Nghiên cứu tính chất băng và dây vô định hình từ mềm coban trong ứng dụng cảm biến từ trường yếu

• Tác giả: Đào Sơn Lâm
• Người hướng dẫn: PGS. Ngô Thu Hương
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
• Đề tài: Nghiên Cứu Băng Và Dây Vô Định Hình Từ Mềm Coban Cho Cảm Biến Từ Trường Yếu
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2018
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. HIỆU ỨNG TỪ TRỞ KHỔNG LỔ (HIỆU ỨNG GMI)
• 1.1.1. Hiệu ứng từ trở khổng lồ (hiệu ứng GMI)
• 1.1.2. Tổng trở của vật dẫn
• 1.1.3. Hiệu ứng từ trở khổng lồ phụ thuộc theo tần số của dòng điện xoay chiều
• 1.1.4. Hiệu ứng từ trở khổng lồ phụ thuộc theo cường độ dòng điện xoay chiều
• 1.1.5. Hiệu ứng từ trở khổng lồ phụ thuộc theo từ trường một chiều
• 1.1.6. Hiệu ứng từ trở khổng lồ phụ thuộc theo nhiệt độ đo
• 1.1.7. Hiệu ứng từ trở khổng lồ phụ thuộc theo cấu hình vật liệu dạng băng và dây
• 1.1.8. Hiệu ứng từ trở khổng lồ phụ thuộc theo độ từ giảo
• 1.1.9. Hiệu ứng từ trở khổng lồ phụ thuộc theo quá trình ủ trong từ trường và ủ nhiệt
• 1.1.10. Ứng dụng của hiệu ứng từ trở khổng lồ
• 1.2. VẬT LIỆU BĂNG VÀ DÂY TỪ MỀM VÔ ĐỊNH HÌNH
• 1.2.1. Tính chất từ
• 1.2.2. Tính chất điện
• 1.3. VẬT LIỆU HẠT NANO ÔXIT SẮT TỪ Fe3O4
• 1.3.1. Cấu trúc tinh thể. Tính chất từ
• 1.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất từ của hạt nano Fe3O4
• 1.3.3. Tương tác giữa các hạt nano Fe3O4. Các ứng dụng của hạt nano Fe3O4
• 1.3.4. Các phương pháp chế tạo hạt nano Fe3O4
• 2. PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU VÔ ĐỊNH HÌNH DẠNG BĂNG VÀ DÂY
• 2.1. Phương pháp chế tạo vật liệu dạng băng vô định hình
• 2.2. Phương pháp chế tạo vật liệu dạng dây vô định hình
• 2.3. NGHIÊN CỨU CẢI THIỆN TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT LIỆU BĂNG VÀ DÂY VÔ ĐỊNH HÌNH NỀN Co
• 2.3.1. Ủ nhiệt thông thường
• 2.3.2. Khảo sát hiệu ứng GMI trên vật liệu dạng băng và dây vô định hình
• 2.4. CHẾ TẠO HẠT NANO ÔXIT SẮT TỪ Fe3O4 BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY TỪ TIỀN CHẤT HỮU CƠ
• 2.5. KHẢO SÁT ĐỘ NHẠY TỪ TRƯỜNG CỦA VẬT LIỆU DẠNG BĂNG (DÂY) NỀN Co
• 2.6. XÁC ĐỊNH TỪ TRƯỜNG YẾU CỦA HỆ HẠT NANO Fe3O4
• 2.7. CÁC PHÉP ĐO SỬ DỤNG NGHIÊN CỨU CÁC HỆ MẪU BĂNG, DÂY TỪ VÔ ĐỊNH HÌNH VÀ HỆ HẠT NANO TỪ TÍNH Fe3O4
• 2.7.1. Nhiễu xạ tia X
• 2.7.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 2.7.3. Phép đo phổ EDS
• 2.7.4. Hệ đo các tính chất vật lý. Từ kế mẫu rung
• 2.7.5. Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)
• 3. CẢI THIỆN TÍNH CHẤT TỪ CHO VẬT LIỆU VÔ ĐỊNH HÌNH DẠNG BĂNG DÂY NỀN Co BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ NHIỆT
• 3.1. CẢI THIỆN TÍNH CHẤT TỪ MỀM CỦA VẬT LIỆU VÔ ĐỊNH HÌNH DẠNG BĂNG CHỨA COBAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ NHIỆT
• 3.1.1. Tính chất cấu trúc, thành phần, hình thái học bề mặt băng vô định hình nền Co
• 3.1.2. Tính chất từ băng vô định hình nền Co. Tính chất từ tổng trở của băng vô định hình nền Co
• 3.2. CẢI THIỆN TÍNH CHẤT TỪ MỀM CỦA DÂY TỪ NỀN COBAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP Ủ NHIỆT
• 3.2.1. Tính chất cấu trúc, thành phần và hình thái bề mặt
• 3.2.2. Tính chất từ
• 3.2.3. Tính chất từ tổng trở
• 3.3. PHÁT HIỆN TỪ TRƯỜNG YẾU TẠO RA BỞI HỆ HẠT NANO TỪ TÍNH Fe3O4 BẰNG CẢM BIẾN TỪ GMI SỬ DỤNG BĂNG VÀ DÂY TỪ NỀN Co LÀM THÀNH PHẦN CHÍNH
• 3.3.1. NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT HẠT NANO TỪ TÍNH Fe3O4
• 3.3.1.1. Tính chất cấu trúc
• 3.3.1.2. Tính chất từ
• 3.3.2. PHÁT HIỆN TỪ TRƯỜNG YẾU CỦA HẠT NANO Ô XÍT SẮT TỪ BẰNG CẢM BIẾN TỪ TỔNG TRỞ SỬ DỤNG BĂNG TỪ NỀN Co LÀM THÀNH PHẦN CHÍNH
• 3.3.3. PHÁT HIỆN TỪ TRƯỜNG YẾU CỦA HẠT NANO Ô XÍT SẮT TỪ BẰNG CẢM BIẾN TỪ SỬ DỤNG DÂY TỪ NỀN Co LÀM THÀNH PHẦN CHÍNH
• 3.3.4. XÁC ĐỊNH TỪ TRƯỜNG YẾU CỦA HỆ HẠT NANO TỪ TÍNH BẰNG PHƯƠNG PHÁP HỒI QUI TUYẾN TÍNH
• 4. KẾT LUẬN CHUNG
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ
• LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

I. Giới thiệu về băng và dây vô định hình từ mềm coban

Nghiên cứu về băng từ mềm và dây vô định hình nền coban đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học trong lĩnh vực vật liệu từ. Các vật liệu này có khả năng ứng dụng cao trong các cảm biến từ trường yếu, đặc biệt là trong các thiết bị y sinh và công nghiệp. Cảm biến từ trường yếu sử dụng hiệu ứng từ trở khổng lồ (GMI) để phát hiện các thay đổi nhỏ trong từ trường. Việc nghiên cứu và phát triển các loại vật liệu này không chỉ giúp cải thiện độ nhạy của cảm biến mà còn mở ra nhiều ứng dụng mới trong công nghệ cảm biến. Theo một nghiên cứu gần đây, tính năng cảm biến của các vật liệu này có thể được cải thiện thông qua các phương pháp chế tạo và xử lý nhiệt khác nhau.

1.1. Tính chất từ của băng và dây vô định hình

Tính chất từ của băng từ mềm và dây vô định hình nền coban là yếu tố quyết định đến hiệu suất của cảm biến từ trường. Các nghiên cứu cho thấy rằng tính chất từ của vật liệu này phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể và quá trình chế tạo. Việc tối ưu hóa các thông số như nhiệt độ ủ và thời gian ủ có thể làm tăng độ từ giảo và độ nhạy của cảm biến. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, khi tăng nhiệt độ ủ, độ từ giảo của vật liệu cũng tăng theo, dẫn đến sự cải thiện trong khả năng phát hiện từ trường yếu. Điều này cho thấy rằng việc nghiên cứu tính chất từ của các vật liệu này là rất quan trọng để phát triển các cảm biến có độ nhạy cao.

II. Hiệu ứng từ trở khổng lồ GMI

Hiệu ứng từ trở khổng lồ (GMI) là một hiện tượng quan trọng trong nghiên cứu cảm biến từ. Hiệu ứng này cho phép cảm biến chuyển đổi từ trường thành tín hiệu điện, với độ nhạy cao. Cảm biến từ hoạt động dựa trên GMI có thể phát hiện các thay đổi nhỏ trong từ trường, điều này rất hữu ích trong nhiều ứng dụng thực tiễn. Nghiên cứu cho thấy rằng, độ nhạy của cảm biến GMI có thể được cải thiện thông qua việc tối ưu hóa cấu trúc của băng từ mềm và dây vô định hình. Các yếu tố như tần số dòng điện xoay chiều và cường độ từ trường cũng ảnh hưởng đến hiệu ứng GMI. Việc hiểu rõ các yếu tố này sẽ giúp phát triển các cảm biến có hiệu suất tốt hơn.

2.1. Ứng dụng của hiệu ứng GMI

Hiệu ứng GMI có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, từ công nghiệp đến y sinh. Trong y sinh, cảm biến GMI có thể được sử dụng để phát hiện các tế bào bệnh hoặc các phân tử sinh học. Điều này mở ra cơ hội cho việc chẩn đoán sớm và điều trị bệnh. Ngoài ra, cảm biến GMI cũng có thể được ứng dụng trong các thiết bị đo từ trường trong không gian, giúp theo dõi các thay đổi trong từ trường trái đất. Việc phát triển các cảm biến từ sử dụng hiệu ứng GMI không chỉ giúp cải thiện độ nhạy mà còn giảm chi phí sản xuất, làm cho công nghệ này trở nên khả thi hơn trong thực tiễn.

III. Nghiên cứu hạt nano ôxit sắt từ Fe3O4

Hạt nano ôxit sắt từ Fe3O4 đã được nghiên cứu rộng rãi do tính chất từ tính đặc biệt của chúng. Các hạt nano này có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng, bao gồm cảm biến từ và dẫn truyền thuốc trong y sinh. Nghiên cứu cho thấy rằng, kích thước và hình dạng của hạt nano ảnh hưởng lớn đến tính chất từ của chúng. Việc chế tạo hạt nano Fe3O4 với kích thước đồng nhất có thể cải thiện đáng kể hiệu suất của cảm biến từ. Hơn nữa, các hạt nano này có thể được kết hợp với các vật liệu khác để tạo ra các cảm biến có độ nhạy cao hơn.

3.1. Các phương pháp chế tạo hạt nano Fe3O4

Có nhiều phương pháp chế tạo hạt nano ôxit sắt từ Fe3O4, bao gồm phương pháp phân hủy từ tiền chất hữu cơ và phương pháp làm lạnh nhanh. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phương pháp phân hủy từ tiền chất hữu cơ cho phép kiểm soát tốt kích thước và hình dạng của hạt nano, trong khi phương pháp làm lạnh nhanh có thể tạo ra các hạt nano với cấu trúc tinh thể tốt hơn. Việc lựa chọn phương pháp chế tạo phù hợp sẽ ảnh hưởng đến tính chất từ và khả năng ứng dụng của hạt nano trong các cảm biến từ.