Tính chất vật lý của hệ hạt nano ferit spinen nife2 xcrxo4 chế tạo bằng phương pháp sol gel

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO QUỐC TẾ VỀ KHOA HOC VẬT LIỆU
------------------------------------------

NGUYỄN LÊ THI

TÍNH CHẤT VẬT LÝ
CỦA HỆ HẠT NANO FERIT SPINEN
NiFe2-xCrxO4 CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS. NGUYỄN PHÚC DƯƠNG

HÀ NỘI-10/2010


Lời cảm ơn
Đầu tiên cho phép tôi đợc gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS
Nguyễn Phúc Dơng, thầy đã trực tiếp hớng dẫn khoa học, chỉ bảo tận tình
và tạo điều kiện tốt nhất giúp tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn
thành luận văn.
Để đạt đợc thành công trong học tập và hoàn thành luận văn tôi xin
bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô, các anh chị làm việc tại ITIMS, cảm ơn
các bạn trong tập thể lớp ITIMS khoá 2008-2010 đã chia sẻ, động viên và
giúp đỡ tôi trong thời gian học tập.
Tôi cũng xin đợc cảm ơn tới Thạc sĩ Đào Thị Thuỷ Nguyệt, các anh
chị trong nhóm Từ Siêu dẫn viện ITIMS đã khuyến khích động viên tạo
điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình thực nghiệm và hoàn thành luận văn.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc, tình yêu thơng tới gia
đình và ngời thân nguồn động viên quan trọng về vật chất và tinh thần
giúp tôi vợt qua những khó khăn để hoàn thành khoá học.
Hà Nội, ngày

tháng
Học viên
Nguyễn Lê Thi

năm 2010


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Tính chất của một số ferit spinen

7

Bảng 1.2: Bán kính một số ion

9

Bảng 1.3: Khoảng cách giữa các ion, a là hằng số mạng, u là tham số ôxy

10

Bảng 1.4: Hằng số tương tác trao đổi của một số vật liệu spinen

11

Bảng 1.5: Bảng phân bố các ion và mômen từ của một phân tử

12

Bảng 1.6: Giá trị thực nghiệm và lý thuyết mômen từ bão hoà của một số
ferit

13

Bảng 1.7: Nhiệt độ Curie của một số loại ferit

13

Bảng 4.1: Giá trị khảo sát và tính toán khoảng cách mặt phản xạ dhkl

53

Bảng 4.2. Giá trị dhkl của hệ mẫu

61

Bảng 4.3: Giá trị hằng số mạng của hệ mẫu NiFe2-xCrxO4

61

Bảng 4.4: Giá trị kích thước tinh thể của hệ mẫu NiFe2-xCrxO4

62

Bảng 4.5: Kích thước tinh thể tại nhiệt độ khác nhau xác định ở mặt phản
xạ(311)

62

Bảng 4.6: Số liệu từ của hệ NiFe2-xCrxO4

67

Bảng 4.7: Giá trị Curie của hệ mẫu NiFe2-xCrxO4

70


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Tế bào mạng của ferit spinen

3

Hình 1.2. Minh hoạ các hốc bát diện và tứ diện

4

Hình 1.3. Các vị trí bát diện a) và tứ diện b)

5

Hình 1.4. Cấu trúc từ của spinen sắt từ và spinen phản sắt từ vị trí 8a(tứ
diện), vị trí 16d (bát diện)

9

Hình 1.5: Một vài dạng cấu hình xắp xếp ion trong mạng spinen. Ion A và B
là các ion kim loại tương ứng với vị trí tứ diện và bát diện. Vòng
tròn lớn là ion ôxy.

10

Hình 1.6: Mômen từ phụ thuộc vào nhiệt độ của ferit spinen, a) dạng Q, b)
dạng P, c) dạng N có nhiệt độ bù trừ (TK)

15

Hình 1.7: Sự thay đổi của mômen từ bão hoà vào diện tích bề mặt của
NiFe2O4

16

Hình 1.8: Sự thay đổi của lực kháng từ vào kích thước hạt của NiFe2O4 tổng
hợp bằng phương pháp sol – gel

17

Hình 2.1: Cấu trúc mômen của ferit có kích thước nano

23

Hình 2.2: Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào đường kính hạt nano từ

25

Hình 2.3: Tính siêu thuận từ của hạt nano từ

Mômen từ hướng theo trục dễ của hạt T < TB
Mômen từ hướng theo từ trường ngoài T > TB

26

Hình 2.4: Hàng rào năng lượng giảm bớt khi có từ trường ngoài

29

Hình 2.5: Sơ đồ biểu diễn phương pháp phun-nung

33

Hình 2.6: Sơ đồ thiết bị tổng hợp hạt nano bằng nguồn laze

34

Hình 2.7. Sơ đồ chế tạo vật liệu nano bằng công nghệ sol-gel

35

Hình 2.8: Cơ chế ghi từ vuông góc a) và ghi từ song song b)

38

Hình 2.9: Ferit spinen ứng dụng làm rađa và vỏ máy bay tàng hình

39

Hình 3.1 . Sơ đồ tổng hợp hệ vật liệu NiFe2-xCrxO4 bằng phương pháp sol-gel

42

Hình 3.2: Thiết bị phân tích nhiệt TA SDT 2960-USA

44

Hình 3.3: Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động phương pháp nhiễu xạ tia X

44


Hình 3.4: Máy đo nhiễu xạ tia X

45

Hình 3.5: Máy đo TEM

47

Hình 3.6: Máy đo VSM

47

Hình 4.1. Giản đồ phân tích nhiệt DTA-TGA của mẫu NiFe1,3Cr0,7O4

49

Hình 4.2. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NiFe2O4

50

Hình 4.3: Quá trình kết tinh theo tỷ lệ nitrat và acid citric

51

Hình 4.4: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NiFe2O4 ủ tại nhiệt độ 7000C trong
khoảng thời gian 2giờ

52
0

Hình 4.5: Ảnh TEM của mẫu NiFe2O4 ủ tại 700 C trong 2 giờ

53

Hình 4.6: Phân tích thống kê đường kính mẫu NiFe2O4 theo ảnh TEM

54

Hình 4.7: Phân bố lognormal

54

Hình 4.8: Đường cong từ trễ của hạt nano NiFe2O4, hai hình ghép nhỏ là
đường từ hoá ban đầu và vùng phóng to nhìn rõ lực kháng từ.

55

Hình 4.9: Đường cong từ nhiệt của mẫu NiFe2O4

56

Hình 4.10: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NiFe1,7Cr0,3O4 ủ tại nhiệt độ
3000C, 5000C và 7000C trong khoảng thời gian 2 giờ

57

Hình 4.11: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NiFe1,5Cr0,5O4 ủ tại nhiệt độ
3000C, 5000C và 7000C trong khoảng thời gian 2 giờ

58

Hình 4.12: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NiFe1,3Cr0,7O4 ủ tại nhiệt độ
3000C, 7000C trong khoảng thời gian 2 giờ

58

Hình 4.13: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NiFe1,1Cr0,9O4 ủ tại nhiệt độ
3000C, 7000C trong khoảng thời gian 2 giờ

59

Hình 4.14: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NiFe0,9Cr1,1O4 ủ tại nhiệt độ
3000C,5000C và 7000C trong khoảng thời gian 2giờ

59

Hình 4.15: Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu NiFe0,5Cr1,5O4 ủ tại nhiệt độ
5000C và 7000C trong khoảng thời gian 2 giờ

Hình 4.16: Tổng hợp giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ mẫu NiFe2-xCrxO4 ủ tại

60
60

7000C trong thời gian 2 giờ
Hình 4.17: Hằng số mạng phụ thuộc vào nồng độ thay thế

61


Hình 4 .18: Ảnh TEM của mẫu NiFe0,5Cr1,5 O4

63

Hình 4.19:a) Phân tích thống kê phép đo đường kính mẫu NiFe0,5Cr1,5 O4 theo

63

ảnh TEM và b) phân bố lognormal.
Hình 4.20: Đường từ hoá ban đầu của mẫu NiFe1,7Cr0,3 O4

64

Hình 4.21: Đường từ hoá ban đầu của mẫu NiFe1,5Cr0,5 O4

64

Hình 4.22: Đường từ hoá ban đầu của mẫu NiFe1,3Cr0,7 O4

64

Hình 4.23: Đường từ hoá ban đầu của mẫu NiFe1,1Cr0,9 O4

64

Hình 4.24: Đường từ hoá ban đầu của mẫu NiFe0,9Cr1,1 O4

65

Hình 4.25: Đường từ hoá ban đầu của mẫu NiFe0,7Cr1,3 O4

65

Hình 4.26: Đường từ hoá ban đầu của mẫu NiFe0,5Cr1,5 O4

65

Hình 4.27: Đường từ hoá ban đầu của hệ mẫu NiFe2-xCrxO4

65

Hình 4.28: Đường cong từ hoá của mẫu NiFe1,7 Cr0,3O4

66

Hình 4.29: Đường cong từ hoá của mẫu NiFe1,5 Cr0,5O4

66

Hình 4.30: Đường cong từ hoá của mẫu NiFe1,3 Cr0,7O4

66

Hình 4.31: Đường cong từ hoá của mẫu NiFe1,1 Cr0,9O4

66

Hình 4.32: Đường cong từ hoá của mẫu NiF,0,9 Cr1,1O4

66

Hình 4.33: Đường cong từ hoá của mẫu NiFe0,7 Cr1,3O4

67

Hình 4.34: Đường cong từ hoá của mẫu NiFe0,5 Cr1,5O4

67

Hình 4.35: Sự thay đổi mômen từ bão hoà vào nồng độ Cr

68

Hình 4.36: Sự thay đổi lực kháng từ vào nồng độ Cr
Hình 4.37: Đường M(T) của mẫu NiFe1,7 Cr0,3O4

69

Hình 4.38: Đường M(T) của mẫu NiFe1,5 Cr0,5O4

69

Hình 4.39: Đường M(T) của mẫu NiFe1,3 Cr0,7O4

69

Hình 4.40: Đường M(T) của mẫu NiFe1,1 Cr0,9O4

69

Hình 4.41: Đường M(T) của mẫu NiFe0,9 Cr1,1O4

70

Hình 4.42: Đường M(T) của mẫu NiFe0,7 Cr1,3O4

70
3+

Hình 4.43: Nhiệt độ Curie phụ thuộc vào nồng độ thay thế ion Cr của hệ
NiFe2-xCrxO4

71


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1 ................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU FERIT SPINEN ........................................................3

1.1. Cấu trúc tinh thể của ferit spinen .....................................................................3
1.2. Tính chất từ ......................................................................................................9
1.2.1. Tương tác trao đổi trong ferit spinen......................................................10
1.2.2. Mômen từ ...............................................................................................11
1.2.3. Nhiệt độ Curie ........................................................................................13
1.3. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của mômen từ tự phát ferit spinen ......................14
1.4. Ferit spinen Ni-Cr ..........................................................................................15
Tài liệu tham khảo.....................................................................................................20
Chương 2...................................................................................................................22
FERIT SPINEN CÓ KÍCH THƯỚC NANO............................................................22
2.1. Tính chất từ trong các hạt nano từ .................................................................22
2.2. Mômen từ.......................................................................................................23
2.2.1. Hình quạt (Fanning) ...............................................................................24
2.2.2. Xoắn (Curling)........................................................................................24
2.3. Lực kháng từ ..................................................................................................24
2.4. Hiện tượng hồi phục siêu thuận từ.................................................................25
2.5. Lý thuyết Neél ...............................................................................................26
2.6. Hạt nano Niken ferit ......................................................................................30
2.6.1. Phương pháp tổng hợp hạt nano.............................................................31
2.6.1.1. Phương pháp nghiền bi ...................................................................31
2.6.1.2. Phương pháp đồng kết tủa...............................................................32
2.6.1.3.Phương pháp phun- nung .................................................................33
2.6.1.4. Phương pháp Laze-xung .................................................................34
2.6.1.5. Phương pháp sol-gel........................................................................35
2.7. Ứng dụng của hạt nano từ..............................................................................38


Tài liệu tham khảo.....................................................................................................40
CHƯƠNG 3 ..............................................................................................................41
CHẾ TẠO MẪU VÀ KHẢO SÁT THỰC NGHIỆM ..............................................41

3.1. Chế tạo mẫu ...................................................................................................41
3.1.1. Chuẩn bị hoá chất ...................................................................................41
3.1.2. Quy trình tổng hợp .................................................................................42
3.2. Các phương pháp khảo sát thực nghiệm........................................................43
3.2.1. Phương pháp phân tích nhiệt DTA-TGA ...............................................43
3.2.3. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua ........................................46
3.2.4. Phương pháp từ kế mẫu rung..................................................................47
Tài liệu tham khảo.....................................................................................................48
CHƯƠNG 4 ..............................................................................................................49
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................49
4.1. Kết qủa phân tích nhiệt ..................................................................................49
4.2. Ferit spinen NiFe2O4 ......................................................................................50
4.2.1. Kết quả nhiễu xạ tia X ............................................................................50
4.2.2. Kết quả đo TEM .....................................................................................53
4.2.3. Nghiên cứu tính chất từ ..........................................................................54
4.3. Hệ hạt NiFe2-xCrxO4 (x = 0,3; 0,5; 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5) .............................56
4.3.1. Kết quả nhiễu xạ tia X ............................................................................56
4.3.2. Kết quả đo TEM ....................................................................................63
4.4. Nghiên cứu tính chất từ..................................................................................64
4.4.1. Đường cong từ hoá .................................................................................64
4.4.1.1. Mômen từ ........................................................................................64

4.4.1.2. Lực kháng từ .......................................................................... 68
4.4.2. Mômen từ phụ thuộc vào nhiệt độ ................................................ 69
KẾT LUẬN ...............................................................................................................72
Tài liệu tham khảo.....................................................................................................73


MỞ ĐẦU
Chúng ta đang sống trong một thời đại mà ba cuộc cách mạng công nghệ

đang âm thầm diễn ra. Trước nhất, cuộc cách mạng công nghệ thông tin và tin học
đã và đang mang lại những thay đổi lớn trong sinh hoạt xã hội. Tiếp đến, cuộc cách
mạng vật liệu nano và cách mạng công nghệ sinh học. Vật liệu có cấu trúc nano là
một lĩnh vực mới đã và đang được nghiên cứu rất nhiều hiện nay. Song song với sự
hiểu biết của con người về lĩnh vực nano, khoa học và công nghệ nano đòi hỏi một
kiến thức đa ngành liên quan đến vật liệu có cấu trúc ở kích thước nanomet (một
nanomet là một phần tỷ mét), nền tảng của nó qui tụ nhiều ngành bao gồm hoá học,
vật lý, sinh học, y sinh học, vật liệu học, điện học, cơ học, toán học, tin học. Vật
liệu nano không những làm giàu tri thức khoa học của con người mà còn đem lại
cho con người nhiều ứng dụng to lớn góp phần giải quyết bài toán của nhân loại có
tính toàn cầu như: y tế, năng lượng, môi trường…
Nhiều năm gần đây, với những khả năng to lớn thì vật liệu nano từ đã thu hút
được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Ferit niken là ferit từ mềm có lực kháng
từ thấp và điện trở suất cao nên được ứng dụng làm lõi máy biến thế, sử dụng trong
thiết bị viễn thông [1], ngoài ra việc tạo ra vật liệu nano ferit spinen còn cho phép
ghi từ với mật độ cao, sử dụng trong máy cộng hưởng từ, thay thế vật liệu phóng xạ
truyền dẫn thuốc vào cơ thể… mở ra những hướng ứng dụng mới rất quan trọng.
Luận văn tập trung vào các nghiên cứu ban đầu về hệ ferit niken-crôm NiFe2xCrxO4

có kích thước nanomet bao gồm việc khảo sát các điều kiện công nghệ chế

tạo, nghiên cứu các đặc trưng cấu trúc, hình thái học và các tính chất từ.
Hệ hạt nano ferit spinen NiFe2-xCrxO4 được chế tạo bằng phương pháp solgel, sử dụng các dung dịch ngậm nước của các muối sắt nitrat, niken nitrat, crom
nitrat, acid citric và dung dịch amoniac. Phương pháp này cho phép điều chỉnh cấu
trúc và tính chất từ của vật liệu gốm, quá trình thực hiện ở nhiệt độ thấp, chế tạo
đơn giản và cho kết quả mẫu bột có hạt mịn và đồng đều [2,3]. Hạt tạo thành được
khảo sát thành phần, cấu trúc bằng phép đo nhiễu xạ X-ray và chụp ảnh TEM. Tính

Nguyễn Lê Thi

-1-

ITIMS 2008-2010


chất từ của hệ hạt này được khảo sát thông qua các phép đo từ độ trên máy VSM.
Các tính chất như: lực kháng từ, momen từ, nhiệt độ Curie…đã được nghiên cứu.
Luận văn với tiêu đề: “Tính chất vật lý của hệ hạt nano ferit spinen
NiFe2-xCrxO4 chế tạo bằng phương pháp sol-gel” gồm 4 chương:
Chương 1. Tổng quan về vật liệu ferit spinen
Chương 2. Ferit spinen có kích thước nano
Chương 3. Chế tạo mẫu và khảo sát thực nghiệm
Chương 4. Kết quả và thảo luận
Kết luận

Nguyễn Lê Thi

-2-

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU FERIT SPINEN
Các vật liệu ferit có mômen từ tự phát ở dưới nhiệt độ Curie (TC) giống như
các chất sắt từ. Khác với sắt từ, các mômen từ trong đômen của ferit không song
song mà đối song song nhưng không bù trừ nhau. Người ta qui ước, ferit là chất
phản sắt từ không bù trừ.

Ferit thường được cấu tạo bởi các ion kim loại 3d, 4f với ôxy bằng các liên
kết đồng hoá trị .
Các ion kim loại từ tính trong ferit thường được ngăn cách bởi ion ôxy có
bán kính lớn (1,32 Å) gấp hai lần bán kính ion từ tính (0,6÷0,8 Å ).
Tương tác giữa các ion từ tính trong ferit thông qua ion ôxy (quỹ đạo 2p), đó
là các trao đổi gián tiếp hay siêu tương tác. L.Neél (năm 1948) đã đề xuất lý thuyết
làm sáng tỏ cơ chế vi mô về tương tác trong ferit [4].
1.1. Cấu trúc tinh thể của ferit spinen
Ferit spinen là tên gọi khoáng vật có công thức MgAl2O4. Có thể xem spinen
là hợp chất của hai ôxít: ôxít bazơ của kim loại hoá trị 2 và ôxít lưỡng tính của kim
loại hoá 3.
MgO+Al2O3 = MgAl2O4

Ôxy
Các nguyên tử A ở
vị trí bát diện

Hình 1.1. Tế bào mạng của ferit spinen

Nguyễn Lê Thi

-3-

Các nguyên tử B ở
vị trí tứ diện

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen

Spinen là đại diện cho một loạt các hợp chất có công thức tổng quát AB2O4.
Trong đó A là cation hoá trị 2 và B là cation hoá trị 3. Mạng lưới spinen gồm các
ion ôxy gói ghém chắc đặc lập phương tâm mặt, các cation A2+ và B3+ được sắp xếp
vào các hốc tứ diện (T: Tetrahedral) và bát diện (O: Octahedral). Mỗi tế bào mạng
gồm 8 phân tử AB2O4, nghĩa là có 8 khối lập phương bé (hình 1.1) trong đó có 32
ion ôxy, 8 cation A2+ và 16 cation B3+. Ta có thể tính toán số cation, số anion và số
hốc tứ diện T, số hốc bát diện O khi tưởng tượng ghép 8 khối lập phương tâm mặt
lại với nhau.
8 đỉnh của lập phương lớn

8 x 1/8 =1

6 mặt lập phương lớn

6 x 1/2 =3

12 mặt nhỏ lập phương

12 x 1 = 12

24 mặt nhỏ phía ngoài

24 x 1/2=12

Tổng số có 32 ôxy

12 cạnh của lập phương lớn 12 x 1/4=3
Tâm của lập phương lớn

=1

Hốc tứ diện

Hốc bát diện

Hình 1.2. Minh hoạ các hốc bát diện và tứ diện
Số hốc T (còn gọi là phân mạng A). Mỗi lập phương nhỏ có 8 hốc tứ diện
nằm trong lập phương đó. Tế bào mạng spinen có 8 lập phương nhỏ. Như vậy mỗi
tế bào spinen có 8 × 8 = 64 hốc T.

Nguyễn Lê Thi

-4-

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
Số hốc O (còn gọi là phân mạng B) gồm:
8 tâm của 8 lập phương bé

8 x 1 =8

24 cạnh biên của lập phương bé

24 x 1/4=6

24 cạnh giữa của 6 mặt biên

24 x 1/2 = 12

6 cạnh nằm trong lập phương

6 x 1=6

Tổng số hốc O là 32

Như vậy, mỗi tinh thể spinen có 64 + 32 = 96 hốc T và O. Mà số cation chỉ
có 8 + 16 = 24 cation. Nghĩa là chỉ 1/4 số hốc trống chứa cation, còn 3/4 hốc trống
để không.

a)

b)

Hình 1.3. Các vị trí bát diện a) và tứ diện b)
Nếu 8 cation A nằm trong 8 hốc trống T, còn 16 cation B nằm vào hốc O thì
gọi là mạng lưới spinen thuận, ký hiệu A[BB]O4.
Nếu 8 cation A nằm trong 8 hốc trống O, còn 16 cation B phân làm hai: 8
cation nằm vào hốc T, 8 cation nằm vào hốc O thì gọi là spinen nghịch đảo, ký hiệu
B[A.B]O4.
Nếu 24 cation A và B được phân bố một cách thống kê vào các hốc T và hốc
O thì gọi là spinen trung gian.
A12−+x Bx3+ ⎡⎣ Ax2+ B23−+x ⎤⎦ O42−

với 0 ≤ x ≤ 1

(1.1)

Kết quả nghiên cứu cho thấy cấu trúc lập phương tâm mặt của phân mạng

ôxy bị biến dạng khi cation chui vào hốc T và hốc O. Thể tích hốc T bé hơn thể tích
hốc O nên khi cation chui vào phân mạng A làm cho không gian của hốc T tăng lên
bằng cách nới rộng cả 4 ion ôxy (giãn nở không gian tứ diện). Để đặc trưng cho sự
Nguyễn Lê Thi

-5-

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
giãn nở không gian tứ diện người ta đưa vào một khái niệm gọi là thông số ôxy.
Thông số ôxy được xác định bằng phương pháp ghi giản đồ nhiễu xạ tia X hoặc
giản đồ nơtron. Sự chuyển dịch ion ôxy như vậy làm tăng thể tích không gian tứ
diện và giảm thể tích không gian bát diện, kết quả làm cho thể tích của chúng gần
bằng nhau.
Mối liên hệ giữa thông số ôxy (W) và kích thước hốc T (rA), kích thước hốc
O (rB) được biểu diễn bằng hệ thức:

rA = (W-0,25) x a 3 − r0

(1.2)

rB = (0, 625 − W) x a − r0

(1.3)

Trường hợp mạng lưới lập phương lý tưởng thì W=0,375.
a là hằng số mạng lưới spinen (Å), rA và rB là bán kính khối cầu nằm trong
không gian tứ diện và không gian bát diện, rO là bán kính ôxy.

Số tinh thể kết tinh theo mạng lưới spinen khá phổ biến trong hợp chất vô cơ.
Trong công thức tổng quát AB2O4 thì A2+ có thể là Cu, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd,
Mn, Pb, Fe, Co, Ni. Cation B3+ có thể là Al, Cr, Fe, Mn, ít khi gặp Ga, In, La, V, Sb,
Rh. Tổ hợp các cation đó lại cho thấy có rất nhiều hợp chất spinen. Tuy nhiên cũng
cần phải nói thêm rằng không phải tất cả các hợp chất có công thức AB2O4 đều kết
tinh theo hệ lập phương như spinen. Ví dụ như BeAl2O4, CaCr2O4 thuộc hệ hình
thoi, còn SrAl2O4 thuộc hệ tứ phương. Trong khi đó một số hợp chất ôxít ứng với
công thức A2BO4 (ứng với A2+, B4+), ví dụ Mg2TiO4 lại kết tinh theo hệ lập phương
và được sắp xếp vào nhóm spinen. Đó là các hợp chất như titanat, stanat của coban,
sắt(II), magiê, kẽm,… Ngoài các ôxít phức tạp ra, còn có các spinen có anion là
chalcogen (S2−, Se2−, Te2−) hoặc halogen. Ví dụ Li2NiF4.
Do khả năng thay thế đồng hình, đồng hoá trị hoặc không đồng hoá trị các
cation trong spinen ôxít làm cho số lượng hợp chất spinen tăng lên rất lớn.
Các hợp chất spinen có giá trị rất lớn trong kỹ thuật. Chúng được sử dụng
làm bột màu, vật liệu chịu lửa, vật liệu kỹ thuật điện tử, đá quý… Do đó vấn đề
nghiên cứu tổng hợp spinen và các tính chất, cơ, điện của chúng là đối tượng nghiên
Nguyễn Lê Thi

-6-

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
cứu của nhiều nhà khoa học. Theo độ dẫn điện, có thể đánh giá được cấu tạo bên
trong của spinen. Ví dụ Fe3O4 và Mn3O4 đều có cấu trúc spinen, nhưng trong khi
Mn3O4 là chất điện môi (không dẫn điện) còn Fe3O4 lại có độ dẫn điện cao như
kim loại. Đó là do Fe3O4 có cấu trúc spinen đảo: Fe3+T[Fe2+Fe3+]OO4, còn Mn3O4 có
cấu trúc spinen thuận: Mn2+T[Mn23+]OO4. Trong mạng tinh thể spinen Fe3O4, các ion
Fe2+ và Fe3+ được phân bố trong các bát diện. Các bát diện này tiếp xúc với nhau

theo một cạnh chung, do đó cation sắt có mức ôxy hoá khác nhau mà ở gần nhau
nên trao đổi điện tích dễ dàng, lỗ trống dương có thể chuyển từ Fe2+ sang Fe3+. Còn
mạng tinh thể spinen Mn3O4 thì Mn3+ nằm trong bát diện, Mn2+ nằm trong tứ diện.
Bát diện và tứ diện chỉ tiếp xúc với nhau qua đỉnh, nghĩa là các cation Mn3+ và
Mn2+ nằm cách xa nhau hơn so với khoảng cách Fe2+ và Fe3+ trong Fe3O4. Điều này
làm cho sự trao đổi điện tích trong Mn3O4 khó khăn hơn nhiều.
Bảng 1.1. Tính chất của một số ferit spinen
Hợp chất

M(µB)

IS(Gauss)

Nhiệt

Hằng số

Mật

Cấu trúc

độ

mạng (Å)

độ

tinh thể

(g/cm3)

Curie
(0C)
MnFe2O4

4,6∼5,0

408

300

8,50

5,00

Spinen đảo

FeFe2O4

4,1

471

585

8,39

5,24

Spinen đảo

NiFe2O4

2,3

267

590

8,34

5,38

Spinen đảo

CoFe2O4

3,7

392

520

8,38

5,29

Spinen đảo

CuFe2O4

1,3

133

455

8,64/8,24

5,38

Spinen đảo

(tetragonal)
MgFe2O4

1,1

110

440

8,36

4,52

Spinen đảo

Li0,5Fe2,5O4

2,5∼2,6

306

670

8,33

4,75

Spinen đảo

417

675

γ- Fe2O4

Spinen đảo

Trong các spinen trên đây thì FeFe2O4 có ý nghĩa quan trọng nhất, trong đó
sắt ở hai mức ôxy hoá là II và III. Dựa vào kết quả nghiên cứu độ dẫn điện và từ
Nguyễn Lê Thi

-7-

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen

tính có thể kết luận được rằng FeFe2O4 thuộc kiểu spin nghịch đảo, nghĩa là FeII
nằm trong hốc O, một nữa nằm trong hốc T.
Với các ferit spinen có thể biểu diễn bằng công thức tổng quát sau
M x2+ Fe13−+x ⎡⎣ M 12−+x Fe13++x ⎤⎦ O4

(1.4)

Trong đó các cation nằm trong hốc T được đặt ngoài dấu móc, còn nằm trong
hốc O thì để trong dấu móc.
Khi x=1 ta có spinen thuận, x=0 ta có spinen nghịch đảo. Spinen trung gian
thì 0 < x <1. Đại lượng x gọi là mức độ nghịch đảo của spinen cho biết lượng M2+
nằm trong hốc T. Sự phụ thuộc giữa mức độ nghịch đảo và nhiệt độ có thể biểu diễn
bằng hệ thức:
x(1 + x)
= e−∆E / kT
(1 − x) 2

(1.5)

k là hằng số Boltzmann, T là nhiệt độ tuyệt đối, ∆E biến thiên năng lương tự
do của phản ứng:
M B2+ + Fe3A+ = M A2+ + FeB3+ − ∆E

(1.6)

Trong đó A, B để chỉ phân mạng A và phân mạng B trong AB2O4
Như vậy, mức độ nghich đảo liên quan đến điều kiện chế hoá nhiệt của ferit. Có 3
yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố các cation A và B vào vị trí tứ diện, bát diện.
™ Bán kính ion: Hốc T có thể tích bé hơn hốc O do đó chủ yếu các cation có
kích thước bé hơn được phân bố vào hốc T. Thông thường rA2+ lớn hơn rB3+

nghĩa là xu thế chủ yếu là tạo thành spinen nghịch đảo (bảng 1.2)
™ Cấu hình electron: Tuỳ thuộc vào cấu hình electron của cation mà chúng
thích hợp với một kiểu phối trí nhất định. Ví dụ Zn+, Cd+ (có cấu hình 3d10)
chủ yếu chiếm các hốc T và tạo nên spinen thuận, còn Fe2+ và Ni2+ (có cấu
hình 3d6 và 3d8) lại chiếm hốc O và tạo thành spinen nghịch đảo.
™ Năng lượng tĩnh điện: Năng lượng tĩnh điện của mạng spinen (năng lượng
Madelung) tạo nên bởi sự gần nhau của các ion khi tạo thành cấu trúc spinen.

Nguyễn Lê Thi

-8-

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
Sự phân bố sao cho các cation A2+ nằm vào hốc T, B3+ nằm vào hốc O là
thuận lợi về năng lượng nhất [5].
Bảng 1.2 Bán kính một số ion
Ion

Bán kính (nm)

O2-

0,132

Fe2+

0,074

Fe3+

0.067

Co2+

0,072

Co3+

0,063

Cr3+

0.064

1.2. Tính chất từ
Các ion từ tính ở trong ferit ngăn cách bởi các ion ôxy có đường kính lớn,
trật tự từ trong các ferit là do tương tác trao đổi gián tiếp (siêu tương tác) giữa các
ion từ tính. Mômen từ của ferit được tính theo mẫu Neél [6].
Về phương diện từ tính do đó ta sẽ bàn đến các spinen có công thức
MeFe2O4. Ở đây Me là kim loại hoá trị 2 (Fe2+, Ni2+, Cu2+, Mg2+). Các ferit thông
thường là spinen đảo hoàn toàn hoặc đảo một phần. Vì rằng ion Fe3+ có 5 electron
theo thuyết trường tinh thể thì không thích hợp với vị trí bát diện.
Điều lí thú là cấu trúc từ của ferit có thể là sắt từ hoặc cũng có thể là phản sắt
từ. Điều này do các ion nằm trong vị trí tứ diện có spin từ định hướng đối song song
với các spin từ của các ion nằm trong vị trí bát diện (xem hình 1.4).
Trong hình 1.4 không vẽ các ion O2-. Việc tính toán mômen từ của các
spinen khác nhau sử dụng hệ thức µ=gS, ở đây g=2 còn S=n/2 là trạng thái spin của

electron.
Hình 1.4. Cấu trúc từ của spinen sắt từ và spinen
phản sắt từ vị trí 8a(tứ diện), vị trí 16d (bát
diện).[6]

Nguyễn Lê Thi

-9-

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
1.2.1. Tương tác trao đổi trong ferit spinen
Ở nhiệt độ phòng và ngay khi không có từ trường ngoài, trong vật liệu spinen
luôn tồn tại mômen từ tự phát. Theo lý thuyết trường phân tử, nguồn gốc tính chất
từ trong ferit là do tương tác trao đổi gián tiếp giữa các ion kim loại (ion từ tính)
trong hai phân mạng A và B thông qua các ion ôxy. Năng lượng tương tác trao đổi
này phụ thuộc vào khoảng cách giữa các ion từ tính và góc giữa chúng với ion O2-.
Hình 1.5 và bảng 1.3 cho biết các dạng liên kết có thể cho đóng góp lớn nhất vào
năng lượng trao đổi và khoảng cách giữa các ion Me-O, Me-Me trong cấu trúc tinh
thể spinen.

α=12909’

α=154034’

α=900

α=12502’

α=79038’

Hình 1.5: Một vài dạng cấu hình xắp xếp ion trong mạng spinen[7]. Ion A và B là
các ion kim loại tương ứng với vị trí tứ diện và bát diện. Vòng tròn lớn là ion ôxy.
Bảng 1.3: Khoảng cách giữa các ion, a là hằng số mạng, u là tham số ôxy[7].
Khoảng cách Me-O

Khoảng cách Me-Me

p = a (5 / 8 − u )

b = ( a / 4) 2

q = a (u − 1/ 4) 3

c = ( a / 8) 11

r = a (1 + u ) 11

d = ( a / 4) 3

s = a (u / 3 + 1/ 8) 3

e = (3 a / 8) 3
f = ( a / 4) 6

Khi so sánh các tương tác trao đổi khác nhau, người ta thấy tương tác A-B
cho giá trị vượt trội. Trong cấu hình A-B đầu tiên, khoảng cách p, q là nhỏ, đồng
thời góc ϕ khá lớn (ϕ≈ 1250), năng lượng trao đổi lớn nhất. Đối với tương tác B-B,

Nguyễn Lê Thi

- 10 -

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
năng lượng cực đại ứng với cấu hình đầu tiên, tuy góc ϕ chỉ là 900 nhưng khoảng
cách giữa các ion là nhỏ. Tương tác trao đổi là yếu nhất trong tương tác A-A, vì
khoảng cách r tương đối lớn (r=3,3 Å) và góc ϕ cũng không phù hợp (ϕ=800). Độ
lớn tương tác trao đổi cũng bị ảnh hưởng bởi sự sai lệch của tham số ôxy u khỏi giá
trị 3/8. Tham số ôxy u là một đại lượng để xác định độ dịch chuyển của các ion ôxy
khỏi vị trí của mạng lý tưởng. Nếu u>3/8 (điều này có ở hầu hết các ferit) thì ion O2phải thay đổi sao cho trong liên kết A-B, khoảng cách A-O tăng lên còn khoảng
cách B-O giảm đi. Từ đây cho thấy tương tác A-B là lớn nhất.
Bảng 1.4: Hằng số tương tác trao đổi của một số vật liệu spinen [8]
Ferit

JAB

Fe3O4

-14,7

CoFe2O4

-17,6

NiFe2O4

-20,6

CuFe2O4

-20,3

1.2.2. Mômen từ
Nguồn gốc từ tính là do tương tác trao đổi gián tiếp giữa các nguyên tử thuộc
phân mạng A và B. Trên thực tế chỉ tồn tại hai nhóm các nguyên tố từ là các nguyên
tố thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp (Fe, Ni, Co…) và nhóm kim loại đất hiếm,
tương ứng với lớp 3d và 4f không lớp đầy. Trong các kim loại này và một số hợp
chất của chúng tồn tại tại các mômen từ tự phát ở nhiệt độ T < TC (TC là nhiệt độ
Curie) ngay khi không có từ trường ngoài [9].
Một đại lượng đặc trưng cho từ tính của vật liệu là độ từ hoá hay từ độ. Từ
độ là tổng các mômen từ trong một đơn vị thể tích hoặc một đơn vị khối lượng. Khi
không có từ trường ngoài , các mômen từ tự phát sắp xếp theo một trật tự ổn định và
vật liệu đạt đến trạng thái bão hoà từ trong từng đômen. Độ từ hoá cho một đơn vị
khối lượng được tính theo Manheton Bohr như sau:

Nguyễn Lê Thi

- 11 -

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
IS =

σ S mM

µBNA

(1.7)

Trong đó σs là mômen từ bão hoà, IS là từ độ bão hoà, µB là Manheton Bohr,
NA số Avogadro, mM khối lượng.
Tính chất từ của ferit lần đầu tiên được giải thích bởi Neél, ông thừa nhận
mômen từ của ferit là tổng mômen từ trong hai phân mạng A và B. Có hai khả năng
dẫn đến sự tồn tại của mômen từ tự phát trong ferit spinen: Một là độ từ hoá của hai
mạng con có độ dài bằng nhau nhưng không trực đối nhau, hai là trực đối nhau
nhưng có độ lớn khác nhau [10].
Đối với vật liệu có cấu trúc spinen đảo [Fe3+]A[Me2+Fe3+]BO42-, mômen từ
của ion Me2+ và ion Fe3+ trong phân mạng B là song song với nhau và trực đối với
mômen từ của ion Fe3+ trong phân mạng A, do đó mômen từ của ion Fe3+ triệt tiêu
nhau và mômen phân tử là mômen từ của ion Me2+. Thực tế, mômen từ là mômen
spin của các điện tử: MMe(II) = 2.SMe(II). Thực nghiệm đã chứng minh điều này.
Bảng 1.5: Bảng phân bố các ion và mômen từ của một phân tử [10].
Vật liệu

Cấu trúc

Tứ diện A

Bát diện B

spinen

Mômen mạng
(µB/phân tử)

Fe3+
5
←
ZnO.Fe2O3
Thường
Fe3+
5
0
→
2+
3+
MgO.Fe2O3
Hầu như đảo
Mg
Fe
Fe3+
0
4,5
5,5
→
←
Từ bảng 1.6 các giá trị thoã mãn giữa thực nghiệm và lý thuyết
NiO.Fe2O3

Đảo

Fe3+
5
→
Zn2+

Ni2+
2
←
Fe3+
5
←
Mg2+
0

2
0
1
ngoại trừ

trường hợp của Co và Cu. Có hai lý do có thể dẫn đến điều này [10]:
- Mômen quỹ đạo chưa hoàn toàn triệt tiêu, có thể có một mômen quỹ đạo
nào đó không tuân theo lý thuyết. Đây là đặc trưng riêng của ion Co2+.
- Cấu trúc có thể chưa đảo hoàn toàn.
Nguyễn Lê Thi

- 12 -

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
Bảng 1.6: Giá trị thực nghiệm và lý thuyết mômen từ bão hoà của một số ferit [11].
Ferit

M(µB)

2SMe(II)(µB)

thực nghiệm

Lý thuyết

MnFe2O4

4,4-5,0

5

FeFe2O4

4,08-4,2

4

CoFe2O4

3,3-3,9

3

NiFe2O4

2,3-2,4

2

CuFe2O4

1,3-1,37

1

MgFe2O4

0,86-1,1

1,1

Li0,5Fe2,5O4

2,6

2,5

1.2.3. Nhiệt độ Curie
Từ độ của vật liệu phụ thuộc vào nhiệt độ và trường từ hoá. Ở nhiệt độ thấp,
từ độ bão hoà thay đổi theo nhiệt độ T bởi công thức:
I S (T ) = I S (0)(1 − cT 3/2 )

(1.8)

Trong đó c là hệ số, IS là từ độ tại 0K.
Mặc dù tương tác trao đổi giữa các mômen từ trong vật liệu ferit là lớn,
nhưng đến một giới hạn năng lượng nhiệt nào đó thì trật tự ferit từ bị phá vỡ. Điều

đó xảy ra tại một nhiệt độ đặc trưng gọi là nhiệt độ Curie. Dưới nhiệt độ Curie tồn
tại pha ferit từ, trên nhiệt độ Curie năng lượng nhiệt phá vỡ trật tự ferit , pha ferit
chuyển thành pha thuận từ, mômen từ bão hoà bằng không ở nhiệt độ Curie. Nhiệt
độ Curie thể hiện tính chất nội tại của vật liệu và có thể khảo sát và đo đạc được.
Bảng 1.7: Nhiệt độ Curie của một số loại ferit [10]

Nguyễn Lê Thi

Ferit

TC (K)

MnFe2O4

573

FeFe2O4

858

CoFe2O4

793

- 13 -

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen

NiFe2O4

853

CuFe2O4

728

MgFe2O4

713

BaO.6Fe2O4

723

1.3. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của mômen từ tự phát ferit spinen
Theo mẫu Neél mômen từ của hai phân mạng A và B định hướng đối song
song nhưng không bù trừ nhau. Từ độ tự phát của từng phân mạng thay đổi theo
nhiệt độ có thể mô tả theo hàm Brillouin, cụ thể là:
I A (T ) = I A0 BJ A

( gJ Aµ B H A )
k BT

(1.9)

I B (T ) = I B0 BJ A

( gJ B µ B H B )

k BT

(1.10)

I A0 và I B0 là tự độ tự phát bão hoà của hai phân mạng A và B ở nhiệt độ 0K. Mômen

từ của ferit bằng tổng vectơ của từ độ hai phân mạng:
uur
uur
uur uuur uuur
M = τI A + υI B = M A + M B

(1.11)

τ và υ là nồng độ ion từ phân bố trong hai phân mạng, thoả mãn điều kiện τ+υ=1.
Tuỳ thuộc vào sự phụ thuộc của IA và IB vào nhiệt độ, nồng độ các ion trong
hai phân mạng và độ lớn tương tác các phân mạng A-A, B-B, A-B ta có thể tìm
được sự phụ thuộc từ độ ferit vào nhiệt độ.
Có 3 dạng đường cong I(T) thường thấy của ferit spinen được ký hiệu là Q, P
và N (hình 1.6).
uuur

uuur

- Khi M B > M A và tương tác trao đổi JAB > JAA và JBB, tương tác trao đổi
trong các phân mạng JAA ≈ JBB, mômen từ phụ thuộc nhiệt độ có dạng Q (hình 1.6 a)
uuur

uuur

uuur

uuur

- Khi M B > M A , JAB > JAA và JBB; JAA>JBB, M phụ thuộc vào T có dạng P
(hình 1.6 b).
- Khi M B > M A , JAB > JAA và JBB; JBB>JAA, M phụ thuộc vào T có dạng N
nghĩa là ferit có nhiệt độ bù trừ (TK) (hình 1.6 c)

Nguyễn Lê Thi

- 14 -

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
Hầu hết các ferit spinen M(T) có dạng Q như ferit Mn-Zn, Ni-Zn, ferit
coban. Các ferit Ni-Mn-Ti, Ni-Al, Mn-Fe-Cr, M(T) có dạng P. Ferit Li-Cr: Li0,5Fe25xCrxO4,

ferit NiFe2-xCrxO4 có dạng N [12].
M

MB

M

M

M= MB-MA

M= MB-MA

TC

MB
N

P

Q

M= MB-MA

TC

TK

T

T
-M

-M

MB

MA

-M

TC
T

MA

MA

a)

c)

b)

Hình 1.6: Mômen từ phụ thuộc vào nhiệt độ của ferit spinen, a) dạng Q, b) dạng P,
c) dạng N có nhiệt độ bù trừ (TK)
1.4. Ferit spinen Ni-Cr
Với các hạt nano niken ferit khi kích thước hạt giảm xuống cỡ nm thì các
tính chất của vật liệu cũng trở nên khác biệt so với vật liệu khối. Tính chất từ của
hạt phụ thuộc rất nhiều vào kích thước hạt và sự sắp xếp các ion trong các ô mạng
của phân tử.
Có ba yếu tố chính để vật liệu nano có sự khác biệt quan trọng so với vật liệu
khối:
i) Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm
trên bề mặt sẽ chiếm tỷ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử.
ii) Hiệu ứng lượng tử: đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các
hiệu ứng lượng tử được trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1µm3 có khoảng
1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc
nano có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một
chấm lượng tử có thể được coi như một đại nguyên tử, nó có mức năng lượng giống

như một nguyên tử.

Nguyễn Lê Thi

- 15 -

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
iii) Kích thước tới hạn: Các tính chất vật lý, hoá học của các vật liệu đều có
một giới hạn kính thước. Nếu một vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất
của nó hoàn toàn bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có
tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn
của các tính chất của vật liệu.
¾ NiFe2O4 là loại vật liệu từ mềm, tinh thể có cấu trúc spinen đảo với tất cả
các ion Ni ở vị trí bát diện và các ion Fe chiếm các vị trí tứ diện và bát diện. Các tài
liệu đã thống kê đưa ra trạng thái từ tính của các hạt nano phụ thuộc chủ yếu vào
kích thước và quy trình tổng hợp, hầu như các đặc điểm thông thường như trạng
thái siêu thuận từ và sự giảm của mômen từ bão hoà so với vật liệu khối tương ứng
[13].
Đặc trưng mômen từ bão hoà (MS) của nano niken ferit quan sát thấy là giảm
cùng với sự giảm của kích thước hạt, sự giảm tuyến tính của mômen từ bão hoà

MS (emu/g)

theo sự gia tăng tiết diện bề mặt được thể hiện trong hình 1.7 [14].

Diện tích bề mặt riêng (m2/g)

Hình 1.7: Sự thay đổi của mômen từ bão hoà vào diện tích bề mặt của NiFe2O4
Trong vật liệu khối NiFe2O4, Ni thể hiện mạnh ở vị trí bát diện và có cấu trúc
spinen đảo, tuy nhiên, trong các trạng thái siêu nhỏ, các nhà nghiên cứu cũng đưa ra

Nguyễn Lê Thi

- 16 -

ITIMS 2008-2010


Chương 1: Tổng quan về vật liệu ferit spinen
sự khác nhau của mômen từ bão hoà. Một số nhà nghiên cứu có công bố sự tăng của
mômen từ bão hoà cùng với sự giảm của kích thước hạt [15]. Trong khi một số khác
lại quan sát thấy sự giảm của MS cùng với sự giảm của kích thước hạt [16-18]
Sự gia tăng hoặc giảm có thể do nhiều yếu tố. Sự phân bố lại các cation, sự
tồn tại các spin trên bề mặt, hoặc hình thành cấu trúc thuỷ tinh spin có thể tất cả ảnh
hưởng tính chất từ dưới kích thước micro.
Mômen từ bão hoà của NiFe2O4 được tính toán theo mẫu Néel là 50 emu/g
và trong các công bố giá trị của mẫu ở dạng khối là 56 emu/g [19].
Trong hình 1.8 cho thấy sự thay đổi của lực kháng từ theo kích thước hạt,
kích thước hạt gia tăng lực kháng từ tăng, đạt đến một giá trị cực đại sau đó giảm

Lực kháng từ (Oe)

xuống tại nhiệt độ phòng [14] .

Kích thước hạt (nm)

Hình 1.8: Sự thay đổi của lực kháng từ vào kích thước hạt của NiFe2O4 tổng hợp

bằng phương pháp sol – gel
Sự thay đổi của lực kháng từ HC vào kích thước hạt có thể giải thích dựa trên
cấu trúc đômen, kích thước tới hạn và dị hướng từ tinh thể [20-22]. Tỷ lệ năng
lượng thay đổi trước và sau khi phân chia vào đômen là

D , ở đây D là đường kính

hạt.

Nguyễn Lê Thi

- 17 -

ITIMS 2008-2010