Header Page 1 of 120.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trần Thị Trang

CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA ÁP SUẤT LÊN TÍNH
CHẤT ĐIỆN TRONG HỢP CHẤT THIẾU LANTAN La1 (Fe, Si)13

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2015

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 1 of 120.


Header Page 2 of 120.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
---------------------

Trần Thị Trang

CẤU TRÚC TINH THỂ VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA ÁP SUẤT LÊN TÍNH
CHẤT ĐIỆN TRONG HỢP CHẤT THIẾU LANTAN La1 (Fe, Si)13

Chuyên ngành: Vật lý Nhiệt
Mã số:



Header Page 4 of 120.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ HỢP CHẤT La(Fe1 xMx )13 .......................... 3
1.1. Cấu trúc tinh thể của hợp chất La(Fe1-xMx)13 ...................................................... 3
1.2. Tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp chất La(Fe1-xMx)13 ............................ 4
1.3. Tính chất nhiệt điện của hợp chất La(Fe1-xMx)13................................................ 6
CHƢƠNG 2 – MỘT SỐ LÝ THUYẾT VỀ NHIỆT ĐIỆN................................... 7
2.1. Hiệu ứng Seebeck ............................................................................................... 7
2.2. Hiệu ứng Peltier .................................................................................................. 9
2.3. Hiệu ứng Thomson ............................................................................................. 9
2.4. Các thông số nhiệt điện..................................................................................... 10
2.4.1. Độ dẫn điện (σ) ....................................................................................... 10
2.4.2. Hệ số dẫn nhiệt (κ) .................................................................................. 11
2.4.3. Hệ số Seebeck (S) ................................................................................... 12
2.4.4. Hệ số phẩm chất (ZT) ............................................................................. 12
CHƢƠNG 3 – PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ............................................ 14
3.1. Một số phương pháp chế tạo mẫu. .................................................................... 14
3.1.1. Phương pháp nóng chảy hồ quang.......................................................... 14
3.1.2. Phương pháp nguội nhanh. ..................................................................... 17
3.2. Các phương pháp nghiên cứu. ........................................................................... 19
3.2.1. Nhiễu xạ bột tia X. .................................................................................. 19
3.2.2. Phép đo điện trở suất theo áp suất .......................................................... 21
3.2.3. Từ kế SQUID. ......................................................................................... 24
3.2.4. Hệ đo PPMS ............................................................................................ 26

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 4 of 120.

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu trúc lập phương NaZn13 – hợp chất LaCo13[19] ................................. 3
Hình 2.1. Sơ đồ cặp nhiệt điện. .................................................................................. 7
Hình 2.2. Mô hình hiệu ứng Thomson. ...................................................................... 9
Hình 3.1. Sơ đồ nguyên lý của hệ nấu mẫu bằng phương pháp nóng chảy hồ quang
tại Bộ môn Vật lý Nhiệt độ thấp. ............................................................................. 14
Hình 3.2. Minh họa vùng hồ quang. ........................................................................ 15
Hình 3.3. Sơ đồ khố i của hê ̣ phun băng nguô ̣i nhanh đơn trục. .............................. 17
Hình 3.4. a) Thiết bị phun băng nguội nhanh .......................................................... 18
b) Bên trong buồng tạo băng.....................................................................18
Hình 3.5. Sơ đồ mô tả nguyên lý hoạt động của phương pháp nhiễu xạ tia X ........ 19
Hình 3.6. Sơ đồ phép đo điện trở suất bằng phương pháp bốn mũi dò. .................. 21
Hình 3.7. Sơ đồ mặt cắt ngang của thiết bị đo điện trở suất ở áp suất cao. ............. 22
Hình 3.8. Sơ đồ chi tiết hệ đo điện trở bằng phương pháp bốn mũi dò. .................. 23
Hình 3.9. a) Sơ đồ buồng mẫu thiết bị đo hệ số cảm từ SQUID.............................. 24
b) Cuộn dây đo độ cảm xoay chiều...........................................................24
c) Sơ đồ buồng đo của từ kế SQUID.........................................................24
Hình 3.10. Thiết bị PPMS Evervool II..................................................................... 26
Hình

4.1.

Giản

đồ

nhiễu

xạ


dò thông thường. ...................................................................................................... 36
Hình 4.6. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của hệ số dẫn nhiệt trong hợp chất thiếu Lantan
La0,91(Fe0,845Si0,155)13................................................................................................. 37
Hình 4.7. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của hệ số Seebeck (a) và hệ số phẩm chất
ZT(b) trong hợp chất thiếu Lantan La0,91(Fe0,845Si0,155)13......................................... 38
Hình 4.8. Đồ thị điện trở suất phụ thuộc vào nhiệt độ của hợp chất thiếu Lantan .. 41
Hình 4.9. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của điện trở suất trong hợp chất thiếu Lantan
La0,91(Fe0,845Si0,155)13 ở một vài áp suất khác nhau. .................................................. 41
Hình 4. 10. Sự phụ thuộc vào áp suất của điện trở suất trong hợp chất thiếu Lantan
La0,91(Fe0,845Si0,155)13 tại nhiệt độ phòng. .................................................................. 43
Hình 4.11. Sự phụ thuộc vào áp suất của nhiệt độ chuyển pha Curie trong hợp chất
thiếu Lantan La0,91(Fe0,845Si0,155)13. .......................................................................... 44
Hình 4.12. Đồ thị sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha Tc vào áp suất của hợp chất
thiếu Lantan La0,91(Fe0,845Si0,155)13 và hệ vật liệu La(Fe1-xSix)13 do nhóm Fujita và
cộng sự nghiên cứu [6]. ............................................................................................ 45

luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 8 of 120.


Header Page 9 of 120.

MỞ ĐẦU
Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay là
tình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất và sinh hoạt của
con người gây ra. Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe doạ trực tiếp sự phát triển
kinh tế - xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương
lai. Vì vậy tìm kiếm các nguồn năng lượng mới và các loại vật liệu mới sạch, thân
thiện với môi trường, đồng thời cải thiện sử dụng hiệu quả sử dụng các nguồn năng
lượng, đáp ứng cho nhu cầu sử dụng là vấn đề cấp thiết hiện nay.
Một trong các nguồn khí thải gây ô nhiễm môi trường là khí thải từ các thiết

đươ ̣c nghiên c ứu, cho thấy tính dẫn nhiê ̣t ở vùng nhiê ̣t đô ̣ phòng của La

(Fe0,88

Si0,12)13 lớn hơn so với Gd 5Si2Ge2 và MnAs, và khá đồng nhất với Gd. Hơn nữa, tính
khuế ch tán nhiê ̣t

ở nhiê ̣t đô ̣ phòng của La

(Fe0,88Si0,12)13 lớn hơn so với Gd

,

Gd5Si2Ge2 và cũng lớn hơn cả MnAs. Như vậy, hợp chất họ La(FexSi1-x)13 có thể trở
thành chất làm lạnh từ tính nhìn từ khía cạnh lưu chuyển nhiệt [21].
Hơn thế nữa, hợp chất La(FexSi1-x)13 thành phần chủ yếu của vật liệu là sắt
và silic lại là những vật liệu thông dụng giá rẻ hơn rất nhiều. Như vậy, các hợp chất
La(Fe1-xMx)13 với thành phần chủ yếu là sắt và silic sẽ có ý nghĩa kinh tế đối với các
thiết bị làm lạnh từ. Tuy nhiên, kim loại đất hiếm La là kim loại có giá thành cao và
ngày càng khan hiếm nên việc nghiên cứu để giảm hàm lượng La trong hợp chất
xuống để đạt được hiệu quả kinh tế và ứng dụng trong thực tiễn là rất quan trọng.
Trên cơ sở đó, chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của luận văn là: “Cấu trúc tinh
thể và ảnh hưởng của áp suất lên tính chất điện trong hợp chất thiếu lantan

La1 ( Fe,Si )13 ”. Luận văn sẽ tập trung nghiên cứu chế tạo các mẫu hợp chất thiếu
lantan La1- (Fe,Si)13 và thực hiện các phép đo để nghiên cứu tính cấu trúc và tính
chất nhiệt điện của các hợp chất thiếu lantan trong họ vật liệu La(Fe1-xSix)13 nói
chung và tính truyền nhiệt nói riêng.
Luận văn bao gồm các phần sau:
Mở đầu


Tiếng Anh
4.

A. Fujita, S. Fujieda, K. Fukamichi (2006), Relative cooling power of
La(FexSi1-x)13 after controlling the Curie temperature by hydrogenation and
partial substitution of Ce, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 310
(2007) e1006–e1007.

5.

A. Fujita, S. Fujieda, Y. Hasegawa, K. Fukamichi (2003), Itinerant-electron
metamagnetic transition and large magnetocaloric effects in La(FexSi1x)13

6.

compounds and their hydrides, Phys. Rev. B 67 (2003) 104416.

A. Fujita, Y. Akamatsu, K. Fukamichi (1999), Itinerant electron metamagnetic
transition in La(FexSi1−x)13 intermetallic compound, J. Appl. Phys, Vol. 85
(1999), pp. 4756.

7.

A.O. Pecharsky, K.A. Gschneidner Jr, V.K. Pecharsky (2003), The giant
magnetocaloric effect of optimally prepared Gd5Si2Ge2, J. Appl. Phys. 93
(2003) 4722.

8.



La0.7Pr0.3Fe11.5Si1.5C0.2Hx hydrides, Journal of Alloys and Compounds 520
(2012) 277–280.
14. K.A. Gschneidner Jr, V.K. Pecharsky, A.O. Pecharsky, C.B. Zimm (1999),
Recent Developments in Magnetic Refrigeration, Mater. Sci. Forum 315 – 317
(1999) 69 – 76.
15. Karl G. Sandeman (2012), Magnetocaloric materials: The search for new
systems, Scripta Materialia 67 (2012) 566–571.
16. Kirchmayr, Burzo, E: Lecture at internat, Symposium on magnetic properties
of rara-eath alloys, October, (1982).
17. M. Balli, D. Fruchart, D. Gignoux, M. Rosca, S. Miraglia (2007), Magnetic
and magnetocaloric properties of La1-xErxFe11.44Si1.56 compounds, Journal of
Magnetism and Magnetic Materials 313 (2007) 43–46.

4
luan van thac si-tai lieu - luan an -kinh te -Footer Page 12 of 120.


Header Page 13 of 120.

18. M.F. Md Din, J.L. Wang, R. Zeng, P. Shamba, J.C. Debnath, S.X. Dou (2013),
Effects of Cu substitution on structural and magnetic properties of
La0.7Pr0.3Fe11.4Si1.6 compounds, Intermetallics 36 (2013) 1-7.
19. T.T.M. Palstra, G.J. Nieuwenhuys, J.A. Mydosh and K.H.J. Buschow (1985),
Mictomagnetic,

ferromagnetic,

and