Vật liệu từ cứng nanocomposite và một số phương pháp chế tạo (KLTN k41)

Mẫu vi cấu trúc một chiều và cấu trúc vi từ của vật liệu composite tương tác trao đổi được sử dụng làm cơ sở tính kích thước tới hạn vùng pha ...7 a độ từ hóa đạt bão hòa, b-c sự khử từ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

Hà Nội - 2019

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

Người hướng dẫn khoa học

ThS NGUYỄN MẪU LÂM

Hà Nội - 2019

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới ThS Nguyễn

Mẫu Lâm đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm cho em

trong suốt thời gian làm khóa luận tốt nghiệp này

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy giáo, Cô giáo KhoaVật lý, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã bồi dưỡng và trang bị kiến thứccho em trong thời gian học tập vừa qua Xin cảm ơn Đề tài Khoa học côngnghệ cấp cơ sở Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 mã số 2018.28

Sau cùng, xin gửi lời cảm ơn đến gia đình và các bạn sinh viên đã luônđộng viên, giúp đỡ tôi trong quá trình làm Khóa luận tốt nghiệp

Xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, ngày 02 tháng 05 năm 2019

Sinh viên

Nguyễn Thị Minh Châu

LỜI CAM ĐOAN

Khóa luận tốt nghiệp “Vật liệu từ cứng nanocomposite và một sốphương pháp chế tạo” là kết quả nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫncủa ThS Nguyễn Mẫu Lâm Kết quả này không trùng với kết quả của cácnhóm tác giả khác

Tôi xin cam đoan những điều trên là đúng sự thật, nếu sai tôi xin hoàntoàn chịu trách nhiệm

Hà Nội, ngày 02 tháng 05 năm 2019

Sinh viên

Nguyễn Thị Minh Châu

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1.Lí do chọn đề tài 1

2.Mục đích nghiên cứu 2

3.Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4.Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2

5.Phương pháp nghiên cứu 2

6.Giả thuyết khoa học 2

7.Cấu trúc khóa luận 3

NỘI DUNG 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VLTC NANOCOMPOSITE 4

1.1.Lịch sử phát triển của VLTC nanocomposite 4

1.2.Một số mô hình lý thuyết về VLTC nanocomposite 6

1.2.1 Mô hình E F Kneller và R Hawig [7] 6

1.2.2 Mô hình Skomski-Coey [22] 11

1.3.Một số hệ nanocomposite điển hình 15

1.3.1 Hệ nanocomposite Nd-Fe-B 15

1.3.2 Hệ nanocomposite nền Sm-Co 17

1.3.3 Hệ nanocomposite nền Mn-Bi 20

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VLTC NANOCOMPOSITE 22

2.1 Phương pháp phun băng nguội nhanh 22

2.2 Phương pháp nghiền cơ năng lượng cao 25

2.3 Phương pháp ép nóng đẳng tĩnh 30

2.4 Phương pháp thiêu kết bằng xung điện plasma 32

2.5 Phương pháp hóa học 34

KẾT LUẬN 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 38

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

HIP: Ép nóng đẳng tĩnh

NCĐH: Nam châm đàn hồi

NCNC: Nam châm nanocomposite

NCVC: Nam châm vĩnh cửu

SPS: Thiêu kết bằng xung điện Plasma

VLTC: Vật liệu từ cứng

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sự phát triển của nam châm vĩnh cửu theo (BH) max [3] 4

Hình 1.2 Mô hình nam châm nanocomposite [9] 6

Hình 1.3 Mẫu vi cấu trúc một chiều và cấu trúc vi từ của vật liệu composite tương tác trao đổi được sử dụng làm cơ sở tính kích thước tới hạn vùng pha 7

(a) độ từ hóa đạt bão hòa, (b)-(c) sự khử từ khi tăng từ trường nghịch đảo H trong trường hợp bm >>bcm , (d) sự khử từ trong trường hợp giảm bm đến kích thước tới hạn b cm 7

Hình 1.4 Cấu trúc hai chiều lí tưởng của nam châm đàn hồi 9

Hình 1.5 Các đường cong khử từ điển hình: 10

(a) Nam châm đàn hồi với vi cấu trúc tối ưu, b m = b cm (b) Nam châm đàn hồi với vi cấu trúc dư thừa, bm >> bcm (c) Nam châm sắt từ đơn pha thông thường (d) Nam châm hỗn hợp hai pha sắt từ độc lập .10

Hình 1.6 a) Mô hình vật liệu cấu trúc lớp lý tưởng (các hạt pha cứng/mềm xen kẽ đều đặn), b) Mô hình vật liệu cấu trúc lớp thực tế chế tạo được .12

Hình 1.7 Sự phụ thuộc của từ độ dư và lực kháng từ vào tỉ phần pha từ mềm trong hai trường hợp kích thước hạt trung bình là 10 nm và 20 nm 14

Hình 1.8 Sự phụ thuộc (BH) max theo tỉ phần pha từ mềm trong hai trường hợp kích thước hạt trung bình là 10 nm và 20 nm .15

Hình 1.9 Cấu trúc tinh thể hợp kim Nd 2 Fe 14 B (a), nguyên tử B và 6 nguyên tử Fe (vị trí e và k1) tạo thành hình lăng trụ đứng đáy tam giác (b) [10] .16

Hình 1.10 Mô hình vật liệu từ cứng nanocomposite Sm-Co/α-Fe: 18

a) lõi là pha từ cứng, b) lõi là pha từ mềm .18

Hình 1.11 a) đường cong khử từ theo mô hình a .19

b) đường cong khử từ theo mô hình b 19

Hình 1.12 a) lực kháng từ phụ thuộc kích thước hạt và tỉ phần pha từ mềm, 19

b) (BH) max phụ thuộc kích thước hạt và tỉ phần pha từ mềm .19

Hình 1.13 Đường cong khử từ vật liệu tổ hợp: a) đẳng hướng, b) dị hướng .20

Hình 1.14 Tính chất từ của vật liệu tổ hợp: a) đẳng hướng, b) dị hướng .21

Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ phun băng nguội nhanh trống quay đơn trục (a), Ảnh chụp

dòng hợp kim nóng chảy trên mặt trống quay (b) 23

Hình 2.2 Đường cong từ trễ của mẫu: Fe 65 Co 35 (a), Nd 16 Fe 76 B 8 (b), Nd16Fe76B8/30%wt.Fe65Co35 (c) 24

Hình 2.3 Ảnh FESEM của mẫu Nd 16 Fe 76 B 8 /30%wt.Fe 65 Co 35 với tốc độ trống quay là 25 m/s .25

Hình 2.4 Nguyên lý nghiền cơ năng lượng cao .26

Hình 2.5 Máy nghiền cơ SPEX 8000D (a), cối và bi nghiền (b) .27

Hình 2.6 Đường cong từ trễ ở nhiệt độ phòng của vật liệu nanocomposite Mn 65 Ga 20 Al 15 /Fe 65 Co 35 với 5, 10, 15, 20% trọng lượng Fe 65 Co 35 28

Hình 2.7 a) đường cong từ trễ, b) nhiễu xạ tia X của mẫu SmCo 5 /α-Fe với 10% khối lượng α-Fe được ủ với thời gian 1 giờ trong từ trường 2,8 T .29

Hình 2.8 (a) Lực kháng từ và từ dư, (b) Từ dư rút gọn của mẫu SmCo5 + 20wt.% Fe điều chế bằng nghiền cơ trong 5 h, ủ ở các nhiệt độ khác nhau trong 1 h trong từ trường 2,8 T và không ủ trong từ trường, (c) Đường cong từ trễ của mẫu ủ ở 550oC với thời gian 1 h trong từ trường và không có từ trường .30

Hình 2.9 Sơ đồ quá trình ép nóng đẳng tĩnh 31

a) Vỏ bọc mẫu vật liệu, b) Cho mẫu vào vỏ bọc, c) Hút chân không, d) Hàn vỏ bọc mẫu, e) Ép nóng đẳng tĩnh, f) Sản phẩm 31

Hình 2.10 a) Ảnh chụp thiết bị HIP tại Viện khoa học Vật liệu .31

b) Sơ đồ mô tả buồng mẫu .31

Hình 2.11 Sơ đồ cấu trúc của thiết bị thiêu kết xung điện plasma 33

Hình 2.12 Vi cấu trúc và tính chất từ của nam châm dị hướng NdFeB chế tạo bằng phương pháp SPS .34

Hình 2.13 Mô hình cấu trúc vỏ - lõi của mẫu FePt/Co .36

Hình 2.14 a) Đường cong từ trễ ở nhiệt độ phòng của mẫu FePt và FePt/Co có cấu trúc lõi/vỏ với kích thước 8/4 nm; b) Sự phụ thuộc của Ms và Hc vào tổ hợp lõi/vỏ FePt/Co; c) Đường cong từ trễ ở nhiệt độ phòng của mẫu tổ hợp lõi/vỏ FePt/Co có kích thước 8/4 nm được ủ ở nhiệt độ 300 và 350oC; d) M s và H c của tổ hợp FePt/Co đã ủ nhiệt với kích thước vỏ thay đổi 36

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.2 Tính chất của pha từ cứng, từ mềm của hệ Mn-Bi/-Fe

20Bảng 2.1 Thông số từ của một số nam châm nanocomposite Nd-Fe-B đãđược chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh có ủ nhiệt [1] 25

của pha từ mềm 28Bảng 2.3 Các điều kiện công nghệ và thông số từ của một số hệnanocomposite nền Nd-Fe-B chế tạo bằng phương pháp HIP 32

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Vật liệu từ cứng (VLTC) là loại vật liệu từ được phát hiện và sử dụng

VLTC được sử dụng rộng rãi trong thực tế, từ các thiết bị quen thuộc trongcuộc sống hằng ngày như động cơ điện, máy phát điện, vật liệu ghi từ trong ổđĩa cứng, cho đến các thiết bị trong lĩnh vực kỹ thuật hiện đại như công nghệthông tin, quân sự, y học Khả năng ứng dụng VLTC vào cuộc sống ngàycàng lớn đã thúc đẩy các nhà khoa học tìm kiếm những vật liệu mới cùng vớiviệc cải tiến công nghệ chế tạo để tạo ra những VLTC tốt hơn, đáp ứng đượcnhu cầu của cuộc sống

Nam châm vĩnh cửu (NCVC) có cấu trúc nano được xem là nam châmthế hệ mới trong hơn một thập niên qua kể từ sau bước nhảy vĩ đại trong lịch

(Mỹ), Sagawa và cộng sự (Nhật) vào năm 1983 và hiện vẫn đang là loại

được trong phòng thí nghiệm với NCVC chế tạo theo phương pháp thiêu kết

MGOe), và hiện nay nam châm loại này chiếm một tỉ phần lớn về giá trị trongcông nghiệp nam châm Tuy nhiên chúng có nhược điểm là tính oxy hóa cao(do hoạt tính của Nd), nhiệt độ hoạt động thấp và giá thành đắt (do chứa nhiềuđất hiếm) Năm 1988, Coehoorn và các cộng sự ở Phòng thí nghiệm Philip

Lượng Nd trong nam châm loại này chỉ bằng khoảng 1/3 trong nam châm

hoá học của nam châm Để chỉ loại nam châm hai pha này người ta sử dụngthuật ngữ “nam châm tổ hợp” hay "nanocomposite"

Vậy nam châm nanocomposite (NCNC) là loại nam châm có cấu trúc tổ

hợp của hai pha từ cứng và từ mềm ở kích thước nanomet Pha từ cứng(chiếm tỉ phần thấp) cung cấp lực kháng từ lớn, pha từ mềm cung cấp từ độ

pha từ cứng và từ mềm ở kích thước nanomet Loại nam châm này được tínhtoán là có khả năng cho tích năng lượng từ lớn gấp 3 lần so với nam châm

Do vậy, nhóm nghiên cứu quyết định chọn đề tài khóa luận:

“Vật liệu từ cứng nanocomposite và một số phương pháp chế tạo”.

2 Mục đích nghiên cứu

Tổng quan về VLTC nanocomposite và một số phương pháp chế tạo

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cấu trúc, tính chất của một số hệ nanocomposite điển hình

- Nghiên cứu một số phương pháp chế tạo nanocomposite

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

a Đối tượng nghiên cứu

Vật liệu từ cứng nanocomposite và phương pháp chế tạo

b Phạm vi nghiên cứu

Vật liệu từ cứng nanocomposite

5 Phương pháp nghiên cứu

- Đọc, tra cứu tài liệu

- Tổng hợp, phân tích lý thuyết, đưa ra cái nhìn tổng quan

6 Giả thuyết khoa học

Nghiên cứu tính chất từ của một số hệ nanocomposite điển hình và một

số phương pháp chế tạo nanocomposite

Kiến nghị:

Nếu được hỗ trợ kinh phí thì chúng tôi sẽ tiến hành kiểm nghiệm môhình vật liệu từ cứng nanocomposite bằng thực nghiệm

7 Cấu trúc khóa luận

Chương 1: Tổng quan về VLTC nanocomposite

Chương 2: Một số phương pháp chế tạo VLTC nanocomposite

NỘI DUNG CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VLTC NANOCOMPOSITE

1.1 Lịch sử phát triển của VLTC.

VLTC hay NCVC là loại vật liệu từ được phát hiện và sử dụng sớm

Đ

năng hút sắt và định hướng Bắc – Nam Các kim chỉ nam trong la bàn là một

Â

u v à thực sự phát triển mạnh từ cuối t h ế k ỷ 1 9 , đầu t h ế k ỷ 2 0 cho đến nay.Năm 1740, các nhà khoa học lần đầu tiên chế tạo ra NCVC nhưng tích năng

hút đủ mạnh thì ta phải cần một lượng lớn VLTC hoặc thay đổi công nghệchế tạo, điều này sẽ gặp khó khăn khi VLTC loại này bị khai thác cạn kiệt Vìthế các nhà khoa học cần tìm ra loại VLTC mới ưu việt hơn Từ năm 1910

năm giá trị này tăng gấp 3 lần (hình 1.1)

Hình 1.1 Sự phát triển của nam châm vĩnh cửu theo (BH) max [3].

Thập niên 60 của thế kỷ 20 được coi là bước ngoặt lịch sử trong côngnghệ chế tạo NCVC khi NCVC chứa đất hiếm ra đời Họ NCVC Sm-Co dựa

cao: Br  1 T (10 kG), Hc  44 kOe (350 kA/m), (BH)max  32,5 MGOe (260

nghiên cứu về việc thay thế VLTC Co được thúc đẩy mạnh mẽ trên toàn thếgiới Các nhà khoa học tập trung vào những vật liệu có trữ lượng lớn ở vỏTrái

Đất và có momen từ nguyên tử cao Hai nguyên tố Nd và Fe thỏa mãn cácđiều kiện đó

Năm 1983, Sagawa (Nhật Bản) cùng đội ngũ của mình đã chế tạo thành

phương pháp luyện kim bột Cùng năm đó, Croat và cộng sự ở công ty

tại Phòng thí nghiệm Philip Research, Coehoorn và các cộng sự đã công bố

(15% thể tích) Loại VLTC này được gọi là nanocomposite và nó được tínhtoán là có khả năng cho tích năng lượng từ lớn hơn gấp 3 lần so với nam

Thuật ngữ nanocomposite bao gồm hai từ quan trọng là "nano" để chỉkích thước các vi hạt, và "composite" để chỉ tập hợp các vi hạt liên kết vớikích thước đó nhưng có các tính chất khác nhau Vậy NCNC được đặc trưngbởi vi cấu trúc nano của vật liệu và nó có chứa ít nhất hai pha sắt từ với chứcnăng khác nhau Vi cấu trúc như thế làm xuất hiện tương tác trao đổi giữa cáchạt từ cứng và từ mềm lân cận nhau, tương tác này kết hợp được ưu điểm của

thể cao của pha từ cứng [12, 16, 20, 22, 27] Sau đó, tính chất khử từ bánthuận nghịch có nguồn gốc từ sự quay gần thuận nghịch của mômen từ trongthành phần từ mềm được chú ý Kneller và Hawig đã sử dụng thuật ngữ "namchâm đàn hồi tương tác trao đổi" cho loại nam châm này [7] Sau đó, bằng lýthuyết, Skomski và Coey đã đưa ra khả năng chế tạo NCNC có tích năng

1.2 Một số mô hình lý thuyết về VLTC nanocomposite.

Các mô hình lý thuyết mô phỏng cấu trúc cho rằng vật liệunanocomposite bao gồm hai thành phần là thành phần từ cứng và thành phần

từ mềm Trong đó, thành phần từ cứng cho lực kháng từ cao, thành phần từmềm cho từ độ bão hòa lớn và có thể bao phủ pha từ cứng để tránh sự ănmòn Sự sắp xếp trật tự cấu trúc trong kích thước nano sẽ làm xuất hiện tươngtác trao đổi đàn hồi, thông qua tương tác này mà các vectơ mômen từ mềm bịkìm bởi các hạt từ cứng hình thành nên cấu trúc đan xen giữa các hạt từ cứng

và hạt từ mềm Sự kết hợp giữa các hạt từ cứng và từ mềm được mô phỏngtrên hình 1.2

Hình 1.2 Mô hình nam châm nanocomposite [9]

Nhờ cấu trúc đó mà tính chất từ của vật liệu được cải thiện đáng kể:

nhiều so với nam châm đơn pha thông thường

1.2.1 Mô hình E F Kneller và R Hawig [7].

Năm 1991, Kneller và Hawig đã sử dụng mô hình một chiều dựa trên

cơ chế tương tác trao đổi giữa các hạt sắt từ có kích thước nanomet để môphỏng cấu trúc của NCNC

Vi cấu trúc

 Các kích thước tới hạn

Vi cấu trúc cần đạt được của NCNC phải không cho phép cơ chế quay

từ độ không thuận nghịch ở mỗi pha một cách dễ dàng Theo mô hình líthuyết của hai nhà khoa học này, vật liệu nanocomposite được coi là bao gồmmột chuỗi các pha từ cứng k và pha từ mềm m xen kẽ nhau, nằm dọc theo trục

Hình 1.3 Mẫu vi cấu trúc một chiều và cấu trúc vi từ của vật liệu composite tương tác trao đổi được sử dụng làm cơ sở tính kích thước tới hạn vùng pha

(a) độ từ hóa đạt bão hòa, (b)-(c) sự khử từ khi tăng từ trường nghịch đảo H trong trường hợp b m >>b cm , (d) sự khử từ trong trường hợp giảm b m đến kích thước tới

hạn b cm

Để đơn giản, dị hướng từ tinh thể được giả thiết là đơn trục trong cả haipha k, m với hai trục dễ song song với trục z và vuông góc trục x, tương táctrao đổi giữa pha k và pha m được thực hiện bởi các mômen từ của cả hai phathông qua biên pha Một cách gần đúng có thể xem năng lượng trong váchmiền chỉ bao gồm năng lượng dị hướng và năng lượng trao đổi, do đó năng

( là độ dày vách, K là hằng số dị hướng từ tinh thể, A là hằng số trao đổi).

được các đại lượng ở trạng thái cân bằng:

Để xác định kích thước tới hạn của pha từ mềm, ta giả sử kích thước tới

đầu từ độ bão hòa dọc theo trục x (hình 1.3a), sau đó xuất hiện trường ngoài

H đảo chiều và tăng dần thì độ từ hóa bắt đầu thay đổi từ pha m

Khiquá trình đảo từ xảy ra, trong pha mềm hình thành hai vách miền kiểu xoay

=

(4)Khi đó, vách sẽ mở rộng về phía pha k, dẫn đến sự đảo từ không thuận

nghịch

ta tính được kích thước tới hạn của pha từ mềm là:

bcm = (Am/Kk)1/2 (5)Thực tế cho thấy, rất khó để tính bề dày tới hạn của pha k theo lý

 Tỉ số thể tích pha

Dạng hình học tối ưu của vi cấu trúc làm cực tiểu tỉ lệ thể tích của pha

pha m đối với pha k Giá trị này phụ thuộc vào bản chất từng loại vật liệu

Mẫu của Kneller và Hawig khá đơn giản nhưng cũng đã mô tả đượcmột cách định lượng mối liên hệ cơ bản giữa vi cấu trúc và tính chất từ củavật liệu có tương tác trao đổi Thực nghiệm chỉ ra rằng nam châm phải gồmhai pha sắt từ (pha từ cứng và pha từ mềm) và phải có vi cấu trúc thích hợp đểtăng cường tương tác trao đổi giữa hai pha từ cứng và từ mềm, ít nhất là các

Biết vk, ta tính được từ độ bão hòa trung bình của vật liệu:

Ms = vkMsk + (1 - vk)Msm (6)

Biểu hiện từ

 Đường cong khử từ

chiều, tức là trước khi từ độ của pha k bắt đầu thay đổi như hình 1.5a và 1.5b

giữa hai pha

Về dạng tổng quát của đường cong khử từ M(H), ta thấy trong vi cấu

M=0, tương tự với một NCVC thông thường (hình 1.5c) Trong vi cấu trúc dư

hòa theo hướng thuận nghịch (hình 1.5b) Nếu không có trao đổi đàn hồi thìchu trình sẽ như hình 1.5d

Hình 1.5 Các đường cong khử từ điển hình:

(a) Nam châm đàn hồi với vi cấu trúc tối ưu, b m = b cm (b) Nam châm đàn hồi với vi cấu trúc dư thừa, b m >> b cm (c) Nam châm sắt từ đơn pha thông thường (d) Nam

châm hỗn hợp hai pha sắt từ độc lập.

quả này với đặc trưng của đường cong từ trễ cho thấy, một đường cong khử từthuận nghịch cùng với tỉ lệ độ từ dư bão hòa đẳng hướng

như tiêu chuẩn của sự xuất hiện cơ chế trao đổi đàn hồi

m r  0.5

có thể xem

0 M sm (8)

 M 1 M

 v M

a) b)

Hình 1.6 a) Mô hình vật liệu cấu trúc lớp lý tưởng (các hạt pha cứng/mềm xen kẽ đều

đặn), b) Mô hình vật liệu cấu trúc lớp thực tế chế tạo được.

Để khảo sát ảnh hưởng của vi cấu trúc lên tính chất từ của vật liệu nanocomposite, Skomski và Coey xuất phát từ điều kiện cực tiểu năng lượng

trong đó: H là từ trường nội tại là tổng của từ trường ngoài và trường khử từ

A(r) là độ cứng trao đổi

n là vectơ đơn vị theo hướng trục dễ, không phụ thuộc vào r

Theo mẫu này, dị hướng từ tinh thể được thay thế bằng dị hướng từ

K 1 m (12)n

0 k sk  vmMsm

từ tinh thể bậc nhất và từ độ bão hòa của pha từ cứng và pha từ mềm)

Giải bài toán cực tiểu năng lượng tự do, ta thu được kết quả:

Mật độ tích năng lượng cực đại xác định bởi:

tích pha cứng là 9,3% Từ kết quả này ta thấy rằng chỉ với tỉ phần pha từ cứngrất nhỏ (một lượng nhỏ đất hiếm) cũng có thể tạo ra nam châm có tích năng

vi cấu trúc xen kẽ của các lớp cứng mềm là tối ưu

Mô hình này còn chỉ ra kích thước hạt của pha từ cứng và pha từ mềmkhông được vượt quá 10 nm

1.2.3 Mô hình Schreft [27].

Schreft và cộng sự [8] đã mô phỏng nam châm đẳng hướng trongtrường hợp hai và ba chiều, nam châm này bao gồm các hạt đa diện khôngđều của pha từ cứng trong nam châm đơn pha, hoặc của hai pha từ cứng và từmềm Trong nam châm hai pha cứng mềm, giả thiết rằng các hạt pha từ cứngđược gắn vào nền pha từ mềm Các tham số từ xác định từ điều kiện cực tiểu

thể, năng lượng trường tạp tán và năng lượng từ tĩnh xác định bởi:

(r) là góc giữa véctơ từ độ và trục dễ từ hoá, Hext từ trườngngoài).

Trên cơ sở cực tiểu hoá năng lượng và áp dụng phương pháp phần tửhữu hạn để xác định sự phân bố từ độ của toàn hệ ở trạng thái bền theo trường

và vi cấu trúc của vật liệu như kích thước hạt, sự phân bố các hạt cho cả hailoại vật liệu đơn pha và hai pha Trong trường hợp vật liệu hai pha cứng mềm,khi trường ngoài dương giảm về không, kết quả mô phỏng cho thấy nếu kíchthước hạt khoảng 10 nm thì tất cả spin của pha từ mềm sắp xếp song songtheo hướng từ trường ngoài Khi kích thước hạt khoảng 20 nm, do phạm vitương tác trao đổi bé nên sự định hướng spin theo hướng từ trường ngoài

tỉ phần thể tích của pha từ mềm là 75%

Hình 1.7 Sự phụ thuộc của từ độ dư và lực kháng từ vào tỉ phần pha từ mềm trong hai

trường hợp kích thước hạt trung bình là 10 nm và 20 nm

Từ hình 1.7 ta thấy trong cả hai trường hợp từ độ dư đều tăng khi tỉphần pha mềm tăng nhưng kích thước hạt nhỏ hơn thì độ từ dư tăng mạnhhơn Khi kích thước hạt trung bình là 10 nm thì lực kháng từ có giảm nhưngvẫn khá cao ngay khi tỉ phần pha từ mềm đạt 75% thể tích Điều này đượcgiải thích là khi tỉ phần pha từ mềm tăng lên sẽ làm giảm sự tiếp xúc trực tiếpgiữa các hạt từ cứng khiến lực kháng từ giảm

Hình 1.8 Sự phụ thuộc (BH) max theo tỉ phần pha từ mềm trong hai trường hợp kích

thước hạt trung bình là 10 nm và 20 nm.

trung bình của hạt lớn hơn 10 nm thì khi tăng tỉ phần pha từ mềm sẽ làm giảm

cả từ dư và lực kháng từ

Trong NCĐH đẳng hướng kích thước hạt trung bình càng nhỏ thì từ độ

dư và lực kháng từ càng tăng Trong trường hợp kích thước hạt cỡ hai lần độrộng vách đômen, tỉ phần thể tích của pha mềm có thể tăng trên 50% màkhông làm suy giảm lực kháng từ Các phân tích vi từ số đã chỉ ra rằng tươngtác trao đổi mạnh là nguyên nhân gây nên sự tăng từ độ bão hòa, do vậy tíchnăng lượng có thể tăng cao trong NCĐH nano đẳng hướng

1.3 Một số hệ nanocomposite điển hình.

1.3.1 Hệ nanocomposite Nd-Fe-B

đang được quan tâm nghiên cứu vì khả năng ứng dụng lớn và có thể nâng cao

100 MGOe