Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu cấu trúc, phân bố cation và tính chất từ trong các pherit spinen hỗn hợp MFe2O4 (M= Cu2+ , Ni2+, Mg2+) có kích thước nanomét

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO<br /> TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI<br /> <br /> NGUYỄN KIM THANH<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, PHÂN BỐ CATION VÀ<br /> TÍNH CHẤT TỪ TRONG CÁC PHERIT SPINEN<br /> HỖN HỢP MFe2O4 (M= Cu2+, Ni2+, Mg2+) CÓ<br /> KÍCH THƯỚC NANOMÉT<br /> <br /> Chuyên ngành: Vật liệu điện tử<br /> Mã số: 62440123<br /> <br /> LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU<br /> NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:<br /> 1. PGS.TS. NGUYỄN PHÚC DƯƠNG<br /> 2. PGS.TS ĐỖ QUỐC HÙNG<br /> <br /> HÀ NỘI – 2017<br /> <br /> LỜI CAM ĐOAN<br /> Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn<br /> của PGS.TS. Nguyễn Phúc Dương và PGS.TS. Đỗ Quốc Hùng. Các số liệu và kết quả<br /> chính trong luận án được công bố trong các bài báo đã được xuất bản của tôi và các cộng<br /> sự. Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong<br /> bất kỳ công trình nào khác.<br /> Tác giả luận án<br /> <br /> Nguyễn Kim Thanh<br /> Thay mặt tập thể hướng dẫn<br /> <br /> PGS.TS. Nguyễn Phúc Dương<br /> <br /> LỜI CẢM ƠN<br /> Đầu tiên, tác giả luận án xin được cảm ơn chân thành sâu sắc với hai người thầy<br /> hướng dẫn PGS. TS Nguyễn Phúc Dương và PGS. TS. Đỗ Quốc Hùng đã hướng dẫn<br /> chỉ bảo tận tình về kiến thức chuyên môn cũng như những hỗ trợ vật chất và tinh thần<br /> trong quá trình thực hiện luận án này.<br /> Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí thiết thực trong quá trình thực hiện luận án từ các<br /> đề tài của Quỹ Nafosted 103.02-2015.32 - Bộ Khoa học và Công nghệ, Đề án hỗ trợ<br /> nghiên cứu sinh trong nước 911 của Bộ Giáo dục và Đào tạo.<br /> Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ tạo điều kiện của lãnh đạo Viện ITIMS, Viện Sau đại học,<br /> Trường Đại học Bách khoa Hà Nội để tôi có thể hoàn thành luận án. Tôi cũng xin cảm<br /> ơn sự giúp đỡ về mặt khoa học, động viên khuyến khích về mặt tinh thần từ GS.TSKH<br /> Thân Đức Hiền, các anh chị Tiến sĩ, nghiên cứu sinh và học viên cao học của Phòng thí<br /> nghiệm Nano từ và Siêu dẫn nhiệt độ cao để tôi có đủ quyết tâm kiên trì thực hiện nghiên<br /> cứu hoàn thành luận án.<br /> Tôi xin cảm ơn Đoàn quản lý học viên 871, Phòng quản lý học viên trong nước đã<br /> tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập tại Đoàn. Tôi xin cảm ơn<br /> tới các thầy cô, anh chị em đồng nghiệp tại khoa Hóa Lý Kỹ thuật- Học viện Kỹ thuật<br /> Quân sự đã nhiệt tình tạo điều kiện về thời gian, giúp đỡ các công việc giảng dạy của<br /> tôi trong quá trình tôi đi học.<br /> Luận án đã nhận được sự giúp đỡ thực hiện các phép đo của Viện AIST, Phòng thí<br /> nghiệm Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn thuộc Viện Khoa học Vật liệu; Viện Vệ sinh<br /> Dịch tễ Trung Ương; Viện nghiên cứu tia synchrotron (SLRI) Thái Lan. Xin cảm ơn<br /> những sự giúp đỡ máy móc thiết bị từ các đơn vị nghiên cứu này.<br /> Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng tri ân sâu sắc tới Đại gia đình và gia đình nhỏ của<br /> mình.Với tình yêu thương vô hạn và niềm tin tưởng tuyệt đối, bố mẹ tôi cùng chồng và<br /> hai con, các anh em trong gia đình đã cùng tôi vượt qua rất nhiều khó khăn để quyết tâm<br /> hoàn thành bản luận án này.<br /> Hà Nội, tháng 11 năm 2017<br /> Tác giả<br /> Nguyễn Kim Thanh<br /> <br /> MỤC LỤC<br /> DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU ...........................................................iv<br /> DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................vii<br /> DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ............................................................................................. viii<br /> MỞ ĐẦU…. .............................................................................................................................. 1<br /> CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ PHERIT SPINEN .............................................................. 6<br /> 1.1. Cấu trúc, tính chất của pherit spinen mẫu khối ..................................................... 6<br /> 1.1.1. Cấu trúc tinh thể của pherit spinen ..................................................................... 6<br /> 1.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng tới sự phân bố cation trong mạng tinh thể...................... 8<br /> 1.1.3. Tính chất từ của pherit spinen ........................................................................... 11<br /> 1.1.3.1. Tương tác siêu trao đổi trong pherit spinen ........................................... 11<br /> 1.1.3.2. Mômen từ của pherit spinen ................................................................... 12<br /> 1.1.3.3. Lý thuyết trường phân tử về pherit spinen ............................................. 13<br /> 1.2. Các đặc tính của vật liệu từ có kích thước nanomét ........................................... 16<br /> 1.2.1. Dị hướng từ bề mặt ........................................................................................... 17<br /> 1.2.2. Sự suy giảm mômen từ theo cấu trúc lõi vỏ ..................................................... 18<br /> 1.2.3. Sự thay đổi của nhiệt độ Curie.......................................................................... 19<br /> 1.2.4. Mômen từ bão hòa phụ thuộc nhiệt độ theo hàm Bloch .................................. 19<br /> 1.2.5. Lực kháng từ phụ thuộc kích thước hạt, tính chất siêu thuận từ ...................... 20<br /> 1.3. Các nghiên cứu về hệ pherit spinen hỗn hợp MFe2O4 có kích thước nanomét (M<br /> = Cu2+, Ni2+, Mg2+)..................................................................................................... 23<br /> 1.3.1. Ảnh hưởng hiệu ứng kích thước nanomét đến cấu trúc, tính chất từ ............... 23<br /> 1.3.2. Ảnh hưởng của phân bố cation đến cấu trúc, tính chất từ ................................ 30<br /> 1.3.2.1 Phân bố cation trong vật liệu khối của CuFe2O4 và MgFe2O4 ................ 30<br /> 1.3.2.2. Ảnh hưởng của công nghệ chế tạo tới phân bố cation và tính chất từ ... 31<br /> 1.3.2.4. Ảnh hưởng của việc pha ion tới phân bố cation và tính chất ................. 36<br /> 1.4. Kết luận và xác định nội dung nghiên cứu.......................................................... 40<br /> CHƯƠNG 2. CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 42<br /> 2.1. Phương pháp chế tạo hạt có kích thước nanomét ............................................... 42<br /> 2.1.1. Phương pháp đồng kết tủa ................................................................................ 42<br /> i<br /> <br /> 2.1.2. Phương pháp tự bốc cháy.................................................................................. 45<br /> 2.2. Thực nghiệm ....................................................................................................... 47<br /> 2.2.1. Chế tạo mẫu CuFe2O4 và CuxNi1-xFe2O4 có kích thước nanomét bằng phương<br /> pháp phun sương đồng kết tủa .................................................................................... 47<br /> 2.2.2. Chế tạo mẫu MgFe2O4 có kích thước nanomét bằng phương pháp bốc cháy . 49<br /> 2.3. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc và tính chất vật liệu ............................... 50<br /> 2.3.1. Nhiễu xạ tia X và phổ hấp thụ tia X dùng nguồn synchrotron ......................... 51<br /> 2.3.2. Phân tích Rietveld ............................................................................................. 52<br /> CHƯƠNG 3. CẤU TRÚC, PHÂN BỐ CATION VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA PHERIT<br /> SPINEN CuFe2O4 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN SƯƠNG ĐỒNG KẾT<br /> TỦA……………….. .............................................................................................................. 54<br /> 3.1. Cấu trúc tinh thể và hình thái hạt của hệ mẫu CuFe2O4 có kích thước nanomét.<br /> .................................................................................................................................... 54<br /> 3.2. Tính chất từ của hệ mẫu CuFe2O4 có kích thước nanomét. ................................ 62<br /> 3.3. Ảnh hưởng của phân bố cation đến tính chất từ của hệ CuFe2O4 có kích thước<br /> nanomét chế tạo bằng phương pháp phun sương đồng kết tủa .................................. 72<br /> 3.4. Kết luận chương 3 ............................................................................................... 75<br /> CHƯƠNG 4. ẢNH HƯỞNG CỦA ION Ni2+ TỚI CẤU TRÚC, PHÂN BỐ CATION VÀ<br /> TÍNH CHẤT TỪ CỦA PHERIT SPINEN Cu1-xNixFe2O4 CÓ KÍCH THƯỚC NANOMÉT<br /> CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN SƯƠNG ĐỒNG KẾT TỦA........................ 76<br /> 4.1. Cấu trúc tinh thể, hình thái học và trạng thái oxi hoá của hệ Cu1-xNixFe2O4 (x= 0;<br /> 0,3; 0,5; 0,7; 1) ........................................................................................................... 77<br /> 4.2. Ảnh hưởng của thành phần Ni2+ tới tính chất từ của hệ Cu1-xNixFe2O4 (x= 0; 0,3;<br /> 0,5; 0,7; 1) .................................................................................................................. 85<br /> 4.3. Ảnh hưởng của ion Ni2+ đến phân bố cation của hệ mẫu Cu1-xNixFe2O4 (x= 0; 0,3;<br /> 0,5; 0,7; 1) .................................................................................................................. 88<br /> 4.4. Kết luận chương 4 ............................................................................................... 95<br /> CHƯƠNG 5. CẤU TRÚC, PHÂN BỐ CATION VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA PHERIT<br /> SPINEN MgFe2O4 CÓ KÍCH THƯỚC NANOMÉT CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP<br /> TỰ BỐC CHÁY...................................................................................................................... 97<br /> <br /> ii<br /> <br />