Nghiên cứu, chế tạo vật liệu Ferit cấu trúc lục giác LaxSr1-xFe12O19 có kích thước nano.PDF

- iii -

MỤC LỤC


Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Mục lục
Danh mục các bảng biểu
Danh mục kí hiệu, các chữ viết tắt
MỞ ĐẦU

Trang
i
ii
iii
iv
iv
v

Chương 1
TỔNG QUAN
1

1.1
CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ CÔNG THỨC HÓA HỌC
1
1.1.1
Công thức hóa học của hợp chất
1
1.1.2

Cấu trúc lục giác xếp chặt
2
1.1.3
Cấu trúc Magnetoplumbite M
5
1.2
TÍNH CHẤT TỪ
8
1.2.1
Tương tác trao đổi trong cấu trúc kiểu M
8
1.2.2
Từ độ bão hòa của hợp chất cấu trúc kiểu M
10
1.2.3
Dị hướng từ tinh thể
11
1.2.4
Các thông số từ đặc trưng cho vật liệu ferit từ cứng.
13
1.2.5
Cảm ứng từ dư
15
Chương 2
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
17

2.1
Phương pháp chế tạo
17

2.2
Phương pháp nghiên cứu
20
2.2.1
Phương pháp phân tích cấu trúc tinh thể
21
2.2.2
Phương pháp phân tích cấu trúc tế vi
22
2.2.3
Phương pháp phân tích nhiệt vi sai
23
- iii -

2.2.4

Phương pháp đo tính chất từ

23

Chương 3
KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
24

3.1
Kết quả phân tích nhiệt vi sai
24

3.2
Cấu trúc tinh thể và phân bố kích thước mẫu bột

25

3.3
Cấu trúc tế vi, kích thước và hình dạng hạt
32

3.4
Tính chất từ.
36

3.5
Tính chất từ của ferit Sr
1-x
La
x
Fe
12
O
19

40

Chương 4
Một số kết quả thử nghiệm ứng dụng
42

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
49

Tài liệu tham khảo

viii

- iv-

DANH SÁCH KÝ HIỆU CHÍNH DÙNG TRONG LUẬN ÁN

A Hằng số năng lượng trao đổi
a Hằng số mạng tinh thể
B Cảm ứng từ
B
S
Cảm ứng từ bão hoà
B
r
Cảm ứng từ dư
(BH)
max
Tích số năng lượng cực đại (năng lượng từ cực đại)
C Hằng số Curie
c Hằng số mạng tinh thể (trục lục giác)
d
0
Kích thước đômen
d
c
Kích thước đômen trụ
E
A
Năng lượng dị hướng từ tinh thể
E

C
Năng lượng trường khử từ
E

Năng lượng dị hướng từ đàn hồi (năng lượng biến dạng đàn hồi)
e Điện tích của điện tử
g Thừa số Lander
H Cường độ từ trường
H
C
Cường độ trường khử từ (Lực kháng từ)
H
A
Cường độ từ trường dị hướng (hiệu ứng)
B
H
C
Cường độ trường khử từ cảm ứng
I
H
C
Cường độ trường khử từ từ hoá
H
d
Cường độ trường khử từ nội tại
I
S
Độ từ hoá bão hoà
K các hằng số dị hướng từ (K
1

, K
2
, K
3
)
k Hằng số Boltzmann
M Mômen từ
- iv-

M
S
Mômen từ bão hoà
N Thừa số khử từ (N
//
: theo phương song song, N

: theo phương vuông
góc với phương từ hoá dễ.
r Bán kính hạt (đơn đômen)
S Diện tích, tiết diện
T
C
Nhiệt độ Curie
W Năng lượng tương tác trao đổi tổng cộng (năng lượng trường phân tử)

W
Năng lượng vách đômen/đơn vị diện tích vách

gh
Mật độ năng lượng giới hạn của vách đômen


W
Độ dày vách đômen
 Hằng số điện môi
Hằng số Plank
 Hệ số từ hoá
 Hệ số từ giảo

B
Mômen từ đơn vị Magneton Bohr

0
Độ từ thẩm của chân không
 Hệ số lồi của đường cong khử từ
 Tần số góc
 ứng suất cơ học
 Góc giữa mômen từ và phương từ hoá

S
Độ từ bão hoà trên một đơn vị khối lượng

- iv -

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1
Bán kính của 1 số ion.
Bảng 1.2
Số ion kim loại chiếm chỗ các vị trí trong khối R, S và T. Các hướng
moment từ của chúng được biểu thị theo hướng các mũi tên.

Bảng 2.1
Hệ mẫu SrOnFe
2
O
3.

Bảng 2.2
Hệ mẫu Sr
1-x
La
x
Fe
12
O
19.

Bảng 3.1
Sự phụ thuộc thành phần pha vào chế độ nung của hai hệ mẫu.
Bảng 3.2
So sánh giá trị kích thước hạt phân bố trung bình theo hai phương pháp.
Bảng 3.3
So sánh kích thước hạt tinh thể & tính chất từ của các mẫu có thành phần
tỉ lệ Fe/Sr và chế độ nung khác nhau (từ trường ngoài là 13.5kOe).
Bảng 3.4
So sánh kích thước tính chất từ của các mẫu có phương pháp chế tạo
khác nhau.
Bảng 3.5
So sánh tính chất từ của các hệ mẫu có thành phần tỉ lệ La/Sr và chế độ
nung khác nhau (từ trường ngoài là 13.5kOe).
Bảng 4.1

So sánh các thông số S21, S11.

- v -

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, khoa học và công nghệ nano và micro luôn là
những tiêu điểm có sức lôi cuốn mạnh các nhà nghiên cứu và khoa học trên toàn
thế giới. Khoa học và công nghệ nano đi sâu và rộng trong mọi lĩnh vực khoa học,
nó ảnh hưởng quyết định đến sự phát triển công nghệ thông tin, công nghệ tự động
hóa và công nghệ sinh học, trong thế kỉ 21. Mỗi lĩnh vực của khoa học và công
nghệ nano có những đặc thù riêng biệt, và gắn bó chặt chẽ tới khoa học vật liệu.
Công nghệ nano phát triển đòi hỏi các nhà nghiên cứu và công nghệ lật lại các vấn
đề thuộc về công nghệ và vật liệu. Vật liệu ferit từ là một trong các họ vật liệu
được nghiên cứu và xem xét ở cấp độ kích thước nano mét.
Khi mà các thiết bị điện tử có xu hướng thu nhỏ trọng lượng, kích thước và
tiêu tốn ít năng lượng hơn, thì vật liệu Ferit với vai trò không thể thiếu trong các
ứng dụng về điện, điện tử, viễn thông cũng phải được thu nhỏ lại để tương thích và
bổ trợ với các thiết bị và linh kiện điện từ khác. Vật liệu ferit từ cứng có những ứng
dụng làm nam châm vĩnh cửu, ứng dụng trong các loại loa, vật liệu ghi quang,
trong lõi cuôn dây của các động cơ cũng cần phải được xem dưới góc độ vi cơ điện
và ghi từ mật độ cao [24]. Gần đây, vật liệu ferit còn được phát hiện thêm ứng
dụng trong lĩnh vực khoa học quân sự, đó là công nghệ chế tạo vật liệu hấp thụ
sóng điện từ và công nghệ sơn tàng hình trong máy bay chiến đấu [19, 20]. Tiềm
năng phát triển vật liệu ferit kích thước nano là rất lớn.
Tuy nhiên, vật liệu ferit với phương pháp chế tạo theo phương pháp gốm
truyền thống thường cho tính chất từ và điện hạn chế. Để ứng dụng trong chế tạo
các hệ vi cơ và vật liệu ghi từ v.v đòi hỏi vật liệu ferit phải có tính chất tôt, độ
đồng nhất rất cao, do vậy chúng tôi đã đặt vấn đề chế tạo, nghiên cứu khảo sát vật
liệu ferit từ cứng SrFe
12

O
19
theo phương pháp hóa solgel citrate. Phương pháp
Solgel là một phương pháp hóa học hữu hiệu để chế tạo các loại oxit dưới dạng
màng mỏng và bột từ kích thước nanô [2].
Luận văn này có nội dung trình bày về quá trình nghiên cứu khảo sát, chế
tạo vật liệu ferit lục giác SrM có kích thước nano. Luận văn nghiên cứu chủ yếu về
cấu trúc tế vi của bột ferrite SrM cấu trúc nano, mối quan hệ giữa tính chất từ- cấu
trúc tế vi- thành phần Sr/Fe –chế độ nung và công nghệ solgel citrate.
Bản luận văn gồm 3 chương:
Chương 1 Tổng quan về vật liệu ferit lục giác SrM.và phương pháp solgel
citrate.
Chương 2 Đối tượng nghiên cứu và phương pháp thực nghiệm.
Chương 3 Thảo luận các kết qua thu được từ thực nghiêm.
Chương 4 Một số kết quả thử nghiệm ứng dụng.
- 1 -

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ CÔNG THỨC HÓA HỌC
1.1.1 Công thức hóa học của hợp chất
Như ta đã biết, ferit là họ vật liệu có tính chất sắt từ, chúng có thể được phân
loại theo tính chất thành ferit từ cứng và ferit từ mềm. Do các tính chất từ của
chúng thường tương đồng với những cấu trúc đặc trưng, nên bên cạnh cách phân
loại như vậy chúng còn được phân loại và gọi tên theo cấu trúc tinh thể. Ví dụ như
ferit Spinel, ferit Granat, ferit Hexagonal (còn gọi là ferit lục giác), ferit perovskite.
Rõ ràng, từ sự phân loại theo cấu trúc, chúng ta đã hiểu được phần nào tầm ảnh
hưởng về mặt cấu trúc tinh thể đến tính chất từ của các vật liệu ferit. Trong luận
văn này, chúng tôi đã nghiên cứu khảo sát cấu trúc tinh thể của ferit SrFe
12

O
19
, có
cấu trúc lục giác. Cấu trúc tinh thể của ferit SrFe
12
O
19
giống cấu trúc khoáng chất
tự nhiên là magnetoplumbite, khoáng chất này cũng là một họ oxit sắt từ, mặc dù
tính ứng dụng của chúng không cao [14,16]. Họ ferit magnetoplumbile chỉ có 3 loại
chính, đó là BaFe
12
O
19
, SrFe
12
O
19
, PbFe
12
O
19
kí hiệu tương ứng là BaM, SrM, PbM,
trong đó SrM và BaM là được sử dụng rất nhiều.

Hình 1.1 Giản đồ trạng thái hệ ba cấu tử BaO-MeO-Fe
2
O
3
Hình 1.1 biểu diễn giản đồ trạng thái hệ ba cấu tử BaO-MeO-Fe

2
O
3
lập nên
họ ferit cấu trúc lục giác với các công thức hợp phần của các chất được thảo luận
- 2 -

trong luận văn. Ba góc của giản đồ được lấy tương ứng là ba oxit BaO, MeO, và
Fe
2
O
3
; các cạnh của giản đồ chia đều theo tỉ lệ phần mol của ba ôxit. Ký hiệu Me
để chỉ các ion hóa trị 2 trong nhóm các kim loại chuyển tiếp 3d, hoặc các ion kim
loại Zn, Mg hay tổ hợp 2 ion kim loại Li
+1
và Fe
+3
, miễn là tổ hợp này đảm bảo có
thể điền kẽ, khuếch tán vào trong cấu trúc Spinel. Các hợp chất mô tả trong giản đồ
được chế tạo bằng phương pháp thiêu kết hỗn hợp các oxit (tương ứng với các oxit
ở ba góc của giản đồ) với tỉ lệ khác nhau tại nhiệt độ 1000
o
C. Trên đoạn thẳng nối
đỉnh Fe
2
O
3
với đỉnh BaO trong giản đồ hình 1.1, tồn tại 1 điểm cho công thức hóa
học tương ứng là BaFe

2
O
4
, một hỗn hợp oxit có tính chất phi từ. Hợp chất cấu trúc
Spinel, Me
2
Fe
4
O
8 ,
ứng với trung điểm của đoạn thẳng (Fe
2
O
3
, MeO). Điểm M của
giản đồ tương ứng có công thức hóa học là BaFe
12
O
19
= BaO.6Fe
2
O
3
[1, 2], đây là
một oxit phức cấu trúc lục giác. Một hợp chất quan trọng khác được biểu diễn tại
điểm Y, có công thức tương ứng là 2(BaO.MeO.3Fe
2
O
3
) = Ba

2
Me
2
Fe
12
O
22
. Hợp
chất Y có cấu trúc tinh thể lục giác, nhưng không hoàn toàn giống cấu trúc tinh thể
lục giác của M [17]. Để xác định điểm Y, ta cần thêm điểm có công thức rút gọn
tương ứng là (BaO.2Fe
2
O
3
). Lấy tổng công thức của hợp chất tại điểm này với công
thức rút gọn của hợp chất tại điểm S, sau đó nhân đôi giá trị tổng thì tìm được công
thức của điểm Y. Mỗi ô cơ sở tạo thành từ cấu trúc lục giác khác khau có số ion
chính xác đúng bằng công thức hóa học của nó. Đa số các hợp chất hóa học có tính
chất feri từ, đều được xác định trong các đoạn M-S và M-Y [23]. Tuy nhiên, mỗi ô
cơ sở của các cấu trúc tinh thể còn có thể được xây dựng theo 1 phương pháp đơn
giản hơn, mà chỉ cần dựa vào 3 điểm S, M, Y.
Ion Ba có thể được thay thế một phần hay toàn phần bởi các ion của kim loại
kiềm thổ Ca
+2
, Pb
+2
, Sr
+2
, đó là các ion có bán kính ion gần bằng ion Ba, hoặc được
thay thế một phần bởi các ion hóa trị 3, như là La

+3
, lúc đó với 1 lượng tương ứng
ion sắt III (ferric) chuyển hóa thành ion sắt II (ferrous). Điều này gợi ý rằng, có thể
cho phép thay thế các ion Fe
+3
bởi các ion hóa trị 3 khác, như là Cr
+3
và Al
+3
hoặc
bởi 1 tổ hợp ion hóa trị hai và ion hóa trị bốn trong tinh thể. Lấy ví dụ, 2 Fe
+3
,
trong hợp chất M, được thay thế bởi  lượng ion cobalt hóa trị 2 và  ion titan hóa
trị 4, khi đó hợp chất có công thức hóa học là BaCo

Ti

Fe
12-
O
19
.
1.1.2 Cấu trúc lục giác xếp chặt
Cấu trúc tinh thể lục giác của các ferit nghiên cứu, thực chất không hoàn toàn
tuyệt đối là cấu lục giác xếp chặt thông thường, như qui định theo 14 kiểu mạng
Bravais. Cấu trúc lục giác này là một cấu trúc phức, nó gồm các khối lục giác xếp
chặt với các khối lập phương tâm diện xếp chặt hình thành nên theo các qui tắc
- 3 -

nhất định. Chỉ với hai cấu trúc của 2 loại khối này, nhiều cấu trúc lục giác đã được
hình thành, điều này được khẳng định bởi sự phong phú của chủng loại cấu trúc
ferit lục giác khác nhau, ta có thể ví dụ các ferit lục giác điển hình ở đây là SrM,
SrY, SrZ. Trong phần này, chúng tôi muốn trình bày về trật tự lục giác xếp chặt, và
sự sắp xếp giữa hai trật tự hình thành nên cấu trúc lục giác trong các ferit lục giác,
đặc biệt là cấu trúc lục giác kiểu M.
Hình 1.2 biểu diễn trật tự của cấu trúc lục giác xếp chặt, các ion A, ion B, ion
C kí hiệu trong hình đều là ion ôxi, chúng được kí hiệu khác nhau là để phân biệt
cách sắp xếp trong các trật tự khác nhau. Các ion B nằm trong cùng mặt phẳng
ngang, chúng sắp xếp thành một mạng lưới (gọi là lớp ion B) có các mắt lưới là
một tam giác đều, mà ion B sắp xếp vào mỗi đỉnh của tam giác đều đó.

Hình 1.2 Biểu diễn trật tự của cấu trúc lục giác xếp chặt (a) và cấu trúc lập
phương xếp chặt (b) với các ion tương ứng. Trong hình (a), các ion A nằm trong
một mặt phẳng mà trên dưới mặt phẳng này là mặt chứa các ion B, từ đó hình
thành trật tự ABAB theo chiều dọc. Trong hình (b) các lớp chứa ion A và ion C gần
kề với lớp B này, không có các phần tử nằm trên nhau theo trục thẳng đứng, từ đó
cho ta trật tự ABCABC.
Trên lớp ion B, hình thành một lớp ion A như biểu diễn trên hình 1.2. Các
ion A sắp xếp chặt chẽ thành một mặt phẳng ngang nằm song song với mặt phẳng
chứa lớp ion B. Với một cấu trúc lục giác xếp chặt, tồn tại phía dưới lớp các ion B
một lớp ion A khác, có tâm của các ion A nằm dọc phía dưới tâm của ion A của lớp
trên lớp ion B. Tiếp tục phát triển theo chiều dọc (chiều vuông góc với các mặt
phẳng) theo trật tự như vậy, chúng ta thu được một cấu trúc lục giác xếp chặt, diễn
tiến theo thứ tự ABAB cho đến vô cùng. Người ta chứng minh được rằng, các cấu
trúc được tạo ra như vậy là 1 cấu trúc tinh thể lục giác đơn trục, trong đó trục c
vuông góc với mặt phẳng chứa lớp ion oxi (ion A).
- 4 -

Trật tự cấu trúc lập phương xếp chặt cũng được xây dựng tương tự như vậy

(xem hình 1.2b). Diễn tiến của các lớp theo chiều dọc bây giờ sẽ là ABCABC. Ở
đây, các ion A và B có vị trí tương tự vị trí của nó trong hình (a), còn các ion C
nằm xếp chặt trong 1 mặt phẳng phía dưới mặt phẳng hình vẽ (lớp B) một khoảng
bằng khoảng cách giữa 2 lớp ion A và lớp ion B trên nó. Cấu trúc lập phương xếp
chặt, với khung là các ion oxi, thường xuất hiện trong các ferit cấu trúc Spinel.
Hình 1.3, biểu diễn phối cảnh không gian 3 chiều của cấu trúc Spinel, trong đó, trục
[111] được chọn là trục thẳng đứng. Lớp ion tại đỉnh và tại đáy, kể cả các trật tự
xung quanh phối cảnh 3 chiều này, là hoàn toàn giống nhau. Nói chung, phối cảnh
đã cho biết các thông tin đầy đủ về cấu trúc theo phương thẳng đứng. Khoảng cách
giữa các lớp oxi kề nhau trong mạng tinh thể là xấp xỉ 2.3Å.

Hình 1.3 Phối cảnh không gian 3 chiều của cấu trúc Spinel, với trục thẳng đứng
được chọn là trục [111]. Hình tròn màu đen và hình tròn gạch chéo biểu diễn các
ion trong vị trí tứ diện và vị trí bát diện tương ứng.
Trong cấu trúc lục giác M, các ion oxi bao quanh các oxit sắt, tạo thành một
khung ion oxi chắc đặc. Cấu trúc lục giác M là một cấu trúc nhiều khối, gồm một
cấu trúc lục giác và một cấu trúc lập phương. Chúng ta chứng minh được rằng tổ
hợp các cấu trúc này luôn tạo ra cấu trúc đối xứng lục giác. Trong cấu trúc lục giác
M, hai lớp ion oxi có một ion ôxi được thay thế bởi các ion Sr, kích thước bán kính
ion Sr sấp xỉ bán kính ion ôxi (xem bảng 1.1).

- 5 -

Bảng 1.1
Bán kính của 1 số ion
Ion
Bán kính (nm)
O
II
0.132

Ca
II
0.106
Sr
II
0.127
Ba
II

0.143
Pb
II
0.132
1.1.3 Cấu trúc Magnetoplumbite kiểu M
Theo Adelsköld [28], hợp chất M, với công thức hóa học BaFe
12
O
19
, có cấu
trúc tinh thể giống cấu trúc tinh thể khoáng magnetoplumbite, với thành phần hợp
thức là PbFe
7.5
Mn
3.5
Al
0.5
Ti
0.5
O
19

. Hình 1.3 biểu diễn mặt phẳng đối xứng của cấu
trúc M. Mỗi ô cơ sở lục giác của tinh thể chứa 10 lớp ion oxi, với độ dài của trục dị
hướng c khoảng 23.2Å, còn độ dài của trục a là 5.88Å. Trong một ô cơ sở của mỗi
lớp luôn chứa 4 ion lớn, với bốn lớp liên tiếp nhau thì 4 ion lớn đều là 4 ion oxi,
nhưng đến lớp thứ 5 thì 4 ion lớn lại là 3 ion oxi còn lại là ion Ba. Cấu trúc khoáng
magnetoplumbite có thể cấu thành từ các khối Spinel, chỉ chứa 2 lớp ion oxi, đó là
các khối S và S
*
trong hình 1.3, khối R chèn ở giữa chúng (xem hình 1.5) có chứa
một ion Bari chính là lớp thứ 5 như đề cập trên. Các khối R
*
và S
*
là kết quả của
phép quay 180
o
tương ứng từ các khối R và S quanh trục c. Trong khối R, lớp chứa
ion Bari được kẹp chặt giữa 2 lớp oxi ở 2 mặt trên-dưới, tạo nên cấu trúc chắc đặc
lục phương. Bốn lớp oxi bao quanh ion Bari tạo thành cấu trúc chắc đặc lập
phương. Trong mỗi ô mạng cơ sở, các lớp của khối cấu trúc chắc đặc lục phương
và lập phương, hình thành đan xen vào nhau, lớp này chồng nên lớp kia. Mặt phẳng
cơ sở chứa ion Bari là mặt phẳng gương của riêng khối R, do đó các khối kế tiếp,
liên tục của khối R (đó là khối S và S
*
) phải đối xứng với nhau qua mặt phẳng
gương này, khi và chỉ khi, khối còn lại được quay 180
o
xung quanh trục c. Đó
chính là lý do giải thích vì sao ô cơ sở của cấu trúc M chứa 10 lớp ôxi chứ không
phải chỉ có 5 lớp oxi. Nhìn chung, chúng ta có thể khẳng định: khi đã xác định

được khối R trong cấu trúc, thì để xác định các khối còn lại (khối R*) ta chỉ cần
thực hiện phép quay 180
o
quanh trục c. Sau khi khối R thứ hai được xác định là vị
trí gốc thì ta thu được ô cơ sở của cấu trúc lục giác M. Khi đó, cấu trúc tinh thể M
được mô tả theo công thức RSR*S*, và mỗi ô cơ sở của cấu trúc chứa số ion tương
ứng với công thức 2(BaFe
12
O
19
), nhớ là, khối S trong cấu trúc gồm 2 phân tử
MeFe
2
O
4
tạo thành. Điều đó chứng tỏ, trong cấu trúc M, khối Spinel chứa nhiều
hơn 2 lớp ion oxi [23], mặc dù tỉ lệ ion kim loại và ion oxi chứa trong khối này
- 6 -

không đúng theo tỉ lệ vàng 3 : 4.

Hình 1.4 Thiết diện ngang theo trục dọc c của cấu trúc magnetoplumbite M. Các
mũi tên chỉ hướng của các spin. Các đường kẻ dọc là các trục đối xứng bậc ba.
Các dấu chéo (x) là vị trí tâm đối xứng. Tất cả các lớp chứa ion Bari đều là các
mặt đối xứng gương, và được kí hiệu là m. Cấu trúc này bao gồm các khối S
(Spinel) giống nhau, chúng nằm đan xen vào các khối R (các khối chứa ion Bari)
- 7 -


Hình 1.5 Giản đồ phối cảnh không gian ba chiều của khối R trong cấu trúc M

và khối T trong cấu trúc Y. Trong các khối T của cấu trúc Y có hai lớp chứa
Bari liền kề nhau
Các ion Fe
+3
có thể xuất hiện trong 3 loại vị trí trống khác nhau của cấu trúc
M. Nằm dọc theo các vị trí tứ diện và bát diện còn xuất hiện một loại vị trí tứ diện
mới, loại vị trí này không có trong các cấu trúc Spinel và nó được bao bọc xung
quanh bởi 5 ion ôxy và có dạng lưỡng chóp tam giác, chúng ta gọi các vị trí này là
vị trí lưỡng chop tam giác (hay lưỡng chóp kép). Các vị trí lưỡng chóp tam giác
xuất hiện trong lớp chứa ion Bari, được đánh giá tương đương như các vị trí tứ
diện. Trong cấu trúc lục giác, hai vị trí tứ diện được xếp liền kề với nhau và giữa
chúng có 1 ion kim loại chung cho cả hai vị trí. Ion kim loại này chiếm vào vị trí
trung chuyển giữa hai vị trí, mà vị trí đó nằm chính giữa 3 ion ôxi. Giả sử các thông
số là lý tưởng, thì không gian trống giữa 3 ion oxy là nhỏ. Điều này có nghĩa là, các
ion kim loại muốn chiếm chỗ vào giữa 3 ion oxi thì bắt buộc không gian giữa 3 ion
oxi phải được giãn rộng ra, giống như trường hợp điền kẽ vào vị trí tứ diện trong
mạng Spinel. Tương tự, trong khối R, hai ion Fe
+3
chiếm chỗ vào hai vị trí bát diện
kề nhau. Tuy nhiên, trong trường hợp này do có hai ion oxy chung, vì vậy sẽ không
có điểm bất thường xung quanh chúng, nghĩa là việc các ion Fe
+3
chiếm chỗ các vị
trí bát diện không gây ra hiện tượng giãn, nở trong cấu trúc. Trên thực tế, không có
cách sắp xếp nào khác tốt hơn, ví dụ như trường hợp hai vị trí tứ diện được điền
đầy và một ion chung cho hai ion bát diện, bởi vì không gian xung quanh vị trí bát
diện sẽ có lợi về mặt năng lượng hơn là không gian mà xung quanh vị trí tứ diện
(số phối trí cao hơn so với trường hợp của cấu trúc spinel). Hơn nữa, nếu hai ion
chiếm chỗ vị trí bát diện chúng sẽ nằm cách xa nhau, còn trong trường hợp chúng
chiếm chỗ hai vị trí tứ diện thì khoảng cách đó gần hơn. Như vậy, trên cơ sở tinh

- 8 -

thể học, các kích thước bán kính ion và quan điểm cực tiểu hóa năng lượng, các ion
đã được sắp xếp vào các vị trí thích hợp nhất trong kiểu cấu trúc lục giác M. Trong
họ ferit lục giác còn rất nhiều cấu trúc khác, như là W, Z, Y… chúng đều có một
đặc điểm chung là có trật tự hình thành từ khối S và R, và các ion trong mỗi trật tự
đều có những vị trí thích hợp đặc thù của nó.
1.2 TÍNH CHẤT TỪ
1.2.1 Tương tác trao đổi trong cấu trúc M
Do sự tương đồng về mặt cấu trúc giữa khối S của cấu trúc lục giác và cấu
trúc Spinel, cho nên, sự định hướng tương đối của các moment từ trong cả hai khối
là hoàn toàn giống nhau. Vậy là, mỗi khối S đều có 4 ion nằm trong vị trí bát diện
(ion bát diện) và hai ion nằm trong vị trí tứ diện (ion tứ diện) với các moment từ
của mỗi loại ion định hướng phản song song với nhau; hướng tương đối giữa các
momen từ này được thể hiện bằng các mũi tên trong hình 1.4. Hình 1.6 biểu diễn
tính chất đối xứng của hai khối R và khối T, thông qua biểu diễn đó ảnh hưởng
tương đối của tương tác siêu trao đổi giữa hai khối cũng được xác định rõ ràng. Để
định lượng ảnh hưởng của tương tác siêu trao đổi của trật tự từ, chúng ta chỉ cần
tính toán giá trị chính xác của các thông số ion, trong không gian giới hạn bởi khối
R. Đối với khối R (chiếm 1/2 ô cơ sở của cấu trúc M), hướng các moment từ của 1
ion cụ thể được chọn song song với trục c theo chiều hướng lên. Giả thiết ban đầu
rằng, các tương tác siêu trao đổi giữa các ion từ tính xuất hiện thông qua các ion
oxi nằm giữa chúng, và giả thiết rằng đây là một tương tác trao đổi âm (do có số
điện tử d ≥ 5). Goter đã ước lượng được độ lớn của các tương tác trao đổi từ giá trị
các khoảng cách l= Me-O-Me và các góc tương tác ф= MeOMe [14]. Bây giờ, để
xét các thông số tương tác siêu trao đổi trong trật tự của khối R và T, chúng tôi
đánh số các ion sắt theo thứ tự 1, 2, 3, 4, như đã chỉ ra trong hình 1.6. Các kết quả
của Goter dẫn ta đến một giả thiết rằng các moment từ của các ion số 2 và số 3, các
ion nằm gần lớp chứa ion Stronium nhất, là có định hướng xuống dưới. Nguyên
nhân có giả thiết tương tác 1-oxi-2 lớn là do góc tương thích ф lớn (xấp xỉ 140

o
);
trong khi các tương tác khác, như tương tác 2-oxi-3 có các moment từ sắp xếp theo
chiều hướng phản song song với moment từ của ion 1, lại có giá trị nhỏ hơn bởi vì
góc tương thích là không thích hợp (xấp xỉ 80
o
). Hơn nữa, khoảng cách từ ion 1 đến
ba ion oxy xung quanh, trong mặt phẳng cơ sở, là tương đối nhỏ (1.3Å) và dẫn đến
giá trị tương tác 1-oxi-2 cao. Tương tác trao đổi cặp của khối R với khối S được
hình thành từ tương tác giữa moment từ của ion bát diện 3 trong khối R với
moment từ của ion bát diện 4 trong khối S. Tương tác giữa các ion bát diện xuất
hiện trong hầu hết cấu trúc Spinel (độ lớn của nó được xác định bởi đại lượng β),
mặc dù tương tác này tương đối nhỏ do góc ф không phù hợp (90
o
). Tuy nhiên, cấu
trúc Spinel là gồm 2 khối S xếp chồng nên nhau, cho nên tương tác giữa các ion bát
diện giữa hai khối là không đáng kể, còn trong cấu trúc lục giác M thì khối S lại
xếp chồng trên khối R, và do đó góc tương tác ф lớn hơn (130
o
) mặc dù độ lớn của
- 9 -

các ion bát diện tới các ion oxi không đổi nhưng kết quả cho thấy tương tác này là
đáng kể. Đây là tương tác quan trọng nhất giữa các khối R và S. Tương tác giữa ion
1 và ion 4 không hoàn toàn như đã vẽ trong giản đồ, tương tác này sẽ nhỏ bởi vì
khoảng cách giữa ion 1 và ion oxi phía trên là khoảng 2.3Å. Từ thực tế rằng điểm
Curie của hợp chất M là cao (470
o
C), người ta suy ra rằng tương tác giữa hai vị trí
bát diện tăng lên do góc tương tác tăng.

Hình 1.6 Mô hình đối xứng của tương tác siêu trao đổi trong cấu trúc M và Y.
Trong trường hợp khối T (xuất hiện trong ô cơ sở của cấu trúc Y, hình 1.6,
điểm xuất phát [13] là các ion bát diện 2, nằm giữa hai lớp chứa ion Sr. Nếu
moment từ của ion này được định hướng vuông góc trục c, về hướng phải, khi đó
moment từ của ion tứ diện sẽ được định hướng sang trái. Không giống như khối R,
tương tác 1-ôxi-3 và tương tác 1-ôxi-2 có cùng giá trị, trong khối T các ion này
được sắp xếp, bố trí lại sao cho góc 1-oxi-2 là lớn hơn góc 1-oxi-3. Hơn thế nữa,
theo Braun [10], ion 3 hơi có xu hướng dịch lên trên, vì vậy khoảng cách từ ion này
đến các ion oxy, nằm trong lớp chứa ion Sr, là tương đối lớn (2.33Å), và điều này
làm giảm tương tác 1-oxi-3. So sánh tương tác 1-oxi-4 giữa khối R và khối T. ta
thấy, tương tác 1-oxi-4 là loại tương tác giữa các ion của vị trí tứ diện và bát diện
của mạng Spinel, và tương tác này trở nên rất quan trọng trong khối T. Như vậy
trong mối quan hệ giữa ion 1 và ion 3, ion 4 đã có sự khác nhau giữa khối R và T.
Đó là tương tác 1-oxi-4 trong khối T là rất quan trọng còn trong khôi R nó gần như
không có ảnh hưởng gì, trong khi đó, tương tác 1-ion-3 của khối T bị giảm thiểu,
đồng thời lại tăng cường tương tác trao đổi 3-oxi-4 và tương tác 1-oxi-2. Vì tương
tác 1-oxi-3 là triệt tiêu nên để đảm bảo cân bằng trao đổi ion 2 phải có moment từ
định hướng ngược với hướng của moment từ của ion 1, hệ quả là moment từ của
- 10 -

ion 3 sẽ định hướng phản song song với moment từ của ion 2. Tóm lại, trong cấu
trúc T số ion có moment từ hướng sang phải bằng số ion có moment từ định hướng
sang trái, và do đó nếu các ion có độ lớn moment từ cùng giá trị thì sẽ không tồn tại
trật tự ferit từ (khối T khi đó sẽ có trật tự phản sắt từ). Kết luận này hoàn toàn với
kết quả thực nghiệm, đó là từ độ bão hòa của cấu trúc tinh thể Y là tương đối thấp,
nó chỉ có giá trị khoảng cỡ 1/2 giá trị từ độ bão hòa của cấu trúc ferit Spinel. Trên
cơ sở xem xét, khảo sát tổng thể các hướng liên quan của các moment từ của các
ion kim loại trong các khối khác nhau, đã được đưa ra trong bảng 1.2.
Bảng 1.2

Số ion kim loại chiếm chỗ các vị trí trong khối R, S và T. Các hướng moment từ
của chúng được biểu thị theo hướng các mũi tên.
LOẠI KHỐI
ION TỨ DIỆN
ION BÁT DIỆN
ION TRONG LƯỠNG
CHÓP TAM GIÁC
R

3 2
3 2
3 2
1
S
2
2

T


1.2. 2 Từ độ bão hòa của hợp chất cấu trúc M
Theo Kojima, cấu trúc tinh thể của khoáng magnetoplumbite giống như hình
1.7 chỉ ra. Môment từ của mỗi ion sắt (moment từ lí tưởng của ion Fe
+3
có giá trị là
5 μ
B
) nằm dọc theo trục c và chúng tạo cặp với nhau bằng các tương tác siêu trao
đổi thông qua ion oxi ở giữa chúng. Giống như cấu trúc Spinel, các liên kết Fe-O-
Fe có góc tương tác gần bằng 180

o
, do đó chúng tạo ra tương tác sắt từ lớn hơn
tương tác phản sắt từ; các liên kết có tương tác cặp phản sắt từ yếu hơn được định
hướng song song với nhau. Trên mỗi ô cơ sở của cấu trúc SrFe
12
O
19
có 24 ion Fe
+3
,
trong số đó 16 ion có moment từ cùng hướng còn lại moment từ của 8 ion định
hướng ngược lại. Như vậy, moment từ tổng trong mỗi công thức SrFe
12
O
19
có thể
đạt được là 20 μ
B
, và trong mỗi ô cơ sở của cấu trúc moment từ tối đa là 40μ
B
, cho
tương ứng giá trị từ độ bão hòa ở 0K là μ
o
M
S
=6.6 kG. Thực nghiệm đo mẫu đa tinh
thể SrFe
12
O
19

tại nhiệt độ hóa lỏng Hiđro, dưới từ trường 26000 (Oe), cho các kết
quả có giá trị trùng khớp giá trị tính lý thuyết ở trên là (20μ
B
) [25].



- 11 -


Hình 1.7 Biểu diễn phối cảnh không gian của trật tự từ trong một ô cơ sở có cấu
trúc lục giác M.

Từ độ bão hòa của SrFe
12
O
19
là một hàm phụ thuộc tuyến tính theo nhiệt độ.
Sự phụ thuộc nhiệt độ của từ độ bão hòa là sự phụ theo dải rộng. Tại T=20
o
C người
ta tìm được σ= 72 gauss cm
3
/g, tương ứng với 4πM
S
=4775 gauss, đến điểm Curie là
470
o
C. Nói chung, tính chất từ của BaM, SrM, PbM là khác nhau rất ít, trong đó
tính chất từ của SrM là cao hơn cả.

1.2.3 Dị hướng từ tinh thể
Theo J.Smit [13], năng lượng dị hướng từ là năng lượng cần thiết để làm
quay vecto từ độ từ phương từ hóa dễ về phương từ hóa khó.
Năng lượng dị hướng từ tinh thể phụ thuộc vào góc giữa hướng từ trường từ
hóa và các trục tinh thể, góc θ. Đối với cấu trúc tinh thể M, tương tác spin-quĩ đạo
(tương tác siêu trao đổi) là tương tác chủ yếu, tương tác lưỡng cực –lưỡng cực là
không đáng kể, nên biểu thức của E
A
có dạng rút gọn:
- 12 -

E
A
= K
o
+ K
1
sin
2
θ + K
2
sin
4
θ (1.1)
Trong đó K
o
, K
1
, K
2

là các hằng số dị hướng, chúng phụ thuộc vào bản chất
vật liệu và nhiệt độ. Khi vật thể từ đạt giá trị cân bằng bền, thì năng lượng tự do
của nó là hằng số và nó thỏa mãn các điều kiện cực tiểu hóa. Tức là thỏa mãn các
điều kiện:














0
0
2
2


E
E
A
A
(1.2)
Tại lân cận vô cùng nhỏ của Δθ, thì sin

4
(Δθ) tiến tới 1 nhanh hơn, do đó ta
coi số hạng thứ ba của biểu thức 1.1 là hằng số. Hay biểu thức 1.1 được viết lại là:
E
A
= K
1
sin
2
θ (1.3).
Gọi H
A
là trường hiệu dụng làm quay vecto từ độ về phương dễ từ hóa sau
khi nó bị từ trường ngoài làm lệch khỏi phương dễ từ hóa một góc θ. Theo nguyên
tắc cực tiểu hóa năng lượng, từ 1.2 ta có:
I
K
E
I
H
SS
A
A
2
1
0
2
2
1















(1.3)
Như vậy, với cấu trúc tinh thể đơn trục, ta có H
A
=2K
1
/I
S
. Giá trị K
1
của SrM
đo được tại nhiệt độ phòng là K
1
=3.3x10
6
(erg/cm
3
).

Dị hướng hình dạng
Dị hướng từ phụ thuộc vào hình dạng mẫu được gọi là dị hướng hình dạng,
nó ảnh hưởng mạnh đến lực kháng từ. Một vật thể từ tính có kích thước hữu hạn,
khi bị từ hóa, ở hai đầu vật xuất hiện các cực từ, gây ra các từ trường xung quanh
chúng. Ở bên trong vật, từ trường của các cực từ này có hướng ngược chiều và độ
lớn tỉ lệ với từ độ I
S
, gọi là trường khử từ hình dạng H
d
, từ trường này có xu hướng
chống lại sự từ hóa của từ trường ngoài H. Giá trị độ lớn của H
d
được tính theo
công thức:
H
d
= N
i
I
Si
/μ
o
(1.4)
Ở đây N
i
là thừa số khử từ, nó phụ thuộc vào hình dạng và phương từ hóa của
mẫu; chỉ số i biểu thị sự tương ứng theo các trục chính của hình dạng mẫu.
- 13 -

Các vật thể từ thường có hình dạng phức tạp và đều được qui về các hình

dạng khối đối xứng, như hình elip tròn xoay, hình trụ tròn (hình kim), hình đĩa dẹt,
…
Nếu mẫu có hình dạng hình kim H
d
= I
S
/2μ
o
, vì chỉ có 1 thừa số khử từ N
1
=1,
nằm dọc theo phương trục tinh thể c.
1.2.4 Các thông số từ đặc trưng cho vật liệu ferit từ cứng
Đường cong khử từ, tích số năng lượng cực đại
Người ta thường biểu thị mối quan hệ của cảm ứng từ và trường từ hoá:
B = 
o
H, ở đây  là độ từ thẩm tương đối (1.5)
Hay B = 
o
H + I = 
0
(H + M) (1.6)
bằng một đường cong gọi là vòng từ trễ, trên đó xác định khá đầy đủ các đại lượng
đặc trưng cơ bản của vật liệu từ như độ thẩm từ thẩm ban đầu, cảm ứng từ bão hoà
B
s
, cảm ứng từ dư B
r
, lực kháng từ H

c
Đối với vật liệu từ cứng ta chỉ quan tâm
đến phần đường cong từ trễ nằm trong cung phần thứ hai, gọi là đường cong khử
từ, trên đó biểu thị các thông số B
r
, H
c
và (BH)
max
, đặc trưng khả năng làm việc của
nam châm vĩnh cửu. Đôi khi người ta cũng biểu diễn nhánh đường parabol (BH) =
f(B) kết hợp với đường cong khử từ.


Hình1.8 Đường cong từ trễ của vật liệu từ
cứng.
Hình1.9 Góc phần tư thứ II của
đường cong từ trễ.
- 14 -

Đại l-ợng (BH)
max
đặc biệt có ý nghĩa đối với việc sử dụng nam châm. Giá trị
(BH)
max
càng lớn thì năng l-ợng từ của nam châm càng lớn, thể tích sản phẩm càng
nhỏ. Để có (BH)
max
lớn ngoi yờu cu H
c

v B
r
ln, cn phi nõng cao h s li ca
ng cong kh t:
c
H
r
B
(BH)max


,

= 0,25

1 (1.7)
Tc lm lm cho ng cong kh t cú dng cng gn ch nht cng tt. tng
tc l tng (BH)
max
, vt liu phi to c d hng n trc trong cỏc ụmen
quỏ trỡnh t hoỏ v kh t cú cỏc bc nhy Barkhausen ln.
Lc khỏng t
Lc khỏng t hay cũn gi l cng trng kh t, l giỏ tr cng t
trng cn thit lm trit tiờu cm ng t d ca mu ó c t húa n bóo
hũa t. Lc khỏng t, kớ hiu l H
C
, nú c trng cho kh nng chng li t trng
bờn ngoi ca vt liu t cng: H
C
cú giỏ tr cng ln thỡ vt liu t cng cng tt

Tựy thuc vo mi loi vt liu s cú lc khỏng t khỏc nhau, nhng c ch to ra
lc khỏng t ln thỡ nh nhau. ú l, c ch d hng t cao, c ch tng cng
quỏ trỡnh quay bt thun nghch ca cỏc n domen trong quỏ trỡnh t húa, c ch
kỡm hóm s phỏt trin ca mm o t v quỏ trỡnh dch chuyn vỏch omen.
Lc khỏng t liờn quan n d hng t.
D hng t cú vai trũ quyt nh i vi lc khỏng t, vi cu trỳc khỏc nhau
cỏc vt liu t cú giỏ tr lc khỏng t lch nhau rt ln.
Gi s vt liu ferit SrM ca chỳng ta l mt khi cht ng nht bao gm cỏc
n domen cú cựng nh hng. Khi ú, quỏ trỡnh t húa vt liu ch ph thuc vo
quỏ trỡnh quay momen t bóo hũa ca cỏc n domen. õy l mụ hỡnh ca Stoner-
Wohlfarth, lc khỏng t tớnh theo mụ hỡnh ny cú giỏ tr:


I
I
NN
I
K
H
S
S
S
S
C
cba

1
(1.8)
- Nu mu cú dng khi cu, khụng cú ng sut, thỡ lc khỏng t H
C
ch do
d hng t tinh th gõy ra, vi mu d hng t n trc thỡ H
C
= 2K
1
/I
S
.
Theo L.Neel, cng trng kh t mt mu ferit SrM ti nhit
phũng, tớnh theo cụng thc H
C
= 2K
1
/I
S
l H
C
= 6635 Oe, vi K
1
=3.5x10
6

erg/cm
3
v I
S

= 74.3 erg/g.
- 15 -

- Nếu mẫu có dạng elip tròn xoay, không có ứng suất và dị hướng từ tinh
thể, và dị hướng hình dạng là chủ yếu, thì giá trị có thể cho H
C
=2500 Oe.
Công thức (1.5) là được ngoại suy từ mô hình lí thuyết của Stoner-Wohlfarth,
các kết quả thực nghiệm thường không có giá trị trùng khớp với tính toán từ mô
hình này. Đây cũng là một điều chấp nhận được, bởi vì các vật thể từ không bao
giờ hoàn hảo với hình dáng và sự đồng nhất cụ thể, chúng có kích thước, hình dạng
khác nhau, chưa kể các khuyết tật trong mạng tinh thể và quá trình từ hóa không
đơn thuần là quá trình quay đồng nhất của moment từ, mà còn có cả sự dịch chuyển
vách domen, sự xoắn, uốn, vặn …của moment từ khiến cho lực kháng từ thay đổi.
Lực kháng từ liên quan đến cấu trúc domen và cơ chế từ hóa.
Ngoài sự phụ thuộc vào dị hướng từ tinh thể, lực kháng từ của vật liệu từ còn
phụ thuộc vào các yếu tố quyết định khác nữa. Các yếu tố này tựu chung lại chỉ phụ
thuộc vào 3 cơ chế nêu ở trên.
i. Cơ chế hãm vách (dịch chuyển vách domain).
Cơ chế hãm vách xuất hiện do sự không đồng nhất của vật liệu từ, khi có mặt
những điểm bất đồng nhất thì quá trình dịch chuyển vách domen thuận nghịch bị
cản trở do đó làm tăng độ lớn của lực kháng từ.
Codorski và Kerstein đã đề xuất và chứng minh cơ sở lý thuyết về sự biến
thiên năng lượng dịch chuyển vách bất thuận nghịch phụ thuộc vào các ứng suất
nội gây ra.
ii. Cơ chế hãm sự phát triển của mầm đảo từ
iii. Cơ chế từ hóa do qúa trình quay
1.2.5 Cảm ứng từ dư
Cảm ứng từ dư B
r

là cảm ứng từ còn lại trong mẫu sau khi nó đã được từ hoá
đến bão hoà và đưa ra khỏi từ trường. Đối với các vật liệu từ cứng, cảm ứng từ dư
đặc trưng trạng thái định hướng ổn định của các mômen từ của tinh thể theo một
phương xác định, nó biểu thị lực hút của nam châm vĩnh cửu.
Cảm ứng từ dư phụ thuộc vào:
- Kết cấu và số lượng các phương từ hoá dễ của từng tinh thể.
- Mật độ khối lượng d của vật: B
r
= d.
r

- Từ độ
- 16 -

B
r
không phụ thuộc vào kích thước hạt, bởi vậy việc thiêu kết ở nhiệt độ cao
sẽ cho vật thể ferit càng đậm đặc và nâng cao được B
r
. Tuy nhiên ở nhiệt độ quá
cao sự phát triển hạt sẽ làm H
c
giảm đi và có thể làm vật liệu chuyển qua các pha
phi từ tính khác khiến cho từ tính của nó kém hơn.
Để khắc phục tình trạng này người ta đã chấp nhận giải pháp thiêu kết mẫu ở
một nhiệt độ thích hợp sao cho không làm giảm H
c
quá nhiều mà vẫn có B
r
cao.

Bên cạnh đó người ta phải chọn tỷ lệ thành phần Fe
2
O
3
/SrO (hoặc BaO) phù hợp,
pha vào ferit các chất kìm hãm sự phát triển khi thiêu kết (như SiO
2
, Al
2
O
3
,
CaSiO
3
) và để tăng cảm ứng từ dư (như dùng hỗn hợp BaO-SrO, thay thế SrO hoặc
BaO bằng La
2
O
3
. Để đạt được mật độ khối lượng cao, cách tốt nhất là tạo ra các
tinh thể đơn trục có dạng hình que và sắp xếp chúng song song, bó chặt với nhau.
Trong thực tế người ta đã áp dụng các biện pháp như ép bột ferit trong từ trường,
ép nóng và ép đẳng tĩnh đã mang lại những hiệu quả to lớn: nâng được giá trị B
r

từ 3800 – 4000 G lên 4500 – 4600 G [21,22].
Cảm ứng từ dư phụ thuộc vào nhiệt độ. Hệ số nhiệt độ của B
r
có giá trị cỡ
-0,2%/K:

 
K
TTB
BB
r
rr
B
r
/%2,0
12
1
2
2





(1.9)

- 17 -



CHƯƠNG 2
PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.1 Phương pháp chế tạo
Vật liệu ferit có lịch sử phát triển từ những năm 40 của thế kỷ 20, ngay từ
mới được đưa vào sản xuất năm 1946, vật liệu ferit đã không ngừng phát triển, và
đã trở thành một trong những sản phẩm công nghiệp không thể thiếu trong các lĩnh
vực khoa học kỹ thuật và trong đời sống. Vật liệu ferit nam châm kiểu M được biết
đến đầu tiên vào năm 1950, trong một báo cáo của nhóm khoa học Hà Lan, mặc dù
báo cáo này chủ yếu mô tả về độ lớn và đặc tính từ của ferit BaFe
12
O
19
và chưa hề
đề cập tới cấu trúc và các thông số đặc trưng của vật liệu. Vào thời điểm đó, hầu
như các nhà sản xuất đã chế tạo rộng rãi nam châm vĩnh cửu theo phương pháp
gốm. Cho đến nay, phương pháp gốm vẫn là một phương pháp tốt chế tạo nam
châm ferit, ưu điểm của nó là dễ chế tạo, rẻ tiền, sản phẩm đáp ứng tốt nhu cầu tiêu
thụ.
Ngày nay, mặc dù về mặt hiệu quả kinh tế chưa có phương pháp nào có thể
thay thế phương pháp gốm truyền thống, nhưng do những nhu cấu ứng dụng mới
về khoa học kỹ thuật, đòi hỏi sản phẩm ferit nam châm có những tính chất cao và
đồng đều hơn về mặt vi mô cho nên nhiều phương pháp hóa trong đó có các
phương pháp solgel đã được các nhà nghiên cứu khảo sát để chế tạo các loại vật
liệu gốm, trong đó có vật liệu ferit .
Phương pháp hóa ướt rất phong phú, thông thường để chế tạo các hạt bột oxit

kích thước nano, người ta hay sử dụng phương pháp kết tủa, phương pháp đồng kết
tủa, phương pháp vi nhũ tương, phương pháp solgel… Các phương pháp hóa ướt
đều có ưu điểm là dễ chế tạo hạt kích thước nano, điều khiển được kích thước, hình
dạng hạt sản phẩm, và tính đồng nhất cao của sản phẩm. Để chế tạo mẫu bột nanô
ferit Sr, chúng tôi lựa chọn phương pháp solgel citrate theo con đường tạo phức,
phương pháp solgel citrate là một phương pháp nâng cao của phương pháp solgel
Pechini, nó khác với phương pháp solgel Pechini là có thể tổng hợp sản phẩm mà
không sử dụng các chất hoạt tính bề mặt, như Etylen glycol.
Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi đã chế tạo ba hệ mẫu:
- Hệ ferit Sr thuần SrO.nFe
2
O
3
(bảng 2.1), với n = (5.2; 5.3; 5.5; 5.7; 5.8;),
xét ảnh hưởng của thành phần hợp thức đến tính chất của ferit.
- Hệ mẫu ferit Sr pha tạp La, Sr
1-x
La
x
Fe
12
O
19
(bảng 2.2), với x = (0; 0.02;
0.04; 0.06; 0.08). xét ảnh hưởng của thành phần hợp thức đến tính chất của
ferit.
- 18 -

Bảng 2.1
Hệ mẫu SrOnFe
2
O
3
Mẫu
SrM1
SrM2
SrM3
SrM4
SrM5
n
5.2
5.3
5.5
5.7
6.0
Bảng 2.1
Hệ mẫu Sr
1-x
La
x
Fe
12
O
19
Mẫu
SLM1
SLM2
SLM3

SLM4
SLM5
x
0.0
0.02
0.04
0.06
0.08
Các bước công nghệ chế tạo mẫu bằng phương pháp solgel-citrate (citrate-
gel) được mô tả ở hình 2.1
Sơ đồ chế tạo ferit SrM.
- 19 -


Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo bột ferit SrM theo phương pháp solgel citrate.
Bước chuẩn bị:
- Nguyên liệu chuẩn bị:
Sr(NO
3
)
2
.H
2
O PA - TQ.
Fe(NO
3
)
3
.6H
2

O

PA - TQ.
La
2
O
3
PA - TQ.


Axit citric C
6
H
8
O
7
(AC) PA - TQ.
Dung dịch Amoniac 25% PA - TQ.
- Pha các dung dịch Sr(NO
3
)
2
nồng độ 0.5M, dung dịch Fe(NO
3
)
3
(1M), dung
dịch La(NO
3
)

3
(0.04M), axit citric (1.5M) và dung dịch amonic 10%.
Bước 1:
-Tạo hỗn hợp dung dịch muối Fe(NO)
3
(1M), Sr(NO)
2
(0.5M), La(NO)
3
(0.04M) , khuấy đều và gia nhiệt đến 50
o
C, giữ tại nhiệt độ trong 30 phút.