NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ VẬT LIỆU HẤP THỤ SÓNG VI BA TRÊN CƠ SỞ TỔ HỢP VẬT LIỆU ĐIỆN MÔI La1,5Sr0,5NiO4 VỚI CÁC HẠT NANO TỪ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ
CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……………..*****…………….

CHU THỊ ANH XUÂN

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MỘT SỐ VẬT LIỆU HẤP
THỤ SÓNG VI BA TRÊN CƠ SỞ TỔ HỢP VẬT LIỆU
ĐIỆN MÔI La1,5Sr0,5NiO4 VỚI CÁC HẠT NANO TỪ

Chuyên ngành: Vật liệu điện tử

Mã số: 9.44.01.23

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

HÀ NỘI - NĂM 2018


Cơng trình được hồn thành tại:
VIỆN KHOA HỌC VẬT LIỆU - VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ
CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

Người hướng dẫn khoa học:
1. TS. Đào Nguyên Hoài Nam
2. GS.TSKH. Nguyễn Xuân Phúc

Phản biện 1:

Phản biện 2:
Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Học viện tại: Học
viện vào hồi….. giờ….. ngày ….. tháng ….. năm 2018

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia
- Thư viện Học viện khoa học và công nghệ


DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ
Các bài báo trong danh mục ISI:
1. P.T. Tho, C.T.A. Xuan, D.M. Quang, T.N. Bach, T.D. Thanh,
N.T.H. Le , D.H. Manh, N.X. Phuc, D.N.H. Nam, “Microwave
absorption properties of dielectric La1.5Sr0.5NiO4 ultrafine
particles”, Materials Science and Engineering B, 186 (2014), pp.
101-105.
2. Chu T. A. Xuan, Pham T. Tho, Doan M. Quang, Ta N. Bach, Tran
D. Thanh, Ngo T. H. Le, Do H. Manh, Nguyen X. Phuc, and Dao
N. H. Nam, “Microwave Absorption in La1.5Sr0.5NiO4/CoFe2O4
Nanocomposites”, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 50, No 6
(2014), pp. 2502804.
3. Xuan T. A. Chu, Bach N. Ta, Le T. H. Ngo, Manh H. Do, Phuc X.
Nguyen, and Dao N. H. Nam, “Microwave Absorption Properties of
Iron Nanoparticles Prepared by Ball-Milling”, Journal of Electronic
Materials, Vol. 45, No. 5 (2016), pp. 2311-2315.
4. T.N. Bach, C.T.A. Xuan, N.T.H. Le, D.H. Manh, D.N.H. Nam,
“Microwave
absorption

properties
of
(100x)La1.5Sr0.5NiO4/xNiFe2O4 nanocomposites”, Journal of Alloys and
Compounds, 695 (2017), pp. 1658-1662.
Các bài báo đăng trong tạp chí trong nước:
5. Chu Thị Anh Xuân, Phạm Trường Thọ, Đoàn Mạnh Quang, Tạ
Ngọc Bách, Nguyễn Xuân Phúc, Đào Ngun Hồi Nam, “Nghiên
cứu khả năng hấp thụ sóng vi ba của các hạt nano điện mơi
La1,5Sr0,5NiO4”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, 52 (3B) (2014), tr.
289-297.
6. Chu Thi Anh Xuan, Ta Ngoc Bach, Tran Dang Thanh, Ngo Thi
Hong Le, Do Hung Manh, Nguyen Xuan Phuc, Dao Nguyen Hoai
Nam, “High-energy ball milling preparation of La0.7Sr0.3MnO3 and
(Co,Ni)Fe2O4
nanoparticles
for
microwave
absorption
applications”, Vietnam Journal of Chemistry, International Edition,
54(6) (2016), pp. 704-709.
7. Chu Thị Anh Xuân, Tạ Ngọc Bách, Ngô Thị Hồng Lê, Đỗ Hùng
Mạnh, Nguyễn Xuân Phúc, Đào Ngun Hồi Nam, “Chế tạo và
nghiên cứu tính chất hấp thụ sóng vi ba của tố hợp hạt nano (100 x)La1.5Sr0.5NiO4/xNiFe2O4”, Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ - Đại
học Thái Nguyên, 157(12/1), tr. 177-181.
8. Chu Thị Anh Xuân, Tạ Ngọc Bách, Đỗ Hùng Mạnh, Ngô Thị Hồng
Lê, Nguyễn Xn Phúc, Đào Ngun Hồi Nam, “Tính chất hấp thụ
sóng điện từ của hệ hạt nano kim loại Fe trong vùng tần số vi ba”,


Tạp chí Khoa học – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Số 44

(2016), tr. 16-23.
9. Ta Ngoc Bach, Chu Thi Anh Xuan, Do Hung Manh, Ngo Thi Hong
Le, Nguyen Xuan Phuc and Dao Nguyen Hoai Nam, “Microwave
absorption
properties
of
La1,5Sr0,5NiO4/La0.7Sr0.3MnO3
nanocomposite with and without metal backing”, Journal of Science
of HNUE - Mathematical and Physical Sci., Vol. 61(7) (2016), pp.
128-137.


1

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, việc ứng dụng sóng điện từ trong dải tần số
GHz đã và đang trở nên phổ biến do nhu cầu phát triển ngày càng cao của
các thiết bị truyền thơng khơng dây, phát sóng vệ tinh, điều trị y tế và các
ứng dụng trong quân sự,… Cùng với đó, vấn đề giảm thiểu ảnh hưởng của
sóng điện từ cũng đang trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết. Vì vậy, vật liệu
che chắn và hấp thụ sóng điện từ trong dải tần số GHz ngày càng thu hút
được sự chú ý của nhiều nhóm nghiên cứu trên cả hai lĩnh vực khoa học cơ
bản và công nghệ. Để loại bỏ nhiễu điện từ (Electromagnetic InterferenceEMI), giảm thiết diện phản xạ sóng điện từ và đảm bảo tính bảo mật cho các
hệ thống hoạt động dựa trên sóng điện từ, vật liệu che chắn và hấp thụ sóng
điện từ đã được phát triển, trong đó, vật liệu hấp thụ sóng vi ba (Microwave
Absorption Materials - MAM) được đặc biệt quan tâm và đầu tư nghiên cứu
với các ứng dụng đa dạng và hiệu quả trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong
lĩnh vực quân sự, vật liệu hấp thụ sóng radar (Radar Absorption Materials RAM) trong dải tần số từ 8-12 GHz là yếu tố quan trọng của cơng nghệ tàng
hình cho các phương tiện chiến đấu như: máy bay chiến đấu, tàu chiến, tên
lửa tầm xa, …

Các nghiên cứu về vật liệu sóng điện từ chủ yếu được thực hiện theo ba
hướng chính: (1) hồn thiện khả năng chống phản xạ; (2) tăng cường khả
năng hấp thụ và (3) mở rộng vùng tần số hoạt động. Trong đó, sự hấp thụ
đồng thời cả hai thành phần năng lượng điện trường và năng lượng từ trường
được hi vọng sẽ làm gia tăng độ tổn hao và do đó tăng hiệu suất hấp thụ điện
từ của vật liệu. Hơn nữa, công nghệ nano ra đời mở ra một hướng phát triển
mới cho các nghiên cứu về vật liệu hấp thụ ứng dụng trong che chắn và
chống nhiễu điện từ. Các MAM có cấu trúc nano ngày càng nhận được sự
quan tâm của các nhóm nghiên cứu do các đặc tính hấp dẫn cũng như khả
năng hấp thụ mạnh hơn sóng vi ba so với các vật liệu cùng loại ở dạng khối
hoặc có cấu trúc micro. Tính chất thú vị của vật liệu nano được bắt nguồn từ
kích thước rất nhỏ của chúng. Khi kích thước hạt giảm xuống đến giới hạn
nano, các hiệu ứng bề mặt đóng góp chủ yếu vào vào sự thay đổi tính chất
đặc trưng của vật liệu. Mặt khác, vật liệu nano cịn có hoạt tính cao, dễ phân
tán và do đó thuận lợi hơn cho việc tạo thành các lớp hấp thụ nhẹ và mỏng.
Khả năng hấp thụ sóng vi ba của vật liệu có thể được xác định dựa vào
các thông số đặc trưng như độ từ thẩm tương đối (r), độ điện thẩm tương
đối (r) và sự phù hợp trở kháng của vật liệu với mơi trường truyền sóng. Độ
tổn hao phản xạ RL (Reflection Loss) là đại lượng thường được dùng để đánh
giá chất lượng của các vật liệu hấp thụ sóng vi ba được tính tốn theo cơng
thức RL = 20log|(Z - Z0)/(Z + Z0)|, trong đó, Z = Z0(r/r)1/2 là trở kháng đầu
vào của chất hấp thụ, Z0 là trở kháng của khơng khí. Khả năng hấp thụ sóng
vi ba tối ưu tương ứng với một giá trị âm rất lớn của RL có thể đạt được khi
(i) trở kháng đầu vào của các chất hấp thụ gần bằng với trở kháng của môi


2

trường truyền sóng tới, |Z| = Z0, (cơ chế phù hợp trở kháng - Z Matching),
hoặc (ii) độ dày lớp hấp thụ thỏa mãn điều kiện phù hợp pha (Phase

Matching), hay hiệu ứng một phần tư bước sóng (quarter-wavelength) với d
= (2n+1)c/[4f(|r||r|)1/2], n = 0, 1, 2, … Hai hiệu ứng trên thường được quan
sát thấy nhiều nhất tại các tần số hấp thụ cộng hưởng của nhiều chất hấp thụ
và đều cho giá trị âm rất lớn của RL. Do điều kiện |Z| = Z0 có thể đạt được
khi r = r, một phương pháp hữu hiệu để tăng khả năng hấp thụ của vật liệu
đó là thiết lập sự cân bằng giữa hằng số điện môi và độ từ thẩm, điều này
hồn tồn có thể thực hiện được bằng cách pha trộn các vật liệu điện môi và
vật liệu sắt từ hoặc ferrite theo một tỷ lệ thích hợp. Vì vậy, trong những năm
gần đây đã có rất nhiều các công bố khoa học về khả năng hấp thụ sóng điện
từ trong vùng tần số GHz của các vật liệu hấp thụ sóng vi ba trên cơ sở tổ
hợp các hạt nano từ và điện mơi. Theo đó, độ tổn hao phản xạ, RL tại đỉnh
hấp thụ có thể đạt giá trị âm rất thấp dưới -50 dB.
Các nghiên cứu trên thế giới đã có những bước tiến dài trong việc phát
triển các vật liệu có khả năng hấp thụ mạnh sóng vi ba. Ngồi carbon đen
(carbon black- C) và carbonyl sắt (carbonyl- Fe) là những vật liệu hấp thụ
truyền thống được ứng dụng phổ biến nhất hiện nay và có độ tổn hao phản
xạ khơng cao (thường chỉ đạt trung bình cỡ -10 dB đến -15 dB) [57, 100,
173], các nghiên cứu về khả năng hấp thụ sóng vi ba của các hệ hạt nano
hoặc các vật liệu nano tổ hợp cho thấy giá trị của RL cộng hưởng có thể đạt
từ -50 dB đến -60 dB. Ví dụ như các hệ hạt nano tổ hợp Fe3O4/GCs cho RL
~ -52 dB tại đỉnh hấp thụ 8,76 GHz, vật liệu nano tổ hợp
BaFe9Mn0.75Co0.75Ti1.5O19/ MWCNTs cho RL ~ -56 dB tại gần 17 GHz, vật
liệu tổ hợp C/CoFe-CoFe2O4 trong paraffin với độ tổn hao phản xạ RL đạt
xuống đến ~ -71,73 dB tại 4,78 GHz, vật liệu nano tổ hợp có cấu trúc lõi vỏ
Fe/HCNTs (RL ~ -50 dB tại 7,41 GHz) vật liệu nano tổ hợp có cấu trúc lõi
vỏ Co-C trong paraffin (RL ~ -62,12 dB tại 11,85 dB), … Tại Việt Nam, vật
liệu hấp thụ sóng điện từ đã được quan tâm nghiên cứu trong những năm
gần đây. Năm 2011, nhóm các cán bộ của viện kỹ thuật quân sự (Bộ Quốc
Phòng) đã bắt đầu các nghiên cứu về tính chất hấp thụ sóng radar băng tần
X của vật liệu nano multiferroic BiFeO3-CoFe2O4 (RL ~ -35,5 dB tại 10,2

GHz) hay các hạt nano Mn0.5Zn0.5Fe2O4 trong nhựa thông và vật liệu tổ hợp
chứa các hạt nano ferrite Ba-Co. PGS. TS. Vũ Đình Lãm và nhóm nghiên
cứu thuộc Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ
Việt Nam cũng đã tiến hành nghiên cứu về hiện tượng hấp thụ và khả năng
tàng hình sóng vi ba của các siêu vật liệu (metamaterials) trong những năm
gần đây và đã có nhiều cơng bố trên các tạp chí khoa học hàng đầu thế giới.
Dựa trên khả năng và xu thế ứng dụng của vật liệu hấp thụ sóng điện từ
trong tương lai, tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới, chúng tôi
đề xuất đề tài “Nghiên cứu chế tạo một số vật liệu hấp thụ sóng vi ba trên
cơ sở tổ hợp vật liệu điện môi La1,5Sr0,5NiO4 với các hạt nano từ”. Đề tài này


3

được lựa chọn để thay thế cho đề tài đã đăng ký trong thuyết minh hồ sơ
nghiên cứu sinh “Nghiên cứu chế tạo một số vật liệu hấp thụ sóng vi ba trên
cơ sở tổ hợp các hạt nano từ và điện môi”, nhằm phù hợp hơn với điều kiện
thực hiện luận án và các kết quả đã thu nhận được của nghiên cứu sinh.
Chúng tôi tin tưởng rằng đề tài sẽ có những đóng góp đáng kể khơng chỉ
cho sự hiểu biết về các cơ chế tương tác của sóng điện từ với vật liệu, tìm
kiếm và phát triển một số vật liệu hấp thụ sóng vi ba trên cơ sở các hạt nano
ferrite, sắt từ, điện môi và các hệ hạt nano tổ hợp của chúng, mà còn mở ra
khả năng ứng dụng của các hệ vật liệu này trong che chắn và chống nhiễu
điện từ.
Các nội dung chính trong luận án được trình bày trong 4 chương:
Chương 1. Các hiện tượng và vật liệu hấp thụ sóng vi ba.
Chương 2. Kỹ thuật thực nghiệm.
Chương 3. Tính chất hấp thụ sóng vi ba của hệ hạt nano điện mơi
La1,5Sr0,5NiO4.
Chương 4. Cơng nghệ chế tạo và tính chất hấp thụ sóng vi ba của các hạt

nano kim loại Fe.
Chương 5. Cơng nghệ chế tạo và tính chất hấp thụ sóng vi ba của một số
hệ hạt nano tổ hợp điện môi/sắt từ, ferrite.
Mục tiêu của luận án:
 Chế tạo các hệ hạt nano (điện môi, ferrites, sắt từ, kim loại) và các hệ
hạt nano tổ hợp của chúng. Tìm quy trình cơng nghệ tối ưu, phù hợp cho
việc chế tạo các mẫu hấp thụ. Khảo sát các tính chất cơ bản của các vật liệu
nano chế tạo.
 Đo đạc và nghiên cứu các hiệu ứng hấp thụ sóng vi ba trong các hệ hạt
nano từ-điện môi, các cơ chế hấp thụ và sự phụ thuộc của tính chất hấp thụ
vào các thơng số của vật liệu, từ đó tìm giải pháp nâng cao khả năng hấp thụ
cũng như điều chỉnh các tham số hấp thụ.
 Tìm kiếm và phát triển những vật liệu mới (hấp thụ đồng thời nhiều
cơ chế) với khả năng hấp thụ mạnh sóng vi ba, bắt kịp các thành tựu của thế
giới (RL tại đỉnh hấp thụ đạt -40 dB đến -60 dB, tương ứng với khả năng hấp
thụ trên 99,99% cơng suất sóng điện từ tại tần số cộng hưởng trong vùng vi
ba).
Đối tượng nghiên cứu của luận án:
 Các hạt nano sắt từ và ferrites có µ và Ms cao như gốm sắt từ
La0.3Sr0.7MnO3, các ferrite CoFe2O4, NiFe2O4, hệ hạt nano kim loại Fe.
 Các hạt nano của vật liệu có hằng số điện môi khổng lồ La1,5Sr0,5NiO4.
 Các hạt nano tổ hợp của sắt từ/ferrite từ và điện môi.
Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu:
 Cách tiếp cận: Dựa trên những kết quả nghiên cứu sẵn có của nhóm
nghiên cứu kết hợp với một số bài báo, công bố của các tác giả trong và
ngồi nước về vật liệu hấp thụ sóng điện từ nói chung và vật liệu hấp thụ


4

sóng vi ba, sóng radar nói riêng để làm nền tảng và cơ sở nghiên cứu. Từ đó,
xây dựng phương pháp nghiên cứu thích hợp trong điều kiện thí nghiệm
trong nước, từ việc chế tạo vật liệu, xây dựng các phép đo, áp dụng các mơ
hình lý thuyết phù hợp để phân tích và xử lý số liệu, cho đến việc đánh giá
các kết quả thực nghiệm thu được và định hướng các nghiên cứu tiếp theo.
 Phương pháp nghiên cứu: Đề tài sẽ được thực hiện chủ yếu bằng
phương pháp thực nghiệm. Mẫu bột có kích thước hạt nanomet được chế tạo
chủ yếu bằng phương pháp nghiền cơ năng lượng cao kết hợp với các công
đoạn xử lý nhiệt thích hợp. Cấu trúc vật liệu, hình thái pha, hình dạng và
kích thước hạt được khảo sát, phân tích và đánh giá trên cơ sở phân tích
nhiễu xạ tia X và ảnh kính hiển vi điện tử quét SEM. Các phép đo đánh giá
tính chất từ của vật liệu được thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung (PPMS,
VSM). Cuối cùng, các phép đo phản xạ và truyền qua sóng vi ba trong vùng
tần số từ 4-18 GHz được thực hiện trong khơng gian tự do (mơi trường khơng
khí) và ở nhiệt độ phòng. Từ các số liệu thực nghiệm thu được, tính tốn hệ
số tổn hao phản xạ (RL) sử dụng lý thuyết đường truyền và thuật toán NRW.
Kết quả thực nghiệm sẽ được biện luận và phân tích nhằm giải thích các hiện
tượng vật lý và tìm kiếm cơ chế hấp thụ. Trên cơ sở đó, đưa ra các giải pháp
phát triển các tính năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu, điều chỉnh các
tham số công nghệ và đánh giá khả năng ứng dụng.
Các kết quả mới đã đạt được của luận án:
 Đã nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu dạng tấm bằng phương pháp
bột nhồi nano với chất mang paraffin.
 Lần đầu tiên phát hiện ra khả năng hấp thụ mạnh sóng vi ba trong vùng
tần số từ 4-18 GHz trên các tấm vật liệu La1,5Sr0,5NiO4/paraffin. Giá trị độ
tổn hao phản xạ thấp nhất vào khoảng -36,7 dB, đạt hiệu suất hấp thụ
99,98%, được quan sát trên tấm hấp thụ có độ dày d = 3,0 mm.
 Quan sát thấy sự gia tăng hiệu ứng cộng hưởng phù hợp pha trong các
tấm hấp thụ bằng cách sử dụng đế kim loại Al trong kỹ thuật đo phản xạ.
 Đã quan sát thấy hai hiệu ứng dịch chuyển đỉnh hấp thụ trái ngược

nhau trong các tấm vật liệu tổ hợp La1,5Sr0,5NiO4/NiFe2O4 và
La1,5Sr0,5NiO4/La0,7Sr0,3MnO3, đưa ra khả năng mở rộng dải tần số hấp thụ
sóng vi ba.
Trong quá trình thực hiện và viết luận án, mặc dù tác giả đã rất cố gắng
nhưng vẫn không thể tránh được những sai sót. Tác giả rất mong nhận được
những ý kiến đóng góp, phản biện của các nhà khoa học, các nhóm nghiên
cứu lĩnh vực liên quan cũng như những người quan tâm đến đề tài.


5

Chương 1. Các hiện tượng và vật liệu hấp thụ sóng vi ba
Chương này trình bày những nét cơ bản nhất về tình hình nghiên cứu và
phát triển của vật liệu hấp thụ sóng vi ba. Một số kiến thức cơ bản liên quan
đến tính chất tương tác giữa sóng điện từ và vật liệu, cũng như các cơ chế
hấp thụ chính xảy ra trong các chất hấp thụ như cơ chế tổn hao điện từ trong
các chất dẫn điện, cơ chế tổn hao điện môi và các cơ chế tổn hao từ đã được
trình bày nhằm bổ trợ cho các bàn luận và giải thích kết quả thực nghiệm
trong các chương sau. Một số cấu trúc và vật liệu hấp thụ sóng vi ba điển
hình, được quan tâm nghiên cứu nhiều nhất như các cấu trúc hấp thụ cộng
hưởng đơn lớp (Salisbury, Dallenbach), đa lớp Jaumann hấp thụ dải rộng,
các chất hấp thụ bất đồng nhất, vật liệu hấp thụ dạng hỗn hợp, các chất hấp
thụ từ tính hay vật liệu Meta hấp thụ hồn hảo sóng điện từ và một số các hệ
vật liệu cụ thể liên quan đến đối tượng nghiên cứu của đề tài luận án (vật
liệu điện mơi có hằng số điện mơi khổng lồ La1,5Sr0,5NiO4, vật liệu ferrite
Ni(Co)Fe2O4 và vật liệu sắt từ Fe, La0,7Sr0,3MnO3) đã được phân tích trên cơ
sở các kết quả nghiên cứu trước đây. Đây là cơ sở quan trọng cho việc thảo
luận các kết quả nghiên cứu của đề tài luận án này.
Chương 2. Kỹ thuật thực nghiệm
Chương này trình bày về phương pháp phản ứng pha rắn kết hợp với

nghiền cơ năng lượng cao và một quy trình xử lý nhiệt thích hợp, cho phép
chế tạo số lượng lớn mẫu có chất lượng tốt đáp ứng cho các phép đo phản
xạ/truyền qua sóng vi ba. Các kỹ thuật phân tích cấu trúc, xác định kích
thành phần các nguyên tố và các phép đo tính chất từ của vật liệu đã được
khai thác một cách hiệu quả nhằm đánh giá chất lượng của sản phẩm. Một
số kỹ thuật đo các thông số điện từ của các chất hấp thụ cũng được giới thiệu.
Từ đó đưa ra những lập luận cho việc lựa chọn kỹ thuật đường truyền trong
không gian tự do, được thực hiện trong mơi trường khơng khí thơng qua hai
phép đo phản xạ/truyền qua sóng vi ba trong vùng tần số từ 4-18 GHz, là
phương pháp đo phù hợp nhất trong khảo sát khả năng hấp thụ sóng vi ba
của các MAM, trải từ hỗn hợp của các hệ hạt nano phân tán trong paraffin
trên một khuôn mi-ca thiết kế sẵn. Các thiết bị sử dụng trong các phép đo
thực nghiệm của luận án đều là các thiết bị hiện đại và có độ chính xác cao.
Cuối cùng, trở kháng Z và độ tổn hao phản xạ RL, đại lượng đặc trưng cho
cả hai khả năng hấp thụ mạnh hoặc phản xạ yếu bức xạ vi ba của các MAM,
được tính tốn thơng qua phần mềm xử lý số liệu KaleidaGraph dựa trên lý
thuyết đường truyền, thuật toán NRW.


6

(103)

Chương 3. Tính chất hấp thụ sóng vi ba
của hệ hạt nano điện môi La1,5Sr0,5NiO4
3.1. Các đặc trưng cơ bản của hệ hạt nano điện môi La1,5Sr0,5NiO4
3.1.1. Đặc trưng cấu trúc và kích thước hạt
Kết quả XRD (hình 3.1) cho thấy vật liệu là đơn pha tinh thể
La1,5Sr0,5NiO4, có cấu trúc perovskite thuộc hệ tinh thể tứ giác (tetragonal)
và nhóm đối xứng khơng gian I4/mmm (139). Kích thước hạt nano tinh thể

trung bình của vật liệu LSNO khoảng 50 nm.

30

40

50

60

70

(301)
(224)
(303/208)
(310)

(206)
(118)
(220)

(211)
(116)
(204/107)
(008/213)

(200)

(112)

(004)

(105)
(114)

(110)

La1,5Sr0,5NiO4

80

Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X tại Hình 3.2. Ảnh hiển vi điện tử quét
nhiệt độ phòng của vật liệu LSNO. SEM của mẫu LSNO.
Kích thước hạt được xác định từ ảnh chụp bề mặt SEM (hình 3.2) của
mẫu bột LSNO vào khoảng 100-300 nm, lớn hơn nhiều so với kích thước
hạt tinh thể trung bình tính từ phổ XRD.
3.1.2. Tính chất từ của vật liệu
Hình 3.3 trình bày đường cong từ
0.2
La Sr NiO
hóa M(H) của hệ hạt nano LSNO.
Kết quả này cho thấy giá trị của
0.1
mô-men từ là rất nhỏ và gần như
0
không quan sát thấy hiệu ứng từ trễ.
Điều này chứng tỏ rằng hệ hạt nano
-0.1
LSNO chế tạo được thể hiện tính chất
tương tự như một chất thuận từ tại

-0.2
nhiệt độ phòng.
-1 10
-5000
0
5000
1 10
H (Oe)
3.2. Khả năng hấp thụ sóng vi ba
của hệ hạt nano La1,5Sr0,5NiO4 theo Hình 3.3. Đường cong từ trễ của
vật liệu LSNO đo tại nhiệt độ phòng.
độ dày lớp hấp thụ
Các tham số đặc trưng của các mẫu hấp thụ La1,5Sr0,5NiO4/paraffin có độ
dày d = 1,5; 2,0; 3,0 và 3,5 mm với phần trăm thể tích của các chất tương ứng
là 40% và 60% được trình bày trong bảng 3.1. Các đường cong RL(f) và |Z|(f)
được trình bày trong hình 3.4a-d.
Đường cong RL(f) của mẫu d = 1,5; 2,0 và 3,0 mm trong hình 3.4a-c đều
thể hiện một đỉnh cực tiểu tại tần số fr rất gần với giá trị tần số fz1 (bảng 3.1),
tại đó điều kiện phù hợp trở kháng |Z| ≈ Z0 = 377 Ω được thỏa mãn. Chứng
0,5

4

M (emu/g)

1,5

4

4

7

tỏ, sự hấp thụ mạnh sóng vi ba xảy ra tại các đỉnh hấp thụ cực tiểu là do hiệu
ứng cộng hưởng phù hợp trở kháng (Z-matching) gây ra. Tuy nhiên, hiện
tượng hấp thụ cộng hưởng cũng có thể xảy ra theo cơ chế phù hợp pha tại
tần số cộng hưởng phù hợp pha:
𝑓𝑝 = (2𝑛 + 1)𝑐/(4𝑑√|𝜀𝑅 |. |𝜇𝑅 |); n = 0, 1, 2, ...
(3.1)
d = 1,5 mm

-5

fz1

13

14

15

16

17

|Z|

-30

fz2
8

9

4

3

-4
2

3

RL (dB)

-20

RL (dB)

0.6

d = 3,5 mm

-2

3

RL (dB)

0.2
12

11

-6

0.5

-25

377

fz1
12.5

13

13.5

0.4
0.3
14

|Z| (×10 )

0.7

|Z| (×10 )

|Z|

-15

-30
12

10

d)
0.8

RL

-10

0.4

f (GHz)

d = 2,0 mm

-5

377 

0

0.9

b)

fz1

-40

0
18

f (GHz)
0

0.6

RL

3

fz2

0.5

377 

-20

0.8
-20

|Z| (×10 )

-15

3

1

|Z| (×10 )

-10

1

-10

1.5

|Z|

1.2

d = 3,0 mm

c)

RL

-25
12

0

2

a)

RL (dB)

0

RL
|Z|

-8

1

377 
-10

0
4

6

f (GHz)

8

10

12

f (GHz)

Hình 3.4. Đường cong RL(f) và Z(f) của các lớp hấp thụ LSNO/paraffin:
(a) d = 1,5 mm; (b) d = 2,0 mm; d = 3,0 mm và d = 3,5 mm.
Bảng 3.1. Các tham số đặc trưng của các lớp hấp thụ
La1,5Sr0,5NiO4/paraffin với độ dày khác nhau.
d (mm)

1,0

1,5

2,0

3,0

3,5

fr (GHz)

-

14,7

12,18

9,7

8,2

fz1 (GHz)

-

14,3

12,22

9,7

-

fz2 (GHz)

-

13,2

-

9,2

-

fp (GHz)
(n=1)

4.18

13,9

12,7

10,9

10,4

|Z”|(fz1)(Ω)

-

209,5

34,6

18,5

-

|Z”|(fz2)(Ω)
RL(fr)(dB)

-

317,2
-24,5

-28,2

242
-36,7

-9,9

Rất khó để xác định cơ chế phù hợp trở kháng hay phù hợp pha là cơ chế
xảy ra tại đỉnh hấp thụ fr do cả hai giá trị fz1 và fp đều khá gần với giá trị của
fr. Khi d tăng từ 1,5 mm tới 3,0 mm, các đỉnh hấp thụ cộng hưởng có xu


8

hướng dịch chuyển sang vùng tần số thấp hơn trong khi độ tổn hao phản xạ
tương ứng giảm dần (hình 3.6). Cơ chế cộng hưởng quan sát được trong các
mẫu này tại các đỉnh hấp thụ cực tiểu là cơ chế cộng hưởng phù hợp trở
kháng. Hiện tượng hấp thụ mạnh chỉ thu được tại tần số fz1, trong khi khơng
có sự bất thường nào được quan sát thấy (ngoại trừ mẫu d = 1,5 mm) trên
đường cong RL(f) tương ứng tại tần số fz2. Giá trị lớn của |Z”| (tham số “lệch
chuẩn” (mismash) của điều kiện phù hợp trở kháng) ở tần số fz2 có thể giải
thích cho việc không quan sát thấy đỉnh hấp thụ cộng hưởng tại đây.
Khi độ dày lớp hấp thụ tăng lên đến 3,5 mm (hình 3.5d), sự hấp thụ sóng
vi ba của vật liệu giảm mạnh.
Trên đường RL(f) của tất cả các mẫu đều không quan sát thấy bất kỳ đỉnh
hấp thụ nào tại tần số fp (bảng 3.1). Chúng tôi hi vọng rằng việc sử dụng một
đế kim loại sẽ làm giảm mạnh giá trị cực tiểu của RL hoặc có thể làm mở
rộng vùng tần số cộng hưởng bằng cách kết hợp các hiện tượng cộng hưởng
phù hợp pha và phù hợp trở kháng.
Chương 4. Cơng nghệ chế tạo và tính chất hấp thụ

sóng vi ba của các hạt nano kim loại fe
4.1. Ảnh hưởng của điều kiện chế tạo lên cấu trúc, kích thước hạt và
tính chất từ của vật liệu nano kim loại Fe
Kết quả phân tích pha tinh thể của
(011)
các mẫu nghiền từ 1 giờ đến 20 giờ
(hình 4.1) cho thấy sự xuất hiện các
(112)
(002)
vạch nhiễu xạ tương ứng với cấu trúc
Fe-20h
Fe-15h
lập phương tâm khối (BCC) của pha
Fe-10h
tinh thể α-Fe. Kết quả kích thước hạt
Fe-5h
trung bình cho tất cả các mẫu được liệt
Fe-3h
Fe-1h
kê trong bảng 4.1.
30
40
50
60
70
80
Đường cong từ hóa, M(H), tại nhiệt
độ phịng của mẫu Fe-10h (hình nhỏ
Hình 4.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X
trong hình 4.2) cho thấy giá trị mô-men

(XRD) của các mẫu Fe sau khi
từ hóa bão hịa cao và lực kháng từ HC
được nghiền từ 1 giờ đến 20 giờ.
nhỏ. Từ độ bão hòa MS của bột Fe giảm
mạnh sau 10 giờ nghiền đầu tiên và sau đó giảm chậm dần trong các giờ tiếp
theo (bảng 4.1 và hình 4.2).
Bảng 4.1. Kích thước hạt tinh thể trung bình D và từ độ
bão hịa MS tại từ trường 10 kOe của các mẫu Fe
sau khi được nghiền cơ năng lượng cao từ 1 giờ đến 20 giờ.
Tên mẫu Fe-1h Fe-3h
Fe-5h
Fe-10h Fe-15h Fe-20h
D (nm)
76
42
28
21
20
19
MS (emu/g) 217
209
204
200
197
194


9
1.2

250

200

S

S

0.9

M (t)/M (0)

Fe-10h

200

0

Fe

24h
72h
168h
240h
480h
720h

0.6

Fe

|

O
|

S

M (emu/g)

100

100

Fe

S

150

S

M (emu/g)

M (t)/M (0)

(b)

Ms

-100

0.3

50

-200
-1 10

4

-5000

0

5000

1 10

4

0

1

H (Oe)

0
1

3

5

7

9

11

t (h)

13

15

17

19

0
0

120

240

2

3

4
keV

360

5

6

480

7

8

600

720

t (h)

Hình 4.2. Sự phụ thuộc của MS Hình 4.3. Sự biến thiên của MS
theo thời gian nghiền và đường (Fe-10h) theo thời gian bảo
M(H) của mẫu Fe-10h.
quản trong không khí.
Bảng 4.2. Giá trị độ từ hóa bão hịa (tại 10 kOe) và % thể tích của
lớp vỏ oxit sắt hình thành khi bột nano Fe được bảo quản trong
mơi trường khơng khí trong những khoảng thời gian khác nhau.
Thời gian
0

24
72
168 240 480 720
(giờ)
MS (emu/g) 200 193 191,2 191 188,6 188,2 188,1
Thể tích oxit
3,0
4,5
6,2
6,5
6,7
6,8
Fe (%)
Q trình oxy hóa bột kim loại khi được nghiền trong khơng khí là yếu
tố quan trọng làm giảm từ độ tổng cộng của vật liệu. Mẫu bột sắt được nghiền
trong thời gian 10 giờ (Fe-10h) có kích thước hạt và tính chất từ bắt đầu ổn
định và được chọn làm đối tượng cho các nghiên cứu tiếp theo. Để kiểm
chứng sự tiếp diễn của quá trình oxi hóa trong khơng khí của các mẫu sau
nghiền, các phép đo từ hóa được thực hiện và theo dõi sự biến đổi của MS(t)
trong một thời gian dài sau quá trình nghiền. Sự suy giảm của giá trị độ từ
hóa bão hịa MS theo thời gian bảo quản (hình 4.3 và bảng 4.2) được xem
như là kết quả của q trình oxi hóa bề mặt tự nhiên. Tỷ lệ giảm của MS theo
thời gian bảo quản sau nghiền gần như tỷ lệ với lượng oxit hình thành (chủ
yếu là FeO và Fe2O3). Kết quả phân tích phổ EDX (hình nhỏ bên trong hình
4.3) phù hợp với kết quả đo tính chất từ cho q trình bảo quản bột nano Fe
trong khơng khí. Để giảm sự hình thành lớp vỏ oxit bao quanh các hạt nano
kim loại Fe, các lớp hấp thụ Fe/paraffin được trải ngay trong vòng 24 giờ
sau khi nghiền.
4.2. Tính chất hấp thụ sóng vi ba của hệ hạt nano kim loại sắt
4.2.1. Ảnh hưởng của độ dày lớp hấp thụ lên tính chất hấp thụ sóng vi

ba của các lớp hấp thụ Fe/paraffin
Trong nghiên cứu này, các lớp hấp thụ Fe/paraffin có độ dày khác nhau
(d = 1,5; 2; 3 và 3,5 mm) với tỷ lệ phần trăm thể tích của bột nano Fe là 40%


10

và paraffin là 60%. Các phép đo tính chất hấp thụ sóng vi ba được tiến hành
trong hai chế độ khi mẫu khơng có và có đế kim loại phẳng phía sau.
0

0
-1

-5

RL (dB)

RL (dB)

-2
-3
-4

-10

-15

-5
-6

-7

(a)

1,5 mm
2,0 mm
3,0 mm
3,5 mm

-20

8

-25
14

(b)

-8
4

6

1,5 mm
2,0 mm
3,0 mm
3,5 mm

10

12

15

16

17

18

f (GHz)

f (GHz)

Hình 4.4. Sự phụ thuộc của RL vào tần số của các mẫu Fe/paraffin với
độ dày d khác nhau trong vùng tần số (a) 4-12 GHz và (b) 14-18 GHz.
Đường RL(f) của các lớp hấp thụ Fe/paraffin trong dải tần số 4-18 GHz
được chỉ ra trong hình 4.4a-b. Theo đó, có sự xuất hiện của đỉnh hấp thụ tại
vùng tần số gần 6 GHz (fr1) và 16GHz (fr2). Giá trị cực tiểu của RL đạt xuống
đến -23 dB tại tần số ~ 15,6 GHz cho mẫu có độ dày d = 3 mm, trong khi
các mẫu còn lại thể hiện khả năng hấp thụ rất yếu sóng vi ba với giá trị RL
> - 9 dB. Ở phía tần số thấp gần 6 GHz độ lớn các đỉnh hấp thụ là xấp xỉ
nhau và giá trị RL > -7dB thể hiện khả năng hấp thụ yếu sóng vi ba.
0

0

a)

d = 1,5 mm

RL

3

3

2

-10
1,5
-15

3

-3

RL
|Z|

RL (dB)

4

2,5

|Z| (×10 )

|Z|

-2

d = 3,0 mm

c)
-5

|Z| (×10 )

RL (dB)

-1

5

1

-4

-20
2
-5
-6
14

15

16

17

1
18

14

15

f (GHz)
7

16

f (GHz)

17

RL (dB)

2

-6

2

-8

1

-10

0
18

3

-4

3

3

3

RL (dB)

4
-4

RL
|Z|

|Z| (×10 )

5

-6

4

-2

|Z| (×10 )

RL
|Z|

15

0
18

d = 3,5 mm

d)
6

-8
14

17

0

d = 2,0 mm

-2

16

f (GHz)

0

b)

0,5

|Z| = 377 

-25

1

14

15

16

17

0
18

f (GHz)

Hình 4.5. Đường cong RL(f) và |Z|(f) của các mẫu có:
(a) d = 1,5 mm; (b) d = 2 mm; (c) d = 3 mm và (d) d = 3,5 mm.
Các mẫu có độ dày 1,5mm; 2mm và 3,5mm (hình 4.5) giá trị |Z|/Z0 >2 tại
vị trí đỉnh hấp thụ và vì thế khơng thỏa mãn với điều kiện phù hợp trở kháng.

11

Tuy nhiên, với mẫu có độ dày d = 3 mm, cơ chế phù hợp trở kháng |Z|/Z0 =
1 quyết định sự hấp thụ mạnh sóng vi ba tại vị trí đỉnh hấp thụ.
Giá trị của tần số cộng hưởng pha (fp ~5.5 GHz) rất gần với giá trị tần
số xuất hiện đỉnh hấp thụ tại vùng tần số thấp 6 GHz (fr1) (hình 4.5) cho thấy
hiệu ứng cộng hưởng tại vùng tần số này do sự phù hợp pha quyết định.
Bảng 4.3. Các tham số đặc trưng của các tấm vật liệu Fe/paraffin.
d (mm)
1.5
2
3
3.5
fp(n = 2)(GHz)
5.5
5.6
5.4
5.6
fr1(GHz)
5.7
5.6
5.5
5.6
fr2(GHz)
15.6
15.6
15.6
15.5

RL(r1)
-6.5
-6.4
-6
-5
RL(r2)
-5.5
-6.9
-23
-9
RL(r1)(GHz) - Al
-52.7
-44.6
-44.1
-13.2
RL(r2)(GHz) - Al
-9.8
-7.7
-16.8
-13.5
Để quan sát rõ hơn hiện tượng phù hợp pha tại vùng tần số thấp ~6 GHz,
các phép đo phản xạ sóng vi ba cho các mẫu có đế kim loại Al phía sau nhằm
tăng cường cường độ sóng phản xạ từ mặt sau của mẫu. Theo kết quả trình
bày trên hình 4.6a, hiện tượng cộng hưởng phù hợp pha trong vùng tần số
thấp ~ 6 GHz được thể hiện rõ ràng bởi sự giảm mạnh về khơng của tín hiệu
|S11| và một đỉnh tiểu hấp thụ tương ứng trên đường cong RL(f) (hình 4.6b).
Ngồi ra, kết quả cịn cho thấy có sự dịch đỉnh hấp thụ về phía vùng tần số
thấp khi d tăng lên. Việc sử dụng đế kim loại với tính chất phản xạ tồn phần
sóng chiếu đến có thể được dùng như một phương pháp đơn giản, hiệu quả
để xác định các đỉnh hấp thụ cộng hưởng xảy ra theo cơ chế phù hợp pha.

1,2

0
1,5 mm
2,0 mm
3,0 mm
3,5 mm

1

-20

0,6

RL (dB)

11

|S |

0,8

-10

0,4

-30
1,5 mm
2,0 mm
3,0 mm

3,5 mm

-40

0,2

-50

0

(a)

(b)
-60

-0,2
4

5

6

7

8

f (GHz)

9

10

11

12

4

5

6

7

8

9

10

11

12

f (GHz)

Hình 4.6. Sự phụ thuộc của |S11| và RL vào tần số của các mẫu Fe/paraffin
được gắn đế Al phản xạ tồn phần phía sau.
4.2.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ khối lượng bột nano Fe/paraffin lên tính
chất hấp thụ sóng vi ba của các lớp hấp thụ Fe/paraffin

Hình 4.7, 4.8 biểu diễn đường cong RL(f) và mối tương quan giữa đường
cong RL(f) và Z(f) của các lớp hấp thụ Fe/paraffin có độ dày d = 3mm và r
= mFe/mparaffin = 3/1; 4/1; 4,5/1 và 5/1. Với tỉ lệ khối lượng r thay đổi từ 3/1


12

đến 5/1, các mẫu thể hiện tính chất hấp thụ sóng vi ba yếu và khơng thay đổi
đáng kể trong vùng tần số đo. Kết quả cũng cho thấy không có bằng chứng
rõ ràng cho hiệu ứng cộng hưởng có thể quan sát thấy trong toàn bộ dải tần
số khảo sát. Các giá trị tần số fp tính tốn theo mơ hình phù hợp pha cho các
mẫu được liệt kê trong bảng 4.4.
Bảng 4.4. Giá tri fp tính tốn theo mơ
hình lý thuyết và quan sát thực
nghiệm của tất cả các mẫu có tỷ lệ
khối lượng khác nhau

-2
-4

RL (dB)

r=
mFe/mparaffin
fp(n =
2)(GHz)
(tính tốn)
fp (GHz)
(quan sát)

0

-6

3/1 4/1 4,5/1 5/1

-8
-10

5,3 5,3

5,2

3/1
4/1
4,5/1
5/1

r=

-12

5,1

4

6

8

10

12

14

16

18

f (GHz)

6,6 6,1

5,8

Hình 4.7. Đường cong RL(f) của
các mẫu khi khơng có đế kim loại
Al trong vùng tần số từ 4-18 GHz.

5,9

Kết quả phép đo phản xạ sóng vi ba trong vùng tần số từ 4-18 GHz cho
các mẫu khi có đế Al phía sau được trình bày trong hình 4.10.
0

0
a)

r = 3/1

8
b)

r = 4/1

5

7

-2

-2

RL

6

Z/Z0

5
-6

0

3

Z/Z0

Z/Z

0

-6

RL (dB)

-4

-4

4

Z/Z

RL (dB)

RL

4
-8
3

-8

-10

2

-12

-10

-1
c)

8

-2

7

-3

6

-4

1

10
d)

r = 4,5/1

-2

r = 5/1

RL

8

RL

Z/Z0

4

-6

3

-7

2

-8

6

-6

0

0

-5

Z/Z0

-5

Z/Z

5

Z/Z

-4

RL (dB)

-3

RL (dB)

2

4

-7
-8
12

13

14

f (GHz)

15

16

2
12

13

14

15

16

f (GHz)

Hình 4.8. Đường cong RL(f) và Z(f) của các lớp Fe/paraffin
với tỉ lệ khối lượng r: r = 3/1 (a); r = 4/1; r = 4,5/1 và r = 5/1.
Hình 4.9a cho thấy |S11| giảm mạnh về không trong vùng tần số gần 6
GHz, rất gần với giá trị tần số phù hợp pha fp tính tốn được trong bảng 4.4,


13

tương ứng, xuất hiện đỉnh hấp thụ mạnh trên đường RL(f) (hình 4.9b). RL
đạt giá trị âm khá lớn xuống đến -56,7 dB tại 5,4 GHz cho mẫu có r = 4,5/1.
10

1.2

b)

1

0

0.8

-10

RL (dB)

11

|S |

a)

0.6
0.4
0.2

-20
-30
-40

3/1
4/1

4.5/1
5/1

r=

0

-50

-0.2

3/1
4/1
4,5/1
5/1

r=

-60
4

6

8

10

12

14

16

18

4

6

8

10

12

14

16

18

f (GHz)

f (GHz)

Hình 4.9. Giá trị tuyệt đối của hệ số phản xạ |S11| (a) và RL(f) (b)
của tất cả các lớp hấp thụ Fe/paraffin khi được gắn đế Al phẳng.

80

CoFe 2O4

(a)

CoFe O
2

anealled

4

M (emu/g)

40

0

(40

(4

as-milled

(2

Intensityđộ
(arb.(đ.v.t.y)
units)
Cường

Chương 5. Công nghệ chế tạo và tính chất hấp thụ sóng vi ba của
một số hệ hạt nano tổ hợp điện môi/sắt từ, ferrite
Để cải thiện yếu tố tổn hao từ, giảm sự bất cân bằng của các thành phần
điện môi và từ tính, các hạt nano sắt từ La0,7Sr0,3MnO3 (LSMO) hoặc các hạt
nano ferrite NiFe2O4 (NFO) và CoFe2O4 (CFO) dần được bổ sung vào vật
liệu tổ hợp La1,5Sr0,5NiO4/La0,7Sr0,3MnO3 hoặc La1,5Sr0,5NiO4/NiFe2O4 và
La1,5Sr0,5NiO4/CoFe2O4. Các phép đo đạc và phân tích của chúng tơi cho
thấy sự có mặt của các hạt nano sắt từ và ferrite trên nền vật liệu nano điện
mơi LSNO có ảnh hưởng đáng kể tới các tính chất hấp thụ của vật liệu.
5.1. Công nghệ chế tạo và các đặc trưng cơ bản của các vật liệu CoFe2O4,
NiFe2O4 và La0,7Sr0,3MnO3
5.1.1. Hệ hạt nano ferrite CoFe2O4

-40

CFO-MK
CFO-MB
CFO-M900

bulk
30

40

50

60

2 (deg)

2θ (độ)

70

80

-80
4
-1.2 10 -8000 -4000

0

4000

4

8000 1.2 10

H (Oe)

Hình 5.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X tại Hình 5.2. Các đường từ trễ của các
nhiệt độ phịng của các mẫu CFO. mẫu CFO tại các công đoạn chế tạo.
Kết quả phổ XRD (hình 4.1) cho thấy, mẫu khối (CFO-MK) là đơn pha
tinh thể với cấu trúc spinel lập phương tâm mặt thuộc nhóm khơng gian Fd-


14

3m(227) của pha CoFe2O4, không xuất hiện bất kỳ đỉnh pha thứ cấp hay tạp
chất nào trên phổ nhiễu xạ.

Kích thước hạt tinh thể trung bình <D> của các mẫu được liệt kê trong
bảng 5.1.
Đường cong từ trễ của các mẫu CoFe2O4 tại nhiệt độ phịng được trình bày
trên hình 5.2. Tất cả các thông số đặc trưng của các mẫu CoFe2O4 được liệt
kê trong bảng 5.1.
Bảng 4.1. Kích thước hạt tinh thể <D>, từ độ bão hòa MS
tại từ trường 10 kOe và giá trị lực kháng từ HC của các mẫu.
<D>
MS (emu/g)
HC
Tên mẫu
(nm)
(Tại H = 10 kOe) (Oe)
CFO-MK
47,0
77
1000
CFO-MB
26,3
56
3600
CFO-M900
46,0
77
1500

(a)

50

NiFe2O4

NiFe O
2

annealed

4

M (emu/g)

25

as-milled

0

-25

(4

Intensity độ
(arb. units)
Cường
(đ.v.t.y)

5.1.2. Hệ hạt nano ferrite NiFe2O4
Hình 5.3 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X tại nhiệt độ phịng của các mẫu
NFO ở các giai đoạn cơng nghệ khác nhau, các mẫu đều đơn pha tinh thể
NiFe2O4 với cấu trúc tinh thể lập phương spinel. Từ số liệu phổ XRD, kích

thước trung bình của các hạt nano tinh thể được tính tốn và đưa ra trong
bảng 5.2.

30

40

50

2

NFO-MK
NFO-MB
NFO-M900

bulk
60

70

80

-50
4
-1.2 10 -8000 -4000

0

4000

4

8000 1.2 10

H (Oe)
2θ (độ)
Hình 5.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X tại Hình 5.4. Đường từ trễ của các mẫu
nhiệt độ phòng của các mẫu NFO. NFO tại các cơng đoạn chế tạo.
Bảng 5.2. Kích thước hạt tinh thể D, độ từ hóa bão hịa MS tại từ trường
10 kOe và giá trị lực kháng từ HC của NFO ở mỗi công đoạn chế tạo.
MS (emu/g)
Tên mẫu
D (nm)
HC (Oe)
(Tại H = 10 kOe)
CFO-MK
42,0
49,0
120
CFO-MB
23,2
34,5
967
CFO-M900
34,8
45,0
126


15

Như được chỉ ra trên các đường từ trễ M(H) tại nhiệt độ phịng của các
mẫu NFO (hình 5.4), vật liệu NFO thể hiện tính từ mềm.
5.1.3. Hệ hạt nano sắt từ La0,7Sr0,3MnO3
Đường cong từ trễ, M(H), của các mẫu La0,7Sr0,3MnO3 tại các cơng đoạn
chế tạo khác nhau (hình 4.5) cho thấy vật liệu LSMO thể hiện tính chất sắt
từ rất mềm. Các tham số đặc trưng của tất cả các mẫu La0,7Sr0,3MnO3 được
liệt kê trong bảng 5.3.
Chất lượng pha của các mẫu được kiểm tra thông qua việc ghi phổ nhiễu
xạ tia X và được trình bày trên hình 5.6.
80

LSMO-MK
LSMO-MB
LSMO-M900

La0,7Sr0,3MnO3

-80
-1 10

4

-5000

0

5000

1 10

4

20

30

40

50

60

70

(134)
(128)

(306)

(220)
(208)

(024)

LSMO-MK
LSMO-MB
LSMO-M900

(113)

(202)
(006)

-40

(122)
(116)
(300)
(018) (214)

(110)
(104)

0

(012)

M (emu/g)

40

80

H (Oe)

Hình 5.5. Đường từ trễ của các mẫu Hình 5.6. Giản đồ nhiễu xạ tia X tại
LSMO tại các cơng đoạn chế tạo.
nhiệt độ phịng của các mẫu LSMO.
Bảng 5.3. Kích thước hạt tinh thể D, độ từ hóa bão hịa MS tại từ trường
10 kOe và giá trị lực kháng từ HC của NFO ở mỗi công đoạn chế tạo.

MS
Tên mẫu
D (nm)
HC (Oe)
(emu/g)
LSMO-MK
54,5
65,6
5,0
LSMO-MB
32,3
36,8
23,0
LSMO-M900
38,6
53,2
13,0

RL (dB)

5.2. Khả năng hấp thụ sóng vi ba
0
của một số hệ hạt nano tổ hợp
5.2.1. Hệ hạt nano tổ hợp (100-10
x)La1,5Sr0,5NiO4/xCoFe2O4 ( x =
0
0; 2; 4; 6; 8; 10 %)
2
4
-20

x=
Hình 5.7 trình bày các đường
6
8
RL(f) cho tất cả các mẫu đo ở chế
10
-30
độ khơng có đế kim loại Al phẳng
gắn phía sau trong khoảng tần số từ
4
6
8
10 12 14 16 18
f (GHz)
4-18 GHz.
Đúng như sự kỳ vọng ban đầu, Hình 5.7. Các mẫu khơng có đế Al:
với sự thêm vào của các hạt nano từ đường cong RL(f) của các mẫu (100tính CFO, đỉnh hấp thụ trên các x)LSNO/xCFO.


16

đường cong RL(f) trở nên sâu hơn, độ tổn hao phản xạ RL đạt cực tiểu giả từ
-12,8 dB đối với mẫu có x = 0 đến -31,2 dB cho mẫu x = 8. Khi x tiếp tục
tăng, sự gia tăng đột ngột của RL xảy ra.
0

0
-2

x=2

2.5

2

-4

-5

-8

1

-10

1.5
1

-10

-15
0.5

-12
-14
9

0.5

Z0 = 377 

a)
10

11

12

13

14

15

Z0 = 377 

b)

0
16

-20
10

11

12

14

15

16

0
17

0

x=4

Z0 = 377 

c)
-25
11
12

13

14

15

16

17

RL (dB)

0.4

1.2

-10

0.8

-15

-20

Z0 = 377 

d)
-25

0
18

9

10

11

12

13

14

15

Z (k)

0.8

-15

1.6

-5

Z (k)

1.2

-10

-20

x=6

1.6

-5

RL (dB)

13

f (GHz)

f (GHz)
0

0.4

0
16

f (GHz)

f (GHz)
0

0
2.5

x=8

-5

x = 10

2

-2
2

-10

-20

1

-25
0.5

-30

Z0 = 377 

e)
-35
9

10

11

12

13

f (GHz)

14

15

0
16

1.5

-6
1

Z (k)

1.5

RL (dB)

-4

-15

Z (k)

RL (dB)

Z (k)

1.5

RL (dB)

2

-6

Z (k)

RL (dB)

3

2.5

x=0

-8
0.5
-10
f)
-12
10

Z0 = 377 
11

12

13

14

15

16

0
17

f (GHz)

Hình 5.8. Các mẫu khơng có đế Al gắn phía sau: các đường cong RL(f)
và Z(f) cho tất cả các mẫu trong vùng tần số cộng hưởng gần 14 GHz.
(a) x = 0; (b) x = 2; (c) x = 4; (d) x = 6; (e) x = 8 và (f) x =10.
Các tham số đặc trưng như giá trị RL cực tiểu và tần số cộng hưởng fr xác
định từ các kết quả đo được liệt kê trong bảng 5.4. Cơ chế phù hợp pha có
thể được loại trừ đối với hiện tượng cộng hưởng xảy ra gần 14 GHz. Trong
hình 5.8, vùng cộng hưởng được vẽ trong chế độ phóng to của các đường
cong RL(f) và Z(f), đưa ra bằng chứng cho thấy vai trị chính của cơ chế phù
hợp trở kháng cho các hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong vùng tần số gần
14 GHz cho mẫu x = 8. Độ lệch của Z” khỏi giá trị không sẽ làm tăng đáng
kể độ tổn hao phản xạ tới một giá trị tới hạn. Giá trị khác không của Z” không
chỉ làm giảm cường độ của các đỉnh cộng hưởng của RL(f), mà còn làm
chúng dịch chuyển ra khỏi tần số phù hợp trở kháng fz, tại đó Z = Z0.


17

Bảng 5.4. Các tham số đặc trưng cho tính chất hấp thụ sóng vi ba của các
mẫu (100-x)LSNO/xCFO, (x là % thể tích, fr là tần số cộng hưởng tại khe
cực tiểu của RL, fz là tần số phù hợp trở kháng, fp là tần số phù hợp pha)
x (%)
0

2
4
6
8
10
a. Các mẫu khơng có đế Al
fp (GHz) (n =
4,2
4,7
4,7
5,0
5,0
4,8
0)
12,0
12,0fz (GHz)
13,3
12,8
fr (GHz)
12,6 13,6 14,8 12,4 12,5 14,1
290
|Z’|( fr) (Ω)
39,2
320
RL(fr) (dB) -12,8 -17,8 -24,0 -21,3 -31,2 -10,8
b. Các mẫu có đế Al
fr1 (GHz)
6,4
6,1
6,0

5,5
5,7
6,4
fr2 (GHz)
16,2 16,2 16,9 15,5 16,0 16,6
RL(fr1) (dB) -6,6 -15,5 -12,5 -54,3 -21,2 -25,5
RL(fr2) (dB) -6,8 -9,7 -11,2 -53,5 -10,5 -8,0
Các phép đo phản xạ cho các mẫu tương ứng với một đế kim loại Al
phẳng gắn phía sau đã được thực hiện, các kết quả được chỉ ra trên hình 5.9
đã chứng minh sự tồn tại của cộng hưởng phù hợp xảy ra trong vùng tần số
thấp, tại gần 5 GHz.
1.4

10
b)

a)

1.2

0
-10

0.8

RL (dB)

|S11|

1

0.6
0
2
4
6
8
10

0.4

x=
0.2
0

-20
-30

-50
-60

-0.2
4

6

8

10

12

f (GHz)

x=

-40

14

16

18

4

6

8

0
2
4
6
8
10
10
12
f (GHz)

14

16

18

Hình 5.9. Các mẫu có đế kim loại Al:(a) Giá trị tuyệt đối của hệ số
phản xạ (|S11|) và (b) RL của các mẫu (100-x)LSNO/xCFO trong dải
tần số từ 4-18 GHz.
Ngoài ra, một điều đáng chú ý cho các phép đo phản xạ sóng vi ba cho
các mẫu khi có đế kim loại Al, tất cả các đỉnh cộng hưởng phù hợp trở kháng
trong vùng tần số cao dường như dịch chuyển về phía tần số cao hơn.
Đối với cả hai điều kiện cộng hưởng phù hợp pha và phù hợp trở kháng,
khi được thoản mãn, chúng đều dẫn đến một giá trị bằng không của hệ số
phản xạ S11. Tuy nhiên, sự hấp thụ chỉ thực sự xảy ra trong trường hợp cộng
hưởng phù hợp trở kháng khi các lớp vật liệu hấp thụ có trở kháng Z = Z0.


18

5.2.1. Hệ hạt nano tổ hợp (100-x)La1,5Sr0,5NiO4/xNiFe2O4 (x = 0; 8; 15;
20; 30; 35%)
Hình 5.10 biểu diễn các đường cong RL(f) của các lớp hấp thụ
LSNO/paraffin và NFO/paraffin có độ dày 3 mm. Hình 5.11 chỉ ra các đường
RL(f) và Z(f)của các mẫu hấp thụ (100-x)LSNO/xNFO. Bảng 5.5 liệt kê các
tần số đặc trưng của các mẫu vật liệu hấp thụ LSNO/NFO.
0

16
15.5

-5

-10

fr1 (Hz)

RL (dB)

15
14.5

d = 3 mm
LSNO
NFO

14

-15

(100-x)LSNO/xNFO
(100-x)LSNO/xLSMO

13.5
13

-20
4

6

8

10

12

f (GHz)

14

16

18

0

5

10

15

20

25

30

35

40

x (%)

Hình 5.10. Đường cong RL(f) của các Hình 5.12. Đường cong fr1(x) của
mẫu LSNO/paraffin và NFO/paraffin
các hệ hạt nano tổ hợp LSNO/NFO
có độ dày 3 mm.
và LSNO/LSMO.
Mặc dù, sự hấp thụ rõ ràng là mạnh hơn trong trong các mẫu có chứa các
hạt nano NFO, nhưng sự biến thiên của độ tổn hao phản xạ RL với nồng độ
thay thế (x)NFO là không đơn điệu, giá trị thấp nhất của RL đạt được tương
ứng với x = 8 (RL = -29,7 dB) và x = 30 (RL = -28,5 dB). Sự cải thiện của
khả năng hấp thụ sóng vi ba trong các mẫu có chứa NFO chủ yếu được cho
là có liên quan trực tiếp đến sự cân bằng giữa hằng số điện môi và độ từ
thẩm của vật liệu nano tổ hợp, chứ khơng phải do sự đóng góp của thành
phần tổn hao từ bởi sự có mặt của các hạt nano từ tính NFO. Tần số cộng
hưởng fr có xu hướng dịch chuyển một cách có hệ thống sang vùng tần số
cao hơn khi tăng hàm lượng NFO trong các mẫu tổ hợp. Mặt khác, đối với
tất cả các mẫu, các tần số cộng hưởng fr phù hợp rất tốt với tần số fz, tại đó
Z = Z0, do đó các đỉnh cộng hưởng quan sát này phải do hiệu ứng cộng hưởng
phù hợp trở kháng gây ra.
Bảng 5.5. Các tần số đặc trưng của tất cả các mẫu hấp thụ (100x)LSNO/xNFO.
x (%)
0
8
15
20
30

35
fr (GHz) 13,6
13,9
14,7
14,8
15,3
15,9
fz (GHz) 13,7
14,2
14,7
14,7
15,4
15,7
fp-QS
5,7
6,1
5,4
5,5
5,2
5,6
(GHz)
fp-TT
5,9
5,8
5,7
5,7
5,5
5,3
(GHz)

19

0

0

(a) x = 0

(d) x = 20

7
6

-5

7
6

-5

RL (dB)

3
2

-15

-20
6

8

3
2

-15

1

Z0 = 377 
4

4

-10

10

12

14

16

-20

0

4

6

8

f (GHz)

10

12

14

16

18

f (GHz)

0

0

(b) x = 8

(e) x = 30 7

7

-5

-5

-15

4
3

-20

6

-10

5

-15

4
3

-20

2
-25
-30
4

6

8

2
-25

1

Z0 = 377 
10

12

14

16

0
18

-30

7

0

1

Z0 = 377 
4

6

8

f (GHz)

10

12

14

16

0
18

f (GHz)

0

7

(c) x = 15

(f) x = 35
6

6

-5

-5

-15

3

-10

4

-15

3

2
-20

Z (k)

4

5

Z (k)

-10

RL (dB)

5

RL (dB)

Z (k)

5

RL (dB)

6

-10

Z (k)

RL (dB)

1

Z0 = 377 

0
18

Z (k)

4

-10

5

Z (k)

RL (dB)

5

2
-20

1

Z0 = 377 
-25
4

6

8

10

12

f (GHz)

14

16

0
18

1

Z0 = 377 
-25

0
4

6

8

10

12

14

16

18

f (GHz)

Hình 5.11. Các đường cong RL(f) và Z(f) của các lớp hấp thụ
trải từ hỗn hợp vật liệu nano tổ hợp (100-x)LSNO/xNFO.
Trong hệ mẫu LSNO/NFO cả hai tần số fr và fz (hình 5.12) đều có xu
hướng tăng theo nồng độ x tăng nên vai trò của cơ chế tổn hao hồi phục từ
cũng bị loại trừ. Một cơ chế tổn hao từ nữa có thể được đề cập ở đây là sự
hấp thụ do cộng hưởng sắt từ (Ferromagnetic Resonance - FMR), xảy ra tại
tần số cộng hưởng fFMR xác định bởi biểu thức:
1
𝑒
𝑓𝐹𝑀𝑅 = 𝛾𝐻𝑒𝑓𝑓 = 𝑔 (𝐻 + 𝐻𝐴 + 𝜇0 𝑀)
(5.1)
2𝜋 2𝑚
Mơ hình dựa trên hiện tượng cộng hưởng sắt từ này giải thích rất rõ sự
gia tăng tần số cộng hưởng theo sự tăng của nồng độ NFO trong các các lớp
vật liệu nano tổ hợp LSNO/NFO. Các kết quả được đưa ra trên hình 5.11a-f
cũng cho thấy có sự tồn tại của một đỉnh hấp thụ với cường độ yếu trong
vùng tần số thấp từ 5-6 GHz. Giá trị tần số (fp-TT) tính tốn được theo mơ
hình phù hợp pha (công thức 3.1) và giá trị (fp-QS) quan sát trên các đường
RL(f) được liệt kê trong bảng 5.5.


20
1.2

5

a)

b)

1

0

0.6
0.4

0
8
15
20
30
35

x=

0.2
0

RL (dB)

|S11|

0.8

-5
-10

x=
-15

0
8
15
20
30
35

-20
4

6

8

10

12

f (GHz)

14

16

18

4

6

8

10

12

14

16

18

f (GHz)

Hình 5.13. |S11|(f) (a) và RL(f) (b) của các mẫu có đế kim loại Al.
Hiệu ứng phù hợp pha được tăng cường đáng kể bởi đế kim loại.
Hệ số phản xạ thu được, |S11| và độ tổn hao phản xạ, RL của các mẫu có
đế Al được chỉ ra trên hình 5.13. Kết quả cho sự xuất hiện của hiệu ứng phù
hợp pha tại các đỉnh cộng hưởng trong vùng tần số thấp gần 5-6 GHz, tức là
hiệu ứng phù hợp pha được tăng cường bởi đế Al. Kết quả này của chúng
tôi một lần nữa xác minh sự tồn tại của cộng hưởng phù hợp pha bằng các
phép đo trên các mẫu có đế kim loại Al.
5.2.3. Hệ hạt nano tổ hợp (100-x)La1,5Sr0,5NiO4/xLa0,7Sr0,3MnO3 ( x = 0;
4; 8; 10 %)

Hình 5.14. Các đường cong RL(f) và |Z/Z0|(f) cho tất cả các mẫu
trong dải tần số từ 4-18 GHz: (a) x = 0; (b) x = 4; x = 8; x = 10.
Hình 5.14a-d trình bày các đường cong phụ thuộc tần số của độ tổn hao
phản xạ RL và |Z/Z0| của tất cả các mẫu (100-x)LSNO/xLSMO. Khả năng

hấp thụ của các mẫu được tăng cường khi nồng độ thay thế của các hạt nano
sắt từ LSMO cho các hạt nano điện môi nhỏ hơn 4% (x < 4), nhưng lại giảm
trở lại nếu nồng độ thay thế tiếp tục tăng. Các tham số đặc trưng được xác


21

định từ các phép đo sóng vi ba nói trên được liệt kê trong bảng 5.6. Theo
quan sát trên hình 5.14, điều kiện phù hợp trở kháng Z = Z0 được thõa mãn
ở tần số fz = fr1 cho mẫu có x = 0 và x = 4. Với các mẫu có x > 4, sự sai khác
của Z từ điều kiện phù hợp trở kháng sẽ giải thích cho sự suy giảm trong khả
năng hấp thụ sóng vi ba của các mẫu có chứa hàm lượng LSMO cao.
Bảng 5.6. Các tham số đặc trưng hấp thụ sóng vi ba của
các lớp hấp thụ (100-x)LSNO/xLSMO trong paraffin.
x
0
4
8
10
a. Các mẫu không có đế Al
fp (n=2)
5.3
5.27
5.26 5.16
fr1(GHz)
13.6
13.5
13.2 13.1
fr2(GHz)
5.7

5.57
5.8
5.53
RL(fr1)(dB) -18.2
-28.5
-16.9 -14.5
RL(fr2)(dB) -2.9
-2.7
-3.3 -2.9
b. Các mẫu có đế Al
fr1(GHz)
15.9
15.4 16.6
fr2(GHz)
6.0
5.4
6.3
5.5
RL(fr1)(dB)
-17.8
-8.7 -22.5
RL(fr2)(dB) -8.6
-30.7
-22 -53.8
1.2
1

|S11|

0.8

a)
x=

0.6
0.4

0
4
8
10

0.2
0
10
0

RL (dB)

-10
-20

b)
x=

-30

0
4
8

10

-40
-50
-60

4

6

8

10

12

14

16

18

f (GHz)

Hình 5.15. Các mẫu có đế kim loại Al: (a) |S11|,và
(b) tương ứng là độ tổn hao phản xạ RL.