Tóm tắt Luận án Chế tạo vật liệu dây nano từ tính, nghiên cứu tính chất và khả năng ứng dụng

3.2.3 Khảo sát tính chất từ của y nano từ tính Co

Hình 3.10 chỉ ra đường cong từ hóa của mảng dây nano Co

với từ trường đ t song song và vuông góc với trục của dây.

Theo kết quả trên hình 3.10 cho thấy hai dạng đường cong từ

hóa là hoàn toàn khác nhau, đi u này minh chứng cho tính dị

hướng từ của dây nano Co. Giá trị lực kháng từ thu được hi đ t

từ trường song song và vuông góc với mảng dây nano Co lần

lượt là 145 Oe và 120 Oe.

pdf27 trang | Chia sẻ: lavie11 | Ngày: 14/12/2020 | Lượt xem: 37 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Tóm tắt Luận án Chế tạo vật liệu dây nano từ tính, nghiên cứu tính chất và khả năng ứng dụng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
được gọi là trục từ hóa ễ. Đối với ị hướng từ đơn trục (uniaxial magnetic anisotropy), hay trục từ hóa ễ là các mô men từ sắp xếp song song với nhau theo hướng trục C của tinh thể n n năng lượng ị hướng từ trong trường hợp này là hông 4 thay đổi mà chỉ phụ thuộc vào định hướng của vectơ từ độ M với trục từ hóa dễ. 1.2.2 Lƣỡng cực từ Khi đ t từ trường l n lưỡng cực từ sẽ g y ra tr n mỗi lưỡng cực một mô men quay. o vậy, mô men ngẫu lực sẽ định hướng thẳng hàng v lưỡng cực theo từ trường ngoài đ t vào. Như vậy, lưỡng cực từ đ thực hiện một công để làm đổi hướng của lưỡng cực đó ưới tác ụng của từ trường ngoài. Công này ch nh là thế năng o sự định hướng của lưỡng cực trong từ trường. 1.2.3 Dị hƣớng hình dạng Dị hướng hình ạng phụ thuộc vào ch thước và hình ạng của mẫu. ị hướng hình ạng có thể hiểu một cách đơn giản đó là sự hác nhau v m t năng lượng hi từ hóa theo chi u ài nhất và chi u ngắn nhất của mẫu. Đối với mẫu có ạng hình trụ thì năng lượng tĩnh từ theo phương vuông góc với trục của mẫu sẽ lớn hơn so với năng lượng tĩnh từ ọc theo trục của mẫu. Khi mẫu vật liệu chịu tác dụng của từ trường ngoài thì từ trường nội tại n trong mẫu vật liệu sẽ sinh ra một từ trường, từ trường này có tác ụng chống lại từ trường ngoài đ t vào mẫu gọi là trường khử từ. Hd = -Nd . Ms (1.12) Đối với mẫu vật liệu ạng hình elipxoit có các bán trục a, và c (c a), thì trường hử từ trong trường hợp này có thể viết như sau: Na + Nb +Nc = 4π (1.13) 1.2.4 Các hạt đơn đô men Một hạt từ tính ở trạng thái đơn đô men nếu nó có kích thước nhỏ hơn giá trị giới hạn. Đối với vật liệu dây nano từ tính 5 có dạng hình trụ dài vô hạn, giá trị Na=2 và bán kính tới hạn được cho bởi công thức: s c M Aq r 2/1 2/1   (1.28) CHƢƠNG II: CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Chế tạo vật iệu y nano từ tính ằng phƣơng pháp ắng đọng điện hóa 2.1.1 Chuẩn ị hóa chất Hóa chất được sử ụng trong luận án này gồm có: CoSO4.7H2O; H3BO3; NaCl; CoCl2.6H2O; NiCl2.6H2O; NaH2PO2; HAuCl4; C6H8O7 ; HCl và NaOH 2.1.2 Tổng hợp vật liệu dây nano 2.2 Các phƣơng pháp kỹ thuật ph n tích mẫu Hình 3.6. Mô tả quá trình tổng hợp vật liệu dây nano từ tính bằng p ương p áp lắng ọng ện hóa Khuôn mẫu PC Nhìn m t cắt của lỗ ống Phún xạ lớp Cu ho c Au lên 1 m t của PC Dây nano mọc ra từ bên trong lỗ khuôn PC Loại bỏ lớp Cu ho c Au Dây nano Phân hủy khuôn mẫu PC 6 Các mẫu vật liệu y nano từ t nh sau hi chế tạo đ được nghi n cứu ph n t ch ằng nh hiển vi điện tử quét (SEM), nh hiển vi điện tử truy n qua (TEM), hiển vi điện tử truy n qua độ ph n giải cao (HR-TEM), nhiễu xạ tia X. Khảo sát t nh chất từ ằng phép đo từ ế mẫu rung (VSM). CHƢƠNG III. TỔNG HỢP VẬT LIỆU ÂY NANO TỪ TÍNH 3.1 Khảo sát đặc trƣng òng-thế Khảo sát đ c trưng òng-thế của các vật liệu từ t nh đơn nguy n Co và a nguy n CoNiP để tìm ra thế hử tối ưu nhất. Phép đo òng-thế được đ t trong hoảng thế quét từ -1,2 V đến 1,0 V với tốc độ quét 20 mV s. Kết quả thu được từ hình vẽ 3.2 cho thấy có 1 đỉnh hử ở hoảng thế -0,6 V và quá trình hử ắt đầu xảy ra trong hoảng thế từ -0,45 V đến -0,9 V. Trong hi đó đường đ c trưng òng- thế của ung ịch có chứa 0,2M CoCl2.6H2O; 0,2M NiCl2.6H2O; 0,25M NaH2PO2; 0,7M H3BO3; 0,001M Sarcchrin được trình ày trong hình 3.4. Quá trình hử trong ung ịch này ắt đầu xảy ra từ thế hử -0,53 V đến -1,14 V và có xuất ư ng ưng ng- thế ng ện p n muối CoCl2 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 -3 -2 -1 1 2 M Ë t ® é d ß n g ( m A /c m 2 ) §iÖn thÕ (V) -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 -6 -4 -2 0 2 4 6 M Ë t ® é d ß n g ( m A /c m 2 ) §iÖn thÕ (V) 4. ư ng ưng dòng-thế ng ện p n o-Ni-P 7 hiện một đỉnh hử yếu ở thế -0,96 V. Khi th m thành phần muối NaH2PO2 vào ung ịch làm cho các ion trong ung ịch được ph n cực ễ ràng hơn và có thể nó làm thay đổi động học của thành phần lắng đọng Co và Ni. 3.2 Tổng hợp vật iệu y nano từ tính Co 3.2.1 Thực nghiệm Dung dịch điện phân được sử dụng để lắng đọng vật liệu Co lên khuôn mẫu PC gồm có 0,2 M CoSO4.7H2O; 0,6 M H3BO3. Giá trị pH của dung dịch được đi u chỉnh đến 4.5. Quá trình lắng đọng được thực hiện tại thế lắng đọng - 0,85 V trong thời gian 20 phút ở nhiệt độ phòng. 3.2.2 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể Hình 3.7 trình bày ảnh SEM của mảng dây nano Co. Từ ảnh SEM cho thấy rằng, các y nano Co này là há đồng nhất với nhau với đường kính và chi u dài lần lượt là 100 nm và 4,5 µm. Hình 3.8 chỉ ra thành phần nguyên tố hóa học của Co được đo bằng phổ năng lượng tán xạ tia X (EDX). Hai đỉnh xuất hiện rõ ràng với cường độ cao chỉ ra thành phần Co xuất hiện trong Hình 3.7. Ảnh SEM c a mảng dây nano Co Hình 3.8.Giản ồ EDX c a mảng dây nano Co 8 y. Các đỉnh còn lại như đỉnh Si, O và C được tạo ra là o đế Si và màng polycarbonate bám vào dây Co. Phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu y nano Co được trình bày trong hình 3.9. Kết quả thu được cho thấy y nano Co có a đỉnh nhiễu xạ tương ứng với các m t (100), (002) và (101). 3.2.3 Khảo sát tính chất từ của y nano từ tính Co Hình 3.10 chỉ ra đường cong từ hóa của mảng dây nano Co với từ trường đ t song song và vuông góc với trục của dây. Theo kết quả trên hình 3.10 cho thấy hai dạng đường cong từ hóa là hoàn toàn khác nhau, đi u này minh chứng cho tính dị hướng từ của dây nano Co. Giá trị lực kháng từ thu được hi đ t từ trường song song và vuông góc với mảng dây nano Co lần lượt là 145 Oe và 120 Oe. 3.3 Tổng hợp vật liệu dây nano từ tính CoPtP 3.3.1 Thực nghiệm Dung dịch điện phân gồm có 0,1 M CoSO4.5H2O; 0,01 M H2PtCl6.6H2O; 0,45 M Na4P2O7 and 0,05 M NaH2PO2. Giá trị pH của dung dịch được đi u chỉnh đến 5.0 bằng dung dịch NaOH ho c dung dịch HCl. 30 35 40 45 50 55 60 (0 0 2 ) (1 0 1 ) Cu Cu (1 0 0 ) 2 (®é) C - ê n g ® é n h iÔ u x ¹ ( ® v ty ) -8000 -4000 0 4000 8000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 M /M s H (Oe) || H T H Hình 3.10. ư ng cong từ trễ c a mảng dây nano Co Hình 3.9. Giản ồ nhiễu x tia X c a mảng dây nano Co 9 3.3.2 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể. Hình 3.12 trình bày ảnh SEM của mảng dây nano CoPtP. Quan sát thấy nh ng y nano này được mọc lên từ bên trong lỗ khuôn mẫu PC đồng nhất v ch thước. Đường kính và chi u dài dây của dây nano CoPtP lần lượt là 100 nm và 6 µm. Kết quả phân tích EDX của mảng dây CoPtP cho thấy h ng dây nano này gồm có các thành phần Co, Pt và P. Còn các đỉnh phổ năng lượng khác xuất hiện như đỉnh Si, l, Ca, Mg, O và Cl là o đế thủy tinh. Cấu trúc tinh thể của y nano CoPtP được nghiên cứu bởi nhiễu xạ tia X. Hình 3.14 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của y nano CoPtP được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Từ giản đồ nhiễu xạ tia X này đ chỉ rõ vị tr hai đỉnh nhiễu xạ, đó là đỉnh ở vị trí góc 44.20 và 470 lần lượt tương ứng với pha lập phương t m m t Co-fcc (111) và pha lục giác xếp ch t Co-hcp (101). Đối với đỉnh ở vị trí góc C - ên g ® é n h iÔ u x ¹ (® vt y) 2 (®é) Hình 3.14. Giản ồ nhiễu x tia X c a mảng dây nano CoPtP Hình 3.12. Ảnh SEM c a mảng dây nano CoPtP -13000 -6500 0 6500 13000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 M /M s H (Oe) || H T H Hình 3.15. ư ng cong từ trễ c a mảng dây nano CoPtP 10 44.2 0 chỉ ra sự pha trộn của pha Co hay pha CoPtP. Kết quả này cho biết vật liệu dây nano từ tính CoPtP có cấu trúc tinh thể. Hình 3.15 trình ày đường cong từ trễ của mảng dây nano CoPtP. Quan sát thấy dạng hai đường trong từ trễ hi đ t từ trường theo phương song song và vuông góc với trục dây nano là hầu như phủ lên nhau. Giá trị lực kháng từ Hc đạt được là 1300 Oe và giá trị tỷ số Mr/Ms là 0.33. Đi u này cho thấy tính chất từ của dây nano CoPtP có tính chất của vật liệu từ cứng. 3.4 Tổng hợp vật liệu dây nano từ tính CoNiP 3.4.1 Thực nghiệm Khuôn mẫu ùng để tạo ra vật liệu dây nano từ tính CoNiP có đường kính lần lượt là 100 nm, 200 nm, 400 nm, 600 nm và chi u dài từ 3 đến 9 µm. Các hóa chất trong bình chứa dung dịch gồm: 0,2M CoCl2.6H2O; 0,2M NiCl2.6H2O; 0,25M NaH2PO2; 0,7M H3BO3; 0,001M Sarcchrin. 3.4.2 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể 4 1 Kết quả c ụp t ái ọc bề mặt của mẫu CoNiP Hình 3.17 trình bày ảnh SEM của mảng dây nano CoNiP với thời gian lắng đọng khác nhau. Hình 3.17. Ảnh SEM c y n no oN P ược chế t o với th i gian lắng ọng khác nhau (a) 8 phút, (b) 12 phút và (c) 23 phút a b c 11 Hình 3.17 (a) chỉ ra dây nano CoNiP với chi u dài 3,5 µm trong thời gian lắng đọng 8 phút. Hình 3.17 (b) chỉ ra dây nano CoNiP vừa phải với chi u dài khoảng 5 µm trong thời gian lắng đọng gần 12 phút và hình 3.17 (c) trình bày ảnh SEM của dây nano CoNiP có chi u dài toàn vẹn nhất là khoảng 9 µm trong thời gian lắng đọng là 23 phút. 4 Kết quả p â tíc cấu trúc ti t ể Hình 3.18 trình bày phổ nhiễu xạ tia X của mảng dây nano CoNiP với đường kính dây là 200 nm và chi u dài là khoảng 5µm. Quan sát phổ nhiễu xạ tia X này có thể nhận thấy rằng vị trí của các đỉnh nhiễu xạ là 42,070 và 44,930 tương ứng với m t (100) và m t (002). Kết quả này cho thấy dây nano CoNiP có cấu trúc tinh thể và theo tính toán m t (100) và (002) đ u có cấu trúc lục giác xếp ch t (hcp). 3.4.3 Khảo sát tính chất từ của mảng y nano từ tính CoNiP Hình 3.20 chỉ ra đường cong từ trễ của mảng dây nano CoNiP với từ trường đ t vào theo hướng song song và vuông góc với trục của dây nano. Có thể quan sát thấy hai dạng đường cong từ hóa này rất khác nhau. Đi u này chứng tỏ rằng mảng dây nano từ tính CoNiP có tính dị hướng từ. Cụ thể, khi từ trường đ t song song với trục của dây, lực kháng từ 30 35 40 45 50 55 60 Cu (1 0 0 ) (0 0 2 ) C - ê n g ® é n h iÔ u x ¹ ( ® v ty )  (®é) Hình 3.18. phổ nhiễu x tia X -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 || H T H M /M S H (Oe) Hình 3.20. ư ng cong từ trễ c a dây nano CoNiP 12 đạt được là 1940 Oe và tỷ số Mr/Ms là 0,5. Trong hi đó, từ trường đ t vuông góc với trục của dây cho lực kháng từ và hệ số Mr/Ms lần lượt là 1225 Oe và 0,25. Như vậy, kết quả này cho thấy vật liệu y nano CoNiP có đ c trưng của tính chất từ cứng. Nguyên ngân dẫn đến giá trị lực kháng từ lớn là do có sự đóng góp của thành phần nguyên tố P làm cho cấu trúc tinh thể hoàn hảo hơn và n ng cao phẩm chất từ của vật liệu. CHƢƠNG 4. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DÂY NANO TỪ TÍNH CoNiP 4.1 Ảnh hƣởng của độ pH lên vật liệu dây nano từ tính CoNiP 4.1.1 Thành phần hóa học của dâ a o t tí CoNiP Hình 4.1 chỉ ra thành phần nguyên tố hóa học của một dây nano CoNiP. Kết quả của phép phân tích thành phần (EDX) của mảng dây nano CoNiP đ u có ba thành phần nguyên tố Co, Ni và P xuất hiện. Với giá trị pH trong dung dịch lắng đọng khác nhau cho kết quả thành phần các nguyên tố Co, Ni và P là khác nhau. Cụ thể, pH tăng từ 2,0 đến 6,5 thành phần Co lắng đọng giảm từ 81,19% at xuống 67,34% at và thành phần Ni lắng đọng tăng từ 9,83% at lên 23% at. Đối với thành phần P lắng đọng tăng từ 5,98% at lên 13% at khi nồng độ pH trong dung dịch tăng từ 2.0 đến 5,5. 4.1.2 Cấu trúc tinh thể của dâ a o t tí CoNiP Hình 4.1. Phổ EDX ưng c a dây nano CoNiP (góc phải chèn ảnh SEM) 13 Hình 4.3 trình ày ết quả phổ nhiễu xạ tia X của y CoNiP với đường nh 200 nm được lắng đọng trong ung ịch điện ph n ở các giá trị pH thay đổi từ 2,0 đến 6,5. Kết quả ph n t ch nhiễu xạ tia X cho thấy các y nano CoNiP đ u có cấu tr c tinh thể. Đỉnh nhiễu xạ xuất hiện ở góc 44,90 tương ứng với m t (002) và cường độ đỉnh (002) ắt đầu tăng l n ở giá trị pH từ 3,5 đến 6.5. Khi giá trị pH của ung ịch điện ph n tăng từ 3,5 đến 6,5 các mảng y CoNiP cho thấy cường độ đỉnh nhiễu xạ (002) tăng rất mạnh và ắt đầu xuất hiện th m các đỉnh nhiễu xạ (100), pha CoP hay NiP. Cấu trúc của các đỉnh (100) và (002) đ u là cấu túc lục giác xếp ch t (hcp). Giá trị pH trong dung dịch lắng đọng tăng tương ứng với thành phần P tăng l n. Nguyên nhân dẫn đến cấu trúc tinh thể thay đổi hi pH thay đổi là do sự đóng góp của thành phần nguyên tố P. Thành phần nguyên tố P tăng đ làm thay đổi quá trình lắng đọng của nguyên tố Co và Ni dẫn đến cấu trúc tinh thể định hướng theo m t hcp (002) của dây nano CoNiP tốt hơn và làm tăng cường độ nhiễu xạ của đỉnh (002). Đi u này cho thấy rằng trong vật liệu dây nano CoNiP có chứa chủ yếu là pha từ cứng hcp (002) khi giá trị pH tăng từ 3,5 đến 6,5. 4.1.3 Tính chất t của dâ a o t tí CoNiP 30 35 40 45 50 55 60 f e d c b a CuCu (0 0 2 ) C o P ,N iP (1 0 0 ) (a) pH=2.0 (b) pH=2.5 (c) pH=3.5 (d) pH=4.5 (e) pH=5.5 (f) pH=6.5 C - ê n g ® é n h iÔ u x ¹ ( ® v ty )  (®é) Hình 4.3. Giản ồ nhiễu x tia X 14 Hình 4.4 trình ày các đường cong từ trễ của mảng dây nano CoNiP đối với đường kính 200 nm ở giá trị pH khác nhau. Kết quả cho thấy hình áng các đường cong từ trễ của mảng dây nano CoNiP là rất khác nhau khi giá trị pH thay đổi từ 2,0 đến 6,5.Đi u này cho thấy mảng dây nano CoNiP có tính dị hướng từ cao khi từ trường đ t song song và vuông góc với trục dây nano.Với mẫu ở giá trị pH<3,5 có giá trị lực kháng từ thấp. Mẫu dây nano CoNiP có giá trị pH>3,5 đ thể hiện tính từ cứng. Tại pH=5,5 cho giá trị lực kháng từ lớn nhất là khoảng 1940 Oe. Kết quả này cho thấy tính chất từ của vật liệu dây nano từ tính CoNiP không chỉ phụ thuộc chủ yếu vào sự có m t của pha cứng hcp (002) mà nó còn phụ thuộc vào các pha khác có giàu thành phần P và P có vai trò làm tăng lực kháng từ và tạo ra pha từ cứng của vật liệu. 4.2 Ảnh hƣởng của đƣờng kính lên dây nano từ tính CoNiP 4.2.2. Hình thái học của dây nano CoNiP Hình 4.8 trình bày một số ảnh SEM của mảng dây nano CoNiP đ được loại bỏ khuôn mẫu polycarbonate. -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (f) M /M s H (Oe) || H T H -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (e) || H T H M /M S H (Oe) -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (d) M /M s H (Oe) || H T H -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (c) M /M s H (Oe) || H T H -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (b) M /M s H (Oe) || H T H -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 (a) M /M s H (Oe) || H T H Hình 4.4. ư ng cong từ trễ c a mảng dây nano CoNiP vớ ư ng kính 200 nm ở các giá tr pH (a) 2.0; (b) 2.5; (c) 3.5; (d) 4.5; (e) 5.5 và (f) 6.5. 15 Đường kính của dây nano CoNiP được xác định lần lượt là 100, 200, 400 và 600 nm. Chi u dài của nh ng dây nano này là khoảng 4µm. Hình 4.9 (a) chỉ ra loại ảnh TEM của một dây nano CoNiP với đường kính 200 nm. Có thể quan sát thấy dây nano CoNiP này có độ kết nối liên tục với đường nh đồng nhất. Ảnh hiển vi điện tử truy n qua độ phân giải cao (HR- TEM) được trình bày trong hình 4.9 (c). Kết quả cho thấy các a Hình 4.9. (a) Ảnh TEM và (c) ảnh HRTEM c a m t dây nano CoNiP vớ ư ng kính 200 nm c 0.205 nm d a c Hình 4.8. Ảnh SEM c a mảng dây CoNiP vớ ư ng kính khác nhau: a) 100 nm, b) 200 nm, c) 400 nm and d) 600 nm b 16 lớp nguyên tử được sắp xếp theo từng lớp chồng lên nhau. Mạng không gian được xác định khoảng 0.205 nm tương ứng với m t (002) của lục giác xếp ch t. 4.2.3 Ả ưởng của đường kính lên tính chất t của dâ nano CoNiP Hình 4.10 trình ày đường cong từ trễ của mảng dây CoNiP với các đường kính 100, 200, 400 và 600 nm ở nhiệt độ phòng. Hình dáng của các đường cong từ trễ này đ u thay đổi theo cả hai phương đo từ trường đ t song song và vuông góc với mảng y hi đường nh y nano CoNiP thay đổi. Lực kháng từ (Hc) và tỷ số Mr/Ms là giảm hi đường kính của dây nano tăng như thấy trong hình 4.11. Nguyên nhân dẫn đến kết quả này là c b (010) (100) -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 a Parallel Perpendicular M /M S H (Oe) -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 b M /M s H (Oe) Parallel Perpendicular -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 c M /M S H (Oe) Parallel Perpendicular -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 d M /M S H (Oe) Parallel Perpendicular Hình 4.10. ư ng cong từ trễ c a mảng y n no oN P ược o ở nhiệ phòng vớ á ư ng kính khác nhau a) 100 nm; b) 200 nm; c) 400 nm; d) 600 nm 17 do dị hướng hình dạng đóng vai trò chiếm ưu thế so với dị hướng từ tinh thể. . Bán kính tới hạn rc có thể được xác định khi từ trường ngoài được đ t dọc theo trục của dây nano. 2. 2 Sa c MN A qr  (4.4) Kết quả tính toán cho giá trị bán kính tới hạn khoảng 138 nm. Với án nh r < 138 nm quá trình đảo từ xảy ra theo mô hình quay đ u (coherent). Trái lại, đối với dây nano CoNiP có bán nh r > 138 nm quá trình đảo từ xảy ta theo cơ chế quay xoắn (curling). Hằng số dị hướng từ hiệu dụng Keff được xác theo công thức.  //2 SSSeff HHMK   (4.5) Hình 4.12 trình ày đường đ c trưng của hằng số dị hướng từ hiệu dụng Keff phụ thuộc vào đường kính của dây nano. Có thể quan sát thấy rằng hằng số dị hướng từ hiệu dụng giảm khi đường nh y CoNiP tăng. Trong trường hợp Keff > 0, dây nano CoNiP với đường kính nhỏ hơn ( < 276 nm) trục dễ từ 0 100 200 300 400 500 600 -3 -2 -1 0 1 2 3 4 d c ~ 276 nm K e ff ( 1 0 6 e rg /c m 3 ) d (nm) Hình 4.12. Sự phụ thu c c a hằng số d ướng từ hiệu dụng vào ư ng kính dây Hình 4.11. Sự phụ thu c c a lực kháng từ và tỷ số vuông gó M /Ms vào ư ng kính dây 18 hóa song song với trục của y CoNiP. Ngược lại, trong trường hợp Keff 276 nm), trục dễ từ hóa sẽ vuông góc với trục của dây. 4.3 Ảnh hƣởng của từ trƣờng lên dây nano từ tính CoNiP 4.3.1 Cấu trúc tinh thể của dâ a o t tí h CoNiP Hình 4.15 trình bày ảnh hiển vi điện tử truy n qua độ phân giải cao (HR-TEM) của hai mẫu y nano CoNiP được chế tạo ở từ trường có giá trị cường độ lần lượt là 0 Oe và 2010 Oe. Như thấy trong hình 4.15 (a), khi không có từ trường ngoài đ t vào quan sát thấy cấu trúc các lớp nguyên tử hình thành trong dây nano CoNiP thể hiện chưa rõ ràng. Tuy nhi n, hi đ t từ trường vào với cường độ l n đến 2010 Oe trong quá trình lắng đọng vật liệu dây nano CoNiP, có thể quan sát thấy rõ hơn các lớp nguyên tử CoNiP hình thành sắp xếp chồng l n nhau như thấy trong hình 4.15 (b). Khoảng cách gi a các lớp nguyên tử chồng lên nhau là khoảng 0,205 nm. Hình 4.16 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của y nano CoNiP được lắng đọng ở các giá trị có cường độ từ trường ngoài đ t vào hác nhau. Cường độ đỉnh nhiễu xạ (002) của dây nano CoNiP tăng hi đ t từ trường (a) (b) Hình 4.15. Ảnh HR-TEM c y n no oN P ược lắng ọng ưới tác dụng c a từ ư ng: a) HA= 0 Oe và b)HA= 2010 Oe 19 ngoài vào so với cường độ của đỉnh đồng (Cu) được làm điện cực. Đỉnh nhiễu xạ chính của dây nano CoNiP là pha (002) với cấu trúc lục giác xếp ch t. Như vậy, khi có từ trường tác động vào quá trình lắng đọng dây nano CoNiP đ làm cho các hạt tinh thể định hướng theo pha (002) và làm cho pha này ổn định tốt hơn v m t cấu trúc. Bên cạnh đó từ trường còn có tác động đến vị trí của tinh thể P để thay thế một số vị trí ô mạng của Co và Ni trong pha (002) làm giàu pha từ cứng cử vật liệu. 4.3.2 Tính chất t của dâ a o t tí CoNiP Hình 4.18 (a) chỉ ra sự phụ thuộc của tỷ số độ vuông góc (Mr Ms) vào cường độ từ trường ngoài đ t vào. Vật liệu dây nano CoNiP được lắng đọng hi hông đ t từ trường ngoài đ t vào (HA = 0) có giá trị Mr/Ms lần lượt là 0,50 theo phương song song với trục dây nano. Giá trị này tăng l n 0 500 1000 1500 2000 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 // H M r/ M s H A (Oe) 0 500 1000 1500 2000 2500 1800 1900 2000 2100 2200 2300 2400 H C ( O e ) H A (Oe) // H Hình 4.18. (a) Sự phụ thu c c a tỷ số Mr/Ms và (b) lực kháng từ Hc vào từ ư ng lắng ọng a b 30 35 40 45 50 55 60 (d) (c) (b) (a) (0 0 2 ) Cu Cu C - ê n g ® é n h iÔ u x ¹ ( ® v ty )  (®é) (a) H A = 0 Oe (b) H A =1200 Oe (c) H A =1500 Oe (d) H A =2010 Oe Hình 4.16. Giản ồ nhiễu x tia X c oN P ược lắng ọng với giá tr từ ư ng: HA = 0; 1200 Oe; 1500 Oe; và 2010Oe 20 tới 0,78 khi từ trường ngoài đ t vào 2010 Oe. Ảnh hưởng của từ trường ngoài đ t vào tới giá trị lực kháng từ của dây nano CoNiP được chỉ ra trong hình 4.18 (b). Giá trị lực kháng từ tăng từ 1900 Oe đến 2300 Oe khi từ trường lắng đọng tăng từ 0 Oe đến 2010 Oe theo phương song song với trục dây nano. Tính chất từ của vật liệu dây CoNiP cho thấy có sự thay đổi rất mạnh khi có từ trường ngoài tác động. Kết quả này là do từ trường tác động đến quá trình lắng đọng của vật liệu làm gia tăng pha giàu thành phần P và tạo ra pha từ cứng của vật liệu. CHƢƠNG V: CHẾ TẠO, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU ÂY NANO TỪ TÍNH NHIỀU ĐOẠN. Đ NH HƢỚNG ỨNG ỤNG 5.1 Chế tạo y nano từ tính nhiều đoạn Co/Au 5.1.1 Thí nghiệm chế tạo y nano nhiều đoạn Co/Au Dung dịch điện ph n được ùng để tạo ra đoạn dây Co bao gồm: 0,2 M CoCl2.6H2O, 0,7 M H3BO3 với giá trị pH = 3.2 đến 3,5. Dung dịch ùng để lắng đọng đoạn Au gồm có 0,01 M HauCl4, 0,5 M C6H8O7 và 0,4 M NaOH với giá trị pH của dung dịch là 3,5. 5.1.2 Khảo sát hình thái học của dây nano từ tính Co/Au Hình 5.2. Hìn á ọ y n no n o n o/A vớ à o n o k á n ) 2500 nm, b) 1500 nm n ) 750 nm a c b 21 Hình 5.2 trình bày ảnh SEM của dây nano nhi u đoạn Co/Au với các đoạn Co có chi u ài thay đổi. Sự tương phản gi a hai đoạn đen và đoạn trắng xen lẫn nhau của dây nano nhi u đoạn Co/Au lần lượt chỉ ra tương ứng với đoạn Co và đoạn Au. 5.1.3 Tính chất từ của y nano từ tính nhiều đoạn Co/Au Hình 5.4 trình ày đường cong từ trễ của dây nano đơn đoạn Co và dây nano nhi u đoạn Co/Au với các đoạn Co có chi u dài khác nhau. Hình dáng của đường cong từ hóa thay đổi theo chi u dài của đoạn Co. Dị hướng từ chuyển từ dạng song song với trục của dây sang vuông góc với trục của dây nano khi chi u ài đoạn từ tính Co giảm. 5.2 Chế tạo y nano từ tính nhiều đoạn CoNiP/Au 5.2.1 Thí nghiệm chế tạo y nano từ tính nhiều đoạn CoNiP/Au Dung dịch điện phân lắng đọng đoạn dây CoNiP gồm có 0,2M CoCl2.6H2O; 0,2M NiCl2.6H2O; 0,25M NaH2PO2 và 0,7M H3BO3 ở giá trị pH =5,5. Còn đối với ung ịch lắng đọng đoạn y u gồm 0,01 M HAuCl4, 0,5 M C6H8O7 và 0,4 M NaOH với giá trị pH của dung dịch là 5,5. -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 a   M /M S H (Oe) // H T H -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 b   // H T H M /M S H (Oe) -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 C // H T H M /M S H (Oe) -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 d   // H T H M /M S H (Oe) Hình 5.4. ư ng cong từ trễ c y n no ơn o n Co với chi u dài 3500 nm (a) và dây nano nhi o n Co/Au với chi à o n Co thay ổi b) 2500 nm, c) 1500 nm and d) 750 nm 22 5.2.2 Khảo sát hình thái học của y nano từ tính nhiều đoạn CoNiP/Au Kết quả phân tích hình thái học của dây nano nhi u đoạn CoNiP/Au có đường kính và chi u dài lần lượt xấp xỉ là 100 nm và 3 µm. Dây nano CoNiP u có 6 đoạn tương ứng với a đoạn CoNiP nằm xen kẽ với ba đoạn Au. 5.2.3 Ph n tích thành phần nguyên tố hóa học của y nano từ tính nhiều đoạn CoNiP/Au Hình 5.8 chỉ ra thành phần nguyên tố hóa học thông qua phổ tán xạ năng lượng (EDX) của dây CoNiP/Au. Kết quả thu được cho thấy rằng dây nano nhi u đoạn CoNiP/Au chỉ gồm các thành phần Co, Ni, P. Các đỉnh phổ năng lượng xuất hiện như Si, O là o đế Silic tạo nên. 5.2.4 Tính chất từ của y nano từ tính nhiều đoạn CoNiP/Au Hình 5.9 trình ày đường cong từ chễ của y nano nhi u đoạn CoNiP/Au. ạng đường cong từ hóa của hai phép đo với từ trường đ t song song và vuông góc với trục y nano là gần như chồng l n nhau. Kết quả thu được của lực háng từ (HC) và tỷ số Mr Ms lần lượt là 1310 Oe và 0,33. -10000 -5000 0 5000 10000 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 M /M s H (Oe) H // T H Hình 5.9. ư ng cong từ trễ c a dây nano nhi u o n CoNiP/Au Hình 5.8. Phổ năng lượng tia X( EDX) c a dây nano nhi o n CoNiP/Au CoNiP Au 23 5.3 Định hƣớng ứng ụng 5.3.1 Thực nghiệm 100 g y nano CoNiP u được chộn với 1m 4- TP hòa tan trong ung ịch Clor orm  y nano CoNiP u được ph n tán trong ung ịch Clor orm ở nhiệt độ phòng với thời gian 24 giờ, sau đó rửa với ung ich Clor orm làm nhi u lần trong máy ly tâm  Trải y nano CoNiP u đ chức năng hóa 4- TP tr n đế thủy tinh  Khảo sát đ c trưng của dây nano CoNiP u đ chức năng

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdftt_che_tao_vat_lieu_day_nano_tu_tinh_nghien_cuu_tinh_chat_va_kha_nang_ung_dung_6562_1920319.pdf
Tài liệu liên quan