Nghiên cứu chế tạo nano fepd bằng phương pháp điện hóa siêu âm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trần Phƣơng Loan

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HẠT NANO FePd
BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội – 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trần Phƣơng Loan

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO HẠT NANO FePd
BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM
Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 60440104

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TSKH. NGUYỄN HOÀNG LƢƠNG

Hà Nội –2015

Luận văn này được thực hiện tại Trung tâm Nano và Năng lượng -Trường Đại học
Khoa học Tự nhiên và tại Trung tâm Khoa học Vật liệu - Khoa Vật lý - Trường Đại
học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội. Luận văn được thực hiện với sự hỗ
trợ kinh phí của đề tài “Chế tạo và nghiên cứu tính chất từ của các hạt nano trên nền Fe
và Co”, mã số 103.02-2013.61 do Quỹ phát triển khoa học và công nghệ quốc gia
(NAFOSTED) tài trợ.


MỞ ĐẦU
Trong lĩnh vực khoa học và công nghệ nano thì vật liệu nano luôn là một trong
những nhánh nghiên cứu dành được sự quan tâm đặc biệt của các nhà khoa học do
những đặc điểm và tính chất mới lạ so với các vật liệu thông thường. Có ba nguyên
nhân chính dẫn đến sự khác biệt này. Thứ nhất là tác động của các hiệu ứng lượng tử
khi vật liệu có kích thước nano. Các vật liệu nano không tuân theo quy luật vật lý cổ
điển nữa, thay vào đó là các quy luật vật lý lượng tử mà hệ quả quan trọng là các đại
lượng vật lý bị lượng tử hóa. Thứ hai là hiệu ứng bề mặt: kích thước của vật liệu càng
giảm thì phần vật chất tập trung ở bề mặt chiếm một tỷ lệ càng lớn, hay nói cách khác
là diện tích bề mặt tính cho một đơn vị khối lượng càng lớn. Cuối cùng là hiệu ứng tới
hạn, xảy ra khi kích thước của vật liệu nano đủ nhỏ để so sánh với các kích thước tới
hạn của một số tính chất. Chính ba yếu tố này đã tạo ra sự thay đổi lớn về tính chất của
vật liệu nano. Và cũng vì vậy, vật liệu nano thu hút được sự nghiên cứu rộng rãi nhằm
tạo ra các vật liệu có những tính chất ưu việt với mong muốn ứng dụng chúng để chế
tạo ra các sản phẩm mới có tính năng vượt trội phục vụ trong nhiều lĩnh vực và mục
đích khác nhau. Các thiết bị ứng dụng công nghệ nano ngày càng nhỏ hơn, chính xác
hơn, thể hiện độ tinh xảo ưu việt hơn hẳn các thiết bị với công nghệ micro trước đó.
Trong những năm gần đây các nhà khoa học dành mối quan tâm đáng kể đến
việc tăng mật độ ghi từ của vật liệu nhằm giảm kích thước của bit thông tin. Việc tiểu
hình hóa các linh kiện điện tử đòi hỏi các vật liệu có lực kháng từ và từ dư lớn để đảm

báo tính năng của vật liệu. Các vật liệu FePt, CoPt, FePd với dị hướng từ tinh thể lớn,
từ độ bão hòa lớn, độ ổn định hóa học cao… có khả năng ứng dụng trong các linh kiện
ghi từ mật độ cao. Do vậy, bên cạnh vật liệu FePt và CoPt, vật liệu FePd đã thu hút
được sự chú ý của khá nhiều nhóm tác giả trên thế giới [5,7,12,13,14].
Cho đến nay, người ta thường chế tạo các vật liệu cấu trúc nano FePd bằng các
phương pháp như: phương pháp hóa khử [2,7], phương pháp rượu đa chức [14]...

1


Nguyễn Thị Thanh Vân và đồng nghiệp [1,12,13] đã tiến hành nghiên cứu tính chất từ
của hạt nano FePd chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm. Theo hiểu biết của chúng
tôi, hạt nano FePd chưa từng được chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm.
Trong khuôn khổ luận vănnày chúng tôi thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu chế tạo hạt nano FePd bằng phương pháp điện hóa siêu âm”
Mục tiêu của luận văn: Chế tạo thành công hạt nano FePd theo các tỷ lệ thành
phần khác nhau bằng phương pháp điện hóa siêu âm; nghiên cứu chuyển pha bất trật
tự-trật tự của cấu trúc của vật liệu; nghiên cứu tính chất từ của hạt nano FePd chế tạo
được.
Bố cục của luận văn:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan - trình bày tổng quan về hệ hợp kim FePd, một số đặc
trưng trong cấu trúc tinh thể, tính chất từ và các thông số liên quan của hệ vật liệu này.
Chương 2: Thực nghiệm - trình bày phương pháp chế tạo mẫu, các thiết bị thực
nghiệm được sử dụng để nghiên cứu các tính chất của hệ mẫu FePd.
Chương 3: Kết quả và thảo luận - trình bày các kết quả nghiên cứu về tính chất
cấu trúc và tính chất từ của hạt nano FePd.
Kết luận: nêu những kết luận cơ bản và khái quát nhất về các kết quả đã thu
được trong luận văn.

2


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu FePd
Với nhu cầu nâng cao mật độ ghi từ trên một inch vuông (phổ biến hiện nay là
100 Gb/in2 có thể nâng đến cỡ Tb/in2) và việc tiểu hình hóa các thiết bị ghi từ đã thúc
đẩy việc nghiên cứu chế tạo các hạt nano từ cứng với các tính chất đặc trưng như: năng
lượng dị hướng từ tinh thể cao, lực kháng từ lớn, từ độ bão hòa cao.
Hợp kim FePd có thể tồn tại với các trạng thái khác nhau tùy thuộc vào nhiệt độ
ủ, hợp phần và trạng thái cấu trúc tinh thể của vật liệu. Khi ủ trong hợp kim đã xuất
hiện chuyển pha bất trật tự - trật tự với cấu trúc tứ giác tâm mặt (face-centered
tetragonal - fct) L10 kéo theo tính từ cứng thể hiện rõ rệt với ưu điểm là có lực kháng từ
lớn.
1.1.1. Giản đồ pha của hệ FePd

Hình 1.1. Giản đồ pha của hợp kim FePd [8].

3


KẾT LUẬN
Sau một thời gian nghiên cứu chúng tôi đã thu được một số kết quả như sau:
- Nghiên cứu chế tạo thành công hạt nano FePd bằng phương pháp điện hóa siêu
âm với các thành phần FexPd100-x, x=42, 50, 55, 60, 63.
- Các mẫu sau khi xử lí nhiệt có cấu trúc L10, thể hiện tính từ cứng. Giá trị lực
kháng từ tăng theo nhiệt độ ủ ở tất cả các mẫu và đạt lớn nhất tại nhiệt độ ủ 5500C (ở
mẫu với x=42, 50, 55, 63) và tại nhiệt độ ủ 6000C (ở mẫu với x=60).
- Trong các hệ mẫu FePd, mẫu Fe60Pd40 thể hiện tính từ cứng tốt nhất, với giá trị
lực kháng từ Hc=2,07 kOe tại nhiệt độ phòng khi ủ tại 6000C.

4


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt
1. Nguyễn Thị Thanh Vân (2014), Nghiên cứu một số tính chất của các hệ hạt
nano từ tính FePd và FePt chế tạo bằng phương pháp hóa siêu âm và điện
hóa siêu âm, Luận án tiến sĩ Vật lý, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
ĐHQGHN.
Tiếng Anh
2. M. Chen and D.E. Nikles (2002), “Synthesis of spherical FePd and CoPt
nanoparticles”, J. Appl. Phys.91, 8477.
3. A. Durant, J.-L. Delplancke, R. Winand, and J. Reisse (1995), “A new
procedure for the production of highly reactive metal powders by pulsed
sonoelectrochemical reduction”, Tetrahedron letters, 36, 4257-4260.
4. Namdeo S. Gajbhiye, Sachil Sharma, and Raghumani S. Ningthoujam (2008),
“Synthesis of self-assembled monodisperse 3 nm fePd nanoparticles: Phase
transition, magnetic study, and surface effect”,J. Appl. Phys. 104, 123906.
5. M.E. Gruner, A. Dannengberg (2009), “Structure and magneticsm of nearatoichiometric FePd nanoparticles”,J. Magn. Mater. Mater.321, 861.
6. N.H. Hai (2003), Nanomagnetic Materials Prepared by Mechanical
Deformation, Ph.D. Thesis, Universite Joseph Foureir- Grenoble 1.
7. Yanglong Hou, Hiroshi Kondoh, and Toshiaki Ohta (2009), “Size-controlled
synthesis and magnetic studies of monodisperse FePd nanoparticles”,J.
Nanosci. Nanotechnol. 9, 202.
8. Thaddeus B. Massalki (1990), Binary Alloy Phase Diagrams, ASM
International, Ohio, 1751.

5

9. Nguyen Hoang Nam, Nguyen Thi Thanh Van, Nguyen Dang Phu, Tran Thi
Hong, Nguyen Hoang Hai, Nguyen Hoang Luong (2012), “Magnetic
properties of FePt nanoparticles prepared by sonoelectrodeposition”, Journal
of Nanomaterials 2012, 801240.
10. J. Reisse, H. François, J. Vandercammen, O. Fabre, A. Kirsch-de Mesmaeker,
C. Maerschalk, and J.-L. Delplancke (1994), “Sonoelectrochemistry in
aqueous electrolyte: a new type of sonoelectroreactor”, Electrochimica acta
39, 37-39.
11. Kazuhisa Sato, Toyohiko J. Konno, and Yoshihiko Hirotsu (2009), “Atomic
structure imaging of L1o-type FePd nanoparticles by spherical aberration
corrected high-resolution transmission electron microscopy”, J. Appl. Phys.
105, 034308.
12. Nguyen Thi Thanh Van, Truong Thanh Trung, Nguyen Hoang Nam, Nguyen
Dang Phu, Nguyen Hoang Hai, Nguyen Hoang Luong (2013), “Hard magnetic
properties of FePd nanoparticles”,European Physical Journal-Applied Physics
64, 10403.
13. Nguyen Thi Thanh Van, Truong Thanh Trung, Nguyen Hoang Nam, Nguyen
Hoang Luong (2012), “Temperature dependence of hard magnetic properties
of FePd nanoparticles prepared by sonochemistry”, VNU Journal of Science,
Mathematics - Physics 28, 46-51.
14. Keita Watanabe, Hiroaki Kura, Tetsuya Sato (2006), “Transformation to L1 0

structure

in

FePd

nanoparticles

synthesized

by

modifile

process”,Science and Technology of Advanced Materials 7, 145-149.

6

polyol