Nghiên Cứu Vật Liệu Dân Dụng Từ Tín Hiệu Mới

Luận văn nghiên cứu chế tạo vật liệu và tính chất của dây nano từ tính nền co, mang lại hiểu biết sâu sắc về ứng dụng trong công nghệ.

• Người hướng dẫn: TS. Lưu Mạnh Quỳnh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật liệu
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Dân Dụng Từ Tín Hiệu Mới
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TỈNH
• 1.1. Giới thiệu chung về dây nano từ tỉnh
• 1.2. Ảnh hưởng của từ trường trong quá trình lắng đọng
• 1.3. Ảnh hưởng của độ pH trong dung dịch lắng đọng
• 1.4. Một số nghiên cứu về vật liệu 0-Pi-R
• 1.5. Quy trình chế tạo dây nano từ tỉnh
• 1.6. Quy trình chế tạo vật liệu dây nano từ tỉnh
• 1.7. Chế tạo lớp điện tử làm việc trên một mặt của khuôn mẫu P0
• 1.8. Mô tả quá trình lắng đọng điện hóa
• 1.9. Mô tả quá trình lắng đọng điện hóa trong từ trường
• 1.10. Dung dịch lắng đọng của dây nano đơn nguyên, đa nguyên và dây nhiều đoạn
• 1.11. Quy trình tổng hợp vật liệu dây nano từ tỉnh
• 1.12. Hiển vi điện tử quét
• 1.13. Hiển vi điện tử truyền qua
• 2. CHƯƠNG 2: THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Thiết bị Autolab 3020 tại Trung Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội
• 2.2. Hệ lắng đọng điện hóa tại Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp
• 2.3. Ảnh hình thái bề mặt khuôn mẫu P0
• 2.4. Mô tả sơ đồ bố trí mạch điện tử trong quá trình lắng đọng điện hóa
• 2.5. Mô tả sơ đồ lắng đọng điện hóa trong từ trường
• 2.6. Mô tả quá trình tổng hợp vật liệu dây nano từ tỉnh
• 2.7. Hiển vi điện tử quét JSM Jeol 5410 LV
• 2.8. Sự tán xạ của chùm tia X trên mặt phẳng tinh thể
• 3. CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP VẬT LIỆU DÂY NANO TỪ TỈNH
• 3.1. Nghiên cứu tính chất của vật liệu dây nano từ tỉnh 0-Pi-R
• 3.2. Khảo sát tính chất từ của màng dây nano 0-Pi-R
• 3.3. Khảo sát tính chất từ của vật liệu dây nano 0-Pi-R
• 3.4. Khảo sát tính chất từ của vật liệu dây nano 0-Pi-R.2
• 3.5. Khảo sát tính chất từ của vật liệu dây nano 0-Pi-R.3
• 3.6. Khảo sát tính chất từ của vật liệu dây nano 0-Pi-R.4
• 3.7. Khảo sát tính chất từ của vật liệu dây nano 0-Pi-R.5
• 4. CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN ĐIỆN TỬ LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA DÂY NANO TỪ TỈNH 0-Pi-R
• 4.1. Ảnh hưởng của độ pH lên vật liệu dây nano từ tỉnh 0-Pi-R
• 4.2. Giá trị lực kháng từ và tỷ số Mr/MMax của dây nano 0-Pi-R
• 4.3. Ảnh hưởng của từ trường lắng đọng lên dây nano 0-Pi-R
• 4.4. Ảnh hưởng của các điều kiện điện tử lên tính chất từ của dây nano 0-Pi-R
• 4.5. Sự phụ thuộc của tỷ số Mr/MMax và độ pH
• 4.6. Sự phụ thuộc của lực kháng từ và độ pH
• 4.7. Sự phụ thuộc của lực kháng từ và phần trăm nguyên tử P
• 4.8. Đường đặc trưng mật độ dòng – thời gian của màng dây nano 0-Pi-R
• 4.9. Ảnh SEM của màng dây 0-Pi-R với đường kính 200 nm
• 4.10. Ảnh TEM và ảnh nhiễu xạ điện tử lựa chọn vùng (SAED)
• 4.11. Giản đồ nhiễu xạ X của dây 0-Pi-R với đường kính khác nhau
• 4.12. Đường đặc trưng của màng dây 0-Pi-R ở nhiệt độ khác nhau
• 4.13. Sự phụ thuộc của lực kháng từ và tỷ số vuông góc Mr/MMax
• 4.14. Sự phụ thuộc của hằng số dị hướng từ hiệu dụng và đường kính dây 0-Pi-R
• 4.15. Đường đặc trưng mật độ dòng - thời gian
• 4.16. Ảnh TEM và phổ tán xạ của một dây 0-Pi-R
• 4.17. Ảnh HRTEM của dây 0-Pi-R dưới tác dụng từ trường
• 4.18. Giản đồ nhiễu xạ X của dây 0-Pi-R dưới tác dụng từ trường
• 4.19. Đường đặc trưng của màng dây 0-Pi-R dưới tác dụng từ trường
• 4.20. Mô tả quá trình quang mô men từ của các hạt từ
• 5. CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DÂY NANO TỪ TỈNH NHIỀU ĐOẠN
• 5.1. Tính chất của dây nano từ tỉnh nhiều đoạn 0/Au
• 5.2. Khảo sát hình thái học của dây nano 0, Au và 0/Au
• 5.3. Phổ tán xạ năng lượng tia X của dây nano Au
• 5.4. Trường dị hướng phụ thuộc vào chiều dài dây nano
• 5.5. Hằng số dị hướng từ hiệu dụng và chiều dài dây nano
• 5.6. Ảnh SEM của dây nano nhiều đoạn 0-Pi-R/Au
• 5.7. Phổ tán xạ năng lượng tia X của dây nano nhiều đoạn 0-Pi-R/Au
• 5.8. Đường đặc trưng của dây nano nhiều đoạn 0-Pi-R/Au
• 5.9. Đường đặc trưng của dây nano nhiều đoạn 0-Pi-R/Au
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Nghiên Cứu Vật Liệu Dân Dụng Từ Tín Hiệu Mới

Trong những năm qua, sự phát triển vượt bậc của lĩnh vực nghiên cứu công nghệ nano đã và đang làm thay đổi cuộc sống xã hội từng ngày, nhờ vào khả năng ứng dụng của các loại vật liệu mới có kích thước nano mét. Ở đó, vật liệu có kích thước nano tương đương với kích thước của các phân tử và nguyên tử mới tạo ra các tính chất vật lý đặc biệt và hấp dẫn hơn so với các vật liệu có kích thước thông thường. Vật liệu có cấu trúc nano, trong đó có các vật liệu nano từ tính đang làm thay đổi diện mạo của nhiều ngành khoa học. Trong đó, điển hình là vật liệu nano từ tính. Các hiện tượng vật lý mới của vật liệu nano từ tính đã và đang được quan tâm nghiên cứu trong nhiều năm qua, đặc biệt là đối với dây nano.

1.1. Ứng Dụng Vật Liệu Nano Từ Tính Tiên Tiến

Hiện nay, nhiều nhà khoa học, nhóm nghiên cứu trong và ngoài nước đang quan tâm đến khả năng ứng dụng của dây nano từ tính trong các lĩnh vực y sinh học (phân tách tế bào, chọn lọc tế bào và phân tách protein), cảm biến từ trường, ghi từ mật độ cao. Ứng dụng đầu tiên của dây nano từ tính, phải nói đến là ứng dụng trong y sinh. Người ta đã sử dụng vật liệu nano từ tính để chuẩn đoán bệnh và điều trị bệnh. Do vật liệu từ tính có kích thước nano mét nên rất dễ thâm nhập vào tất cả các cơ quan, bộ phận trong cơ thể con người và giúp cho các nhà khoa học nghiên cứu sâu hơn ở cấp độ phân tử và tế bào.

1.2. Nghiên Cứu Tính Chất Vật Lý Của Vật Liệu Nano

Để có thể xem xét ứng dụng trong thực tế, các tính chất vật lý đặc trưng của vật liệu dây nano từ tính cần phải được nghiên cứu, ví dụ như kích thước, cấu trúc tinh thể, dị hướng từ, từ độ, thành phần hóa học. Những tính chất này phụ thuộc nhiều vào công nghệ chế tạo vật liệu. Trong luận án này, vật liệu dây nano từ tính nền Co chế tạo bằng phương pháp lắng đọng điện hóa đã được lựa chọn để nghiên cứu.

II. Thách Thức Trong Nghiên Cứu Vật Liệu Xây Dựng Mới

Sự thay đổi các điều kiện công nghệ trong quá trình chế tạo vật liệu như mật độ dòng, thế điện hóa, độ pH, ảnh hưởng của từ trường, …có thể làm thay đổi tính chất vật lý của vật liệu. Nghiên cứu này sẽ góp một phần bổ sung trong nghiên cứu cơ bản về vật liệu dây nano từ tính và là cơ sở ban đầu cho các nghiên cứu định hướng ứng dụng sau này. Như chúng ta đã thấy, Co và Ni là các kim loại có từ tính quan trọng và được xem như là vật liệu điển hình để nghiên cứu nguồn gốc của hiện tượng từ. Bên cạnh đó, các nguyên tố pha tạp trong hợp chất của Co và Ni đã được nghiên cứu nhiều cả về thực nghiệm và lý thuyết trong nhiều năm qua. Tuy nhiên, những kết quả đó vẫn chưa làm thỏa mãn các nhà khoa học.

2.1. Ảnh Hưởng Của Điều Kiện Chế Tạo Vật Liệu

Chính vì vậy, luận án này được tập trung nghiên cứu vào ba loại vật liệu Co, Co-Ni-P và Co-Pt-P. Đối với kim loại Co là vật liệu sắt từ mạnh với từ độ lớn nhưng lại có lực kháng từ thấp. Trong khi đó, vật liệu được tổ hợp từ kim loại sắt từ Co và phi kim P như Co-Pt-P và Co-Ni-P là vật liệu từ cứng có lực kháng từ lớn. Hơn nữa, tính ưu việt của ba loại vật liệu này có thể hình thành tinh thể ngay sau khi tổng hợp vật liệu.

2.2. Các Phương Pháp Chế Tạo Vật Liệu Xây Dựng

Tuy nhiên, tính chất của các vật liệu này phụ thuộc rất nhiều vào công nghệ chế tạo. Hiện nay có nhiều phương pháp chế tạo đã và đang được nghiên cứu. Trong đó có thể chia thành hai nhóm như sau: (i) Nhóm các phương pháp chế tạo vật liệu cần chân không cao như phún xạ catốt, epitaxy chùm phân tử, lắng đọng bằng xung laze, bốc bay nhiệt, lắng đọng hơi hóa học. Đây là các thiết bị đắt tiền, nguyên liệu sử dụng chế tạo mẫu cũng khá tốn kém, thời gian chế tạo mẫu lâu do phải hút chân không cao.

III. Phương Pháp Lắng Đọng Điện Hóa Vật Liệu Dân Dụng

Ưu điểm của phương pháp này là thiết bị không đắt tiền, dễ chế tạo mẫu, thời gian chế tạo mẫu nhanh, vật liệu ban đầu rẻ và có thể di chuyển dễ dàng. Phương pháp này tỏ ra rất hữu hiệu và đang được nhiều nhóm nghiên cứu sử dụng để chế tạo các loại vật liệu dạng màng mỏng, dây nano và chấm nano. Hơn nữa, phương pháp này là rất phù hợp với điều kiện nghiên cứu trong nước. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều trung tâm thuộc viện nghiên cứu khoa học vật liệu và trường đại học danh tiếng quan tâm nghiên cứu chế tạo dây nano từ tính và triển khai ứng dụng.

3.1. Ưu Điểm Của Phương Pháp Lắng Đọng Điện Hóa

Điển hình, có thể kể đến một số quốc gia có nền khoa học phát triển nhất đang chiếm lĩnh thị trường công nghệ này hiện nay là: Mĩ, Nhật Bản, Trung Quốc, Đức, Nga và một số nước châu Âu… Tại Việt Nam, có một số nhóm, tác giả nghiên cứu về vật liệu từ tính có cấu trúc nano mét đã được phát triển từ khá sớm trên hệ vật liệu từ dạng hạt và vật liệu từ dạng màng mỏng.

3.2. Nghiên Cứu Vật Liệu CoP Cu Và FeNi Cu Dạng Dây

Nguyễn Hoàng Nghị tại trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nghiên cứu chế tạo vật liệu CoP/Cu và FeNi/Cu dạng dây có kích thước micro mét. Tuy nhiên, đối với loại vật liệu từ tính có cấu trúc nano mét dạng dây và dạng thanh thì chưa có một cơ sở hay một nhóm tác giả nào tại Việt Nam tiến hành nghiên cứu chế tạo. Tại bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – ĐHQGHN một nhóm các cộng sự do tiến sĩ Lê Tuấn Tú chủ trì đang nghiên cứu chế tạo vật liệu từ tính dạng dây có cấu trúc nano mét.

IV. Nghiên Cứu Tính Chất Vật Liệu Dây Nano Từ Tính Nền Co

Trên cơ sở các vấn đề đã nêu ở trên, chúng tôi định hướng nghiên cứu lựa chọn đề tài của luận án là “ Chế tạo vật liệu và nghiên cứu tính chất của dây nano từ tính nền Co”.

4.1. Mục Tiêu Nghiên Cứu Vật Liệu Dây Nano Từ Tính

• Nghiên cứu các điều kiện công nghệ chế tạo vật liệu dây nano từ tính nền Co bằng phương pháp lắng đọng điện hóa.
• Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện công nghệ (thành phần dung dịch điện phân, mật độ dòng điện, từ trường ngoài,…) đến cấu trúc và tính chất từ của vật liệu dây nano từ tính nền Co.

4.2. Khảo Sát Cấu Trúc Và Tính Chất Từ Của Vật Liệu

• Khảo sát cấu trúc và tính chất từ của vật liệu dây nano từ tính nền Co.
• Nghiên cứu tính chất của vật liệu dây nano từ tính nhiều đoạn Co/Au và Co-Ni-P/Au.