Tài liệu Chế tạo vật liệu dây nano từ tính, nghiên cứu tính chất và khả năng ứng dụng [tt]

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LƢU VĂN THIÊM CHẾ TẠO VẬT LIỆU DÂY NANO TỪ TÍNH, NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Vật liệu và linh kiện nano Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LIỆU VÀ LINH KIỆN NANO Hà Nội - 2016 Công trình được hoàn thành tại: Trường Đại học công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Cán bộ hướng dẫn khoa học: 1. TS. Lê Tuấn Tú 2. PGS.TS. Phạm Đức Thắng Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án sẽ được bảo vệ trước hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp tại………………………….. Vào hồi giờ ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam - Trung tâm Thông tin – Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Vật liệu có cấu trúc nano đang làm thay đổi diện mạo của các ngành khoa học. Trong đó có vật liệu dây nano từ tính, các hiện tượng vật l mới xuất hiện ở vật liệu dây nano từ tính đ được quan t m nghi n cứu trong nhi u năm qua và được ứng dụng vào các lĩnh vực như trong y sinh học, cảm iến từ trường, đĩa ghi từ mật độ cao, phân tách các tế bào, chọn lọc tế bào và phân tách protein,…vv. Tuy nhi n để ứng ụng thực tế trong từng lĩnh vực cụ thể của vật liệu dây nano từ tính, cần phải đi s u nghi n cứu đến các t nh chất đ c iệt của ch ng như các t nh chất vật l của ạng, y nano từ tính phụ thuộc vào hình ch thước, cấu trúc tinh thể, thành phần hóa học, dị hướng từ,…,vv. Nh ng t nh chất này phụ thuộc rất nhi u vào công nghệ chế tạo vật liệu. o vậy, việc nghi n cứu nh ng t nh chất vật l của các vật liệu y nano từ tính cần được quan tâm nghiên cứu cụ thể nhằm tìm được một số thông tin hấp ẫn và lý thú để đưa ra nh ng định hướng ứng ụng. 2. Mục tiêu của luận án - Chế tạo các mẫu dây nano từ t nh đơn đoạn và nhi u đoạn: (i) Đối với dây nano từ t nh đơn đoạn bao gồm có y nano Co, CoPtP và CoNiP; (ii) Đối với dây nano từ tính nhi u đoạn gồm có y nano Co u và CoNiP u. - Khảo sát đ c trưng cấu tr c và vi cấu cấu tr c của các mẫu y nano từ t nh đ chế tạo. - Nghiên cứu nh ng ảnh hưởng của các thông số kỹ thuật trong việc chế tạo các mẫu dây nano từ t nh như ảnh hưởng của 1 nồng độ pH, ảnh hưởng của đường kính dây và ảnh hưởng của từ trường đ t vào trong quá trình lắng đọng. - Nghiên cứu sự thay đổi chi u dài của đoạn từ tính Co lên tính chất từ của vật liệu dây nano nhi u đoạn Co/Au. - Nghiên cứu định hướng ứng dụng của dây nano từ tính, đó là chức năng hóa 4-ATP (Aminothiphenol) lên b m t từ t nh CoNiP y nano u. 3. Phƣơng pháp nghiên cứu: Luận án được tiến hành bằng phương pháp thực nghiệm. Các mẫu vật liệu dây nano từ t nh đ u được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng điện hóa tại phòng thí nghiệm bộ môn Vật lý nhiệt độ thấp, Đại học khoa học tự nhi n, ĐHQG Hà Nội. 4. Bố cục của luận án: Luận án được trình bày trong 129 trang bao gồm phần mở đầu, 5 chương nội dung, kết luận, cuối cùng là danh mục các công trình được công bố trên các tạp chí, tham dự hội nghị khoa học trong nước và ngoài nước li n quan đến nội dung luận án và tài liệu tham khảo. CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH y nano từ tính 1.1 Vật liệu dây nano là loại vật liệu có ch thước gần như một chi u thẳng đứng với tỷ số chi u ài so với đường kính (L/d) rất cao. Hiện nay, vật liệu y: đó là y nano từ t nh có thể chia làm 2 loại y nano từ t nh m o n và o n. 1.1.1 Dây nano từ tính đơn đoạn 2 y nano từ t nh n Vật liệu dây nano từ t nh đơn đoạn đ được chế tạo bằng phương pháp lắng đọng điện hóa sử dụng khuôm mẫu AAO ho c khuôn mẫu PC. Trong đó, có các y Co với đường kính 20, 50 và 120 nm, dây nano Ni, NiFe, CoNi, CoNiP với kích thước dây khác nhau. 1.1.2 Dây nano từ tính nhiều đoạn Ngoài việc nghiên cứu chế tạo vật liệu dây nano từ tính một đoạn. Hiện nay, có rất nhi u nhóm nghiên cứu đ chế tạo ra vật liệu dây nano từ tính nhi u đoạn như Co54Ni46/Co85Ni15, CoPtP/Au, NiFe/Au. 1.1.3 Ứng dụng dây nano từ tính Do vật liệu dây nano từ tính có nhi u tính chất vật lý mới lạ như có moomen từ lớn, dị hướng hình dạng cao và dễ chế tạo. Bên cạnh đó, các tham số kỹ thuật của vật liệu dây nano từ tính có thể kiểm soát được như đường kính, chi u dài, thành phần và cấu trúc nên tùy thuộc vào mục đ ch nghiên cứu có thể đưa vào ứng dụng trong từng lĩnh vực như ph n tách tế bào, cấy gen, phân tích gen, phân tách protein, cảm biến sinh học. 1.2 Các tính chất vật cơ ản của y nano từ tính 1.2.1 ị hƣớng từ tinh thể Trong tinh thể, để tạo ra ị hướng từ tinh thể, các phương mô men từ trong hông gian mạng của tinh thể ễ àng ị từ hóa theo hướng ưu ti n nhằm đạt được trạng thái được gọi là trục từ hóa ễ. Đối với o hòa n n ị hướng từ đơn trục (uniaxial magnetic anisotropy), hay trục từ hóa ễ là các mô men từ sắp xếp song song với nhau theo hướng trục C của tinh thể n n năng lượng ị hướng từ trong trường hợp này là hông 3 thay đổi mà chỉ phụ thuộc vào định hướng của vectơ từ độ M với trục từ hóa dễ. Lƣỡng cực từ 1.2.2 Khi đ t từ trường l n lưỡng cực từ sẽ g y ra tr n mỗi lưỡng cực một mô men quay. o vậy, mô men ngẫu lực sẽ định hướng thẳng hàng v lưỡng cực theo từ trường ngoài đ t vào. Như vậy, lưỡng cực từ đ thực hiện một công để làm đổi hướng của lưỡng cực đó ưới tác ụng của từ trường ngoài. Công này ch nh là thế năng o sự định hướng của lưỡng cực trong từ trường. 1.2.3 Dị hƣớng hình dạng Dị hướng hình ạng phụ thuộc vào ch thước và hình ạng của mẫu. ị hướng hình ạng có thể hiểu một cách đơn giản đó là sự hác nhau v m t năng lượng hi từ hóa theo chi u ài nhất và chi u ngắn nhất của mẫu. Đối với mẫu có ạng hình trụ thì năng lượng tĩnh từ theo phương vuông góc với trục của mẫu sẽ lớn hơn so với năng lượng tĩnh từ ọc theo trục của mẫu. Khi mẫu vật liệu chịu tác dụng của từ trường ngoài thì từ trường nội tại n trong mẫu vật liệu sẽ sinh ra một từ trường, từ trường này có tác ụng chống lại từ trường ngoài đ t vào mẫu gọi là trường khử từ. Hd = -Nd . Ms (1.12) Đối với mẫu vật liệu ạng hình elipxoit có các bán trục a, và c (c a), thì trường hử từ trong trường hợp này có thể viết như sau: Na + Nb +Nc = 4π (1.13) 1.2.4 Các hạt đơn đô men Một hạt từ tính ở trạng thái đơn đô men nếu nó có kích thước nhỏ hơn giá trị giới hạn. Đối với vật liệu dây nano từ tính 4 có dạng hình trụ dài vô hạn, giá trị Na=2 và bán kính tới hạn được cho bởi công thức: rc  q  1/ 2  A1 / 2 Ms (1.28) CHƢƠNG II: CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 2.1 Chế tạo vật iệu y nano từ tính ằng phƣơng pháp ắng đọng điện hóa 2.1.1 Chuẩn ị hóa chất Hóa chất được sử ụng trong luận án này gồm có: CoSO4.7H2O; H3BO3; NaCl; CoCl2.6H2O; NiCl2.6H2O; NaH2PO2; HAuCl4; C6H8O7 ; HCl và NaOH 2.1.2 Tổng hợp vật liệu dây nano Khuôn mẫu PC Nhìn m t cắt của lỗ ống Phún xạ lớp Cu ho c Au lên 1 m t của PC Loại bỏ lớp Cu ho c Au Dây nano mọc ra từ bên trong lỗ khuôn PC Phân hủy khuôn mẫu PC Dây nano Hình 3.6. Mô tả quá trình tổng hợp vật liệu dây nano từ tính bằng p ương p áp lắng ọng ện hóa 2.2 Các phƣơng pháp kỹ thuật ph n tích mẫu 5 Các mẫu vật liệu y nano từ t nh sau hi chế tạo đ được nghi n cứu ph n t ch ằng nh hiển vi điện tử quét (SEM), nh hiển vi điện tử truy n qua (TEM), hiển vi điện tử truy n qua độ ph n giải cao (HR-TEM), nhiễu xạ tia X. Khảo sát t nh chất từ ằng phép đo từ ế mẫu rung (VSM). CHƢƠNG III. TỔNG HỢP VẬT LIỆU ÂY NANO TỪ TÍNH 3.1 Khảo sát đặc trƣng òng-thế Khảo sát đ c trưng òng-thế của các vật liệu từ t nh đơn nguy n Co và a nguy n CoNiP để tìm ra thế hử tối ưu nhất. Phép đo òng-thế được đ t trong hoảng thế quét từ -1,2 V đến 1,0 V với tốc độ quét 20 mV s. 6 2 MËt ®é dßng (mA/cm ) 4 2 MËt ®é dßng (mA/cm ) 2 1 -1 -2 -3 2 0 -2 -4 -6 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 -1.5 -1.0 -0.5 0.0 0.5 1.0 §iÖn thÕ (V) §iÖn thÕ (V) ư ng thế ng muối CoCl2 4. ư ng ưng ngdòng-thế ng ện p n p n o-Ni-P ưng ện Kết quả thu được từ hình vẽ 3.2 cho thấy có 1 đỉnh hử ở hoảng thế -0,6 V và quá trình hử ắt đầu xảy ra trong hoảng thế từ -0,45 V đến -0,9 V. Trong hi đó đường đ c trưng òngthế của ung ịch có chứa 0,2M CoCl2.6H2O; 0,2M NiCl2.6H2O; 0,25M NaH2PO2; 0,7M H3BO3; 0,001M Sarcchrin được trình ày trong hình 3.4. Quá trình hử trong ung ịch này ắt đầu xảy ra từ thế hử -0,53 V đến -1,14 V và có xuất 6 hiện một đỉnh hử yếu ở thế -0,96 V. Khi th m thành phần muối NaH2PO2 vào ung ịch làm cho các ion trong ung ịch được ph n cực ễ ràng hơn và có thể nó làm thay đổi động học của thành phần lắng đọng Co và Ni. 3.2 Tổng hợp vật iệu y nano từ tính Co 3.2.1 Thực nghiệm Dung dịch điện phân được sử dụng để lắng đọng vật liệu Co lên khuôn mẫu PC gồm có 0,2 M CoSO4.7H2O; 0,6 M H3BO3. Giá trị pH của dung dịch được đi u chỉnh đến 4.5. Quá trình lắng đọng được thực hiện tại thế lắng đọng - 0,85 V trong thời gian 20 phút ở nhiệt độ phòng. 3.2.2 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể Hình 3.8.Giản ồ EDX c a mảng dây nano Co Hình 3.7. Ảnh SEM c a mảng dây nano Co Hình 3.7 trình bày ảnh SEM của mảng dây nano Co. Từ ảnh SEM cho thấy rằng, các y nano Co này là há đồng nhất với nhau với đường kính và chi u dài lần lượt là 100 nm và 4,5 µm. Hình 3.8 chỉ ra thành phần nguyên tố hóa học của Co được đo bằng phổ năng lượng tán xạ tia X (EDX). Hai đỉnh xuất hiện rõ ràng với cường độ cao chỉ ra thành phần Co xuất hiện trong 7 y. Các đỉnh còn lại như đỉnh Si, O và C được tạo ra là o đế Si và màng polycarbonate bám vào dây Co. Phổ nhiễu xạ tia X y nano Co được trình bày trong hình 3.9. Kết quả của vật liệu thu được cho thấy y nano Co có a đỉnh nhiễu xạ tương ứng với các m t (100), (002) và (101). 0.5 Cu M/Ms (101) (002) || (100) T C-êng ®é nhiÔu x¹ (®vty) H H 1.0 Cu 0.0 -0.5 30 35 40 45 50 55 -1.0 -8000 60 2 (®é) -4000 0 4000 8000 H (Oe) Hình 3.10. ư ng cong từ trễ c a mảng dây nano Co Hình 3.9. Giản ồ nhiễu x tia X c a mảng dây nano Co 3.2.3 Khảo sát tính chất từ của y nano từ tính Co Hình 3.10 chỉ ra đường cong từ hóa của mảng dây nano Co với từ trường đ t song song và vuông góc với trục của dây. Theo kết quả trên hình 3.10 cho thấy hai dạng đường cong từ hóa là hoàn toàn khác nhau, đi u này minh chứng cho tính dị hướng từ của dây nano Co. Giá trị lực kháng từ thu được hi đ t từ trường song song và vuông góc với mảng dây nano Co lần lượt là 145 Oe và 120 Oe. 3.3 Tổng hợp vật liệu dây nano từ tính CoPtP 3.3.1 Thực nghiệm Dung dịch điện phân gồm có 0,1 M CoSO4.5H2O; 0,01 M H2PtCl6.6H2O; 0,45 M Na4P2O7 and 0,05 M NaH2PO2. Giá trị pH của dung dịch được đi u chỉnh đến 5.0 bằng dung dịch NaOH ho c dung dịch HCl. 8 3.3.2 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh C-êng ®é nhiÔu x¹ (®vty) thể. 2 (®é) Hình 3.12. Ảnh SEM c a mảng Hình 3.14. Giản ồ nhiễu x tia dây nano CoPtP X c a mảng dây nano CoPtP Hình 3.12 trình bày ảnh 1.0 SEM của mảng dây nano 0.5 H H T || M/Ms CoPtP. Quan sát thấy nh ng y nano này được mọc lên -0.5 từ bên trong lỗ khuôn mẫu PC đồng nhất v 0.0 -1.0 -13000 -6500 0 6500 13000 H (Oe) ch thước. ư ng cong từ trễ c a Đường kính và chi u dài dây Hình 3.15. của dây nano CoPtP lần lượt mảng dây nano CoPtP là 100 nm và 6 µm. Kết quả phân tích EDX của mảng dây CoPtP cho thấy h ng dây nano này gồm có các thành phần Co, Pt và P. Còn các đỉnh phổ năng lượng khác xuất hiện như đỉnh Si, l, Ca, Mg, O và Cl là o đế thủy tinh. Cấu trúc tinh thể của y nano CoPtP được nghiên cứu bởi nhiễu xạ tia X. Hình 3.14 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của y nano CoPtP được chế tạo ở nhiệt độ phòng. Từ giản đồ nhiễu xạ tia X này đ chỉ rõ vị tr hai đỉnh nhiễu xạ, đó là đỉnh ở vị trí góc 44.20 và 470 lần lượt tương ứng với pha lập phương t m m t Co-fcc (111) và pha lục giác xếp ch t Co-hcp (101). Đối với đỉnh ở vị trí góc 9 44.20 chỉ ra sự pha trộn của pha Co hay pha CoPtP. Kết quả này cho biết vật liệu dây nano từ tính CoPtP có cấu trúc tinh thể. Hình 3.15 trình ày đường cong từ trễ của mảng dây nano CoPtP. Quan sát thấy dạng hai đường trong từ trễ hi đ t từ trường theo phương song song và vuông góc với trục dây nano là hầu như phủ lên nhau. Giá trị lực kháng từ Hc đạt được là 1300 Oe và giá trị tỷ số Mr/Ms là 0.33. Đi u này cho thấy tính chất từ của dây nano CoPtP có tính chất của vật liệu từ cứng. 3.4 Tổng hợp vật liệu dây nano từ tính CoNiP 3.4.1 Thực nghiệm Khuôn mẫu ùng để tạo ra vật liệu dây nano từ tính CoNiP có đường kính lần lượt là 100 nm, 200 nm, 400 nm, 600 nm và chi u dài từ 3 đến 9 µm. Các hóa chất trong bình chứa dung dịch gồm: 0,2M CoCl2.6H2O; 0,2M NiCl2.6H2O; 0,25M NaH2PO2; 0,7M H3BO3; 0,001M Sarcchrin. 3.4.2 Khảo sát hình thái học, thành phần và vi cấu trúc tinh thể 4 1 Kết quả c ụp t ái ọc bề mặt của mẫu CoNiP Hình 3.17 trình bày ảnh SEM của mảng dây nano CoNiP với thời gian lắng đọng khác nhau. a b c Hình 3.17. Ảnh SEM c y n no oN P ược chế t o với th i gian lắng ọng khác nhau (a) 8 phút, (b) 12 phút và (c) 23 phút 10 Hình 3.17 (a) chỉ ra dây nano CoNiP với chi u dài 3,5 µm trong thời gian lắng đọng 8 phút. Hình 3.17 (b) chỉ ra dây nano CoNiP vừa phải với chi u dài khoảng 5 µm trong thời gian lắng đọng gần 12 phút và hình 3.17 (c) trình bày ảnh SEM của dây nano CoNiP có chi u dài toàn vẹn gian lắng đọng là 23 phút. 4 Kết quả p â trúc ti tíc cấu t ể (100) nhất là khoảng 9 µm trong thời (002) C-êng ®é nhiÔu x¹ (®vty) Cu 30 35 40 45 50 55 60  (®é) Hình 3.18 trình bày phổ nhiễu xạ tia X của mảng dây nano Hình 3.18. phổ nhiễu x tia X CoNiP với đường kính dây là 200 nm và chi u dài là khoảng 5µm. Quan sát phổ nhiễu xạ tia X này có thể nhận thấy rằng vị trí của các đỉnh nhiễu xạ là 42,070 và 44,930 tương ứng với m t (100) và m t (002). Kết quả này cho thấy dây nano CoNiP có cấu trúc tinh thể và theo tính toán m t (100) và (002) đ u có cấu trúc lục giác xếp ch t (hcp). 3.4.3 Khảo sát tính chất từ của mảng y nano từ tính CoNiP Hình 3.20 chỉ ra đường cong từ trễ của mảng dây nano CoNiP với từ trường đ t vào theo hướng song song và vuông góc với trục của dây nano. Có thể quan sát thấy hai dạng đường cong từ hóa này rất khác H H 1.0 T nhau. Đi u này chứng tỏ rằng || M/MS 0.5 mảng dây nano từ tính CoNiP 0.0 -0.5 có tính dị hướng từ. Cụ thể, -1.0 -10000 khi từ trường đ t song song -5000 0 5000 10000 H (Oe) Hình 3.20. ư ng cong từ trễ c a dây nano CoNiP với trục của dây, lực kháng từ 11 đạt được là 1940 Oe và tỷ số Mr/Ms là 0,5. Trong hi đó, từ trường đ t vuông góc với trục của dây cho lực kháng từ và hệ số Mr/Ms lần lượt là 1225 Oe và 0,25. Như vậy, kết quả này cho thấy vật liệu y nano CoNiP có đ c trưng của tính chất từ cứng. Nguyên ngân dẫn đến giá trị lực kháng từ lớn là do có sự đóng góp của thành phần nguyên tố P làm cho cấu trúc tinh thể hoàn hảo hơn và n ng cao phẩm chất từ của vật liệu. CHƢƠNG 4. MỘT SỐ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DÂY NANO TỪ TÍNH CoNiP 4.1 Ảnh hƣởng của độ pH lên vật liệu dây nano từ tính CoNiP 4.1.1 Thành phần hóa học của dâ a o t tí CoNiP Hình 4.1 chỉ ra thành phần nguyên tố hóa học của một dây nano CoNiP. Kết quả của phép phân tích thành phần Hình 4.1. Phổ EDX ưng (EDX) của mảng dây nano c a dây nano CoNiP (góc phải CoNiP đ u có ba thành phần chèn ảnh SEM) nguyên tố Co, Ni và P xuất hiện. Với giá trị pH trong dung dịch lắng đọng khác nhau cho kết quả thành phần các nguyên tố Co, Ni và P là khác nhau. Cụ thể, pH tăng từ 2,0 đến 6,5 thành phần Co lắng đọng giảm từ 81,19% at xuống 67,34% at và thành phần Ni lắng đọng tăng từ 9,83% at lên 23% at. Đối với thành phần P lắng đọng tăng từ 5,98% at lên 13% at khi nồng độ pH trong dung dịch tăng từ 2.0 đến 5,5. 4.1.2 Cấu trúc tinh thể của dâ a o t tí 12 CoNiP Hình 4.3 trình ày ết quả phổ nhiễu xạ tia X của với đường y CoNiP nh 200 nm được lắng đọng trong ung ịch điện ph n ở các giá trị pH thay đổi từ 2,0 đến 6,5. Kết quả ph n t ch nhiễu xạ tia X cho thấy các y nano CoNiP đ u có cấu tr c tinh thể. Đỉnh nhiễu xạ xuất hiện ở góc 44,90 tương ứng với m t (002) và cường độ đỉnh (002) ắt đầu tăng l n ở giá trị pH từ 3,5 đến 6.5. Khi giá trị pH của ung ịch điện ph n tăng từ 3,5 đến 6,5 các mảng y CoNiP cho thấy cường độ đỉnh nhiễu xạ (002) tăng rất mạnh và ắt đầu xuất hiện th m các đỉnh nhiễu xạ (100), pha CoP hay NiP. Cấu trúc của các đỉnh (100) và (002) đ u là cấu túc lục giác xếp ch t (hcp). Giá trị pH trong dung dịch lắng đọng tăng tương ứng với thành phần P tăng l n. Nguyên nhân dẫn đến cấu trúc tinh thể thay đổi hi pH thay đổi là do sự đóng góp của thành Cu đổi quá trình lắng đọng của nguyên tố Co và Ni dẫn đến cấu trúc tinh thể định hướng theo m t hcp (002) của dây nano CoNiP tốt hơn và làm tăng (002) CoP,NiP (100) nguyên tố P tăng đ làm thay C-êng ®é nhiÔu x¹ (®vty) Cu phần nguyên tố P. Thành phần (a) pH=2.0 (b) pH=2.5 (c) pH=3.5 (d) pH=4.5 (e) pH=5.5 (f) pH=6.5 f e d c b a 30 35 40 45 50 55 60  (®é) Hình 4.3. Giản ồ nhiễu x tia X cường độ nhiễu xạ của đỉnh (002). Đi u này cho thấy rằng trong vật liệu dây nano CoNiP có chứa chủ yếu là pha từ cứng hcp (002) khi giá trị pH tăng từ 3,5 đến 6,5. 4.1.3 Tính chất t của dâ a o t tí 13 CoNiP Hình 4.4 trình ày các đường cong từ trễ của mảng dây nano CoNiP đối với đường kính 200 nm ở giá trị pH khác nhau. Kết quả cho thấy hình áng các đường cong từ trễ của mảng dây nano CoNiP là rất khác nhau khi giá trị pH thay đổi từ 2,0 đến 6,5.Đi u này cho thấy mảng dây nano CoNiP có tính dị hướng từ cao khi từ trường đ t song song và vuông góc với trục dây nano.Với mẫu ở giá trị pH<3,5 có giá trị lực kháng từ thấp. Mẫu dây nano CoNiP có giá trị pH>3,5 đ thể hiện tính từ cứng. Tại pH=5,5 cho giá trị lực kháng từ lớn nhất là khoảng 1940 Oe. Kết quả này 1.0 1.0 H H H H T || (a) 0.5 M/Ms M/Ms 0.5 || 0.0 -0.5 -0.5 -1.0 -10000 từ tính CoNiP không -5000 0 5000 -1.0 -10000 10000 H H T || M/Ms M/Ms 0.0 -5000 0 5000 -1.0 -10000 10000 -5000 10000 5000 10000 H H T || || 0.5 (e) M/Ms M/MS 5000 H H 1.0 0 H (Oe) 1.0 T làm tăng lực kháng từ (d) 0.5 H (Oe) 0.5 10000 -0.5 -1.0 -10000 còn phụ thuộc vào các phần P và P có vai trò (c) 0.0 -0.5 cứng hcp (002) mà nó 5000 || 0.5 0 H (Oe) 1.0 T chỉ phụ thuộc chủ yếu pha khác có giàu thành -5000 H (Oe) 1.0 vào sự có m t của pha (b) 0.0 H H của vật liệu dây nano T cho thấy tính chất từ 0.0 -0.5 (f) 0.0 -0.5 -1.0 -10000 -5000 0 5000 10000 H (Oe) -1.0 -10000 -5000 0 H (Oe) Hình 4.4. ư ng cong từ trễ c a mảng dây nano và tạo ra pha từ cứng CoNiP vớ ư ng kính 200 nm ở các giá tr pH (a) của vật liệu. 2.0; (b) 2.5; (c) 3.5; (d) 4.5; (e) 5.5 và (f) 6.5. 4.2 Ảnh hƣởng của đƣờng kính lên dây nano từ tính CoNiP 4.2.2. Hình thái học của dây nano CoNiP Hình 4.8 trình bày một số ảnh SEM của mảng dây nano CoNiP đ được loại bỏ khuôn mẫu polycarbonate. 14 a b c d Hình 4.8. Ảnh SEM c a mảng dây CoNiP vớ ư ng kính khác nhau: a) 100 nm, b) 200 nm, c) 400 nm and d) 600 nm a c 0.205 nm Hình 4.9. (a) Ảnh TEM và (c) ảnh HRTEM c a m t dây nano CoNiP vớ ư ng kính 200 nm Đường kính của dây nano CoNiP được xác định lần lượt là 100, 200, 400 và 600 nm. Chi u dài của nh ng dây nano này là khoảng 4µm. Hình 4.9 (a) chỉ ra loại ảnh TEM của một dây nano CoNiP với đường kính 200 nm. Có thể quan sát thấy dây nano CoNiP này có độ kết nối liên tục với đường nh đồng nhất. Ảnh hiển vi điện tử truy n qua độ phân giải cao (HRTEM) được trình bày trong hình 4.9 (c). Kết quả cho thấy các 15 lớp nguyên tử được sắp xếp theo từng lớp chồng lên nhau. Mạng không gian được xác định khoảng 0.205 nm tương ứng với m t (002) của lục giác xếp ch t. 4.2.3 Ả ưởng của đường kính lên tính chất t của dâ nano CoNiP 1.0 1.0 Parallel Perpendicular Parallel Perpendicular 0.5 M/Ms M/MS 0.5 0.0 -0.5 -0.5 -1.0 -10000 0.0 a -5000 0 5000 10000 -1.0 -10000 b -5000 1.0 1.0 Parallel Perpendicular 0.5 10000 Parallel Perpendicular 0.5 M/MS M/MS 5000 H (Oe) H (Oe) 0.0 0.0 -0.5 -0.5 -1.0 -10000 0 c -5000 0 5000 10000 -1.0 -10000 d -5000 0 5000 10000 H (Oe) H (Oe) Hình 4.10. ư ng cong từ trễ c a mảng y n no oN P ược o ở nhiệ phòng vớ á ư ng kính khác nhau a) 100 nm; b) 200 nm; c) 400 nm; d) 600 nm Hình 4.10 trình ày đường cong từ trễ của mảng dây CoNiP với các đường kính 100, 200, 400 và 600 nm ở nhiệt độ phòng. Hình dáng của các đường cong từ trễ này đ u thay đổi theo cả hai phương đo từ trường đ t song song và vuông góc với mảng y hi đường nh y nano CoNiP thay đổi. Lực kháng từ (Hc) và tỷ số Mr/Ms là giảm hi đường kính của dây nano tăng như thấy trong hình 4.11. Nguyên nhân dẫn đến kết quả này là 16 do dị hướng hình dạng đóng vai trò chiếm ưu thế so với dị hướng từ tinh thể. 4 3 Keff (10 erg/cm ) 3 6 . 2 1 dc ~ 276 nm 0 -1 -2 -3 0 100 200 300 400 500 600 d (nm) Hình 4.11. Sự phụ thu c c a lực kháng từ và tỷ số vuông gó M /Ms vào ư ng kính dây Hình 4.12. Sự phụ thu c c a hằng số d ướng từ hiệu dụng vào ư ng kính dây Bán kính tới hạn rc có thể được xác định khi từ trường ngoài được đ t dọc theo trục của dây nano. 2A rc  q N a .M S2 (4.4) Kết quả tính toán cho giá trị bán kính tới hạn khoảng 138 nm. Với án nh r < 138 nm quá trình đảo từ xảy ra theo mô hình quay đ u (coherent). Trái lại, đối với dây nano CoNiP có bán nh r > 138 nm quá trình đảo từ xảy ta theo cơ chế quay xoắn (curling). Hằng số dị hướng từ hiệu dụng Keff được xác theo công thức.   (4.5) K eff  2M S H S  H S// Hình 4.12 trình ày đường đ c trưng của hằng số dị hướng từ hiệu dụng Keff phụ thuộc vào đường kính của dây nano. Có thể quan sát thấy rằng hằng số dị hướng từ hiệu dụng giảm khi đường nh y CoNiP tăng. Trong trường hợp Keff > 0, dây nano CoNiP với đường kính nhỏ hơn ( < 276 nm) trục dễ từ 17 hóa song song với trục của hợp Keff < 0, y CoNiP. Ngược lại, trong trường y nano CoNiP có đường kính lớn hơn ( > 276 nm), trục dễ từ hóa sẽ vuông góc với trục của dây. 4.3 Ảnh hƣởng của từ trƣờng lên dây nano từ tính CoNiP 4.3.1 Cấu trúc tinh thể của dâ (a) a o t tí h CoNiP (b) Hình 4.15. Ảnh HR-TEM c y n no oN P ược lắng ọng ưới tác dụng c a từ ư ng: a) HA= 0 Oe và b)HA= 2010 Oe Hình 4.15 trình bày ảnh hiển vi điện tử truy n qua độ phân giải cao (HR-TEM) của hai mẫu y nano CoNiP được chế tạo ở từ trường có giá trị cường độ lần lượt là 0 Oe và 2010 Oe. Như thấy trong hình 4.15 (a), khi không có từ trường ngoài đ t vào quan sát thấy cấu trúc các lớp nguyên tử hình thành trong dây nano CoNiP thể hiện chưa rõ ràng. Tuy nhi n, hi đ t từ trường vào với cường độ l n đến 2010 Oe trong quá trình lắng đọng vật liệu dây nano CoNiP, có thể quan sát thấy rõ hơn các lớp nguyên tử CoNiP hình thành sắp xếp chồng l n nhau như thấy trong hình 4.15 (b). Khoảng cách gi a các lớp nguyên tử chồng lên nhau là khoảng 0,205 nm. Hình 4.16 trình bày giản đồ nhiễu xạ tia X của y nano CoNiP được lắng đọng ở các giá trị có cường độ từ trường ngoài đ t vào hác nhau. Cường độ đỉnh nhiễu xạ (002) của dây nano CoNiP tăng hi đ t từ trường 18