Luận án: Chế tạo vật liệu dây nano từ tính nền Co và nghiên cứu tính chất - Đại học Quốc gia Hà Nội

MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU. 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH .1 Giới thiệu chung về dây nano từ tính .1 Dây nano từ tính đơn đoạn .2 Dây nano từ tính nhiều đoạn .3 Ảnh hưởng của đường kính.4 Ảnh hưởng của từ trường trong quá trình lắng đọng .5 Ảnh hưởng của độ pH trong dung dịch lắng đọng .2 Một số nghiên cứu về vật liệu Co-Ni-P .3 Các tính chất vật lý cơ bản của dây nano từ tính .1 Dị hướng từ tinh thể .2 Dị hướng hình dạng. 32 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. 40 CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM .1 Chế tạo dây nano từ tính bằng phương pháp lắng đọng điện hóa.1 Phương pháp dòng-thế .2 Phương pháp lắng đọng điện hóa.2 Quy trình chế tạo vật liệu dây nano từ tính .1 Các vật liệu dùng trong thực nghiệm .2 Khuôn mẫu polycarnonate .3 Chế tạo lớp điện cực làm việc lên một mặt của khuôn mẫu PC .4 Mô tả quá trình lắng đọng điện hóa .5 Mô tả quá trình lắng đọng điện hóa trong từ trường.

Dung dịch lắng đọng của dây nano đơn nguyên, đa nguyên và dây nhiều đoạn.7 Quy trình tổng hợp vật liệu dây nano từ tính .8 Các dây nano từ tính đã chế tạo .3 Các kỹ thuật đặc trưng cấu trúc và tính chất từ .1 Hiển vi điện tử quét .2 Hiển vi điện tử truyền qua .3 Nhiễu xạ tia X.4 Từ kế mẫu rung. 61 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. 63 CHƯƠNG 3: TỔNG HỢP VẬT LIỆU DÂY NANO TỪ TÍNH NỀN Co .1 Khảo sát đặc trưng dòng - thế .1 Đặc trưng dòng - thế của hệ đơn nguyên Co, Ni .2 Đặc trưng dòng-thế của hệ ba nguyên Co-Ni-P .2 Nghiên cứu tính chất của vật liệu dây nano từ tính Co .1 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể.2 Khảo sát tính chất từ của dây nano từ tính Co .3 Nghiên cứu tính chất của vật liệu dây nano từ tính Co-Pt-P .1 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể.2 Khảo sát tính chất từ của dây nano từ tính Co-Pt-P .4 Nghiên cứu tính chất của vật liệu dây nano từ tính Co-Ni-P .1 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể.2 Khảo sát tính chất từ của mảng dây nano Co-Ni-P có chiều dài khoảng 5 µm. 82 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3.

86 CHƯƠNG 4: ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ LÊN CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT TỪ CỦA DÂY NANO TỪ TÍNH Co-Ni-P 87 4.1 Ảnh hưởng của độ pH lên vật liệu dây nano từ tính Co-Ni-P .1 Thành phần hóa học của dây nano từ tính Co-Ni-P.2 Cấu trúc tinh thể của dây nano từ tính Co-Ni-P .3 Tính chất từ của dây nano từ tính Co-Ni-P .2 Ảnh hưởng của đường kính lên dây nano từ tính Co-Ni-P .1 Đường đặc trưng mật độ dòng - thời gian.2 Hình thái học của dây nano Co-Ni-P với đường kính khác nhau .3 Cấu trúc tinh thể của dây nano Co-Ni-P với đường kính khác nhau .4 Ảnh hưởng của đường kính lên tính chất từ của dây nano Co-Ni-P .3 Ảnh hưởng của từ trường lắng đọng lên dây nano từ tính Co-Ni-P .1 Đường đặc trưng mật độ dòng - thời gian.2 Hình thái học và vi cấu trúc tinh thể của dây nano từ tính Co-Ni-P.3 Tính chất từ của dây nano từ tính Co-Ni-P. 108 KẾT LUẬN CHƯƠNG 4. 112 CHƯƠNG 5: NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DÂY NANO TỪ TÍNH NHIỀU ĐOẠN .1 Tính chất của dây nano từ tính nhiều đoạn Co/Au .1 Khảo sát hình thái học của dây nano Co, Au và Co/Au .2 Phân tích thành phần nguyên tố hóa học của dây nano Au và Co 118 5.3 Tính chất từ của dây nano từ tính nhiều đoạn Co/Au .2 Tính chất của dây nano từ tính nhiều đoạn Co-Ni-P/Au .1 Khảo sát hình thái học của dây nano từ tính nhiều đoạn Co-Ni-P/Au 123 5.2 Phân tích thành phần nguyên tố hóa học của dây nano từ tính nhiều đoạn Co-Ni-P/Au .3 Tính chất từ của dây nano từ tính nhiều đoạn Co-Ni-P/Au. 126 KẾT LUẬN CHƯƠNG 5.

128 KẾT LUẬN CHUNG. 129 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN. 130 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 132 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tên tiếng Anh Tên tiếng Việt Ký hiệu Polycarbonate Khuôn mẫu Poly cac bo nat PC Anodic alumina oxide Khuôn mẫu nhôm oxit AAO Anisotropy field Trường dị hướng Hs Coercivity Lực kháng từ Hc Remanent magnetization Từ dư Mr Saturation magnetization Từ độ bão hòa Ms Maximum magnetization Từ độ lớn nhất MMax Squareness factor Độ vuông góc Mr/Ms Remanent to maximum Tỷ số từ dư trên từ độ lớn nhất Mr/MMax magnetization ratio Effective anisotropy Hằng số dị hướng từ hiệu dụng Keff constant Magnetocrystalline Năng lượng dị hướng từ tinh ECr anisotropy energy thể Magnetoelastic energy Năng lượng từ đàn hồi EEA Crystalline anisotropy Năng lượng dị hướng tinh thể ECA energy Mgnetostactic energy Năng lượng tĩnh từ ED Energy dispersive X- Ray Phổ tán sắc năng lượng tia X EDX spectroscopy Length to diameter ratio of Tỷ số chiều dài trên đường L/d wires kính của dây Ferromagnetic layer Lớp sắt từ FM Non-magnetic layer Lớp không từ NM Magnetic multilayer Dây nano từ tính nhiều đoạn FM/NM/FM nanowires Hexagonal close packed Cấu trúc lục giác xếp chặt hcp structure Face centred cubic Lập phương tâm mặt fcc Vibrating sample Từ kế mẫu rung VSM magnetometer X-ray diffraction Nhiễu xạ tia X XRD Scanning electron Hiển vi điện tử quét SEM microscopy Field emission scanning Hiển vi điện tử quét phát xạ FE-SEM electron microscopy trường Transmission electron Hiển vi điện tử truyền qua TEM microscopy High-resolution transmission Hiển vi điện tử truyền qua độ HR-TEM electron microscopy phân giải cao Selected area electron Nhiễu xạ điện tử vùng lựa chọn SAED diffraction Critical radius Bán kính tới hạn rc Demagnetization factor Hệ số trường khử từ Nd Demanetization factor along Hệ số trường khử từ theo trục a Na the axis a Demanetization factor along Hệ số trường khử từ theo trục b Nb the axis b Demanetization factor along Hệ số trường khử từ theo trục c Nc the axis c Demagnetization field Trường khử từ Hd Constant of exchange Hằng số tương tác trao đổi A stiffness Smallest solution of the Giá trị nhỏ nhất của hàm q Bessel functions Bessel Near neighbor spacing Khoảng cách gần nhất a1 Working electrode Điện cực làm việc WE Counter electrode Điện cực đếm CE Reference electrode Điện cực so sánh RE Cyclic Voltammetry Đặc trưng dòng-thế CV Crystallite size Kích thước tinh thể D DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang 1.1 Tính chất từ của dây nano Co có đường kính khoảng 40 nm 19 2.1 Thông tin về các tham số kỹ thuật (đường kính khuôn mẫu, 53 độ pH, thế lắng đọng và thời gian lắng đọng) 2.2 Các dây nano được chế tạo và nghiên cứu trong luận án 54 4.1 Thành phần nguyên tố hóa học của dây nano Co-Ni-P có 88 pH thay đổi từ 2 đến 6,5 được xác định bằng phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) 4.2 Giá trị lực kháng từ và tỷ số Mr/MMax của dây nano Co-Ni- 93 P ở các giá trị pH khác nhau 5.1 Giá trị Hc và tỷ số Mr/MMax của dây nano Co-Ni-P/Au 127 DANH MỤC CÁC HÌNH, ĐỒ THỊ HÌNH TÊN HÌNH TRANG 1.1 (a) Ảnh TEM của dây nano Co với đường kính 50 nm sau khi loại 10 bỏ khuôn mẫu AAO và (b) ảnh SEM của bề mặt khuôn mẫu AAO với đường kính lỗ ống 50 nm 1.2 Ảnh SEM của dây nano Co-Ni-P sau khi loại bỏ khuôn mẫu PC 12 1.3 Đường cong từ trễ của dây nano Co-Ni-P được đo theo phương 12 song song và vuông góc với trục của dây 1.4 Ảnh TEM của dây nano nhiều đoạn Co54Ni46/Co85Ni15: (1) đoạn 14 Co85Ni15 và (2) đoạn Co54Ni46 1.5 Đường cong từ trễ của dây nano nhiều đoạn Co54Ni46 /Co85Ni15 14 1.6 Ảnh FE-SEM của dây nano nhiều đoạn Co-Pt-P/Au sau khi loại bỏ 15 khuôn PC (a) 4 đoạn và (b) 6 đoạn 1.7 Ảnh FE-SEM của mảng dây nano Co 16 1.8 Đường cong từ trễ của dây nano Co với đường kính khác nhau: (a) 17 50 nm, (b) 65 nm và (c) 90 nm 1.9 Đường cong từ trễ của dây nano Co được chế tạo trong từ trường 18 với cường độ khác nhau: (a) 0 T, (b) 5 T và (c) 10 T 1.10 Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào độ pH của dung dịch lắng đọng 21 1.11 Đường cong từ trễ của màng Co-Ni-P được lắng đọng với nồng độ 22 NaH2PO2 khác nhau 1.12 Sự phụ thuộc lực kháng từ vào nồng độ mol NaH2PO2 23 1.13 Sự phụ thuộc thành phần P vào nồng độ mol NaH2PO2 23 1.14 Giản đồ nhiễu xạ tia X của màng Co-Ni-P với nồng độ NaH2PO2 24 khác nhau 1.15 Sự thay đổi lực kháng từ và cường độ của pha (002) vào nồng độ 25 NaH2PO2 1.16 (a) ảnh TEM và (b) ảnh SAED của màng Co-Ni-P 26 1.17 Giản đồ nhiễu xạ tia X của chấm nano Co-Ni-P với chiều cao của 27 chấm nano khác nhau: (a) 25 nm, (b) 20 nm, (c) 15 nm, (d) 10 nm, (e) 5 nm và (f) 0 nm 1.18 Đường cong từ trễ của chấm nano Co-Ni-P với đường kính 150 nm 27 1.19 (a) Ảnh TEM và (b) giản đồ nhiễu xạ tia X của dây nano Co-Ni-P 28 1.20 Đường cong từ trễ của mảng dây nano Co-Ni-P được lắng đọng ở 29 nhiệt độ khác nhau 1.21 Sự phụ thuộc của lực kháng từ và tỷ số Mr/Ms của dây Co-Ni-P vào 30 nhiệt độ dung dịch lắng đọng 1.22 Hình phỏng cầu thon dài (c > a =b) 33 1.23 Mối quan hệ giữa hệ số trường khử từ đã chuẩn hóa (Na/4π và 34 Nc/4π) của mẫu vật liệu phỏng cầu thon dài và tỷ số m = c/a > 10, Na/4π ≈ 0,5 và Nc/4π ≈ 0 1.24 Mối liên hệ giữa bán kính tới hạn của hình phỏng cầu đơn đômen 36 và hệ số trường khử từ (Nc) dọc theo trục c.

Theo tính toán, giả thiết rằng A = 1.25 Hai mô hình đảo chiều từ độ trong hình phỏng cầu đơn đômen. (a) 37 mô hình quay đều; (b) mô hình xoắn; (c) phân tích phép quay đều 1.26 Đường cong từ trễ của dây nano Ni với đường kính là 100 nm và 39 chiều dài là 1 µm. (a) từ trường đặt song song với trục của dây; (b) từ trường đặt vuông góc với trục của dây 2.1 Thiết bị Autolab 3020 N được trang bị tại Trường Đại học Khoa 44 học Tự nhiên- Đại học Quốc gia Hà Nội 2.2 Sơ đồ tế bào điện hóa.3 Hệ lắng đọng điện hóa tại Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp Trường Đại 47 học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội 2.4 Ảnh hình thái bề mặt của khuôn mẫu PC; (a) khuôn mẫu PC có 48 đường kính 200 nm và (b) khuôn mẫu có đường kính khoảng 100 nm 2.5 Ảnh mặt cắt khuôn mẫu PC 49 2.