ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN THỨC NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ ĐỒNG KẾT TỦA ĐẾN CẤU TRÚC NANO TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU FERIT Zn0.36Fe2O4 Chuyên ngành: VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Mã số: 60.520309 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN VĂN THỨC NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA CHẾ ĐỘ ĐỒNG KẾT TỦA ĐẾN CẤU TRÚC NANO TINH THỂ CỦA VẬT LIỆU FERIT Zn0.36Fe2O4 Chuyên ngành: VẬT LIỆU KIM LOẠI VÀ HỢP KIM Mã số: LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2015 i Công trình được hoàn thành tại: Trƣờng Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS NGUYỄN VĂN DÁN Cán bộ chấm nhận xét 1 :. (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :.
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1. Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có). CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG TRƢỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU ii ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên:.
Ngày, tháng, năm sinh: .Hải Phòng.Vật liệu kim loại và hợp kim. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ đồng kết tủa đến cấu trúc nano tinh thể của vật liệu ferit Zn0.36Fe2O4 NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: - Khảo sát ảnh hưởng của chế độ đồng kết tủa đến kích thước hạt của vật liệu ferit nano tinh thể Zn0. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài) IV.
CÁN BỘ HƢỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN VĂN DÁN Tp. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO (Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký) TRƢỞNG KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU (Họ tên và chữ ký) iii LỜI CÁM ƠN Em chân thành cảm ơn sâu sắc thầy PGS.TS Nguyễn Văn Dán đã hướng dẫn em hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Thầy đã nhiệt tình hướng dẫn em từ giai đoạn tìm hiểu, tiến hành thí nghiệm đến lúc hoàn thiện luận văn. Em đã học được nhiều từ sự tận tình, chuyên nghiệp và sâu sắc của thầy.
Em xin cảm ơn đến toàn thể quý thầy cô trong Khoa Công Nghệ Vật Liệu, Trường ĐH Bách Khoa Tp. Đặc biệt là quý thầy cô trong Bộ Môn Kim Loại và Hợp Kim đã tạo điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn. Em xin cảm ơn quý thầy cô trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo Máy trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Tp. HCM đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn.
Em cũng xin cảm ơn các bạn cùng khóa đã giúp đỡ và chia sẻ nhiều kinh nghiệm quý báu. Con xin cảm ơn bố mẹ đã ủng hộ và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình tiến hành làm luận văn. Mặc dù đã cố gắng nhiều, tuy nhiên luận văn không tránh khỏi còn những thiếu sót, rất mong được quý thầy cô và các bạn góp ý. HCM, tháng 01 năm 2015 Học viên Nguyễn Văn Thức iv TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ tiền chất (NiCl2, FeCl3, ZnSO4), của nhiệt độ và thời gian thiêu kết tới cấu trúc và tính chất từ của vật liệu từ Zn0.
Mẫu được chế tạo bằng phương pháp đồng kết tủa các muối NiCl2, FeCl3, ZnSO4 và NaOH. Phân tích cấu trúc và thành phần hóa học và của ferrite bằng phổ XRD và phổ EDX và tại Phòng Thí nghiệm Nano-Khu công nghệ cao Q.9 và Viện vật lý, Tp. Xác định kích thước hạt bằng phương pháp dùng công thức Scherrer dựa vào chiều rộng ở nửa đỉnh nhiễu xạ có cường độ mạnh nhất trên phổ XRD, kết hợp với dùng kính hiển vi điện tử quét SEM, hãng Hitachi S-4800, SerialNumber=HI-9022- 0003 độ phóng đại từ 150.000x tại Viện hóa học, Tp. Xác định từ tính (µ, Ms, Hc) bằng thiết bị từ kế mẫu rung (VSM) của hãng MicroSense-USA và thiết bị Q kế LCR-819 meter INSTEK tại Viện vật lý, Tp.
Kết quả nghiên cứu cho thấy: Thay đổi nhiệt độ nung từ 400, 600, 800, 1000°C, thời gian nung từ 2h, 4h, 6h, nồng độ tiền chất từ 0. Mức độ tinh thể hóa càng cao khi nhiệt độ và thời gian nung càng lớn. Kích thước của hạt nano ferit từ dao động từ 15÷32 nm. Mức độ tinh thể hóa của hạt ferrite cao, kích thước hạt nhỏ khi chế tạo ở chế độ: nồng độ CM ≤ 0.2 M, nhiệt độ nung 800°C, thời gian giữ nhiệt 4 h.
Khi này kích thước hạt nano ferit trong khoảng 18, 21, 23 nm tương ứng với nồng độ 0. Khi giảm kích thước hạt nano ferrite thì Hc giảm. Khi kích thước hạt đạt 14.1 nm thì Hc ≈0, đạt tới trạng thái siêu thuận từ. MS giảm khi giảm kích thước hạt nano ferrite.
MS cao nhất đạt được là 58.66 emu/g ở kích thước 31 nm. µr giảm mạnh khi giảm kích thước hạt từ mức độ micromet xuống mức độ nanomet. v ABSTRACT The Effect of co-precipitation method on nanocrystalline structure of ferrite Zn0. Samples were maken by co-precipitation method from NiCl2, FeCl3, ZnSO4 and NaOH.
The results of X-ray diffaction and SEM showed that at high temperature, long time, and denser concertrations made big grains. Chemical compositions and structures of ferrite were studied by EDX and XRD at Nano Lab – High Tech Park and Physical Institute, HCMC. Particles size studied by Scherrer equation and SEM images at Chemical Insti- tute, HCMC. The results of the research are follow: The results of X-ray diffaction and SEM showed that at high temperature, long time, and denser concertrations made big grains.
Samples are calcined at 400, 600, 800, 1000°C for 2h, 4h, 6h, precursor concertrations (NiCl2, FeCl3, ZnSO4) from 0. Grains size is about 15÷32 nm. Crystalization level is higher when increasing time and temperature. High crystalization level, small grain size, when: precursor concertrations CM ≤ 0.2 M, calcined at 800°C, for 4h.
Grain size will be 18, 21, 23 nm matched concertrations 0. Decreasing grain size made Hc decrease. When grain size is 14.1 nm, matched Hc ≈0, reached superparamagnetic. Ms decreased when decrease grain size.
Maximun Ms is 58.66 emu/g when grain size is 31 nm. µr decreased rapidly when decrease grain size from micromet to nanomet. vi MỤC LỤC CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN .1 KHÁI NIỆM CĂN BẢN .1 Từ trƣờng .2 Vecto từ trƣờng .2 TÍNH CHẤT TỪCỦA NGUYÊN TỬ.3 PHÂN LOẠI VẬT LIỆU TỪ.1 Nghị ch từ và thuậ n từ .3 Phả n sắ t từ .4 ẢNH HƢỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ ĐẾN TỪTÍNH .5 CÁC DẠNG TƢƠNG TÁC CƠBẢN TRONG VẬT LIỆU TỪ.1 Tƣơng tác trao đổi - Sự từ hóa tự phát.2 Tƣơng tác từ tinh thể - Hằ ng số dị hƣớng từ tinh thể .3 Tƣơng tác từ đàn hồ i.4 Tƣơng tác từ tĩnh .6 CẤU TRÚC ĐOMEN .7 LÝ THUYẾT TỪHOÁ VÀ TỪTRỄ .8 LỊ CH SỬPHÁT TRIỂN CỦA VẬT LIỆU TỪ.1 Sắ t non và sắ t kĩ thuậ t .3 Hợp kim Fe-Ni.4 Vậ t liệu từ mềm đặ c biệt .5 Vậ t liệu từ cứng (nam châm vĩnh cửu) .6 Ứng dụ ng của vậ t liệ u từ .9 SƠLƢỢC VỀ VẬT LIỆU TỪFERIT .1 Công nghệ chế tạ o .2 Ferit từ mềm .4 Ferit từ cứng .10 TỔNG QUAN về vậ t liệ u từ nano tinh thể .11 CƠSỞLỰA CHỌN VÀ MỤC TIÊU ĐỀ TÀI. 43 CHƢƠNG 2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .1 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM .1 CHẾ TẠO MẪU .2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .3 KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.
58 CHƢƠNG 3 KẾT LUẬN. 77 viii DANH MỤC HÌNH ẢNH 1-1 Momen từ trong vật liệu. 2 1-2 (a) Độ từ cảm B0 trong môi trường chân không. 2 1-3 Mô hình thể hiện (a) ocbitan điện tử, (b) spin điện tử.
4 1-4 Cấu hình từ cực của vật liệu từ. 5 H 1-5 Sơ đồ thể hiện mối quan hệ giữa độ từ cảm B và cường độ từ trường H của vật liệu nghịch từ, thuận từ, sắt từ. 6 1-6 Sơ đồ thể hiện sự sắp xếp có trật tự từ một cách thường xuyên của vật liệu sắt từ, tồn tại trật tự từ ngay cả khi không có từ trường ngoài. 7 1-7 Sơ đồ thể hiện momen từ của vật liệu phản sắt từ MnO.
8 1-8 Sơ đồ thể hiện cấu hình momen từ spin của ion Fe2+và Fe3+ trong Fe3O4. 8 1-9 Biểu đồ thể hiện sự phụ thuộc của Ms vào nhiệt độ của Fe và Fe3O4. 10 1-10 Đường cong từ hóa của đơn tinh thể cobalt ở các phương tinh thể khác nhau. 12 1-11 Sự thay đổi hướng của cực từ dọc theo vách đomen.
13 1-12 Đồ thị H-B của vật liệu từ ban đầu chưa từ hóa. Cấu hình đomen ở các giai đoạn từ hóa, độ từ cảm bão hòa Bs và độ từ thẩm ban đầu µi được thể hiện trên đồ thị. 14 1-13 Chu trình từ trễ của vật liệu từ. 15 1-14 Chu trình từ trễ của vật liệu từ ở trạng thái chưa bão hòa (đường cong NP).
Đảo từ tại điểm L bất kì trên đường cong từ trễ bão hòa (đường cong LM). 16 1-15 Sự phát triển của nam châm vĩnh cửu trong thế kỉ 20. 18 1-16 Chu trình từ trễ của vật liệu từ mềm và vật liệu từ cứng. 19 1-17 Bảng tuần hoàn các nguyên tố thể hiện bản chất từ tại nhiệt độ phòng.
19 nh 1-18 Sơ đồ thể hiện vùng đomen của vật liệu từ. 21 1-19 Sơ đồ thể hiện lõi dẫn từ. 22 1-20 Sơ đồ thể hiện textua của kiểu mạng lập phương tâm khối của sắt. 23 1-21 Sơ đồ thể hiện thiết bị quay - nung chảy chế tạo băng hợp kim vô định hình.
27 1-22 Sơ đồ đường từ hóa thể hiện vòng trễ và tích năng lượng (B. 28 ix 1-23 Sự tăng tích năng lượng (B.H)max của các loại nam châm theo thời gian. 28 1-24 Hình ảnh nam châm đất hiếm NdFeB. 30 1-25 Sơ đồ quy trình công nghệ chế tạo nam châm đất hiếm SmCo5.
31 1-26 Sơ đồ quy trình công nghệ chế tạo nam châm đất hiếm NbFeB. 31 1-27 Biểu diễn hình khối kích thước của một bit dữ liệu trên một đĩa cứng (x1000). 33 1-28 Sơ đồ đĩa cứng với lớp chứa thông tin và các đầu đọc, đầu ghi. 34 1-29 Quy trình công nghệ chế tạo ferit.
35 1-30 Ảnh hưởng của kích thước hạt tới Hc. 38 1-31 Vòng từ trễ của các loại vật liệu từ.
