Nghiên cứu tính chất từ nhiệt lớn trên hệ hợp kim la (fe,co) (si,b)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2




LÊ VIỆT HÙNG




NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ NHIỆT LỚN TRÊN
HỆ HỢP KIM La-(Fe,Co)-(Si,B)



LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT











HÀ NỘI, 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2





LÊ VIỆT HÙNG




NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ NHIỆT LỚN TRÊN
HỆ HỢP KIM La-(Fe,Co)-(Si,B)

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 60.44.01.04


LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT CHẤT


Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN HUY DÂN

HÀ NỘI, 2014


LỜI CẢM ƠN





       -     

  








gian qua.

 
 nay.







LỜI CAM ĐOAN



công trình nào khác.





Lê Việt Hùng



MỤC LỤC

MỞ ĐẦU
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT VÀ VẬT
LIỆU TỪ NHIỆT
1.1. Hiệu ứng từ nhiệt



1.2. Vật liệu từ nhiệt


1.3. Một số tính chất đặc trƣng của hệ vật liệu từ nhiệt có cấu trúc

loại NaZn
13

1.3.1. 
1-x
M
x
)
13


1-x
M
x
)
13

1.4. Kết quả nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt trên một số hệ hợp
kim trên nền La-Fe 
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Chế tạo mẫu



2.2. Phép đo phân tích cấu trúc
2.3. Các phép đo từ
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Trang
1

4
4
4
7
9
9
9
13

18
18
20

22
32
32
32
35
37
37
39
41



3.1. Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hệ băng hợp kim
La
1+x
Fe

10,5-x
CoSi
1,5

3.1.1. C
1+x
Fe
10,5-x
CoSi
1,5

3
1+x
Fe
10,5- x
CoSi
1,5

3.2. Cấu trúc tinh thể và tính chất từ của hợp kim LaFe
13-x-y
Si
x
B
y

LaFe
13-x-y
Si
x
B

y

LaFe
13-x-y
Si
x
B
y

KẾT LUẬN
DANH MỤC CÔNG TRÌNH
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

41
42
43
49
49
52
57
58
59
62

DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ HÌNH VẼ

Trang


1-x
Al
x
)
13
và La(Fe
1-x
Co
x
)
11,7
Al
1,3



21
a
T
C

M

11,8 - x
Co
x
Si
1,2


27
           
La
1+x
Fe
10,5-x
CoSi
1,5
(x = 0; 0,5; 1 và 1,5)


quang 

41
Bng 3.2. Các giá tr t  bão hòa M
s
 nhi 100 K và nhi
chuyn pha T
C1
ca h hp kim LaFe
13-x-y
Si
x
B
y
(y = 0 ÷ 3 và x = 0 ÷ 3).

55

4



8
              


10

11

12
NaZn

13



19
        
M
     
LaFe
11,2
Co
0,7
Si
1,1
-2 và 0-5 T .

23

1-x
Co
X
)
1,4
Si
1,6
(x = 0; x = 0,02, x= 0,04 và x = 0,06 )

24

1-x

Co
X
)
11,4
Si
1,6

0,02 và (b) x = 0,06

25



11,8 - x
Co
x
Si
1,2


26

M
 

11,8 - x
Co
x
Si
1,2



27
Hình 1.12. 

11-x
Co
x
Si
2
(x = 0, 1, 2, 3 và 4)

28
     
M
       

11-x
Co
x
Si
2
(x = 0; 1 và 2)

29
Hình 1.14.          
Fe
13-x-y
Si
x

B
y


30


S
M




7
Si
3
B
3
.

31

32

        


33
 
33

. 
35
Hình 2.5.        -  
           



36

38
-5000
38

40
Hình 
1+x
Fe
10,5-x
CoSi
1,5
(x = 0, 0,5, 1 và 1,5)

42




           
1+x
Fe

10,5-
x
CoSi
1,5
(x = 0; 0,5; 1 

43


1+x
Fe
10,5-x
CoSi
1,5


44
Hình 3.4. Các ng cong t  ph thuc t c bii
t ng cong t nhit  các t ng khác nhau ca các mu
p kim La
1+x
Fe
10,5-x
CoSi
1,5
vi x = 0 (a), 0,5 (b) và 1 (c)


46
ng cong - S

M
(T) (H = 12 kOe) ca các mu
p kim La
1+x
Fe
10,5-x
CoSi
1,5
(x = 0; 0,5 và 1).

47
Hình 3.6.  ng cong t nhit ca các m  p kim
La
1+x
Fe
10,5-x
CoSi
1,5
vi x = 0 (a) và x = 0,5 (b) sau khi  nhit

48
Hình 3.7. Gi X-ray ca các mLa-Fe-Si-
vn tc v = 20 m/s vi x = 0, y = 0 ÷ 3 (a); x = 1, y = 0 ÷ 3 (b); x = 2, y
= 0 ÷ 3 (c) và x = 3, y = 0 ÷ 3 (d).


51
Hình 3.8.  ng cong t nhit M(T) ca h  p kim
LaFe
13-x-y

Si
x
B
y
 vn tc v = 20 m/s vi x = 0, y = 0 ÷ 3 (a);
x = 1, y = 0 ÷ 3 (b); x = 2, y = 0 ÷ 3 (c) và x = 3, y = 0 ÷ 3 (d). 
t ng H = 12 kOe



54


1

MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài
 



. 




 [1].





dùng khí, 

 (b 
m

 T
ad
) x

.
Nh    t vài vt liu t nhit  c quan tâm
nghiên cu hp kim cha Gd, hp kim cha As, hp kim cha La, hp
kim Heusler h hp kim La-Fe-Si kt hc hu ht các
m ca các vt liu khác. Chúng có kh u ng t nhit ln 
2

t ng nh, có nhi chuyn pha t d i, có di nhi làm vic
r
m
m rng xung quanh nhi chuyn pha Curie T
C
, kh
nh (refrigerant capacity - RC) ln, tính tr nhit và tr t h
rt nh, tính chc t bn cao, d ch to và giá thành r
yêu cu cn thit cho kh ng dng thc t. Tuy nhiên, các hp kim nn
La-Fe vn có mt s o pha mong mun (pha có cu
trúc kiu NaZn
13

), nhi hong thp (nhi Curie T
C
th nâng
cao nhi Curie T
C
ca loi vt liu này, các nhà nghiên cng pha
thêm Co thay th  na, Co có th ci thin kh o trng
nh hình (GFA) ca các vt liu này [1], [8], [17]. Vic thêm vào các
nguyên t  i cu trúc và tính cht ca
hp kim. T trnh hình, pha loi NaZn
13
có th c to nên
thông qua quá trình  nhit  tc vt liu có cu trúc, tính cht có
kh  ng dng thc t trên các hp kim loi này vn cn ph c
nghiên cu nhia.
Chí   là: Nghiên
 tính ch La-(Fe, Co)-(Si, B).
2. Mục đích nghiên cứu
-(Fe, Co)-(Si, B): La
1+x
Fe
10,5-
x
CoSi
1,5
, LaFe
13-x-y
Si
x
B

y
 
 
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Tìm  La
1+x
Fe
10,5-
x
CoSi
1,5
và LaFe
13-x-y
Si
x
B
y

Nghiên ,   
 .

3

4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
kim La
1+x
Fe
10,5-x
CoSi
1,5

và LaFe
13-x-y
Si
x
B
y
.
Kh :
La
1+x
Fe
10,5-x
CoSi
1,5
và LaFe
13-x-y
Si
x
B
y.

5. Phƣơng pháp nghiên cứu


 



g.
Nội dung của luận văn


- 
- 
- 
í n








4

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT
VÀ VẬT LIỆU TỪ NHIỆT

1.1. Hiệu ứng từ nhiệt
1.1.1. Cơ sở nhiệt động học của hiệu ứng từ nhiệt
- 






 GMCE).

Hình 1.1. 

5

Hình 1.1 gi

âm

-1
K
-1


Nguyê

S (T,H) = S
M
(T,H) + S
L
(T,H) + S
e
(T,H) (1.1)

M

L
là entropy liên

e



thì S
e
], [10].

(S
M
và S
L



entropy t


 
.


khác có 

G(T, H, p) = U + pV -TS - MH (1.2)

6

dG = V dp - S dT - M dH (1.3)
mà S (T, H, p) = -
()
G

T


[H, p]
(1.4)
M(T, H, p) = -
()
G
H



[T, p]
(1.5)

)
),(
(
H
HTS


[T]
= (
T
HTM

 ),(
)
[H]

(1.6)

1

2



M
(T) = S(T, H
2
)  S(T, H
1
) =
2
1
[]
( , )
()
H
H
H
M T H
dH
T




(1.7)


 C(T, H)
[H]
= T(
)
T
S


[H]
(1.8)

CdT và dQ = - TdS, ta có:
( , )
( , )
T M T H
dT dH
C T H T










(1.9)


1

2


ad
T
 
 
 
2
1
[]
,
,
,
H
H
H
M T H
T
T H dH
C T H T













(1.10)
 
]:

][H
T
M









C

7


 
 
M
H

ST



C
.
 

][H
T
M











 
0,
H
M
T












M
 
 
H
T



ad
 
 
H
T






ad
 
 

H
T



1.1.2. Phƣơng pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu
 
S
M
T
ad
,


 sau:
- c tip



T
ad


8


 
- p

        T

ad
     
S
M





S
M




H
MdH
0



Hình 1.2. 
 [1].
9





S

M


1.1.3. Tiêu chuẩn lựa chọn vật liệu từ nhiệt



- S
M
T
ad

 .
- 

- e cao).
- 


- 
- 
- 

- 
- 

1.2. Vật liệu từ nhiệt
1.2.1. Sự phát triển của vật liệu từ nhiệt



10
















ch  


Hình 1.3.  

(a)
(b)
11

   17 


 



 S
M
và T
ad
   
70% - 

             
 



 



Hình 1.4. 


12




 











nóng 


Hình 1.5. 

Nam châm 
13


kite maganite R
1-x
M
x
MnO
3



[8

5
(GeSi)
4


13










1.2.2. Những vật liệu từ nhiệt tiêu biểu
 



- Hp kim liên kim loi (intermetallic)

 
m
|
max
            
T
C



14



 

Gd
5
Ge
2
Si
2

m
|
max
 
C
= 295 K [16].


M
|
max

C

               

Nhóm nghiên 20


5
Si
2-x
Ge
2-x
Sn
2x
(x 
S
M

5
Si
2-x
Ge
2-x
Sn
2x


5
Si
2
Ge
2


5
Si
4


S
M

5
Si
1,75
Ge
1,75
Sn
0,5


C
= 269 K.



5
T
4







C


15



- Vt liu perovskite manganite

 





S
M
   
0,5
Gd
0,2
)Sr
0,3
MnO
3
      


C



0,7

Sr
0,3
MnO
3

C


C


        
0,7
Sr
0,3
MnO
3
  
            


(La
0,4
Nd
0,6
)
0,7
Sr
0,3
MnO

3




1-x
K
x
MnO
3

                
16

x = 0,15) thì T
C

S
M





 


            

- Hp kim ngui nhanh


- 

 3

73,5
Si
13,5
B
9
Nb
3
Cu
1






78
Si
4
Nb
5
B
12
Cu
1


C


M
|
max


              

