Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu :Nghiên cứu chế tạo một số vật liệu hấp thụ sóng vi ba trên cơ sở tổ hợp vật liệu điện môi La1,5Sr0,5NiO4 với các hạt Nano từ

Chia sẻ: Lê Thị Hồng Nhung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:28

Thêm vào BST

Báo xấu

81
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án nhằm chế tạo các hệ hạt nano (điện môi, ferrites, sắt từ, kim loại) và các hệ hạt nano tổ hợp của chúng. Tìm quy trình công nghệ tối ưu, phù hợp cho việc chế tạo các mẫu hấp thụ. Khảo sát các tính chất cơ bản của các vật liệu nano chế tạo. Đo đạc và nghiên cứu các hiệu ứng hấp thụ sóng vi ba trong các hệ hạt nano từ-điện môi, các cơ chế hấp thụ và sự phụ thuộc của tính chất hấp thụ vào các thông số của vật liệu, từ đó tìm giải pháp nâng cao khả năng hấp thụ cũng như điều chỉnh các tham số hấp thụ. Tìm kiếm và phát triển những vật liệu mới với khả năng hấp thụ mạnh sóng vi ba, bắt kịp các thành tựu của thế giới.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu :Nghiên cứu chế tạo một số vật liệu hấp thụ sóng vi ba trên cơ sở tổ hợp vật liệu điện môi La1,5Sr0,5NiO4 với các hạt Nano từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ……………..*****……………. CHU THỊ ANH XUÂN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG VI BA TRÊN CƠ SỞ TỔ HỢP VẬT LIỆU ĐIỆN MÔI La1,5Sr0,5NiO4 VỚI CÁC HẠT NANO TỪ Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 9.44.01.23 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU HÀ NỘI - NĂM 2018
Công trình được hoàn thành tại: VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU - VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Đào Nguyên Hoài Nam 2. GS.TSKH. Nguyễn Xuân Phúc Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Học viện tại: Học viện vào hồi….. giờ….. ngày ….. tháng ….. năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Học viện khoa học và công nghệ
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ Các bài báo trong danh mục ISI: 1. P.T. Tho, C.T.A. Xuan, D.M. Quang, T.N. Bach, T.D. Thanh, N.T.H. Le , D.H. Manh, N.X. Phuc, D.N.H. Nam, “Microwave absorption properties of dielectric La1.5Sr0.5NiO4 ultrafine particles”, Materials Science and Engineering B, 186 (2014), pp. 101-105. 2. Chu T. A. Xuan, Pham T. Tho, Doan M. Quang, Ta N. Bach, Tran D. Thanh, Ngo T. H. Le, Do H. Manh, Nguyen X. Phuc, and Dao N. H. Nam, “Microwave Absorption in La1.5Sr0.5NiO4/CoFe2O4 Nanocomposites”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 50, No 6 (2014), pp. 2502804. 3. Xuan T. A. Chu, Bach N. Ta, Le T. H. Ngo, Manh H. Do, Phuc X. Nguyen, and Dao N. H. Nam, “Microwave Absorption Properties of Iron Nanoparticles Prepared by Ball-Milling”, Journal of Electronic Materials, Vol. 45, No. 5 (2016), pp. 2311-2315. 4. T.N. Bach, C.T.A. Xuan, N.T.H. Le, D.H. Manh, D.N.H. Nam, “Microwave absorption properties of (100- x)La1.5Sr0.5NiO4/xNiFe2O4 nanocomposites”, Journal of Alloys and Compounds, 695 (2017), pp. 1658-1662. Các bài báo đăng trong tạp chí trong nước: 5. Chu Thị Anh Xuân, Phạm Trường Thọ, Đoàn Mạnh Quang, Tạ Ngọc Bách, Nguyễn Xuân Phúc, Đào Nguyên Hoài Nam, “Nghiên cứu khả năng hấp thụ sóng vi ba của các hạt nano điện môi La1,5Sr0,5NiO4”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 52 (3B) (2014), tr. 289-297. 6. Chu Thi Anh Xuan, Ta Ngoc Bach, Tran Dang Thanh, Ngo Thi Hong Le, Do Hung Manh, Nguyen Xuan Phuc, Dao Nguyen Hoai Nam, “High-energy ball milling preparation of La0.7Sr0.3MnO3 and (Co,Ni)Fe2O4 nanoparticles for microwave absorption applications”, Vietnam Journal of Chemistry, International Edition, 54(6) (2016), pp. 704-709. 7. Chu Thị Anh Xuân, Tạ Ngọc Bách, Ngô Thị Hồng Lê, Đỗ Hùng Mạnh, Nguyễn Xuân Phúc, Đào Nguyên Hoài Nam, “Chế tạo và nghiên cứu tính chất hấp thụ sóng vi ba của tố hợp hạt nano (100 - x)La1.5Sr0.5NiO4/xNiFe2O4”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ - Đại học Thái Nguyên, 157(12/1), tr. 177-181. 8. Chu Thị Anh Xuân, Tạ Ngọc Bách, Đỗ Hùng Mạnh, Ngô Thị Hồng Lê, Nguyễn Xuân Phúc, Đào Nguyên Hoài Nam, “Tính chất hấp thụ sóng điện từ của hệ hạt nano kim loại Fe trong vùng tần số vi ba”,
Tạp chí Khoa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Số 44 (2016), tr. 16-23. 9. Ta Ngoc Bach, Chu Thi Anh Xuan, Do Hung Manh, Ngo Thi Hong Le, Nguyen Xuan Phuc and Dao Nguyen Hoai Nam, “Microwave absorption properties of La1,5Sr0,5NiO4/La0.7Sr0.3MnO3 nanocomposite with and without metal backing”, Journal of Science of HNUE - Mathematical and Physical Sci., Vol. 61(7) (2016), pp. 128-137.
1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, việc ứng dụng sóng điện từ trong dải tần số GHz đã và đang trở nên phổ biến do nhu cầu phát triển ngày càng cao của các thiết bị truyền thông không dây, phát sóng vệ tinh, điều trị y tế và các ứng dụng trong quân sự,… Cùng với đó, vấn đề giảm thiểu ảnh hưởng của sóng điện từ cũng đang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Vì vậy, vật liệu che chắn và hấp thụ sóng điện từ trong dải tần số GHz ngày càng thu hút được sự chú ý của nhiều nhóm nghiên cứu trên cả hai lĩnh vực khoa học cơ bản và công nghệ. Để loại bỏ nhiễu điện từ (Electromagnetic Interference- EMI), giảm thiết diện phản xạ sóng điện từ và đảm bảo tính bảo mật cho các hệ thống hoạt động dựa trên sóng điện từ, vật liệu che chắn và hấp thụ sóng điện từ đã được phát triển, trong đó, vật liệu hấp thụ sóng vi ba (Microwave Absorption Materials - MAM) được đặc biệt quan tâm và đầu tư nghiên cứu với các ứng dụng đa dạng và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong lĩnh vực quân sự, vật liệu hấp thụ sóng radar (Radar Absorption Materials - RAM) trong dải tần số từ 8-12 GHz là yếu tố quan trọng của công nghệ tàng hình cho các phương tiện chiến đấu như: máy bay chiến đấu, tàu chiến, tên lửa tầm xa, … Các nghiên cứu về vật liệu sóng điện từ chủ yếu được thực hiện theo ba hướng chính: (1) hoàn thiện khả năng chống phản xạ; (2) tăng cường khả năng hấp thụ và (3) mở rộng vùng tần số hoạt động. Trong đó, sự hấp thụ đồng thời cả hai thành phần năng lượng điện trường và năng lượng từ trường được hi vọng sẽ làm gia tăng độ tổn hao và do đó tăng hiệu suất hấp thụ điện từ của vật liệu. Hơn nữa, công nghệ nano ra đời mở ra một hướng phát triển mới cho các nghiên cứu về vật liệu hấp thụ ứng dụng trong che chắn và chống nhiễu điện từ. Các MAM có cấu trúc nano ngày càng nhận được sự quan tâm của các nhóm nghiên cứu do các đặc tính hấp dẫn cũng như khả năng hấp thụ mạnh hơn sóng vi ba so với các vật liệu cùng loại ở dạng khối hoặc có cấu trúc micro. Tính chất thú vị của vật liệu nano được bắt nguồn từ kích thước rất nhỏ của chúng. Khi kích thước hạt giảm xuống đến giới hạn nano, các hiệu ứng bề mặt đóng góp chủ yếu vào vào sự thay đổi tính chất đặc trưng của vật liệu. Mặt khác, vật liệu nano còn có hoạt tính cao, dễ phân tán và do đó thuận lợi hơn cho việc tạo thành các lớp hấp thụ nhẹ và mỏng. Khả năng hấp thụ sóng vi ba của vật liệu có thể được xác định dựa vào các thông số đặc trưng như độ từ thẩm tương đối (r), độ điện thẩm tương đối (r) và sự phù hợp trở kháng của vật liệu với môi trường truyền sóng. Độ tổn hao phản xạ RL (Reflection Loss) là đại lượng thường được dùng để đánh giá chất lượng của các vật liệu hấp thụ sóng vi ba được tính toán theo công thức RL = 20log|(Z - Z0)/(Z + Z0)|, trong đó, Z = Z0(r/r)1/2 là trở kháng đầu vào của chất hấp thụ, Z0 là trở kháng của không khí. Khả năng hấp thụ sóng vi ba tối ưu tương ứng với một giá trị âm rất lớn của RL có thể đạt được khi (i) trở kháng đầu vào của các chất hấp thụ gần bằng với trở kháng của môi
2 trường truyền sóng tới, |Z| = Z0, (cơ chế phù hợp trở kháng - Z Matching), hoặc (ii) độ dày lớp hấp thụ thỏa mãn điều kiện phù hợp pha (Phase Matching), hay hiệu ứng một phần tư bước sóng (quarter-wavelength) với d = (2n+1)c/[4f(|r||r|)1/2], n = 0, 1, 2, … Hai hiệu ứng trên thường được quan sát thấy nhiều nhất tại các tần số hấp thụ cộng hưởng của nhiều chất hấp thụ và đều cho giá trị âm rất lớn của RL. Do điều kiện |Z| = Z0 có thể đạt được khi r = r, một phương pháp hữu hiệu để tăng khả năng hấp thụ của vật liệu đó là thiết lập sự cân bằng giữa hằng số điện môi và độ từ thẩm, điều này hoàn toàn có thể thực hiện được bằng cách pha trộn các vật liệu điện môi và vật liệu sắt từ hoặc ferrite theo một tỷ lệ thích hợp. Vì vậy, trong những năm gần đây đã có rất nhiều các công bố khoa học về khả năng hấp thụ sóng điện từ trong vùng tần số GHz của các vật liệu hấp thụ sóng vi ba trên cơ sở tổ hợp các hạt nano từ và điện môi. Theo đó, độ tổn hao phản xạ, RL tại đỉnh hấp thụ có thể đạt giá trị âm rất thấp dưới -50 dB. Các nghiên cứu trên thế giới đã có những bước tiến dài trong việc phát triển các vật liệu có khả năng hấp thụ mạnh sóng vi ba. Ngoài carbon đen (carbon black- C) và carbonyl sắt (carbonyl- Fe) là những vật liệu hấp thụ truyền thống được ứng dụng phổ biến nhất hiện nay và có độ tổn hao phản xạ không cao (thường chỉ đạt trung bình cỡ -10 dB đến -15 dB) [57, 100, 173], các nghiên cứu về khả năng hấp thụ sóng vi ba của các hệ hạt nano hoặc các vật liệu nano tổ hợp cho thấy giá trị của RL cộng hưởng có thể đạt từ -50 dB đến -60 dB. Ví dụ như các hệ hạt nano tổ hợp Fe3O4/GCs cho RL ~ -52 dB tại đỉnh hấp thụ 8,76 GHz, vật liệu nano tổ hợp BaFe9Mn0.75Co0.75Ti1.5O19/ MWCNTs cho RL ~ -56 dB tại gần 17 GHz, vật liệu tổ hợp C/CoFe-CoFe2O4 trong paraffin với độ tổn hao phản xạ RL đạt xuống đến ~ -71,73 dB tại 4,78 GHz, vật liệu nano tổ hợp có cấu trúc lõi vỏ Fe/HCNTs (RL ~ -50 dB tại 7,41 GHz) vật liệu nano tổ hợp có cấu trúc lõi vỏ Co-C trong paraffin (RL ~ -62,12 dB tại 11,85 dB), … Tại Việt Nam, vật liệu hấp thụ sóng điện từ đã được quan tâm nghiên cứu trong những năm gần đây. Năm 2011, nhóm các cán bộ của viện kỹ thuật quân sự (Bộ Quốc Phòng) đã bắt đầu các nghiên cứu về tính chất hấp thụ sóng radar băng tần X của vật liệu nano multiferroic BiFeO3-CoFe2O4 (RL ~ -35,5 dB tại 10,2 GHz) hay các hạt nano Mn0.5Zn0.5Fe2O4 trong nhựa thông và vật liệu tổ hợp chứa các hạt nano ferrite Ba-Co. PGS. TS. Vũ Đình Lãm và nhóm nghiên cứu thuộc Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam cũng đã tiến hành nghiên cứu về hiện tượng hấp thụ và khả năng tàng hình sóng vi ba của các siêu vật liệu (metamaterials) trong những năm gần đây và đã có nhiều công bố trên các tạp chí khoa học hàng đầu thế giới. Dựa trên khả năng và xu thế ứng dụng của vật liệu hấp thụ sóng điện từ trong tương lai, tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới, chúng tôi đề xuất đề tài “Nghiên cứu chế tạo một số vật liệu hấp thụ sóng vi ba trên cơ sở tổ hợp vật liệu điện môi La1,5Sr0,5NiO4 với các hạt nano từ”. Đề tài này
3 được lựa chọn để thay thế cho đề tài đã đăng ký trong thuyết minh hồ sơ nghiên cứu sinh “Nghiên cứu chế tạo một số vật liệu hấp thụ sóng vi ba trên cơ sở tổ hợp các hạt nano từ và điện môi”, nhằm phù hợp hơn với điều kiện thực hiện luận án và các kết quả đã thu nhận được của nghiên cứu sinh. Chúng tôi tin tưởng rằng đề tài sẽ có những đóng góp đáng kể không chỉ cho sự hiểu biết về các cơ chế tương tác của sóng điện từ với vật liệu, tìm kiếm và phát triển một số vật liệu hấp thụ sóng vi ba trên cơ sở các hạt nano ferrite, sắt từ, điện môi và các hệ hạt nano tổ hợp của chúng, mà còn mở ra khả năng ứng dụng của các hệ vật liệu này trong che chắn và chống nhiễu điện từ. Các nội dung chính trong luận án được trình bày trong 4 chương: Chương 1. Các hiện tượng và vật liệu hấp thụ sóng vi ba. Chương 2. Kỹ thuật thực nghiệm. Chương 3. Tính chất hấp thụ sóng vi ba của hệ hạt nano điện môi La1,5Sr0,5NiO4. Chương 4. Công nghệ chế tạo và tính chất hấp thụ sóng vi ba của các hạt nano kim loại Fe. Chương 5. Công nghệ chế tạo và tính chất hấp thụ sóng vi ba của một số hệ hạt nano tổ hợp điện môi/sắt từ, ferrite. Mục tiêu của luận án:  Chế tạo các hệ hạt nano (điện môi, ferrites, sắt từ, kim loại) và các hệ hạt nano tổ hợp của chúng. Tìm quy trình công nghệ tối ưu, phù hợp cho việc chế tạo các mẫu hấp thụ. Khảo sát các tính chất cơ bản của các vật liệu nano chế tạo.  Đo đạc và nghiên cứu các hiệu ứng hấp thụ sóng vi ba trong các hệ hạt nano từ-điện môi, các cơ chế hấp thụ và sự phụ thuộc của tính chất hấp thụ vào các thông số của vật liệu, từ đó tìm giải pháp nâng cao khả năng hấp thụ cũng như điều chỉnh các tham số hấp thụ.  Tìm kiếm và phát triển những vật liệu mới (hấp thụ đồng thời nhiều cơ chế) với khả năng hấp thụ mạnh sóng vi ba, bắt kịp các thành tựu của thế giới (RL tại đỉnh hấp thụ đạt -40 dB đến -60 dB, tương ứng với khả năng hấp thụ trên 99,99% công suất sóng điện từ tại tần số cộng hưởng trong vùng vi ba). Đối tượng nghiên cứu của luận án:  Các hạt nano sắt từ và ferrites có µ và Ms cao như gốm sắt từ La0.3Sr0.7MnO3, các ferrite CoFe2O4, NiFe2O4, hệ hạt nano kim loại Fe.  Các hạt nano của vật liệu có hằng số điện môi khổng lồ La1,5Sr0,5NiO4.  Các hạt nano tổ hợp của sắt từ/ferrite từ và điện môi. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu:  Cách tiếp cận: Dựa trên những kết quả nghiên cứu sẵn có của nhóm nghiên cứu kết hợp với một số bài báo, công bố của các tác giả trong và ngoài nước về vật liệu hấp thụ sóng điện từ nói chung và vật liệu hấp thụ
4 sóng vi ba, sóng radar nói riêng để làm nền tảng và cơ sở nghiên cứu. Từ đó, xây dựng phương pháp nghiên cứu thích hợp trong điều kiện thí nghiệm trong nước, từ việc chế tạo vật liệu, xây dựng các phép đo, áp dụng các mô hình lý thuyết phù hợp để phân tích và xử lý số liệu, cho đến việc đánh giá các kết quả thực nghiệm thu được và định hướng các nghiên cứu tiếp theo.  Phương pháp nghiên cứu: Đề tài sẽ được thực hiện chủ yếu bằng phương pháp thực nghiệm. Mẫu bột có kích thước hạt nanomet được chế tạo chủ yếu bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao kết hợp với các công đoạn xử lý nhiệt thích hợp. Cấu trúc vật liệu, hình thái pha, hình dạng và kích thước hạt được khảo sát, phân tích và đánh giá trên cơ sở phân tích nhiễu xạ tia X và ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM. Các phép đo đánh giá tính chất từ của vật liệu được thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung (PPMS, VSM). Cuối cùng, các phép đo phản xạ và truyền qua sóng vi ba trong vùng tần số từ 4-18 GHz được thực hiện trong không gian tự do (môi trường không khí) và ở nhiệt độ phòng. Từ các số liệu thực nghiệm thu được, tính toán hệ số tổn hao phản xạ (RL) sử dụng lý thuyết đường truyền và thuật toán NRW. Kết quả thực nghiệm sẽ được biện luận và phân tích nhằm giải thích các hiện tượng vật lý và tìm kiếm cơ chế hấp thụ. Trên cơ sở đó, đưa ra các giải pháp phát triển các tính năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu, điều chỉnh các tham số công nghệ và đánh giá khả năng ứng dụng. Các kết quả mới đã đạt được của luận án:  Đã nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu dạng tấm bằng phương pháp bột nhồi nano với chất mang paraffin.  Lần đầu tiên phát hiện ra khả năng hấp thụ mạnh sóng vi ba trong vùng tần số từ 4-18 GHz trên các tấm vật liệu La1,5Sr0,5NiO4/paraffin. Giá trị độ tổn hao phản xạ thấp nhất vào khoảng -36,7 dB, đạt hiệu suất hấp thụ 99,98%, được quan sát trên tấm hấp thụ có độ dày d = 3,0 mm.  Quan sát thấy sự gia tăng hiệu ứng cộng hưởng phù hợp pha trong các tấm hấp thụ bằng cách sử dụng đế kim loại Al trong kỹ thuật đo phản xạ.  Đã quan sát thấy hai hiệu ứng dịch chuyển đỉnh hấp thụ trái ngược nhau trong các tấm vật liệu tổ hợp La1,5Sr0,5NiO4/NiFe2O4 và La1,5Sr0,5NiO4/La0,7Sr0,3MnO3, đưa ra khả năng mở rộng dải tần số hấp thụ sóng vi ba. Trong quá trình thực hiện và viết luận án, mặc dù tác giả đã rất cố gắng nhưng vẫn không thể tránh được những sai sót. Tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, phản biện của các nhà khoa học, các nhóm nghiên cứu lĩnh vực liên quan cũng như những người quan tâm đến đề tài.
5 Chương 1. Các hiện tượng và vật liệu hấp thụ sóng vi ba Chương này trình bày những nét cơ bản nhất về tình hình nghiên cứu và phát triển của vật liệu hấp thụ sóng vi ba. Một số kiến thức cơ bản liên quan đến tính chất tương tác giữa sóng điện từ và vật liệu, cũng như các cơ chế hấp thụ chính xảy ra trong các chất hấp thụ như cơ chế tổn hao điện từ trong các chất dẫn điện, cơ chế tổn hao điện môi và các cơ chế tổn hao từ đã được trình bày nhằm bổ trợ cho các bàn luận và giải thích kết quả thực nghiệm trong các chương sau. Một số cấu trúc và vật liệu hấp thụ sóng vi ba điển hình, được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất như các cấu trúc hấp thụ cộng hưởng đơn lớp (Salisbury, Dallenbach), đa lớp Jaumann hấp thụ dải rộng, các chất hấp thụ bất đồng nhất, vật liệu hấp thụ dạng hỗn hợp, các chất hấp thụ từ tính hay vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ và một số các hệ vật liệu cụ thể liên quan đến đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án (vật liệu điện môi có hằng số điện môi khổng lồ La1,5Sr0,5NiO4, vật liệu ferrite Ni(Co)Fe2O4 và vật liệu sắt từ Fe, La0,7Sr0,3MnO3) đã được phân tích trên cơ sở các kết quả nghiên cứu trước đây. Đây là cơ sở quan trọng cho việc thảo luận các kết quả nghiên cứu của đề tài luận án này. Chương 2. Kỹ thuật thực nghiệm Chương này trình bày về phương pháp phản ứng pha rắn kết hợp với nghiền cơ năng lượng cao và một quy trình xử lý nhiệt thích hợp, cho phép chế tạo số lượng lớn mẫu có chất lượng tốt đáp ứng cho các phép đo phản xạ/truyền qua sóng vi ba. Các kỹ thuật phân tích cấu trúc, xác định kích thành phần các nguyên tố và các phép đo tính chất từ của vật liệu đã được khai thác một cách hiệu quả nhằm đánh giá chất lượng của sản phẩm. Một số kỹ thuật đo các thông số điện từ của các chất hấp thụ cũng được giới thiệu. Từ đó đưa ra những lập luận cho việc lựa chọn kỹ thuật đường truyền trong không gian tự do, được thực hiện trong môi trường không khí thông qua hai phép đo phản xạ/truyền qua sóng vi ba trong vùng tần số từ 4-18 GHz, là phương pháp đo phù hợp nhất trong khảo sát khả năng hấp thụ sóng vi ba của các MAM, trải từ hỗn hợp của các hệ hạt nano phân tán trong paraffin trên một khuôn mi-ca thiết kế sẵn. Các thiết bị sử dụng trong các phép đo thực nghiệm của luận án đều là các thiết bị hiện đại và có độ chính xác cao. Cuối cùng, trở kháng Z và độ tổn hao phản xạ RL, đại lượng đặc trưng cho cả hai khả năng hấp thụ mạnh hoặc phản xạ yếu bức xạ vi ba của các MAM, được tính toán thông qua phần mềm xử lý số liệu KaleidaGraph dựa trên lý thuyết đường truyền, thuật toán NRW.
6 Chương 3. Tính chất hấp thụ sóng vi ba của hệ hạt nano điện môi La1,5Sr0,5NiO4 3.1. Các đặc trưng cơ bản của hệ hạt nano điện môi La1,5Sr0,5NiO4 3.1.1. Đặc trưng cấu trúc và kích thước hạt Kết quả XRD (hình 3.1) cho thấy vật liệu là đơn pha tinh thể La1,5Sr0,5NiO4, có cấu trúc perovskite thuộc hệ tinh thể tứ giác (tetragonal) và nhóm đối xứng không gian I4/mmm (139). Kích thước hạt nano tinh thể trung bình của vật liệu LSNO khoảng 50 nm. (103) La1,5Sr0,5NiO4 (110) (008/213) (114) (200) (105) (204/107) (303/208) (206) (004) (224) (116) (118) (220) (310) (112) (211) (301) 30 40 50 60 70 80 Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X tại Hình 3.2. Ảnh hiển vi điện tử quét nhiệt độ phòng của vật liệu LSNO. SEM của mẫu LSNO. Kích thước hạt được xác định từ ảnh chụp bề mặt SEM (hình 3.2) của mẫu bột LSNO vào khoảng 100-300 nm, lớn hơn nhiều so với kích thước hạt tinh thể trung bình tính từ phổ XRD. 3.1.2. Tính chất từ của vật liệu Hình 3.3 trình bày đường cong từ 0.2 hóa M(H) của hệ hạt nano LSNO. La Sr NiO 1,5 0,5 4 Kết quả này cho thấy giá trị của 0.1 mô-men từ là rất nhỏ và gần như M (emu/g) không quan sát thấy hiệu ứng từ trễ. 0 Điều này chứng tỏ rằng hệ hạt nano LSNO chế tạo được thể hiện tính chất -0.1 tương tự như một chất thuận từ tại nhiệt độ phòng. -0.2 -1 10 -5000 0 5000 1 10 4 4 3.2. Khả năng hấp thụ sóng vi ba H (Oe) của hệ hạt nano La1,5Sr0,5NiO4 theo Hình 3.3. Đường cong từ trễ của độ dày lớp hấp thụ vật liệu LSNO đo tại nhiệt độ phòng. Các tham số đặc trưng của các mẫu hấp thụ La1,5Sr0,5NiO4/paraffin có độ dày d = 1,5; 2,0; 3,0 và 3,5 mm với phần trăm thể tích của các chất tương ứng là 40% và 60% được trình bày trong bảng 3.1. Các đường cong RL(f) và |Z|(f) được trình bày trong hình 3.4a-d. Đường cong RL(f) của mẫu d = 1,5; 2,0 và 3,0 mm trong hình 3.4a-c đều thể hiện một đỉnh cực tiểu tại tần số fr rất gần với giá trị tần số fz1 (bảng 3.1), tại đó điều kiện phù hợp trở kháng |Z| ≈ Z0 = 377 Ω được thỏa mãn. Chứng
7 tỏ, sự hấp thụ mạnh sóng vi ba xảy ra tại các đỉnh hấp thụ cực tiểu là do hiệu ứng cộng hưởng phù hợp trở kháng (Z-matching) gây ra. Tuy nhiên, hiện tượng hấp thụ cộng hưởng cũng có thể xảy ra theo cơ chế phù hợp pha tại tần số cộng hưởng phù hợp pha: 𝑓𝑝 = (2𝑛 + 1)𝑐/(4𝑑√|𝜀𝑅 |. |𝜇𝑅 |); n = 0, 1, 2, ... (3.1) 0 2 0 1.2 a) d = 1,5 mm c) d = 3,0 mm -5 RL 1 1.5 -10 |Z| |Z| (×10 ) RL (dB) |Z| (×10 ) -10 0.8 RL (dB) 1 -20 3 -15 RL 0.6 3 |Z| 0.5 -30 -20 377  377  0.4 fz2 fz1 fz2 fz1 -25 0 -40 0.2 12 13 14 15 16 17 18 8 9 10 11 12 f (GHz) f (GHz) 0 0.9 0 4 b) d = 2,0 mm d) d = 3,5 mm -5 RL 0.8 -2 3 |Z| |Z| (×10 ) -10 0.7 |Z| (×10 ) RL (dB) -4 RL (dB) -15 0.6 2 3 3 -6 -20 0.5 RL 1 -8 |Z| -25 0.4 377 fz1 377  -30 0.3 -10 0 12 12.5 13 13.5 14 4 6 8 10 12 f (GHz) f (GHz) Hình 3.4. Đường cong RL(f) và Z(f) của các lớp hấp thụ LSNO/paraffin: (a) d = 1,5 mm; (b) d = 2,0 mm; d = 3,0 mm và d = 3,5 mm. Bảng 3.1. Các tham số đặc trưng của các lớp hấp thụ La1,5Sr0,5NiO4/paraffin với độ dày khác nhau. d (mm) 1,0 1,5 2,0 3,0 3,5 fr (GHz) - 14,7 12,18 9,7 8,2 fz1 (GHz) - 14,3 12,22 9,7 - fz2 (GHz) - 13,2 - 9,2 - fp (GHz) 4.18 13,9 12,7 10,9 10,4 (n=1) |Z”|(fz1)(Ω) - 209,5 34,6 18,5 - |Z”|(fz2)(Ω) - 317,2 - 242 - RL(fr)(dB) - -24,5 -28,2 -36,7 -9,9 Rất khó để xác định cơ chế phù hợp trở kháng hay phù hợp pha là cơ chế xảy ra tại đỉnh hấp thụ fr do cả hai giá trị fz1 và fp đều khá gần với giá trị của fr. Khi d tăng từ 1,5 mm tới 3,0 mm, các đỉnh hấp thụ cộng hưởng có xu
8 hướng dịch chuyển sang vùng tần số thấp hơn trong khi độ tổn hao phản xạ tương ứng giảm dần (hình 3.6). Cơ chế cộng hưởng quan sát được trong các mẫu này tại các đỉnh hấp thụ cực tiểu là cơ chế cộng hưởng phù hợp trở kháng. Hiện tượng hấp thụ mạnh chỉ thu được tại tần số fz1, trong khi không có sự bất thường nào được quan sát thấy (ngoại trừ mẫu d = 1,5 mm) trên đường cong RL(f) tương ứng tại tần số fz2. Giá trị lớn của |Z”| (tham số “lệch chuẩn” (mismash) của điều kiện phù hợp trở kháng) ở tần số fz2 có thể giải thích cho việc không quan sát thấy đỉnh hấp thụ cộng hưởng tại đây. Khi độ dày lớp hấp thụ tăng lên đến 3,5 mm (hình 3.5d), sự hấp thụ sóng vi ba của vật liệu giảm mạnh. Trên đường RL(f) của tất cả các mẫu đều không quan sát thấy bất kỳ đỉnh hấp thụ nào tại tần số fp (bảng 3.1). Chúng tôi hi vọng rằng việc sử dụng một đế kim loại sẽ làm giảm mạnh giá trị cực tiểu của RL hoặc có thể làm mở rộng vùng tần số cộng hưởng bằng cách kết hợp các hiện tượng cộng hưởng phù hợp pha và phù hợp trở kháng. Chương 4. Công nghệ chế tạo và tính chất hấp thụ sóng vi ba của các hạt nano kim loại fe 4.1. Ảnh hưởng của điều kiện chế tạo lên cấu trúc, kích thước hạt và tính chất từ của vật liệu nano kim loại Fe Kết quả phân tích pha tinh thể của (011) các mẫu nghiền từ 1 giờ đến 20 giờ (hình 4.1) cho thấy sự xuất hiện các vạch nhiễu xạ tương ứng với cấu trúc Fe-20h (002) (112) lập phương tâm khối (BCC) của pha Fe-15h tinh thể α-Fe. Kết quả kích thước hạt Fe-10h Fe-5h trung bình cho tất cả các mẫu được liệt Fe-3h kê trong bảng 4.1. Fe-1h Đường cong từ hóa, M(H), tại nhiệt 30 40 50 60 70 80 độ phòng của mẫu Fe-10h (hình nhỏ Hình 4.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X trong hình 4.2) cho thấy giá trị mô-men (XRD) của các mẫu Fe sau khi từ hóa bão hòa cao và lực kháng từ HC được nghiền từ 1 giờ đến 20 giờ. nhỏ. Từ độ bão hòa MS của bột Fe giảm mạnh sau 10 giờ nghiền đầu tiên và sau đó giảm chậm dần trong các giờ tiếp theo (bảng 4.1 và hình 4.2). Bảng 4.1. Kích thước hạt tinh thể trung bình D và từ độ bão hòa MS tại từ trường 10 kOe của các mẫu Fe sau khi được nghiền cơ năng lượng cao từ 1 giờ đến 20 giờ. Tên mẫu Fe-1h Fe-3h Fe-5h Fe-10h Fe-15h Fe-20h D (nm) 76 42 28 21 20 19 MS (emu/g) 217 209 204 200 197 194
9 250 1.2 (b) M (t)/M (0) Ms S S 200 0.9 200 Fe-10h Fe Fe M (t)/M (0) 24h M (emu/g) 72h 150 S 168h 100 240h 0.6 M (emu/g) 480h 720h 0 O Fe 100 S | S | -100 0.3 50 -200 4 4 -1 10 -5000 0 5000 1 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 H (Oe) keV 0 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 0 120 240 360 480 600 720 t (h) t (h) Hình 4.2. Sự phụ thuộc của MS Hình 4.3. Sự biến thiên của MS theo thời gian nghiền và đường (Fe-10h) theo thời gian bảo M(H) của mẫu Fe-10h. quản trong không khí. Bảng 4.2. Giá trị độ từ hóa bão hòa (tại 10 kOe) và % thể tích của lớp vỏ oxit sắt hình thành khi bột nano Fe được bảo quản trong môi trường không khí trong những khoảng thời gian khác nhau. Thời gian 0 24 72 168 240 480 720 (giờ) MS (emu/g) 200 193 191,2 191 188,6 188,2 188,1 Thể tích oxit - 3,0 4,5 6,2 6,5 6,7 6,8 Fe (%) Quá trình oxy hóa bột kim loại khi được nghiền trong không khí là yếu tố quan trọng làm giảm từ độ tổng cộng của vật liệu. Mẫu bột sắt được nghiền trong thời gian 10 giờ (Fe-10h) có kích thước hạt và tính chất từ bắt đầu ổn định và được chọn làm đối tượng cho các nghiên cứu tiếp theo. Để kiểm chứng sự tiếp diễn của quá trình oxi hóa trong không khí của các mẫu sau nghiền, các phép đo từ hóa được thực hiện và theo dõi sự biến đổi của MS(t) trong một thời gian dài sau quá trình nghiền. Sự suy giảm của giá trị độ từ hóa bão hòa MS theo thời gian bảo quản (hình 4.3 và bảng 4.2) được xem như là kết quả của quá trình oxi hóa bề mặt tự nhiên. Tỷ lệ giảm của MS theo thời gian bảo quản sau nghiền gần như tỷ lệ với lượng oxit hình thành (chủ yếu là FeO và Fe2O3). Kết quả phân tích phổ EDX (hình nhỏ bên trong hình 4.3) phù hợp với kết quả đo tính chất từ cho quá trình bảo quản bột nano Fe trong không khí. Để giảm sự hình thành lớp vỏ oxit bao quanh các hạt nano kim loại Fe, các lớp hấp thụ Fe/paraffin được trải ngay trong vòng 24 giờ sau khi nghiền. 4.2. Tính chất hấp thụ sóng vi ba của hệ hạt nano kim loại sắt 4.2.1. Ảnh hưởng của độ dày lớp hấp thụ lên tính chất hấp thụ sóng vi ba của các lớp hấp thụ Fe/paraffin Trong nghiên cứu này, các lớp hấp thụ Fe/paraffin có độ dày khác nhau (d = 1,5; 2; 3 và 3,5 mm) với tỷ lệ phần trăm thể tích của bột nano Fe là 40%
10 và paraffin là 60%. Các phép đo tính chất hấp thụ sóng vi ba được tiến hành trong hai chế độ khi mẫu không có và có đế kim loại phẳng phía sau. 0 0 -1 -5 -2 RL (dB) -3 -10 RL (dB) -4 -5 -15 1,5 mm 1,5 mm -6 2,0 mm -20 2,0 mm -7 3,0 mm 3,0 mm (a) 3,5 mm (b) 3,5 mm -8 -25 4 6 8 10 12 14 15 16 17 18 f (GHz) f (GHz) Hình 4.4. Sự phụ thuộc của RL vào tần số của các mẫu Fe/paraffin với độ dày d khác nhau trong vùng tần số (a) 4-12 GHz và (b) 14-18 GHz. Đường RL(f) của các lớp hấp thụ Fe/paraffin trong dải tần số 4-18 GHz được chỉ ra trong hình 4.4a-b. Theo đó, có sự xuất hiện của đỉnh hấp thụ tại vùng tần số gần 6 GHz (fr1) và 16GHz (fr2). Giá trị cực tiểu của RL đạt xuống đến -23 dB tại tần số ~ 15,6 GHz cho mẫu có độ dày d = 3 mm, trong khi các mẫu còn lại thể hiện khả năng hấp thụ rất yếu sóng vi ba với giá trị RL > - 9 dB. Ở phía tần số thấp gần 6 GHz độ lớn các đỉnh hấp thụ là xấp xỉ nhau và giá trị RL > -7dB thể hiện khả năng hấp thụ yếu sóng vi ba. 0 0 a) d = 1,5 mm c) d = 3,0 mm 2,5 5 -1 RL -5 RL |Z| 2 |Z| |Z| (×10 ) |Z| (×10 ) -2 4 RL (dB) -10 RL (dB) 1,5 -3 -15 3 3 3 1 -4 -20 2 -5 0,5 -25 |Z| = 377  -6 1 0 14 15 16 17 18 14 15 16 17 18 f (GHz) f (GHz) 0 7 0 4 b) d = 2,0 mm d) d = 3,5 mm 6 -2 RL RL -2 |Z| 3 |Z| 5 |Z| (×10 ) |Z| (×10 ) -4 RL (dB) RL (dB) 4 -4 -6 2 3 3 3 2 -8 -6 1 1 -10 -8 0 0 14 15 16 17 18 14 15 16 17 18 f (GHz) f (GHz) Hình 4.5. Đường cong RL(f) và |Z|(f) của các mẫu có: (a) d = 1,5 mm; (b) d = 2 mm; (c) d = 3 mm và (d) d = 3,5 mm. Các mẫu có độ dày 1,5mm; 2mm và 3,5mm (hình 4.5) giá trị |Z|/Z0 >2 tại vị trí đỉnh hấp thụ và vì thế không thỏa mãn với điều kiện phù hợp trở kháng.
11 Tuy nhiên, với mẫu có độ dày d = 3 mm, cơ chế phù hợp trở kháng |Z|/Z0 = 1 quyết định sự hấp thụ mạnh sóng vi ba tại vị trí đỉnh hấp thụ. Giá trị của tần số cộng hưởng pha (fp ~5.5 GHz) rất gần với giá trị tần số xuất hiện đỉnh hấp thụ tại vùng tần số thấp 6 GHz (fr1) (hình 4.5) cho thấy hiệu ứng cộng hưởng tại vùng tần số này do sự phù hợp pha quyết định. Bảng 4.3. Các tham số đặc trưng của các tấm vật liệu Fe/paraffin. d (mm) 1.5 2 3 3.5 fp(n = 2)(GHz) 5.5 5.6 5.4 5.6 fr1(GHz) 5.7 5.6 5.5 5.6 fr2(GHz) 15.6 15.6 15.6 15.5 RL(r1) -6.5 -6.4 -6 -5 RL(r2) -5.5 -6.9 -23 -9 RL(r1)(GHz) - Al -52.7 -44.6 -44.1 -13.2 RL(r2)(GHz) - Al -9.8 -7.7 -16.8 -13.5 Để quan sát rõ hơn hiện tượng phù hợp pha tại vùng tần số thấp ~6 GHz, các phép đo phản xạ sóng vi ba cho các mẫu có đế kim loại Al phía sau nhằm tăng cường cường độ sóng phản xạ từ mặt sau của mẫu. Theo kết quả trình bày trên hình 4.6a, hiện tượng cộng hưởng phù hợp pha trong vùng tần số thấp ~ 6 GHz được thể hiện rõ ràng bởi sự giảm mạnh về không của tín hiệu |S11| và một đỉnh tiểu hấp thụ tương ứng trên đường cong RL(f) (hình 4.6b). Ngoài ra, kết quả còn cho thấy có sự dịch đỉnh hấp thụ về phía vùng tần số thấp khi d tăng lên. Việc sử dụng đế kim loại với tính chất phản xạ toàn phần sóng chiếu đến có thể được dùng như một phương pháp đơn giản, hiệu quả để xác định các đỉnh hấp thụ cộng hưởng xảy ra theo cơ chế phù hợp pha. 1,2 0 1,5 mm 1 2,0 mm -10 3,0 mm 0,8 3,5 mm -20 0,6 RL (dB) |S | 11 -30 0,4 1,5 mm -40 2,0 mm 0,2 3,0 mm -50 3,5 mm 0 (a) (b) -0,2 -60 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4 5 6 7 8 9 10 11 12 f (GHz) f (GHz) Hình 4.6. Sự phụ thuộc của |S11| và RL vào tần số của các mẫu Fe/paraffin được gắn đế Al phản xạ toàn phần phía sau. 4.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng bột nano Fe/paraffin lên tính chất hấp thụ sóng vi ba của các lớp hấp thụ Fe/paraffin Hình 4.7, 4.8 biểu diễn đường cong RL(f) và mối tương quan giữa đường cong RL(f) và Z(f) của các lớp hấp thụ Fe/paraffin có độ dày d = 3mm và r = mFe/mparaffin = 3/1; 4/1; 4,5/1 và 5/1. Với tỉ lệ khối lượng r thay đổi từ 3/1
12 đến 5/1, các mẫu thể hiện tính chất hấp thụ sóng vi ba yếu và không thay đổi đáng kể trong vùng tần số đo. Kết quả cũng cho thấy không có bằng chứng rõ ràng cho hiệu ứng cộng hưởng có thể quan sát thấy trong toàn bộ dải tần số khảo sát. Các giá trị tần số fp tính toán theo mô hình phù hợp pha cho các mẫu được liệt kê trong bảng 4.4. Bảng 4.4. Giá tri fp tính toán theo mô 0 hình lý thuyết và quan sát thực -2 nghiệm của tất cả các mẫu có tỷ lệ -4 khối lượng khác nhau RL (dB) -6 r= 3/1 4/1 4,5/1 5/1 -8 3/1 mFe/mparaffin r= 4/1 4,5/1 -10 fp(n = 5/1 -12 2)(GHz) 5,3 5,3 5,2 5,1 4 6 8 10 12 14 16 18 f (GHz) (tính toán) fp (GHz) Hình 4.7. Đường cong RL(f) của 6,6 6,1 5,8 5,9 (quan sát) các mẫu khi không có đế kim loại Al trong vùng tần số từ 4-18 GHz. Kết quả phép đo phản xạ sóng vi ba trong vùng tần số từ 4-18 GHz cho các mẫu khi có đế Al phía sau được trình bày trong hình 4.10. 0 0 8 a) r = 3/1 b) r = 4/1 5 7 -2 -2 RL RL 6 -4 Z/Z0 Z/Z0 4 RL (dB) -4 RL (dB) 5 Z/Z Z/Z -6 0 0 4 -6 3 -8 3 -8 -10 2 2 -10 -12 1 -1 8 -2 10 c) d) r = 4,5/1 r = 5/1 -2 7 -3 RL RL 8 -3 6 -4 Z/Z0 Z/Z0 RL (dB) RL (dB) -4 Z/Z Z/Z 5 -5 6 0 0 -5 4 -6 -6 4 -7 3 -7 -8 2 -8 2 12 13 14 15 16 12 13 14 15 16 f (GHz) f (GHz) Hình 4.8. Đường cong RL(f) và Z(f) của các lớp Fe/paraffin với tỉ lệ khối lượng r: r = 3/1 (a); r = 4/1; r = 4,5/1 và r = 5/1. Hình 4.9a cho thấy |S11| giảm mạnh về không trong vùng tần số gần 6 GHz, rất gần với giá trị tần số phù hợp pha fp tính toán được trong bảng 4.4,
13 tương ứng, xuất hiện đỉnh hấp thụ mạnh trên đường RL(f) (hình 4.9b). RL đạt giá trị âm khá lớn xuống đến -56,7 dB tại 5,4 GHz cho mẫu có r = 4,5/1. 1.2 10 a) b) 1 0 0.8 -10 RL (dB) 0.6 |S | -20 11 0.4 -30 0.2 -40 3/1 3/1 4/1 0 r= 4/1 r= 4,5/1 4.5/1 -50 5/1 5/1 -0.2 -60 4 6 8 10 12 14 16 18 4 6 8 10 12 14 16 18 f (GHz) f (GHz) Hình 4.9. Giá trị tuyệt đối của hệ số phản xạ |S11| (a) và RL(f) (b) của tất cả các lớp hấp thụ Fe/paraffin khi được gắn đế Al phẳng. Chương 5. Công nghệ chế tạo và tính chất hấp thụ sóng vi ba của một số hệ hạt nano tổ hợp điện môi/sắt từ, ferrite Để cải thiện yếu tố tổn hao từ, giảm sự bất cân bằng của các thành phần điện môi và từ tính, các hạt nano sắt từ La0,7Sr0,3MnO3 (LSMO) hoặc các hạt nano ferrite NiFe2O4 (NFO) và CoFe2O4 (CFO) dần được bổ sung vào vật liệu tổ hợp La1,5Sr0,5NiO4/La0,7Sr0,3MnO3 hoặc La1,5Sr0,5NiO4/NiFe2O4 và La1,5Sr0,5NiO4/CoFe2O4. Các phép đo đạc và phân tích của chúng tôi cho thấy sự có mặt của các hạt nano sắt từ và ferrite trên nền vật liệu nano điện môi LSNO có ảnh hưởng đáng kể tới các tính chất hấp thụ của vật liệu. 5.1. Công nghệ chế tạo và các đặc trưng cơ bản của các vật liệu CoFe2O4, NiFe2O4 và La0,7Sr0,3MnO3 5.1.1. Hệ hạt nano ferrite CoFe2O4 80 (arb.(đ.v.t.y) (a) CoFe 2O4 CoFe O 2 4 anealled units) 40 M (emu/g) Intensityđộ as-milled 0 Cường (4 (40 -40 (2 CFO-MK bulk CFO-MB 30 40 50 60 70 80 CFO-M900 2 (deg) -80 4 4 2θ (độ) -1.2 10 -8000 -4000 H (Oe) 0 4000 8000 1.2 10 Hình 5.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X tại Hình 5.2. Các đường từ trễ của các nhiệt độ phòng của các mẫu CFO. mẫu CFO tại các công đoạn chế tạo. Kết quả phổ XRD (hình 4.1) cho thấy, mẫu khối (CFO-MK) là đơn pha tinh thể với cấu trúc spinel lập phương tâm mặt thuộc nhóm không gian Fd-
14 3m(227) của pha CoFe2O4, không xuất hiện bất kỳ đỉnh pha thứ cấp hay tạp chất nào trên phổ nhiễu xạ. Kích thước hạt tinh thể trung bình của các mẫu được liệt kê trong bảng 5.1. Đường cong từ trễ của các mẫu CoFe2O4 tại nhiệt độ phòng được trình bày trên hình 5.2. Tất cả các thông số đặc trưng của các mẫu CoFe2O4 được liệt kê trong bảng 5.1. Bảng 4.1. Kích thước hạt tinh thể , từ độ bão hòa MS tại từ trường 10 kOe và giá trị lực kháng từ HC của các mẫu. MS (emu/g) HC Tên mẫu (nm) (Tại H = 10 kOe) (Oe) CFO-MK 47,0 77 1000 CFO-MB 26,3 56 3600 CFO-M900 46,0 77 1500 5.1.2. Hệ hạt nano ferrite NiFe2O4 Hình 5.3 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X tại nhiệt độ phòng của các mẫu NFO ở các giai đoạn công nghệ khác nhau, các mẫu đều đơn pha tinh thể NiFe2O4 với cấu trúc tinh thể lập phương spinel. Từ số liệu phổ XRD, kích thước trung bình của các hạt nano tinh thể được tính toán và đưa ra trong bảng 5.2. (đ.v.t.y) 50 (a) NiFe2O4 NiFe O 2 4 annealed 25 (arb. units) M (emu/g) Intensity độ as-milled 0 Cường -25 NFO-MK (4 bulk NFO-MB NFO-M900 30 40 50 60 70 80 -50 4 4 2 -1.2 10 -8000 -4000 0 4000 8000 1.2 10 2θ (độ) H (Oe) Hình 5.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X tại Hình 5.4. Đường từ trễ của các mẫu nhiệt độ phòng của các mẫu NFO. NFO tại các công đoạn chế tạo. Bảng 5.2. Kích thước hạt tinh thể D, độ từ hóa bão hòa MS tại từ trường 10 kOe và giá trị lực kháng từ HC của NFO ở mỗi công đoạn chế tạo. MS (emu/g) Tên mẫu D (nm) HC (Oe) (Tại H = 10 kOe) CFO-MK 42,0 49,0 120 CFO-MB 23,2 34,5 967 CFO-M900 34,8 45,0 126
15 Như được chỉ ra trên các đường từ trễ M(H) tại nhiệt độ phòng của các mẫu NFO (hình 5.4), vật liệu NFO thể hiện tính từ mềm. 5.1.3. Hệ hạt nano sắt từ La0,7Sr0,3MnO3 Đường cong từ trễ, M(H), của các mẫu La0,7Sr0,3MnO3 tại các công đoạn chế tạo khác nhau (hình 4.5) cho thấy vật liệu LSMO thể hiện tính chất sắt từ rất mềm. Các tham số đặc trưng của tất cả các mẫu La0,7Sr0,3MnO3 được liệt kê trong bảng 5.3. Chất lượng pha của các mẫu được kiểm tra thông qua việc ghi phổ nhiễu xạ tia X và được trình bày trên hình 5.6. 80 LSMO-MK La0,7Sr0,3MnO3 LSMO-MB LSMO-M900 40 M (emu/g) 0 (104) (110) (024) (018) (214) (300) -40 LSMO-MK (202) (208) (128) (012) (220) (116) LSMO-MB (134) (006) (122) (306) (113) LSMO-M900 -80 20 30 40 50 60 70 80 4 4 -1 10 -5000 0 5000 1 10 H (Oe) Hình 5.5. Đường từ trễ của các mẫu Hình 5.6. Giản đồ nhiễu xạ tia X tại LSMO tại các công đoạn chế tạo. nhiệt độ phòng của các mẫu LSMO. Bảng 5.3. Kích thước hạt tinh thể D, độ từ hóa bão hòa MS tại từ trường 10 kOe và giá trị lực kháng từ HC của NFO ở mỗi công đoạn chế tạo. MS Tên mẫu D (nm) HC (Oe) (emu/g) LSMO-MK 54,5 65,6 5,0 LSMO-MB 32,3 36,8 23,0 LSMO-M900 38,6 53,2 13,0 5.2. Khả năng hấp thụ sóng vi ba của một số hệ hạt nano tổ hợp 0 5.2.1. Hệ hạt nano tổ hợp (100- x)La1,5Sr0,5NiO4/xCoFe2O4 ( x = -10 RL (dB) 0 0; 2; 4; 6; 8; 10 %) 2 Hình 5.7 trình bày các đường -20 x= 4 6 RL(f) cho tất cả các mẫu đo ở chế 8 độ không có đế kim loại Al phẳng -30 10 gắn phía sau trong khoảng tần số từ 4 6 8 10 12 14 16 18 4-18 GHz. f (GHz) Đúng như sự kỳ vọng ban đầu, Hình 5.7. Các mẫu không có đế Al: với sự thêm vào của các hạt nano từ đường cong RL(f) của các mẫu (100- tính CFO, đỉnh hấp thụ trên các x)LSNO/xCFO.
16 đường cong RL(f) trở nên sâu hơn, độ tổn hao phản xạ RL đạt cực tiểu giả từ -12,8 dB đối với mẫu có x = 0 đến -31,2 dB cho mẫu x = 8. Khi x tiếp tục tăng, sự gia tăng đột ngột của RL xảy ra. 0 0 3 2.5 x=0 x=2 -2 2.5 2 -5 -4 2 Z (k) Z (k) RL (dB) RL (dB) -6 1.5 -10 1.5 -8 1 1 -10 -15 0.5 0.5 -12 Z0 = 377  Z0 = 377  a) b) -14 0 -20 0 9 10 11 12 13 14 15 16 10 11 12 13 14 15 16 17 f (GHz) f (GHz) 0 0 x=4 x=6 1.6 1.6 -5 -5 1.2 1.2 -10 -10 Z (k) Z (k) RL (dB) RL (dB) -15 0.8 -15 0.8 -20 0.4 -20 0.4 Z0 = 377  Z0 = 377  c) d) -25 0 -25 0 11 12 13 14 15 16 17 18 9 10 11 12 13 14 15 16 f (GHz) f (GHz) 0 0 2.5 x=8 x = 10 2 -5 -2 2 -10 -4 1.5 Z (k) Z (k) RL (dB) RL (dB) -15 1.5 -6 -20 1 1 -8 -25 0.5 0.5 -10 -30 Z0 = 377  Z0 = 377  e) f) -35 0 -12 0 9 10 11 12 13 14 15 16 10 11 12 13 14 15 16 17 f (GHz) f (GHz) Hình 5.8. Các mẫu không có đế Al gắn phía sau: các đường cong RL(f) và Z(f) cho tất cả các mẫu trong vùng tần số cộng hưởng gần 14 GHz. (a) x = 0; (b) x = 2; (c) x = 4; (d) x = 6; (e) x = 8 và (f) x =10. Các tham số đặc trưng như giá trị RL cực tiểu và tần số cộng hưởng fr xác định từ các kết quả đo được liệt kê trong bảng 5.4. Cơ chế phù hợp pha có thể được loại trừ đối với hiện tượng cộng hưởng xảy ra gần 14 GHz. Trong hình 5.8, vùng cộng hưởng được vẽ trong chế độ phóng to của các đường cong RL(f) và Z(f), đưa ra bằng chứng cho thấy vai trò chính của cơ chế phù hợp trở kháng cho các hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong vùng tần số gần 14 GHz cho mẫu x = 8. Độ lệch của Z” khỏi giá trị không sẽ làm tăng đáng kể độ tổn hao phản xạ tới một giá trị tới hạn. Giá trị khác không của Z” không chỉ làm giảm cường độ của các đỉnh cộng hưởng của RL(f), mà còn làm chúng dịch chuyển ra khỏi tần số phù hợp trở kháng fz, tại đó Z = Z0.