Luận án phó Tiến sĩ Khoa học Toán - Lý: Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng một số ferit từ mềm

Chia sẻ: Tri Lễ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:139

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn nghiên cứu các tính chất từ, điện, cấu trúc tinh thể và cấu trúc tế vi của Ferit từ mềm, trên cơ sở Ferit Ni-Zn và Mn-Zn. Trên cơ sở các loại vật liệu Ferit đã được nghiên cứu, bằng các phương pháp công nghệ khác nhau, tác giả đã tiến hành chế tạo các linh kiện Ferit sử dụng trong một số thiết bị điện tử dân dụng và chuyên dụng, chất lượng của các linh kiện đã được kiểm nghiệm trong phòng thí nghiệm và qua sử dụng thực tế.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án phó Tiến sĩ Khoa học Toán - Lý: Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng một số ferit từ mềm

t^Xli- 57 1 ^ HOGIAO DLJC VÀ^)À() TAO DAI HOC QUOC (MA HA NOI TKUÒNC; DAI HOC KHOA HOC TI.J NHIÈN DÀNtìLF.lVlINH fe NGHIÉN CUIU CHE TAO VA lìlHG DUNG MOT SO FERITTÙrMÉM { niJYÈN N(MNH : VA 1 I.Y HlfìN - TÌ/ MA SO : 1 02 13 LUÀN AN PHO TIÉN Sì KHOA HOC TOÀN - LY Co van klioa hoc : /. (iS.TS, Ngtiyén Chela 2. n s , Bach Thành Còng I i-*n ' rf-zr-Gk^ ^ HANOI- 19%
MJCUjC m DAU 1 CHJONG I CÀU TraJC Tir« THE VA T Ì N H CHAT CUA FERIT 6 I-l Càu tnic tinh the Kiéu spinel 6 1-2 Sii ptian bo cua càc ion Kim loai a càc vi tri tu dién va bat dien 8 1-3 Tù do bao hoà (Hau Neel cho tu tihh ferit spinel) 11 1-4 Càc thóng so dien tu cua ferit tu mèm trong vùng tàn so dén hàng tram MHz 16 1-5 Ton hao trong ferit 20 1-6 Ca che xuat hien do tu tham PQ cao trong ferit spinel 25 1-7 Sd Fhu thuoc hhiet do cua do tu tham ban dau MQ 26 1-8 Do òn dinh theo thòi gian cua do tu iXìam 30 1-9 Tiilh chat dien cua ferit 32 I-IO Anh hufong cua mot so tap chat den tinh chat tu va dien cua ferit tu mém 36 CHJDNG II CÒNG N(a4E CHE TAO FE3^IT IV ìSi 42 II-l Gòng nghe gom 42 II-2 Mot so dac diém cua phUong phap cong nghe mai 44 O t O ^ III GAG FHXfNG FHAP THJC NGHIH^ 47 III-l Che' tao mau nghién cùu 47 III-2 Xàc dinh thàhh phan hoa hoc 51 III-3 Do càc thòng so tu 53 III-4 Nghién cùu vi càu truc bang Kirìh hién vi quang h9C va Kihh hién vi dien tuf 53 III-5 xàc dinh càu trùc tinh thè, hang so mang va càc jàia bang phUong phap phan tich nhieu xa tia X 54 II1-6 Fhiiong phap vhan tich hhiet 55 III-7 Pho Mossbauer 56 CHLIONG IV NaUEN GUU MOT SO N(^JYEN LiÈU CHIMI Ct^ FERIT TV l^ffiM 61 IV-1 Oxyt sat 61 IV-2 Oxyt Kém ZnO 65 IV-3 Oxyt NiKen 65 IV-4 Hop chat cacbonat va oxyt chùa mangan 65
CHJONG V NgHEN CLKJ CHE TAO FERIT Mn-Zn 70 V-i Ahh huJong cua che do t h i é u Ket dén càc t i n h chat dien, t u cua f e r i t Mn-Zn 70 1-Anh hiiang cua che" do t h i é u Ket dén t i r i h chat t u 70 2-Anh hu^ong cua che 'do t h i é u Ket dén tjrih c h | t dien 71 3-Arih hìiong cua che do iJhiéu Két dén p va p 74 4-Anh fsiang cua che do t h i é u Ke't den thong so" mang va s\i hoàn t h i e n t i n h t h è 74 V-2 Ahh htiang cua thành phan phoi l i e u , Ixtang ó\l s a t so v a i thành phan hc
Ma DÀU Trong Ky thuat dien, nhùng vàt lieu tu dùng làm loi bien àp, ra le va càe thiet bi dien Khàc thiiòng là càc hcqp Kim cua sat, niKen va coban nhii tón Silic, Pecmaloi. bang tu vó dinh hinh . . . Tuy hhién trong linh vUc v6 tuyen dien tii thi Khóng the thieu diiac loai vat lieu tu là ferit. Ngufòi ta co thè dinh n^hla ferit nhil là dung dich ran cua oxit sat va oxit Kim loai Khae co cóng thùc hoà hoc là m(MeO)n(Fe204) , trong dò Me là ion Kim loai nhii Fé, Co, Ni, Cu, Mg, Zn, Cd- . . [100, 137, 138, 139]. Co the co càc loai ferit : - Ferit Kieu spinel MeFe204 - Ferit Kieu Magnetopluntoit MeFei20i9 (Me:Ba, Sr, Pb. . . ) - Ferit Kiéu PerovsKit MeFe03 (He:nguyén to
- 2- Ngiioc lai , ferit co dien tra suat rat cao tu 10 -10 S2cm, nhà dò ma tón hao dòng xoày co thè bo qua va do tu tham giam it a tàn so tai hàng chuc hoac hàng tram MHz. Ngoài ra co the che tao diiac ferit eó do tu thàm tai hàng van va dien tra suat Ion [16] cho phép s\i dung tot a tàn so thap. Tuy hhién so vai sat Silic thi ferit co diém Curie TQ thap, a ferit p cao T^ ca 100-150 C. Cau truc phàn sat tu Khóng bù trù cua ferit làm cho cam ùng tu iDao hoà cua chung Khóng lón. Nhiioc diem do han che viec su dung ferit tu mém a vùng dòng xoay chiéu ciiòng do cao (cóng suat lòn). VAI NET VE LICH SU PHAT TRlèl CUA FERIT : 1/- Trén the gioi : Dang ferit txi hhién dau tién là Magnetite Fe304. Khoang 2500 nam tniac day ngiiòi ta da biet magnetite thién nhién co tinh hùt diiac sat. D6 cung là chat dau tién giùp con nguài cam nhan diiac hién tulong tu Càc nghién cùu Khoa h9c cua càc oxit tu diiac bat dau tu mia dau thè Ky 19. Vào nam 1878 List da xàc dinh ràng càe oxit tu tinh dilac tao nén tu hon hop Meo (Me: Mg, Jfrì, Zn. Ni, Cu. . . ) va Fe203. Sau do, nam 1896 Weiss da do tinh chat tu cua magnetite va t2iay ràng tu do bao hoà cua nò tiiong diang vai Ni, con diém Curie nam giùa diém Curie cua Fé va Ni. Vào nam 1909. S. Hilpert da nhan thay thóng so dien tra suat cua Magnetite va càc ferit Khàc cao hon so vói sat, óng da si dung clMig trong mot so thiet bi hoat dóng a tàn so cao va da hhan dilac bàig i*iat m m h dau tién. Tuy hhién vi do tu tham tuang dói thap nén Fe304 Khóng diiac sii dung rong rai. Cùng thòi gian dò thi tón Silic dóng vai trò vuot troi. Khoang nam 1928, R Forest xuat phàt tu viec i*iat hién ra hop chat HgFe204 da che tao càc hop chat lieFe^Ot^ (Me: Cu, Ni, Mg, Sr, Ba, Pb, Ca, Cd), dòng thòi da do tu do bao hoà va dien Curie eia chung. Tu do viec nghién cùu càc tinh chat vàt ly va hoà h9c eia càc ferit óan tra nén ptaat trién manh me.
3 - Nam 1933, càc nhà nghién cùu Nhat ban I. Xato va T. TaKei da phat hién rang dung dieh ran cua ferit Co va Magnetite co liic Kloàng tu rat Ion va bang càch làm lanh trong tu tniòng h9 da nhan dxtac ddac mot loai nam chàm vinh eiu va dat tèn là "nam chàm OP". Sau do h9 da nghién cùu che tao càc ferit khàc trén ca sa dung dich ran cua oxyt sat vai oxyt dóng va eie oxyt Khàc, dóng thòi da dùng càc vat lieu do de che tao càc cuon cam sii dung a càc Khoang tàn so Khàc hhau va ma dau. cho thòi Ky sii dung ferit a tan so cao. Cùng vào thài gian do a Ha ian trong piiòng thi nghian cua hang Philips da nghién cùu cau tnic Rontgen , sii phu thuoc thành phan cua he hai cau ti MeO-Fe203 {Me: Mn, Cu, Ni, Mg) vào dieu Kien nung va nam 1944 SnoeK da che tao diiac loai ferit cho càe loi tu cua cuon cam cao tàn va óng da xàc dinh dilae diéu Kien nung càn thiet de nang cao tinh dóng nhat eia vat lieu. Nam 1946, SnoeK da nghién cùu che tao loai ferit co do tu tham rat cao, chang han nhU "feroxeube"- loai vat lieu dùng a Khoang tàn so rong ltu tan so thap den vài chuc MHz). Sau Khi xuat hién feroxcube thi trong nhiéu niiac da tàng ciiòng nghién cùu toàn dien ve ferit va bat dau ma ra mot thài Ky mai ve ùng dung. TU nhOng nam 50 hieu ùng Faraday da òiac nghién cùu trén càe ferit va da co nhùng vtng dung trong Ky thuat siéu cao tan. Ferit co dliòng tre chù nhat da càiae sU dung cho Khuéeh dai tu va cho bo nha trong m y tinh Ngoài ferit spmel, nguòi ta cung da ngtiién cùu càe loai ferit Khàc. Hang Philips da che tao nén hàng loat ferit eó càe tinh chat qui già rihii "Feroxdure" (ferit Bari) vai cau truc Kiéu Magnetoplumbite va feroxplane (ferit he BaO. Fe203. MeO He: Mn, Fé. Co, Ni, Zn, Mg), cà feroxdur va feroxplane déu co thè sii dung a tàn so cao han nhieu so vai feroxcube Tù Khi R Forestier va G. Guiot che tao diXqc ferit Sat-Ytri (SYpCh?. 5^^203) vai cau tnic t m h thè Kiéu Granate. mot trién vong Ion si dung càc loai ferit này a linh vìic Khuéeh dai siéu cao tin da àìac w ra.
vào nhOng nam 70 mot so tinh chat tù mai cua vàt lieu tù da diiac phàt hién a ferit granat, vi nhii hieu ùhg tù quang (photonagnetic effeet) trong do càc tinh chat tù cua tinh thè bi thay doi Khi tinh thè diiac chieu xa bai anh sàng hóng ngoai. R. W. Teale va D. W. Tample(Ahh) da 5*iat hien thay di hiióng tù tinh the bi anh hiiong bai chieu xa anh sàng con U. Enz va R van der Heide (Ha Ian) da thay do tù thàm cua mot so mau bi giam di dLlai anh hiiong cua ành sàng hóng ng9ai. TÙ hhùrig nam 60 tra lai day, de dàp ùng nhu càu cua cóng nghiép thong tm-dien tii dan dung va chuyén dung ngiiòi ta da dac biet chu y tai viec nghién cùu ferit thuoc loai "ferit cóng suat" (Power ferrites)sii dung rong rài làm càe nguón cóng suat Kiéu switehing (Switehing power supply) co nhùng dac truhg sau : do tù thàm cao, tù do bao hoà lón, tón hao nho a vùng tù tniòng cho Pjj, va nhiet dò ca 70-80 C , si dung tot a vùng tin so cao tai MHz [89,91. 107], 2/-0 Viet nam : Ferit da diiac nghién cùu {ca ban va xing dung)tù nhùng nam 60 , ca hai loai tù cùng va tù mèm « Ve ferit tù cùng : tap tning vào nghién cùu ferit Bari làm nam chàm vinh eiu va den nhùng nam 80 da eó thè san xuat vai qui mo vài chuc tàn mot nam loai ferit dang huóng (nang liiang tù den 1 MGCe) va ferit di hiiong (nang liiong tù dat 2. 5 - 3. 5 MGOe). Nhùng nam gan day da tién hàhh nghién cùu che tao nam chàm ferit Sr, Ba-Sr eó pha tap oxit dat hiem (La203) vai nang liiong tù dat tai 3. 8 - 4, 2 MGOe [2, 3] Ferit Co vai di hiiong tù cam uhg do luyén tùrihietcung da diiac nghién cùu nhil mot loai ferit tù cùng. M Vé ferit tù mém : trong càc piiòng thi nghiem da tien hành nghién cùu ca ban nhiéu loai ferit (Ni-Zn, Mn-Zn, tfri-Hg, Ni-Zn-Co, Ni-Cd-Co. . . ) xàc dinh càe thóng so tù, dien va mot so hieu ùng vàt ly trong clning. Trong nhùng nam 70 da eó the san xuat hàng van thanh àngten ferit song trung trén ca sa ferit Ni-Zn ptoc vu cho viec che tao càc nay thu thanh ban dan dàu tién a Viét nam
Nam 1982 Luan vàn phó tién si ve de tài sii dung nguyén lieu oxit sat tii nhién Viét nam che tao ferit [4] va nam 1985 Luan vàn phó tien si vé de tài nghién cùu he ferit spinel [15] da diiac bao vé thàhh cóng. Muc tiéu cua ban Luan vàn này : * Nghién cùu càc tinh chat tù, dien, cau truc tinh the va cau tnic te vi cua ferit tù mém, chu yeu trén ca sa ferit Ni-Zn va Hn-Zn. bao gom nghién cùu nguyén lieu, cóng nghe che tao va anh hiiong cua chiing den càe tinh chat trén. Càc Ket qua này góp phan vào viec nang cao hieu biet^ ca han vé ferit, diéu chinh càe che do cóng nghe de cai thién chat lii9!ng san -phanx n Nghién cùu ùng dung : trén ca sa càc loai vat lieu ferit da diioc nghién cùu, bang càc phuang phap cóng nghe Khàc nhau, che tao càc I m h Kien ferit stf dung trong mot so dung cu. thiet bi dien tii dan dung va chuyén dung. Chat lii9ng cua càc lihh Kien dò da dioc xàc dinh trong phòng thi nghiem va c[aa sii dung thiic te. Luan van góm càc phan va càc chiiong sau : Ha dal Chiiong I - Cau t r u c va t i n h chat cua f e r i t spinel. Chiiong I I - Cóng nghe che tao. Chiiong I I I - Càc phufong phàp thiic nghiem Chiiong IV- Nghién cùu mot so nguyén l i e u c h i n h cho f e r i t t ù mém Chttiong V - Nghién cùu che t a o f e r i t Mn-Zn Chiiong VI- Nghién cùu che t a o f e r i t Ni-Zn Chiiong V I I - Nghién cùu ùhg dung Két luan. Tài l i é u tham Khao.
Chiiong I CAU TRUC TIISH THE VA TIMI CHAT CUA FERIT I-l Cau truc tinh thè Kiéu spinel: Da so càc ferit si dung trong thiic te" co cau tnic tinh thè Kiéu spmel . Cau truc spmel lay tèn cua Khoàng vat MgAl204 Két tinh trong he làp philang. Cau tnic t m h thè này làn dau tién dbiac xàc dinh bai Bragg • ' ^ 2- ^ ^ ' o ' va NishiKawa. Càc ion 0 co bàn Kinh lón hon {^ 1. 32 A) tao nén mang làp phUong tàm mat bó chat. ò ca ban cua mang ferit spinel co doi xuhg làp phiiong chùa 8 "phan ti" MeFe204; trong dò 32 ion oxy hinh thành mang làp phiiong tàm mat va tao ra 96 Khoang trong (Hinh 1-1). Trong cau tnic làp Philang bo chat này xuat hién hai loai Khoang tróng (vi tri) : -Vi t r i t ù dien, diiac bao quanh b a i 4 ion oxy (Hinh 1-2 a) -Vi t r i b a t dien, diiac bao quanh b a i 6 i o n oxy (Hinh 1-2 b) Trong càc ó ca ban nói t r é n co 64 v i t r i t ù d i e n (vi t r i A) va 32 v i t r i JDat dien (vi t r i B). Trong 96 Khoang t r o n g do c h i co 6 v i tri tù d i e n va 16 v i t r i b à t d i e n b i chiem b a i càe ion Kim l o a i . Dé^ Khao s a t sqi ho t r i càc ion trong mang spinel chung t a eó t h e c h i a mot ó ca ban thành tàm l à p phaiang nho co canh l à a/2 va x é t sq. phan bo e i a càc ion trong h a i l à p ptotong canh nhau nhii a h i h h 1-3. Ion A 0 Ion B © Ion OXY
- 7- (a) (b) Ion A • Ion B O Ion Oxy O lùnù i-2 Vi tri tù dien fa) lÙnb ì-3 Su ptkD 2x} ian trong Vi tri hàt dien (h^ mang spinel Thóng so mang a cua cac ferit spinel Khac hhau nam trong Khoang tii 8 den 8. 5 1 Khoang càch giùa càc ion trong tùng phan mang va giùa càc phan mang tiiong ùng là 1^^ = 3, 68 1, 1^8 = 2, 97 X, \j^ = 3, 48 1 Bang 1-1 cho bàn Kinh eia vi tri tù dien, vi tri bàt dien va ban Kinh mot so ion Kim loai. Bang i-i Ban Mjnb càc vi tri tù dien va bàt dien Vi tri t ù dién • Vi tri b à t d i è n "^td 1 r,,. "^M r,,. MnFe204 0.67 0.91: 0.67 0.72 0.67: 0.91 Z.nFc204 0.65 0.82 0.70 0.67 FcFcsO^ 0.55 0.67 0.75 0.33; 0.67 McFe:»0^ 0.58 0.67: 0.7R 0.72 •0.78: 0.67
8 - Cau t n i c l à p phiiang tàm mat l y tiiong e i a càc ion oxy thiic te bi sai l é c h i t nhieu Khi càc ion Kim l o a i bo t r i trong càc v i t r i t ù d i e n va b à t dièn. Vi t r i t ù dien qua nho so v a i càc ion Kim l o a i , nén Khi càc i o n Kim l o a i nam trong v i t r i do t h i chung làm no v i t r i t ù dien, làm d i c h chuyén ion oxy theo chieu dliòng chéo e i a Khoi l à p phiiang, t r o n g Khi do t h i v i t r i b a t dien b i co l a i , càc d i c h chuyén tiiong dói, a g i a i han càc bàn Kinh càc ion Kim l o a i nào dó,^ t r ù hhau de van con g i ù diioc t i n h dó'i xùng làp phiiong. Càc ion Kim l o a i v a i bàn Kinh t ù O. 44 A den 1. 1 A nam trong càc Khoang trong t h i f e r i t s p i n e l van con l à l a p phaiong. De dàhh g i à v é liiang sii s a i léch cau t n i c lap phiiang tàm mat ngiiài t a diia r a thóng so oxy u - l à Khoang càch t ù ion oxy cfen bè mat cua Khoi l a p phoiang (hinh 1-3). Càc thóng so lap phiiong tàm mat ly tiiong ùng v a i thóng so" oxy U i t ^ / 8 . Thiic t e thóng so u thiiòng Khàc 3/8 [lOO, 108] 1-2/- Sii phan bo cua càc ion Kim l o a i a càc v i t r i t ù dien va b a t dien Nhii chiing t a da b i e t trong ó ca sa cua cau t r u c s p i n e l t h i 8 vi t r i t ù d i e n va 16 v i t r i b à t d i e n b i chiem b a i càc ion Kim l o a i . Bay g i à mot càu h o i dufac dat r a l à càc ion Kim l o a i hoà t r i 2 va 3 phan bo hhii t h e nào t r o n g càc v i t r i dò ? vé thiic nghiem , co mot so phiiong phàp de thu hhan thóng t i n vé sii phan bo càe ion a càc v i t r i co san trong càc hop chat t ù ; - Nhieu xa t i a X - Nhieu xa Neutron [63, 118] - xàc dinh t ù do bao hoà a QK - Phó Mossbauer Tàn xa trén tiet dien cua càc nguyén ti doi vai tia X diiac xàc dinh bai so dien tii trong nguyén tii. Tuy nhién, doi vai càc ion Kim loai chuyén tiep cóng suat tàn xa Khàc nhau rat it nén Khóng the dùng ptotong phàp nhieu xa tia X de xàc dinh sii phan bo càe ion Kim loai trong càe vi tri trong mang spmel. Cóng suat tàn xa cua càc neutron nhiet diiac xàc dinh n£t i*iah bai
9 - mcmen tù cua hat nhàn nguyén tii gay ra do tiiong tàc vai spin cua neutron. No thiiòng rat Khàc nhau doi vai càe nguyén tù. tham chi ngay ca vai càc nguyén tii co so dien tii gàn bang nhau, vi vày phiiong phàp nhieu xa neutron eó thè cung càp thóng tin vé sd: chiem hai vi tri trong spinel bai càc ion Kim loai chuyén tiep. Nó cung eó thè cung cap thóng tin ve già tri cua thóng so oxy va do lón cung nhii hiióng momen tù cua ion* Néu tat ca càc ion Kim loai hoà tri hai nam trong vi tri tù dien thi spinel diiac g9i là spinel thuan. Neu tat ca càc ion Kim loai hoà tri hai nam trong vi tri bàt dien ta eó spinel dao. Hasting va Corliss thay ràng NiFe204 là ferit spinel dao con ZnFe204 là ferit spmel thuan. Diéu ly thu là gian do Rontgen cua hai ferit này v , ^ ' 2 + 3 + ^ 2 + ^ giong nhau, bai vi Ni , Fé va Zn thiic te eó càc tinh chat tàn xa tia 2+ X hhii hhau. Trong Khi do tàn xa neutron trén Ni co tù tinh rat Khàc vai 2+ ^ , [ ^ , Zn phi tù Spinel hoàn toàn thuan hay dao là nhùng tniòng hop ciic doan. Sii phàn bo cation nói chung eó the àioc ehi rarihiisau : 2+ 3+ 2+ 3+ Vi tri tii dien Vi tri bàt dièn SU phan bo ion hoàn toàn ngau nhién ùng vai x - 1/3 Sii phàn bó ion trong spmel thuan x = 1 Sii phàn bo ion trong spinel dao x = O Trong nhiéu tniòng hop x con phu thuoc vào phiiong ptóp che" tao. Neu càc ferit này diac tói tù nhiet do cao thi x eó già tri 1/3. Neu tó'c do Khuéeh tàn di lón so vai toc do làm nguoi, thi x co càc già tri Khàc nhau : O < X < 1. Sau day là mot so yeu to co thè anh huong den sii phàn bó" càc ion Kim loai a vi tri A & B :
10 a/Ban Kinh i o n : B a i v i VI t r i t ù d i è n riho han, ngiiòi t a eó t h è mong d a i r à n g c à e ion nho h o n s e liu t i é n c l i i « n c à e v i t r i t ù dien, Càe i o n h o à t r i b a thiiòng riho h a n c à c i o n h o à t r i h a i cùng l o a i v a d i é u dò t a o Khuynh hiiong c o c a u tnic spinel dao. b/Càu h i n h dièn tii : Hot i o n x à c d i n h d e u eó sii t h i c h ùng v a i c à c i o n xung q u a n h Thi du 2+ 2+ Zn v a Cd t h i c h ùng v a i càc v i t r i t ù dièn, a do c à e d i è n t i i 4 s liiay 5 s tiiang ùng c o t h è h i n h t h à n h l i é n K e t dong h o à t r i v a i s à u d i è n tu: 2p , 2 + 3 + " . . . ' , ^ c u a i o n oxy. Càc i o n Ni v a Or t h i c h ùng v ó i v i t r i b à t d i e n , eó t h e diio^ g i a i t h i c h do sii p h u h o p phàn bo dièn t i c h cua càe ion này trong t n i ò n g t m h t h e a v i t r i b à t dien. c/Nang liiang tirih dien : Mot y e u t o Khàc e ó t h è x à c d i n h sii p h à n b o c u a c à c i o n Kim l o a i trong càc v i t r i s a n co l à n a n g liiang t i n h dien c u a mang s p i n e l (nang liiang Madelung). T r o n g sii s a p x e p thuan, c à c i o n Kim loai e ó càc d i e n tich diiong n h o n h a t dxiqc b a o q u a n h b a i 4 i o n oxy v a c à c i o n Kim l o a i eó d i è n t i c h diiong c a o h o n diioc b a o quanh b a i 6 i o n oxy, dò l à t o i liu v e mat nang liicng t i n h d i e n . Bang 1-2 c h o sii p h à n b o i o n Kim l o a i t r o n g mot s o f e r i t s p i n e l [lOO] Jgang i-2 Su phàn / » ian kim loai trong mang spineJ cua nòt so ^rit P h a n bó Ferit u ^ M i o n Kim l o a i g/cm^ MnFs204 Mno.3Feo.2 [Mno.aF-i..^] 3.50 0 . 3 8 4 6 - 0 . 0 0 0 3 ' 230.6 5.00 Fé [Fe'^F-j S.39 0.379 -O.OOI 231.6 5.24 Fé iCoFej 3.38 — 234.6 5.29 NiFe^04 Fé [NiFeì 3.3^ I — 234.4 5.38 Fé [C'jFej e = 3.70 j 0.J8O-0.OO5 239.2 5.35 a = 3.22 ! Z.TFC^O^ Zn [Fes] 8.44 0.385^0.002 241.1 5,33 MgFe204 • Mgo.iFeo.o [Mgo.^Fei.il 3.36 0.381 :i: 0.001 200.0 4.52 Lio.5Fs2.5O4, F s [Lio.sFcì.s] S.33 0.382-0.005 207.1 4.75
11 - 1-3 TÙ do bao hoà ( Mmj Neel cho tù tinh ferit spinel) 1/ Trat tii tù va tù do bao hoà a Q«i Nang liiong trao dói trong ferit là gian tiep (siéu trac dói). Da xàc dinh bang thiic nghiem ràng nang liiong trao doi giùa càc ion tù trong ferit là àm Già tri cua nang liiong trao dói àm giùa càe ion tù Me va Me phu thuoc vào Khoang càch tù càc ion này dén ion oxy (p, q) va vào góc Me-O-Me (9). Da chi ra ràng nhin chung nang lii9ng trao doi lón nhat ùng vói f=180 va nho nhat ùng vói ^-=90 . Nang luong trao dói nói chung giam rat nhanh vói viec tàng Khoang càch- E. W. Gorter da dia ra càc dai liiong p, q va f cho càc dang Khàc nhau cua càc cap ion trong càu tnic spinel. Hinh 1-4 chi ra càe dang cua càc cap ion xuat hien trong mang spinel ma KlToang càch va góc là phù hop nhat voi nang liiong trao dói. Càc ion A & B chi ra trong hinh là càc ion chiem càc vi tri tù dien va bàt dien tiiong ùng. f= J25''9 (a) (b) (e) lÙniì i-4 càc dang sap xep cua càc ian trong mang spine! Val dang AB dau t i é n (hinh 1-4 a) t h i càc Khoàng càch p, q l à nho nhat o va góc ? Kha lan('f z 125 ). Tiiong t à c BB ciic dai xmg vai dang t h ù nhat cua BB t r o n g h i n h l-4b t u y góc f chi l à 90 . Vai AA h i n h 1-4 e, Khoàng càch r l à tiiong dói lón ( 3. 5 A ). Già t r i e i a tiiong t à c t r a o doi con b i ành haiong b a i sii s a i l é c h thóng so u Khoi g i à t r i 3/8 [100].
12 Neil u>3/8, là tniòng hop vói da so càe ferit, càc ion oxy bi dieh chuyén nhii the nào do de trong tniòng tiiong tàc AB, Khoàng càch giùa ion A va O tàng lén va Khoàng càch giùa ion B va O giam di, Khi dò góc f cung bi giam TÙ v i e c so sành càc tiiong t à c t r a o doi Khàc nhau, t a t h a y tiiong t à c l à Ian n h a t va tiiong t à c AA l à nho nhat. Theo Neel, t ù dS ]Dao hoà cua f e r i t spinel dìlac xàc d i n h t h e o cóng thiic: ^s - f^sA - ^sB Trong do H3 l à t ù do bao hoà cua f e r i t , ìi^ va HgB tiiong ùng v a i t ù do bao hoà cua phàn mang A va B. Vi t h e ma t a thiiòng nói f e r i t l à phan s a t t ù Khóng bù t r ù Bang 1-3 clii r a càc Ket qua cua t ù do bao hoà cua mot so f e r i t don phù hop vói g i à t h i e t cua Neel. Bang i-3 Càc già tri ir tburet va thùc ngbiem cua tii cSb ìyao boa tt>B^ o O K cua Boot so ±erit àcm cau trnc spine! [100] Momer t ù , G i à t h i e t P h a n b o i o n ! MonTen t ù Momen t ù Glia p hàn txL Ferit i CUcì i o n c u a i o n , Ion trong MeFe 2O4 Ion trong ^^ dien bàt dien i tù dien \ bàt dien ; Li tliiyet HiÈ rjgliiBa i .V1nFe204 ^.Mn^^ 5 ^ — •> -i.ó ' FciOi ; Fc- j Fe'^-Fe"i | 5 4 ^5 i 4.1 : CHI : Co-^-Fe^" ' -• C o Fe^ 0.1 1 V - 5 3 ^ 5 - 3.7 NiFssO.; : pe'^f 1 Ni^i-Fe*" :• 5 " - 5 -1 ^ —) CijFe204 ' Fe'^^ ! C u ' ^ - - Fe^^^ ' 5. , !-3 ' - 5 \\%FtzO-\ ' Fé*'' i M2:r_Fe'Ti • ' 5 0 - 5 0 I.I Lin..jFe2.50.i j Fe'ff Li- -Fe"^ ' 5 0 - 7.5 1.5 2.5
- 13 - Theo Neel, sii dinh hiiong mó men tù cua càc ion trong phàn mang A va B eia spinel nhii sau (do tiiang tàc A i B là àm va lón nhat) : Ferit spinel thuan : 2+ 3+ 2- He [ Feg ] O4 F e r i t s p m e l dao 3+ 2+ 3+ 2- Fe [Me Fé ] O4 Ferit spmel hon hop : 2+ 3+ 2+ 3+ 2- Msx Fei_x [ Mei_x Fe^+x 3 O4 Tóng quat, ta xàc dinh diac tù do bao hoà cua ferit spinel hon hop cho mot don vi cóng thùc: Mg ~ [(1-x) m jjgZ+ (1+x) m pe^*] - [ x. m IJ[QI+ ( 1 - X ) m p^'^ ~ ( 1 - 2 X ) m j^e^"*" ^x m pe"^^ Trong do : , 2+ ^ ^ X là hàm liiong cua ion Me trong E*iàn mang A m j^e ^^ ^ ^^^ '^-'^ rm?t 2+ 3+ . ^ . ? 3+ ^ ^ ion He ni pg là momen tù cua ion Fé va bang 5 Mg (Pg là magneton Bohr) Do dò : Mg =: (l-2x) m J4e2+ iOxPg Ta x é t t n i ò n g hap ly thù cua f e r i t Zn hon hop, sii ^:iàn bó" i o n nhii sau 2+ 3+ 2+ 3+ Znx Fei_x t ^^i-x ^^i^x ^^4 vi sii eó mat eia càc ion Zn (i*ii tù), tù do eia mang tù dién se riho , ' 3+ ' hon so vai tniòng hop ferit dbtn va bai vi ion Fé co noien tù lón nhà"t, nén tù do bao hoà cua ferit hon hop a CK tàng vai sii tàng nong do Zn va
- 14 - già tri ly thuyet eia mómen tù bao hoà là lOUg Khi x=l. a già tri x nho sii tàng tuyen tinh phù hop vói ly thuyèt Neel, nhuhg den già tri eia x?0, 5 thi càc già tri thiic nghiem da léch Khoi ly thuét Neel (hihh 1-5). Có ba nguyén hhan gay nén sii sai léch cua mó men tù Khoi càc già tri ly thuyé"t [lOO, 138, 139]: =fi Sii phàn bó ion có thè Khóng MeFtfii Z^re^Oi, giong hhii cho a bang 1-3 nhii vói tniòng hop MgFe204 va CaFe204. Vai lùnb i-5 Mmoen tìì tao hoà JV« càe ferit do tù do bao hoà lón han a OK cua mot so sau Khi toi so vai sau Khi làm lahh chàm. ^rit khàc nhau » càe ion có thè có sii bó sung cua momen qui dao (chung chuia bi dóng bang) vào momen spin , dac biet vói tniòng hop càc ion Co. Khi do thùa so Lande do sii dóng góp cua mómen tù spin va momen tù qui dao se Ian hon 2 . Hiióng va già tri cua mcmen tù trung binh cua ion trong vi tri tù dièn va bàt dien vé nguyén tao eó thè diac xàc dinh mot càch riéng re tù thiic nghiem nhieu xa neutrxjn. M Có thè xuat hién sii phàn bo góc giùa càc momen tù cua càc ion trong phàn marìg B (hinh 1-6): Neel da àp dung ly thuyèt tniòng phàn tii Weiss cho feri-tù va tìm diioc biéu thùc sau: H = y V M (1) w ^ ij J J=l He so tniòng i*iàn tu: W^j ty le vói tiiong tàc trao do\ giùa càc spin cua ion tù trong phàn mang i vói spin eia ion trong phàn nang j.
15 - Trong tniòng hop chung t a quan tim càc g i à t r i W-j_j < O. Trong f e r i t , tiiong t à c t r a o doi giùa A-B, B-B, A-A l à tiiong t à c t r a o doi giàn t i e p . Nang liiong t i n h dien e i a tiiong t à c t r a o doi trong tniòng hop này l à : ^ex - 2 "^AB ^^CiStp + J3'B*cos2f (2) JAR l à nang liiong t r a o dói giùa ion A va B hoac B . jg'g// là nàng liiong t r a o doi giùa càe ion B va B . •f> l à góc Fhi cong tuyén (hinh 1-6) s i n *f = O VÓI J ^ > 2 JB'B" ^^^ ^AB cos f = (4) 2 -^B B vói JAB < 2 J B ' B * He so tniòng Weiss chi r a tiiong t à c giùa càc ion d i n h su t r o n g 2 phan mang Khàc nhau nhung b i é u thiic (1) cung chiia càc so hang cho tiiong t à c c a han cua càe s p m trong cùng mot phàn mang. Néu tiiong t à c này àm , càc mómen t ù sé song song t r o n g cùng phàn mang. Hihh (1-5) l à dac t n i n g cho feri-tù Kim l o a i A thuoc vé mot r*iàn mang, va 2 Kim l o a i B va B thuoc * r, vé phàn mang Khàc (n=2). Ion A t à c h Khoi B va B b a i ion oxy , chung tiiong xtng vói tiiong t à c àm g i ù a A va B va giùa B va B . Neu càe tiicng J n tàc B -B tiiong doi yeu thi tiicmg tàc A-B sé tao nén sii sap xep phàn song cua mómen tù B va B vói A, trong Khi dò mómen tù B va B song song vai nhau. Diéu này xay ra vai diéu Kien J ^ > 2JB'B-" Neu J ^ < 2 JB'B""*^ mómen tù cua B va B Khóng con song song vói nhau nùa ma tao nén mot goc léch là va cos ^ Jji^^J-Q^-Q'f{g6c phi cóng tuyen) Ngoài ba nguyén nhan trén, con có nhùng nguyén Khàc. Bang nghién cùu phó Mossbauer, ngiiòi ta da nhan thay rang diiai ành hiiong eia nói tniòng siéu tinh te, tiiong tàc này phu thuoc vào nong d6
- 16 - 3+ Zn va so làn càn gàn rihat cua Fé 3+ ma mómen tù cua mot so ion Fé trong vi tri B tra nén ngiiac 180 vói càc momen tù cua cac ion Fé con lai. Khi nong do Zn x ?0. 5 thi ngoài pha sat tù con ton tai càc pha phi tù làm giàm tù do bao hoà trén mot don VI the tich cua ferit. 2) Sii phu thuoc nhiet do cua tù do lùnh i-6 c^jj /j^jj/, jfj^ trong bao hoà : tinh the feri-tìt Neel da phàt trién ly thuyèt feri-tù Ion tnmg tàm là eia minh doi vói hai phan mang va da anion phi th xàc dinh càc dang khàc nhau cua. A, B va B ih càc diòng Hg-T. Tuy thuoc vào già tri tù ion kim loai. do cua hai phàn mang a T=QK va ti so cua càc tiiong tàc trao dói : ^AA ^^B" a - P - (5) ^AB ^AB ma càc dliòng Mg-T có t h è có càc dang r a t khàc nhau. Nói chung, mac dù t ù do a h a i phàn mang giam don d i é u Khi tàng rihiet do, nhiing t ù do tóng cong eó t h è eó dang b à t thuòng do có sii bù t r ù cua t ù do hai phan mang, nó eó t h e qua diém Khóng (diém bù t r ù h i h h l-6a) hay có clic d a i a n h i e t do nào dò (hinh l - 6 b ) . 1-4 càc thóng so dién t ù cua f e r i t t ù man t r o n g vùng t à n so" den hàng tram Mfe 1/-Càc thòng so ca ban t r o n g t n i ò n g mot c h i e u \)Q'' Do t ù thàm ban dàu aQ:He so do b a t ón dinh b i é n do, diac xàc dinh t r o n g t n i ò n g yeu a vùng tuyen t i n h cua sii phni tlmoc do t ù tham vào t ù t n i ò n g :
17 ;•" V- w / ^ U—- M fùnh 1-7 Sii pbu i/iuòc nhiet ab cua d& t ù hoà hao hoà U - i-od+aoH) (6) Ujjj: Do t ù thàm ciic d a i . Ujj/Po : T i so dò t ù thàm clic d a i v ó i do t ù thàm b a n dau. B3, Bp, Bp/Bg, H(^ : cam ùng t ù b a o h o à , cam ù h g t ù dii, h e s o c h ù nhat, liic Khàng tù H^ : (A/m h o a c Oe) t ù t n i ò n g ciic d a i ùng v ó i B^ P : Do t ó n h a o r i e n g do t r e t r é n mot don v i thè t i c h (hoac den VI Khói l u o n g mau) ùng v ó i mot c h u Ky, ddqc xàc d i n h bang dièn tich diòng t r é S ìi T r o n g t n i ò n g yeu vung R a y l e i g h t a co 1 4TT W Ph = «o^^oH ( 3 ) [ - ^ (7) 301T 10 m chu Ky * T r o n g t ù t n i ò n g manh den g i à t r i ì\^ ta có bieu thùc O HdB -1 Ph = 10 J/m (8) 4TT^ y : l à Khoi liiong r i é n g (g/cm ) f I i