Nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt điện BaTiO3 tổ hợp BaTiO3/Fe3O4 có cấu trúc micro-nano phương pháp thủy phân nhiệt Hồ Thị Anh Trường Đại học Công nghệ Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật liệu linh kiện Nano Người hướng dẫn: TS Phạm Đức Thắng Năm bảo vệ: 2011 Abstract: Tổng quan chế tạo vật liệu sắt điện tổ hợp BaTiO3 có cấu trúc Micronano phương pháp thủy phân nhiệt: Vật liệu sắt điện; Phân cực tự phát chuyển pha BaTiO3; Hiện tượng điện trễ - Cấu trúc domain; Chuyển pha sắt điện – thuận điện nhiệt độ Curie sắt điện; Vật liệu sắt điện BaTiO3; Vật liệu sắt từ Fe3O4; Ứng dụng hạt nano từ Fe3O4 Tiến hành thực nghiệm chương trình: Hóa chất dụng cụ thí nghiệm; Tổng hợp BaTiO3; Tổng hợp vật liệu composit BaTiO3/Fe3O4; Các phương pháp khảo sát cấu trúc tinh thể cấu trúc vi mô; Các phương pháp nghiên cứu tính chất điện sắt điện Trình bày kết thảo luận về: Chế tạo vật liệu BaTiO3; Chế tạo vật liệu tổ hợp cấu trúc nano BaTiO3/Fe3O4 Keywords: Công nghệ Nano; Vật liệu Nano; Phương pháp thủy phân nhiệt; Vật liệu sắt điện Content MỞ ĐẦU Sắt điện loại vật liệu có đặc trưng trễ độ phân cực theo điện (điện trường) ngồi vật liệu có cấu trúc perovskite chiếm số lượng nhiều Perovskite, với công thức tổng quát ABO3, đặt theo tên nhà khoáng vật học người Nga Count Lev Aleksevich von Perovski (1792-1856) người tìm CaTiO3 lần vùng núi Ural (Cộng hòa Liên bang Nga) vào năm 1839 Trong số vật liệu sắt điện, barium titanate BaTiO3 vật liệu có số điện mơi lớn, dao động từ 1000 đến 2000 nhiệt độ 25oC lên đến giá trị 104 gần nhiệt độ Curie (nhiệt độ Curie BaTiO3 Tc = 120oC) BaTiO3 nhà khoa học giới quan tâm nghiên cứu bên cạnh tính chất thú vị trên, chúng sử dụng ngành công nghiệp điện, điện tử 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 Ceramic Capacitor) hay MLCC (Multilayer Ceramic Chip Capacitor), làm cảm biến, [3]-[5]… Bên cạnh đó, BaTiO3 dạng bột khối 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 Việc kết hợp Fe3O4 với BaTiO3 có khả tạo nên vật liệu tổ hợp với tính chất S.H Choi cộng chế tạo vật liệu compozit nano Fe3O4 bọc hạt BaTiO3 (kích thước 500 nm) phương pháp siêu âm Vật liệu compozit sau tạo viên nung thiêu kết nhiệt độ 950-1050°C cho giá trị độ thẩm điện môi ε lên tới 148,38-362,4 tần số 10 kHz, lực kháng từ (Hc) đạt 2920-3600 Oe, từ độ bão hòa Ms = 4,81-18,5 emu/g [6], độ hấp thụ sóng điện từ dải 13 GHz Trong xu hướng tìm kiếm loại vật liệu đa chức có hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp từ nhiều pha loại vật liệu khác nhau, điển vật liệu sắt điện, sắt từ, áp điện – từ giảo, Gần đây, T Adachi [12] công bố kết tổng hợp compozit Fe3O4-BaTiO3 cách nhiệt phân sol-khí (spray pyrolysis) nhiệt độ 800-900oC từ hỗn hợp dung dịch Ba(CH3COO)2, TiCl4 Fe(NO3)2 Vật liệu thu có kích thước hạt từ 200-1000 nm có từ độ bão hòa đo 57,7 emu/g với lực kháng từ 390 Oe Trong luận văn này, chúng tơi trình bày kết nghiên cứu chế tạo vật liệu BaTiO vật liệu composit BaTiO3/Fe3O4 từ dung dịch muối Fe2+, Fe3+, Ba2+ Ti3+ môi trường kiềm KOH phương pháp thuỷ nhiệt Đây phương pháp biết đến với nhiều ưu điểm dễ dàng kiểm soát thành phầ n các chấ t tham gia phản ứng, nhiê ̣t đô ̣ phản ứng thấ p, kích thước hạt đờ ng đều, hạt tạo có kích thước cỡ µm, độ tinh khiết sản phẩm cao[17] Luận văn với tiêu đề: „Nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt điện BaTiO3 tổ hợp BaTiO3/Fe3O4 có cấu trúc micro-nano phương pháp thủy phân nhiệt‟ gồm có chương sau: Chương Tổng quan Chương Thực nghiệm Chương Kết thảo luận Kết luận References Tiếng việt Nguyễn Hữu Đức (2003), “Vật lý chuyển pha”, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Hữu Đức (2003), "Vật lý tượng từ“, NXBĐHQG, Hà Nội Tiếng Anh A.J Moulson and J M Herbert (1990), Ferroelectric Ceramics : Processing, properties and applications, Chapman and Hall, London B D Cullity (1972), „Introduction to Magnetic Material‟, Addison – Wesley Puslishing Company, pp 181 D.J Taylor (2000), Handbook of thin film devices: Ferroelectric film devices, Academic Press, San Diego, Vol H.K Park, S.H Choi, J.H Oh, T Ko (2004), “Preparation and characteristics of a magnetic–dielectric (Fe3O4/BaTiO3) composite by ferrite plating with ultrasound irradiation” Phys Stat Sol (b) 241, No7, pp 1693-1696 H-T Jeng and G Y Guo (2002), “First-principles investigations of the electronic structure and magnetocrystalline anisotropy in strained magnetite Fe 3O4”, Phys Rev B, 65, 094429 Lefebure S, Dubois E, Cabuil V, Neveu S and Massart R (1998), J Mater Res, 13, pp 2975 Massart R (1981), IEEE Trans Magn MAG, 17, pp 1247 10 Micheal Z C Hu et al (2000), Powder Technology, Vol 110 I 1-3, , pp 2-14 11 Pankhurst, Q.A., J Connolly, S.K Jones, and J Dobson, J Phys (2003) D,„ Appl Phys.„, 36 pp 167 12 Papell S S In U S Patent, 1965; Vol 3; pp215 13 R C O‟ Handley (2000), „Modern Magnetic Materials‟, John Wiley and Sons, NewYork 14 R M Cornell and U.Schwertmann (1996),‟ The iron Oxides’, Wiley 15 Rosensweig R E, Nestor J W and Timmins R S (1965), in Mater Assoc Direct Energy Convers Proc Sym AIChE-I Chem Eng Ser.5, pp104 16 T Adachi, N Wakiya, N Sakamoto, O Sakurai, K Shinozaki, H Suzuki (2009), “Spray pyrolysis of Fe3O4-BaTiO3 composite particles” J Am Ceram Soc., 92 [S1], pp.177-180 17 S.Guillemet-Fritsch, et al (2005), “Hydrothermal synthesis of nanosized BaTiO3 powders and dielectric properties of corresponding ceramic”, European Ceramic Society, Vol 25, pp.2749- 2753 18 W C Elmore (1938) Ferromagnetic colloid for studying msgnetic structure Phys.Rev, 54, pp 309 19 W Voit, D K Kim, W Zapka, M Muhammed, K V Rao (2001), “Magnetic behavior of coated superparamagnetic iron oxide nanoparticles in ferrofluids”, Mat Res Soc Symp Proc, Vol 676, Y7.8.1-Y7.8.6.39 20 Y Sakabe et al, (2005) “Dielectric properties of nano crystalline BaTiO3 synthesized by micro-emulsion method”, J European Ceramic Society, Vol 25, 2739-2742 21 Yuhuan Xu (1991), “Ferroelectric Materials and Their Applications”, NorthHolland Amsterdam-London-New York Tokyo ... hạt tạo có kích thước cỡ µm, độ tinh khiết sản phẩm cao[17] Luận văn với tiêu đề: Nghiên cứu chế tạo vật liệu sắt điện BaTiO3 tổ hợp BaTiO3/ Fe3O4 có cấu trúc micro-nano phương pháp thủy phân nhiệt ... vật liệu đa chức có hướng nghiên cứu chế tạo vật liệu tổ hợp từ nhiều pha loại vật liệu khác nhau, điển vật liệu sắt điện, sắt từ, áp điện – từ giảo, Gần đây, T Adachi [12] công bố kết tổng hợp. .. Fe3O4 với BaTiO3 có khả tạo nên vật liệu tổ hợp với tính chất S.H Choi cộng chế tạo vật liệu compozit nano Fe3O4 bọc hạt BaTiO3 (kích thước 500 nm) phương pháp siêu âm Vật liệu compozit sau tạo viên