ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ NGUYỄN TỐNG GIANG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU BaTiO3 Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ quy Nghành: Khoa Học Vật Liệu HÀ NỘI – 2016 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ NGUYỄN TỐNG GIANG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VẬT LÝ CỦA VẬT LIỆU BaTiO3 Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ quy Nghành: Khoa Học Vật Liệu Cán hướng dẫn: PGS.TS Ngô Thu Hương HÀ NỘI – 2016 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng kính trọng biết ơn sâu sắc tới cô giáo PGS.TS Ngô Thu Hương, môn Vật Lý Chất Rắn, Khoa Vật Lý, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên, Đại Học Quốc Gia Hà Nội, người bảo cho em ý tưởng khoa học hướng dẫn em suốt thời gian em thực khóa luận Em xin chúc cô sức khỏe, hạnh phúc công tác tốt nghiên cứu khoa học! Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn tới bạn Phạm Văn Dương anh chị khoa Vật Lý, môn Vật Lý Chất Rắn, Trung Tâm Khoa Học Vật Liệu, Trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên- ĐHQGHN, người tạo điều kiện giúp đỡ trình làm thực nghiệm hoàn thành khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể thầy cô môn Vật Lý Nhiệt Độ Thấp dạy dỗ, quan tâm em suốt trình em học tập trường Khoa Học Tự Nhiên – ĐHQGHN Mặc dù cố gắng nhiều khóa luận có nhiều thiếu sót, em mong thầy cô hội đồng bảo vệ góp ý để khóa luận em hoàn thiện tốt Em xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 13 tháng 05 năm 2016 Sinh Viên NGUYỄN TỐNG GIANG Khoa học vật liệu K57 Page Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang Mục Lục Khoa học vật liệu K57 Page Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang Mở Đầu Ngày nay, với phát triển khoa học - kỹ thuật, nhu cầu thiết bị, vật liệu nhỏ gọn, hiệu suất cao cho sống đại ngày tăng, đòi hỏi nhà khoa học phải nghiên cứu để tìm loại vật liệu có tính chất ưu việt để đáp ứng nhu cầu BaTiO vật liệu thuộc họ perovskite mang tính chất đặc trưng vật liệu perovskite đặc biệt tính chất điện tính chất từ BaTiO3 vật liệu có số điện môi lớn, dao động từ 1000 đến 2000 nhiệt độ phòng lên đến 10 gần nhiệt độ Curie (nhiệt độ Curie BaTiO3 cỡ 120oC) Vật liệu BaTiO3 sử dụng ngành công nghiệp điện điện từ Một số ứng dụng đáng ý vật liệu BaTiO3 dùng làm tụ điện nhớ máy tính có liệt kê viết tắt DRAM, FRAM NVRAM, chế tạo tụ điện gốm đa lớp MLC (Multilayer Ceram Capacitor) hay MLCC (Multilayer Ceramic Chip Capacitor), làm cảm biến Bên cạnh đó, BaTiO ứng dụng để chế tạo vật liệu dạng màng dùng thiết bị điện tử Hạt áp điện BaTiO3 kích cỡ nanomet phân tán polymer để chế tạo sensor cảm biến nhiệt khí Những tính chất vật liệu BaTiO nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu, đặc biệt tính chất từ Năm 1881, Warburg tìm hiệu ứng từ nhiệt (magnetocaloric effect - MCE) thay đổi từ độ theo nhiệt độ vật liệu tác dụng từ trường Hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (GMCE – Giant Magnetocaloric Effect) A Pecharsky K.A Gschneidner phát hệ vật liệu liên kim loại chứa đất Gd5Ge2Si2 Hiệu ứng từ trở khổng lồ lần phát vào năm 1993 nhóm nghiên cứu S.Jin (AT&T Bell Laboratories, Murray Hill, Hoa Kỳ), với số đồng nghiệp khác Đài Loan màng mỏng vật liệu perovskite La-Ca-Mn-O Nhóm nghiên cứu phát thay đổi điện trở tới hàng ngàn phần trăm Tiếp theo đó, hàng loạt nghiên cứu phát hiệu ứng vật liệu khối perovskite Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang Với khả ứng dụng rộng rãi sống, đặc biệt công nghiệp điện, điện tử nên việc nghiên cứu tính chất vật liệu BaTiO quan tâm đẩy mạnh chứa đựng điều lý thú chờ người khám phá Nghiên cứu gần nhóm tác giả Yuliang Li cho thấy vật liệu BaTiO3 nhiệt độ Curie chúng tăng vật liệu có kích thước nano mét Trong khuôn khổ khóa luận tập trung thực “Chế tạo nghiên cứu tính chất vật lý vật liệu BaTiO 3” Mục đích nghiên cứu nhằm tìm điều kiện tối ưu qui trình chế tạo mẫu để tạo vật liệu BaTiO3 với kích thước nano mét có từ tính tốt Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục hình vẽ, bảng biểu tài liệu tham khảo khóa luận chia làm chương sau: Chương 1: Tổng quan vật liệu BaTiO3 Chương 2: Phương pháp thực nghiệm Chương 3: Kết thảo luận Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU BaTiO3 1.1 Cấu trúc tinh thể BaTiO3 Cấu trúc dạng khối BaTiO3 với vị trí màu đỏ ion Ba 2+, vị trí màu vàng Ti4+,và nút màu xanh ion O2- Ô mạng sở hình lập phương với tham số mạng a = b = c α = β = γ = 90 Vị trí đỉnh hình lập phương chiếm cation Ba 2+, tâm mặt hình lập phương vị trí anion O2- tâm hình lập phương vị trí cation Ti4+ Trong cấu trúc này, cation Ti4+ bao quanh cation Ba2+ anion O2-, quanh vị trí cation Ba 2+ bao quanh 12 anion O2[14] Hình 1.1: Cấu trúc BaTiO3 [14] Như vậy, đặc trưng quan trọng cấu trúc BaTiO tồn bát diện BO6 nội tiếp ô mạng sở với anion ôxy đỉnh bát diện cation Titan tâm bát diện Khối bát diện đóng vai trò quan trọng liên quan tới tính chất điện vật liệu Chúng ta biểu diễn cấu trúc BaTiO bao gồm bát diện BO xếp cạnh nhau, hình 1.1b mô tả cấu trúc tinh thể tịnh tiến trục tọa độ ½ ô mạng Thông số quan trọng cấu trúc BaTiO thừa số bền vững [1] Thừa số liên quan mật thiết đến hình thành momen phân cực Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang tự phát Gọi RA, RB, RO tương ứng bán kính ion Ba 2+, Ti4+ O2- thừa số bền vững xác định công thức: t= RA + RO ( RB + RO ) Nếu t = 1: Cấu trúc BaTiO3 cấu trúc xếp đặt lý tưởng Nếu t > 1: Khoảng cách OB lớn tổng bán kính ion O 2- Ti4+ nên ion Ti di chuyển bên khối bát diện Nếu t < 1: Khoảng cách OA lớn tổng bán kính ion O 2- Ba2+ nên ion Ba linh động mạng Nói chung cấu trúc BaTiO3 bền vững 0,9 < t < 1,1 * Liên kết mạng BaTiO3 Năng lượng liên kết nguyên tử với để tạo thành vật rắn gọi lượng liên kết Đó hiệu lượng vật rắn lượng nguyên tử hay phân tử tạo nên vật rắn trạng thái tự Vật liệu BaTiO3 tinh thể ion nên ion tinh thể tồn song song hai loại lực lực hút lực đẩy Coulomb lực đẩy khoảng cách ngắn Nguyên nhân sâu xa lực đẩy nguyên lý Pauli nên lực đẩy ion gọi lực đẩy Pauli [1] Năng lượng tĩnh điện hai ion nằm cách khoảng Rij xác định biểu thức: q2 q2 Wi = ± =± Rij pij R Với R khoảng cách lân cận gần Kết thực nghiệm cho thấy đẩy hai ion cách khoảng R xác định biểu thức sau:  R Wi = λ exp −   ρ Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang Do lực đẩy ion đáng kể khoảng cách gần, nên đẩy tính với ion lân cận gần nhất, ion xa bỏ qua Năng lượng liên kết hai ion tinh thể BaTiO3 có dạng:   R  q2 λ exp −  −  ρ R  Wij =  ± q  pij R  (lân cận gần nhất) (các trường hợp lại) Năng lượng tổng cộng ion tinh thể perovskite BaTiO xác định công thức sau:   R  αq  W = NWi = N  zλ exp −  −   ρ R   Với z số lân cận gần nhất, α số Madelung phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể Biểu thức thật biểu thức gần bỏ qua tương tác hệ điện tử hạt nhân tương tác hạt nhân với Hiện nay, dựa phương pháp phiếm hàm mật độ (DFT), nhà khoa học tính toán lượng tổng cộng tính chất điện tử vật liệu Perovskite BaTiO3 với độ xác cao nhờ đề cập xác đến loại tương tác khác nguyên tử Hình 1.2 mô tả phụ thuộc lượng tổng cộng vật liệu Perovskite BaTiO có cấu trúc lập phương vào thể tích ô sở Dựa vào đồ thị (Hình 1.2), ta thấy cực tiểu lượng tổng cộng đạt thể tích V = 62.96 (Ao)3 ứng với số mạng a = b = c =3.98Ao Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang Hình 1.2 Đồ thị lượng tổng cộng theo thể tích ô mạng ứng với cấu hình ion xác định [1] 1.2 Các tính chất vật liệu BaTiO3 Khi không pha tạp, BaTiO3 thể tính chất điện môi, tính chất vật liệu phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Dưới vài tính chất đặc trưng vật liệu 1.2.1 Tính chất điện: BaTiO3 chất sắt điện thể tính nhiệt điện trở lớn Nhưng ta pha tạp thêm vào vật liệu số ion đất ion kim loại chuyển tiếp tính dẫn điện BaTiO có thay đổi từ tính điện môi sang tính dẫn điện kiểu bán dẫn Vật liệu sắt điện biết đến kỉ nay, số áp điện lớn tìm muối Rochelle có công thức dạng KNa(C4H4O6).H2O Mặc dù có nhiều nghiên cứu tính chất sắt điện muối Rochelle, cấu trúc phức tạp có nhiều ion ô sở dẫn đến hạn chế việc nghiên cứu thuyết tương ứng với kết thực nghiệm phát mẫu muối Phải đến năm 40, tính chất sắt điện nghiên cứu đầy đủ cấu trúc Perovskite BaTiO Việc khảo sát cấu trúc Perovskite với số lượng nhỏ ion ô sở đem đến kết làm lý thuyết việc giải thích hiệu ứng sắt điện [5] 10 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang phẳng ảnh sáng Từ ta quan sát bề mặt mẫu, độ phóng đại ảnh [3] Ảnh SEM mẫu chụp trung tâm khoa học vật liệu Trường Đại Học KHTN, máy SEM Jeol- JSM5410LV, điện gia tốc cỡ 5-30KV, độ phóng đại từ 18 đến 200000 lần, độ phân giải 3,5 nm chân không cao 4,5 nm chân không thấp Hình 2.6: Sơ đồ hệ đo SEM [11] 2.3.3 Phép đo tính chất từ: Để khảo sát tính chất từ vật liệu ta thực phép đo phụ thuộc từ độ vào từ trường nhiệt độ phòng phép đo phụ thuộc từ trường vào nhiệt độ thiết bị từ kế mẫu rung (VSM) (SQUID) Nguyên tắc chung từ kế mẫu rung biến giá trị tín hiệu từ độ thành giá trị đại lượng khác đo đạc, định lượng cách thuận tiện Phép đo thực dựa tượng cảm ứng điện từ, thay đổi từ thông mẫu sinh chuyển thành tín hiệu điện 24 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang Hệ đo từ kế mẫu rung có cấu tạo gồm: Bộ phận gắn mẫu gồm cần gắn mẫu đặt bên buồng mẫu, phía gắn với hệ thống màng rung tạo dao động theo phương thẳng đứng với tần số biên độ xác định Dòng điện âm tần dùng để rung màng rung cấp máy phát âm tần Trong trình tiến hành đo mẫu, mẫu đặt vùng từ trường có đặt cuộn dây thu tín hiệu Mẫu quay mặt phẳng nằm ngang nhờ hệ thống mâm quay, cho phép ta khảo sát theo phương khác từ trường Từ trường chiều tạo nam châm điện, hai cực nam châm hình tròn có bán kính thích hợp yêu cầu độ đồng từ trường Bộ phận đo từ độ bao gồm cuộn thu tín hiệu mắc xung đối Cách bố trí cho phép cuộn dây ghi nhận tín hiệu tạo biến đổi từ thông dịch chuyển mẫu mà không thu nhận tín hiệu thay đổi từ trường tác dụng Tín hiệu điện xoay chiều lấy từ cuộn dây thu tín hiệu thay đổi từ trường tác dụng đưa tới đầu vào 25 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang máy khuếch đại nhạy pha so sánh với tín hiệu chuẩn lấy từ đầu máy phát âm tần Bằng cách đó, loại bỏ đáng kể dao động rung lắc không cần thiết cần mẫu tín hiệu nhiễu môi trường, đảm bảo độ trung thực tín hiệu đo Trong luận văn này, phép đo đường trễ từ hệ mẫu khảo sát nhiệt độ phòng thiết bị đo từ kế mẫu rung DMS 880 Trung Tâm Khoa học Vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN (hình 2.8) Hình 2.8: Thiết bị từ kế mẫu rung VSM 880 Phép đo đường cong từ nhiệt M(T) đo thiết bị SQUID từ trường có giá trị 5000 Oe dải nhiệt độ từ K đến 350 K Nhật Bản 26 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong chương này, trình bày biện luận kết tính chất cấu trúc, tính từ mẫu BaTiO3 dạng khối dạng màng 3.1 Kết hệ mẫu khối: Trong phần này, kết hệ mẫu khối tính chất cấu trúc tính chất từ đưa phân tích Tính chất cấu trúc hệ mẫu nghiên cứu dựa kết phổ XRD ảnh SEM Tính chất từ hệ nghiên cứu dựa đường M(T) đo từ trường kOe đường M(H) đo nhiệt độ K 300 K 3.1.1 Tính chất cấu trúc hệ mẫu khối: * Phổ nhiễu xạ tia X: (310) (220) (300) (211) (200) (210) (111) (110) o 800 C Intensity (a u.) (100) Hình 3.1 giản đồ phổ nhiễu xạ tia X mẫu BaTiO dạng khối nung thiêu kết nhiệt độ 200, 400, 600 800oC o 600 C o 400 C o 200 C 20 40 60 theta (degre) 80 Hình 3.1: Phổ nhiễu xạ tia X hệ mẫu khối BaTiO3 27 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang Nhìn vào hình 3.1 ta thấy đỉnh nhiễu xạ tất mẫu xuất tất mẫu trùng với phổ nhiễu xạ mẫu BaTiO công bố trước chứng tỏ mẫu chế tạo đơn pha [7] Các thông số số mạng kích thước hạt tính toán đưa bảng 3.1 Bảng 3.1: Hằng số mạng kích thước trung bình mẫu khối Mẫu a (Ao) D (nm) 200oC 4.1 25 ± 400oC 4.09 24± 600oC 4.34 25 ± 800oC 4.08 26 ± 28 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang * Ảnh SEM hệ mẫu khối BaTiO3 Hình 3.2 ảnh SEM mẫu BaTiO3 dạng khối nung nhiệt độ 200, 400, 600 800oC Mẫu 200oC Mẫu 400oC Mẫu 600oC Mẫu 800oC Hình 3.2: Ảnh SEM mẫu khối BaTiO3 Nhìn vào hình 3.2 ta thấy kích thước phân bố hạt BaTiO đồng Với mẫu nhiệt độ thiêu kết thấp (200-400 oC) bề mặt mẫu xốp, với mẫu thiêu kết nhiệt độ cao (800 oC) kích thước đám hạt lớn bề mặt thô 29 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang 3.1.2 Tính chất từ hệ mẫu khối  Kết phép đo M(H) Hình 3.3 – 3.4 đồ thị phụ thuộc từ độ vào từ trường M(H) mẫu khối BaTiO3 200, 400 600 oC đo nhiệt độ K 300 K Hình 3.3: Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường mẫu khối nhiệt độ 5K 0.0050 200C - 300K 400C - 300K 600C - 300K M (emu/g) 0.0025 0.0000 -0.0025 -0.0050 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 Field (T) Hình 3.4: Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường mẫu khối 300K Nhìn vào đồ thị ta thấy đo nhiệt độ K mẫu BaTiO thể tính sắt từ yếu (Hình 3.3) Giá trị từ độ cực đại mẫu BaTiO3 200oC, 400oC 600oC giá trị từ trường 10 kOe 2,4.10 -3 (emu/g); 2,4.10-3 (emu/g); 7,7.10-3 (emu/g) Các mẫu đo 300K (Hình 3.4) có tính thuận từ yếu Giá trị từ độ cực đại mẫu BaTiO3 200oC, 400oC 600oC giá trị từ trường 10kOe 1,12.10-3 (emu/g); 1.10-3 (emu/g) 1,75.10-3 (emu/g) Điều 30 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang cho thấy giá trị từ độ cực đại nhiệt độ thiêu kết tăng tới 800 oC giá trị từ độ đạt cao Từ tính mẫu đo nhiệt độ thấp (5 K) 300 K giá trị từ trường kOe khác giải thích nhiệt độ tăng chuyển động nhiệt nguyên tử tăng nên làm tăng chuyển động hỗn loạn momen từ, tổng momen từ vật liệu giảm  Kết phép đo M (T) Hình 3.5 – 3.7 đồ thị phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ M (T) mẫu khối BaTiO nung thiêu kết nhiệt độ 200 oC, 400oC 600oC đo từ trường kOe 0.008 200C M(emu/g) 0.006 0.004 0.002 0.000 100 200 300 T(K) Hình 3.5: Sự phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ mẫu khối BaTiO3 200oC 31 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang 0.008 400C M(emu/g) 0.006 0.004 0.002 0.000 100 200 300 T(K) Hình 3.6: Sự phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ mẫu khối BaTiO3 400oC 0.008 600C M(emu/g) 0.006 0.004 0.002 0.000 100 200 300 T(K) Hình 3.7: Sự phụ thuộc từ độ vào nhiệt độ mẫu khối BaTiO3 600oC Từ đường M(T) xác định nhiệt độ chuyển pha mẫu Nhiệt độ chuyển pha mẫu khối BaTiO thiêu kết nhiệt độ 200 oC, 400 oC 600oC là: 62 K; 65 K 71 K 32 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang 3.2 Kết hệ mẫu màng BaTiO3 3.2.1 Tính chất cấu trúc hệ mẫu màng BaTiO3: * Phổ nhiễu xạ tia X hệ mẫu màng Hình 3.8 – 3.11 giản đồ phổ nhiễu xạ tia X mẫu màng BaTiO3 bốc bay từ đế thiêu kết nhiệt độ 200, 400, 600 800oC bốc bay đế LAO Hình 3.8: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu màng 200oC đế LAO 33 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang Hình 3.9: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu màng 400oC đế LAO Hình 3.10: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu màng 600oC đế LAO 34 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang Hình 3.11: Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu màng 800oC đế LAO Nhìn vào hình vẽ ta thấy giản đồ nhiễu xạ tia X dạng màng cho hình ảnh đỉnh nhiễu xạ rõ ràng, sắc nét so với giản đồ nhiễu xạ số đỉnh xuất so với đỉnh nhiễu xạ dạng khối từ ta kết luận mẫu màng có dạng đơn tinh thể Từ phổ nhiễu xạ tia X ta tính số mạng kích thước hạt trung bình mẫu BaTiO dạng màng (bảng 3.2) Bảng 3.2: Hằng số mạng kích thước hạt mẫu BaTiO3 dạng màng Mẫu a (Ao) D (nm) 200oC 4.15 62 ± 400oC 4.16 83 ± 600oC 4.18 89 ± 800oC 4.19 95 ± 35 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang 3.2.2 Tính chất từ hệ mẫu màng BaTiO3 Đối với hệ mẫu màng, điều kiện thực nghiệm thời gian không cho phép nên thực phép đo M(H) tất mẫu nhiệt độ phòng khoảng từ trường cực đại là10 kOe Kết phép đo M (H) Hình 3.12 đồ thị phụ thuộc từ độ vào từ trường M (H) mẫu màng BaTiO3 từ 200 đến 800oC đo nhiệt độ phòng Nhìn vào đồ thị ta thấy, mẫu màng có tính thuận từ yếu Giá trị từ độ cực đại mẫu 200oC, 400oC, 600oC 800oC 26,43 (emu/cm3); 29,105 (emu/cm3); 9,7 (emu/cm3) 14,722 (emu/cm3) từ trường 10 kOe Giá trị lớn cỡ bậc so với giá trị từ độ cực đại mẫu khối M (emu/cm3) 200 100 200C 400C 600C 800C -100 -200 -10000 -5000 5000 10000 H (Oe) Hình 3.12: Sự phụ thuộc từ độ vào từ trường mẫu BaTiO3 nhiệt độ phòng 36 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang KẾT LUẬN Trong trình làm khóa luận, thu số kết sau:  Đã chế tạo thành công vật liệu BaTiO phương pháp phương pháp gốm phương pháp bốc bay laser (PLD)  Đối với hệ mẫu khối: - Phổ nhiễu xạ tia X hệ mẫu khối cho thấy: đỉnh xuất phổ mẫu khối thiêu kết 200, 400, 600 oC trùng khớp với kết đưa nghiên cứu trước nên mẫu đơn pha - Ảnh SEM mẫu khối BaTiO có bề mặt xốp độ, phân bố kích thước đám hạt cỡ 0,5 µm - Đường từ độ phụ thuộc vào từ trường khảo sat cho thấy nhiệt độ phòng cho thấy mẫu có tính chất thuận từ, nhiệt độ 5K hệ mẫu có tính sắt từ yếu  Đối với hệ mẫu màng: - Đã chế tạo đượcc ác mẫu màng đơn pha, đơn tinh thể phương pháp PLD - Mẫu thuận từ giá trị từ độ tăng nhiệt độ đế thiêu kết nhiệt độ cao Giá trị từ độ cực đại nhiệt độ phòng mẫu màng lớn cỡ bậc so với mẫu khối 37 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Nguyễn Ngọc Đỉnh (2009), Luận án tiến sĩ “chế tạo nghiên cứu tính chất động số perovskite có số điện môi lớn” [2] Nguyễn Năng Định, Vật lý màng mỏng, NXB ĐHQGHN [3] PGS Nguyễn Ngọc Long(2007), vật lý chất rắn, NXB ĐHQGHN [4] Đặng Lê Minh, Khoa học vật liệu đại cương [5] Nguyễn Tiến Quang, luận văn thạc sĩ(2006) [6] Nguyễn Phú Thùy, Từ học siêu dẫn Tiếng anh [7] Ashish R Tanna, Kushal Vala, Jagdish D Baraliya, Hiren H Joshi, jounal of science [8] Buschow K.H.J, de Boer F.R (2004) Physics of Magnetism and Magnetic Materials Kluwer Academic / Plenum Publishers ISBN 0-30648408-0 [9] N.H Duc, Jornal of Magnetism and Magnetic Materials 242-245 (2002) [10] M O Henry, J P Larkin, and G F Imbusch “ nature of the broadband luminescence center in MgO : Cr3+”(1976) [11] Karin M Rabe, Jean-Marc Triscone, Charles H Ahn (2007) Physics of Ferroelectrics: [12] M Lines & A Glass (1979) Principles and applications of ferroelectrics and related materials Clarendon Press, Oxford.A modern perspective Springer ISBN 3540345914 [13] Lawrence Livermore Radiation Safety Regulation, App B, Summary of Radiation Generating Devices, Radiation Safety Requirements [14] Rowe D M (1995), CRC Handbook of thermoelectrics, CRC Press 38 [...]... quả về tính chất cấu trúc, tính từ của các mẫu BaTiO3 ở dạng khối và dạng màng 3.1 Kết quả hệ mẫu khối: Trong phần này, kết quả hệ mẫu khối về tính chất cấu trúc và tính chất từ được đưa ra và phân tích Tính chất cấu trúc của hệ mẫu được nghiên cứu dựa trên kết quả phổ XRD và ảnh SEM Tính chất từ của hệ được nghiên cứu dựa trên đường M(T) đo tại từ trường 5 kOe và đường M(H) đo tại nhiệt độ 5 K và 300... hưởng của kích thước hạt lên tính chất từ của vật liệu BaTiO 3 chế tạo bằng phương pháp hóa Tuy nhiên vật liệu màng BaTiO 3 chưa được quan tâm Vì vậy trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi đi vào nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ công nghệ tới tính chất cấu trúc và tính chất từ của hệ mẫu khối và mẫu màng BaTiO3 17 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Hiện nay việc chế. .. khối và mẫu màng được chế tạo xong, chúng tôi đã sử dụng các thiết bị để nghiên cứu tính chất cấu trúc và tính chất từ của vật liệu như: phép đo nhiễu xạ tia X (XRD), phép đo hiển vi điện tử quét (SEM), phép đo đường trễ từ phụ thuộc vào từ trường M(H) được thực hiện trên từ kế mẫu rung (VSM), phép đo đường từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ M(T) được thực hiện trên máy SQUID Dưới đây là nguyên lý đo của. .. Nguyễn Tống Giang CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM Hiện nay việc chế tạo vật liệu BaTiO 3 có thể được chế tạo theo nhiều phương pháp khác nhau Trong khóa luận này, chúng tôi chế tạo hai loại vật liệu BaTiO3 mẫu khối và mẫu màng Mẫu khối được chế tạo bằng phương pháp gốm truyền thống, mẫu màng được chế tạo bằng thiết bị PLD 2.1 Chế tạo mẫu khối bằng phương pháp gốm Các oxit Nghiền trộn Ép khuôn Nung... chuyển pha cấu trúc đơn thuần [4] 1.2.2 Tính chất từ Tính từ của BaTiO3 có thể thay đổi nhiều trạng thái khác nhau trong cùng một vật liệu Khi pha tạp, tùy theo ion và nồng độ pha tạp mà cấu trúc tinh thể sẽ bị thay đổi không còn là cấu trúc lý tưởng, sẽ tạo ra trạng thái hỗn hợp hóa trị và sai lệch cấu trúc làm cho hợp chất nền trở thành vật liệu có nhiều hiệu ứng lý thú như: hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ,... Smith và Turner vào năm 1965 để chế tạo màng mỏng bán dẫn và điện môi và sau đó được Dijkkamp và các cộng sự sử dụng để chế tạo vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ cao vào năm 1987 Kỹ thuật bốc 19 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang bay này đã được sử dụng cho tất cả các loại oxit, nitrit, cacbua cũng như được sử dụng để chế tạo các hệ kim loại, thậm chí cả polymer mà vẫn đảm bảo hợp thức hóa học của thành... giá trị χ với vật liệu rắn nghịch từ cỡ -10-5 Cả hai chất thuận từ và nghịch từ đều được coi là chất phi từ, chúng chỉ thể hiện tính chất từ khi có mặt từ trường ngoài Hình 1.7: Momen từ của nguyên tử của chất nghịch từ khi có và không có từ trường  Sắt từ Sắt từ là những chất có khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của từ trường ngoài Tương tác giữa các spin trong chất sắt từ là dương và lớn nên các... nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ Tc vật liệu không thể hiện các đặc tính sắt điện mà chỉ ở nhiệt độ dưới nhiệt độ Tc vật liệu mới có các tính chất sắt điện Nguyên nhân của tính chất sắt điện là do sự méo mạng của cấu trúc thuận điện, vì vậy đối 13 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang xứng tinh thể của pha sắt điện bao giờ cũng thấp hơn đối xứng tinh thể ở pha thuận điện Vật liệu BaTiO3 có 3 pha sắt điện nhưng... chuyển của các ion trái dấu trong tinh thể dưới tác dụng của ứng suất hoặc điện trường ngoài, dẫn đến sự thay đổi vị trí tương đối giữa các ion và sinh ra độ phân cực điện hoặc biến dạng tinh thể 16 Khóa luận tốt nghiệp Nguyễn Tống Giang Hình 1.9: Hiện tượng áp điện trong vật liệu Hiện nay, một số nhóm nghiên cứu trong nước đã nghiên cứu hiệu ứng áp điện của vật liệu khối BaTiO 3 Một số nhóm nghiên cứu. .. trúc khác nhau của BaTiO3 được chỉ ra trên hình 1.5  Hình 1.5: Sự phụ thuộc của độ phân cực tự phát vào nhiệt độ của BaTiO3 Điểm Curie và các chuyển pha trong vật liệu BaTiO3 sắt điện Một đặc tính khác của vật liệu sắt điện là nhiệt độ chuyển pha curie sắt điện Tc Khi nhiệt độ giảm xuống dưới điểm chuyển pha curie, trong vật liệu sắt điện xảy ra quá trình chuyển pha cấu trúc từ pha lập phương không