VẬT LIỆU TỪ CẤU TRÚC NANO

VẬT LIỆU TỪ CẤU TRÚC NANO
GVHD : TRẦN VĂN KHẢI
SVTH :
NGUYỄN TRỌNG CHÁNH
V1100351
HUỲNH TRUNG TÍN
V1103639
ĐINH NỮ THANH HUYỀN
V1001291
BÙI ANH ĐỨC
V1000720


I : KHÁI QUÁT VỀ VẬT LIỆU NANO TỪ
II : HIỆN TƯỢNG TỪ TÍNH Ở CẤP ĐỘ NGUYÊN TỬ
III : ỨNG DỤNG CỦA MỘT SỐ LOẠI VẬT LIỆU NANO
IV : KẾT LUẬN


I : KHÁI QUÁT VỀ VẬT LIỆU NANO TỪ
Cấu trúc nano từ tính đang thu hút đáng kể quan tâm do
tính độc đáo và tiềm năng ứng dụng


Có một sự thay đổi đáng kể trong các tính chất từ khi
kích thước giảm đến một giới hạn, chẳng hạn
như độ dài trao đổi hoặc chiều rộng vách đômen

Vật liệu cấu trúc nano có diện tích bề mặt rất lớn tỷ
lệ khối lượng, có thể dẫn đến không đồng nhất tính
chất từ.

Một số phương pháp sử dụng đặt điểm của cấu trúc nano từ:


Ứng dụng của vật liệu nano từ tính


II HIỆN TƯỢNG TỪ TÍNH Ở CẤP ĐỘ NGUYÊN TỬ


Electron dang quay tròn tạo ra một mômen từ quỹ đạo của
riêng nó , được đo bằng magneton Bohr , và cũng có một
mômen từ spin tương ứng với nó do electron tự quay.
Trong hầu hết các vật liệu đều có mômen từ tổng cộng, nhờ các
electron tạo thành nhóm từng cặp, gây ra mômen từ bị trượt tiêu bởi
lân cận của nó

Trong các vật liệu từ , các mômen từ với một tỷ lệ lớn của các
electron đã được sắp xếp, khi tạo ra một từ trường đồng nhất


Quỹ đạo của một electron đang quay xung quanh hạt nhân
của nguyên tử.


Bảng tuần hoàn của các nguyên tố cho ta bản chất từ của mỗi
nguyên tố tại nhiệt độ phòng.

Chất nghịch từ
 Dưới

ảnh hưởng của một từ trường ngoài (H) các electron đang
quay sẽ tiến động và chuyển động này , là một loại dòng điện,
tạo ra một độ từ hóa (M) trong hướng đối diện với phương của
từ trường ngoài. Tất cả vật liệu đều có hiệu ứng nghịch từ, song
thường trong trường hợp mà hiệu ứng nghịch từ bị bao phủ bởi
hiệu ứng thuận từ hay sắt từ lớn hơn.


Chất thuận từ:
Model
Mô hình
Pauli
Langevin
của tính
đúng
thuận
cho các
từ làvật
đúng
liệu cho
với các

kim loại mà
ởelectron
đó các định
electron
là tự do

và tương
để ,tạo
ra một vùng
xứ không
tương
tác vớitác
nhau
ở các
dẫn
nàymỗi
đúng
cho hầu
các
kim loại
thuận từ.
trạng. Điều
thái mà
nguyên
tử cóhết
một
mômen
từ định
Trong
nàydocác
dẫn nhiệt.
được xem
hướngmodel
hỗn loạn
sự electron
chuyển động

Việc như
áp là tự do
và
trường
ngoài
mộtrasựmột
mất
đặtdưới
một một
từ trường
ngoài
đã tạo
sựcân
sắp bằng
xếp giữa các
electron
với
spin ngược
được
đến một độ
một ít các
mômen
này vànhau
vì vậy
mà tạo
mộtra
độ dẫn
từ hóa
từ
hóa

thấp
có cùng
phương
từ trường
ngoài. Độ cảm
thấp
theo
cùng
phương
như từvới
trường
ngoài. Khi
từ
tăng
không
nhiệtphụ
độ, do
thuộc
sự chuyển
vào nhiệt
động
độ,nhiệt
tuy rằng
sẽ tăng
cấu
lên,
trúc vùng
electron
thể
bị hơn

ảnh để
hưởng,
vàcác
lại ảnh
hưởng
nó sẽ trởcó
nên
khó
sắp xếp
mômen
từ lên độ cảm
từ.
nguyên tử và vì vậy, độ cảm từ sẽ giảm xuống


Tính sắt từ


Tính sắt từ chỉ có thể khi các nguyên tử được sắp xếp trong một
mạng và các mômen từ nguyên tử có thể tương tác lên nhau và
sắp xếp song song với nhau. Hiệu ứng này được giải thích theo lý
thuyết cổ điển bằng sự có mặt của một trường phân tử bên trong
vật liệu sắt từ, lần đầu tiên được đưa ra bởi Weiss vào năm 1907.
Trường này đủ để từ hóa vật liệu đến trạng thái bão hòa. Trong cơ
học lượng tử, model Heisenberg của sắt từ đã mô tả sự định
hướng song song của các mômen từ theo tương tác trao đổi giữa
các mômen lân cận

Trong bảng tuần hòan các nguyên tố, chỉ có Fe, Co và Ni là chất sắt
từ tại và trên nhiệt độ phòng

Chất phản sắt từ


Trong bảng tuần hòan, chỉ có một nguyên tố biểu hiện tính
phản sắt từ tại nhiệt độ phòng là crom. Các vật liệu phản sắt từ
rất giống như các vật liệu sắt từ, nhưng tương tác trao đổi giữa
các nguyên tử lân cận dẫn đến sự sắp xếp phản song song của
các mômen từ nguyên tử. Vì vậy, từ trường trượt tiêu và vật
liệu xuất hiện bản chất giống như là một vật liệu thuận từ.
Giống như các vật liệu sắt từ, các vật liệu này trở thành thuận
từ ở trên một nhiệt độ chuyển tiếp


Ferit từ


Ferit từ chỉ được quan sát trong các hợp chất có cấu trúc tinh thể phức
tạp hơn so với các nguyên tố thuần khiết. Bên trong các vật liệu này các
tương tác trao đổi dẫn đến một sự sắp xếp song song của các nguyên tử
trong cùng một vị trí tinh thể và sự sắp xếp phản song song trong các vị
trí khác. Vật liệu bị chia thành các đômen, giống như trong vật liệu sắt từ
và bản chất từ cũng như vậy , mặc dù các vật liệu ferít có độ từ hóa bão
hòa thấp hơn.


Các tính chất nội tại của các vật liệu


Độ từ hóa bão hòa (Ms) là một phép đo số lượng cực đại của trường có thể được
sinh ra bởi một vật liệu. Nó sẽ phụ thuộc vào cường độ của các mômen dipol trên
các nguyên tử cấu tạo vật liệu và chúng xếp chặt như thế nào đó với nhau

Độ từ hóa bão hòa cũng được xem như độ từ hóa tự phát, tuy nhiên số hạng
này thường được sử dụng để mô tả độ từ hóa bên trong một đơn đômen từ.
Bảng 3 cho ta vài ví dụ các vật liệu thường dùng trong các ứng dụng từ tính.


Các đômen từ


Để giải thích được sự thật là các vật liệu sắt từ với độ từ hóa tự phát có
thể tồn tại ở trạng thái khử từ, Weiss đã đưa ra khái niệm các đômen từ.
Weiss đã xây dựng trên cơ sở của công trình trước đó của Ampère,
Weber và Ewing khi đưa ra sự tồn tại của chúng. Các kết quả tìm thấy
của công trình này liên quan đến điều là bên trong một đômen một số lớn
các mômen nguyên tử đã được định hướng là 10 12 – 10 18, vượt quá một
khối lượng lớn hơn nhiều so với những dự đoán trước đó. Độ từ hóa bên
trong đômen đã được bão hòa và sẽ luôn nằm theo phương từ hóa dễ khi
ở đó không có từ trường ngoài đặt vào. Phương của sự định hướng
đômen ngang qua một khối lượng lớn vật liệu là ngẫu nhiên nhiều hay ít
và vì vậy độ từ hóa của một mẫu là có thể bằng không


Các thông số từ
Cảm

ứng còn dư Br hay Jr
Lực kháng từ cảm ứng, bHc

Lực kháng từ nội tại, jHc
Tích năng lượng cực đại, (BH)max
.....


III MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỤ THỂ CỦA
VẬT LIỆU TỪ NANO
A CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ CỨNG

Alnico


Các hợp kim này chủ yếu dựa trên các nguyên tố nickel, cobalt và
sắt với một lượng nhỏ của nhôm, đồng và titan ( Trọng lượng
điển hình %: Fe-35, Co-35, Ni-15, Al-7, Cu-4, Ti-4). Thành phàn
hợp kim và việc ủ đã được phát triển hàng năm, và các tính chất
đạt tới một cực đại vào năm 1956 với việc đưa vào alnico 9 dị
hướng cột, với một tích năng lượng ~ 80 kJm-3. Các hợp kim này
vẫn được dùng cho tới bây giờ vì chúng có một nhiệt độ Curie
cao ( ~850oC), và hệ quả là có thể làm việc ở các nhiệt độ cao
hơn cũng như bền vững hơn xung quanh nhiệt độ phòng so với
vài hợp kim hiện đại hơn.


Loại SmCo


Các tính chất từ của phase YCo5đã được phát hiện ra. Đó là phase đầu tiên
dựa trên cơ sở của một nguyên tố đất hiếm (RE) và và một kim loại chuyển
tiếp (TM) đã được tìm thấy là có các tính chất nam châm đất hiếm. Tổ hợp

của RE và TM là tổ hợp lý tưởng bởi vì RE cung cấp tính dị hướng cho
phase và TM cung cấp độ từ hóa và nhiệt độ Curie cao. Sự phát hiện ra
SmCo5 tiếp theo vào năm 1967 và trở thành vật liệu từ vĩnh cửu RE/TM
thương mại đầu tiên, được kết dính polymer và có một tích năng lượng ~ 40
kJm-3. Cuối năm 1969, người ta thấy rằng các nam châm thiêu kết SmCo5
có thể được tạo ra với tích năng lượng ~ 160 kJm-3. Các nam châm này có
Sm dư tạo ra một phas biên hạt nhẵn và lực kháng từ thu được bằng việc
ngăn cản sự tạo mầm của các đômen ngược


Loại NdFeB


Các tính chất từ của NdFeB đã được phát hiện một cách đồng
thời bở General Motor ơ Mỹ và Sumitomo Special Metals của
Nhật Bản.Cả hai nhóm đều tạo ra vật liệu dựa trên phas từ
Nd2Fe14B, nhưng các phương pháp gia công khác nhau.




Các vật liệu từ mềm


Các hợp kim Sắt-Silic.



Các hợp kim này được dùng làm lõi biến thế và được biết là các thép điện.
Trong công nghiệp điện , điện thế hầu như luôn luôn là AC và tại tần số

thấp, 50-60 Hz. Tại các tần số này các dòng điện xoáy được phát sinh
trong các lõi biến thế. Hợp kim Fe với Si có một ảnh hưởng vô cùng lớn
lên điện trở của vật liệu, với sự tăng của hệ số 4/3 % trọng lượng Si. Silic
cũng có ích lợi làm giảm độ từ giảo ( tức là sự thay đổi độ dài lên độ từ
hóa) và sự dị hướng từ tinh thể.


Các hợp kim vô định hình và tinh thể nanô.


Các vật liệu này đã được tạo ra ở dưới dạng của một băng bằng
phương pháp quay nóng chảy. Các hợp kim bao gồm sắt, nickel, và
hoặc cobalt với một hay nhiều hơn các nguyên tố sau đây: bor, cacbon,
phospho và silic. Chúng có một lực kháng từ cực kỳ thấp, nhỏ hơn một
bậc về độ lớn so với FE-Si tiêu chuẩn, và như vậy thì mất mát trễ thấp
hơn.


Các hợp kim Nickel-Sắt.


Các hợp kim này , còn gọi là permalloy, cực kỳ tuyệt vời, được
sử dụng trong một khoảng rộng của các thành phần, từ 30 đến
80% trọng lượng Ni. Trên khoảng thành phần này, các tính chất
thay đổi và thành phần tối ưu phải đượclựa chọn cho một ứng
dụng riêng biệt. Các hợp kim hàm lượng Ni cao có độ từ thẩm
cao, ở xung quang 50% trong lượng Ni, có độ từ hóa bão hòa cao
và hàm lượng Ni thấp, có một điện trở suất cao.