Chế tạo vật liệu BiFeO3 pha tạp và nghiên cứu tính chất

Đào Việt Thắng

Luận án chế tạo vật liệu BiFeO3 pha tạp và nghiên cứu tính chất - Đào Việt Thắng, Đại học Sư phạm Hà Nội

"Luận án nghiên cứu chế tạo vật liệu Bifeo3 pha tạp và đánh giá một số tính chất cơ bản, mở rộng ứng dụng trong công nghệ vật liệu cao cấp."

Trường ĐH

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Chuyên ngành

Vật lí chất rắn

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án tiến sĩ

Năm xuất bản

2017

Số trang

182

Thời gian đọc

28 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

I.Tổng quan Vật liệu BiFeO3 Ứng dụng Tiềm năng nghiên cứu

Vật liệu multiferroic thu hút sự quan tâm lớn. Chúng sở hữu đồng thời tính chất sắt điện và sắt từ. BiFeO3 là một ví dụ nổi bật. Vật liệu này thể hiện tính chất sắt điện và phản sắt từ ở nhiệt độ phòng. Sự đồng tồn tại này mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng. Các lĩnh vực như thiết bị lưu trữ dữ liệu, cảm biến, và linh kiện spintronics đều hưởng lợi. Tuy nhiên, BiFeO3 nguyên chất có những hạn chế. Dòng điện rò rỉ cao và từ tính yếu là các vấn đề chính. Nghiên cứu tập trung vào việc cải thiện các tính chất này. Pha tạp ion là một chiến lược hiệu quả. Các ion đất hiếm và kim loại chuyển tiếp thường được sử dụng. Mục tiêu là điều chỉnh cấu trúc tinh thể. Đồng thời, cải thiện hiệu suất sắt điện và từ tính. Luận án này cung cấp cái nhìn tổng thể. Nó đi sâu vào các phương pháp chế tạo. Đồng thời, nghiên cứu ảnh hưởng của pha tạp đến tính chất vật liệu. Đây là bước tiến quan trọng trong khoa học vật liệu.

1.1. Giới thiệu vật liệu multiferroic

Vật liệu multiferroic là nhóm vật liệu đặc biệt. Chúng có nhiều trật tự ferroic cùng tồn tại. Bao gồm sắt điện, sắt từ, sắt đàn hồi. Các trật tự này có thể tương tác với nhau. Tương tác từ - điện là một hiện tượng quan trọng. Hiện tượng này cho phép điều khiển tính chất từ bằng điện trường. Ngược lại, điện trường có thể bị điều khiển bởi từ trường. Vật liệu multiferroic có tiềm năng cách mạng hóa công nghệ. Chúng ứng dụng trong bộ nhớ, cảm biến, thiết bị truyền thông. BiFeO3 là một vật liệu multiferroic đơn pha. Nó hoạt động ở nhiệt độ phòng. Đây là điểm mạnh lớn so với nhiều vật liệu khác. Các nghiên cứu tập trung vào việc tối ưu hóa tính chất. Mục tiêu là khai thác triệt để tiềm năng ứng dụng.

1.2. Đặc điểm nổi bật của BiFeO3

BiFeO3 là vật liệu perovskite có công thức ABO3. Nó nổi bật với cấu trúc rhombohedral. Vật liệu này thể hiện tính sắt điện. Nhiệt độ Curie (Tc) của nó rất cao, khoảng 830 độ C. Đồng thời, BiFeO3 có tính phản sắt từ. Nhiệt độ Neel (TN) đạt khoảng 370 độ C. Đây là một trong số ít vật liệu đơn pha. Nó duy trì cả hai tính chất ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, BiFeO3 nguyên chất có nhược điểm. Từ tính yếu do cấu trúc xoắn ốc từ tính. Dòng điện rò rỉ cao cũng là một thách thức. Điều này cản trở các ứng dụng điện tử. Việc tìm kiếm giải pháp khắc phục các hạn chế này là cần thiết. Các phương pháp chế tạo và pha tạp được nghiên cứu kỹ lưỡng.

1.3. Xu hướng nghiên cứu BiFeO3 pha tạp

Pha tạp là phương pháp chính để cải thiện BiFeO3. Ion đất hiếm (La, Nd, Sm, Gd, Dy) thường được thay thế vào vị trí Bi. Các ion này giúp giảm dòng rò. Chúng cũng làm biến đổi cấu trúc từ tính. Các ion kim loại chuyển tiếp (Mn, Co, Ti, Ni) thay thế vào vị trí Fe. Việc này ảnh hưởng đến cả tính chất điện và từ. Pha tạp đồng thời hai loại ion cũng được nghiên cứu. Mục tiêu là tối ưu hóa hiệu ứng cộng hưởng. Các nghiên cứu hiện tại tập trung vào sự hiểu biết sâu sắc. Nó khám phá mối liên hệ giữa thành phần, cấu trúc và tính chất. Điều này nhằm tạo ra vật liệu BiFeO3 hiệu quả hơn. Vật liệu có tính chất mong muốn cho các ứng dụng cụ thể.

II.Phương pháp Chế tạo BiFeO3 Pha Tạp Kỹ thuật Tổng hợp

Quá trình chế tạo vật liệu BiFeO3 pha tạp rất quan trọng. Nó ảnh hưởng trực tiếp đến cấu trúc và tính chất cuối cùng. Nhiều kỹ thuật tổng hợp đã được áp dụng. Mỗi kỹ thuật có ưu và nhược điểm riêng. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp là then chốt. Điều này đảm bảo vật liệu có chất lượng cao. Kiểm soát các thông số chế tạo là yêu cầu bắt buộc. Bao gồm nhiệt độ, thời gian nung, và nồng độ pha tạp. Các phương pháp phổ biến như phản ứng trạng thái rắn, sol-gel, và thủy nhiệt. Mỗi phương pháp mang lại những đặc tính khác nhau. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa kỹ thuật. Mục tiêu là thu được vật liệu BiFeO3 pha tạp có tính chất vượt trội. Việc này đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về hóa học và vật lý của quá trình tổng hợp.

2.1. Lựa chọn phương pháp tổng hợp hiệu quả

Phương pháp phản ứng trạng thái rắn là truyền thống. Nó đơn giản và phù hợp sản xuất số lượng lớn. Tuy nhiên, nó yêu cầu nhiệt độ cao. Quá trình nung kéo dài thường xảy ra. Điều này có thể dẫn đến hình thành pha tạp không mong muốn. Phương pháp sol-gel tạo ra vật liệu đồng nhất hơn. Nó đòi hỏi nhiệt độ thấp hơn. Kích thước hạt thường nhỏ hơn và phân bố đều. Phương pháp thủy nhiệt cũng tạo ra vật liệu nano. Nó kiểm soát tốt hình thái hạt. Lựa chọn phương pháp dựa trên yêu cầu về kích thước hạt. Đồng thời xem xét độ tinh khiết và chi phí sản xuất. Mỗi kỹ thuật cần được tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao nhất.

2.2. Quy trình chế tạo vật liệu BiFeO3

Quy trình chế tạo bắt đầu bằng việc chuẩn bị các tiền chất. Các oxit hoặc muối kim loại thường được sử dụng. Chúng được cân theo tỉ lệ mol chính xác. Sau đó, các tiền chất được trộn đều. Quá trình nghiền mịn giúp tăng diện tích tiếp xúc. Tiếp theo là quá trình nung sơ bộ. Bước này giúp loại bỏ các chất hữu cơ và bắt đầu hình thành pha. Giai đoạn nung chính diễn ra ở nhiệt độ cao. Nhiệt độ và thời gian nung cần được kiểm soát chặt chẽ. Điều này nhằm đảm bảo sự hình thành pha perovskite duy nhất. Môi trường nung (oxy, không khí) cũng ảnh hưởng đến tính chất. Sau khi nung, vật liệu được làm nguội. Tiếp theo là các bước xử lý hậu chế tạo như nghiền lại. Điều này giúp đồng nhất hóa vật liệu.

2.3. Kiểm soát điều kiện pha tạp BiFeO3

Pha tạp BiFeO3 đòi hỏi kiểm soát chặt chẽ nồng độ dopant. Ion pha tạp có thể thay thế Bi3+ hoặc Fe3+. Nồng độ dopant ảnh hưởng đến cấu trúc tinh thể. Nó cũng thay đổi các liên kết hóa học. Nhiệt độ và thời gian nung là yếu tố quan trọng. Chúng quyết định sự hòa tan của dopant vào mạng tinh thể. Điều kiện nung cũng ảnh hưởng đến trạng thái hóa trị của ion Fe. Điều này tác động đến tính chất từ và điện. Sự đồng nhất của dopant trong vật liệu là cần thiết. Nó đảm bảo các tính chất được phân bố đều. Mọi thay đổi trong điều kiện pha tạp đều cần được ghi nhận. Việc này để phân tích mối quan hệ cấu trúc-tính chất một cách chính xác.

III.Phân tích Cấu trúc BiFeO3 Pha Tạp Biến đổi Tinh Thể

Nghiên cứu cấu trúc tinh thể là bước cơ bản. Nó giúp hiểu rõ tác động của pha tạp lên BiFeO3. Các kỹ thuật như nhiễu xạ tia X (XRD) được sử dụng rộng rãi. Chúng cung cấp thông tin về pha, cấu trúc, và kích thước ô mạng. Phân tích ảnh hiển vi điện tử quét (SEM) và truyền qua (TEM) cũng quan trọng. Các kỹ thuật này giúp quan sát hình thái, kích thước hạt, và phân bố nguyên tố. Mục tiêu là xác định sự thay đổi trong cấu trúc perovskite. Điều này do sự thay thế của các ion pha tạp. Mối liên hệ giữa biến đổi cấu trúc và tính chất vĩ mô được thiết lập. Việc này là chìa khóa để thiết kế vật liệu mới. Vật liệu có các đặc tính mong muốn.

3.1. Xác định cấu trúc perovskite

BiFeO3 nguyên chất có cấu trúc rhombohedral. Nó thuộc nhóm không gian R3c. Kỹ thuật XRD cho phép xác định chính xác cấu trúc này. Phổ nhiễu xạ tia X cung cấp các đỉnh đặc trưng. Chúng tương ứng với các mặt tinh thể. Từ các đỉnh này, có thể tính toán hằng số mạng. Sự hiện diện của các pha tạp có thể làm thay đổi cấu trúc. Nó có thể gây ra chuyển pha. Ví dụ, từ rhombohedral sang orthorhombic hoặc tetragonal. Điều này thường đi kèm với việc làm biến dạng ô mạng. Phân tích Rietveld là công cụ mạnh mẽ. Nó giúp phân tích chi tiết dữ liệu XRD. Việc này nhằm xác định thông số mạng và tỷ lệ pha.

3.2. Ảnh hưởng ion pha tạp đến cấu trúc

Ion pha tạp có kích thước khác nhau. Chúng thay thế Bi3+ hoặc Fe3+ trong mạng tinh thể. Sự thay thế này gây ra biến dạng cục bộ. Nó làm thay đổi hằng số mạng. Ví dụ, pha tạp ion đất hiếm lớn hơn Bi3+ có thể làm tăng ô mạng. Ngược lại, ion nhỏ hơn có thể làm co ô mạng. Sự thay đổi kích thước và vị trí ion cũng ảnh hưởng đến liên kết. Nó làm biến đổi góc và độ dài liên kết Fe-O-Fe. Điều này có thể phá vỡ cấu trúc xoắn ốc từ tính của BiFeO3. Nó giúp tăng mô men từ. Sự biến dạng cấu trúc này cũng ảnh hưởng đến tính chất sắt điện. Các kỹ thuật như Raman spectroscopy bổ sung thông tin. Chúng giúp hiểu về các dao động mạng và biến đổi pha.

3.3. Phân tích pha và độ tinh khiết vật liệu

Độ tinh khiết pha là yếu tố cực kỳ quan trọng. Nó ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu BiFeO3. Sự hiện diện của các pha phụ là không mong muốn. Chúng có thể làm suy giảm tính chất sắt điện và từ. Đặc biệt là các pha như Bi2Fe4O9 hoặc Bi25FeO39. Phân tích XRD giúp phát hiện các pha này. Mục tiêu của chế tạo là tạo ra vật liệu đơn pha. Điều này đảm bảo các tính chất được thể hiện rõ ràng. Việc tối ưu hóa điều kiện tổng hợp là cần thiết. Nó giúp kiểm soát sự hình thành pha. Phân tích phân bố nguyên tố bằng EDS/EDX cũng được thực hiện. Việc này để xác định sự phân bố đồng đều của dopant. Đồng thời kiểm tra sự vắng mặt của các tạp chất.

IV.Nghiên cứu Tính chất Sắt Điện BiFeO3 Pha Tạp

Tính chất sắt điện của BiFeO3 là một đặc điểm cốt lõi. Nó mang lại nhiều hứa hẹn cho các ứng dụng. Tuy nhiên, BiFeO3 nguyên chất thường có dòng điện rò rỉ cao. Điều này làm giảm hiệu suất sắt điện. Nó cũng hạn chế khả năng chuyển mạch phân cực. Pha tạp là một phương pháp hiệu quả. Nó giúp cải thiện đáng kể các thông số sắt điện. Mục tiêu là giảm dòng rò rỉ. Đồng thời, tăng độ phân cực dư và trường điện từ cưỡng bức. Các kỹ thuật đo như đo đường cong P-E (phân cực-điện trường) được sử dụng. Chúng đánh giá các tính chất này. Nghiên cứu này tập trung vào sự hiểu biết về cơ chế. Nó khám phá cách dopant tác động đến ferroelectricity. Việc này mở đường cho các ứng dụng thực tế.

4.1. Cơ chế sắt điện trong BiFeO3

Tính sắt điện trong BiFeO3 bắt nguồn từ cặp electron không liên kết. Cụ thể là cặp 6s2 của ion Bi3+. Cặp electron này gây ra sự dịch chuyển ion Bi3+. Chúng làm cho ion này không nằm ở vị trí trung tâm đối xứng. Điều này tạo ra mô men lưỡng cực điện. Khi đặt điện trường ngoài, các mô men lưỡng cực này. Chúng sẽ định hướng theo hướng điện trường. Điều này tạo ra sự phân cực dư. Sự chuyển dịch của ion Fe3+ cũng góp phần. Nó tăng cường hiệu ứng sắt điện. Tuy nhiên, sự tồn tại của các vacancy oxy hoặc ion Fe hóa trị thấp hơn. Chúng gây ra dòng điện rò rỉ. Đây là một vấn đề lớn cần được khắc phục. Các nghiên cứu tìm cách giảm thiểu các khuyết tật này.

4.2. Ảnh hưởng của pha tạp đến độ phân cực

Pha tạp ion đất hiếm (ví dụ: La, Sm, Gd) thay thế Bi3+. Chúng có thể làm giảm dòng điện rò rỉ đáng kể. Việc này là do sự thay đổi trạng thái hóa trị của Fe. Nó cũng có thể do sự thay đổi nồng độ vacancy oxy. Việc giảm dòng rò cho phép quan sát rõ ràng đường cong P-E. Nó làm tăng độ phân cực dư (Pr) và trường cưỡng bức (Ec). Các ion pha tạp kim loại chuyển tiếp (ví dụ: Mn, Co) thay thế Fe3+. Chúng cũng có thể ảnh hưởng đến tính chất sắt điện. Việc thay đổi trạng thái oxy hóa của Fe là một cơ chế. Nó làm giảm sự hình thành các khuyết tật. Điều này cải thiện hiệu suất chuyển mạch của vật liệu. Tối ưu hóa nồng độ dopant là cần thiết. Nó giúp đạt được sự cân bằng tốt nhất về tính chất.

4.3. Đánh giá tính chất điện môi và điện trở

Tính chất điện môi của BiFeO3 pha tạp được nghiên cứu. Nó bao gồm hằng số điện môi và tổn hao điện môi. Các dopant có thể làm thay đổi các giá trị này. Ví dụ, chúng có thể làm giảm tổn hao điện môi ở tần số cao. Điều này là quan trọng cho các ứng dụng tần số cao. Điện trở suất của vật liệu cũng được đánh giá. Điện trở suất cao là mong muốn. Nó giúp giảm dòng điện rò rỉ và cải thiện hiệu suất. Sự phụ thuộc của điện trở vào nhiệt độ cũng được nghiên cứu. Việc này cung cấp thông tin về cơ chế dẫn điện. Nó giúp hiểu rõ hơn về các khuyết tật trong mạng tinh thể. Các nghiên cứu này là nền tảng. Chúng giúp phát triển các thiết bị điện tử hiệu quả hơn.

V.Khám phá Tính chất Từ BiFeO3 Pha Tạp Tối ưu Ứng Dụng

Tính chất từ của BiFeO3 là một khía cạnh quan trọng. Nó đặc trưng cho tiềm năng multiferroic của vật liệu. BiFeO3 nguyên chất là phản sắt từ. Tuy nhiên, nó có cấu trúc xoắn ốc từ tính phức tạp. Cấu trúc này làm triệt tiêu mô men từ vĩ mô. Điều này dẫn đến từ tính biểu kiến yếu. Nó giới hạn các ứng dụng liên quan đến từ trường. Pha tạp ion được sử dụng để phá vỡ cấu trúc xoắn ốc này. Mục tiêu là tăng cường mô men từ. Nó cũng nhằm cải thiện tính chất sắt từ. Các kỹ thuật đo từ tính như VSM (Vibrating Sample Magnetometer) được áp dụng. Chúng giúp đánh giá các thông số từ tính. Bao gồm từ độ bão hòa, từ dư, và trường cưỡng bức. Nghiên cứu này tìm cách tối ưu hóa tính chất từ. Việc này để khai thác tiềm năng của BiFeO3 trong các thiết bị điều khiển từ trường.

5.1. Bản chất từ tính của BiFeO3

BiFeO3 thể hiện tính phản sắt từ kiểu G. Các mô men từ của ion Fe3+ sắp xếp đối song song. Tuy nhiên, có một sự lệch nhỏ giữa các mô men. Điều này tạo ra một cấu trúc xoắn ốc từ tính. Bước sóng của cấu trúc xoắn ốc này là khoảng 62 nm. Cấu trúc này triệt tiêu mô men từ tổng thể. Nó làm cho BiFeO3 nguyên chất có từ tính yếu. Nhiệt độ Neel (TN) của BiFeO3 là khoảng 370 độ C. Trên nhiệt độ này, vật liệu trở thành thuận từ. Sự hiểu biết về cấu trúc từ tính này là cần thiết. Nó giúp định hướng các chiến lược pha tạp. Mục tiêu là làm biến đổi và tăng cường từ tính.

5.2. Thay đổi tính chất từ qua pha tạp

Pha tạp ion đất hiếm (ví dụ: La, Nd, Sm) vào vị trí Bi. Chúng có thể gây ra biến dạng cấu trúc tinh thể. Biến dạng này làm thay đổi các góc liên kết Fe-O-Fe. Nó ảnh hưởng đến tương tác siêu trao đổi. Điều này dẫn đến sự phá vỡ cấu trúc xoắn ốc từ tính. Kết quả là làm tăng mô men từ dư và từ độ bão hòa. Các ion kim loại chuyển tiếp (ví dụ: Mn, Co) thay thế Fe3+. Chúng trực tiếp ảnh hưởng đến các trung tâm từ tính. Ví dụ, Mn pha tạp có thể gây ra sự thay đổi trạng thái hóa trị của Fe. Điều này tăng cường tương tác trao đổi kép. Nó giúp tăng cường tính chất sắt từ. Sự kết hợp pha tạp hai loại ion cũng được nghiên cứu. Nó nhằm mục đích tối ưu hóa hiệu ứng cộng hưởng từ.

5.3. Tiềm năng ứng dụng của BiFeO3 từ tính

Với tính chất sắt từ được tăng cường, BiFeO3 pha tạp có nhiều tiềm năng. Nó có thể được sử dụng trong các thiết bị bộ nhớ. Đặc biệt là bộ nhớ RAM sắt từ (FeRAM). Khả năng điều khiển từ tính bằng điện trường là một ưu điểm lớn. Nó cho phép tạo ra các cảm biến từ trường. Hoặc các thiết bị lọc tần số điều khiển bằng điện áp. Vật liệu này cũng hứa hẹn trong công nghệ spintronics. Nó sử dụng spin của electron để truyền thông tin. Các nghiên cứu tiếp theo sẽ tập trung. Chúng nhằm vào việc chế tạo màng mỏng BiFeO3 pha tạp. Đồng thời khám phá các hiệu ứng giao diện và lớp phủ. Việc này nhằm tối đa hóa hiệu quả của tương tác từ-điện.

30/05/2026

Xem trước tài liệu

Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Luận án chế tạo vật liệ bifeo3 pha tạp và nghiên cứu một số tính chất

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (182 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ĐÀO VIỆT THẮNG CHẾ TẠO VẬT LIỆU BiFeO3, PHA TẠP VÀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ Hà Nội – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ĐÀO VIỆT THẮNG CHẾ TẠO VẬT LIỆU BiFeO3, PHA TẠP VÀ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ TÍNH CHẤT Chuyên ngành: Vật lí chất rắn Mã số: 62.04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. Dư Thị Xuân Thảo 2. Nguyễn Văn Minh Hà Nội – 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của PGS. Dư Thị Xuân Thảo và GS.

Các số liệu và kết quả trong luận án là hoàn toàn trung thực và không trùng lặp với bất kì công trình nào đã công bố. Tác giả Đào Việt Thắng ii LỜI CẢM ƠN Trước tiên tôi xin bày tỏ sự kính trọng và biết ơn sâu sắc đến GS. Nguyễn Văn Minh và PGS. Dư Thị Xuân Thảo, thầy cô là những người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt thời gian qua.

Thầy cô đã tận tình giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt nhất, khích lệ tinh thần để tôi có thêm nghị lực hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Trường Đại học Mỏ – Địa chất đã tạo điều kiện thuận lợi về mọi mặt để tôi tập trung nghiên cứu trong suốt quá trình hoàn thành luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô Khoa Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã trang bị cho tôi những kiến thức, chia sẻ kinh nghiệm, động viên, yêu quí, đùm bọc tôi trong suốt thời gian tôi học tập và nghiên cứu tại đây. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS.

Nguyễn Việt Tuyên, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên; PGS. Bùi Hoàng Bắc, Trường Đại học Mỏ – Địa chất; NCS. Đỗ Minh Thành, NCS. Nguyễn Đăng Phú, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội; NCS.

Nguyễn Văn Quảng, Trường Đại học Ulsan Hàn Quốc đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong việc đo phổ tán xạ Raman, đo phổ tán sắc năng lượng, chụp ảnh hiển vi điện tử quét, trao đổi kinh nghiệm và hỗ trợ những tài liệu trong quá trình nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô, các anh chị và các đồng nghiệp trong Bộ môn Vật lí, Khoa Khoa học cơ bản, Trường Đại học Mỏ – Địa chất đã chia sẻ công việc, giúp đỡ tôi những khó khăn và tạo mọi điều kiện để tôi tập trung cho nghiên cứu trong suốt thời gian qua. Trong thời gian làm việc tại Trung tâm Khoa học và Công nghệ Nano, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, tôi luôn nhận được sự giúp đỡ trong công việc, chia sẻ kinh nghiệm, cổ vũ, động viên tinh thần của TS. Nguyễn Mạnh Hùng, TS.

Nguyễn Cao Khang, TS. Đặng Đức Dũng, TS. Lê Thị Mai Oanh và các anh chị em học viên cao học, các em sinh viên học tập và nghiên cứu tại đây. iii Lời cảm ơn cuối cùng, tôi dành để cảm ơn tới bố mẹ, anh chị em và những người thân trong gia đình đã động viên và tạo điều kiện mọi mặt để tôi tập trung nghiên cứu.

Tôi xin gửi lời cảm ơn vợ Nguyễn Thị Kiều Anh và hai con đã luôn sát cánh, chăm sóc, khích lệ, động viên kịp thời và là nguồn động lực lớn nhất giúp tôi hoàn thành luận án này. Hà Nội, ngày 15 tháng 02 năm 2017 Tác giả Đào Việt Thắng iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC .iv CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU. viii DANH MỤC BẢNG .xi DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH VẼ .1 Chương 1: TỔNG QUAN VẬT LIỆU MULTIFERROIC VÀ BiFeO3.

Vật liệu ABO3. Cấu trúc tinh thể và các hiện tượng méo mạng. Cấu trúc perovskite. Sự tách mức năng lượng trong trường bát diện.

Hiệu ứng Jahn - Teller và các hiện tượng méo mạng. Một số cơ chế giải thích tính chất từ trong cấu trúc perovskite. Tương tác trao đổi trực tiếp. Tương tác trao đổi gián tiếp thông qua các điện tử dẫn.

Tương tác siêu trao đổi. Tương tác trao đổi kép. Vật liệu multiferroic. Lịch sử phát triển của vật liệu multiferroic.

Tính chất vật lí của vật liệu multiferroic. Tính chất sắt điện. Tính chất sắt từ và phản sắt từ. Hiệu ứng từ – điện trong vật liệu multiferroic.

Tính chất điện của vật liệu multiferroic. Vật liệu BiFeO3. Cấu trúc của vật liệu BiFeO3. Tính chất dao động trong vật liệu BiFeO3.

Tính chất điện của vật liệu BiFeO3. Tính chất sắt điện của vật liệu BiFeO3. Tính chất từ của vật liệu BiFeO3. Tính chất quang học của vật liệu BiFeO3.

Vật liệu BiFeO3 pha tạp ion đất hiếm. Cấu trúc và tính chất dao động của tinh thể BiFeO 3 khi pha tạp ion đất hiếm. Tính chất từ của vật liệu BiFeO3 khi pha tạp ion đất hiếm. Tính chất sắt điện của vật liệu BiFeO3 khi pha tạp ion đất hiếm.

Vật liệu BiFeO3 pha tạp ion kim loại chuyển tiếp. Vật liệu BiFeO3 pha tạp đồng thời ion đất hiếm và kim loại chuyển tiếp .43 Kết luận chương 1 .48 Chương 2: PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VÀ CÁC PHÉP ĐO PHÂN TÍCH TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU. Các phương pháp chế tạo vật liệu. Phương pháp phản ứng pha rắn.

Phương pháp thuỷ nhiệt. Phương pháp sol - gel. Kí hiệu các mẫu chế tạo. Kĩ thuật đo đạc, các phép đo sử dụng để phân tích cấu trúc và tính chất vật lí của vật liệu.

Phép đo phân tích nhiệt vi sai và nhiệt trọng lượng. Phép đo giản đồ nhiễu xạ tia X. Phép đo phổ tán xạ Raman. Phép đo phổ tán sắc năng lượng.

Phép đo ảnh hiển vi điện tử quét. Phép đo phổ hấp thụ. Phép đo chu trình từ trễ. Phép đo phổ trở kháng.

Phép đo chu trình điện trễ .65 Kết luận chương 2 .66 Chương 3: CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BiFeO3, MẪU CHẾ TẠO TRONG CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ KHÁC NHAU. Cấu trúc tinh thể, tính chất dao động và hình thái bề mặt của vật liệu BiFeO3, mẫu chế tạo trong các điều kiện công nghệ khác nhau. Cấu trúc tinh thể BiFeO3. Tính chất dao động của tinh thể BiFeO3.

Hình thái bề mặt của vật liệu BiFeO3. Tính chất của vật liệu BiFeO3, mẫu chế tạo trong các điều kiện công nghệ khác nhau. Tính chất từ của vật liệu BiFeO3. Tính chất quang học của vật liệu BiFeO3 .86 Kết luận chương 3 .90 Chương 4: CẤU TRÚC TINH THỂ, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BiFeO3 PHA TẠP ION ĐẤT HIẾM.

Cấu trúc tinh thể, tính chất dao động và hình thái bề mặt của vật liệu Bi1- xRExFeO3 (RE = Nd, Gd, Sm, Y; x = 0,00 ÷ 0,20). Cấu trúc tinh thể của vật liệu Bi1-xRExFeO3. Tính chất dao động của vật liệu Bi1-xRExFeO3. Hình thái bề mặt của vật liệu Bi1-xNdxFeO3.

Tính chất vật lí của vật liệu Bi1-xRExFeO3 (RE = Nd, Gd, Sm, Y). Tính chất quang học của vật liệu Bi1-xRExFeO3. Tính chất từ của vật liệu Bi1-xRExFeO3. Tính chất điện của vật liệu Bi1-xRExFeO3.

Tính chất sắt điện của vật liệu BiFeO3 pha tạp ion Gd3+ .121 Kết luận chương 4 .124 vii Chương 5:CẤU TRÚC TINH THỂ, TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU BiFeO3 PHA TẠP ĐỒNG THỜI ION ĐẤT HIẾM VÀ KIM LOẠI CHUYỂN TIẾP. Cấu trúc tinh thể, tính chất dao động và hình thái bề mặt của vật liệu Bi1- xRExFe0,975Ni0,025O3 (RE = Nd, Gd; x = 0,00 ÷ 0,15). Cấu trúc tinh thể của vật liệu Bi1-xRExFe0,975Ni0,025O3. Tính chất dao động của vật liệu Bi1-xRExFe0,975Ni0,025O3.

Hình thái bề mặt của vật liệu Bi1-xRExFe0,975Ni0,025O3. Tính chất vật lí của vật liệu Bi1-xRExFe0,975Ni0,025O3 (RE = Nd, Gd). Tính chất quang học của vật liệu Bi1-xRExFe0,975Ni0,025O3. Tính chất từ của vật liệu Bi1-xRExFe0,975Ni0,025O3.

Tính chất sắt điện của vật liệu Bi1-xRExFe0,975Ni0,025O3 .140 Kết luận chương 5 .145 DANH MỤC CÁC CÔNG BỐ KHOA HỌC.146 TÀI LIỆU THAM KHẢO .149 viii CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÍ HIỆU Thuật ngữ 1. D-M : Tương tác Dzyaloshinskii-Moriya 3. DTA : Phép phân tích nhiệt vi sai (Differential Thermal Analysis) 4. EC : Điện trường khử điện (Coercive field) 5.

EDS : Phổ tán sắc năng lượng (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 6. Eg : Độ rộng vùng cấm (Band gap) 7. FWHM : Độ bán rộng (Full Width at Half Maximum) 9. HC : Lực kháng từ (Coercivity) 10.

Hex : Cấu trúc lục giác (Hexagonal) 11. HS : Trạng thái spin cao (High – Spin) 12. ICDD : Trung tâm quốc tế về dữ liệu nhiễu xạ (The International Centre for Diffraction Data) 13. JT : Hiệu ứng Jahn - Teller 14.

LXRD : Kích thước tinh thể 15. ME : Hiệu ứng từ – điện (Magnetoelectric) 16. Ms : Từ độ bão hoà (Spontaneous magnetization) 18. Pc : Cấu trúc giả lập phương (pseudocubic) 19.

Pr : Độ phân cực điện dư (Remnant polarization) 20. Ps : Độ phân cực điện bão hoà (Spontaneous polarization) 21. SEM : Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope) 22. TC : Nhiệt độ chuyển pha sắt điện – thuận điện (Curie temperature) 23.

TEM : Kính hiển vi truyền qua (Transmission Electron Microscope) 24. TGA : Phép phân tích nhiệt trọng lượng (Thermogravimetrical Analysis) 25. TN : Nhiệt độ chuyển pha Néel (Néel temperature) ix 26. UV-Vis : Tử ngoại – Khả kiến (Ultraviolet – Visible) 27.

VSM : Từ kế mẫu rung (Vibrating Sample Magnetometry) 28. XRD : Nhiễu xạ tia X (X-ray Diffraction) 29. αij : Hệ số từ – điện Mẫu được chế tạo và nghiên cứu trong luận án 30. BFNO: Mẫu BiFeO3 pha tạp 2,5% mol Ni2+ 31.

BFO: Mẫu BiFeO3 không pha tạp 32. BNFNO: Mẫu BiFeO3 pha tạp đồng thời 10% mol Nd3+ và 5% mol Ni2+ 33. HT: Hệ mẫu BiFeO3 chế tạo bằng phương pháp thuỷ nhiệt 34. H2, H4, H6, H8, H10, H12: Mẫu BiFeO3 thuỷ nhiệt trong thời gian 2, 4, 6, 8, 10 và 12 giờ.

HC4, HC5, HC6, HC7, HC8: Mẫu BiFeO3 thuỷ nhiệt trong 4 giờ, tương ứng với nồng độ dung dịch KOH là 4, 5, 6, 7 và 8 M 36. SNiGd: Hệ mẫu BiFeO3 pha tạp đồng thời Gd3+ và Ni2+ 37. NiGd2,5; NiGd5; NiGd7,5; NiGd10; NiGd12,5; NiGd15: Mẫu BiFeO3 pha tạp đồng thời Gd3+ và Ni2+, tương ứng với nồng độ Gd là 2,5; 5; 7,5; 10; 12,5 và 15% mol 38. SNiNd: Hệ mẫu BiFeO3 pha tạp đồng thời Nd3+ và Ni2+ 39.

NiNd2,5; NiNd5; NiNd7,5; NiNd10; NiNd12,5; NiNd15: Mẫu BiFeO3 pha tạp đồng thời Nd3+ và Ni2+, tương ứng với nồng độ Nd là 2,5; 5; 7,5; 10; 12,5 và 15% mol 40. SG: Hệ mẫu BiFeO3 chế tạo bằng phương pháp sol - gel 41.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Câu hỏi thường gặp

Luận án "Chế tạo vật liệu BiFeO3 pha tạp và nghiên cứu tính chất" nghiên cứu về vấn đề gì?

"Luận án nghiên cứu chế tạo vật liệu Bifeo3 pha tạp và đánh giá một số tính chất cơ bản, mở rộng ứng dụng trong công nghệ vật liệu cao cấp."

Luận án "Chế tạo vật liệu BiFeO3 pha tạp và nghiên cứu tính chất" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Năm bảo vệ: 2017.

Luận án "Chế tạo vật liệu BiFeO3 pha tạp và nghiên cứu tính chất" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Chế tạo vật liệu BiFeO3 pha tạp và nghiên cứu tính chất" thuộc chuyên ngành Vật lí chất rắn. Danh mục: Công Nghệ Vật Liệu.

Luận án "Chế tạo vật liệu BiFeO3 pha tạp và nghiên cứu tính chất" có bao nhiêu trang?

Luận án "Chế tạo vật liệu BiFeO3 pha tạp và nghiên cứu tính chất" có 182 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Chế tạo vật liệu BiFeO3 pha tạp và nghiên cứu tính chất" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter

Tóm tắt nội dung