I H C QU C GIA HÀ N I
TR
NG
I H C CÔNG NGH

Hoàng M nh Hà

CH T O, NGHIÊN C U VÀ NG D NG V T LI U
T H P T GI O - ÁP I N D NG T M
CÓ C U TRÚC NANÔ

LU N V N TH C S

Hà N i - 2007


i

L IC M N

h

L i đ u tiên cho phép tác gi bày t lòng bi t n sâu s c t i cô giáo, ng i
ng d n khoa h c TS.
Th H ng Giang ng i đã t o đi u ki n thu n l i

và đ a ra nh ng ý ki n đóng góp ch đ o quý báu trong su t quá trình th c hi n
và hoàn thành lu n v n t t nghi p.
Xin chân thành c m n t p th các th y cô, cán b trong b môn V t li u
và Linh ki n T tính đã t o đi u ki n giúp đ tác gi trong su t th i gian làm
th c nghi m t i phòng thí nghi m c a B môn.

Tác gi

Hoàng M nh Hà


iii

M CL C

Trang

L ic m n

i

L i cam đoan

ii

M cl c

iii

Danh m c các b ng

v

Danh m c các hình v , đ th

vi


1.2.1 Lý thuy t áp đi n

8

1.2.2 V t li u PZT

10

1.2.3 Kh n ng ng d ng c a v t li u PZT

11
11

1.3 Hi u ng t -đi n
Ch

3

ng 2: CÁC PH

NG PHÁP TH C NGHI M

14
14

2.1 Ch t o m u
2.1.1 Ch t o b ng t FeCoBSi b ng ph

ng pháp ngu i nhanh


23


iv
3.1 Phân tích c u trúc c a b ng t (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1

23

3.2 Tính ch t t c a (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1 d ng b ng

25

3.2.1 Tính ch t t c a m u ngay sau khi ch t o

25

3.2.2 Tính ch t t c a m u ngay sau khi nhi t

26

3.3. Tính ch t t gi o c a b ng t (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1

28

3.4. Hi u ng t -đi n c a m u v t li u t h p FeCoBSi/PZT

30

3.4.1 S ph thu c c a h s h s t -đi n αE vào t tr

3.4.6 S ph thu c c a hi u ng t -đi n vào b ng t sau khi
nhi t
3.5.

ng d ng ch t o sens đo t tr

ng

46
48

K T LU N

52

TÀI LI U THAM KH O

53


v

DANH M C CÁC B NG
Trang
ng H* t i đó hi u ng t -đi n

45

B ng 3.2. B ng t ng k t h s E và t tr ng H* t i đó hi u ng t -đi n
đ t c c đ i đo đ c trên c u hình sandwich

3

đám mây đi n t

4

Hình 1.2. Hi n t

ng

t

gi o

ng v i phân b

d ng đ i x ng c u (αJ = 0) [17]
Hình 1.3. Hi n t

ng t

gi o t

ng

ng v i các tr

ng h p:

5


Hình 1.9. C m bi n siêu âm

11

Hình 1.10. Các v t li u t h p t -đi n: (a) d ng h t, (b) d ng màng đa l p
và (c) d ng t m.

13

Ch

ng 2: Các ph

ng pháp th c nghi m

Hình 2.1. Quy trình ch t o b ng vô đ nh hình b ng ph
nhanh.
Hình 2.2. C u trúc sandwich c a v t li u t
FeCoBSi/PZT/FeCoBS, và nh ch p sau khi ch t o

Trang
ng pháp ngu i

h p

15

t -đi n


Hình 3.2. nh ch p FESEM các m u b ng t tr
Ta = 250 °C (b) và Ta = 450 °C (c)

nhi t

24

ng song song và

26

Hình 3.4.
ng cong t tr t đ i (M/Ms) đo trong m t ph ng, theo hai
ph ng t tr ng song song v i chi u dài và chi u r ng c a b ng ngay
sau khi ch t o.

26

Hình 3.5.
ng cong t tr theo ph ng song song v i m t ph ng b ng
sau khi ch t o và sau khi nhi t v i các nhi t đ Ta = 250 °C và
Ta = 450 °C

27

Hình 3.6.
ng cong t tr t đ i (M/Ms) đo trong m t ph ng, theo hai
ph ng t tr ng song song v i chi u dài và chi u r ng c a b ng sau khi
Ta = 250 °C.


chi u dài b ng t (Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1 ngay sau khi ch t o
Hình 3.9.
ng cong t gi o theo ph ng song song c a b ng t
(Fe0.8Co0.2)0.78Si0.12B0.1 ngay sau khi ch t o và sau khi nhi t t i
Ta = 250 oC
Hình 3.10.

ng cong s ph thu c c a h s t đi n αE vào t tr

ng

m t chi u HDC c a b ng t ngay sau khi ch t o. Phép đo đ c th c hi n
trong t tr ng xoay chi u có c ng đ hac = 1 Oe t i t n s c ng h ng
và n m trong m t ph ng theo hai ph ng song v i chi u dài b ng và
chi u r ng b ng

30

31


viii
Hình 3.11. M i liên h gi a hi u ng t -đi n và tính ch t t gi o c a pha
c a v t li u t h p t gi o/áp đi n khi ch u tác d ng c a t tr ng m t
chi u H và xoay chi u hac trong hai tr ng h p: pha t có đ c m t gi o
(đ d c đ ng cong) l n (1) và nh (2)

33

Hình 3.12.

Hình 3.16.
th s ph thu c c a t gi o t đ i / s vào t tr ng m t
chi u thu đ c b ng cách ngo i suy t đ ng cong h s t -đi n t th c
nghi m E(H) so sánh v i đ ng cong th c nghi m

40

Hình 3.15. Qui lu t ph thu c c a VME vào

Hình 3.17.

t i m t t tr

ng cong s ph thu c c a h s t -đi n αE vào c

t tr ng xoay chi u hac đo t i t n s c ng h
tr ng tác d ng song song v i chi u dài b ng
Hình 3.18.
tr ng hac

ng cong mô t s ph thu c h s

ng trong tr

E(H)

ng đ

41



Hình 3.22. S ph thu c c a hi u ng t -đi n vào t tr ng m t chi u đo
trên các m u bilayer có 1, 2, 3 và 4 t m b ng t t ng ng v i t ph n th
tích gi a hai pha t và đi n n = 0,12; 0,24; 0,36 và 0,48

44

Hình 3.23. S ph thu c c a hi u ng t -đi n vào t tr ng m t chi u đo
trên các m u sandwich có 2, 4 và 6 t m b ng t t ng ng v i t ph n th

45


ix
tích gi a hai pha t và đi n n = 0,24; 0,48 và 0,72
Hình 3.24.
ng cong s ph thu c c a h s E vào t tr ng HDC
trong m t ph ng m u theo ph ng song song v i chi u dài b ng
khi ch a và khi v i các nhi t đ Ta = 350 °C và 450 °C

47

Hình 3.25. nh ch p v t li u multiferroic FeCoBSi/PZT (a) và sens đo
t tr ng (b,c)

48

Hình 3.26. S ph thu c tín hi u đi n th l i ra sens vào t tr

49

h ng c a t tr ng so v i véc t phân c c đi n.

3. V i công ngh ch t o đ n gi n, giá thành th p, chúng tôi đã ch t o thành
công v t li u multiferroic d ng t m s d ng b ng t m m nanô tinh th
(Fe80Co20)78Si12B10 có hi u ng t -đi n kh ng l v i h s t -đi n cao trong
t tr ng r t th p. Tính ch t tuy t v i này có đ c là nh tính ch t t và t
gi o siêu m m c a các b ng t nanô tinh th d a trên h p kim FeCo. S
d ng v t li u nghiên c u v i c u hình t i u đ c l a ch n, chúng tôi đã ch
t o th nghi m thành công sens đo t tr ng đ nh y cao cho phép sens
có kh n ng phát hi n đ c t tr ng v i đ phân gi i micrô tesla. c bi t
là sens ch t o đ c không ch phát hi n đ c đ l n c a c t tr ng m t
chi u và xoay chi u mà còn c đ nh h ng c a chúng. V i các u th này,
sens d a trên hi u ng t -đi n h a h n kh n ng ng d ng r t m nh m
trong nhi u l nh v c nh các đ u đ c thông tin trong ghi t m t đ cao, đ u
đo t tr ng dùng trong quân s , y-sinh h c, …


53

TÀI LI U THAM KH O

1.

A.E. Clark and H.S. Belson., (1972), Phys. Rev. B5 3642

2.

A.E. Clark, in: Handbook of Ferromagnetic Materials, ed. E.P. Wohlfarth,
Elsevier Science, North-Holland, Amsterdam, 1980, Vol. 1, p. 513.


H.P.J. Wijn., (1991), Magnetic Properties of Metals: d-element, alloys and
compounds, Berlinm, Heidelberg, New York: Springer, p. 26

10.

J. Ryu, S. Priya, K. Uchino, H. Kim and D. Viehland., (2002), J. Korean
Ceramic Society 9, 813.

11.

J. Ryu, S. Priya, K. Uchino, H.-E. Kim., (2002), J. Electroceramics 8, 107.

12.

J.P. Joule., (1847), Philosophical Magazine, 30, 76

13.

K. Uchino., (2000), Comprehensive Composite Materials Elsevier,
Amsterdam, Vol. 5, Chap. 5.24, p. 523.

14.

M.I. Bichurin, V.M. Petrov, R.V. Petrov, YU.V. Kiliba, F.I. Bukashev,
A.YU. Smirnov, and D.N. Eliseev., (2002) Ferroelectric, 280, 199.

15.

N. Nersessian et al., (2004), IEEE Trans. Magn. 40, 2646



Philips., (1976), “Piezoelectric ceramic/Permanent magnet materials”.
December, Componets and materials, Part 4b

22.

R.G. Ballas., (2007), “Piezoelectric Multilayer Beam Bending Actuators”,
Springer-Verlag Berlin Heidelberg.

23.

T.H. O’Dell., (1965), Electron Power 11, 266.

24.

Y. Fetisov, A. Bush, K. Kamentsev, A. Ostashchenko, G. Srinivasan., (2004),
Sensors, Proceedings of IEEE 3, 1106.