Đang tải... (xem toàn văn)
Nghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp MnNghiên cứu chế tạo và tính chất từ của mẫu bột BiFeO3 pha tạp Mn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HOÀNG THỊ LỆ THUỶ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA MẪU BỘT BiFeO3 PHA TẠP Mn LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Thái Nguyên, năm 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HOÀNG THỊ LỆ THUỶ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA MẪU BỘT BiFeO3 PHA TẠP Mn Nghành: VẬT LÝ CHẤT RẮN Mã số: 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM MAI AN Thái Nguyên, năm 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn cơng trình nghiên cứu tơi nhóm nghiên cứu hướng dẫn TS Phạm Mai An Các kết số liệu luận văn nhóm chúng tơi thực hiện, hồn tồn trung thực khơng trùng lặp với cơng trình cơng bố Ngày… tháng… năm 2018 Tác giả luận văn HOÀNG THỊ LỆ THUỶ Xác nhận Xác nhận Trưởng khoa chuyên môn Người hướng dẫn khoa học TS CAO TIẾN KHOA TS PHẠM MAI AN i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin bày tỏ kính trọng biết ơn sâu sắc đến TS Phạm Mai An, Khoa Vật lý – Trường Đại học sư phạm Thái Nguyên, thầy người trực tiếp hướng dẫn suốt thời gian qua Thầy tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành tốt luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Vật lý phòng Sau đại học Trường Đại học sư phạm Thái Nguyên, tạo điều kiện tốt để hồn thành khố học trường Tơi xin chân thành cảm ơn thầy làm việc Phòng thí nghiệm Siêu cấu trúc – Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương, ThS Phạm Anh Sơn làm việc Phòng thí nghiệm Hố học – trường Đại học Khoa học Tự Nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội, TS Lê Anh Tuấn làm việc Viện Tiên tiến khoa học công nghệ – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ thực phép đo đơn vị Lời cảm ơn cuối cùng, dành để cảm ơn tới bố mẹ, anh chị em người thân gia đình động viên tạo điều kiện tốt mặt giúp tơi hồn thành luận văn Thái Ngun, tháng năm 2018 Tác giả luận văn HOÀNG THỊ LỆ THUỶ ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH VẼ vi MỞ ĐẦU 1 Lý chọ đề tài Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài 3 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn Chương TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU MULTIFERROIC BFO 1.1 Cấu trúc tính chất vật liệu perovskite 1.1.1 Cấu trúc perovskite 1.1.2 Tính chất vật liệu perovskite 1.2 Cấu trúc tinh thể BiFeO3 1.3 Tính chất từ vật liệu BiFeO3 1.4 Ảnh hưởng kích thước lên tính chất vật liệu BiFeO3 11 1.5 Ảnh hưởng ion tạp chất nhóm 3d lên cấu trúc tính chất từ vật liệu BiFeO3 14 1.6 Phương pháp Sol - gel chế tạo vật liệu……………………………… 21 Kết luận chương 21 Chương PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA MẪU BỘT NANO BiFe1-xMnxO3 23 iii 2.1 Phương pháp chế tạo mẫu bột BiFe1-xMnxO3 23 2.2 Các phương pháp thực nghiệm nghiên cứu cấu trúc tính chất từ mẫu 25 2.2.1 Phép đo nhiễu xạ tia X 25 2.2.2 Chụp ảnh hiển vi điện tử quét 28 2.2.3 Khảo sát đường cong từ trễ từ kế mẫu rung VSM 29 Kết luận chương 31 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu bột BiFe1-xMnxO3 32 3.2 Ảnh SEM hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 39 3.3 Đặc trưng từ trễ mẫu bột BiFe1-xMnxO3 40 Kết luận chương 45 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 iv DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Tiếng Việt BFO Bismuth ferrite – BiFeO3 SEM Kính hiển vi điện tử quét PTCR Hiệu ứng nhiệt điện trở dương VSM Từ kế mẫu rung XRD Nhiễu xạ tia X CMR Hiệu ứng từ điện trở siêu khổng lồ HT Phương pháp thủy nhiệt SG Phương pháp sol – gel FM Sắt từ AFM Phản sắt từ EDX/EDS Phổ tán sắc lượng tia X iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 3.1 Các thông số cấu trúc hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 37 Bảng 3.2 Giá trị từ độ dư Mr, từ độ bão hòa MS lực kháng từ hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 khảo sát nhiệt độ phòng 43 v DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1 Cấu trúc perovskite lý tưởng (a) xếp bát diện cấu trúc perovskite lý tưởng (b) [7], [38] Hình 1.2 Cấu trúc mặt thoi vật liệu BiFeO3 [5], [52] Hình 1.3 Cấu trúc sở tinh thể BiFeO3 dạng lục giác giả lập phương xây dựng nhóm khơng gian R3C [26]………………………… Hình 1.4 (a) Trật tự phản sắt từ kiểu G; (b) Momen sắt từ yếu gây nghiêng spin tương tác D - M; (c) Cấu trúc sóng spin [5], [43] 10 Hình 1.5 Giản đờ pha Bi2O3 - Fe2O3 [7], [44] 11 Hình 1.6 Sự phụ thuộc tính chất từ vào kích thước hạt nano BFO: a) đường cong từ trễ [8], [51]; b) nhiệt độ chuyển pha TN [8], [49] 13 Hình 1.7 Phở nhiễu xạ tia X hệ mẫu BiFe1-xCrxO3 (a x = 0,00; b x = 0,05; c x = 0,10) [40] 15 Hình 1.8 Sự chuyển cấu trúc tinh thể hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (BM-5; BM-10; BM-15) [28] 16 Hình 1.9 Phở nhiễu xạ tia X hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (BM-5; BM-10; BM-15) [28] 16 Hình 1.10 Phổ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (x = 0,10; x = 0,15; x = 0,20) [12] 17 Hình 1.11 Đường cong từ trễ hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (BM-5; BM-10; BM15) [28] 18 Hình 1.12 Đường cong từ trễ hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (x = 0,00; 0,025; 0,05; 0,075) [22] 18 Hình 1.13 Giản đờ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 19 (a x = 0,00; b x = 0,02; c x = 0,04; d x = 0,06; e x = 0,08; f x = 0,10) 19 Hình 1.14 Sự phụ thuộc từ độ M vào từ trường H hệ mẫu BiFe1xMnxO3 (x = 0,00; 0,02; 0,04; 0,06; 0,08; 0,10) khảo sát nhiệt độ phòng 20 vi Hình 2.1 Sơ đờ quy trình chế tạo hạt nano BiFe1-xMnxO3 24 Hình 2.2 Quá trình khuấy gia nhiệt 24 Hình 2.3 Mẫu bột nano BiFe1-xMnxO3 24 Hình 2.4 Sơ đờ ngun lý nhiễu xạ tia X tinh thể 26 Hình 2.5 Thiết bị đo X-ray D8 Advance Brucker 27 Hình 2.6 Sơ đờ cấu tạo nguyên tắc hoạt động hiển vi điện tử quét (SEM) [6] 29 Hình 2.7 Sơ đồ cấu tạo hệ đo từ kế mẫu rung [3] 30 Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu BiFeO3 32 Hình 3.2 Giản đờ nhiễu xạ tia X mẫu BiFe0,95Mn0,05O3 33 Hình 3.3 Giản đờ nhiễu xạ tia X mẫu BiFe0,945Mn0,055O3 33 Hình 3.4 Giản đờ nhiễu xạ tia X mẫu BiFe0,94Mn0,06O3 34 Hình 3.5 Giản đờ nhiễu xạ tia X mẫu BiFe0,935Mn0,065O3 34 Hình 3.6 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu BiFe0,93Mn0,07O3 35 Hình 3.7 Giản đờ nhiễu xạ tia X hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) 36 Hình 3.8 Ảnh SEM hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) 39 Hình 3.9 Đường cong từ trễ mẫu BiFeO3 41 Hình 3.10 Đường cong từ trễ mẫu BiFe0,95Mn0,05O3 41 Hình 3.11 Đường cong từ trễ mẫu BiFe0,945Mn0,055O3 41 Hình 3.12 Đường cong từ trễ mẫu BiFe0,94Mn0,06O3 41 Hình 3.13 Đường cong từ trễ mẫu BiFe0,935Mn0,065O3 41 Hình 3.14 Đường cong từ trễ mẫu BiFe0,93Mn0,07O3 41 Hình 3.15 Sự phụ thuộc từ độ M vào từ trường H hệ mẫu BiFe1xMnxO3 (x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) khảo sát nhiệt độ phòng 42 Hình 3.16 Đờ thị biểu diễn phụ thuộc từ độ bão hòa MS vào tỉ lệ pha tạp (x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) 44 vii 3.2 Ảnh SEM hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 a) x = 0,00 b) x = 0,05 c) x = 0,055 d) x = 0,06 e) x = 0,065 f) x = 0,07 Hình 3.8 Ảnh SEM hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 (x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) 39 Chúng tiến hành đo SEM để xác định đặc trưng hình thái học mẫu Hình 3.8 thể ảnh SEM hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 với tỉ lệ pha tạp Mn x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07 Quan sát ảnh SEM cho thấy, tất mẫu hạt khơng đờng hình dạng kích thước Cụ thể, mẫu khơng pha tạp Mn hình thành đám hạt phân biệt hạt kích thước hạt thay đởi đáng kể, hạt có kích thước từ vài nm đến 700 nm Ở mẫu pha tạp Mn hình thành đám hạt kết đám khơng rõ ràng, hình dạng kích thước hạt đờng so với mẫu khơng pha tạp Mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,05 hạt có kích thước từ vài nm đến 500 nm, mẫu x = 0,055 hạt có kích thước từ khoảng 10 nm đến 100 nm, mẫu x = 0,06 hạt có kích thước từ vài nm đến 200 nm, mẫu x = 0,065 hạt có kích thước từ vài nm đến 300 nm, mẫu x = 0,07 hạt có kích thước từ vài nm đến 700 nm Mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,05 có kích thước hạt nhỏ, hình dạng kích thước hạt đồng so với mẫu pha tạp khác Mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,07 có hình dạng kích thước hạt đồng so với mẫu pha tạp khác Các mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,055; 0,06; 0,065 có độ pha mẫu x = 0,055 có hình dạng kích thước hạt đờng kết đám So với nghiên cứu [8] tác giả Vũ Thị Tuyết, hình dạng kích thước hạt mẫu đồng hơn, lại tạo hạt nhỏ có kích thước chỉ vài nm Sự thay đởi kích thước hạt đờng hình dạng kích thước hạt ảnh hưởng đến tính chất vật lý vật liệu 3.3 Đặc trưng từ trễ mẫu bột BiFe1-xMnxO3 Để khảo sát tính chất từ hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 với tỉ lệ pha tạp x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07, tiến hành khảo sát chu trình từ trễ để nghiên cứu phụ thuộc từ độ vào từ trường ngồi nhiệt độ phòng dải từ trường từ -20 kOe đến 20 kOe tất mẫu Đường cong từ trễ (VSM) mẫu trình bày hình 3.9 đến hình 3.14 40 0.125 0.8 0.075 §é tõ hãa M (emu/g) §é tõ hãa M (emu/g) 0.100 0.050 0.025 x = 0,00 0.000 -0.025 -0.050 -0.075 -0.100 -0.125 -20000-15000-10000 -5000 0.6 0.4 0.2 x = 0,05 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -20000-15000-10000 -5000 5000 10000 15000 20000 5000 10000 15000 20000 Tõ tr-êng H (Oe) Tõ tr-êng K (Oe) Hình 3.9 Đường cong từ trễ Hình 3.10 Đường cong từ trễ mẫu BiFeO3 mẫu BiFe0,95Mn0,05O3 1.0 1.0 §é tõ hãa M (emu/g) §é tõ hãa M (emu/g) 1.5 0.5 x = 0,055 0.0 -0.5 -1.0 -1.5 0.5 x = 0,06 0.0 -0.5 -1.0 -20000-15000-10000 -5000 5000 10000 15000 20000 -20000-15000-10000 -5000 5000 10000 15000 20000 Tõ tr-êng H (Oe) Tõ tr-êng H (Oe) Hình 3.11 Đường cong từ trễ Hình 3.12 Đường cong từ trễ mẫu BiFe0,945Mn0,055O3 mẫu BiFe0,94Mn0,06O3 0.8 §é tõ hãa M (emu/g) §é tõ hãa M (emu/g) 1.5 1.0 0.5 x = 0,065 0.0 -0.5 -1.0 0.6 0.4 0.2 x = 0,07 0.0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.5 -20000-15000-10000 -5000 5000 10000 15000 20000 -20000-15000-10000 -5000 5000 10000 15000 20000 Tõ tr-êng H (Oe) Tõ tr-êng H (Oe) Hình 3.13 Đường cong từ trễ Hình 3.14 Đường cong từ trễ mẫu BiFe0,935Mn0,065O3 mẫu BiFe0,93Mn0,07O3 Để thuận lợi cho việc so sánh kết mẫu, chu trình từ trễ 41 hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 tởng hợp hình 3.15 1.6 1.4 1.2 1.0 §é tõ hãa M (emu/g) 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 x = 0,00 x = 0,05 x = 0,055 x = 0,06 x = 0,065 x = 0,07 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1.0 -1.2 -1.4 -1.6 -20000 -15000 -10000 -5000 5000 10000 15000 20000 Tõ tr-êng H (Oe) Hình 3.15 Sự phụ thuộc từ độ M vào từ trường ngoài H hệ mẫu BiFe1xMnxO3 (x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) khảo sát nhiệt độ phòng Quan sát kết đo phụ thuộc từ độ vào từ trường hệ mẫu BiFe1-xMnxO3, nhận thấy tất mẫu thể tính chất sắt từ Tuy nhiên mẫu khơng pha tạp thể tính sắt từ yếu, giá trị đặc trưng từ độ bão hòa MS, từ dư Mr lực kháng từ HC nhỏ, cụ thể MS = 0,106167 emu/g, Mr = 0,001414 emu/g, HC = 0,063719 Oe Khi pha tạp Mn cách thay phần Fe3+ Mn tính chất từ hệ mẫu thay đởi Cụ thể, chu trình từ trễ mẫu pha tạp đường cong từ trễ mở rộng so với mẫu không pha tạp, giá trị đặc trưng từ độ bão hòa MS, từ dư Mr lực kháng từ HC tăng Các mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,055; 0,06; 0,05; 0,07; 0,065 có MS theo thứ tự giảm dần Giải thích cho giảm MS chúng tơi cho 42 kích thước hạt tăng, kết đám hạt xuất pha thứ cấp Bi2Fe4O9 làm giảm MS vật liệu Giả thiết chúng tơi có tương tự với nghiên cứu trước chỉ kích thước hạt giảm làm cho từ độ vật liệu tăng [29] Trong tất mẫu nghiên cứu mẫu BiFe0,945Mn0,055O3 có giá trị từ độ bão hòa lớn với từ độ bão hòa MS = 1,484 emu/g, từ dư Mr = 0,2166 emu/g, lực kháng từ HC = 65,846 Oe Các đặc trưng đường cong từ trễ mẫu BiFe1-xMnxO3 thống kê bảng 3.2 Bảng 3.2 Giá trị từ độ dư Mr, từ độ bão hòa MS lực kháng từ hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 khảo sát nhiệt độ phòng Tỉ lệ pha tạp (x) Mr (emu/g) MS (emu/g) HC (Oe) 0,00 0,001414 0,106167 0,063719 0,05 0,078117 0,818889 61,296 0,055 0,216601 1,484 65,846 0,06 0,120110 0,983375 103,780 0,065 0,043419 0,622529 57,453 0,07 0,078955 0,751050 93,967 Kết nghiên cứu phù hợp với nghiên cứu [8], [22], [28], [47], từ độ bão hòa hệ mẫu BFO tăng pha tạp Tuy nhiên, tỉ lệ pha tạp cho giá trị từ độ bão hòa lớn khơng hồn tồn thống với kết tác giả khác Ví dụ, kết nghiên cứu [28] cho thấy từ độ bão hòa có giá trị lớn 0,35 emu/g với tỉ lệ pha tạp x = 0,15 Trong nghiên cứu [22], từ độ mẫu có tỉ lệ pha tạp x = 0,05 có giá trị lớn 0,02 emu/g H = kOe chưa đạt tới giá trị từ độ bão hòa Trong nghiên cứu [47], từ độ bão hòa có giá trị lớn 0,35 emu/g với tỉ lệ pha tạp x = 0,3 Trong nghiên cứu [8] tác giả Vũ Thị Tuyết nhận thấy từ độ bão hòa có giá trị lớn 6,23 emu/g với tỉ lệ pha tạp x = 0,06 Giá trị từ độ bão hòa nghiên cứu lớn so với nghiên cứu nghiên cứu khác Điều mẫu nghiên cứu [8] tờn pha sắt từ Fe2O3, Fe3O4 với tỉ 43 lệ nhỏ mà khó xác định được, nguyên nhân cần có nghiên cứu để làm rõ Để quan sát rõ ảnh hưởng tỉ lệ pha tạp lên tính chất từ hệ vật liệu BFO pha tạp Mn, biểu diễn phụ thuộc từ độ bão hòa vào tỉ lệ pha tạp x hình 3.16 1.6 1.4 1.2 MS(emu/g) 1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 -0.01 0.00 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 Tỉ lệ pha tạp x Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc từ độ bão hòa MS vào tỉ lệ pha tạp (x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07) Nguyên nhân dẫn tới thay đởi tính chất từ mẫu BiFe1-xMnxO3 thay ion Fe3+ Mn2+ làm triệt tiêu spin xoắn, hình thành cấu trúc spin đờng [7] Nhờ đó, khả từ hóa tiềm ẩn cấu trúc spin xoắn ban đầu giải phóng, làm cho giá trị từ độ dư tăng lên đáng kể Một nguyên nhân khác kể tới tồn đồng thời hỗn hợp ion Fe2+ Fe3+ thành phần mẫu Nó coi nguyên nhân gây trật tự sắt từ vật liệu BFO tương tác trao đổi ion Fe2+ Fe3+ thông qua anion ôxy [7] Khi tỉ lệ pha tạp tăng lên, cấu trúc mạng tinh thể chuyển pha, làm 44 thay đởi tỉ lệ ion Fe2+ Fe3+ mẫu Có thể lượng ion Fe2+ tăng lên, dẫn tới tăng tương ứng pha sắt từ Căn vào giản đồ nhiễu xạ tia X, kết đo SEM, chu trình từ trễ mẫu, lý giải từ độ bão hòa mẫu bị ảnh hưởng bởi: độ pha mẫu, kiểu cấu trúc tinh thể, kích thước đờng hạt Kết luận chương Từ kết thu được, rút kết luận: Khi pha tạp Mn vào mạng chủ BiFeO3 với tỉ lệ khác cấu trúc tinh thể thay đởi Với mẫu có tỉ lệ pha tạp x = 0,00; 0,055; 0,06; 0,065 pha thứ cấp loại bỏ gần hoàn toàn Tiến hành đo SEM kết cho thấy, tất mẫu, hạt khơng đờng hình dạng kích thước Ở mẫu khơng pha tạp Mn hình thành đám hạt phân biệt hạt kích thước hạt thay đởi đáng kể Ở mẫu pha tạp Mn hình thành đám hạt kết đám không rõ ràng kích thước hạt so với mẫu khơng pha tạp Chúng nhận thấy pha tạp Mn (thay phần Fe3+ Mn), tính chất từ hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 thay đổi Các giá trị đặc trưng từ độ bão hòa MS, từ dư Mr lực kháng từ HC tăng so với mẫu khơng pha tạp Trong đó, mẫu BiFe0,945Mn0,055O3 có giá trị từ độ bão hòa lớn với từ độ bão hòa MS = 1,484 emu/g, từ dư Mr = 0,2166 emu/g, lực kháng từ HC = 65,846 Oe 45 KẾT LUẬN Trong luận văn này, thu số kết sau: Nghiên cứu áp dụng thành cơng quy trình chế tạo mẫu bột BiFeO3 phương pháp sol – gel sử dụng acid nitric acid citric Chế tạo thành công mẫu bột BiFe1-xMnxO3 với tỉ lệ pha tạp Mn x = 0,00; 0,05, 0,055; 0,06; 0,065; 0,07 Nghiên cứu ảnh hưởng thay phần Fe3+ Mn2+ lên cấu trúc tinh thể mẫu BFO Kết quả: - Cấu trúc tinh thể mẫu pha tạp thay đổi so với mẫu không pha tạp Các mẫu có độ đơn pha cao - Nghiên cứu ảnh hưởng tạp Mn lên tính chất từ mẫu BFO Kết cho thấy từ độ mẫu phụ thuộc mạnh vào tỉ lệ tạp Mẫu khơng pha tạp có từ độ thấp Trong mẫu pha tạp mẫu BiFe0,945Mn0,055O3 có từ độ bão hòa lớn Kiến nghị hướng nghiên cứu tiếp theo: Nghiên cứu ảnh hưởng thay Mn lên tính chất điện, hoạt tính quang xúc tác vật liệu BFO Nghiên cứu chế tạo mẫu BiFe1- xMnxO3 phương pháp sol-gel sử dụng chất khác so sánh đặc trưng cấu trúc, tính chất mẫu để xác định quy trình tối ưu Chế tạo nghiên cứu tính chất vật liệu BFO pha tạp kim loại chuyển tiếp khác nhóm 3d Cr, Co, Ni,… Chế tạo nghiên cứu tính chất mẫu BFO đồng pha tạp nguyên tố đất kim loại chuyển tiếp nhóm 3d 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO Danh mục tài liệu tiếng Việt: Nguyễn Văn Đăng (2012), Chế tạo nghiên cứu tính chất điện từ perovskite ABO3 (BaTi1-xFexO3 BaTi1-xMnxO3), Luận án tiến sĩ vật lý, Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội Nguyễn Hữu Đức (2008), “Vật liệu từ cấu trúc nano điện tử học spin”, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội, 298 trang PGS.TS Nguyễn Ngọc Long (2007), Vật lý chất rắn, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Vương Thị Kim Oanh, “Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ hạt nano Fe3O4 chất lượng cao định hướng cho số ứng dụng y sinh”, Luận án tiến sĩ khoa học vật liệu, Hà Nội, 2016, 185 trang Đào Việt Thắng (2017), “Chế tạo vật liệu BiFeO3, pha tạp nghiên cứu số tính chất”, Luận án tiến sĩ, Khoa Vật lý, ĐH Sư Phạm Hà Nội, Hà Nội Nguyễn Thị Thủy (2014), Nghiên cứu tính chất điện, từ số perovskite nhiệt điện, Luận án tiến sĩ vật lý, Khoa Vật lý, ĐH Khoa học Tự Nhiên, ĐHQGHN, Hà Nội Lưu Hoàng Anh Thư (2014), “Chế tạo nghiên cứu vật liệu BiFeO3 pha tạp ion đất hiếm’’, Luận văn thạc sĩ khoa học, Khoa Vật lý, ĐH Khoa học Tự Nhiên ĐHQGHN, Hà Nội Vũ Thị Tuyết (2017), “Chế tạo nghiên cứu tính chất điện từ hạt nano BiFe1-xMnxO3”, Luận văn thạc sĩ khoa học vật chất, Khoa Vật lý, ĐH Sư Phạm, ĐH Thái Nguyên, Thái Nguyên Ngô Hồ Quang Vũ (2010), Giới thiệu phương pháp SEM, TP Hờ Chí Minh Danh mục tài liệu tiếng Anh: 10 Alokmishra (2009), "Mechanosynthesis and characterization of Bi 1xGdxFeO3 multiferroic materials", Doctor of Philosophy 47 11 Annapu Reddy.V, N.P Pathak, R Nath, “Particle size dependent magnetic properties and phase transitions in multiferroic BiFeO3 nano- particles”, Journal of Alloys and Compounds 543 (2012), 206–212 12 Azia Wahida Aziz and Noor Haida Mohd Kaus* School of Chemical Sciences Universiti Sains Malaysia 11800, “Structural, morphological, and optical properties of Mn-doped BiFeO3 nanoparticle-based polysaccharides” 13 Biasotto G et al., “Thickness-dependent piezoelectric behaviour and dielectric properties of lanthanum modified BiFeO3 thin films”, Processing and Application of Ceramics (2011) 31–39 14 Binek C and Doudin B (2005), "Magnetoelectronics with magnetoelectrics", J Phys: Cond Mat 17, pp L39–L44 15 Catalan G and Scott J.F (2009), "Physics and Applications of Bismuth Ferrite", Adv Mater 21(24), pp 2463-2485 16 Cazayous M., Gallais Y., Sacuto A., de Sousa R., Lebeugle D., and Colson D (2008), "Possible Observation of Cycloidal Electromagnons in BiFeO3", Phys Rev Lett 101, pp 037601 17 Cheng et al., “Thickness-dependent magnetism and spin-glass behaviors in Compressively strained BiFeO3 thin films”, Appl Phys Lett.98, 242502 (2011) 18 Cheng Z X et al (2008), “Structure, ferroelectric properties, and magnetic properties of the La – doped bismuth ferrite”, J Appl Phys, 103, 07E507 19 Chu Y.-H., Martin L.W., Holcomb M.B., and Ramesh R (2007), "Controlling magnetism with multiferroics", Mater Today 10(10), pp 16-23 20 Daniel Khomskii (2009), “Coupled electricity and magnetism: multiferroics and beyond”, Physics (Trends), 2, pp 20 – 27 21 Fiebig M., Lottermoser T., Frohlich D., Goltsev A.V., and Pisarev R.V (2002), "Observation of coupled magnetic and electric domains", Nature 419, pp 818-820 48 22 Ghanshyam A., Ashwani K., Mast R., and Nainjeet S N (2003), “Structural, dielectric, ferroelectric and magnetic properties of Mn-dope BiFeO3 nanoparticles synthesized by sol-gel method”, Internationa Journal of Advances in Engineering and Technology, Vol.5, Issue 2, pp 245-252 23 Kim A.Y., Han S.H., Kang H.W., Lee H.G., Kim J.S., and Cheon C.I (2012), "Dielectric and magnetic properties of BiFeO3 ceramics prepared by hydrothermal synthesis", Ceram Int 38, pp S397-S401 24 Kimura T., Kawamoto S., Yamada I., Azuma M., Takano M., and Tokura Y (2003), "Magnetocapacitance effect in multiferroic BiMnO3", Phys Rev B 67, pp 180401 25 Kumar M., Yadav K.L., and Varma G.D (2008), "Large magnetization and weak polarization in sol–gel derived BiFeO3 ceramics", Mater Lett 62, pp 1159-1161 26 Lazenka V V., Zhang G., Vanacken J., Makoed I I., Ravinski A F and Moshchalkov V V (2012), “Structural transformation and magnetoelectric behavior in Bi1-xGdxFeO3 multiferroics”, J Phys D: Appl Phys., 45, 125002 27 Lebeugle D., Colson D., Forget A., Viret M., Bonville P., Marucco J.F., and Fusil S (2007), "Room-temperature coexistence of large electric polarization and magnetic order in BiFeO3 single crystals", Phys Rev B 76, pp 024116 28 Manoj Kumar, Subhash Chander K.atyal, Mukesh Jewariya, Kanhaiya Lal Yadav (2012), “Multiferroic, Magnetoelectric and Optical Properties of Mn Doped BiFeO3 Nanoparticles”, Solid State Communications 152 (2012), pp 525–529 29 Maurya D., Thota H., Nalwa K.S., and Garg A (2009), "BiFeO3 ceramics synthesized by mechanical activation assisted versus conventional solid-statereaction process: A comparative study", J Alloy Compd 477, pp 780-784 49 30 Mehedi Hasan et al., “Size dependent magnetic and electrical properties of Ba-doped nanocrystalline BiFeO3”, AIP Advances 6, 035314 (2016) 31 Moreau J.M., michel C., Gerson R., and James W.J (1971), "Ferroelectric diffraction BiFeO3 X-ray and neutron study", J Phys Chem Solids 32, pp 1315-1320 32 Nguyen Van Minh and Dao Viet Thang (2010), “Dopant effects on the structural, optical and electromagnetic properties in multiferroic Bi1-xYxFeO3 ceram- ics”, J Alloys Compd 505, pp 619-622 33 Pattanayak S., Choudhary R N P and Piyush R D (2014), “Effect of Sm – Substitution on Structural, Electrical and Magnetic Properties of BiFeO 3”, Electron Mater Lett., 10(1), pp 165 – 172 34 Rajasree Das, “Study of Magnetic, Ferroelectric and Magnetoelectric properties in bulk and nanostructured Multiferroics”, Thesis submitted for the degree of Doctor of Philosophy (Science) in Physics (Experimental), Department of Physics, University of Calcutta, Kolkata, India, 2013, 189 p 35 Rajeev Ranjan (2008), “Subtle Structural Distortions in Some Dielectric Perovskites”, Journal of the Indian Institute of Science, 88(2), pp 211 36 Ravindran P., Vidya R., Kjekshus A., Fjellvåg H., and Eriksson O (2006), "Theoretical investigation of magnetoelectric behavior in BiFeO3", Phys Rev B 74, pp 224412 37 Reddy.V, N.P Pathak, R Nath, “Particle size dependent magnetic properties and phase transitions in multiferroic BiFeO3 nano- particles”, Journal of Alloys and Compounds 543 (2012), 206–212 38 Rowe D M (1995), CRC Handbook of thermoelectrics, CRC Press 39 Rusakov V.S., Pokatilov V.S., Sigov A.S., Matsnev M.E., Gapochka A.M (2016), “Spatial Spin-Modulated Structure and Hyperfine Interactions of Fe Nuclei in Multiferroics BiFe1–xTxO3 (T = Sc, Mn; x = 0, 0.05)”, Physics of the Solid State, 2016, Vol 58, No 1, pp 102–107 50 40 Samar Layek, Santanu Saha, and H C Verma (2013), Department of Physics, Indian Institute of Technology, Kanpur, 208016, India, “Preparation, structural and magnetic studies on BiFe1–xCrxO3 (x = 0.0, 0.05 and 0.1) multiferroic nanoparticles” 41 Schmid H (1994), "Multiferroic Magnetoelectrics", Ferroelectrics 162, pp 317-338 42 Scott J.F., Singh M.K., and Katiyar R.S (2008), "Critical phenomena at the 140 and 200 K magnetic phase transitions in BiFeO3", J Phys.: Condens Matter 20(32), pp 322203 43 Selbach S.M (2009), "Structure, stability and phase transitions of multiferroic BiFeO3", Doctor of philosophy 44 Shengzhen Cai (2013), Bismuth-containing multiferroics: Synthesis,structure and magnetic properties, Master of Science Thesis in the Masters Degree Programme Materials and Nanotechnology, Department of Chemical and Biological Engineering, Chalmers University Of Technology, Gothenburg, Sweden 45 Shun Li, “Synthesis and Functional Properties of BiFeO3 and Bi2FeCrO6 based Nanostructures and Thin Films”, Thèse présentée pour l’obtention du grade de Philosophiae Doctor (Ph.D.) en Sciences de l’énergie et des matériaux, Université de Québec, Institut National de la Recherche Scientifique, Énergie Matériaux Télécommunications, 2014, 219 p 46 Sosnowska I., Peterlin-Neumaier T and Steichele E (1982), “Spiral magnetic ordering in bismuth ferrite”, J Phys C: Solid State Phys., 15, pp 4835 47 Srinivas V., Raghavender A.T., and Vijaya Kumar K (2016), “Structural and Magnetic Properties of Mn Doped BiFeO3 Nanomaterials”, Physics Research International, Volume 2016, Article ID 4835328, pages 48 Suresh P and Srinath S (2014), "Study of structure and magnetic properties of rare earth doped BiFeO3", Physica B 448, pp 281-284 51 49 Sverre M Selbach, Thomas Tybell, Mari-Ann Einarsrud, and Tor Grande, “Size-Dependent Properties of Multiferroic BiFeO3 Nanoparticles”, Chem Mater.2007,19 ,6478–6484 50 Tetsuya Hasegawa and Chikamatsu A (2014), "Topotactic Fluorination of Perovskite Manganese Oxide Thin Films", Department of Chemistry, School of Science, The University of Tokyo 7-3-1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo 113-0033, Japan 51 T.-J Park, G C Papaefthymiou, A J Viescas, A R.Moodenbaugh, and S Wong, “Size-Dependent Magnetic Properties of Single-Crystalline Multiferroic BiFeO3 Nanoparticles”, Nano Letters, 2007, 7(3), 766-772 52 Wang J., Neaton J.B., Zheng H., Nagarajan V., Ogale S.B., Liu B., Viehland D., Vaithyanathan V., Schlom D.G., Waghmare U.V., Spaldin N.A., Rabe K.M., Wuttig M., and Ramesh R (2003), "Epitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures", Science 299, pp 1719 - 1722 53 Wei J., Xue D., and Xu Y (2008), "Photoabsorption characterization and magnetic property of multiferroic BiFeO3 nanotubes synthesized by a facile sol–gel template process", Scripta Mater 58, pp 45-48 54 Xiaofei BAI, “Size and doping effect on the structure, transitions and optical properties of multiferroic BiFeO3 particles for photocatalytic applications”, These de doctorat, Université Paris-Saclay, 2016, 198 page 55 Yang Y., Sun J.Y., Zhu K., Liu Y.L., and Wan L (2008), "Structure properties of BiFeO3 films studied by micro-Raman scattering", J Appl Phys 103(9), pp 093532 56 Zhang X et al (2007), “Effect of Eu substistution on the crystal structure and multiferroic properties of BiFeO3”, Journal of Alloys and Compounds, 507, pp 157 – 161 57 Zhou J.P., Yang R.L., Xiao R.J., Chen X.M., and Deng C.Y (2012), "Structure and phase transition of BiFeO3 cubic micro-particles prepared by 52 hydrothermal method", Mater Res Bull 47, pp 3630-3636 53 ... trúc tính chất từ hệ mẫu chế tạo Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: - Vật liệu BiFeO3 dạng mẫu bột, vật liệu BiFeO3 pha tạp Mn Phạm vi nghiên cứu: Cấu trúc tính chất từ mẫu bột. .. tính chất từ mẫu bột BiFeO3 pha tạp Mn ’ Mục tiêu, nhiệm vụ đề tài Mục tiêu: Chế tạo nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ tạp Mn lên tính chất từ mẫu bột BiFe1-xMnxO3 Đề tài có nhiệm vụ cụ thể sau: Chế tạo. .. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HOÀNG THỊ LỆ THUỶ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA MẪU BỘT BiFeO3 PHA TẠP Mn Nghành: VẬT LÝ CHẤT RẮN Mã số: 44 01 04 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa