NGHIÊN cứu TÍNH CHẤT từ của hợp KIM fe50co50 có KÍCH THƯỚC NANO mét TỔNG hợp BẰNG PHƯƠNG PHÁP hợp KIM cơ

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

NGUYỄN THỊ HÀ MY

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ CỦA HỢP KIM Fe50Co50 CÓ KÍCH THƢỚC
NANO MÉT TỔNG HỢP BẰNG PHƢƠNG PHÁP HỢP KIM CƠ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2014


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

NGUYỄN THỊ HÀ MY

NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ CỦA HỢP KIM Fe50Co50 CÓ KÍCH THƢỚC
NANO MÉT TỔNG HỢP BẰNG PHƢƠNG PHÁP HỢP KIM CƠ

Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 60440104

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐỖ HÙNG MẠNH

Hà Nội - 2014


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên tôi xin dành lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến TS. Đỗ Hùng
Mạnh - người Thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Th.S Đỗ Khánh Tùng là người anh, người hướng dẫn
dành nhiều thời gian giúp tôi tiếp cận với các thiết bị đo đạc và cách xử lý số liệu
trong quá trình tôi thực hiện luận văn. Những chỉ dẫn, gợi ý của anh luôn là những
bài học bổ ích rút ra từ thực tiễn làm việc. Anh cũng cung cấp cho tôi nhiều tài liệu
cần thiết để hoàn thành tốt luận văn này.
Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của các thành viên thuộc phòng Vật lý Vật
liệu từ và siêu dẫn, các anh chị trong Viện Khoa học vật liệu.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến bạn bè và gia đình tôi - đặc biệt là
người Mẹ thân yêu của tôi - nguồn động viên tình thần lớn lao, luôn bên cạnh ủng hộ
tôi, động viên tôi, tiếp thêm cho tôi sức mạnh có đủ nghị lực và tinh thần vượt qua
những khó khăn để hoàn thành tốt luận văn này.

Hà Nội, ngày 22 tháng 9 năm 2014

Nguyễn Thị Hà My


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn
của TS. Đỗ Hùng Mạnh. Hầu hết các số liệu, kết quả trong luận văn được trích dẫn lại
từ các bài báo sẽ được xuất bản của tôi và các cộng sự. Các số liệu, kết quả trong luận
văn là trung thực chưa từng được ai công bố trong các công trình khoa học khác.

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hà My

MỤC LỤC


Lời cảm ơn
Lời cam đoan
Mục lục
Các chữ viết tắt và các ký hiệu
Danh mục các hình
Danh mục các bảng
MỞ ĐẦU

1

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

4

1.1. Giản đồ pha của Fe-Co

4

1.2. Các cấu trúc tinh thể của các pha Fe-Co

6

1.3. Các tính chất từ

7

1.3.1.

Từ độ bão hòa

8

1.3.2.

Lực kháng từ

8

1.3.3.

Nhiệt độ Curie

9

1.3.4.

Dị hướng từ

10

1.3.4.1. Dị hướng từ tinh thể

10

1.3.4.2. Dị hướng bề mặt

12

1.3.5. Đơn đômen

12

1.3.6. Siêu thuận từ

14

1.4. Tổng hợp vật liệu có kích thƣớc nano mét bằng phƣơng pháp hợp kim
cơ
1.4.1. Sơ lược về phương pháp hợp kim cơ

15
15

1.4.2. Nguyên lý của phương pháp hợp kim cơ

15

1.4.3. Thiết bị dùng trong phương pháp hợp kim cơ

16

1.4.4. Ứng dụng của hợp kim cơ

19

1.5. Các phƣơng pháp khác

20

CHƢƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

22

2.1. Tổng hợp vật liệu nano Fe-Co bằng phƣơng pháp hợp kim cơ

22

2.2. Nhiễu xạ tia X

25

2.2.1. Phân tích Rietveld

25

2.2.2. Xác định kích thước tinh thể và ứng suất mạng

25

2.3. Hiển vi điện tử quét (FESEM)

27

2.4. Phân tích thành phần bằng phổ tán sắc năng lƣợng tia X

28

2.5. Các phép đo từ

29

2.5.1. Từ kế mẫu rung

29

2.5.2. Hệ đo các tính chất vật lý

30

CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

31

3.1. Lựa chọn các tham số nghiền tối ƣu

31

3.1.1. Tốc độ nghiền

31

3.1.2. Tỉ lệ trọng lượng bi:bột

32

3.2. Ảnh hƣởng của thời gian nghiền

34

3.2.1. Các đặc trưng cấu trúc

34

3.2.2. Hình thái và kích thước hạt

36

3.2.3. Các tính chất từ

38

3.2.4. Sự ổn định của mẫu

40

3.3. Ảnh hƣởng của nhiệt độ ủ

41

3.3.1. Các đặc trưng cấu trúc

42


3.3.2. Hình thái và kích thước hạt

43

3.3.3. Các tính chất từ

44

3.3.4. Sự ổn định của mẫu

50

KẾT LUẬN

52

Tài liệu tham khảo

56

Danh mục các công trình công bố

56

Danh mục các hình vẽ

STT

Chú thích hình

Trang

1

Hình 1.1. Giản đồ minh họa a) cấu trúc L10; b) cấu trúc trật tự L12

5

và c) pha bất trật tự A1 của hợp kim Fe-Pt.
2

Hình 1.2. Giản đồ pha của Fe-Co.

5

3

Hình 1.3. Sự thay đổi của từ độ bão hòa của hợp kim Fe-Co theo tỉ

6

lệ Co.
4

Hình 1.4. Các dạng cấu trúc tinh thể của Fe (bcc, fcc) và Co (hcp,

7

fcc).
5

Hình 1.5. Đường cong từ trễ của vật liệu từ mềm

7

6

Hình 1.6. Đường cong từ hóa ban đầu của sắt từ

9

7

Hình 1.7. Dị hướng từ tinh thể của Fe.

11

8

Hình 1.8. Dị hướng từ tinh thể của Co.

11

9

Hình 1.9. Sự sắp xếp spin bề mặt của các hạt sắt từ trong hai

12

trường hợp dị hướng bề mặt khác nhau K < 0 và K > 0.
10

Hình 1.10. Cấu trúc đômen trong hạt từ.

13

11

Hình 1.11. Các trạng thái của hỗn hợp bột ở hai pha ban đầu A và

15

B trong quá trình hợp kim cơ để tạo ra pha mới C.
12

Hình 1.12. (a) Máy nghiền hành tinh P6 và (b) sơ đồ nguyên lý

17

hoạt động của máy nghiền hành tinh.
13

Hình 1.13. (a) Một máy nghiền khuấy kiểu 1S và (b) máy nghiền

18

SPEX 8000D.
14

Hình 2.1. Quy trình chế tạo mẫu bằng phương pháp MA

23

15

Hình 2.2. Sơ đồ nguyên tắc để xử lý mẫu

23

16

Hình 2.3. Nhiễu xạ kế tia X D5000 tại VKHVL.

26


17

Hình 2.4. Các tín hiệu nhận được từ mẫu.

27

18

Hình 2.5. Toàn cảnh hệ kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường

28

Hitachi S-4800.
19

Hình 2.6. Từ kế mẫu rung.

29

20

Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý thiết bị VSM.

29

21

Hình 2.8. Hệ đo PPMS 6000.

30

22

Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu FeCo nghiền 10 giờ ở

31

các tốc độ nghiền khác nhau.
23

Hình 3.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu FeCo với các tỉ lệ bi:bột

33

khác nhau nghiền 10 giờ, tốc độ nghiền 450 vòng/phút.
24

Hình 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X (a) của bột FeCo và (b) của cấu

34

trúc hcp của bột Co ở các thời gian nghiền khác nhau.
25

Hình 3.4. Kích thước tinh thể trung bình phụ thuộc thời gian

35

nghiền.
26

Hình 3.5. Ảnh FESEM của mẫu bột FeCo với thời gian nghiền

36

khác nhau: a) 1giờ; b) 10 giờ; c) 24 giờ và d) 32 giờ.
27

Hình 3.6. Các phổ EDX của một số mẫu bột FeCo tiêu biểu a)M6;

37

b) M10 và mẫu c) M32.
28

Hình 3.7. Đường cong từ trễ của ba mẫu bột FeCo tiêu biểu sau khi

38

nghiền 1 giờ, 10 giờ và 32 giờ.
29

Hình 3.8. Ms và Hc của mẫu phụ thuộc thời gian nghiền.

39

30

Hình 3.9. Giản đồ XRD của mẫu M10 cho thấy sự có mặt của pha

40

Fe3O4.
31

Hình 3.10. (a) Giản đồ XRD và (b) Ms của mẫu M10 và M32 phụ
thuộc thời gian bảo quản trong không khí.

41

32

Hình 3.11. Giản đồ nhiễu xạ tia X của bột Fe50Co50 sau khi nghiền

42

32 giờ và được ủ tại các nhiệt độ khác nhau.
33

Hình 3.12. Kích thước tinh thể trung bình của mẫu 32 giờ phụ

43

thuộc nhiệt độ ủ.
34

Hình 3.13. Các ảnh hiển vi điện tử quét của hai mẫu bột FeCo tiêu

44

biểu a) M32 và b) M32-700.
35

Hình 3.14. Các phổ EDX của mẫu tiêu biểu M10-700.

44

36

Hình 3.15. (a) Đường cong từ trễ và (b) Ms, Hc của mẫu nghiền 32

45

giờ ủ ở các nhiệt độ khác nhau đo tại nhiệt độ phòng.
37

Hình 3.16. Đường cong từ trễ của mẫu M10-700 đo trên hệ VSM

46

và PPMS (đo tại 300 K). Hình nhỏ là phần tâm của đường cong.
38

Hình 3.17. Đường từ hóa ban đầu của mẫu M10-700 được đo tại
các nhiệt độ 20 K, 200 K và 300 K. Đường liền nét là đường làm

47

khớp với các số liệu M (H) theo
phương trình 3.1.
39

Hình 3.18. Đường khử từ của mẫu bột M10-700 đo tại các nhiệt độ

48

khác nhau từ 20-300 K.
40

Hình 3.19. Lực kháng từ phụ thuộc nhiệt độ đo của mẫu M10-700.

49

41

Hình 3.20. (a) Giản đồ XRD và (b) Ms của các mẫu M32 sau khi

51

xử lý nhiệt phụ thuộc thời gian bảo quản trong không khí.

Danh mục các bảng


Chú thích bảng

STT

Trang

1

Bảng 1.1. Nhiệt độ Curie của một số vật liệu sắt từ.

10

2

Bảng 1.2. Kích thước đơn đômen và hằng số dị hướng từ tinh

14

thể của một số vật liệu từ điển hình.
3

Bảng 1.3. Dung tích điển hình của các loại máy nghiền khác

18

nhau.
4

Bảng 1.4. So sánh hai loại máy nghiền năng lượng cao và

19

thông thường.
5

Bảng 2.1. Kí hiệu mẫu theo thời gian nghiền.

24

6

Bảng 2.2. Kí hiệu mẫu theo nhiệt độ ủ.

24

7

Bảng 3.1. Kích thước tinh thể và thông số mạng phụ thuộc vào

32

tốc độ nghiền.
8

Bảng 3.2. Kích thước tinh thể và thông số mạng phụ thuộc vào

33

tỉ lệ bi:bột.
9

Bảng 3.3. Các tính chất từ của các bột hợp kim nano tinh thể
được chế tạo bằng phương pháp hợp kim cơ và xử lý nhiệt tiếp
theo.

50


MỞ ĐẦU
Vật liệu từ mềm với các phẩm chất từ tuyệt vời: độ từ hóa bão hòa cao, nhiệt độ
Curie cao, lực kháng từ thấp… đã được sử dụng rộng rãi như làm các cực trong mô tô
điện và máy phát điện, trong lõi biến áp, các mạch chuyển đổi chuyển tiếp cho các hệ
thống thông tin liên lạc và các thiết bị điện khác... Hợp kim từ mềm thường tồn tại
dưới các hợp chất của sắt bao gồm thép cacbon thấp, silicon - sắt, niken cao - sắt và
hợp kim sắt - coban…[14]

Gần đây, khoa học và công nghệ nano có sự phát triển vượt bậc bởi những hiện
tượng lý thú xuất hiện trong vùng kích thước nano mét cũng như khả năng ứng dụng
rất hứa hẹn của chúng trong nhiều lĩnh vực: điện tử học, năng lượng, môi trường, y
sinh… Trong số các vật liêu nano, các vật liệu từ mềm thế hệ mới bao gồm các hợp
kim vô định hình, nano tinh thể… với điện trở cao, khả năng chống ăn mòn tốt, độ bền
cơ học lớn hơn so với hợp kim dạng khối đã nhận được sự quan tâm đặc biệt.
Hợp kim Fe-Co với các đặc trưng từ mềm nổi bật như độ từ thẩm cao, nhiệt độ
Curie cao và đặc biệt từ độ bão hòa cao nhất trong số các vật liệu sắt từ đã biết được
xem là vật liệu có tiềm năng ứng dụng trong nam châm tổ hợp trao đổi đàn hồi, hấp
thụ sóng điện từ, hay các ứng dụng y sinh…[22, 24, 32]. Hợp kim Fe-Co có cấu trúc
lập phương tâm khối, trong khoảng 30 < x < 70, Fe-Co chuyển đổi từ cấu trúc bất trật
tự sang cấu trúc trật tự dưới nhiệt độ 7300C [10].
Hợp kim Fe-Co dạng hạt có thể được tổng hợp bằng các phương pháp hóa học và
vật lý khác nhau: polyol [34], phân hủy nhiệt [28], nghiền bi [22]… Hợp kim cơ
(MA) là kỹ thuật nghiền bi năng lượng cao có nhiều ưu điểm: tương đối đơn giản, đầu
tư thấp, độ lặp lại cao, sản xuất với khối lượng lớn…. Để tổng hợp hệ các hạt Fe-Co
bằng phương pháp MA người ta thường sử dụng các thiết bị nghiền bi có năng lượng
cao như máy nghiền hành tinh Fritsch P6, nghiền rung, lắc SPEX 8000D… Trong quá
trình hợp kim cơ, các bột kim loại Fe, Co được nghiền trong môi trường khí bảo vệ
như Ar để giảm thiểu sự ôxy hóa. Sản phẩm thu từ quá trình nghiền thường có từ độ
bão hòa Ms cao và ít thay đổi theo thời gian nghiền, trong khi đó lực kháng từ Hc tăng
theo thời gian nghiền [8, 19, 22]. Tuy nhiên, trên thế giới có rất ít những công bố về

1


sự tổng hợp và tính chất của hợp kim Fe-Co được chế tạo trong môi trường không khí
[20]. Sự ổn định của từ độ của mẫu khi được bảo quản trong không khí cũng chưa
được quan tâm nghiên cứu một cách thỏa đáng. Trong thời gian gần đây, tại Viện
Khoa học vật liệu, các hợp kim Fe-Co dạng hạt đã được tổng hợp bằng một số phương

pháp như thủy nhiệt, hợp kim cơ… nhằm sử dụng cho các ứng dụng trong nam châm
trao đổi đàn hồi và y sinh. Đã có một vài công bố sơ bộ về ảnh hưởng của thời gian
nghiền và nhiệt độ ủ tới các đặc trưng cấu trúc, tính chất từ của hợp kim Fe65Co35 [12,
13]. Tuy nhiên, những nghiên cứu về ảnh hưởng của ôxy hóa tới sự xuất hiện của các
pha tinh thể thứ cấp nền Fe và Co bên cạnh pha hợp kim chính Fe-Co với cấu trúc lập
phương tâm khối cũng như những biện luận thỏa đáng về ảnh hưởng của các pha này
tới tính chất từ cũng chưa được nghiên cứu tường minh.
Xuất phát từ tình hình nghiên cứu hợp kim Fe-Co dạng hạt trên thế giới cũng như
ở Việt Nam, căn cứ vào kinh nghiệm của Thầy hướng dẫn, trang thiết bị tại Viện
Khoa học vật liệu và cũng để phát triển, hoàn thiện những kết quả nghiên cứu đã đạt
được chúng tôi lựa chọn đề tài của luận văn:
“ Nghiên cứu tính chất từ của hợp kim Fe50Co50 có kích thước nano mét tổng
hợp bằng phương pháp hợp kim cơ ”
Mục tiêu của luận văn:
- Chế tạo thành công hệ hạt nano Fe50Co50 bằng phương pháp hợp kim cơ.
- Tìm hiểu ảnh hưởng của thời gian nghiền và nhiệt độ ủ tới các đặc trưng cấu
trúc, tính chất từ của hợp kim.
- Biện luận thỏa đáng ảnh hưởng của ôxy hóa tới cấu trúc, tính chất từ và sự ổn
định từ độ khi bảo quản ngoài không khí.
Phƣơng pháp nghiên cứu
Khóa luận được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm. Các kết quả thực
nghiệm được làm khớp với một số mô hình lý thuyết về cấu trúc và tính chất từ để
phân tích kết quả và biện luận.

2


Bố cục của khóa luận: luận văn gồm 56 trang với phần mở đầu, 3 chương nội dung
và kết luận. Cụ thể như sau:
Mở đầu

Chƣơng 1: Tổng quan
Chƣơng 2: Các kỹ thuật thực nghiệm
Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận
Kết luận
Tài liệu tham khảo
Danh mục công trình công bố

3


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
Trong chương này chúng tôi trình bày những nét cơ bản về giản đồ pha, cấu trúc
tinh thể, các tính chất từ cũng như một vài phương pháp tổng hợp vật liệu Fe-Co có
kích thước nano mét.
1.1. Giản đồ pha của Fe-Co
Giản đồ pha (còn gọi là giản đồ trạng thái hay giản đồ cân bằng) của một hệ là
công cụ để biểu thị mối quan hệ giữa nhiệt độ, thành phần và tỷ lệ các pha của hệ đó ở
trạng thái cân bằng. Giản đồ pha cũng là cách biểu diễn quá trình kết tinh của hợp
kim, ở đó các loại pha được kết tinh từ dung dịch [7].
Khái niệm pha được hiểu là những phần đồng nhất của hợp kim (còn được gọi là
hệ) ở điều kiện cân bằng trong cùng một trạng thái (có thể là lỏng, rắn hay khí) và
ngăn cách với các phần còn lại (tức với các pha khác) bằng bề mặt phân chia. Một pha
trong trạng thái rắn phải có cùng kiểu mạng và thông số mạng. Một số hợp kim sẽ tồn
tại dưới dạng dung dịch rắn mất trật tự, trong đó vị trí các ion kim loại được định xứ
ngẫu nhiên trong mạng tinh thể. Một tinh thể hoàn thiện là tinh thể mà trong đó các
nguyên tử được phân bố vào đúng vị trí mạng cơ sở của nó một cách có trật tự. Khi
nhiệt độ tăng lên thì các nguyên tử ở các mạng lưới dao động mạnh dần và có thể rời
khỏi vị trí của nó để đi vào các hốc trống giữa các nút mạng, còn vị trí nút mạng trở
thành lỗ trống và lúc này mạng lưới tinh thể sẽ trở thành mất trật tự [7]. Phân tích ví
dụ hình 1.1 b và c về giản đồ cấu trúc của hợp kim Fe-Pt cho thấy cấu trúc trật tự L12

và cấu trúc bất trật tự lập phương tâm mặt A1, nhận thấy rằng ở hình 1.1 b pha trật tự
các nguyên tử của một loại nguyên tố chỉ chiếm vị trí tại các đỉnh hoặc các mặt của
khối lập phương. Trong khi đó với cấu trúc mất trật tự như ở hình 1.1 c các ion của hai
nguyên tố Fe và Pt có thể chiếm chỗ tại các đỉnh hoặc tâm mặt của hình lập phương.

4


Hình 1.1. Giản đồ minh họa a) cấu trúc L10; b) cấu trúc trật tự L12 và c) pha bất trật
tự A1 của hợp kim Fe-Pt [29]

T(0C)

Nguyên tử Co (%)

Khối lượng Co (%)

Hình 1.2. Giản đồ pha của Fe-Co [14]
Giản đồ pha của Fe-Co được biểu diễn trên hình 1.2. Từ giản đồ này có thể thấy
Fe và Co tạo nên hệ dung dịch rắn mất trật tự fcc (γ) ở nhiệt độ cao. Ở nhiệt độ trên
7300C với Co chiếm ~ 75% khối lượng thì hợp chất này tồn tại ở trạng thái dung dịch
rắn bcc (α). Dưới nhiệt độ 7300C, tồn tại dạng bcc (α) với thành phần nguyên tố cân

5


bằng nhau (trật tự nguyên tử theo dạng cấu trúc của CsCl (α1)). Sự chuyển đổi từ pha
trật tự - bất trật tự đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định tính chất từ và
phẩm chất cơ học của vật liệu [14].
Hợp kim Fe-Co được xem là vật liệu có giá trị từ độ bão hòa cao nhất trong số

các vật liệu sắt từ đã biết. Mặc dù Co có mômen từ nguyên tử thấp hơn của Fe, nhưng
khi được thay bởi Co sẽ làm tăng từ độ của hợp kim. Hình 1.3 chỉ ra sự thay đổi của
mô men từ bão hòa ở nhiệt độ phòng của Fe theo hàm lượng Co được đưa vào, cho
thấy giá trị lớn nhất đạt được là 240 emu/g khi Co chiếm là 35% khối lượng trong hợp
kim. Tuy nhiên, độ từ thẩm cao nhất đạt được khi tỉ phần của hợp kim Fe/Co = 50/50

Ms (emu/g)

[14].

Khối lượng Co (%)

Hình 1.3. Sự thay đổi của từ độ bão hòa của hợp kim Fe-Co theo tỉ lệ Co [14].
1.2. Cấu trúc tinh thể của Fe-Co
Fe kim loại thường tồn tại dưới 2 dạng cấu trúc lập phương tâm khối (bcc) và lập
phương tâm mặt (fcc), trong khi đó Co tồn tại dưới hai dạng cấu trúc lục giác xếp chặt
(hcp) và fcc.
Cấu trúc tinh thể có một tác động đáng kể đến tính chất từ. Khi hợp kim giàu Fe,
chúng được hình thành ở pha bcc do quá trình kết tinh của hợp kim. Thay thế Co cho

6


Fe trong các hợp kim có thể tạo ra một pha α-FeCo với cấu trúc B2 (pha trật tự) và với
hợp kim giàu Co được tìm thấy có cả cấu trúc fcc và hcp trong quá trình kết tinh của
hợp kim. Năng lượng cao của quá trình nghiền tạo ra trạng thái tinh thể giả bền
(không cân bằng) với sự tồn tại đồng thời của các pha bcc, hcp, fcc [30].

bcc

fcc

hcp

Hình 1.4. Các dạng cấu trúc tinh thể của Fe (bcc,
fcc) và Co (hcp, fcc).
Hằng số mạng cho hai dạng cấu trúc fcc và bcc của sắt lần lượt là 3,515 Å và
2,87 Å. Với Co cấu trúc hcp (α-Co) thì a = 2,51 Å và c = 4,07 Å trong khi đó cấu trúc
fcc (β-Co) có hằng số mạng là 3,55 Å.
1.3. Các tính chất từ [3, 5, 6]
Hợp kim Fe-Co là vật liệu từ mềm điển hình với các đặc trưng [3]:
- Từ độ bão hòa Ms cao,
- Lực kháng từ Hc nhỏ,
- Độ từ thẩm cao,
- Nhiệt độ Curie cao,
- Dị hướng thấp (vật liệu dễ từ hóa hơn).

Hình 1.5. Đường cong từ trễ của vật liệu từ mềm.

7


1.3.1. Từ độ bão hòa [3]
Từ độ bão hòa là giá trị từ độ khi được từ hóa đến từ trường đủ lớn (vượt qua giá
trị trường dị hướng) sao cho vật liệu ở trạng thái bão hòa từ, có nghĩa là các mômen từ
hoàn toàn song song với nhau.
Từ độ bão hòa là tham số đặc trưng của vật liệu sắt từ. Nếu ở không độ tuyệt đối
(0 K) thì nó là giá trị từ độ tự phát của chất sắt từ. Vật liệu là từ mềm có từ độ bão hòa
cao và hợp kim Fe-Co được biết đến là vật liệu từ mềm có từ độ bão hòa cao nhất hiện
nay (240 emu/g).

1.3.2. Lực kháng từ [3]
Lực kháng từ là từ trường ngoài cần thiết để một hệ, sau khi đạt trạng thái bão
hòa từ, bị khử từ. Lực kháng từ chỉ tồn tại ở các vật liệu có trật tự từ (sắt từ, feri từ,...)
và thường được xác định từ đường cong từ trễ. Người ta có thể phân loại các loại vật
liêu từ qua giá trị lực kháng từ, trong cách phân loại này vật liệu từ cứng có lực kháng
từ lớn và vật liệu sắt từ mềm có lực kháng từ nhỏ. Sự liên quan giữa từ trường (H),
cảm ứng từ (B), và từ độ (M) được biểu diễn bằng công thức:
B = μ0.(M+H)

(1.1)

Do đó, sẽ xuất hiện hai loại giá trị lực kháng từ:
i.

Lực kháng từ liên quan đến từ độ ( H cM ): là giá trị của lực kháng từ, cho phép triệt
tiêu từ độ của mẫu. Giá trị này mang tính chất chung, không phụ thuộc vào hình
dạng vật từ, và trong kỹ thuật thường được kí hiệu là H cM . Thông thường, nói
đến lực kháng từ là nói đến khái niệm này.

ii. Lực kháng từ liên quan đến cảm ứng từ ( H cB ): là giá trị của lực kháng từ cho phép
triệt tiêu cảm ứng từ của mẫu. Giá trị này mang tính chất kỹ thuật, phụ thuộc vào
hình dạng mẫu (do được bổ sung yếu tố dị hướng hình dạng của mẫu khi đo).
Đối với các vật liệu có lực kháng từ nhỏ, sự sai khác giữa hai đại lượng này không
đáng kể, sự sai khác này chỉ trở lên đáng kể đối với các vật liệu từ cứng.

8


Cơ chế tạo lực kháng từ liên quan đến cơ chế từ hóa và đảo từ của vật liệu, hay nói
cách khác là liên quan đến sự thay đổi của cấu trúc từ và bị ảnh hưởng mạnh bởi cấu

trúc hạt của vật liệu. Trình bày rõ hơn về đường cong từ hóa ban đầu:
Đƣờng cong từ hóa
Phân tích đường cong M(H), có thể phân chia thành ba giai đoạn quá trình từ hóa
mẫu.
Giai đoạn 1: dịch chuyển vách đomen (thuận nghịch và không thuận nghịch)
tương ứng với đường OB trên đồ thị hình 1.6.
Giai đoạn 2: các momen từ quay theo hướng từ trường ngoài, đoạn BC.
Giai đoạn 3: quá trình thuận, sự tăng momen từ sau khi đạt giá trị bão hòa (H >
Hs).
M
C
Ms
s

(3
))

(2
))

B
(1)
A

O
Hs

H

Hình 1.6. Đường cong từ hóa ban đầu của sắt từ.

1.3.3. Nhiệt độ Curie
Nhiệt độ Curie, thường được kí hiệu là Tc là nhiệt độ chuyển pha trong các vật
liệu sắt từ, được đặt theo tên nhà vật lý học người Pháp Pierre Curie (1859-1906).
Nhiệt độ Curie trong các chất sắt từ là nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ. Ở
dưới nhiệt độ này vật liệu mang tính sắt từ, còn khi ở trên nhiệt độ này vật liệu trở
thành thuận từ. Nhiệt độ Curie tỉ lệ với số phối vị (số lân cận gần nhất), tích phân trao
đổi của vật liệu theo công thức:

9


Tc 

Z .Eex
2k B

(1.2)

Trong đó, Z là số lân cận gần nhất, Eex là năng lượng tích phân trao đổi, kB là
hằng số Boltzman. Ở trên nhiệt độ Curie, độ cảm từ của chất phụ thuộc nhiệt độ tuân
theo định luật Curie:



C
T  TC

(1.3)

Chuyển pha tại nhiệt độ Curie là chuyển pha loại hai, tức là chuyển pha không có

sự thay đổi về cấu trúc.
Bảng 1.1. Nhiệt độ Curie của một số vật liệu sắt từ
Vật liệu

Tc (K)

Sắt

1043 K

Coban

1388 K

Niken

627 K

Gađôli

292,5 K

1.3.4. Dị hướng từ [5, 6]
Dị hướng từ là một đặc tính của vật liệu từ, dùng để mô tả sự định hướng ưu tiên
của từ độ tự phát theo một hướng của tinh thể và hệ quả của dị hướng là tạo ra các trục
từ hóa dễ và các trục từ hóa khó. Nguồn gốc của dị hướng từ liên quan đến các dạng
năng lượng cơ bản xác định trạng thái từ của vật liệu, trong đó phải kể đến năng lượng
dị hướng từ tinh thể, dị hướng bề mặt,...

10

Tài liệu tham khảo
Tài liệu tiếng việt:
1. Nguyễn Hữu Đức, Trần Mậu Danh, Trần Thị Dung (2007), “Chế tạo và nghiên
cứu tính chất từ của các hạt Nanô Fe3O4 ứng dụng trong sinh học”, Tạp chí Khoa
học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, 23, tr. 231-237.
2. Nguyễn Hữu Đức (2008), Vật liệu từ cấu trúc nano và điện tử spin, Nhà xuất bản
Đại học Quốc gia Hà Nội, tr. 49-53.
3. Thân Đức Hiền, Lưu Tấn Tài (2008), Từ học và vật liệu từ, Nhà xuất bản Bách
khoa - Hà Nội.
4. Đỗ Hùng Mạnh (2010), “Tổng hợp vật liệu nano bằng phương pháp nghiền cơ
năng lượng cao”, Chuyên đề Tiến sĩ, Viện Khoa học vật liệu.
5. Đỗ Hùng Mạnh (2011), Nghiên cứu tính chất điện và từ của vật liệu perovkite
ABO3 kích thước nano mét (A = La, Sr, Ca và B = Mn) tổng hợp bằng phương
pháp nghiền phản ứng, Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện Khoa học vật
liệu, Hà Nội.
6. Phạm Hồng Nam (2014), Chế tạo, nghiên cứu tính chất từ và đốt nóng cảm ứng
từ của hệ hạt ferit spinel Mn1-x ZnxFe2O4 có kích thước nano mét, Luận văn Thạc
sĩ Khoa học, Hà Nội.
7. Phạm Văn Tường (2007), Vật liệu vô cơ, Nhà xuất bản Đại học quốc gia Hà Nội,
tr. 94-123.
Tài liệu tiếng anh:
8. A. Zelenáková, D. Oleksáková, J. Degmová, J. Kovác, P. Kollár, M. Kusý, P.
Sovák (2007), “Structural and magnetic properties of mechanically alloyed FeCo
powders”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 316, 519.

11

9. Chen J. P., Sorensen C. M., Klabunde K. J., and Hadjipanayis G. C. (1994),
"Magnetic properties of nanophase cobalt particles synthesized in inversed
micelles", J. Appl. Phys., 76, pp. 6316-6318.
10. Chang Woo Kim, Young Hwan Kim, Hyun Gil Cha, Hae Woong Kwon, and
Young Soo Kang (2006), “Synthesis and Characterization of Highly Magnetized
Nanocrystalline Co30Fe70 Alloy by Chemical Reduction”, J. Phys. Chem. B, 110,
pp. 24418-24423.
11. Do Khanh Tung, Nguyen Minh Hong, Le Thi Hong Phong, Pham Thi Thanh, Ha
Hai Yen, Dao Nguyen Hoai Nam, Nguyen Xuan Phuc and Do Hung Manh
(2013), “Formation of nanocrystalline Fe50Co50 powders by mechanical
alloying”, Proceedings of IWNA 2013, 14-16 November-Vung Tau, Viet Nam.
12. Do Hung Manh, Do Khanh Tung, L. T. H. Phong, P. T. Thanh, Nguyen Xuan
Phuc (2014), “Facile Synthesis of High Magnetization Air-stable Fe65Co35
Nanoparticles by Mechanical Alloying”, JPS Conf. Proc. 1, 012010.
13. Do Hung Manh, Do Khanh Tung, Dao Nguyen Hoai Nam, Le Van Hong, Pham
Thanh Phong, and Nguyen Xuan Phuc (2014), “Magnetic Properties of Annealed
Fe65Co35 Powders Prepared By Mechanical Alloying”, IEEE Transactions on
Magnetic, Vol. 50, No. 6.
14. E. P. Wohlfarth (1980), Ferromagnetic Materials, vol 2, pp. 57-171.
15. Gaffet E, Bernard F, Niepce J, Charlot F and Gras C (1999), “Some recent
developments in mechanical activation and mechano synthesis”, J. Mater. Chem,
9, pp. 305-314.
16. Goldstein J. I., Newbery D. E. (2003), Scanning Electron Microscpoy and X-Ray
Microanalysis, Kluwer Academic/Plenum Publisher, New York.
17. G. Herzer (1995), Scr. Metall. Mater, 33, 1741.

12


18. Garanin D. A. and Kachkachi H (2003), "Surface contribution to the

anisotropy of magnetic nanoparticles ", Phys. Rev. Lett., 90, p 65504.
19. H. Moumeni, S. Alleg, J.M. Greneche (2005), “Structural properties of Fe50Co50
nanostructured powder prepared by mechanical alloying”, Journal of Alloys and
Compounds, 386, pp. 12–19.
20. M. Sorescu, A. Grabias (2002), “Structure and Magnetic Properties of Fe50Co50
System”, Intermetallics, 10, 317.
21. M. Q. Huang, Y. N. Hsu, M. E. McHenry, D. E. Laughlin (2001), IEEE Trans.
Magn, 37, 22239.
22. N. Poudyal, C. Rong, Y. Zhang, D. Wang, M. J. Kramer, R. J. Hebertc, J. P. Liu
(2012), “Self-nanoscaling in FeCo alloys prepared via severe plastic
deformation”, J. Alloys Compd, 521, 55.
23. Q. Zeng, I. Baker, V. M. Creary, Z. Yan (2007), “Soft ferromagnetism in
nanostructured mechanical alloying FeCo-based powders”, J. Magn. Magn.
Mater, 318, 28.
24. S. J. Lee, J. H. Cho, C. Lee, J. Cho, Y. R. Kim, and J. K. Park (2011), “Synthesis
of highly magnetic graphite-encapsulated FeCo nanoparticles using a
hydrothermal process”, Nanotechnology, 22, p. 375603.
25. S. Azzaza, S. Alleg, H. Moumeni, A. R. Nemamcha, J. L. Rehspringer and J. M.
Greneche (2006), “Magnetic properties of nanostructured ball-milled Fe and
Fe50Co50 Alloy”, J. Phys. Condens. Matter, 18, 7257.
26. Suryanarayana C. (1998), Technologies and applications in powder metal, ASM
handbook of OH: ASM International 7, pp. 80-90.
27. Suryanaryana C. (2001), Mechanical alloying and milling, Progress in Materials
Science, 46, pp. 13-17.

13


28. V. Tzitzios, G. Basina, D. Niarchos, W. Li, G. Hadjipanayis (2011), “Synthesis
of air stable FeCo nanoparticles”, J. Appl. Phys, 109, 07A313.

29. Vladimirovna Lyubina, Nanocrystalline Fe-Pt alloys: phase transformations,

structure and magnetism, Dissertation, pp. 6-7.
30. Willard, M.A., Claassen, J.H., Stroud, R.M., Harris, V.G (2002), “Structure and
magnetic properties of (Co,Fe)-based nanocrystalline soft magnetic materials”, J.
Appl. Phys, 91, 8420.
31. Xavier Batlle and Amílcar Labarta (2002), "Finite-size effects in fine particles:
magnetic and transport properties", J. Phys. D: Appl. Phys., 35, pp. R15-R42.
32. Y. X. Gong, L. Zhen, J. T. Jiang, C. Y. Xu, W. Z. Shao (2009), “Preparation of
CoFe alloy nanoparticles with tunable electromagnetic wave absorption
performance”, J. Magn. Magn. Mater, 321, 3702.
33. Y. D. Kim, J. Y. Chung, J. Kim, H. Jeon (2000), “Formation of nanocrystalline
Fe-Co powders produced by mechanical alloying”, Mat. Sci. Eng, A291, 17.
34. Zachary J. Huba, Mehdi Zamanpour, Yajie Chen, Bolin Hu, Kyler Carroll

(2012), “Large-scale synthesis of high moment FeCo nanoparticles using
modifiled polyol synthesis”, Journal of applied physics, 111, 07B528.

14