., Vol. 47 (3 – 5), 265 – 272.
10. John Philip, T. Jayakumar, P. Kalyanasundaram, Baldev Raj (2003),
11. Ginder, J. M (1996), Rheology Controlled by Magnetic Fields,
Encyclopedia of Applied Physics, E. Immergut, NewYork, 487.
12. Serval Genc (2002), Synthesis and properties of magnetorheological (MR) fluids, Doctor thesis, University of Pittsburgh
13. S. H. Gee, Y. K. Hong, D. W. Erickson, M. H. Park, Synthesis and
aging effect of spherical magnetite (Fe3O4) nanoparticles for biosensor
application, Journal of Applied Physics, V. 93, No. 10, P 7560 – 7562
14. W. Voit, D. K. Kim, W. Zapka, M. Muhammed, K. V. Rao (2001),
Magnetic behavior of coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles in
15. P. Weiss and R. Forrer, Ann. Phys. 12 (1929) 279
16. A. Millan, A. Urtizberea, N.J.O. Silva, F. Palacio, V.S. Amaral, E.
Snoeck, V. Serin, Surface effects in maghemite nanoparticles, Letter to the
Editor, J. Magn. Magn. Mater. (2007), Corrected proof
17. Dao Van Truong, Than Duc Hien, Nguyen Thi Lan, Nguyen Phuc Duong Characterization of nanosized maghemite particles synthessized from magnetite
18. C. R. Vestal and Z. J. Zhang “ Magnetic spinel ferrite nanoparticles frommicroemulsions” Int. J. Nanotec, 1 (2004) 89