Luận án tiến sĩ hus nghiên cứu một số tính chất của các hệ hạt nano từ tính fepd và fept chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm và điện hóa siêu âm

Luận án tiến sĩ nghiên cứu hus nghiên cứu một số tính chất của các hệ hạt nano từ tính fepd và fept chế tạo bằng phương pháp, phát triển phương pháp mới, đánh giá hiệu quả ứng

• Tác giả: Nguyễn Thị Thanh Vân
• Người hướng dẫn: Gs. Nguyễn Hoàng Lương
• Trường học: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý Chất rắn
• Đề tài: Nghiên Cứu Một Số Tính Chất Của Các Hệ Hạt Nano Từ Tính FePd Và FePt Chế Tạo Bằng Phương Pháp Hóa Siêu Âm Và Điện Hóa Siêu Âm
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Vật liệu FePt
• 1.2. Giản đồ pha của hệ FePt
• 1.3. Cấu trúc tinh thể của hệ FePt
• 1.4. Chuyển pha bất trật tự - trật tự của hợp kim FePt
• 1.5. Cách tính thông số trật tự từ giản đồ nhiễu xạ tia X
• 1.6. Năng lượng của chuyển pha A1-L1o trong hợp kim FePt
• 1.7. Vật liệu FePd
• 1.8. Giản đồ pha của hệ FePd
• 1.9. Chuyển pha bất trật tự - trật tự của FePd có cấu trúc L1o
• 1.10. Tính chất từ
• 1.11. Dị hướng từ
• 1.12. Trật tự L1o ở nhiệt độ thấp của vật liệu FePd và FePt
• 1.13. Mối quan hệ giữa pha trật tự L1o và lực kháng từ Hc
• 1.14. Tính chất từ của FePt và FePd
• 1.15. Nguồn gốc tính từ cứng mạnh của FePd và FePt
• 1.16. Tính chất từ
• 1.17. Các phương pháp chế tạo hạt nano
• 1.18. Phương pháp hóa siêu âm
• 1.18.1. Khái niệm phương pháp hóa siêu âm
• 1.18.2. Hiện tượng xâm thực
• 1.18.3. Phương pháp điện hóa siêu âm
• 1.18.4. Vai trò của sóng siêu âm
• 1.18.5. Cấu tạo hệ thống điện hóa siêu âm
• 1.18.6. Đặc trưng chung của các quá trình điện hoá
• 1.18.7. Các thông số ảnh hưởng đến quá trình điện hóa siêu âm
• 1.18.8. Ứng dụng của phương pháp điện hóa siêu âm
• 2. CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
• 2.1. Chế tạo mẫu
• 2.2. Chế tạo mẫu bằng phương pháp hóa siêu âm
• 2.3. Chế tạo hạt nano kim loại FePd bằng phương pháp hóa siêu âm
• 2.4. Chế tạo hạt nano kim loại FePt bằng phương pháp hóa siêu âm
• 2.5. Chế tạo hạt nano FePt bằng phương pháp điện hóa siêu âm
• 2.6. Xử lý mẫu sau khi chế tạo
• 2.7. Các phép đo khảo sát tính chất của hạt nano
• 2.8. Phân tích thành phần mẫu
• 2.9. Phân tích cấu trúc bằng phương pháp nhiễu xạ tia X
• 2.10. Phân tích vi hình thái bằng kính hiển vi điện tử truyền qua
• 2.11. Khảo sát tính chất từ bằng từ kế mẫu rung
• 2.12. Khảo sát tính chất từ bằng hệ đo PPMS
• 3. CHƯƠNG 3: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO FePd CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA SIÊU ÂM
• 3.1. Phân tích thành phần hạt nano FePd bằng phổ tán sắc năng lượng
• 3.2. Vi hình thái của hạt nano FePd
• 3.3. Cấu trúc và các hằng số mạng của hạt nano FePd
• 3.4. Mẫu sau khi ủ
• 3.5. Tính chất từ của hạt nano FePd
• 3.6. Đường cong từ hóa ban đầu của hạt nano FePd
• 3.7. Tính chất từ của hạt nano FePd ở nhiệt độ phòng
• 3.8. Tính chất từ của hạt nano FePd ở nhiệt độ thấp
• 3.9. Đường từ trễ và lực kháng từ của hạt nano FePd
• 3.10. Hiệu ứng nhớ từ
• 4. CHƯƠNG 4: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO FePt CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA SIÊU ÂM
• 4.1. Phân tích thành phần hạt nano FePt bằng phổ tán sắc năng lượng
• 4.2. Vi hình thái của hạt nano FePt
• 4.3. Cấu trúc và các hằng số mạng của hạt nano FePt
• 4.4. Mẫu sau khi ủ
• 4.5. Hằng số mạng
• 4.6. Thông số trật tự của mẫu FePt
• 4.7. Tính chất từ của hạt nano FePt
• 4.8. Đường từ trễ của hạt nano FePt
• 4.9. Các mẫu nguội bình thường sau khi ủ
• 4.10. So sánh giữa các mẫu nguội bình thường và nguội nhanh sau khi ủ
• 5. CHƯƠNG 5: CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO FePt CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM
• 5.1. Phân tích thành phần hạt nano FePt bằng phổ tán sắc năng lượng
• 5.2. Vi hình thái của hạt nano FePt
• 5.3. Cấu trúc của hạt nano FePt
• 5.4. Tính chất từ của hạt nano FePt
• 5.5. Đường từ trễ của hạt nano FePt đo ở nhiệt độ phòng
• 5.6. Lực kháng từ
• 5.7. Tính chất từ của hạt nano FePt ở nhiệt độ thấp
• KẾT LUẬN CHUNG
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu hạt nano từ tính FePd và FePt

Nghiên cứu về hạt nano từ tính đang trở thành một lĩnh vực quan trọng trong khoa học vật liệu. Hai hệ vật liệu chính được quan tâm là FePd và FePt. Chúng có nhiều ứng dụng trong công nghệ ghi từ và thiết bị điện tử. Việc chế tạo các hạt nano này bằng phương pháp hóa siêu âm mang lại nhiều lợi ích về mặt cấu trúc và tính chất từ. Nghiên cứu này không chỉ giúp hiểu rõ hơn về các tính chất của chúng mà còn mở ra hướng đi mới cho các ứng dụng trong tương lai.

1.1. Tính chất và ứng dụng của hạt nano từ tính

Hạt nano từ tính như FePd và FePt có nhiều tính chất nổi bật như tính chất từ mạnh, độ bền cao và khả năng chống oxi hóa. Chúng được ứng dụng trong các thiết bị lưu trữ từ tính, cảm biến và các linh kiện điện tử tiên tiến. Việc nghiên cứu tính chất của chúng giúp tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của các sản phẩm công nghệ cao.

1.2. Lịch sử nghiên cứu hạt nano từ tính

Lịch sử nghiên cứu về hạt nano từ tính bắt đầu từ những năm 1980, khi các nhà khoa học phát hiện ra rằng kích thước nano có thể làm thay đổi tính chất vật liệu. Các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng FePd và FePt có thể được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó có hóa siêu âm và điện hóa siêu âm. Những phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn hiệu quả trong việc tạo ra các hạt nano với kích thước đồng đều.

II. Thách thức trong nghiên cứu hạt nano từ tính FePd và FePt

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc nghiên cứu và chế tạo hạt nano từ tính vẫn gặp phải nhiều thách thức. Các vấn đề như độ đồng đều của kích thước, tính chất từ và khả năng ổn định hóa học là những yếu tố cần được giải quyết. Việc tìm ra phương pháp chế tạo hiệu quả và tiết kiệm chi phí cũng là một thách thức lớn trong nghiên cứu này.

2.1. Độ đồng đều kích thước hạt nano

Độ đồng đều kích thước của hạt nano là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến tính chất từ của chúng. Các nghiên cứu cho thấy rằng kích thước không đồng đều có thể dẫn đến sự phân bố không đồng nhất của các tính chất từ, làm giảm hiệu suất của vật liệu trong ứng dụng thực tế.

2.2. Tính ổn định hóa học của hạt nano

Tính ổn định hóa học của FePd và FePt là một vấn đề quan trọng trong nghiên cứu. Các hạt nano này có thể bị oxi hóa hoặc phân hủy trong môi trường ẩm ướt, ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của sản phẩm. Do đó, việc tìm ra các phương pháp bảo vệ và cải thiện tính ổn định hóa học là cần thiết.

III. Phương pháp chế tạo hạt nano từ tính FePd và FePt hiệu quả

Phương pháp hóa siêu âm và điện hóa siêu âm đã được chứng minh là hiệu quả trong việc chế tạo hạt nano từ tính. Những phương pháp này không chỉ giúp tạo ra các hạt nano với kích thước đồng đều mà còn cải thiện tính chất từ của chúng. Việc áp dụng các công nghệ này trong nghiên cứu sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc phát triển vật liệu nano.

3.1. Phương pháp hóa siêu âm

Phương pháp hóa siêu âm sử dụng sóng siêu âm để tạo ra các hạt nano từ tính. Quá trình này giúp tăng cường sự khuếch tán và giảm kích thước hạt, từ đó tạo ra các hạt nano với tính chất từ tốt hơn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc điều chỉnh các thông số như tần số và thời gian rung có thể ảnh hưởng lớn đến kích thước và tính chất của hạt nano.

3.2. Phương pháp điện hóa siêu âm

Phương pháp điện hóa siêu âm kết hợp giữa điện hóa và sóng siêu âm để chế tạo hạt nano. Phương pháp này cho phép kiểm soát tốt hơn quá trình hình thành hạt và cải thiện tính chất từ của chúng. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc tối ưu hóa các thông số điện hóa có thể dẫn đến sự cải thiện đáng kể về tính chất từ của FePd và FePt.

IV. Kết quả nghiên cứu tính chất hạt nano từ tính FePd và FePt

Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng hạt nano từ tính chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm và điện hóa siêu âm có nhiều tính chất ưu việt. Các hạt nano này không chỉ có kích thước đồng đều mà còn có tính chất từ mạnh mẽ, phù hợp cho các ứng dụng trong công nghệ ghi từ và thiết bị điện tử. Việc phân tích các tính chất này sẽ giúp hiểu rõ hơn về khả năng ứng dụng của chúng trong thực tế.

4.1. Tính chất từ của hạt nano FePd

Hạt nano FePd chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm cho thấy tính chất từ mạnh mẽ với độ bão hòa cao. Các nghiên cứu cho thấy rằng tính chất từ của chúng có thể được cải thiện bằng cách điều chỉnh các thông số chế tạo. Điều này mở ra cơ hội cho việc phát triển các vật liệu từ tính mới với hiệu suất cao.

4.2. Tính chất từ của hạt nano FePt

Tương tự như FePd, hạt nano FePt cũng cho thấy tính chất từ ấn tượng. Việc nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất từ của chúng sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất trong các ứng dụng thực tế. Các kết quả cho thấy rằng FePt có thể trở thành vật liệu lý tưởng cho các thiết bị ghi từ mật độ cao.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu hạt nano từ tính

Nghiên cứu về hạt nano từ tính FePd và FePt đã mở ra nhiều cơ hội mới trong lĩnh vực vật liệu nano. Các phương pháp chế tạo như hóa siêu âm và điện hóa siêu âm đã chứng minh hiệu quả trong việc tạo ra các hạt nano với tính chất từ tốt. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng mới trong công nghệ ghi từ và thiết bị điện tử.

5.1. Triển vọng ứng dụng trong công nghệ ghi từ

Với tính chất từ mạnh mẽ, hạt nano từ tính có thể được ứng dụng trong công nghệ ghi từ mật độ cao. Việc phát triển các vật liệu này sẽ giúp cải thiện hiệu suất và độ tin cậy của các thiết bị lưu trữ thông tin. Nghiên cứu này có thể mở ra hướng đi mới cho các sản phẩm công nghệ cao trong tương lai.

5.2. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Hướng nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa các phương pháp chế tạo và cải thiện tính chất từ của hạt nano. Việc nghiên cứu sâu hơn về mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất sẽ giúp phát triển các vật liệu mới với hiệu suất cao hơn. Điều này không chỉ có lợi cho ngành công nghiệp mà còn cho các ứng dụng trong nghiên cứu khoa học.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Nguyễn Thị Thanh Vân (2014). Nghiên cứu một số tính chất của các hệ hạt nano từ tính FePd và FePt chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm và điện hóa siêu âm. Luận án Tiến sĩ Vật lý, chuyên ngành Vật lý Chất rắn (Mã số: 62440104). Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Người hướng dẫn khoa học: GS. Nguyễn Hoàng Lương và PGS. Nguyễn Hoàng Hải.

---

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Vật liệu FePt và FePd có hằng số dị hướng từ tinh thể lớn, từ độ bão hòa lớn và độ ổn định hóa học cao, được xem là vật liệu tiềm năng cho các linh kiện ghi từ mật độ cao. Nhu cầu nâng cao mật độ ghi từ (phổ biến ở mức 100 Gb/in², có thể nâng đến cỡ Tb/in²) cùng với xu hướng tiểu hình hóa thiết bị điện tử thúc đẩy việc nghiên cứu chế tạo hạt nano từ cứng với lực kháng từ lớn và từ độ bão hòa cao. Theo tác giả, hạt nano FePt đã được chế tạo bằng nhiều phương pháp như biến dạng cơ học, nóng chảy hồ quang, phún xạ, hóa, xung laser và điện phân; hạt nano FePd cũng được chế tạo bằng phương pháp hóa và phún xạ. Tuy nhiên, theo đánh giá của tác giả, rất ít nhóm nghiên cứu trên thế giới đã chế tạo hạt nano FePt và FePd bằng phương pháp hóa siêu âm và điện hóa siêu âm. Riêng đối với hạt nano FePd, theo nhận định trong luận án, chưa có nhóm tác giả nào trên thế giới sử dụng phương pháp hóa siêu âm để chế tạo.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án đặt mục tiêu: (1) chế tạo thành công hạt nano FePt và FePd bằng phương pháp hóa siêu âm và điện hóa siêu âm; (2) nghiên cứu các tính chất cấu trúc và một số tính chất từ của các hạt nano đó; (3) khảo sát ảnh hưởng của các chế độ xử lý nhiệt tới tính chất từ và sự thay đổi cấu trúc; (4) so sánh kết quả thực nghiệm giữa hạt nano FePt và FePd chế tạo bằng cùng một phương pháp, và giữa hạt nano FePt chế tạo bằng hai phương pháp khác nhau.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là các hệ hạt nano từ tính FePd và FePt với các tỷ phần thành phần nguyên tử khác nhau (ký hiệu FD1–FD5 cho FePd, FT1–FT5 cho FePt). Phạm vi thực nghiệm giới hạn trong điều kiện phòng thí nghiệm tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, với kinh phí hỗ trợ từ đề tài NAFOSTED mã số 103.09. Luận án được hoàn thành và bảo vệ năm 2014.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Tác giả điểm lại các hướng nghiên cứu chính liên quan đến hạt nano FePt và FePd trên thế giới, tập trung vào chế tạo và tính chất từ:

• Sun và cộng sự (2000) chế tạo hạt nano FePt bằng phương pháp hóa khử từ tiền chất Pt(acac)₂ và Fe(CO)₅. Kích thước hạt từ 3 nm đến 10 nm (đo bằng TEM); mẫu Fe₅₂Pt₄₈ ủ tại 550°C cho lực kháng từ Hc = 4,3 kOe.
• Hao Zeng và cộng sự (2002) chế tạo hạt nano FePt từ Fe(CO)₅/Pt(acac)₂ ở nhiệt độ cao, ủ trong khoảng 500°C–800°C (1 giờ, khí Ar+5%H₂). Lực kháng từ đạt cực đại cỡ 20 kOe tại nhiệt độ ủ 600°C, sau đó giảm khi tăng tiếp nhiệt độ.
• Saita và Maenosono chế tạo FePt từ Fe(OEt)₃ và Pt(acac)₂ với axit oleic và oleylamin. Hạt trước ủ có pha fcc, kích thước 2,9 nm (tính từ XRD); sau ủ tại 600°C/30 phút trong Ar/H₂ chuyển thành pha fct L1₀ (c = 3,711 Å, a = 3,855 Å, c/a = 0,963), lực kháng từ 11,2 kOe.
• Sato và cộng sự (2002) chế tạo hạt nano FePt và FePd bằng phương pháp bốc bay chùm điện tử trên đế NaCl(001) và MgO(001), đạt Hc = 5 kOe (FePt) và Hc = 3 kOe (FePd) với nhiệt độ ủ 500°C–600°C. Thông số trật tự FePt đạt s = 0,56 khi ủ 600°C trong 24 giờ.
• Watanabe và cộng sự (2006) chế tạo FePd bằng phương pháp hóa từ Pd(acac)₂ và Fe(CO)₅, ủ tại 600°C/1 giờ trong chân không; Hc hạt nano FePd trước ủ là 630 Oe, sau ủ là 2040 Oe.
• Sato và đồng nghiệp (2009) chế tạo hạt nano FePd bằng phương pháp lắng đọng electron Pd và Fe trên đế NaCl(001) ở nhiệt độ đế 400°C, kích thước hạt đo được 10 nm; quan sát cấu trúc nguyên tử bằng TEM phân giải cao.
• Ristau và cộng sự khảo sát tính chất từ màng mỏng FePt, xác định tỷ phần pha trật tự theo phương trình Johnson-Mehl-Avrami: f = 1 − exp(−kt^n) với số mũ Avrami n = 1,1; mẫu ủ 120 phút hoặc lâu hơn chỉ còn pha trật tự.
• Michaelsen và đồng nghiệp thảo luận về vai trò của phương pháp nhiệt lượng quét vi sai (DSC) trong nghiên cứu màng mỏng và chuyển pha.
• Barmak và đồng nghiệp sử dụng DSC để xác định enthalpy của chuyển pha bất trật tự–trật tự: −10,2 ± 2,1 kJ/nguyên tử gam với FePt và −3,1 ± 0,2 kJ/nguyên tử gam với CoPt; số mũ Avrami thực nghiệm n ≈ 1,5 cho cả hai hợp kim.
• Tại Việt Nam, Nguyen Hoang Luong và cộng sự nghiên cứu màng mỏng Fe₅₆Pt₄₄ bằng phương pháp phún xạ; Nguyen Thi Thanh Van và đồng nghiệp nghiên cứu màng mỏng (FePt)₁₀₀₋ₓCuₓ bằng phương pháp phún xạ; Nguyễn Hoàng Hải và đồng nghiệp chế tạo hạt nano FePt bằng phương pháp điện hóa siêu âm.
• Nguyễn Hoàng Hải và cộng sự cũng đã nghiên cứu độ nhớt từ trên vật liệu α-Fe(Co)/(Nd,Pr)₂Fe₁₄B, kết quả được tác giả luận án sử dụng để đối chiếu khi phân tích hiệu ứng nhớ từ.

Khoảng trống luận án lựa chọn: Chưa có công bố nào về việc chế tạo hạt nano FePd bằng phương pháp hóa siêu âm, và rất ít công bố về việc chế tạo hạt nano FePt và FePd bằng phương pháp điện hóa siêu âm.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Lý thuyết và khung phân tích

Luận án dựa trên các khái niệm và lý thuyết cốt lõi của vật lý chất rắn và vật lý từ học:

• Chuyển pha bất trật tự – trật tự (A1–L1₀): Khi ủ dưới nhiệt độ tới hạn (Tth = 1300°C với FePt), các nguyên tử Fe và Pt sắp xếp theo trình tự trên các mặt phẳng luân phiên dọc trục c, chuyển cấu trúc fcc (pha A1) sang fct (pha L1₀). Quá trình được mô tả theo mô hình Johnson-Mehl-Avrami với phương trình f = 1 − exp(−kt^n).
• Thông số trật tự s: Được xác định theo công thức s = (rFe − xFe)/yPt = (rPt − xPt)/yFe, tính từ tỷ số diện tích vạch siêu mạng và vạch cơ bản trong giản đồ nhiễu xạ tia X, sử dụng thừa số Debye–Waller (M), thừa số tán xạ nguyên tử (f, φ) và thừa số phân cực Lorentz (LP).
• Dị hướng từ tinh thể và dị hướng đơn trục: Năng lượng từ tinh thể Ec = K₁sin²θ + K₂sin⁴θ + …, trong đó Ki là hằng số dị hướng bậc i. Cấu trúc L1₀ FePt có K₁ = 6,6–10 × 10⁶ J/m³, FePd có K₁ = 1,8 × 10⁶ J/m³.
• Độ nhớt từ và lý thuyết hồi phục năng lượng: Sự biến thiên từ độ theo thời gian được mô tả qua M(t) ∝ ln(t/τ₀), với τ₀ = exp(E/kBT). Cửa sổ năng lượng tại thời điểm t: Ec = kBT·ln(t/τ₀).
• Hiện tượng xâm thực âm học: Áp suất tại điểm nóng tính theo pdn = 114Rr^1,88·I^0,17·f^0,11; nhiệt độ điểm nóng đạt vài nghìn Kelvin, tốc độ thay đổi nhiệt độ cỡ 10¹⁰ K/s.

Phương pháp chế tạo mẫu

Luận án sử dụng hai phương pháp:

1. Phương pháp hóa siêu âm: Dung dịch hai muối Fe(C₂H₃O₂)₂ và Pd(C₂H₃O₂)₂ (hoặc H₂PtCl₆ thay cho muối Pt) được chiếu xạ siêu âm trong bình 3 cổ. Thời gian rung siêu âm cho FePd là 1,5 giờ, cho FePt là 4 giờ. Hạt sau khi chế tạo được xử lý nhiệt (ủ) trong khoảng 450°C–650°C với thời gian 1 giờ.
2. Phương pháp điện hóa siêu âm: Sử dụng hệ điện hóa siêu âm với xung dòng điện và xung siêu âm đồng bộ. Cường độ xung dòng thay đổi từ 15 mA/cm² đến các giá trị khác (FT2–FT5). Mẫu FePt được ủ tại 700°C/1 giờ.

Thiết bị đo và phân tích

• Phổ tán sắc năng lượng (EDS): phân tích thành phần nguyên tử.
• Nhiễu xạ tia X (XRD), nhiễu xạ kế D5005 tại Trung tâm Khoa học Vật liệu: xác định cấu trúc, hằng số mạng và thông số trật tự.
• Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM): khảo sát vi hình thái và kích thước hạt.
• Từ kế mẫu rung (VSM): đo tính chất từ ở nhiệt độ phòng.
• Hệ đo PPMS Evercool II: đo tính chất từ ở nhiệt độ thấp (2 K, 10 K, 50 K).

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương này trình bày nền tảng lý thuyết về hai hệ vật liệu FePt và FePd. Với FePt, tác giả mô tả giản đồ pha (ba pha bền: Fe₃Pt, FePt, FePt₃), cấu trúc tinh thể của pha fcc và fct, quá trình chuyển pha A1–L1₀, cách tính thông số trật tự từ giản đồ XRD và năng lượng chuyển pha (enthalpy = −10,2 ± 2,1 kJ/nguyên tử gam). Bảng thông số cấu trúc cho biết FePt trật tự L1₀ có a = 3,86 Å, c = 3,71 Å, c/a = 0,96; hằng số dị hướng K₁ = 7 × 10⁶ J/m³, từ độ bão hòa MS = 1,4 T, nhiệt độ Curie TC = 750 K. Với FePd, pha trật tự L1₀ có a = 3,852 Å và c = 3,723 Å, K₁ = 1,8 × 10⁶ J/m³, μ₀MS = 1,39 T, TC = 800 K. Chương trình bày chi tiết cơ chế xâm thực âm học, cấu tạo hệ thống điện hóa siêu âm và các thông số ảnh hưởng đến quá trình điện hóa siêu âm.

Chương 2: Thực nghiệm

Chương mô tả chi tiết quy trình chế tạo ba nhóm mẫu: (i) hạt nano FePd bằng phương pháp hóa siêu âm (bình 3 cổ, thời gian 1,5 giờ); (ii) hạt nano FePt bằng phương pháp hóa siêu âm (thời gian 4 giờ); (iii) hạt nano FePt bằng phương pháp điện hóa siêu âm với xung dòng 15 mA/cm² và các giá trị khác. Sau khi chế tạo, các mẫu được xử lý nhiệt ở thời gian ủ 1 giờ tại nhiều nhiệt độ khác nhau. Chương cũng mô tả nguyên lý và cấu hình của các thiết bị đo: nhiễu xạ kế D5005, kính TEM, VSM (sơ đồ nguyên lý) và PPMS Evercool II.

Chương 3: Cấu trúc và tính chất từ của hạt nano FePd chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm

Năm mẫu FexPd₁₀₀₋ₓ với x = 42, 50, 55, 60, 63 (ký hiệu FD1–FD5) được chế tạo và ủ tại các nhiệt độ từ 450°C đến 600°C. Phổ EDS xác nhận thành phần nguyên tử thực tế của từng mẫu. Ảnh TEM cho thấy sự thay đổi vi hình thái trước và sau ủ của mẫu FD4. Giản đồ XRD ghi nhận hằng số mạng phụ thuộc vào nhiệt độ ủ (bảng sự phụ thuộc hằng số mạng theo nhiệt độ ủ của FP4) và theo thành phần mẫu khi ủ tại 550°C/1 giờ. Về tính chất từ, đường cong từ hóa ban đầu của mẫu FD4 ủ tại các nhiệt độ 450°C, 500°C, 550°C, 600°C được đo tại 2 K. Đường cong từ trễ ở nhiệt độ phòng của các mẫu FD1–FD5 ủ tại các nhiệt độ khác nhau, và đường từ trễ của FePd ủ tại 550°C với x = 42, 50, 55, 60, 63, được trình bày đầy đủ. Mẫu FD4 được đo đường từ trễ ở 50 K, 10 K và 2 K; sự phụ thuộc của Hc và độ vuông từ (S) vào nhiệt độ đo và nhiệt độ ủ được phân tích. Một kết quả đáng chú ý là hiệu ứng nhớ từ quan sát được trên mẫu FD4 ủ tại 550°C (FD4-550) với các chuỗi thay đổi từ trường trong vùng −2 kOe đến −1,7 kOe, −1,8 kOe, −1,9 kOe, −1,975 kOe, −1,99 kOe và −2,1 kOe; sự phụ thuộc của từ độ theo logarit thời gian được trình bày trong phần hình nhỏ kèm theo từng đường cong nhớ từ. Độ nhớt từ S* phụ thuộc vào từ trường ngoài của mẫu FD4 cũng được trình bày, kèm theo đồ thị sự phụ thuộc của từ độ theo thời gian sau khi từ hóa bão hòa ở +13,5 kOe rồi đảo từ về −2 kOe.

Chương 4: Cấu trúc và tính chất từ của hạt nano FePt chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm

Mẫu FT1 (Fe₅₀Pt₅₀ danh nghĩa) và các biến thể được chế tạo và ủ tại 450°C, 500°C, 550°C, 600°C và 650°C/1 giờ. Phổ EDS xác nhận thành phần mẫu FT1. Ảnh TEM cho thấy trạng thái vi hình thái sau khi chế tạo. Giản đồ XRD của mẫu FT1 trước ủ và sau ủ tại các nhiệt độ được trình bày; đồ thị hằng số mạng và thông số trật tự s theo nhiệt độ ủ (bảng sự phụ thuộc của hằng số mạng theo nhiệt độ ủ của FT1, bảng thông số trật tự của các mẫu FT1 ủ tại các nhiệt độ khác nhau) cho thấy sự hình thành pha trật tự fct L1₀. Đường cong từ trễ ở nhiệt độ phòng của mẫu FT1 ngay sau khi chế tạo và sau khi ủ tại các nhiệt độ khác nhau được trình bày. Đặc biệt, chương so sánh hai chế độ nguội sau ủ — nguội bình thường và nguội nhanh — ở các nhiệt độ ủ 450°C, 500°C, 550°C, 600°C, 650°C: sự phụ thuộc của lực kháng từ, từ độ bão hòa và độ vuông từ vào nhiệt độ ủ của mẫu FT1 và FT1-f (nguội nhanh) được so sánh trực tiếp.

Chương 5: Cấu trúc và tính chất từ của hạt nano FePt chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm

Hạt nano Fe₄₅Pt₅₅ và các mẫu FT2–FT5 được chế tạo với cường độ xung dòng 15 mA/cm² và các giá trị khác. Phổ EDS của mẫu chế tạo với xung dòng 15 mA/cm² xác nhận thành phần. Ảnh TEM của mẫu Fe₄₅Pt₅₅ trước ủ và sau ủ tại 700°C/1 giờ được trình bày; giản đồ XRD (trước và sau ủ) cho thấy sự chuyển pha fcc → fct. Đường cong từ trễ ở nhiệt độ phòng của mẫu với xung dòng 15 mA/cm² và đường từ trễ của các mẫu FT2–FT5 ủ tại 700°C/1 giờ được so sánh. Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào cường độ xung dòng (ủ 700°C) và vào nhiệt độ ủ (mẫu FT2) được trình bày. Ở nhiệt độ thấp, đường từ trễ của mẫu FT2 tại các nhiệt độ đo khác nhau cùng với sự phụ thuộc của Hc và độ vuông từ theo nhiệt độ của mẫu FT2 ủ tại 700°C/1 giờ được phân tích.

---

Kết quả và những đóng góp mới

Theo phần kết luận chung của luận án, các kết quả và đóng góp chính gồm:

• Lần đầu tiên chế tạo thành công hạt nano FePd bằng phương pháp hóa siêu âm và chế tạo hạt nano FePt bằng phương pháp hóa siêu âm; đây là hai hướng chưa được công bố trước đó theo đánh giá của tác giả.
• Xác lập được quy trình chế tạo và các thông số thực nghiệm (thời gian siêu âm, nồng độ tiền chất, nhiệt độ và thời gian ủ, chế độ nguội) ảnh hưởng đến thành phần, cấu trúc và tính chất từ của hạt nano FePd và FePt.
• Xác định sự phụ thuộc của hằng số mạng, thông số trật tự, lực kháng từ Hc và độ vuông từ S vào nhiệt độ ủ và thành phần nguyên tử cho cả hai hệ.
• Làm rõ ảnh hưởng của chế độ nguội (nguội bình thường và nguội nhanh) sau ủ đối với tính chất từ của hạt nano FePt chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm.
• Với hạt nano FePt chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm, xác định được ảnh hưởng của cường độ xung dòng đến lực kháng từ và độ vuông từ; đề xuất điều kiện ủ phù hợp (700°C/1 giờ).
• Quan sát và phân tích định tính hiệu ứng nhớ từ trên hạt nano FePd, với kết quả là sự phụ thuộc logarit của từ độ theo thời gian, phù hợp với lý thuyết hồi phục năng lượng (Boltzmann–Arrhenius).
• Thực hiện so sánh tính chất từ giữa hạt nano FePt chế tạo bằng hai phương pháp (hóa siêu âm và điện hóa siêu âm).

Luận án không trình bày mục riêng về kiến nghị chính sách; các đề xuất mang tính kỹ thuật thực nghiệm (lựa chọn nhiệt độ ủ, thành phần nguyên tử, chế độ nguội, cường độ xung dòng) được trình bày trực tiếp trong từng chương kết quả.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Luận án không có mục riêng về hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp theo. Dựa trên phạm vi nghiên cứu được trình bày trong văn bản, có thể nhận thấy: phạm vi thành phần nguyên tử được khảo sát còn giới hạn ở một số dải nhất định; tính chất từ ở nhiệt độ thấp chỉ được thực hiện chi tiết cho một số mẫu đại diện; các cơ chế vi mô của hiệu ứng nhớ từ chưa được mô phỏng tính toán đi kèm. Việc mở rộng sang các hệ ba nguyên tố (ví dụ FePtCu đã được đề cập trong lời cảm ơn qua công bố màng mỏng trước đó của tác giả) và tối ưu hóa quy trình hóa siêu âm cho sản lượng lớn hơn là các hướng có thể khai thác tiếp theo.

---

Giá trị tham khảo

Luận án có giá trị tham khảo đối với các nhóm đối tượng sau:

• Nghiên cứu sinh và nhà nghiên cứu trong lĩnh vực vật lý chất rắn, vật lý từ học và khoa học vật liệu nano quan tâm đến hệ hợp kim FePt và FePd, đặc biệt phần lý thuyết chuyển pha A1–L1₀ (Chương 1) và phương pháp tính thông số trật tự từ giản đồ XRD.
• Nhà nghiên cứu về phương pháp hóa siêu âm và điện hóa siêu âm: quy trình chi tiết chế tạo hạt nano trong Chương 2 và phần mô tả hiện tượng xâm thực âm học cùng các thông số điện hóa siêu âm trong Chương 1 cung cấp nền tảng thực nghiệm có thể tham khảo trực tiếp.
• Nhà nghiên cứu về vật liệu ghi từ mật độ cao: các bảng so sánh tính chất từ của FePt, FePd với các nam châm vĩnh cửu (SmCo₅, Nd₂Fe₁₄B) và vật liệu ghi từ điển hình (Co, CoPt, MnAl) cung cấp dữ liệu tham chiếu có hệ thống.
• Người làm thực nghiệm từ học: phần mô tả và phân tích hiệu ứng nhớ từ trên hạt nano FePd (Chương 3) là tài liệu tham khảo về quy trình đo và cách trình bày kết quả nhớ từ.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Hạt nano FePd được chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm từ tiền chất nào và trong bao lâu? Theo Chương 2, dung dịch hai muối Fe(C₂H₃O₂)₂ và Pd(C₂H₃O₂)₂ được cho vào bình 3 cổ và chiếu xạ siêu âm trong 1,5 giờ để tạo thành hạt nano FePd.

2. Tại sao cần so sánh hai chế độ nguội (nguội bình thường và nguội nhanh) sau khi ủ mẫu FePt? Chương 4 cho thấy chế độ nguội ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất từ của hạt nano FePt: lực kháng từ, từ độ bão hòa và độ vuông từ của mẫu FT1 và FT1-f (nguội nhanh) có sự khác biệt đáng kể theo nhiệt độ ủ, do pha trật tự fct có thể bị "đóng băng" ở trạng thái khác nhau tùy vào tốc độ nguội.

3. Hiệu ứng nhớ từ trên mẫu FD4-550 biểu hiện như thế nào trong thực nghiệm? Theo Chương 3, mẫu FD4-550 được từ hóa bão hòa rồi đảo từ trường trong vùng từ −2 kOe đến các giá trị như −1,7 kOe, −1,8 kOe, −1,9 kOe v.v. Từ độ thay đổi theo logarit thời gian (biểu diễn trong phần hình nhỏ kèm theo từng đường cong nhớ từ), phù hợp với biểu thức lý thuyết M(t) ∝ ln(t/τ₀).

4. Thông số trật tự s của hạt nano FePt đạt giá trị bao nhiêu và được tính như thế nào? Thông số trật tự s được tính từ tỷ số diện tích (hoặc cường độ) vạch siêu mạng (001) và vạch cơ bản (002) trong giản đồ XRD, sử dụng các thừa số Debye (M), tán xạ nguyên tử (f, φ) và phân cực Lorentz (LP). Giá trị cụ thể của s theo từng nhiệt độ ủ của mẫu FT1 được tổng hợp trong bảng thông số trật tự của Chương 4; để so sánh, tài liệu trích dẫn của Sato và cộng sự (2002) ghi nhận s = 0,56 cho FePt ủ tại 600°C trong 24 giờ.

5. Trong phương pháp điện hóa siêu âm, cường độ xung dòng ảnh hưởng như thế nào đến lực kháng từ của hạt nano FePt? Theo Chương 5, mẫu FePt được chế tạo với cường độ xung dòng bắt đầu từ 15 mA/cm² và các giá trị khác (FT2–FT5); sau khi ủ tại 700°C/1 giờ, sự phụ thuộc của lực kháng từ vào cường độ xung dòng chế tạo được trình bày dưới dạng đồ thị, cho thấy cường độ xung dòng là thông số điều chỉnh được tính chất từ của hạt nano FePt chế tạo theo phương pháp này.

---

Kết luận

Luận án của Nguyễn Thị Thanh Vân (2014) trình bày một cách hệ thống quy trình chế tạo và các tính chất vật lý của hạt nano FePd và FePt bằng hai phương pháp hóa siêu âm và điện hóa siêu âm — hai phương pháp ít được khai thác cho hai hệ vật liệu này theo đánh giá của tác giả tại thời điểm công bố. Công trình xác lập được mối liên hệ giữa các thông số chế tạo (thành phần nguyên tử, nhiệt độ và thời gian ủ, chế độ nguội, cường độ xung dòng) với cấu trúc (hằng số mạng, thông số trật tự) và tính chất từ (Hc, MS, S) của hạt nano. Bên cạnh đó, việc quan sát và phân tích hiệu ứng nhớ từ trên hệ FePd là một kết quả thực nghiệm được triển khai chi tiết trong khuôn khổ lý thuyết hồi phục năng lượng. Kết quả tổng hợp từ ba nhóm mẫu (FePd hóa siêu âm, FePt hóa siêu âm, FePt điện hóa siêu âm) cung cấp dữ liệu thực nghiệm có thể tham khảo trong các nghiên cứu tiếp theo về vật liệu từ cứng kích thước nano.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. Vật liệu FePt Với ba thành phần pha FePt, Fe3Pt, FePt3 bền vững, hệ FePt là hợp kim có nhiều tính chất lý thú. Hợp kim này có thể tồn tại với các trạng thái từ rất khác nhau tuỳ thuộc vào nhiệt độ tạo mẫu, nhiệt độ ủ, hợp phần và trạng thái cấu trúc tinh thể của vật liệu [1]. Do có dị hướng từ lớn, nhiệt độ Curie cao, từ độ bão hòa lớn, độ ổn định hóa học cao, vật liệu FePt có cấu trúc L1o hứa hẹn rất nhiều ứng dụng khác nhau [42,55,102].

Giản đồ pha của hệ FePt Phần trăm khối lượng Pt A1 FePt L1o FePt Phần trăm nguyên tử Pt Hình 1. Giản đồ pha của hợp kim FePt [48]. 18 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Giản đồ pha của hệ hợp kim FePt được đưa ra trên hình 1. Pha bất trật tự tồn tại trên nhiệt độ chuyển tiếp, nó có cấu trúc lập phương tâm mặt (face-centered cubic - fcc).

Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng pha trật tự của hợp kim FePt có cấu trúc tứ giác tâm mặt (face-centered tetragonal - fct) loại L1o với các hằng số mạng: a= 3,838 Å và c= 3,714 Å. Cấu trúc này được gọi là pha trật tự L1o của FePt. Trong pha trật tự Fe3Pt (FePt3) kiểu L12, các nguyên tử Pt (Fe) chiếm giữ vị trí (000) và các nguyên tử Fe (Pt) chiếm giữ các vị trí (½ ½ 0), (0 ½ ½) và (½ 0 ½). Trong pha trật tự L1o, các nguyên tử Fe chiếm giữ các vị trí (000), (½ ½ 0) và Pt (½ 0 ½), (0 ½ ½ ) tạo nên các mặt phẳng luân phiên dọc theo trục c, dẫn tới hiệu ứng méo mạng tứ diện, ứng với pha bất trật tự.

Cấu trúc tinh thể của hệ FePt a) b) Hình 1. Mô tả cấu trúc tính thể của các pha bất trật tự (fcc) (a) và trật tự (fct) (b) của hợp kim FePt (Hình tròn rỗng là Fe, hình tròn đặc là Pt). Hệ hợp kim FePt tồn tại ở dạng hỗn hợp rắn trong dải liên tục ở nhiệt độ cao và người ta đã xác định được ba thành phần pha bền vững của hệ FePt tại nhiệt độ thấp: Fe3Pt, FePt, FePt3 (hình 1. Những pha này có thể tồn tại trong trạng thái bất trật tự với sự phân bố của các nguyên tử Fe và Pt là tự do 19 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] hay trật tự một phần hoặc trong trạng thái trật tự hoàn toàn, mà ở đó các nguyên tử Fe và Pt chiếm những vị trí xác định (hình 1.

Hợp kim trật tự hoàn toàn được gọi là siêu mạng hay siêu cấu trúc. Trong trạng thái bất trật tự, cả ba pha trên đều có cấu trúc fcc. Trong trạng thái trật tự, hợp kim Fe3Pt và FePt3 có cấu trúc fcc kiểu L12 (loại AuCu3) còn hợp kim FePt có cấu trúc fct kiểu L1o (loại AuCu). Thông số cấu trúc tinh thể của các pha Fe3Pt, FePt và FePt3 trong trạng thái trật tự và bất trật tự [12,31].

Bất trật tự Trật tự Hằng số Hằng số mạng (Å) Cấu trúc Cấu trúc c/a mạng (Ǻ) a c Lập Lập phương Fe3Pt 3,72 phương tâm mặt 3,73 - - tâm mặt Lập phương Tứ giác FePt 3,80 3,86 3,71 0,96 tâm mặt tâm mặt Lập Lập phương FePt3 3,86 phương tâm mặt 3,87 - - tâm mặt Giá trị thông số mạng của các pha bền của hợp kim trong trạng thái trật tự và mất trật tự được đưa ra trong bảng 1.1 và cấu trúc trật tự được chỉ ra trên hình 1. Trong pha trật tự Fe3Pt (FePt3) kiểu L12, các nguyên tử Pt (Fe) chiếm giữ vị trí 000 và các nguyên tử Fe (Pt) chiếm giữ các vị trí (½ ½ 0), (0 ½ ½) và (½ 0 ½).