zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Nghiên cứu tính chất từ của hạt nano La1-xAxFeO3 (A=Y,Nd) chế tạo bằng phương pháp nghiền năng lượng cao

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Báo xấu

20
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài viết này, tinh thể nano La1-xYxFeO3 và La1-xNdxFeO3 (0 ≤ x ≤ 0,3) được chế tạo bằng phương pháp nghiền năng lượng cao. Sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X để khảo sát cấu trúc và từ cấu trúc cho thấy các mẫu pha tạp Y hoặc Nd hoàn toàn đơn pha và có cấu trúc orthorhombic.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu tính chất từ của hạt nano La1-xAxFeO3 (A=Y,Nd) chế tạo bằng phương pháp nghiền năng lượng cao

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ | HNKH 2019 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO La1-xAxFeO3 (A=Y,Nd) CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN NĂNG LƯỢNG CAO PHẠM NGUYỄN THỊ THANH NHÀN*, LÊ THỊ LỆ Khoa Vật Lý, Trường Đại học Sư Phạm, Đại học Huế * Email: thanhnhan.physics@gmail.com Tóm tắt: Perovskite ABO3 là loại vật liệu có nhiều tính chất từ và tính chất điện thú vị, đặc biệt là tính chất từ của chúng có thể thay đổi một cách đột ngột bằng cách pha tạp với các kim loại đất hiếm. Trong bài báo này, tinh thể nano La1-xYxFeO3 và La1-xNdxFeO3 (0 ≤ x ≤ 0,3) được chế tạo bằng phương pháp nghiền năng lượng cao. Sử dụng phương pháp nhiễu xạ tia X để khảo sát cấu trúc và từ cấu trúc cho thấy các mẫu pha tạp Y hoặc Nd hoàn toàn đơn pha và có cấu trúc orthorhombic. Kích thước hạt trung bình được tính theo công thức Scherrer có giá trị khoảng 16 nm. Sự pha tạp nguyên tố đất hiếm Y và Nd vào vị trí A trong cấu trúc ABO 3 ảnh hưởng đến cấu trúc và tính chất từ của hệ mẫu. Tính chất từ của các mẫu La1-xAxFeO3 thể hiện rõ ở đường từ trễ M(H) được đo ở nhiệt độ phòng. Từ khóa: Vật liệu Perovskite, tính chất từ, hạt Nano La1-xAxFeO3 (A=Y,Nd), phương pháp nghiền năng lượng cao, phương pháp nhiễu xạ tia X. 1. GIỚI THIỆU Perovskite LaFeO3 ở nhiệt độ cao thể hiện tính sắt từ yếu và do sự thay đổi tính dẫn trong các vật liệu LaFeO3 pha tạp nên loại vật liệu này có những ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực viễn thông hiện đại và các thiết bị điện tử ở kích thước nano mét LaFeO3 và các hợp chất pha tạp của nó đặc biệt được ứng dụng trong chế tạo các bộ cảm biến khi đo nồng độ cồn, khí mêtan trong các hầm mỏ. Đặc biệt gần đây trên thế giới cũng như ở Việt Nam có nhiều nhà khoa học đã và đang áp dụng công nghệ nano và khoa học nano vào nghiên cứu và ứng dụng nano để thiết kế, chế tạo dược phẩm và liệu pháp điều trị....Các tính chất thu được của mẫu phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp chế tạo do đó việc cải tiến quy trình chế tạo mẫu là rất cần thiết. Bằng phương pháp nghiền năng lượng cao chúng tôi đã tổng hợp được bột tinh thể LaFeO3 với kích thước trung bình khoảng 16 nm ở 5000C [1-5]. Trong bài báo này, hệ mẫu nano perovskite La1-xAxFeO3 (A=Y; Nd) ( x=0,1 ; 0,3) được chế tạo thành công bằng phương pháp nghiền năng lượng cao. Sự pha tạp các nguyên tố đất hiếm Y hoặc Nd khiến cấu trúc perovskite bị sai lệch làm xuất hiện trạng thái hỗn hợp hóa trị ảnh hưởng mạnh đến tính từ của vật liệu chế tạo, kích thước hạt trung bình khoảng 16 nm, hệ mẫu thể hiện từ tính gần với trạng thái siêu thuận từ ở nhiệt độ phòng. Thực nghiệm Hệ mẫu La1-xAxFeO3 với A là Y, Nd (x=0; 0,1; 0,3) được chế tạo bằng phương pháp nghiền năng lượng cao và quá trình nung mẫu được thực hiện tại phòng thí nghiệm Khoa học Vật liệu - Đại học khoa học tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội. Trong phương pháp nghiền năng lượng cao, mẫu khối lượng được chuẩn bị bằng phương pháp gốm với các tỷ lệ khối lượng thích hợp, các mẫu được nghiền thành bột nano bằng thiết bị nghiền năng lượng cao SPEX 8000D trong 5 giờ đồng hồ. Phân tích cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X với thiết bị nhiễu xạ D5005-Bruker- Germany. Đường cong từ trễ M(H) tại nhiệt độ phòng và các thông số từ trường đến 1,3 Tesla được đo bởi từ kế mẫu rung VSM LakeShore 7404 (LakeShore, USA). 198
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC SINH VIÊN | 12/2019 2. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN a) La1-xNdxFeO3 b) La1-xYxFeO3 Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ vật liệu a) La1-xNdxFeO3 và b) La1-xYxFeO3 (với x=0, x=0,1 và x=0.3) Dựa vào đồ thị hình 1, các đỉnh nhiễu xạ sắc nét chứng tỏ các mẫu chế tạo là đơn pha, phân tích số liệu Xray cho thấy các mẫu có cấu trúc trực giao (orthorhombic). Riêng với mẫu La0.7Y0.3FeO3 chưa thể quan sát thấy các đỉnh rõ ràng, có thể mẫu pha tạp Y với nồng độ pha tạp x=0,3 chưa hình thành tốt pha perovskite. Từ hình 1 chúng ta thấy rằng nửa chiều rộng của các đỉnh nhiễu xạ là khá lớn có nghĩa là kích thước của các hạt nhỏ. Kích thước hạt trung bình khoảng 16nm được tính theo công thức Scherrer. 𝑘𝜆 𝐷 = 𝐵𝑐𝑜𝑠𝜃 (1) Trong đó D là kích thước trung bình của các hạt, k=0,94 là hằng số Scherrer, 𝜆=0.15406 nm là bước sóng tia X, B là độ rộng của đỉnh cực đại tại một nửa chiều cao của đỉnh, θ là góc nhiễu xạ. Bảng 1. Kích thước trung bình của hệ mẫu La1-xYxFeO3 x Mẫu B(rad) θ(độ) D(nm) 0 LaFeO3 0,0086 22,653 18 0,1 La0,9Y0,1FeO3 0,0095 11,297 13 0,3 La0,7Y0,3FeO3 --- --- --- Bảng 2. Kích thước trung bình của hệ mẫu La1-xNdxFeO3 x Mẫu B(rad) θ(độ) D(nm) 0 LaFeO3 0,0086 22,653 18 0,1 La0,9Nd0,1FeO3 0,0101 22,127 15 0,3 La0,7Nd0,3FeO3 0,0091 22,151 17 199
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ | HNKH 2019 Giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy cấu trúc tinh thể của vật liệu thay đổi theo lượng pha tạp Y hoặc Nd. Ở tỷ lệ x ≤ 0,3, các vật liệu tiếp tục có các thuộc tính của một perovskite lý tưởng với cấu trúc hình khối. Kích thước khá nhỏ của các mẫu La0,9Nd0,1FeO3 (15nm) và mẫu La0,1Y0,9FeO3 (13nm) mở ra nhiều hướng ứng dụng trong tương lai đặc biệt là y sinh trong tách chiết tế bào và truyền dẫn thuốc bằng phương pháp đơn giản, rẻ tiền ở nhiệt độ thấp [6-8]. Thông thường, vật liệu perovskite LaFeO3 lý tưởng có tính kháng từ. Tuy nhiên, các tính chất này sẽ thay đổi thành sắt từ yếu hoặc sắt từ khi pha tạp với các kim loại đất hiếm với các tỷ lệ khác nhau [9]. Từ độ của hệ vật liệu La1-xAxFeO3 (A= Y, Nd) (x=0; 0,1; 0,3) được đo ở nhiệt độ phòng trong từ trường cỡ 1,3 Tesla được thể hiện như hình 2. a) b) c) 200
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC SINH VIÊN | 12/2019 d) e) f) g) h) i) Hình 2. Đường cong từ trễ M(H) của hệ vật liệu LaFeO3 pha tạp Y và Nd được chế tạo bằng phương pháp sol-gel (hình b, c, d, e) và phương pháp nghiền năng lượng cao (hình 2a, f, g, h, i) 201
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ | HNKH 2019 Đối với các mẫu La1-xYxFeO3 (x=0,1) và với các mẫu La1-xNdxFeO3 (x=0,3), có đường cong từ M(H) dựng đứng hơn so với các mẫu còn lại, biểu thị mẫu dễ từ hoá hơn. Điều này có thể do ảnh hưởng dị hướng từ tinh thể. Khi từ trường trở về 0, mô men từ vẫn giữ giá trị khác không. Diện tích của hình chữ S trong đồ thị là công của lực từ . Khoảng cách giữa hai giao điểm của đường cong và trục ngang càng lớn thì năng lượng tiêu tán của vật liệu từ tính càng cao. Hiện tượng biến đổi tính chất từ chống sắt từ sang sắt từ yếu hoặc sắt từ có thể được giải thích bởi lý do sau: quá trình đốt cháy vật liệu ở nhiệt độ cao trong một thời gian dài dẫn đến thiếu oxy trong cấu trúc phân tử tạo thành hỗn hợp hóa trị Fe + 3 / Fe +2 và Y3 + / Y2 + hoặc Fe + 3 / Fe +2 và Nd3+ / Nd2+ với các khoảnh khắc từ tính khác nhau. Các mẫu x =0; 0,1; 0,3 cho thấy giá trị của tái tạo từ tính tăng tỷ lệ thuận với tỷ lệ pha tạp của Y hoặc Nd. Giá trị lớn nhất của tỷ số Mr / Ms cho hệ vật liệu La1-xYxFeO3 là 0,143 tại mẫu x = 0,1 và cho hệ vật liệu La1-xNdxFeO3 là 0,0991 tại mẫu x=0,3 chế tạo bằng phương pháp sol.gel. Tương tự giá trị lớn nhất của tỷ số M r/Ms cho hệ vật liệu La1-xYxFeO3 là 0,035 tại mẫu x=0,1 và cho hệ vật liệu La1-xNdxFeO3 là 0,074363 tại mẫu x=0,3 chế tạo bằng phương pháp nghiền năng lượng cao. Bảng 3. Giá trị đặc trưng của các vòng từ trễ M(H) của hệ vật liệu LaFeO3 pha tạp Y và Nd chế tạo bằng phương pháp sol-gel x Mẫu Ms Mr Mr/Ms 0 LaFeO3 0,000104 0,002209 0,047 0,1 La0,9Y0,1FeO3 0,002004 0,014055 0,143 0,3 La0,7Y0,3FeO3 0,000110 0,003699 0,030 0,1 La0,9Nd0,1FeO3 0,00289 0,000214 0,0741 0,3 La0,7Nd0,3FeO3 0,005135 0,000509 0,0991 Bảng 4. Giá trị đặc trưng của các vòng từ trễ M(H) của hệ vật liệu LaFeO3 pha tạp Y và Nd chế tạo bằng phương pháp nghiền năng lượng cao x Mẫu Ms Mr Mr/Ms 0 LaFeO3 0,000100 0,002210 0,046 0,1 La0,9Y0,1FeO3 0,000046 0,001310 0,035 0,3 La0,7Y0,3FeO3 0,000210 0,003410 0,062 0,1 La0,9Nd0,1FeO3 0,003023 0,000227 0,075091 0,3 La0,7Nd0,3FeO3 0,005379 0,0004 0,074363 So sánh tỷ lệ Mr/Ms của các mẫu được chế tạo bằng hai phương pháp, nhận thấy hệ mẫu được chế tạo bằng phương pháp nghiền năng lượng cao có tỷ số Mr/Ms nhỏ hơn so với hệ mẫu chế tạo bằng phương pháp sol-gel. Tỷ số Mr/Ms gần bằng 0 cho thấy các vật liệu này mang tính sắt từ yếu gần đạt tới trạng thái siêu thuận từ. Các hợp chất La2O3 , Y2O3 và Nd2O3 là vật liệu chống từ tính; do đó, chúng ta có thể giải thích giá trị của Mr/Ms khác 0 do sự tồn tại của hóa 202
KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC SINH VIÊN | 12/2019 trị hỗn hợp Fe + / Fe + 2 và Y3 + / Y2 + hoặc hỗn hợp Fe + / Fe + 2 và Nd + / Nd2 + với các thời điểm từ tính khác nhau. Những thời điểm từ tính này sắp xếp phản song song, nhưng có cường độ khác nhau dẫn đến bổ sung moomen từ không đầy đủ [10]. Kết quả là hình thành tính chất sắt từ yếu. Hơn nữa, sự biến dạng cấu trúc tinh thể của các hệ mẫu khi pha tạp có thể hình thành hiện tượng phản sắt từ không bù trừ dẫn đến tính chất sắt từ yếu của vật liệu. Riêng tỷ lệ Mr/Ms của mẫu La0,7Nd0,3FeO3 và La0,9Y0,1FeO3 chế tạo bằng phương pháp nghiền năng lượng cao thấp hơn so với phương pháp sol-gel cho thấy tính siêu thuận từ được thể hiện rõ ràng hơn ở phương pháp nghiền năng lượng cao. 3. KẾT LUẬN Tinh thể nano loại perovskite La1-xYx FeO3 và La1-xNdx FeO3 được chế tạo thành công bằng phương pháp nghiền năng lượng cao với kích thước hạt trung bình là 16 nm. Tỉ số Mr/Ms gần như bằng 0 ở cả hai phương pháp, tuy nhiên, ở phương pháp nghiền năng lượng cao thì ta thấy tính siêu thuận từ của hệ vật liệu này thể hiện rõ ràng hơn so với phương pháp sol-gel. Lời cảm ơn: Các kết quả của bài báo này được hỗ trợ kinh phí từ đề tài cấp trường Đại học Sư Phạm- Đại học Huế năm 2019 với mã số T.19-TN-09. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Thị Thuỷ, Hoàng Trọng Đức, Đặng Lê Minh (2012). Tính sắt từ yếu của nano perovskite La1-xYxFeO3, Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế. [2] N.V.Du, D.L.Minh, N.N.Dinh, N.T.Thuy, N.D.Manh (2008). The structure and magnetic property of nano-perovskite LaFeO3 prepared by Citrate-gel, Co-precipitation and High energy milling methods. VNU Journal of Science, Mathematic–Physics 24,No. 1S,109-112. [3] P.Vavindran, R.Vidya, H.Fjellvag, A.Kjekshus (2004). Electronic Structure and Excited-state Properties of perovskite-like oxides LaFeO3, LaCrO3. Journal Crystal Growth 268,554-559. [4] Osama Mohamed Hemeda, Mohsen Mohamed Barakat, Dalal Mohamed hemeda (2003). Structural, Electrical and Spectral Studies on Double Rare-Earth Orthoferrites La1- xNdxFeO3. Turk J Phys 27, 537-549. [5] Yi-Cheng Liou, Yow (2006). Synthesis and microstructure of (LaSr) MnO3 and (LaSr) FeO3. Ceramics International, 212-217. [6] N.V.Du, D.L.Minh, N.N.Dinh, N.T.Thuy, N.D.Manh, The structure and magnetic property of nano-perovskite LaFeO3 prepared by Citrate-gel, Co-precipitation and High energy milling methods, VNU Journal of Science, Mathematic – Physics 24 (2008) No. 1S p109-112. [7] D. J. Singh, I. I. Mazin (2002), Magnetism, Spin Fluctuations and Superconductivity in Perovskite Ruthenates, Lecture Notes in Physics 603 (2002); 256-270. [8] Osama Mohamed Hêmda, Mohsen Mohamed Barakat, Dalal Mohamed HEMEDA, Structural, Electrical and Spectral Studies on Double Rare-Earth Orthoferrites La1-xNdxFeO3, Turk J Phys 27 (2003), p537-549. [9] Dang Le Minh, Phung Quoc Thanh, Hoang Van Hai, Dang Minh Hong, Bach Thanh Cong (2006), The magnetic property of the perovskite compound Ca1-xFexMnO3, VNU. JOURNAL OF SCIENCE Mathematics – Physics, T.XXII, (2006), N02AP. [10] H. Jahn and E. Teller (1937). Stability of Polyatomic Molecules in Degenerate Electronic States. I. Orbital Degeneracy, Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences (1934-1990), 161, 220–235 203

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.