Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu vật liệu tổ hợp từ điện với lớp từ giảo nano cho cảm biến từ trường microtesla

• Tác giả: Phạm Anh Đức
• Người hướng dẫn: PGS. Đỗ Thị Hương Giang
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện nano
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Tổ Hợp Từ Điện Nano Cho Cảm Biến Từ Trường Microtesla
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: VẬT LIỆU SẮT TỪ, SẮT ĐIỆN VÀ MULTIFERROIC
• 1.1. Vật liệu sắt điện
• 1.2. Vật liệu sắt từ và hiệu ứng từ giảo
• 1.3. Vật liệu multiferroic
• 1.4. Tổng quan về hiệu ứng từ-điện
• 1.5. Cảm biến từ trường dựa trên hiệu ứng từ-điện
• 1.6. Đối tượng, mục tiêu và nội dung nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Chế tạo vật liệu dạng màng TbFeCo/PZT bằng phương pháp phún xạ
• 2.2. Chế tạo vật liệu tổ hợp Metglas/PZT dạng tấm
• 2.3. Khảo sát tính chất từ bằng hệ từ kế mẫu rung
• 2.4. Hệ đo từ giảo
• 2.5. Phương pháp tính hệ số thế từ-điện thuận
• 2.6. Khảo sát hình thái bề mặt bằng hiển vi điện tử và hiển vi lực nguyên tử
• 3. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU TỔ HỢP TỪ-ĐIỆN TbFeCo/PZT DẠNG MÀNG VỚI LỚP VẬT LIỆU TỪ GIÁO CÓ CẤU TRÚC NANO
• 3.1. Vật liệu tổ hợp với lớp từ giảo ở trạng thái vô định hình
• 3.2. Cấu trúc tinh thể của lớp từ giảo
• 3.3. Tính chất từ và từ giảo của màng TbFeCo
• 3.4. Tính chất từ-điện của vật liệu tổ hợp
• 3.5. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: VẬT LIỆU TỔ HỢP TỪ-ĐIỆN Metglas/PZT DẠNG TẤM VỚI LỚP TỪ GIÁO CÓ CẤU TRÚC VÔ ĐỊNH HÌNH
• 4.1. Tính chất từ của băng từ Metglas
• 4.2. Ảnh hưởng của dị hướng hình dạng đến tính chất từ mềm
• 4.3. Nghiên cứu tính chất từ giảo tĩnh
• 4.4. Sự phụ thuộc của hiệu ứng từ-điện vào tần số kích thích
• 4.5. Mô hình dao động một chiều và hai chiều
• 4.6. Ảnh hưởng của cấu hình (bilayer và sandwich)
• 4.7. Ảnh hưởng của chiều dày lớp từ giảo Metglas
• 4.8. Kết luận chương 4
• 5. CHƯƠNG 5: CẢM BIẾN TỪ TRƯỜNG DỰA TRÊN VẬT LIỆU TỔ HỢP TỪ-ĐIỆN
• 5.1. Cảm biến từ trường dựa trên màng mỏng TbFeCo có cấu trúc nano
• 5.2. Cảm biến từ trường dựa trên băng từ Metglas có cấu trúc vô định hình
• 5.3. Thiết kế và chế tạo hệ thống cảm biến đo từ trường
• 5.4. Khảo sát các thông số làm việc của cảm biến
• 5.5. Kết luận chương 5
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu tổ hợp từ điện nano

Nghiên cứu về vật liệu tổ hợp từ điện nano đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong khoa học vật liệu. Các vật liệu nano này không chỉ có tính chất điện từ đặc biệt mà còn có khả năng ứng dụng cao trong các thiết bị cảm biến. Đặc biệt, cảm biến từ trường microtesla sử dụng các vật liệu này có thể phát hiện các từ trường yếu, mở ra nhiều cơ hội trong các ứng dụng công nghệ cao. Theo nghiên cứu, vật liệu tổ hợp từ điện nano có thể cải thiện đáng kể độ nhạy và độ chính xác của cảm biến, nhờ vào cấu trúc nano và các hiệu ứng từ-điện đặc trưng. Việc chế tạo và tối ưu hóa các vật liệu nano này là một thách thức lớn, nhưng cũng là cơ hội để phát triển các công nghệ mới trong lĩnh vực cảm biến.

II. Tính chất của vật liệu tổ hợp từ điện nano

Các vật liệu tổ hợp từ điện nano thường có tính chất từ và điện đặc biệt, cho phép chúng hoạt động hiệu quả trong các ứng dụng cảm biến. Tính chất từ của các vật liệu nano này được xác định bởi cấu trúc tinh thể và các tương tác giữa các thành phần trong vật liệu. Nghiên cứu cho thấy rằng, khi kết hợp các vật liệu như PZT và Metglas, có thể tạo ra các cảm biến từ trường với độ nhạy cao hơn. Các cảm biến từ trường này có thể hoạt động trong dải từ trường microtesla, cho phép phát hiện các tín hiệu từ trường yếu mà các cảm biến truyền thống không thể nhận diện. Điều này mở ra khả năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, từ y tế đến công nghiệp.

III. Phương pháp chế tạo vật liệu tổ hợp từ điện nano

Chế tạo vật liệu tổ hợp từ điện nano thường sử dụng các phương pháp như phún xạ, tắm và các kỹ thuật chế tạo tiên tiến khác. Phương pháp phún xạ catốt được sử dụng để tạo ra các lớp mỏng của vật liệu từ điện, trong khi phương pháp tắm giúp tạo ra các lớp từ giảo có cấu trúc vô định hình. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, việc điều chỉnh các thông số chế tạo như nhiệt độ, áp suất và thời gian có thể ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu nano. Việc tối ưu hóa các điều kiện này là rất quan trọng để đạt được các cảm biến từ trường có hiệu suất cao. Các kết quả thực nghiệm cho thấy rằng, các cảm biến từ trường được chế tạo từ các vật liệu tổ hợp này có thể đạt được độ nhạy và độ chính xác cao hơn so với các thiết bị truyền thống.

IV. Ứng dụng của cảm biến từ trường microtesla

Các cảm biến từ trường microtesla có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ y tế đến công nghiệp. Trong y tế, chúng có thể được sử dụng để phát hiện các tín hiệu từ trường yếu phát sinh từ cơ thể con người, hỗ trợ trong chẩn đoán và điều trị. Trong công nghiệp, các cảm biến từ trường này có thể được sử dụng để giám sát các thiết bị điện tử, phát hiện các lỗi và đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất. Hơn nữa, với sự phát triển của công nghệ, các cảm biến từ trường microtesla có thể được tích hợp vào các thiết bị di động, mở ra khả năng ứng dụng rộng rãi hơn trong cuộc sống hàng ngày. Việc nghiên cứu và phát triển các vật liệu tổ hợp từ điện nano sẽ tiếp tục đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu suất và khả năng ứng dụng của các cảm biến này.