Tính chất từ của hệ vật liệu nano LaFe1-xCoxO3 (0 ≤ x ≤ 1)

Hệ vật liệu nano LaFe1-xCoxO3 (0 ≤ x ≤ 1) được chế tạo thành công bằng phương pháp sol-gel (gel-citrate). Phân tích nhiễu xạ X-ray cho thấy hệ mẫu được chế tạo đơn pha và có cấu trúc orthorhombic với kích thước trung bình 18.8 nm. Tính chất từ của hệ vật liệu bị biến đổi mạnh khi pha tạp ion Co+n, thông số S = Mr/Ms giảm theo tỷ lệ pha tạp. Hệ vật liệu thể hiện tính sắt từ yếu, gần với trạng thái siêu thuận từ.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tính chất từ của hệ vật liệu nano LaFe1-xCoxO3 (0 ≤ x ≤ 1)TÍNH CHẤT TỪ CỦA HỆ VẬT LIỆU NANO LaFe1-xCoxO3 (0 ≤ x ≤ 1)LÊ THỊ THỦY TIÊN - NGUYỄN THỊ PHƯƠNG THẢOHỒ THỊ PHƯƠNG GOANH - NGUYỄN THỊ THỦYTrường Đại học Sư phạm - Đại học HuếTóm tắt: Hệ vật liệu nano LaFe1-xCoxO3 (0 ≤ x ≤ 1) được chế tạo thành côngbằng phương pháp sol-gel (gel-citrate). Phân tích nhiễu xạ X-ray cho thấy hệmẫu được chế tạo đơn pha và có cấu trúc orthorhombic với kích thước trungbình 18.8 nm. Tính chất từ của hệ vật liệu bị biến đổi mạnh khi pha tạp ionCo+n, thông số S = Mr/Ms giảm theo tỷ lệ pha tạp. Hệ vật liệu thể hiện tínhsắt từ yếu, gần với trạng thái siêu thuận từ.Từ khóa: Vật liệu perovskite, cấu trúc nano, phương pháp sol-gel, siêuthuận từ1. GIỚI THIỆUVật liệu perovskite LaFeO3 và các hợp chất biến tính pha tạp của chúng đã và đang thuhút được sự chú ý của các nhà khoa học trong nước và trên thế giới do được ứng dụngrộng rãi trong kỹ thuật và đời sống như: chế tạo các pin nhiên liệu, làm chất xúc táctrong điều chế khí, chế tạo các cảm biến phát hiện khí độc [1]. Vật liệu perovskiteLaFeO3 bình thường thể hiện tính phản sắt từ, tuy nhiên, tính chất từ của vật liệu sẽ thayđổi đáng kể khi pha tạp các kim loại đất hiếm vào vị trí A hoặc kim loại chuyển tiếp vàovị trí B trong cấu trúc tinh thể ABO3. Coban là một nguyên tố kim loại kiềm thổ, có từtính mạnh, có độ từ thẩm tương đối cao (bằng hai phần ba độ từ thẩm của sắt), có tínhđa hóa trị (+2, +3, +1), và có các mức năng lượng điện tử trong lớp 4d chưa đầy tức làkhông bù trừ momen từ nên khi pha tạp vào vật liệu nền LaFeO3 thì tính chất từ của vậtliệu bị thay đổi mạnh do xuất hiện hiện tượng méo mạng Jahn-Teller, trạng thái hỗn hợphóa trị... Bài báo trình bày các kết quả nghiên cứu về sự biến đổi cấu trúc và từ tính củavật liệu LaFeO3 pha tạp ion Co3+.2. THỰC NGHIỆMHệ vật liệu nano LaFe1-xCoxO3 (0 ≤ x ≤ 1) được chế tạo bằng phương pháp sol-gel (gelcitrate) [2]. Các muối La(NO3)3, Co(NO3)3, Fe(NO3)3 với nồng độ 0.1M được chuẩn bịtheo đúng hợp thức, axit citric C6H8O7.H2O nồng độ 1M đóng vai trò là chất tạo phức.Hỗn hợp muối này được pha trộn với nhau theo tỉ lệ(M+: tổng sốion có trong dung dịch và AC: axit citric), được khuấy gia nhiệt liên tục ở nhiệt độ 700Ctrong vòng 7 đến 8 giờ. Quá trình tạo phức sử dụng NH4.OH làm chất xúc tác để điềuchỉnh pH ổn định ở mức 6.5-7. Sau khi hỗn hợp chuyển sang trạng thái xerogel rồi đếngel thì ngưng khuấy và gia nhiệt. Ủ gel ở 2000C trong 24 giờ rồi nung thiêu kết ở 3000Cvà 5000C trong vòng 10 giờ để thu được hệ mẫu có kích thước nanomét.Tạp chí Khoa học và Giáo dục, Trường Đại học Sư phạm HuếISSN 1859-1612, Số 03(31)/2014: tr. 28-3430LÊ THỊ THỦY TIÊN và cs.3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬNCấu trúc tinh thể của hệ vật liệu được xác định thông qua phổ nhiễu xạ X-ray và đượctrình bày trong hình 1. Hệ mẫu đơn pha có cấu trúc trực thoi, độ rộng các đỉnh nhiễu xạtương đối lớn cho thấy hạt có kích thước bé.Các thông số cấu trúc mạng được tính toán và trình bày trong bảng 1, từ bảng 1 nhậnthấy cấu trúc tinh thể của hệ vật liệu bị thay đổi mạnh khi pha tạp ion Co3+. Thể tích ôcơ sở giảm dần, do bán kính của ion Co3+ (0.62 Å), nhỏ hơn so với bán kính của ionFe3+ (0.67Å). Điều này cũng dẫn đến hiện tượng méo mạng, làm cấu trúc của hệ LaFe1xCoxO3 không còn là cấu trúc lập phương lí tưởng [3].Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ vật liệu nano LaFe1-xCoxO3 nung ở 500 0C trong 10 giờBảng 1. Các thông số mạng của hệ vật liệu nano LaFe1-xCoxO3 nung ở 500 0C trong 10 giờx00.10.20.30.51a ( A 0)5.92785.77615.59215.56215.56745.3080b (A0)8.36748.17207.89037.84807.76877.4894c (A0)5.91785.76175.57825.54835.55645.2948090900900900900900090900900900900900090900900900900900V[(A0)3]Cấu trúc293.965271.965246.129242.191240.322210.488trực thoitrực thoitrực thoitrực thoitrực thoitrực thoiTÍNH CHẤT TỪ CỦA HỆ VẬT LIỆU NANO LaFe1-xCoxO3 (0 ≤ x ≤ 1)31Kích thước hạt trung bình là 18.8 nm, được tính theo công thức Debye-Scherrer và đượctrình bày trong bảng 2. Ảnh SEM cho thấy được cấu trúc các hạt của hệ vật liệu kết tinhkhá đồng đều.Bảng 2. Kích thước hạt của hệ vật liệu nano LaFe1-xCoxO3 nung ở 500 0C trong 10 giờx00.10.20.30.51B (rad)0.0080.0080.0080.0080.0080.008θ (degree)15.2516.2516.2515.0015.2514.75D (nm)18.818.818.818.718.718.7Hình 2. Ảnh SEM của LaFe0.5Co0.5O3 nung ở 500 0C trong 10 giờx=0x=0.1Hình 3. Đường cong từ trễ M(H) của hệ vật liệu nano LaFe1-xCoxO3 nung ở 300 0C trong 10 giờ32LÊ THỊ THỦY TIÊN và cs.Bảng 3. Các thông số từ của vật liệu nano LaFe1-xCoxO3 nung ở 3000C trong 10 giờX00.1Công thứcLaFeO3LaFe0.9Co0.1O3Mr (emu/g)301.557 × 10-65.123 × 10-6Ms(emu/g)48.275 × 10-37.873 × 10-3Mr/Ms0.0060.001Thông thường, vật liệu perovskite LaFeO3 lý tưởng thể hiện tính phản sắt từ. Tuy nhiêntính chất này sẽ biến đổi thành sắt từ hay sắt từ yếu k ...