Đang tải... (xem toàn văn)
Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang, từ của hệ vật liệu CaFexMn1 xO3 (x < 5% ) (Luận văn thạc sĩ)
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ MINH HÀ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG , TỪ CỦA HỆ VẬT LIỆU CaFexMn1-xO3 (x < %) LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THÁI NGUYÊN, 10/2019 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ MINH HÀ CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG , TỪ CỦA HỆ VẬT LIỆU CaFexMn1-xO3 (x < %) Chuyên ngành: Quang học Mã số: 84 40 110 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Người hướng dẫn khoa học: TS Phạm Thế Tân TS Nguyễn Văn Hảo THÁI NGUYÊN, 10/2019 i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tơi xin gửi lời cảm ơn bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy TS Phạm Thế Tân TS Nguyễn Văn Hảo tận tình giúp đỡ, hỗ trợ, hướng dẫn tơi suốt q trình thực hoàn thành luận văn Xin trân trọng cám ơn Thầy, cô Trường Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên giảng dạy, hướng dẫn tơi suốt chương trình học cao học Cám ơn Thầy, cô đơn vị: Khoa Vật lý Kỹ thuật Công nghệ Nano - Trường ĐH Công nghệ - ĐHQGHN, Trung tâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, thầy cô Khoa Cơng nghệ Hóa học mơi trường thuộc Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên… tận tình giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, nghiên cứu, thực hành thí nghiệm để thực luận văn Cuối xin cảm ơn tồn thể gia đình bạn bè giúp đỡ động viên suốt trình học tập Thái Nguyên, ngày 05 tháng 10 năm 2019 Học viên Nguyễn Thị Minh Hà ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PEROVSKITE MANGANITE 1.1 Cấu trúc tinh thể perovskite 1.2 Sơ đồ cấu trúc điện tử trường ion bát diện 1.3 Phân loại tương tác từ oxít kim loại 1.3.1 Tương tác RKKY (viết tắt từ Ruderman–Kittel–Kasuya–Yoshida): 1.3.2 Tương tác siêu trao đổi (Super–Exchange, SE): 1.3.3 Tương tác trao đổi kép (Double–Exchange, DE) 1.4 Hệ vật liệu perovskite CaMnO3 pha tạp Fe 1.5 Tổng quan chất lỏng nano (dung dịch nano) 13 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 Phương pháp thực nghiệm chế tạo mẫu 16 2.1.1 Phương pháp phản ứng pha rắn 16 2.1.2 Phương pháp hoá siêu âm 19 2.1.3 Phương pháp lắng đọng hóa học CSD 20 2.1.4 Chế tạo hệ vật liệu perovskite CaMnO3 22 2.1.5 Chế tạo hệ mẫu CaFexMn1-xO3 (x = 0,00; 0,01; 0,03; 0,05) 23 2.1.6 Chế tạo dung dịch hạt nano CaFexMn1-xO3 23 2.2 Các phương pháp nghiên cứu 26 2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X (X–Ray Diffraction, XRD) 26 2.2.2 Kính hiển vi điện tử quét (SEM) 27 iii 2.2.3 Phổ tán xạ Raman 28 2.2.4 Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) 30 2.2.5 Phương pháp phổ hấp thụ UV-VIS 31 2.2.6 Phương pháp phổ huỳnh quang 33 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37 3.1 Các kết thực nghiệm hệ gốm perovskite CaMnO3 37 3.1.1 Kết nghiên cứu cấu trúc hệ perovskite CaMnO3 37 3.1.2 Kết đo từ độ phụ thuộc nhiệt độ hệ CaMnO3 38 3.1.3 Nghiên cứu phổ tán xạ Raman hệ CaMnO3 38 3.2 Kết nghiên cứu tính chất hệ vật liệu perovskite CaFexMn1-xO3 43 3.2.1 Nghiên cứu cấu trúc hệ mẫu CaFexMn1-xO3 (x=0,00; 0,01; 0,03; 0,05) 43 3.2.2 Nghiên cứu tính chất từ hệ mẫu CaFexMn1-xO3 (x = 0,00; 0,01; 0,03; 0,05) 47 3.2.3 Nghiên cứu phổ Raman hệ mẫu CaFexMn1-xO3 (x=0,00; 0,01; 0,03; 0,05) 49 3.2.4 Nghiên cứu phổ hấp thụ : 52 3.3 Kết nghiên cứu hệ chất lỏng nano CaFe0,05Mn0,95O3 55 3.3.1 Kết đo hình thái hạt (SEM) 55 3.3.2 Phổ hấp thụ UV-VIS mẫu chất lỏng hạt nano CaFe0,05Mn0,95O3 56 3.3.3 Phổ phát xạ huỳnh quang mẫu chất lỏng hạt nano CaFe0,05Mn0,95O3 58 3.3.4 Nghiên cứu phổ huỳnh quang từ trường chất lỏng CaFe0,05Mn0,95O3 60 KẾT LUẬN 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 iv DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt Nghĩa tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt AFM Antiferromagnetic Tương tác phản sắt từ A–AF A–type antiferromagnetic Phản sắt từ loại A G–AF G–type antiferromagnetic Phản sắt từ loại G C–AF C–type antiferromagnetic Phản sắt từ loại C GMRE Giant magnetoresistance effect Hiệu ứng từ trở lớn CMR Collosal Magnetoresistance Hiệu ứng từ trở khổng lồ AFI Antiferromagnetic Insulator Phản sắt từ điện mơi CO Charge Ordering trật tự điện tích DE Double Exchange tương tác trao đổi kép DOS density of states Hàm mật độ trạng thái FMdomain Ferromagnetic-domain Domain sắt từ FMM Ferromagnetic metallic materials Vật liệu sắt từ với tính dẫn kim loại Độ lớn tích phân trao đổi Mn–Mn JMn–Mn JT Jahn - Teller transition Hiệu ứng/méo mạng/tách mức Jahn – Teller MCE Magnetocaloric Effect Hiệu ứng từ nhiệt MI Mettal-Isulating Kim loại – điện môi MR Magnetoresistance Hiệu ứng từ trở v PM Paramagnetic Thuận từ PMI Paramagnetic materials insulating Vật liệu thuận từ điện môi RE Rare earth Đất RKKY Ruderman–Kittel–Kasuya– Yoshida Tương tác trao đổi gián tiếp ion từ electron vùng dẫn SEM Scanning Electron Microscopy Kính hiển vi điện tử quét SE Super Exchange Tương tác siêu trao đổi Trạng thái thủy tinh spin Spin glass TM Transition mettal Kim loại chuyển tiếp TC Curie temperature Nhiệt độ chuyển pha Curie TN Neel temperature Nhiệt độ chuyển pha Neel XRD XRD X-Ray diffraction Nhiễu xạ tia X UV-Vis Untra violet- Visible Vùng tử ngoại khả kiến vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Một số kết thực nghiệm mode dao động CaMnO3 40 Bảng 3.2 Nhóm khơng gian vị trí ngun tử ô sở kiểu méo mạng 42 Bảng 3.3 Cấu trúc ô mạng hệ CFMO so sánh với trường hợp CaMnO3 45 Bảng 3.4 Các số mạng, độ dài liên kết trung bình tích phân trao đổi mẫu CaFexMn1-xO3 45 Bảng 3.5 Các giá trị tính tốn TN theo độ rộng vùng cấm hệ CaFexMn1-xO3 48 Bảng 3.6 Các giá trị thực nghiệm tính tốn cho mode dao động 51 Bảng 3.7 Độ rộng vùng cấm mẫu CaFexMn1-xO3 với x =0, 1, 3, % 54 vii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc ô mạng lập phương tâm mặt lý tưởng perovskite (a) xếp bát diện cấu trúc lý tưởng (b) Hình 1.2 Sơ đồ tách mức lượng trường ion bát diện Oh (a) năm quỹ đạo lớp d kim loại chuyển tiếp (b) [13] trường ion bát diện Oh Hình 1.3 Sự phụ thuộc nhiệt độ hệ số từ hóa nghịch đảo 11 Hình 1.4 Đường cong M(H) mẫu CaFexMn1-xO3 11 Hình 1.5 Sự phụ thuộc số mạng vào nồng độ Fe pha tạp [16] 12 Hình 1.6 Sự phụ thuộc thể tích sở vào nồng độ Fe pha tạp [16] 12 Hình 2.1 Sơ đồ chế tạo mẫu phương pháp gốm 16 Hình 2.2 Quá trình thay đổi kích thước bọt 19 Hình 2.3 Q trình lắng đọng hóa học CSD 21 Hình 2.4 Quy trình chế tạo mẫu gốm CaMnO3 22 Hình 2.5 Sơ đồ chế tạo dung dịch suốt Ca(FeMn)O3 24 Hình 2.6 Sơ đồ tạo dung mơi Span 25 Hình 2.7 Sơ đồ tạo mẫu dung dịch nano 25 Hình 2.8 Sơ đồ minh họa tinh thể sơ đồ khối thiết bị nhiễu xạ tia X 26 Hình 2.9 Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét (SEM) 27 Hình 2.10 Sơ đồ minh hoạ trình tán xạ Rayleigh tán xạ Raman 29 Hình 2.11 Sơ đồ nguyên lý thiết bị VSM 31 Hình 2.12 Hệ đo phổ hấp thụ 3101PC 33 Hình 2.13 Sơ đồ chuyển dời quang học phân tử 34 Hình 2.14 Hệ đo huỳnh quang FL3-22-Jobin-Yvon-Spex 35 viii Hình 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu gốm CaMnO3 37 Hình 3.2 Đường cong từ nhiệt mẫu CaMnO3 từ trường ngồi 500 Gauss 38 Hình 3.3 Sự phụ thuộc (-dM/dT) vào nhiệt độ hệ mẫu CaMnO3 38 Hình 3.4 Phổ tán xạ Raman gốm CaMnO3 632,8 nm (so sánh với [29]) 39 Hình 3.5 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu CaFexMn1-xO3 tổng hợp theo phương pháp phản ứng pha rắn 44 Hình 3.6 Sự phụ thuộc tích phân trao đổi hệ CaFexMn1-xO3 theo x 47 Hình 3.7 Đường cong từ nhiệt mẫu CaFexMn1-xO3 từ trường 500G 48 Hình 3.8 Sự phụ thuộc (dM/dT) mẫu CaFexMn1-xO3 vào nhiệt độ 48 Hình 3.9 Phổ tán xạ Raman hệ CaFexMn1-xO3 300K (λHe–Ne=632,8 nm) Hình nhỏ phía từ TLTK [33] 50 Hình 3.10 Sự dịch đỉnh hấp thụ nồng độ pha tạp tăng 53 Hình 3.11 Mật độ trạng thái điện tử 54 Hình 3.12 Ảnh SEM mẫu CaFe0,05Mn0,95O3 trạng thái rắn trạng thái lỏng 56 Hình 3.13 Phổ hấp thụ mẫu CaFe0,05Mn0,95O3 57 Hình 3.14 Phổ huỳnh quang mẫu CaFe0.05Mn0.95O3 59 Hình 3.15 Phát xạ chất lỏng nano sắt từ suy giảm theo thời gian mơi trường từ tính 60 Hình 3.16 Cực đại phổ phát xạ suy giảm theo thời gian đặt mơi trường từ tính 61 54 Bảng 3.7 Độ rộng vùng cấm mẫu CaFexMn1-xO3 với x =0, 1, 3, % Đỉnh hấp thụ (nm) STT Thành phần Độ rộng vùng cấm (eV) x = 0,00 1445 492 264 218 0,45 x = 0,01 1097 498 264 219 0,32 x = 0,03 1279 492 263 216 0,16 x = 0,05 1343 495 261 218 0,14 Điều giải thích nồng độ Fe tăng lên làm cho mật độ điện tử 3d tinh thể tăng lên Sự dịch chuyển đỏ dấu hiệu trình điện tử 3d bơm lên vùng dẫn Hình 3.11 Mật độ trạng thái điện tử So sánh đỉnh hấp thụ với biểu đồ mật độ trạng thái kích thích mẫu CaFexMn1-xO3 (x=0,01) (Hình 3.11) thấy rõ tương ứng đỉnh hấp 55 thụ q trình kích thích điện tử Mn 3d mức 1,2 eV, 2,5 eV 4,6 eV Sự tương ứng cho thấy q trình kích thích quang học chủ yếu kích thích điện tử Mn 3d q trình trao đổi phản sắt từ (có thay đổi trạng thái spin) nên kết luận kích thích quang học chủ yếu ảnh hưởng đến tương tác SE Sự xuất đỉnh 1,2eV điều đặc trưng cho pha tạp Fe, pha tạp nhỏ làm thay đổi cấu trúc vùng q nhiều Ngay khơng pha tạp mật độ trạng thái mức Fermi CaMnO3 tồn đỉnh 1,2eV ứng với điện tử có spin thấp (spin down) (Hình 3.11) Sự xuất đỉnh hấp thụ quang học 1,2eV cho thấy trình kích thích bắt đầu có tham gia điện tử có spin up Các điện tử chủ yếu bắt nguồn từ ion Fe3+ Trong trường hợp kích thích quang, quy tắc Hund bảo tồn Sự nhẩy quang học điện tử có trạng thái spin Các ion Mn tương tác SE khơng có đặc trưng (phản sắt từ) Bởi cho đỉnh 1,2 eV tạo trao đổi điện tử tương tác DE Fe3+–O–Mn4+ (sắt từ) 3.3 Kết nghiên cứu hệ chất lỏng nano CaFe0,05Mn0,95O3 Cấu trúc mẫu CaFexMn1−xO3 với (x = 0,01; 0,03; 0,05) gần khơng có khác biệt Vì chúng tơi định lựa chọn mẫu với nồng độ x = 0,05 để chế tạo chất lỏng hạt nano nghiên cứu đặc trưng quang Qua qúa trình chế tạo chất lỏng hạt nano (mục 2.1.6), việc pha dung dịch aceton + span (trong ống nghiệm B) với chất lỏng CaFe0,05Mn0,95O3 ống nghiệm A theo tỷ lệ B/A khác ta thu mẫu: mẫu (1:1), mẫu (1:3) , mẫu (1:5), mẫu (3:1) mẫu (5:1) 3.3.1 Kết đo hình thái hạt (SEM) Để nghiên cứu kích thước nano tinh thể, sử dụng phương pháp hiển vi điện tử quét để chụp ảnh nano tinh thể Thiết bị hoạt động theo nguyên tắc phóng đại nhờ thấu kính từ Điện tử phát ra, tăng tốc hội tụ thành chùm điện tử hẹp (cỡ vài chục angstrong đến vài 56 nano mét) nhờ hệ thống thấu kính từ, sau qt bề mặt mẫu nhờ cuộn quét tĩnh điện Qua đó, chúng tơi tiến hành chụp SEM mẫu CaFe0,05Mn0,95O3 trạng thái khác nhau, trạng thái rắn dạng lỏng tỉ lệ 1:1 (mẫu 1) Hình kết đo kiểm tra mẫu trạng thái Hình 3.12 Ảnh SEM mẫu CaFe0,05Mn0,95O3 trạng thái rắn trạng thái lỏng Kết cho thấy, biên hạt thể tương đối rõ nét, mẫu hình thành pha tinh thể rõ nét phân bố đồng Kích thước trung bình hạt mẫu khối cỡ 2400 nm Tuy nhiên sau hồ tan dung mơi theo bước nêu kích thước hạt trung bình vào khoảng 5070 nm Kết cho khả khả quan cho qui trình chế tạo chất lỏng hạt nano khác 3.3.2 Phổ hấp thụ UV-VIS mẫu chất lỏng hạt nano CaFe0,05Mn0,95O3 Để khảo sát xuất đặc trưng quang học hạt nano khuếch tán loại dung môi với tỉ lệ khác nhau, tiến hành đo phổ hấp thụ mẫu chất lỏng nano Trong luận văn này, thang ghi phổ tiến hành vùng bước sóng từ 200 nm đến 900 nm Thiết bị đo máy UV-3101PC Trung tâm Khoa học Vật liệu, (Trường ĐHKH Tự nhiên- Đại học QGHN) 57 Hình 3.13 phổ hấp thụ mẫu chất lỏng hạt nano CaFe0,05Mn0,95O3 theo tỷ lệ B/A khác (1:1), (1:3), (1:5), (3:1) (5:1), với B (aceton + span) A chất lỏng CaFe0,05Mn0,95O3 Quan sát hình vẽ ta thấy mẫu hấp thụ không nhiều vùng khả kiến Mặt khác, chưa loại nhiễu chưa khử đỉnh hấp thụ vùng 350nm nên đỉnh hấp thụ miền tử ngoại chưa quan sát rõ Hình 3.13 Phổ hấp thụ mẫu CaFe0,05Mn0,95O3 Rất khó xác định độ rộng vùng cấm mẫu dung dịch từ đồ thị trên, nhiên ước đoán dựa giá trị 325 - 350 nm từ bờ suy giảm độ hấp thụ thấy độ rộng vùng cấm rơi vào vùng 3,5 – 3,8 eV Với mẫu có nồng độ pha tạp thấp, giá trị phù hợp Nhìn chung việc pha tạp Fe vào mẫu khối CaMnO3 thường làm tăng tính kim loại hai ngun tố có dư lượng lớn electron phi định xứ mức Fermi chúng hoạt động trung tâm bơm điện tử Sự suy giảm độ rộng vùng cấm liên quan chặt chẽ đến tái cấu trúc mật độ trạng thái cấu 58 trúc vùng CaMnO3 pha tạp Mối liện hệ thay đổi độ rộng vùng cấm - mật độ trạng thái - biểu quang - điện phản ánh dung dịch chứa hạt nano CaMnO3 pha tạp Fe (khi pha tạp hóa trị Fe Fe3+ Fe4+ đồng tồn 3.3.3 Phổ phát xạ huỳnh quang mẫu chất lỏng hạt nano CaFe0,05Mn0,95O3 Trong phần đây, chúng tơi trình bày phổ phát xạ huỳnh quang mẫu chất lỏng nano Có thể nói, tất chất dạng khối (rắn) có phát xạ huỳnh quang không đáng kể Bản thân chất hoạt hóa bề mặt SPAN sử dụng luận văn phát xạ huỳnh quang không đáng kể Phơng phát xạ SPAN trừ khỏi phổ huỳnh quang dung dịch mà không gây thay đổi Việc mẫu CaMnO3 pha tạp có gây phát xạ huỳnh quang tương đối mạnh điều đáng ngạc nhiên cho thấy tồn hiệu ứng hệ mà trạng thái rắn phát xạ không quan sát thấy Hình 3.14 cho thấy phổ phát xạ huỳnh quang hệ mẫu Cường độ huỳnh quang mạnh mẫu pha Fe Các phổ phát xạ tương đối giống có đỉnh phát xạ mạnh vùng lân cận 445-452 nm tương ứng (2,742,80 eV) có dịch chuyển xanh từ mẫu đến mẫu Như giảm nồng độ hạt nano làm tăng đáng kể cường độ phát xạ điều kiện nồng độ pha tạp Fe khơng đổi 450 nm Ngồi có đỉnh rộng vùng lân cận 540 nm (mẫu 5) 59 Hình 3.14 Phổ huỳnh quang mẫu CaFe0.05Mn0.95O3 Về nguyên nhân đỉnh phổ huỳnh quang mẫu thu cho chưa đủ liệu để đánh giá hay phân tích sâu Bản thân tượng phát xạ huỳnh quang thu hệ mẫu phát tương đối lý thú mà trước phát xạ trạng thái rắn hệ mẫu chưa quan sát Điều liên quan đến cấu trúc nano hạt nano phát tán môi trường chất lỏng Như vậy, kết nghiên cứu ban đầu đặc tính quang học dung dịch keo chứa hạt nano CaFe0,05Mn0,95O3 phát tán môi trường hữu aceton span-80 cho thấy việc khuếch tán hạt nano dung môi làm gia tăng đáng kể diện tích bề mặt mang lại khả hấp thụ quang học phát xạ cao Các kết khác cần nghiên cứu tiếp, kết đạt lý thú cho nhiều hứa hẹn thành công phạm vi ứng dụng vật liệu perovskite tương lai 60 3.3.4 Nghiên cứu phổ huỳnh quang từ trường chất lỏng CaFe0,05Mn0,95O3 Chất lỏng nano từ nghiên cứu cho vào cuvét thạch anh đặt từ trường (từ trường tạo cuộn dây từ tính đặt gần có dòng điện chiều chạy qua) Kết thí nghiệm cho thấy hiệu ứng từ trường đặt vào tác động lên cường độ ánh sáng tán xạ chất lỏng nano từ tính Cường độ ánh sáng tán xạ bị suy giảm theo thời gian thể Hình 3.15 Hình 3.16 Phép đo lặp lại sau phút (giá trị từ trường giữ nguyên 270G) Hiện tượng suy giảm ánh sáng xảy phút thứ 60 bắt đầu bão hòa, cường độ ánh sáng giảm chậm dừng lại khơng suy giảm Hình 3.15 Phát xạ chất lỏng nano sắt từ suy giảm theo thời gian mơi trường từ tính Ngun nhân suy giảm ánh sáng xuất cộng hưởng lưỡng cực dipol sau tạo sóng đứng gây trễ ánh sáng 61 truyền tới Ngồi phụ thuộc vào yếu tố tán xạ spin – dipol, tương tác moment từ, gradient từ trường đặt vào, lực hấp dẫn van der Waals, dạng lực đẩy Trong chất lỏng có từ tính, hạt sắt từ coi siêu thuận từ đơn miền (single domain superparamagnetic) với moment từ M Khi lượng tương tác lưỡng cực trở lên đủ mạnh, hạt từ định dạng theo cấu trúc chuỗi giống chainlike Hình 3.16 Cực đại phổ phát xạ suy giảm theo thời gian đặt mơi trường từ tính Lực hấp dẫn hạt nano từ mô tả số kép: L[=Ud(ij)/kBT], bao gồm hai nhân tố cạnh tranh nhau: lượng tương tác lưỡng cực từ Ud(ij) lượng nhiệt kBT Ở đây, kB số Boltzmann T nhiệt độ Khi khơng có từ trường ngồi, momen từ tính hạt từ định hướng ngẫu nhiên Khi có từ trường đặt vào, moment hạt từ bắt đầu tự xếp dọc theo hướng từ trường Sự xếp moment từ xác độ dài chuỗi tăng lên thời gian tăng dần, điều dẫn đến tượng suy giảm cường độ huỳnh quang tác dụng từ trường 62 Kết nghiên cứu cho thấy giá trị từ trường đặt vào 270 Gauss, sau 60 phút, cường độ ánh sáng truyền qua bị suy giảm khoảng 50 % Nguyên nhân suy giảm ánh sáng xuất cộng hưởng lưỡng cực dipol tán xạ spin - dipol Chúng ta thảo luận cấu trúc điện tử dung dịch nano nêu khả chế khác dẫn đến tượng suy giảm cường độ huỳnh quang tác dụng từ trường Thực nghiệm mang lại ứng dụng có ý nghĩa thiết bị điều khiển, kiểm soát ánh sáng từ trường Các kết đạt lý thú mở nhiều hướng nghiên cứu ứng dụng quang học cho tương lai 63 KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên cứu đề tài luận văn rút số kết luận sau: - Chúng chế tạo mẫu gốm perovskite manganite CaFexMn1-xO3 đơn pha kết tinh tốt, mẫu có cấu trúc lập phương - Từ độ M mẫu giảm dần tăng nhiệt độ Các giá trị nhiệt độ chuyển pha mẫu xác định TN = 135,7 K; 133,5 K 140,2 K tương ứng với x = 0,01; 0,03 0,05 - Sự xuất đỉnh Raman tương ứng biến dạng kéo bát diện BO6 giãn mạng chênh lệch bán kính ion Fe Mn - Khi pha tạp Fe với tỉ lệ tăng, có dịch đỉnh hấp thụ, đồng thời độ rộng vùng cấm giảm Sự xuất đỉnh hấp thụ 1,2 eV đặc trưng cho q trình pha tạp Fe Nó làm xuất điện tử có spin làm cho kích thích q trình quang học - Chất lỏng nano CaFe0,05Mn0,95O3 tạo với biên hạt thể tương đối rõ nét, mẫu hình thành pha tinh thể rõ nét phân bố đồng đều, kích thước hạt trung bình dao động khoảng 50-70 nm - Phép đo phổ hấp thụ phát xạ huỳnh quang cho thấy dung dịch có đặc trưng quang học khác biệt so với chúng dạng đơn chất, dịch phổ vùng xanh, thay đổi độ rộng vùng cấm đáng lưu ý gia tăng đáng kể cường độ phát xạ - Ngoài ra, kết phổ huỳnh quang cho thấy (1) Có tồn đỉnh huỳnh quang; (2) Khi tăng cường chất hoạt hóa bề mặt cường độ phát xạ tăng lên (3) Tại giá trị từ trường đặt vào 270 Gauss, cường độ ánh sáng truyền qua bị suy giảm khoảng 50 % 64 Hướng phát triển đề tài: - Tiếp tục chế tạo nghiên cứu chất lỏng nano CaFexMn1-xO3 nồng độ Fe khác nhau, thử nghiệm thay Fe số nguyên tố kim loại khác - Nghiên cứu khả ứng dụng vật liệu lọc băng tần quang học, công tắc quang học 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Lê Thị Lành, Nghiên cứu chế tạo vàng nano số ứng dụng, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học Huế, 2015 [2] Nguyễn Thị Hương, Nghiên cứu ứng dụng ống nano cacbon chất lỏng tản nhiệt cho linh kiện điện tử công suất lớn, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2015 [3] Nguyễn Đức Thọ, Nghiên cứu, chế tạo điện cực nhạy khí cảm biến điện hóa từ vật liệu nano Perovskite LaMO3 (M = Mn, Fe, Ni, Co), Luận án Tiến sĩ Vật lý, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2017 [4] Trần Thị Thu Hương, Nghiên cứu chế tạo sử dụng vật liệu nano Bạc, Đồng, Sắt để xử lý vi khuẩn lam độc thủy vực nước ngọt, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường, Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2018 [5] Nguyễn Thị Quy, Nghiên cứu đánh giá khả khử trùng nước sinh hoạt ăn uống nano Ag/silica Luận văn thạc sĩ môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên , Đại học Quốc gia Hà Nội, 2017 [6] Lê Mạnh Cường, Tổng hợp đánh giá khả xử lý môi trường nước vật liệu sở mangan oxit kích thước nanomet pyroluzit, laterit Luận án Tiến sĩ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2018 [7] Lê Việt Cường, Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ Fe có cấu trúc micro-nano định hướng ứng dụng y sinh, Luận án Tiến sĩ Khoa học Vật liệu, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2017 [8] 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, Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, 2017 [9] Chu Tiến Dũng, Hạt nano đa chức sở Fe3O4 – Ag – ZnS:Mn thử nghiệm phát tế bào ung thư, Luận án Tiến sĩ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2018 Tiếng anh 66 [10] Wu K.T., Kuo P.C., Yao Y.D., and Tsai E.H., Magnetic and Optical Properties of Fe3O4 Nanoparticle Ferrofluids Prepared by Coprecipitation Technique, IEEE Transactions on magnetics, Vol 37(4), pp 2651-2653 (2001) [11] Mekheimera Kh.S et al, Peristaltic blood flow with gold nanoparticles as a third grade nanofluid in catheter: Application of cancer therapy, Physics Letters A Vol 382, Issues 2-3, pp 85-93 (2018) [11] Anderson P W., Antiferromagnetism Theory of Superexchange Interaction, Phys Rev Vol 79, p 350 (1950) [12] Gennes P G de., Effects of Double Exchange in Magnetic Crystals, Phys Rev, Vol 118, pp 141–154 (1960) [13] Kajimoto R et al, Hole–concentration–induced transformation of the magnetic and orbital structures in Nd1–xSrxMnO3, Phys Rev B 60, p 9506 (1999) [14] Ruderman M.A and Kittel C., Indirect Exchange Coupling of Nuclear Magnetic Moments by Conduction Electrons, Phys Rev 96, p 99 (1954) [15] Zhang L W., Feng G., Liang H., Cao B S, Meihong Z., Zhao Y G., The magnetotransport properties of LaMn1–xCrxO3 manganites, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 219 (2), pp 236–240 (2000) [16] Liu X.J., Li Z.Q., Wu P., Bai H.L., Jiang E.Y., The effect of Fe doping on structural, magnetic and electrical transport properties of CaMn1−xFexO3 (x = 0– 0.35), Solid State Communications, Vol 142, pp 525–530 (2007) [17] Mohammad Alhuyi Nazari et al, A review on application of nanofluid in various types of heat pipes, Journal of Central South University, Vol 26, issue 5, pp 10211041, (2019) [18] M.Sheikholeslami et al, Application of nano-refrigerant for boiling heat transfer enhancement employing an experimental study, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol 141, pp 974-980 (2019) [19] DongdongYao, TingLi, YapingZheng, ZhilinZhang, Fabrication of a functional microgel-based hybrid nanofluid and its application in CO2 gas adsorption, Reactive and functional polymers, Vol 136, pp 131-137 (2019) [20] Topal I., Servantie J., Molecular dynamics study of the thermal conductivity in nanofluids, Chemical Physics, Vo; 516, pp 147-151 (2019) 67 [21] Jerry S.H Lee, Jianjun Cheng, and Kelly Y Kim, Next Generation Nanosolutions for Cancer Treatment and Diagnosis, Cancer & Chemotherapy Rev 3, pp 23-31 (2008) [22] Jagannathan R., Irvin Jr G.C., Nanofluids: A New Class of Materials Produced from Nanoparticle Assemblies, Advanced Functional Materials 15(9), pp 1501 – 1510 (2005) [23] G Murugesan, K R Nandan and S Kalainathan, Rietveld refinement of X-ray powder diffraction data of Ca0.925Ce0.075Mn0.9Fe0.1O3 polycrystalline material, Powder Diffraction, Volume 33, Issue 4, pp 303-305 (2018) [24] Ferraro John R., Kazuo N and Brown Chris W., Introductory Raman Spectroscopy, Elsevier (2003) [25] Gwenael G., Philippe C., Raman Spectroscopy of nanomaterials: How spectra relate to disorder, particle size spectra relate to disorder, particle size, Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 53, pp 1–56 (2007) [26] Frisch M J., Trucks G W., Schlegel H B., Gausian03 Rev.B.03, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA (2003) 27 Rashmita Das, Rajib Bandyopadhyay, Panchanan Pramanik, Carbon quantum dots from natural resource: A review Materials Today Chemistry 8, 96-109 (2018) 28 Tian P., Tang L., Teng K.S., Lau S.P., Graphene quantum dots from chemistry to applications Materials Today Chemistry 10, 221-258 (2018) [29] Abrashev M V et al., Raman spectroscopy of CaMnO3: Mode assignment and relationship between Raman line intensities and structural distortions, Physical Review B 65, p 184301 (2002) [30] Bhattacharjee S., Bousquet E and Ghosez P., First–principles study of the dielectric and dynamical properties of orthorhombic CaMnO3, J Phys Condens Matter 20, p 255229 (2008) [31] Coey J M D., Viret M von Molnaír and S., Mixed–valence manganites, Advances in Physics 48 (2), pp 167– 293 (1999) [32] Rao G H., Sun J R., Kattwinkel A., Haupt L., Bärner K., Schmitt E., and Gmelin E., Magnetic, electric and thermal properties of La0.7Ca0.3Mn1- xFexO3 compounds, Physica B, 269, p 379 (1999) 68 [33] Ghosh S et al, Raman scattering in CaFeO3 and La0.33Sr0.67FeO3 across the charge – disproportionation phase transition, Physical Review B 71, 245110 (2005) ... ngỏ Vì vậy, đề tài nghiên cứu Chế tạo nghiên cứu tính chất quang, từ hệ vật liệu CaFexMn1- xO3 (x < %) đặt với mong muốn triển khai thực nghiệm công nghệ để chế tạo vật liệu nano dạng lỏng (trên... chất hệ vật liệu Nội dung luận văn - Tổng quan hệ perovskite CaMnO3 CaMnO3 pha tạp Fe; - Chế tạo hệ vật liệu CaFexMn1- xO3 (với x < %) dạng gốm; - Chế tạo nghiên cứu chất lỏng nano tạo hạt nano từ. .. nano tạo hạt nano từ CaFexMn1- xO3 ; - Nghiên cứu tính chất cấu trúc, tính chất quang - từ hệ vật liệu CaFexMn1- xO3 ( x < %) Luận văn đề cập đến vấn đề chưa nghiên cứu nhiều tính chất hấp thụ, huỳnh