Xem mẫu
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Kim Thanh
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, PHÂN BỐ CATION VÀ TÍNH
CHẤT TỪ TRONG CÁC PHERIT SPINEN HỖN HỢP
MFe2O4 (M= Cu2+, Ni2+, Mg2+) CÓ KÍCH THƯỚC NANOMÉT
Chuyên ngành: Vật liệu điên tử
Mã số: 62440123
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU
Hà Nội - 2017
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Nguyễn Phúc Dương
PGS.TS. Đỗ Quốc Hùng
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến
sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA
LUẬN ÁN
1. Nguyen Kim Thanh, Nguyen Phuc Duong, Do Quoc Hung, To
Thanh Loan, Than Duc Hien (2016) “Structural and Magnetic
Characterization of Copper Ferrites Prepared by Using Spray CoPrecipitation
Method”,
Journal
of
Nanoscience
and
Nanotechnology 16, 7949-7954.
2. Nguyen Kim Thanh, To Thanh Loan*, Luong Ngoc Anh, Nguyen
Phuc Duong, Siriwat Soontaranoon, Nirawat Thammajak, Than Duc
Hien (2016) “Cation distribution in CuFe2O4 nanoparticles: effects
of Ni doping on magnetic properties”, Journal of Applied Physics
120, 142115.
3. To Thanh Loan, Nguyen Phuc Duong, Nguyen Kim Thanh, Luong
Ngoc Anh, Tran Thi Viet Nga, Than Duc Hien (2016) “Crystal
Structure, Cation Distribution and Oxidation State of Spinel Ferrite
Nanoparticles: A Synchrotron XRD and XANES Study”, Journal of
Nanoscience and Nanotechnology 16, p7973-7977
4. Nguyễn Kim Thanh , Nguyễn Phúc Dương, Đỗ Quốc Hùng, Lương
Ngọc Anh, Đỗ Hoàng Tú, Tô Thanh Loan, Thân Đức Hiền (2014)
“Sự hình thành pha và các đặc trưng từ của hệ hạt nano CuFe2O4 chế
tạo bằng phương pháp phun sương đồng kết tủa”, Tạp chí khoa học
và công nghệ, 52 (3B) 38-44
5. Nguyen Kim Thanh, To Thanh Loan, Nguyen Phuc Duong, Do
Quoc Hung, Luong Ngoc Anh, Than Duc Hien (2016)“Magnetic
Characterization and Cation Distribution of Nanosized Magnesium
Ferrites Prepared by using Combustion Method”, Proceeding of the
3rd International Conference on Advanced Materials and
Nanotechnology, Hanoi.
6. Nguyễn Kim Thanh, Nguyễn Phúc Dương, Đỗ Quốc Hùng, Tô
Thanh Loan, Thân Đức Hiền, Dương Minh Tuân, (2015) “ Ảnh hưởng
của việc pha tạp Ni2+ đến sự hình thành pha và các tính chất từ của
hệ hạt nano CuFe2O4 chế tạo bằng phương pháp phun sương đồng kết
tủa”, Kỷ yếu hội nghị vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ 9, TP Hồ
Chí Minh.
7. Nguyen Kim Thanh, Nguyen Phuc Duong, Do Quoc Hung, To
Thanh Loan, Than Duc Hien, (2014) “Structural and Magnetic
Characterization of Copper Ferrites Prepared by using Spray
Coprecipitation Method”, Proceeding of the 2nd International
Conference on Advanced Materials and Nanotechnology, Hà Nội
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Pherit spinen là vật liệu từ mềm có tính chất từ đặc trưng giống
sắt từ được ứng dụng trong công nghiệp điện tử như công nghệ ghi từ,
lưu trữ thông tin, các thiết bị thu phát truyền tín hiệu thông tin, các
thiết bị điều khiển, thiết bị vi sóng…dựa trên nguyên lý chuyển đổi từ
– điện. Gần đây với sự phát triển của khoa hoc, công nghệ và vật liệu
nano, vật liệu pherit spinen có kích thước nano mét đang được quan
tâm nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực như điện tử, y sinh, năng lượng,
môi trường…. Trên thế giới, các nghiên cứu về phân bố cation trong
hạt pherit spinen còn chưa nhiều và giới hạn ở một số spinen chủ yếu
là các spinen thuận hay đảo hoàn toàn. Khi số lượng thành phần các
ion tăng lên trong spinen, sự đánh giá nồng độ và phân bố cation trong
các vị trí sẽ trở nên khó khăn hơn. Hơn nữa, các thiết bị nghiên cứu
khảo sát phân bố cation là các thiết bị tương đối đắt tiền và vận hành
trong điều kiện kỹ thuật cao như phương pháp nhiễu xạ nơtron,
phương pháp phổ Mӧssbauer, phương pháp nhiễu xạ tia X dùng tia X
cường độ lớn từ máy gia tốc hạt. Các phương pháp kĩ thuật cao như
nhiễu xạ nơtron, hay phổ Mӧssbauer chỉ đánh giá được sự phân bố của
các ion Fe và ion có từ tính. Các nghiên cứu mới đánh giá xác định
phân bố cation nhưng chưa đi sâu khảo sát ảnh hưởng của phân bố
cation tới tính chất từ.
Tại Việt Nam, các hạt pherit spinen có kích thước nanomét đã
thu hút sự quan tâm nghiên cứu của rất nhiều đơn vị như Viện Khoa
học vật liệu (Viện Khoa Học và công nghệ Việt Nam), Trung tâm khoa
học vật liệu ( Khoa Vật lý, Trường Đại học khoa học Tự nhiên, Đại
học quốc gia Hà Nội), Học viện Kỹ thuật quân sự, Viện Khoa học vật
liệu Quân sự...Các cơ sở nghiên cứu này tập trung chủ yếu vào chế
tạo, các tính chất vật lý cơ bản cần cho ứng dụng tại nhiệt độ phòng,
và ứng dụng của vật liệu như dẫn thuốc, xử lý môi trường, vật liệu
tàng hình…Các ảnh hưởng của thành phần, cấu trúc, kích thước, tương
tác hạt nano, phân bố cation đến tính chất từ của vật liệu chưa được
nghiên cứu sâu sắc. Trong nước, các luận án nghiên cứu trước đây của
tiến sĩ Nguyễn Thị Lan và tiến sĩ Lương Ngọc Anh tại viện ITIMSTrường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các vật liệu spinen pherit đã được
nghiên cứu phân bố cation dựa trên các số liệu đo đạc từ hay các số
liệu về nhiễu xạ tia X. Tuy nhiên các luận án này nghiên cứu chủ yếu
trên các hệ spinen pherit không có sự thay đổi phân bố cation so với
1
vật liệu khối. Các ion kim loại chỉ định xứ tại vị trí bát diện hoặc tứ
diện. Các phương pháp chế tạo mới chỉ thích hợp trong quy mô phòng
thí nghiệm.
Trước những tình hình nghiên cứu đó, tác giả và tập thể hướng
dẫn đã lựa chọn đề tài nghiên cứu sự phân bố cation và tính chất từ
của vật liệu pherit spinen hỗn hợp MFe2O4 trong đó M là các ion kim
loại hóa trị 2 như Cu, Ni, Mg. Đây là các pherit spinen có phân bố cấu
trúc phức tạp hơn các spinen thường, các ion hóa trị 2 như Cu2+, Mg2+
không phân bố tại một vị trí mà có thể nằm cả hai vị trí tứ diện và bát
diện trong mạng tinh thể do đó việc đánh giá phân bố và nồng độ của
các ion này tại các vị trí trong tinh thể rất quan trọng trong việc lý giải
các tính chất từ của vật liệu
2. Mục tiêu của luận án:
Nghiên cứu các điều kiện chế tạo nhằm thay đổi phân bố cation,
nghiên cứu ảnh hưởng của phân bố cation lên tính chất cấu trúc và tính
chất từ của các hạt pherit spinen hỗn hợp MFe2O4 (M=Cu 2+, Ni 2+,
Mg2+) có kích thước nanomét.
3. Đối tượng nghiên cứu:
- Hệ hạt CuFe2O4 có kích thước nanomét chế tạo bằng phương pháp
phun sương đồng kết tủa
- Hệ hạt CuxNi1-xFe2O4 (x= 0, 0.3, 0.5, 0.7, 1) có kích thước nanomét
chế tạo bằng phương pháp phun sương đồng kết tủa
- Hệ hạt MgFe2O4 có kích thước nanomét chế tạo bằng phương pháp
tự bốc cháy.
4. Nội dung nghiên cứu:
I) Chế tạo các hạt từ đơn pha có kích thước nanomét của các
pherit spinen hỗn hợp CuFe2O4, CuxNi1-xFe2O4, MgFe2O4. II) Dùng
các điều kiện chế tạo mẫu như ủ tại nhiệt độ cao và làm nguội nhanh
để thay đổi phân bố cation, tăng nồng độ các ion Cu2+, Mg2+ tại vị trí
tứ diện từ đó tăng mômen từ bão hòa của hệ mẫu. III) Phân tích xu
hướng phân bố cation trong CuFe2O4 theo các nhiệt dộ ủ khác nhau.
Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ của ion Ni2+ thay thế tới phân bố
ion của Cu2+ tại vị trí tứ diện, và tính chất từ của vật liệu. Nghiên cứu
xu hướng phân bố nồng độ của ion phi từ Mg2+ trong spinen hỗn hợp
MFe2O4 và ảnh hưởng của phân bố ion Mg2+ trong mạng tinh thể tới
tính chất từ của vật liệu. IV) Bằng các phép đo cấu trúc tinh thể và
phép đo từ kết hợp với các mô hình lý thuyết, xác định định lượng
nồng độ, vị trí, hóa trị của các ion trong mạng tinh thể, từ đó là cơ sở
2
nguon tai.lieu . vn
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
Nguyễn Kim Thanh
NGHIÊN CỨU CẤU TRÚC, PHÂN BỐ CATION VÀ TÍNH
CHẤT TỪ TRONG CÁC PHERIT SPINEN HỖN HỢP
MFe2O4 (M= Cu2+, Ni2+, Mg2+) CÓ KÍCH THƯỚC NANOMÉT
Chuyên ngành: Vật liệu điên tử
Mã số: 62440123
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU
Hà Nội - 2017
Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Nguyễn Phúc Dương
PGS.TS. Đỗ Quốc Hùng
Phản biện 1:
Phản biện 2:
Phản biện 3:
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến
sĩ cấp Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………
Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:
1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA
LUẬN ÁN
1. Nguyen Kim Thanh, Nguyen Phuc Duong, Do Quoc Hung, To
Thanh Loan, Than Duc Hien (2016) “Structural and Magnetic
Characterization of Copper Ferrites Prepared by Using Spray CoPrecipitation
Method”,
Journal
of
Nanoscience
and
Nanotechnology 16, 7949-7954.
2. Nguyen Kim Thanh, To Thanh Loan*, Luong Ngoc Anh, Nguyen
Phuc Duong, Siriwat Soontaranoon, Nirawat Thammajak, Than Duc
Hien (2016) “Cation distribution in CuFe2O4 nanoparticles: effects
of Ni doping on magnetic properties”, Journal of Applied Physics
120, 142115.
3. To Thanh Loan, Nguyen Phuc Duong, Nguyen Kim Thanh, Luong
Ngoc Anh, Tran Thi Viet Nga, Than Duc Hien (2016) “Crystal
Structure, Cation Distribution and Oxidation State of Spinel Ferrite
Nanoparticles: A Synchrotron XRD and XANES Study”, Journal of
Nanoscience and Nanotechnology 16, p7973-7977
4. Nguyễn Kim Thanh , Nguyễn Phúc Dương, Đỗ Quốc Hùng, Lương
Ngọc Anh, Đỗ Hoàng Tú, Tô Thanh Loan, Thân Đức Hiền (2014)
“Sự hình thành pha và các đặc trưng từ của hệ hạt nano CuFe2O4 chế
tạo bằng phương pháp phun sương đồng kết tủa”, Tạp chí khoa học
và công nghệ, 52 (3B) 38-44
5. Nguyen Kim Thanh, To Thanh Loan, Nguyen Phuc Duong, Do
Quoc Hung, Luong Ngoc Anh, Than Duc Hien (2016)“Magnetic
Characterization and Cation Distribution of Nanosized Magnesium
Ferrites Prepared by using Combustion Method”, Proceeding of the
3rd International Conference on Advanced Materials and
Nanotechnology, Hanoi.
6. Nguyễn Kim Thanh, Nguyễn Phúc Dương, Đỗ Quốc Hùng, Tô
Thanh Loan, Thân Đức Hiền, Dương Minh Tuân, (2015) “ Ảnh hưởng
của việc pha tạp Ni2+ đến sự hình thành pha và các tính chất từ của
hệ hạt nano CuFe2O4 chế tạo bằng phương pháp phun sương đồng kết
tủa”, Kỷ yếu hội nghị vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ 9, TP Hồ
Chí Minh.
7. Nguyen Kim Thanh, Nguyen Phuc Duong, Do Quoc Hung, To
Thanh Loan, Than Duc Hien, (2014) “Structural and Magnetic
Characterization of Copper Ferrites Prepared by using Spray
Coprecipitation Method”, Proceeding of the 2nd International
Conference on Advanced Materials and Nanotechnology, Hà Nội
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Pherit spinen là vật liệu từ mềm có tính chất từ đặc trưng giống
sắt từ được ứng dụng trong công nghiệp điện tử như công nghệ ghi từ,
lưu trữ thông tin, các thiết bị thu phát truyền tín hiệu thông tin, các
thiết bị điều khiển, thiết bị vi sóng…dựa trên nguyên lý chuyển đổi từ
– điện. Gần đây với sự phát triển của khoa hoc, công nghệ và vật liệu
nano, vật liệu pherit spinen có kích thước nano mét đang được quan
tâm nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực như điện tử, y sinh, năng lượng,
môi trường…. Trên thế giới, các nghiên cứu về phân bố cation trong
hạt pherit spinen còn chưa nhiều và giới hạn ở một số spinen chủ yếu
là các spinen thuận hay đảo hoàn toàn. Khi số lượng thành phần các
ion tăng lên trong spinen, sự đánh giá nồng độ và phân bố cation trong
các vị trí sẽ trở nên khó khăn hơn. Hơn nữa, các thiết bị nghiên cứu
khảo sát phân bố cation là các thiết bị tương đối đắt tiền và vận hành
trong điều kiện kỹ thuật cao như phương pháp nhiễu xạ nơtron,
phương pháp phổ Mӧssbauer, phương pháp nhiễu xạ tia X dùng tia X
cường độ lớn từ máy gia tốc hạt. Các phương pháp kĩ thuật cao như
nhiễu xạ nơtron, hay phổ Mӧssbauer chỉ đánh giá được sự phân bố của
các ion Fe và ion có từ tính. Các nghiên cứu mới đánh giá xác định
phân bố cation nhưng chưa đi sâu khảo sát ảnh hưởng của phân bố
cation tới tính chất từ.
Tại Việt Nam, các hạt pherit spinen có kích thước nanomét đã
thu hút sự quan tâm nghiên cứu của rất nhiều đơn vị như Viện Khoa
học vật liệu (Viện Khoa Học và công nghệ Việt Nam), Trung tâm khoa
học vật liệu ( Khoa Vật lý, Trường Đại học khoa học Tự nhiên, Đại
học quốc gia Hà Nội), Học viện Kỹ thuật quân sự, Viện Khoa học vật
liệu Quân sự...Các cơ sở nghiên cứu này tập trung chủ yếu vào chế
tạo, các tính chất vật lý cơ bản cần cho ứng dụng tại nhiệt độ phòng,
và ứng dụng của vật liệu như dẫn thuốc, xử lý môi trường, vật liệu
tàng hình…Các ảnh hưởng của thành phần, cấu trúc, kích thước, tương
tác hạt nano, phân bố cation đến tính chất từ của vật liệu chưa được
nghiên cứu sâu sắc. Trong nước, các luận án nghiên cứu trước đây của
tiến sĩ Nguyễn Thị Lan và tiến sĩ Lương Ngọc Anh tại viện ITIMSTrường Đại học Bách Khoa Hà Nội, các vật liệu spinen pherit đã được
nghiên cứu phân bố cation dựa trên các số liệu đo đạc từ hay các số
liệu về nhiễu xạ tia X. Tuy nhiên các luận án này nghiên cứu chủ yếu
trên các hệ spinen pherit không có sự thay đổi phân bố cation so với
1
vật liệu khối. Các ion kim loại chỉ định xứ tại vị trí bát diện hoặc tứ
diện. Các phương pháp chế tạo mới chỉ thích hợp trong quy mô phòng
thí nghiệm.
Trước những tình hình nghiên cứu đó, tác giả và tập thể hướng
dẫn đã lựa chọn đề tài nghiên cứu sự phân bố cation và tính chất từ
của vật liệu pherit spinen hỗn hợp MFe2O4 trong đó M là các ion kim
loại hóa trị 2 như Cu, Ni, Mg. Đây là các pherit spinen có phân bố cấu
trúc phức tạp hơn các spinen thường, các ion hóa trị 2 như Cu2+, Mg2+
không phân bố tại một vị trí mà có thể nằm cả hai vị trí tứ diện và bát
diện trong mạng tinh thể do đó việc đánh giá phân bố và nồng độ của
các ion này tại các vị trí trong tinh thể rất quan trọng trong việc lý giải
các tính chất từ của vật liệu
2. Mục tiêu của luận án:
Nghiên cứu các điều kiện chế tạo nhằm thay đổi phân bố cation,
nghiên cứu ảnh hưởng của phân bố cation lên tính chất cấu trúc và tính
chất từ của các hạt pherit spinen hỗn hợp MFe2O4 (M=Cu 2+, Ni 2+,
Mg2+) có kích thước nanomét.
3. Đối tượng nghiên cứu:
- Hệ hạt CuFe2O4 có kích thước nanomét chế tạo bằng phương pháp
phun sương đồng kết tủa
- Hệ hạt CuxNi1-xFe2O4 (x= 0, 0.3, 0.5, 0.7, 1) có kích thước nanomét
chế tạo bằng phương pháp phun sương đồng kết tủa
- Hệ hạt MgFe2O4 có kích thước nanomét chế tạo bằng phương pháp
tự bốc cháy.
4. Nội dung nghiên cứu:
I) Chế tạo các hạt từ đơn pha có kích thước nanomét của các
pherit spinen hỗn hợp CuFe2O4, CuxNi1-xFe2O4, MgFe2O4. II) Dùng
các điều kiện chế tạo mẫu như ủ tại nhiệt độ cao và làm nguội nhanh
để thay đổi phân bố cation, tăng nồng độ các ion Cu2+, Mg2+ tại vị trí
tứ diện từ đó tăng mômen từ bão hòa của hệ mẫu. III) Phân tích xu
hướng phân bố cation trong CuFe2O4 theo các nhiệt dộ ủ khác nhau.
Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ của ion Ni2+ thay thế tới phân bố
ion của Cu2+ tại vị trí tứ diện, và tính chất từ của vật liệu. Nghiên cứu
xu hướng phân bố nồng độ của ion phi từ Mg2+ trong spinen hỗn hợp
MFe2O4 và ảnh hưởng của phân bố ion Mg2+ trong mạng tinh thể tới
tính chất từ của vật liệu. IV) Bằng các phép đo cấu trúc tinh thể và
phép đo từ kết hợp với các mô hình lý thuyết, xác định định lượng
nồng độ, vị trí, hóa trị của các ion trong mạng tinh thể, từ đó là cơ sở
2