(Luận văn thạc sĩ vật lý) Hợp kim có Fe Co

(Luận văn thạc sĩ vật lý) Hợp kim có Fe Co(Luận văn thạc sĩ vật lý) Hợp kim có Fe Co(Luận văn thạc sĩ vật lý) Hợp kim có Fe Co(Luận văn thạc sĩ vật lý) Hợp kim có Fe Co(Luận văn thạc sĩ vật lý) Hợp kim có Fe Co(Luận văn thạc sĩ vật lý) Hợp kim có Fe Co(Luận văn thạc sĩ vật lý) Hợp kim có Fe Co

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên tôi xin dành lời cảm ơn chân thành nhất đến TS Đỗ Hùng Mạnh - người Thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất giúp

đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tôi cũng xin cảm ơn Th.S Đỗ Khánh Tùng là người anh, người hướng dẫn dành nhiều thời gian giúp tôi tiếp cận với các thiết bị đo đạc và cách xử lý số liệu trong quá trình tôi thực hiện luận văn

Sự giúp đỡ của các thành viên thuộc phòng Vật lý Vật liệu Từ và siêu dẫn, các anh, chị trong Viện Khoa học Vật liệu

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến bạn bè và gia đình tôi - đặc biệt là người Mẹ thân yêu của tôi - nguồn động viên tình thần lớn lao, luôn bên cạnh ủng

hộ tôi, động viên tôi, tiếp thêm cho tôi sức mạnh có đủ nghị lực và tinh thần để có thể hoàn thành tốt luận văn này

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của TS Đỗ Hùng Mạnh Hầu hết các số liệu, kết quả trong luận văn được trích dẫn lại từ các bài báo của TS Đỗ Hùng Mạnh và các cộng sự Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực chưa từng được ai công bố trong các công trình khoa học khác

Tác giả

Nguyễn Thị Hà My

H : điện trở suất trong từ trường H

ρc : khối lượng riêng

μ : mô men từ của một hạt

μ0 : độ từ thẩm chân không (4π  10-7 Vs (Am)-1)

3 Một số thuật ngữ trong Luận văn đƣợc dịch từ tiếng Anh

field emission scaning electron

microscope (FESEM)

: hiển vi điện tử quét phát xạ trường

Machanic alloying (MA) : hợp kim cơ

MỞ ĐẦU

Trong hơn hai thập kỷ vừa qua, sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ nano diễn ra trong cả ba lĩnh vực: các vật liệu, các linh kiện và thiết bị Các vật liệu nano chiếm vị trí hàng đầu về tốc độ phát triển trong cả hai khía cạnh: tăng cường kiến thức khoa học và các ứng dụng thương mại Hiện nay, một số vật liệu nano dùng cho các ứng dụng trong y-sinh học, xúc tác đã phát triển đến giai đoạn bùng

nổ về thương mại

Trong thời đại ngày nay, công nghệ nano là hướng nghiên cứu đang thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học cũng như các nhà đầu tư công nghiệp bởi ứng dụng to lớn của nó trong sản suất các thiết bị ứng dụng trong công nghiệp, chế tạo các thiết bị điện tử Các thiết bị ứng dụng công nghệ nano ngày càng nhỏ hơn, chính xác hơn, thể hiện độ tinh xảo ưu việt hơn hẳn các thiết bị với công nghệ micro trước đó

Trong những năm gần đây một số vật liệu từ mềm đã được đưa vào nghiên cứu, chế tạo vật liệu cấu trúc nanô mới với tính chất từ mềm tuyệt vời như: độ từ hóa bão hòa cao, lực kháng từ thấp, Các nghiên cứu về vật liệu từ mềm nanô tinh thể đã thu hút được sự chú ý rất lớn Bắt đầu cho sự phát triển mới của vật liệu từ mềm là sự hiện diện của các hợp kim vô định hình Các hợp kim vô định hình có điện trở, chống ăn mòn, độ bền cơ học cao hơn so với hợp kim tinh thể Sau khi các bài báo của Yoshizawa 1988 [1], lĩnh vực đã nhanh chóng phát triển từ cả khoa học cơ bản và tổng hợp các hợp kim mới

Hợp kim FeCo với các đặc trưng từ mềm nổi bật như độ từ thẩm cao, nhiệt

độ Curie cao và đặc biệt từ độ bão hòa cao nhất trong số các vật liệu sắt từ đã biết

có tiềm năng ứng dụng rất lớn trong nam châm tổ hợp trao đổi đàn hồi, hấp thụ sóng điện từ, hay các ứng dụng y sinh…[2-3] Tính chất từ mềm của các hạt nano trên cơ sở FeCo không chỉ phụ thuộc vào thành phần mà còn phụ thuộc rất mạnh vào các phương pháp chế tạo và xử lý nhiệt tiếp theo Chẳng hạn như giá trị lực kháng từ (Hc) của các mẫu được chế tạo bằng phương pháp hợp kim cơ (MA) thường lớn hơn so với các mẫu dạng băng được chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh [4] Nguyên nhân của sự khác biệt được thừa nhận là do ứng suất, tương tác giữa các hạt, sự ôxy hóa, kích thước hạt …Gần đây, Zeng và cộng sự [4] nghiên

cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ủ tới tính chất từ của bột hợp kim cơ FeCo và cho rằng hình thái, kích thước và sự tương tác giữa các hạt là các nguyên nhân gây ra giá trị Hc tương đối cao của các mẫu Các tác giả này cũng cho rằng vai trò của sự ôxy hóa các hạt hợp kim đối với Hc là không đáng kể Tuy nhiên, cho đến nay những nguyên nhân và cơ chế chính tác động tới Hc vẫn đang còn nhiều điểm chưa thống nhất và cần tiếp tục quan tâm nghiên cứu sâu hơn

Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi tiến hành:

“ Nghiên cứu tính chất từ của hợp kim Fe 50 Co 50 có kích thước nano mét tổng hợp bằng phương pháp hợp kim cơ ”

Mục đích của luận văn:

- Chế tạo hạt nano FeCo với tỷ lệ thành phần khác nhau bằng phương pháp hợp kim cơ

- Khảo sát tính chất từ của hợp kim theo thời gian nghiền và nhiệt độ ủ trong không khí

- Khảo sát sự ổn định của mẫu khi bảo quản ngoài không khí

Phương pháp nghiên cứu:

Khóa luận được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm Các mẫu sử dụng trong khóa luận được chế tạo bằng phương pháp hợp kim cơ Cấu trúc hình thái, của mẫu được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffraction-XRD), hiển vi điện tử quét phát xạ trường FESEM (field emission scaning electron microscope) Tính chất từ được tiến hành trên hệ từ kế mẫu rung VSM (Vibrating Sample Magnetometer), hệ đo các tính chất vật lý PPMS (Physical Property Measurement System) Các phép đo trên được thực hiện tại Viện Khoa Học Vật Liệu - Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam - 18 Hoàng Quốc Việt - Cầu Giấy - Hà Nội

Bố cục của khóa luận: luận văn có 50 trang, bao gồm phần mở đầu, 3 chương nội dung và kết luận Cụ thể như sau:

Mở đầu

Chương I: Tổng quan về FeCo - Trình bày sơ lược về hệ hợp kim của hai nguyên tố

Fe - Co, một số đặc trưng trong cấu trúc tinh thể ảnh hưởng đến tính chất từ của hệ vật liệu này

Chương II: Thực nghiệm

Chương III: Kết quả và thảo luận

Kết luận

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ HẠT NANO FeCo

1.1.1 CẦU TRÚC TINH THỂ

Trong các kim loại, các kiểu mạng tinh thể đặc trưng và thường gặp nhất:

- Lập phương tâm khối: Bcc: Body - centered cubic

- Lập phương tâm mặt: Fcc: Face - centered cubic

- Lục giác xếp chặt: Hcp: Hexagonal close-packed

Lập phương tâm khối (Bcc) có ô cơ sở hình lập phương cạnh a, 8 nguyên tử ở 8

góc, 1 nguyên tử ở tâm khối Lập phương tâm mặt (Fcc) có ô cơ sở hình lập

phương cạnh a, 8 nguyên tử ở 8 góc, 6 nguyên tử ở giữa các mặt Lục giác xếp chặt (Hcp) có ô cơ sở là hình lăng trụ 6 cạnh có chiều cao c, đáy lục giác đều cạnh

a Có 12 nguyên tử ở góc, 2 nguyên tử ở tâm 2 mặt đáy và 3 nguyên tử ở tâm của 3 khối lăng trụ tam giác cách nhau

Cấu trúc của pha tinh thể có thể có một tác động đáng kể đến tính chất từ Khi hợp kim giàu Fe, chúng được hình thành ở pha Bcc, giai đoạn kết tinh đầu tiên Thay thế Co cho Fe trong các hợp kim có thể dẫn đến phạm vi mở rộng trong trật

tự tinh thể, tạo ra một pha α - FeCo với CsCl (B2) - pha trật tự và hợp kim giàu Co được tìm thấy có cả cấu trúc Fcc và lục giác xếp chặt (Hcp) trong quá trình kết tinh đầu tiên Do tính giả bền của vật liệu, ranh giới pha - trường giữa các pha Bcc, Fcc, Hcp thường khác với trạng thái cân bằng[14]

Mặc dù Fe thường được tìm thấy ở cấu trúc Bcc - mạng lập phương tâm khối,

nó cũng có thể tồn tại ở cấu trúc Fcc - lập phương tâm mặt Thông số vật lý cho cả hai loại cấu trúc mạng tinh thể được hiển thị: cấu trúc Fcc với hằng số mạng a = 3.515 A0, và cấu trúc Bcc có hằng số mạng a = 2.87 A0

α-Co có cấu trúc lục giác xếp chặt vói hằng số mạng a = 2.51A0 và c = 4.07A0 trong khi β-Co là cấu trúc fcc, cùng với hằng số mạng là 3.55A0

1.1.2 GIẢN ĐỒ PHA Fe VÀ Co

Khái niệm ‘pha’ để chỉ một trạng thái riêng biệt và mang tính chất của vật chất

trong đó một chất nhất định có thể tồn tại Được áp dụng cho cả vật liệu tinh thể và phi tinh thể, sử dụng nó một cách thuận tiện để thể hiện cấu trúc của vật liệu Khi đề cập đến một pha riêng trong cấu trúc của vật liệu, chúng bao hàm một vùng gồm số lượng lớn các nguyên tử (hoặc ion hay phân tử) và sự tồn tại của mặt ranh giới tách nó từ giai đoạn tiếp giáp Sự nhiễu loạn và khiếm khuyết của cấu trúc được bỏ qua Do đó, kim loại tinh khiết hoặc dung dịch rắn được mô tả, quy ước như cấu trúc đơn pha mặc dù [1]

Nhìn vào giàn đồ pha Fe-Co (hình 1.2), ta thấy hợp kim FeCo có cấu trúc

Hình 1.2 Giản đồ pha của mẫu Fe100-xCox Error! Reference

source not found

lập phương tâm mặt (fcc) trong khoảng nhiệt độ 912 ÷ 9860C và phần trăm Co là ~ 70% Co, trong khi ở nhiệt độ thấp hơn là cấu trúc lập phương tâm khối (bcc) và nồng độ là ~ 50% Co, dưới khoảng nhiệt độ 7300C là cấu trúc B2 trật tự

Trong khuôn khổ luận văn này, chúng tôi nghiên cứu hợp kim Fe50Co50 phụ thuộc vào thời gian nghiền và nhiệt độ ủ

Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm ban đầu từ vài trăm, đến vài ngàn, các vật liệu có tính từ mềm tốt có thể đạt tới vài chục ngàn, thậm chí hàng trăm ngàn Chú ý: Độ từ thẩm (permeability) là đại lượng đặc trưng cho khả năng phản ứng của

Hình 1.3 Đường cong từ trễ của vật liệu

từ mềm và một số thông số trên đường trễ

vật liệu từ dưới tác dụng của từ trường ngoài Như ta biết quan hệ giữa cảm ứng từ

B, từ trường ngoài H và độ từ hóa M theo công thức:

và giá trị µ = (1+χ) được gọi là độ từ thẩm hiệu dụng của vật liệu

 Độ từ thẩm cực đại (Maximum permeability): Ta biết rằng vật liệu sắt từ không những có độ từ thẩm lớn mà còn có độ từ thẩm là một hàm của từ

trường ngoài Và độ từ thẩm cực đại cũng là một thông số quan trọng Có những vật liệu sắt từ mềm có độ từ thẩm cực đại rất cao, tới hàng vài trăm ngàn

ví dụ như permalloy, hay hợp kim nano tinh thể Finemet

 Cảm ứng từ bão hòa Bs, hay từ độ bão hòa Ms: Vật liệu từ mềm thường có

từ độ bão hòa rất cao Loại có từ độ cao nhất là hợp kim Fe65Co35 có từ độ bão hòa đạt tới 2,34 T

1 Lực kháng từ:

Lực kháng từ thực tế là một đại lượng ngoại của mỗi vật từ và vật liệu từ Thực

tế, lực kháng từ chỉ tồn tại ở các vật liệu có trật tự từ (sắt từ, feri từ, ) Thông thường, lực kháng từ thường được xác định từ đường cong từ trễ của vật từ Nhờ

khái niệm lực kháng từ người ta phân loại được 2 loại vật liệu sắt từ là vật liệu sắt

từ cứng (có lực kháng từ lớn) và vật liệu sắt từ mềm (có lực kháng từ nhỏ) Do sự liên quan giữa từ trường (H), cảm ứng từ (B), và từ độ (M) bởi công thức:

Do đó, sẽ xuất hiện hai loại giá trị lực kháng từ:

 Lực kháng từ liên quan đến từ độ ( ): là giá trị của lực kháng từ, cho phép triệt tiêu độ từ hóa của mẫu Giá trị này mang tính chất chung, không phụ thuộc vào hình dạng vật từ, và trong kỹ thuật thường được kí hiệu là

Thông thường, nói đến lực kháng từ để chỉ khái niệm này

 Lực kháng từ liên quan đến cảm ứng từ ( ): là giá trị của lực kháng từ cho

phép triệt tiêu cảm ứng từ của vật từ Giá trị này mang tính chất kỹ thuật, phụ

thuộc vào hình dạng vật từ ( do được bổ sung yếu tố dị hướng hình dạng của

vật từ khi đo)

Đối với các vật liệu có lực kháng từ nhỏ, sự sai khác giữa hai đại lượng này rất

nhỏ, sự sai khác này chỉ trở lên đáng kể đối với các vật liệu từ cứng

Cơ chế tạo lực kháng từ liên quan đến cơ chế từ hóa và đảo từ của vật liệu, hay

nói cách khác là liên quan đến sự thay đổi của cấu trúc từ và bị ảnh hưởng mạnh

bởi cấu trúc hạt của vật liệu Yếu tố lớn nhất chi phối lực kháng từ là dị hướng từ

tinh thể và tùy từng loại vật liệu mà lực kháng từ có thể phụ thuộc khác nhau vào

yếu tố này

2 Quá trình từ hóa

a) Đường cong từ hóa và hiện tượng từ trễ

Các quá trình b và c trong toàn bộ quá trình từ hoá trên hình (1.2) có thể

xảy ra đồng thời với nhau ở một khoảng giá trị nào đó của H Lúc khử từ, trạng

thái sắt từ được biểu diễn bởi:

 S c o s  0

i

i i

V I

I  (1.2)

ở đây Vi là thể tích đômen thứ i, θi là góc giữa véc tơ từ độ bão hoà IS của đômen

này đối với một phương nhất định

Hình 1.4 Quá trình từ hoá dưới ảnh hưởng của từ trường tăng dần: a) Mẫu hoàn toàn khử từ b) H ≠ 0 và nhỏ, các đômen gần hướng với từ trường ngoài nở ra, ngược hướng với từ trường ngoài co lại c) H  0 và đủ lớn,

véc tơ từ độ quay trùng với hướng của H

Khi H ≠ 0, từ độ trở nên khác không và đạt giá trị ∆I Sau khi lấy vi phân phương trình (1.2), Ta có:

      

i

i i i

i

I

Số hạng thứ nhất mô tả phần đóng góp vào từ độ gây nên bởi sự dịch

chuyển vách đômen và tương ứng với quá trình trên hình 1.4 gọi là quá trình dịch chuyển vách (wall motion process) Số hạng thứ hai gây bởi sự quay của mô men

từ theo phương của trường ngoài và tương ứng quá trình trên hình 1.6 gọi là quá

trình quay (rotation process) Tương ứng với hai quá trình đó độ cảm từ

gây bởi sự dịch chuyển vách: I dc IScosiv i và một thành phần ứng với biến

thiên từ độ do sự quay của véc tơ I: I q ISv icosi Do đó ta có:

q

dc dH

dI dH

dI dH

Thông thường vật liệu từ được chia thành hai loại căn cứ theo giá trị của χ

và HC Vật liệu từ mềm có χ lớn và HC nhỏ và quá trình từ hoá ban đầu cơ bản qui

định bởi quá trình dịch chuyển vách, và vật liệu từ cứng với χ nhỏ và HC lớn và

quá trình từ hoá ban đầu cơ bản qui định bởi quá trình quay

Quá trình từ hoá bất thuận nghịch – Nguyên nhân sự trễ từ:

Ta xét vách 1800 ngăn cách 2 đômen theo mặt phẳng yz trong một tinh thể

thực (H 1.3) Nếu đặt từ trường ngoài H song song với trục z thì vách đômen dịch

chuyển và đômen có I song song với H nở ra, đômen có I phản song song với H bị

co lại Phương trình cho trạng thái cân bằng của vách là:

(Năng lượng do sự đảo từ) = (Công dịch chuyển vách đômen)

Do đó ta có:

x dx x HI

x yz

d x yz HI x

yz HI

2

dx (1.6)

Trong từ trường ngoài, vị trí mới của vách tương ứng với một năng lượng

vách đômen khác trước Nếu do tác dụng của từ trường ngoài H vách dịch một

đoạn x < OA (Hình 1.5) thì bởi vì tại đấy năng lượng vách lớn hơn tại vị trí x = 0

nên sau khi ngắt từ trường ngoài, vách đômen lại dịch chuyển về vị trí x = 0, phục

hồi lại trạng thái khử ban đầu Đây là quá trình dịch chuyển vách thuận nghịch

Hình 1.5 a)Mô hình hai đômen được phân cách bởi một vách 180 0 nằm trên mặt phẳng yz; b) và c) Sự phụ thuộc của năng lượng vách γ và gradient γ/x

của lớp chuyển tiếp giữa các đômen (vách đômen) vào từ độ

Nếu từ trường đủ lớn để vách dịch chuyển qua điểm A, thì vì tại đây năng lượng vách biến thiên cực đại (γ/x đạt giá trị max), nên vách có thể tự động dịch đến điểm C có giá trị γ/x tương đương mà không cần phải có từ trường ngoài Đoạn dịch chuyển AC gọi là bước nhảy Barkhausen

Sau quá trình từ hoá đó, nếu ngắt từ trường ngoài thì vách không về vị trí

x = 0 mà về vị trí B ứng với cực tiểu năng lượng Kích thước các đômen thuận vẫn lớn hơn kích thước các đômen nghịch gây ra độ từ hoá còn dư giữa một cặp đômen

I = 2ISdx/d0 với d0 là độ rộng của đômen, dx là độ dịch vách Quá trình này là quá trình từ hoá bất thuận nghịch và là nguyên nhân gây ra sự trễ từ

b) Đường cong từ trễ

Hình 1.6 Đường cong từ trễ- Đặc tính lý thú của vật liệu sắt từ Vật liệu được từ hoá tới bão hoà khi từ trường ngoài tăng lên và vẫn giữ

giá trị khác 0 khi từ trường ngoài giảm tới 0

Vật liệu sắt từ có nhiều đặc tính lý thú, khi vật liệu được từ hoá tới bão hoà khi từ trường ngoài tăng lên nhưng vẫn giữ giá trị khác 0 khi từ trường ngoài giảm tới 0 (hình 1.6) Đó chính là hiện tượng trễ từ được thể hiện trên đường cong từ trễ Hiện tượng này có liên quan trực tiếp tới cấu trúc đômen của vật liệu Chính nhờ khả năng nhớ từ này mà một số vật liệu sắt từ được sử dụng để làm vật liệu ghi từ

c) Độ nhớt từ

Độ nhớt từ là thuật ngữ để mô tả sự thay đổi từ độ phụ thuộc vào thời gian

mà không liên quan đến trường tác dụng Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng, khi đặt hay ngắt từ trường ngoài, từ độ, độ từ thẩm, của vật liệu từ chỉ đạt ổn định sau một thời gian, nghĩa là, từ tính của vật liệu không thay đổi đồng bộ với từ trường

từ hóa Hiện tượng đó gọi là sự nhớt từ Hình 1.5 mô tả hiện tượng nhớt từ

2.1 PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO Fe - Co

Có hai phương pháp để tạo vật liệu nano Phương pháp từ dưới lên và phương pháp từ trên xuống Phương pháp từ dưới lên là tạo hạt nano từ các ion hoặc các nguyên tử kết hợp lại với nhau Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu Hạt nano từ tính có thể được chế tạo theo hai nguyên tắc: vật liệu khối được nghiền nhỏ đến kích thước nano và hình thành hạt nano từ các nguyên tử Phương pháp thứ nhất gồm các phương pháp nghiền và biến dạng như nghiền hành tinh, nghiền rung Phương pháp thứ hai được phân thành hai loại là phương pháp vật lý và phương pháp hóa học

1 Phương pháp Polyol

Polyol là phương pháp thường dùng để tạo các hạt nanô kim loại như Ru, Pd,

Au, Co, Ni, Fe, Các hạt nanô được hình thành trực tiếp từ dung dịch muối kim

loại có chứa polyol (rượu đa chức) Polyol có tác dụng như một dung môi hoặc trong một số trường hợp như một chất khử ion kim loại Tiền chất có thể hòa tan trong polyol rồi được khuấy và nâng đến nhiệt độ sôi của polyol để khử các ion kim loại thành kim loại Bằng cách điều khiển động học kết tủa mà chúng ta có thể thu được các hạt kim loại với kích thước và hình dáng như mong muốn

Người ta còn thay đổi phương pháp này bằng cách đưa những mầm kết tinh bên ngoài vào dung dịch Như vậy quá trình tạo mầm và phát triển hạt là hai quá trình riêng biệt làm cho hạt đồng nhất hơn Hạt nanô ô xít sắt với đường kính 100

nm có thể được hình thành bằng cách trộn tỉ lệ không cân đối hydroxide sắt với dung dịch hữu cơ Muối FeCl2 và NaOH phản ứng với ethylene glycol (EG) hoặc polyethylene glycol (PEG) và kết tủa Fe xảy ra ở nhiệt độ từ 80 - 100°C Bằng phương pháp này còn có thể tạo các hạt hợp kim của Fe với Ni hoặc Co Hạt đồng nhất có kích thước từ khoảng 100 nm thu được bằng cách không cho mầm kết tinh

từ bên ngoài Nếu cho mầm kết tinh từ bên ngoài là các hạt nanô Pt thì có thể thu được các hạt có kích thước có thể dao động từ 50 – 100 nm

2 Phương pháp quang xúc tác

Phương pháp này sử dụng nguồn lazer kích thích hay còn goi là phương pháp ăn

mòn laser Vật liệu ban đầu là một tấm kim loại được đặt trong một dung dịch có chứa một chất hoạt hóa bề mặt Một chùm laser xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1-3 mm Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành

3 Phương pháp hóa khử

Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại Thông thường các tác nhân hóa học ở dạng dung dịch lỏng nên còn gọi là phương pháp hóa ướt Dung dịch ban đầu có chứa các muối của các kim loại như HAuCl4, H2PtCl6, AgNO3 Tác nhân khử ion kim loại Ag +

, Au+ thành Ag0,

Au0

4 Phương pháp thủy nhiệt

Phương pháp thủy nhiệt được định nghĩa là phản ứng xảy ra do sự kết hợp của dung dịch hoặc các khoáng chất ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao để hòa tan và tái kết tinh vật liệu mà không hòa tan được ở nhiệt độ thường Theo định nghĩa của Byrappa và Yoshimura, thủy nhiệt chỉ quá trình hóa học xảy ra trong một dung dịch (có nước hoặc không có nước) ở nhiệt độ trên nhiệt độ phòng và áp suất lớn hơn 1 atm xảy ra trong một hệ kín Các dung dịch được chọn ở nồng độ thích hợp Chúng được trộn với nhau, sau đó cho vào bình thủy nhiệt để phản ứng xảy ra ở một nhiệt độ và thời gian thích hợp Sau phản ứng, quay ly tâm thu được kết tủa rồi lọc rửa vài lần bằng nước cất và cồn Sấy khô kết tủa ở nhiệt độ và thời gian

sấy hợp lý ta thu được mẫu cần chế tạo

5 Phương pháp hợp kim cơ (MA)

Trong luận văn này chúng tôi sử dụng phương pháp hợp kim cơ (MA) để chế

tạo hạt nano FeCo Phương pháp MA có ưu điểm hơn so với các phương pháp khác là các thiết bị đơn giản với chi phí thấp, thực hiện dễ dàng ở nhiệt độ phòng, không gây độc hại, cho phép tổng hợp các hạt nano Fe-Co có kích thước nano mét

với phẩm chất từ tốt

a Sơ lược về phương pháp hợp kim cơ:

Phương pháp hợp kim cơ là phương pháp nghiền bi năng lượng cao, chế tạo vật liệu bằng phương pháp hợp kim cơ ( Mechanical Alloying - MA) là một kĩ thuật xử lý bột khô và nó thường tổng hợp cả hai pha: pha giả bền và pha bền vững Kĩ thuật nghiền cơ được phát hiện vào khoảng giữa thế kỉ XX, để tổng hợp một tổ hợp hợp kim có các hạt oxit phân tán nhằm tăng độ bền trong siêu hợp kim với Ni

MA là một kĩ thuật xử lí đa năng, ích lợi về kinh tế và đơn giản về kĩ thuật Ưu thế lớn nhất của MA là tổng hợp những vật liệu mới, chẳng hạn việc tạo hợp kim

từ những phần tử không thể trộn lẫn thông thường, không thể thực hiện được bằng những kĩ thuật khác ngoài kĩ thuật MA

b Nguyên lý

Quá trình MA bao gồm: nạp bột (vật liệu ban đầu) và phần tử nghiền (thường

là bi nghiền được làm từ thép cứng hoặc hỗn hợp C - W) trong một bình nghiền

(thường được làm cùng vật liệu với bi nghiền) được bịt kín trong môi trường khí

trơ tinh khiết (để chống hoặc hạn chế tới mức thấp nhất sự oxi hóa của các chất

trong suốt thời gian nghiền)

Trong quá trình nghiền các hạt bột bị biến dạng do tác động của môi trường nghiền (bi, bình, )

hạt từ milimet tới nanomet

Cạnh tranh với quá trình

giảm kích thước hạt, một số pha trung gian được tạo ra bên trong các hạt hoặc ở bề mặt của hạt Khi thời gian nghiền kéo dài tỷ phần thể tích các pha trung gian tăng lên tạo ra sản phẩm sau cùng ổn định (kết quả của sự cân bằng của hai quá trình bẻ gãy và gắn kết của các hạt bột) Quá trình nghiền có thể được xem như quá trình động học cao, trong đó va chạm của môi trường nghiền là sự kiện chính góp phần chuyển năng lượng động từ công cụ nghiền vào bột cần nghiền Phương trình cơ

bản mô tả mối liên hệ giữa động năng (E kin ), khối lượng m và vận tốc v của bi là:

Hình 2.1 Các trạng thái của hỗn hợp bột ở hai

pha ban đầu A và B trong quá trình hợp kim cơ để tạo ra pha mới C

Từ phương trình trên cho thấy vận tốc của môi trường nghiền là thông số đóng góp quan trọng trong phương pháp MA

c Tổng hợp

Sau quá trình nghiền ta thu được bột hợp kim với kích thước nanomet Tuy nhiên kĩ thuật nghiền này còn phụ thuộc vào nhiều thông số như: kích thước bình nghiền, loại và kích thước bi, tỉ lệ bi:bột, thời gian nghiền trong suốt quá trình tổng hợp vật liệu nano sẽ được trình bày rõ hơn trong chương III của luận văn này Quy trình tổng hợp mẫu:

(i) xử lý vật liệu ban đầu

(ii) cân các thành phần kim loại Fe và Co đã xử lý theo hợp thức

(iii) nạp bột vào bình và nghiền với thời gian khác nhau

Cân các vật liệu theo hợp thức

Nghiền bi năng lượng cao