Tài liệu Cấu trúc tinh thể, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt trong hợp kim heusler Ni50Mn38Sb12B3

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Mẫn Thị Kiều Yến CẤU TRÚC TINH THỂ, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT TRONG HỢP KIM HEUSLER Ni50Mn38Sb12B3 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2011 1 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Mẫn Thị Kiều Yến Cấu trúc tinh thể, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt trong hợp kim Heusler Ni50Mn38Sb12B3 Chuyên ngành: Vật lý nhiệt Mã số: 60.44.09 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS.TS. LƢU TUẤN TÀI Hà Nội - 2011 2 Danh mục các bảng biểu và hình vẽ Chương 1: Bảng 1.1 : Các thông số MCE của các hợp chất dạng [16] Bảng 1.2: Bảng giá của một số vật liệu ( 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47) Bảng 1.3: Thông số của một số vật liệu từ nhiệt Hình 1.1 : Mô tả cơ chế của hiệu ứng từ nhiệt. Hình 1.2: Lược đồ của thiết bị đo MCE sử dụng một cặp nhiệt vi sai. Hình 1.3: Lược đồ của thiết bị đo MCE sử dụng một cuộn dây siêu dẫn. Hình 1.4: Hệ các đường cong từ hóa đẳng nhiệt của một vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn được đo tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (Hà Nội). Hình 1.5: So sánh hai quá trình làm lạnh bằng từ và bằng nén khí. Hình 1.6: Biến thiên entropy từ của các mẫu hợp kim [23],[22] và có Fe [25] trong khoảng từ trường 2T. Hình 1.7: Biến thiên entropy từ của các mẫu hợp kim MnAs, [35] và hai hợp kim NiMnGa [18] trong khoảng từ trường 2T. Hình 1.8 : Biến thiên entropy của các hợp kim khác nhau có thành phần cơ bản trong khoảng từ trường 2T [15, 12]. Hình 1.9: Biến thiên entropy từ của các hợp chất loại trong khoảng từ trường 2T [27, 9, 8, 28]. Hình 1.10: Ảnh SEM (a) và đường cong từ nhiệt làm lạnh (b) có từ trường (FC) và không có từ trường (ZFC) của mẫu . Hình 1.10: Sự thay đổi của nhiệt độ tới hạn vào từ trường đặt vào và sự phụ thuộc nhiệt độ của từ độ [10]. Hình 1.11: làm lạnh từ của nhóm O.Tegus [10]. Hình 1.12: Năm loại mạng cơ bản trong cấu trúc trật tự gần theo mô hình Berna. Hình 1.13 : Hàm phân bố xuyên tâm của Natri lỏng (a) so với Natri tinh thể (c) và hàm mật độ 1 Hình 1.14: Máy làm lạnh bằng từ trường cho vùng nhiệt độ phòng chế tạo năm 1997 [37]. Chương 2: Hình 2.1: Hệ thống nấu mẫu hồ quang. Hình 2.2: Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động phương pháp nhiễu xạ tia X. Hình 2.3: Hệ đo X-ray. Chương 3: Hình 3.1a: Nhiễu xạ tia X tại nhiệt độ 291K. Hình 3.1b: Nhiễu xạ tia X tại các nhiệt độ khác nhau. Hình 3.2: Đường cong từ nhiệt M-T đo ở từ trường B=0.01T theo hai chế độ ZFC và FC. Hình 3.3: Đường cong từ nhiệt của mẫu Ni50Mn38Sb12B3 ở từ trường không đổi 0.1T. Hình 3.4: Các đường M-T đo ở các từ trường 0.1T, 1T, 2T,3T,4T,5T Hình 3.5: Các đường cong từ hóa M-B ở các nhiệt độ khác nhau 258K(a), 261K(b), 264K(c), 267K(d), 270K(e) và ở các nhiệt độ khác nhau (f) Hình 3.6: Phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào các nhiệt độ khác nhau. 2 MỞ ĐẦU Hiệu ứng từ nhiệt là một hiện tượng nhiệt động học từ tính [37], là sự thay đổi nhiệt độ của vật liệu từ dưới tác dụng của từ trường. Một từ trường ngoài có thể ảnh hưởng mạnh lên trật tự từ của một vật liệu. Trong quá trình từ hóa đoạn nhiệt, sự suy giảm entropy từ của hệ spin trong quá trình định hướng theo từ trường ngoài sẽ được cân bằng lại bằng sự gia tăng entropy của mạng tinh thể và do đó nhiệt độ của vật liệu tăng lên. Trong quá trình khử từ đoạn nhiệt, tức là quá trình ngược lại của quá trình trên, sự gia tăng entropy của hệ spin nhắm thiết lập lại trạng thái ban đầu sẽ được thỏa mãn nhờ sự suy giảm entropy của mạng tinh thể và do đó nhiệt độ của vật liệu giảm xuống. Kết quả của quá trình làm thay đổi nhiệt độ của vật liệu được gọi là hiệu ứng từ nhiệt (Mangnetocaloric effect-MCE). Nếu như quá trình từ hóa và khử từ được thực hiện trong điều kiện đẳng nhiệt (trong môi trường nhiệt độ không đổi) thì vật có thể sinh nhiệt hay thu nhiệt. Nhờ đặc tính này hiệu ứng từ nhiệt được ứng dụng trong kĩ thuật làm lạnh. Mặc dù kỹ thuật làm lạnh bằng phương pháp khử từ đoạn nhiệt các muối thuận từ đã đạt được nhiệt độ cỡ Mililkenvin trong những năm gần đây, nhưng những nghiên cứu về hiệu ứng từ nhiệt và các vật liệu từ nhiệt đối với các ứng dụng trong các thiết bị làm lạnh có hiệu ứng từ nhiệt trong vùng nhiệt độ phòng vẫn tiếp tục được nghiên cứu. Những năm gần đây, các nhà khoa học đã phát hiện ra hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (giant MCE) ở vùng nhiệt độ xung quanh nhiệt độ phòng trên hệ vật liệu , hệ vật liệu này mở ra khả năng ứng dụng trong thiết bị làm lạnh ở nhiệt độ phòng với công nghệ thân thiện với môi trường. Hiệu ứng từ nhiệt gần các trạng thái tới hạn của chuyển pha từ. Chuyển pha từ loại hai chỉ ra các đỉnh MCE sắc nét và hiệu ứng MCE nhỏ. Chuyển pha từ loại một chỉ ra các đỉnh MCE sắc nét và hiệu ứng MCE lớn. Các nhà khoa học cũng phát hiện ra với đồng tồn tại chuyển pha cấu trúc và chuyển pha từ tại nhiệt độ 239K. Chuyển pha này là chuyển pha loại một với trễ nhiệt khoảng 7.4K, trong khoảng từ trường 1T. Những vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt này khá phổ biến, đây là những vật liệu khá tốt cho các ứng dụng nhưng thành phần Gd lại có giá thành rất cao. Hệ (0.25 - Xem thêm -