zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Khoa Học Tự Nhiên

Vật liệu từ Nano

Chia sẻ: Lavie Lavie | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Báo xấu

85
lượt xem 15
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Vật liệu từ Nano nêu lên khái quát về vật liệu từ oxit, vật liệu từ mềm, vật liệu từ cứng (cấu trúc của Ferrite từ cứng, cấu trúc Nano từ cứng, một số phương pháp kiểm tra những thông số từ trong công nghiệp, các phương pháp chết tạo hạt nano từ tính, vật từ Nano Oxide,...).

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Vật liệu từ Nano

Vật liệu Từ Nano Mục Lục A.Khái quát về vật liệu từ oxit ........................................................................... 3 I.Giới thiệu ............................................................................................................ 3 II.Phân loại vật liệu từ oxit ..................................................................................... 3 III.Tính chất chung ................................................................................................ 7 IV. Giải thích bản chất từ tính của ferit .................................................................. 8 B.Vật liệu từ mềm ................................................................................................ 9 I.Cấu tạo ................................................................................................................ 9 II. Tính chất từ ......................................................................................................13 a. Độ từ thẩm ban đầu ........................................................................................14 b. Độ tổn hao ......................................................................................................16 c. Từ giảo: ..........................................................................................................17 III.Ứng dụng của ferit từ mềm ..............................................................................17 C.Vật liệu từ cứng ..............................................................................................25 I. Giới thiệu ........................................................................................................25 II. Cấu trúc của Ferrite từ cứng ........................................................................25 III. Cấu trúc Nano từ cứng .................................................................................27 III.1 Các hạt Nano không tương tác – Mô hình Stoner – Wohlfarth....................27 III.2 Vật liệu từ cứng đơn pha bao gồm các hạt Nano có tương tác ....................30 IV.Một số phương pháp kiểm tra những thông số từ trong công nghiệp ................38 IV.1 Phương pháp từ thẩm kế kiểm tra vật liệu từ cứng......................................38 IV.2 Phương pháp Q kế ......................................................................................39 ........................................................40 V.Các phương pháp chết tạo hạt nano từ tính V.1 / Phương pháp nghiền ..................................................................................40 .........................................................................41 V.2 / Phương pháp đồng kết tủa Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 1
Vật liệu Từ Nano V.3 / Vi nhũ tương .............................................................................................42 V.4 / Phương pháp Polyol ..................................................................................44 V.5 / Phương pháp phân li các tiền chất hữu cơ ở nhiệt độ cao ...........................45 V.6 / Phương pháp phỏng sinh học .....................................................................45 V.7 / Phương pháp hóa siêu âm ..........................................................................46 V.8 / Phương pháp điện hóa ...............................................................................50 V.9 / Phương pháp nhiệt phân ............................................................................50 Phụ lục ..................................................................................................................53 Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 2
Vật liệu Từ Nano A.Khái quát về vật liệu từ oxit I.Giới thiệu Ferit từ (tiếng Anh: Ferrimagnet) là tên gọi chung của nhóm các vật liệu có trật tự từ mà trong cấu trúc từ của nó gồm 2 phân mạng đối song song nhưng có độ lớn khác nhau. Ferrit từ còn được gọi là phản sắt từ bù trừ không hoàn. .Có thể định nghĩa là dung dịch rắn của oxit sắt với oxit kim loại khác,có công thức hóa học là: m(MeO)n(Fe2O4) [với Me là ion kim loại:Fe,Co,Ni,Cu,Mg,Zn,Cd II.Phân loại vật liệu từ oxit • Vật liệu từ oxit (thường gọi là ferit hay gốm từ tính) là hợp chất của oxit sắt hóa trị ba với một hoặc nhiều oxit kim loại hóa trị hai khác, là chất phản sắt từ có các mômen từ đối song song và không bù trừ lẫn nhau. • Một nhóm quan trọng những hợp chất oxit có cấu trúc gồm nhiều mạng còn trong đó những ion từ tính có tương tác trao đổi gián tiếp với nhau qua ion oxy. Tương tác trao đổi này có giá trị âm ( như trong chất phản sắt từ). Tuy nhiên chúng lại có độ từ hóa tự phát và nhiều đặc tính của sắt từ. Nguyên nhân là trong độ từ hóa của các mạng con không khử nhau hết mà ở dứơi nhiệt độ tới hạn độ từ hóa tổng cộng có giá trị khác 0 ( độ dài bằng nhau nhưng không trực đối như trong phản sắt từ, hay trực đối nhưng độ lớn khác nhau). Có hai khả năng cơ bản dẫn đến sự bất bù trừ của các mômen từ của ferit: Thứ nhất là các ion từ của một phân mạng có mômen từ khác với mômen từ của một phân mạng kia hay mômen từ của các ion từ trong cùng một phân mạng có giá trị khác nhau, do ảnh hưởng của tương tác trao đổi trực tiếp. Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 3
Vật liệu Từ Nano Thứ hai tương tác trao đổi gián tiếp (tương tác siêu trao đổi) giữa hai ion từ trong cùng một phân mạng hoặc khác phân mạng được thực hiện qua ion ôxy mà khoảng cách từ các ion này đến ion ôxy và góc tạo bởi đường nối tâm của các ion từ với tâm của ion ôxy là khác nhau . Tương tác này đóng vai trò quyết định từ tính của ferit. • Tùy theo cấu trúc và thành phần hóa học, người ta phân biệt ferit ra nhiều loại khácnhau: - Gốm oxit siêu dẫn nhiệt độ cao (YBa2Cu3O7-x , Bi2Sr2CaCu2O10-x...) a Ferit kiểu spinel,dạng:MeFe2O4 Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 4
Vật liệu Từ Nano b Ferit kiểu magnetoplumbit MeFe12O19 (Me:Ba,Sr) Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 5
Vật liệu Từ Nano C Ferit kiểu perovskitMeFeO3 (Me là đất hiếm) D Ferit kiểu granatMe3Fe5O12 (Me là đất hiếm) Trong tự nhiên thành phần ferit chiếm tỉ lệ như sau Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 6
Vật liệu Từ Nano III.Tính chất chung • Ferit có độ từ dư lớn, độ từ thẩm cao, từ giảo lớn, tổn hao thấp (đối với ferit từ mềm), lực kháng từ lớn, dị hướng từ lớn, tích số năng lượng cực đại lớn, hệ số nhiệt độ thấp (với ferit từ cứng). • Đặc biệt ferit được kết tinh từ vật liệu bột, có cấu trúc hạt nên điện trở suất rất cao (ρ=104 – 1010 Ωcm), được sử dụng rất hiệu quả trong lĩnh vực tần số cao. • Tính dẫn điện của ferit kém, chúng được xem như chất bán dẫn. • Về mặt cơ học, ferit rất cứng, ròn, dễ vỡ, không thể gia công cơ khí như kim loại, chỉ có thể mài. • Nguồn gốc từ tính của ferit xuất phát từ chuyển động quỹ đạo và chuyển động quay (spin) của các điện tử, đồng thời do tương tác trao đổi gián tiếp của các ion từ. • Các sản phẩm ferit được chế tạo chủ yếu theo công nghệ gốm (vì vậy còn gọi là gốm từ tính), tương đối đơn giản, giá thành rẻ, nên chúng được ứng dụng hết sức rộng rãi trong khoa học kĩ thuật, đời sống. • Công nghệ chế tạo sản phẩm ferit rất đa dạng: phôi liệu được tạo ra từ các phương pháp nghiền, đồng kết tủa, sol-gel, hóa siêu âm... Ở khâu tạo hình có thể ép khô, ép ướt, ép đùn, ép đẳng tĩnh, ép đẳng hướng, ép dị hướng... Khâu thiêu kết (thực hiện phản ứng pha rắn, kết tinh) có thể thực hiện trong môi trường không khí, khí trơ hay chân không... • Các sản phẩm ferit chiếm trên 50% thị phần vật liệu từ trên thế giới, đặc biệt trong lĩnh vực điện tử dân dụng (làm loa, môtơ công suất nhỏ) ferit chiếm tới trên 80%. • Các sản phẩm vật liệu từ nano oxít là vật liệu ferit có cấu trúc hạt cỡ nano mét, hết sức đậm đặc, biểu thị những tính chất cơ, điện, từ rất độc đáo: độ bền cơ học rất cao, là các nam châm siêu mạnh (dạng nam châm điện nếu là Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 7
Vật liệu Từ Nano dây siêu dẫn, dạng nam châm vĩnh cửu nếu là khối), có từ giảo lớn, từ trở khổng lồ... hứa hẹn những ứng dụng rất hiệu quả, lí thú, đặc biệt trong các lĩnh vực truyền thông, tin học, y sinh học. IV. Giải thích bản chất từ tính của ferit Thành phần của Ferit gồm ôxit sắt hóa trị 3 kết hợp với một hoặc nhiều ôxit kim loại hóa trị 2 khác, chúng được xem như là chất phản sắt từ mà các mômen từ không bù trừ nhau. Hình : Một vài dạng cấu hình sắp xếp của các ion từ trong tương tác siêu trao đổi ở ferit. Năng lượng tương tác trao đổi sẽ lớn nhất nếu khoảng cách từ ion từ đến ion ôxy nhỏ nhất và góc φ gần tới 180O. Có thể giải thích bản chất từ tính của ferit dựa trên cấu trúc tính thể của ferit sắt • Ferit sắt có 2 loại ion sắt khác nhau là Fe 2+ và Fe3+, công thức của nó như sau Fe2+Fe23+O42-. • Cấu trúc tinh thể của vật liệu này có dạng lập phương spinel, các ion oxy có bán kính ion lớn sắp xếp ở các tâm mặt khối lập phương, các ion sắt có bán kính nhỏ hơn nằm ở khoảng trống giữa các ion oxy. Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 8
Vật liệu Từ Nano • Có hai loại lỗ trống dành cho ion sắt là lỗ trống tứ diện (ở giữa 4 ion oxy) và lỗ trống bát diện (ở giữa 6 ion oxy). Hình: Sự phân bố các ion trong mạng spinel trong 1/8 ô cơ bản cạnh là a/2 B.Vật liệu từ mềm I. Cấu tạo • Ferit từ mềm bao gồm tất cả các vật liệu từ oxit có cấu trúc tinh thể spinel, granat và tinh thể lục giác dạng Y hoặc W. • Ngoài ra các vật liệu có cấu trúc perovskit và nhóm gốm từ siêu dẫn nhiệt độ cao cũng được xem như là vật liệu từ mềm, do có lực kháng từ rất nhỏ. Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 9
Vật liệu Từ Nano Cấu trúc tinh thể của một số ferit từ mềm. Hình : Cấu trúc tinh thể ferit spinel Hình : Cấu trúc tinh thể ferit granat Hình : Cấu trúc tinh thể perovskite Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 10
Vật liệu Từ Nano Hình : Cấu trúc tinh thể gốm siêu dẫn Ô cơ bản của ferit spinel: • 8 phân tử MeFe2O4 • 32 ion Oxy hình thành mạng lập phương tâm mặt • 96 khoảng trống,bao gồm: *64 vị trí tứ diện(vị trí A) *32 vị trí bát diện(vị trí B) Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 11
Vật liệu Từ Nano Vị trí tứ diện(vị trí A-hình bên trái) được bao quanh bởi 4 ion Oxy: trong đó chỉ có 8/64 vị trí tứ diệnbị chiếm bởi các ion kim loại. Vị trí bát diện (vị trí B-hình trên bên phải ) Được bao quanh bởi 6 nguyên tử Oxy. Có 16/32 vị trí bị chiếm bởi các ion kim loại. Sự phân bố của ion kim loại ở vị trí tứ diện và bát diện  Thông thường người ta dùng phương pháp nhiễu xạ Neutron để thu nhân thông tin về sự phân bố của các ion ở các vị trí có sẵn trong các hợp chất từ.  Nếu tất cả các ion kim loại hóa trị II nằm trong vị trí tứ diện thì là spinel thuận,nếu nằm trong vị trí bát diện thì là spinel đảo. Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 12
Vật liệu Từ Nano Spinel thuận hay đảo hoàn toàn chỉ là lý thuyết. Sự phân bố cation nhìn chung có thể đươc chỉ ra như sau: Mex2+ Fe1-x3+ [Me1-x2+ Fe1+x3+] O4 Vị trí tứ diện Vị trí bát diện 0
Vật liệu Từ Nano • Ferit từ mềm cũng rất cứng, ròn, độ bền nén cao, độ bền uốn nhỏ. a. Độ từ thẩm ban đầu • Một trong những thông số quan trọng nhất của vật liệu từ mềm là độ từ thẩm ban đầu: 1 ΔB μi μ o ΔH Đối với H = 0 và ΔH→0 μo là độ từ thẩm chân không Hay còn gọi là độ từ thẩm của vật liệu, độ từ thẩm của lõi hình xuyến. Độ từ thẩm ban đầu phụ thuộc bản chất vật liệu, từ trường từ hóa, nhiệt độ và tần số sử dụng. Hình : Sự phụ thuộc của độ từ thẩm ban đầu vào thành phần Fe2O3 trong các mẫu ferit thiêu kết ở 1300oC trong môi trường: 1.N2+0,8%O2 ; 2.N2+1,5%O2 (hay CO2) ; 3. tôi ; 4. trong O2 ; 5. trong không khí. Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 14
Vật liệu Từ Nano Hinh: Độ từ thẩm phụ thuộc tần số ở các vật liệu từ khác nhau Cơ chế tăng độ từ thẩm • Sự từ hóa ferit từ mềm xẩy ra trong từ trường nhỏ chủ yếu do sự dịch chuyển thuận nghịch vách đômen. Độ dịch chuyển vách càng lớn nếu gradient năng lượng vách theo hướng dịch chuyển càng nhỏ. Diều này tùy thuộc vào: γ τ λ S .σ x x + Sự tốn tại của bất đồng nhất ứng suất cơ học + Sự có mặt của tâp chất làm thay đổi diện tích bề mặt vách khi dịch chuyển đến đó. γ γ S x S x Vậy để có độ từ thẩm cao cần phải: • Loại bỏ các ứng suất cơ học • Chế tạo hợp chất có K1 ~ 0 và λS ~ 0 - Dùng phương pháp bù trừ: vì đa số ferit từ mềm có λs âm, trong khi Fe3O4 có λs dương nên có thể bổ sung một lượng Fe3O4 để trung hòa (hoặc có thể dùng một chất khác có λs dương bổ sung vào). Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 15
Vật liệu Từ Nano - Với K1 cũng vậy, do ferit từ mềm có K10 pha vào. • Tăng hàm lượng Zn , là chất phi từ. b. Độ tổn hao: Hình : Độ từ thẩm trung bình và tổn hao tgδ phụ thuộc cường độ từ trường (a) và tần số (b). Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 16
Vật liệu Từ Nano c. Từ giảo: Từ giảo của ferit kẽm phụ thuộc cảm ứng từ và hệ số từ giảo bão hòa, từ độ bão hòa, hằng số mạng và nhiệt độ Curie của ferit Ni-Zn theo thành phần tỷ lệ Ni/Zn III.Ứng dụng của ferit từ mềm • Làm lõi các cuộn dây cảm ứng, lõi cuộn lọc, biến thế điện, tần số 1 đến 200 MHz cho kĩ thuật truyền thanh, truyền hình, đo lường. • Làm linh kiện sóng ngắn cho viễn thông, tải ba, vô tuyến điện... • Lõi biến thế công suất 10-1000 kHz. • Làm đầu từ, bộ nhớ cho tin học. • Linh kiện máy siêu âm và lĩnh vực khác.. Bảng : Ferit Ni-Zn-Co làm bộ lọc Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 17
Vật liệu Từ Nano Bảng : Tính chất từ của ferit Mn-Zn làm lõi cuộn cảm và lõi biến thế cao áp Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 18
Vật liệu Từ Nano Ferit NiZn làm anten sóng ngắn Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 19
Vật liệu Từ Nano Ferit sóng ngắn (granat) Chương IV : Vật Từ Nano Oxide Page 20

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.