Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo và tính chất từ của hệ hạt nano từ Fe, Co bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:167

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là tìm được các tham số thông số công nghệ và hợp phần tối ưu để chế tạo một số vật liệu nano từ nền Fe bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao; làm rõ mối liên hệ giữa các điều kiện công nghệ với đặc trưng cấu trúc và tính chất từ của vật liệu chế tạo được; đánh giá khả năng ứng dụng vật liệu nano Fe, Fe-Co trong chế tạo nam châm nanocomposite và đốt nóng cảm ứng từ.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo và tính chất từ của hệ hạt nano từ Fe, Co bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- ĐỖ KHÁNH TÙNG NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HỆ HẠT NANO TỪ Fe, Co BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN CƠ NĂNG LƯỢNG CAO LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2019
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Đỗ Khánh Tùng NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HỆ HẠT NANO TỪ Fe, Co BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN CƠ NĂNG LƯỢNG CAO Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 9.44.01.23 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Đỗ Hùng Mạnh 2. GS.TSKH. Nguyễn Xuân Phúc Hà Nội – 2019
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Đỗ Hùng Mạnh và GS.TSKH. Nguyễn Xuân Phúc, hai người Thầy đã dành cho tôi sự động viên, giúp đỡ tận tình và những định hướng khoa học hiệu quả trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn sự chỉ bảo, giúp đỡ và khích lệ của PGS.TS. Vũ Đình Lãm đã dành cho tôi trong những năm qua. Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Vũ Hồng Kỳ, TS. Nguyễn Thị Ngọc Anh, TS. Nguyễn Thanh Hường về sự giúp đỡ nhiệt tình và hiệu quả trong giai đoạn hoàn thiện luận án. Tôi xin được cảm ơn sự cộng tác và giúp đỡ đầy hiệu quả của TS. Phạm Hồng Nam, TS. Lưu Hữu Nguyên, NCS. Lê Thị Hồng Phong, TS. Bùi Xuân Khuyến và các cán bộ Phòng Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn - Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, nơi tôi hoàn thành luận án. Tôi xin được cảm ơn sự cộng tác và giúp đỡ của GS.TS. Nguyễn Huy Dân, PGS.TS. Trần Đăng Thành, TS. Phạm Thị Thanh, TS. Nguyễn Hải Yến về những hợp tác nghiên cứu và giúp đỡ tôi thực hiện một số phép đo nghiên cứu cấu trúc và tính chất từ của vật liệu. Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới GS. Catherine Djega-Mariadassou, GS Lotfi Bessais, Phòng thí nghiệm Hóa luyện kim đất hiếm, Viện Hóa học và Khoa học vật liệu Đông Paris, Trung tâm nghiên cứu quốc gia (ICMPE-CMTR, CNRS), Cộng hòa Pháp về những sự chỉ bảo tận tình, tạo điều kiện cho tôi thực hiện nhiều thí nghiệm, phép đo trong quá trình trao đổi nghiên cứu khoa học. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Quỹ NAFOSTED đã tài trợ kinh phí cho chuyến đi trao đổi hợp tác nghiên cứu khoa học quốc tế này. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của cơ sở đào tạo là Học viện Khoa học và Công nghệ cùng Viện Khoa học vật liệu, cơ quan mà tôi công tác, trong quá trình thực hiện luận án. Luận án này được hỗ trợ kinh phí của Đề tài cấp cơ sở mã số CSCL05.14 (Viện Khoa học vật liệu), đề tài nghiên cứu cơ bản mã số 103.02-2012.09; 103.99-2015.83 (NAFOSTED). Luận án được thực hiện tại Phòng Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu và Phòng thí nghiệm Hóa luyện kim đất hiếm, Viện Hóa học và Khoa học vật liệu Đông Paris, Trung tâm nghiên cứu quốc gia (ICMPE-CMTR, CNRS), Cộng hòa Pháp. i
Sau cùng, tôi muốn gửi tới tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân thành nhất. Chính sự tin yêu mong đợi của gia đình và bạn bè đã tạo động lực cho tôi thực hiện thành công luận án này. Tác giả luận án Đỗ Khánh Tùng ii
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. Đỗ Hùng Mạnh và GS.TSKH. Nguyễn Xuân Phúc. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án được trích dẫn lại từ các bài báo đã được xuất bản của tôi và các cộng sự. Các số liệu, kết quả nghiên cứu là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Đỗ Khánh Tùng iii
MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Lời cam đoan iii Danh mục các chữ viết tắt và kí hiệu vii Danh mục các bảng biểu xi Danh mục các hình vẽ và đồ thị xiv MỞ ĐẦU 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO TỪ Fe-Co 7 1.1. Tổng quan về vật liệu nano từ Fe-Co 9 1.1.1. Tính chất từ của các hệ hạt nano từ 9 1.1.1.1. Các hạt đơn đômen và siêu thuận từ 12 1.1.1.2. Lực kháng từ của các hạt từ kích thước nanô 13 1.1.1.3. Tương tác trao đổi 14 1.1.1.4. Dị hướng từ tinh thể 15 1.1.2. Vật liệu nano từ Fe-Co 16 1.1.2.1. Giản đồ pha vật liệu Fe-Co 16 1.1.2.2. Tính chất từ của vật liệu Fe-Co 18 1.1.2.3. Các phương pháp chế tạo vật liệu Fe-Co 19 1.2. Vật liệu nano từ tổ hợp hai pha cứng/mềm 24 1.2.1. Vật liệu nano từ tổ hợp hai pha cứng/mềm 24 1.2.2. Lý do lựa chọn vật liệu nanocomposite Fe-Co và SmCo5. 30 1.3. Vật liệu nano từ trong đốt nóng cảm ứng từ 31 1.3.1. Các hạt nano từ cho ứng dụng nhiệt từ trị 31 1.3.2. Cơ chế vật lý của hiệu ứng đốt nóng hạt nano từ 32 Chương 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 34 2.1. Chế tạo mẫu bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao 34 2.2. Các phương pháp phân tích cấu trúc 42 2.2.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X 42 2.2.2. Phân tích cấu trúc dựa trên số liệu nhiễu xạ tia X mẫu bột 44 2.2.3. Phương pháp Phổ hấp phụ tia X 46 2.2.4. Hiển vi điện tử quét 48 iv
2.2.5. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 50 2.3. Các phương pháp đo tính chất từ 51 2.3.1. Phép đo tính chất từ trên hệ từ kế mẫu rung 51 2.3.2. Phép đo tính chất từ trên hệ đo các tính chất vật lý PPMS 52 2.3.3. Phép đo tính chất từ trên hệ đo từ trường xung 53 2.4. Đốt nóng cảm ứng từ 55 2.5. Kỹ thuật thiêu kết xung điện Plasma 56 Kết luận Chương 2 58 Chương 3: ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HỆ 59 VẬT LIỆU TỪ NANO Fe-Co CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN CƠ NĂNG LƯỢNG CAO 3.1. Khảo sát điều kiện công nghệ tối ưu để chế tạo vật liệu từ nano Fe-Co 59 bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao 3.1.1. Ảnh hưởng của tốc độ nghiền 60 3.1.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ bi/bột 62 3.1.3. Ảnh hưởng của thời gian nghiền 64 3.2. Khảo sát tỉ phần tối ưu Fe/Co lên đặc trưng tính chất của vật liệu Fe-Co 66 3.3. Đặc trưng cấu trúc và tính chất từ của hệ Fe50Co50 70 3.3.1. Đặc trưng cấu trúc theo thời gian nghiền 70 3.3.2. Đặc trưng tính chất từ theo thời gian nghiền 73 3.3.3. Đặc trưng tính chất theo chế độ ủ nhiệt 76 3.4. Đặc trưng cấu trúc và tính chất từ của hệ Fe65Co35 82 3.4.1. Đặc trưng cấu trúc theo thời gian nghiền 82 3.4.2. Đặc trưng tính chất từ theo thời gian nghiền 88 3.4.3. Đặc trưng tính chất theo chế độ ủ nhiệt 91 3.5. Đặc trưng cấu trúc và tính chất từ của hệ Fe 95 3.5.1. Đặc trưng cấu trúc của hệ Fe 95 3.5.2. Đặc trưng tính chất từ của hệ Fe 99 Kết luận Chương 3 102 Chương 4: CÁC ỨNG DỤNG CỦA VẬT LIỆU TỪ NANO Fe, Fe-Co 105 4.1. Vật liệu nano từ Fe-Co trong chế tạo nam châm nanocomposite 105 4.1.1. Ảnh hưởng của điều kiện công nghệ 106 v
4.1.1.1. Ảnh hưởng của tốc độ nghiền 106 4.1.1.2. Ảnh hưởng của thời gian nghiền 109 4.1.2. Ảnh hưởng của tỷ phần 112 4.1.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ủ 115 4.1.4. Ảnh hưởng của thiêu kết xung điện Plasma 118 4.2. Vật liệu nano Fe, Fe-Co trong nhiệt từ trị 121 4.2.1. Khả năng sinh nhiệt của chất lỏng chứa nano Fe. 121 4.2.2. Khả năng sinh nhiệt của chất lỏng chứa nano Fe-Co 124 Kết luận Chương 4 127 KẾT LUẬN 129 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 131 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 133 TÀI LIỆU THAM KHẢO 134 vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 1. Danh mục các ký hiệu viết tắt a : Hằng số mạng C : Nhiệt dung riêng c : Nồng độ hạt từ E : Năng lượng dị hướng Ea : Năng lượng kích hoạt dx : Mật độ khối lượng D : Kích thước hạt Dc : Kích thước tới hạn đơn đômen DFESEM : Kích thước từ ảnh FESEM DTEM : Kích thước tử ảnh TEM DSP : Kích thước siêu thuận từ DXRD : Kích thước từ giản đổ XRD f : Tần số fo : Tần số tiêu chuẩn H : Cường độ từ trường HA : Trường dị hướng HC : Lực kháng từ Hmax : Từ trường lớn nhất Hmin : Từ trường nhỏ nhất HH : Lực kháng từ của pha từ cứng HS : Lực kháng từ của pha từ mềm K : Hằng số dị hướng Keff : Hằng số dị hướng hiệu dụng KV : Hằng số dị hướng từ tinh thể KS : Hằng số dị hướng bề mặt kB : Hằng số Boltzmann m : Khối lượng M : Từ độ M(0) : Từ độ ở 0K vii
Mr : Từ dư MS : Từ độ bão hòa MH : Từ độ bão hòa của pha từ cứng MS : Từ độ bão hòa của pha từ mềm n : Số hạt trên một đơn vị thể tích P : Công suất Phys : Công suất tổn hao từ trễ Q : Nhiệt lượng thu vào T : Nhiệt độ TB : Nhiệt độ khóa Tb : Nhiệt độ bão hòa TC : Nhiệt độ Curie To : Nhiệt độ hiệu dụng ΔT : Độ biến thiên nhiệt độ t : Thời gian V : Thể tích hạt Vopt : Thể tích tối ưu hạt W : Năng lượng từ hóa  : Khối lượng riêng 0 : Độ từ thẩm trong chân không χ’ : Phần thực của độ cảm từ xoay chiều χ’’ : Phần ảo của độ cảm từ xoay chiều τ : Thời gian hồi phục hiệu dụng τB : Thờ gian hồi phục Brown τm : Thời gian hồi phục đặc trưng của các phép đo hồi phục 𝜏 : Thời gian hồi phục Neél τ0 : Thời gian hồi phục đặc trưng ω0 : Tần số Larmor viii
2. Danh mục chữ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Domain Free Magnetic Hạt nano từ tính không có vách đô- DFMN : Nanoparticles men EDS : Energy Dispersive Spectroscopy Phổ tán xạ năng lượng EDX Energy Dispersive X-ray Phổ tán xạ năng lượng tia X EHT : Exogenous heating Đốt nóng ngoài Extended X-Ray Absorption EXAFS Phổ hấp thụ tia X mở rộng Fine Structure FC : Field cooled Làm lạnh có từ trường Field emission scanning Kính hiển vi điện tử quét phát xạ FESEM : electron microscope trường FTIR : Fourier-transform infrared Phổ hồng ngoại phân giải Fourier ILP : Intrinsic loss of power Công suất tổn hao nội tại ISPM : Interacting superparamagnetic Siêu thuận từ tương tác LRT : Linear response theory Lý thuyết đáp ứng tuyến tính MHT : Magnetic hyperthermia Nhiệt từ trị MRI : Magnetic resonance imaging Ảnh cộng hưởng từ hạt nhân NA : Neél Arrhenius Luật Neél Arrhenius Physical property measurement PPMS : Hệ đo các tính chất vật lý system PFM : Pulse Field Magnetization Hệ đo từ trường xung SAR : Specific Absoption Rate Công suất tổn hao riêng Selected Area Electron SAED : Nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng Diffraction SPM : Superparamagnetic Siêu thuận từ SPS : Spark Plasma Sintering Thiêu kết xung điện Plasma Superconducting quantum SQUID : Giao thoa kế lượng tử siêu dẫn interference device SW : Stoner-Wohlfarth ix
TEM : Transmission electron Hiển vi điện tử truyền qua microscope TGA : Thermo gravimetric analysis Phân tích nhiệt vi lượng VF : Vogel-Fulcher Luật Vogel-Fulcher VSM : Vibrating sample magnetometer Hệ từ kế mẫu rung XRD : X-ray difraction Nhiễu xạ tia X X ray Absorption Near Edge XANES : Phổ hấp phụ tia X gần ngưỡng Structure XAS : X-ray Absorption Spectroscopy Phổ hấp phụ tia X x
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1. Tính chất từ của một số nguyên tố sắt từ: Fe, Co và Ni. Bảng 1.1. Đường kính tới hạn của một số hạt đơn đômen hình cầu. Bảng 1.2. Các phương pháp chế tạo vật liệu Fe-Co. Bảng 1.3. Tính chất từ của một số vật liệu sắt từ thông dụng. Bảng 2.1. Hệ mẫu từ mềm Fe100-xCox (x = 0, 25, 35, 40, 50 và 75). Bảng 2.2. Hệ mẫu nano composite Fe65Co35/SmCo5 với tỉ lệ bi/bột 10/1, tốc độ nghiền 450 vòng/phút. Bảng 3.1. Kích thước tinh thể và thông số mạng phụ thuộc vào tốc độ nghiền và tỉ lệ bi/bột. Bảng 3.2. Thông số mạng, kích thước tính thể trung bình của các mẫu hợp kim Fe- Co có tỉ phần Fe/Co khác nhau. Bảng 3.3. Giá trị từ độ bão hòa của vật liệu nano Fe100-xCox nghiền trong 10 giờ với tỷ phần Fe/Co khác nhau tại 11 kOe. Bảng 3.4. Tỉ lệ thành phần pha, thông số mạng và kích thước tinh thể trung bình của mẫu FC50 ở tốc độ nghiền 450 vòng/phút, tỉ lệ bi/bột 15/1 theo thời gian nghiền. Bảng 3.5. Giá trị từ độ bão hòa, lực kháng từ của vật liệu Fe50Co50 tại 11 kOe theo thời gian nghiền. Bảng 3.6. Các thông số tính chất của bột hợp kim Fe50Co50 được chế tạo bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao kết hợp ủ nhiệt. Bảng 3.7. Kích thước tinh thể trung bình và ứng suất nội của các mẫu vật liệu nano Fe65Co35 theo thời gian nghiền khác nhau. Bảng 3.8. Tỉ phần của pha cấu trúc bcc và hcp xác định từ phổ k-weighted EXAFS của các mẫu hợp kim Fe-Co. Bảng 3.9. Tỉ phần của pha cấu trúc bcc và hcp xác định từ phổ Co K-edge XANES xi
đo được của các mẫu hợp kim Fe-Co. Bảng 3.10. Giá trị từ độ bão hòa, lực kháng từ của vật liệu Fe65Co35 tại 11 kOe theo thời gian nghiền. Bảng 3.11. Thông số từ của một số mẫu bột hợp kim nano Fe65Co35 tiêu biểu chế tạo bằng nghiền cơ năng lượng cao kết hợp ủ nhiệt. Bảng 3.12. Các thông số cấu trúc hệ vật liệu Fe. Bảng 3.13. Giá trị từ độ bão hòa, lực kháng từ của vật liệu nano Fe tại 11 kOe theo thời gian nghiền. Bảng 3.14. Thông số từ của các mẫu Fe nghiền ở thời gian khác nhau sau đó ủ nhiệt. Bảng 4.1. Một số thông số cấu trúc của mẫu SF70 và SF75 theo tốc độ nghiền khác nhau. Bảng 4.2. Một số thông số cấu trúc của mẫu SF70 và SF75 theo thời gian nghiền khác nhau. Bảng 4.3. Một số thông số cấu trúc của mẫu nano composite sau khi nghiền 4h và 6h theo các tỉ phần khác nhau. Bảng 4.4. Giá trị MS và HC của các mẫu nano composite sau khi nghiền 4 giờ. Bảng 4.5. Giá trị MS và HC của các mẫu nano composite sau khi nghiền 6 giờ. Bảng 4.6. Kích thước tinh thể trung bình của mẫu nano composite sau khi xử lý nhiệt tại 550oC trong 90 phút. Bảng 4.7. Bảng tổng hợp giá trị từ độ bão hòa và lực kháng từ của các mẫu nano composite. Bảng 4.8. Bảng thống kê giá trị từ độ bão hòa, lực kháng từ, mật độ khối và tích năng lượng từ cực đại của mẫu nano composite sau khi ép xung plasma. Bảng 4.9. Nhiệt độ bão hòa Ts, tốc độ tăng nhiệt ban đầu dT/dt và công suất tổn hao riêng SAR của mẫu chất lỏng từ Fe-10h với nồng độ 4 mg/ml với các giá trị từ trường ngoài khác nhau. Bảng 4.10. Nhiệt độ bão hòa TS, tốc độ tăng nhiệt ban đầu dT/dt và công suất tổn xii
hao riêng SLP của mẫu chất lỏng từ Fe-10h (nồng độ 4 mg/ml, từ trường AC 80 Oe, tần số 178 kHz) theo số lần đo lặp lại khác nhau. Bảng 4.11. Nhiệt độ bão hòa TS, tốc độ tăng nhiệt ban đầu dT/dt và công suất tổn hao riêng SAR của mẫu chất lỏng từ FC35-10h (cường độ từ trường 80 Oe, tần số 178 kHz) theo các nồng độ khác nhau. Bảng 4.12. Nhiệt độ bão hòa TS, tốc độ tăng nhiệt ban đầu dT/dt và công suất tổn hao riêng SAR của mẫu chất lỏng từ FC35-10h (nồng độ 1 mg/ml, tần số 178 kHz) theo các cường độ từ trường khác nhau. Bảng 4.13. Giá trị SAR của một số hệ chất lỏng nano từ Fe, Fe-Co. xiii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. Phương thức cơ bản chế tạo vật liệu nano. Hình 1.1. Mối liên hệ giữa lực kháng từ và kích thước hạt. Hình 1.2. Các kiểu tương tác trao đổi trong vật liệu sắt từ. Hình 1.3. Giản đồ pha Fe-Co. Hình 1.4. Cấu trúc lập phương tâm khối của Fe-Co với vị trí Fe nằm ở tâm mạng. Hình 1.5. Đồ thị Slater-Pauling biểu diễn sự phụ thuộc của mômen từ nguyên tử theo hợp phần của các hợp kim kim loại chuyển tiếp. Hình 1.6. Độ từ thẩm ban đầu m0 và độ từ thẩm cực đại của vật liệu Fe-Co, nhiệt độ nung có ảnh hưởng mạnh đến độ từ thẩm cực đại. Hình 1.7. Sự phụ thuộc của từ độ bão hòa và lực kháng từ vào hàm lượng Co đối với bột hợp kim Fe-Co chế tạo bằng phương pháp hợp kim cơ. Hình 1.9. Ý tưởng của nam châm nanocomposite, kết hợp từ độ bão hòa từ hóa cao của pha từ mềm và lực kháng từ lớn của pha từ cứng. Hình 1.10. Cấu trúc từ trong quá trình khử từ vật liệu nanocomposite hai pha cứng-mềm. Hình 2.1. Một số loại máy nghiền cơ thông dụng. Hình 2.2. Mô hình đơn giản của quá trình nghiền và quá trình hình thành pha. Hình 2.3. Máy nghiền hành tinh Fritsch Pulverisette 6 classic line. Hình 2.4. Máy nghiền hành tinh Fritsch Pulverisette 7 premium line. Hình 2.5. Quy trình chế tạo mẫu. Hình 2.6. Chế độ xử lý nhiệt mẫu sau nghiền. Hình 2.7. Mô hình minh họa của định luật nhiễu xạ Bragg. Hình 2.8. Nguyên lý tính toán của phương pháp Rietveld: cực tiểu sự khác nhau giữa giá trị tính toán và giá trị khảo sát bằng phương pháp bình phương nhỏ nhất. Hình 2.9. Thiết bị nhiễu xạ Bruker D8 Advance. xiv
Hình 2.10. PTN BL8, thiết bị bức xạ gia tốc hạt nhân SIAM Photon, Nakhon Ratchasima, Thái Lan. Hình 2.11. Kính hiển vi điện tử quét HITACHI S-4800. Hình 2.12. Kính hiển vi điện tử truyền qua Philip CM20-FEG (gia tốc 200kV;Cs = 1,2) tại Viện Vật lý, TU-Chemnitz, CHLB Đức. Hình 2.13. Hệ đo VSM (a) và (b) sơ đồ nguyên lý. Hình 2.14. Hệ đo các tính chất vật lý PPMS 6000. Hình 2.15. Sơ đồ nguyên lý hệ đo từ trường xung. Hình 2.16. Hệ đo từ trường xung. Hình 2.17. Đường M(H) thu được từ hệ đo (a) và đường M(H) và B(H) đã được xử lý và chuyển đổi đơn vị (b) Hình 2.18. Sự phụ thuộc của hệ số khử từ N vào tỷ số L/d của mẫu hình trụ. Hình 2.19. Kết quả tính toán tích năng lượng (BH). Hình 2.20. Hệ thí nghiệm đốt nóng cảm ứng từ. Hình 2.21. Mô tả nguyên lý hoạt động của phương pháp SPS. Hình 2.22. Hệ thiêu kết xung điện Plasma Dr. Sinter 515S Syntex. Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu FC40-10h, tỉ lệ bi/bột = 15/1 ở các tốc độ nghiền khác nhau. Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu Fe60Co40 với các tỉ lệ bi/bột khác nhau nghiền 10 giờ, tốc độ nghiền 450 vòng/phút. Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hợp kim Fe60Co40 ở các thời gian nghiền khác nhau. Hình bên phải là giản đồ phóng to tại vị trí góc 2θ từ 40 đến 50o. Hình 3.4. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu Fe100-xCox với tỷ phần tương ứng tại thời gian nghiền 10 giờ. Hình 3.5. Đường cong từ trễ của vật liệu Fe100-xCox với tỷ phần Fe/Co khác nhau. Hình 3.6. Từ độ bão hòa MS phụ thuộc vào tỉ phần Fe/Co của các mẫu hợp kim nano Fe100-xCox (x = 0, 25, 35, 40, 50 và 75) chế tạo bằng phương pháp xv
nghiền cơ năng lượng cao. Hình 3.7. Phổ nhiễu xạ tia X của mẫu FC50 đã được hợp kim hóa ở tốc độ nghiền va=450 vòng/phút, tỉ lệ bi/bột 15/1 theo các thời gian nghiền khác nhau. Hình 3.8. Kích thước tinh thể trung bình phụ thuộc thời gian nghiền. Hình 3.9. Ảnh FESEM của các mẫu hợp kim nghiền trong (a) 1 giờ, (b) 10 giờ. Hình 3.10. Đường cong từ trễ của vật liệu Fe50Co50 với thời gian nghiền khác nhau. Hình 3.11. Từ độ MS và lực kháng từ HC của các mẫu Fe50Co50 theo thời gian nghiền. Hình 3.12. Độ ổn định từ độ bão hòa MS của mẫu FC50 được lưu giữ trong không khí. Hình 3.13. Giản đồ XRD của mẫu Fe50Co50 nghiền trong 10 giờ. Hình nhỏ chèn bên trong phóng đại vị trí đỉnh nhiễu xạ của pha Fe3O4. Hình 3.14. Giản đồ XRD của mẫu bột Fe50Co50 nghiền 10 giờ ủ ở các nhiệt độ khác nhau. Hình nhỏ là hình phóng đại các đỉnh nhiễu xạ của pha Fe3O4. Hình 3.15. Kích thước tinh thể trung bình và ứng suất nội của các mẫu Fe50Co50 nghiền 10 giờ ủ ở các nhiệt độ khác nhau. Hình 3.16. Ảnh SEM và phổ EDS tiêu biểu của mẫu FC50-10h và FC50-10h-700. Hình 3.17. Ảnh HRTEM tiêu biểu của hai mẫu Fe50Co50 nghiền 10 giờ và ủ ở nhiệt độ 700OC. Hình nhỏ chèn bên trong là phổ SAED tương ứng. Hình 3.18. MS và HC của hai mẫu Fe50Co50 nghiền 10 giờ và ủ ở nhiệt độ 700OC. Hình 3.19. Góc phần tư thứ nhất đường cong khử từ của mẫu FC50-10h-700 đo ở các nhiệt độ khác nhau trong từ trường ngoài 5 T. Hình 3.20. Giản đồ XRD của các mẫu Fe65Co35 theo thời gian nghiền. Hình bên cạnh phóng đại vị trí đỉnh nhiễu xạ của pha Co. Hình 3.21. Kích thước tinh thể trung bình và ứng suất nội của các mẫu vật liệu nano Fe65Co35 theo thời gian nghiền. Hình 3.22. Ảnh SEM của các mẫu bột hợp kim Fe65Co35 với thời gian nghiền khác nhau: (a) 2 giờ, (b) 10 giờ, (c) 24 giờ and (d) 32 giờ. xvi
Hình 3.23. Phổ chuẩn Fe và Co K-edge XANES của (a) Fe và (b) Co. Hình 3.24. So sánh phổ thường XANES và biến đổi Fourier của phổ EXAFS của (a, b) mẫu chuẩn Fe (bcc) (thu được từ Fe K-edge) và (c, d) mẫu chuẩn Co (hcp) (thu được từ Co K-edge) và mẫu hợp kim Fe-Co. Hình 3.25. So sánh phổ k-weighted EXAFS đo được của mẫu chuẩn Co (hcp), mẫu hợp kim Fe-Co và mẫu chuẩn Fe (bcc). Hình 3.26. So sánh phổ thường Fe K-edge XANES của mẫu hợp kim Fe-Co (đường liền nét) và đường làm khớp sử dụng phương pháp LCF (đường nét đứt). Hình 3.27. Đường cong từ trễ của vật liệu Fe65Co35 với thời gian nghiền khác nhau. Hình 3.28. Sự phụ thuộc của MS và HC vào thời gian nghiền đối với hợp kim Fe65Co35. Hình 3.29. Từ độ MS của các mẫu Fe65Co35 nghiền 10 và 24 giờ theo thời gian lưu giữ trong không khí. Hình 3.30. Giản đồ XRD của các mẫu FC35-10h ủ nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau. Hình 3.31. Giản đồ XRD của các mẫu FC35-32h ủ nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau. Hình 3.32. Phổ EDX (a) và ảnh FESEM (b) của mẫu Fe65Co35 nghiền 10 giờ và ủ nhiệt ở 700oC. Đỉnh C do ảnh hưởng của đế carbon. Hình 3.33. Từ độ MS phụ thuộc nhiệt độ ủ của các mẫu Fe65Co35 nghiền trong 10 giờ. Hình 3.34. Từ độ MS phụ thuộc nhiệt độ ủ của các mẫu Fe65Co35 nghiền trong 32 giờ. Hình 3.35. Lực kháng từ HC phụ thuộc nhiệt độ ủ của các mẫu Fe65Co35 nghiền trong 10 giờ. Hình 3.36. Lực kháng từ HC phụ thuộc nhiệt độ ủ của các mẫu Fe65Co35 nghiền trong 32 giờ. Hình 3.37. Từ độ bão hòa MS theo thời gian bảo quản trong không khí của các mẫu Fe65Co35 nghiền trong 10 giờ và mẫu ủ nhiệt ở 700oC. Hình 3.38. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu bột nano sắt với các thời gian nghiền khác nhau (a) và phóng to chi tiết tại vị trí góc 2 trong khoảng từ 35 đến 45O xvii
Hình 3.39. Phân tích Rietveld phổ XRD của mẫu tiêu biểu Fe-10h. Hình 3.40. Phân tích Rietveld phổ XRD của mẫu tiêu biểu Fe-32h. Hình 3.41. Ảnh FESEM và phổ EDX của các mẫu (a,b) Fe-10h và (c,d) Fe-32h. Hình 3.42. Đường cong từ trễ của vật liệu nano Fe với thời gian nghiền khác nhau. Hình 3.43. HC và MS của mẫu Fe phụ thuộc theo thời gian nghiền. Hình 3.44. Giá trị MS của mẫu Fe theo thời gian lưu giữ trong môi trường không khí. Hình 4.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu SF70 và SF75 tại tốc độ nghiền 300 và 450 vòng/phút. Hình 4.2. Đường cong từ trễ của mẫu SF70 và SF75 trước và sau khi nghiền tại tốc độ nghiền 300 và 450 vòng/phút. Hình 4.3. Biểu đồ sự phụ thuộc của từ độ bão hòa và lực kháng từ theo tốc độ nghiền. Hình 4.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu SF70 và SF75 tại các thời gian nghiền 2 - 6 giờ. Hình 4.5. Đường cong từ trễ của mẫu SF70 và SF75 trước và sau khi nghiền từ 2 đến 6 giờ đo trên hệ VSM. Hình 4.6. Đường cong từ trễ của mẫu SF70 và SF75 sau khi nghiền từ 2 đến 6 giờ đo trên hệ PFM. Hình 4.7. Đường cong từ trễ của mẫu SF70-4h đo trên hệ VSM và PFM. Hình 4.8. Biểu đồ sự phụ thuộc của từ độ bão hòa và lực kháng từ theo thời gian nghiền. Hình 4.9. Phổ nhiễu xạ tia X theo sự thay đổi tỷ phần pha của hệ vật liệu SmCo5/Fe65Co35 sau 4 giờ nghiền. Hình 4.10. Đường cong từ trễ của theo sự thay đổi tỷ phần pha của hệ vật liệu nano composite SmCo5/Fe65Co35 sau 4 giờ nghiền. Hình 4.11. Biểu đồ sự phụ thuộc của từ độ bão hòa và lực kháng từ theo tỉ phần pha từ cứng của mẫu nanocomposite sau khi nghiền 4 giờ và 6 giờ. Hình 4.12. Phổ nhiễu xạ tia X của các mẫu SF70, SF75, SF80 trước và sau khi xử lý nhiệt. xviii