Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Chế tạo và nghiên cứu vật liệu BiFeO3 pha tạp ion đất hiếm

Trong các loại vật liệu multiferroic, bismuth ferrite – BiFeO3 (BFO) thu hút được sự quan tâm chú ý nhiều hơn cả do nó là vật liệu duy nhất vừa thể hiện tính sắt điện (TC ~ 1103 K), vừa thể hiện tính phản sắt từ (TN ~ 643 K) ở nhiệt độ phòng và tính sắt từ yếu ở nhiệt độ rất thấp. Luận văn thực hiện với mong muốn được tìm hiểu tính chất lý thú, mới mẻ của loại vật liệu multiferroic đầy triển vọng này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Chế tạo và nghiên cứu vật liệu BiFeO3 pha tạp ion đất hiếm ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Lưu Hoàng Anh ThưCHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆUBiFeO3 PHA TẠP ION ĐẤT HIẾM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội – Năm 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- Lưu Hoàng Anh ThưCHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU BiFeO3 PHA TẠP ION ĐẤT HIẾM Chuyên ngành: Vật lý chất rắn Mã số: 60440104 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Ngô Thu Hương Hà Nội – Năm 2014 LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất đếnPGS.TS. Ngô Thu Hương, Bộ môn Vật lý Chất rắn, Khoa Vật lý, Trường Đại họcKhoa học Tự nhiên, ĐHQGHN, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, đóng gópnhững ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Lê Văn Vũ, giám đốc Trungtâm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý, trường Đại học Khoa học Tự nhiên,ĐHQGHN, cùng các anh Nguyễn Duy Thiện, Nguyễn Quang Hòa, Sái Công Doanhđã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình làm thực nghiệm cũng thực hiệncác phép đo tại trung tâm. Xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Khoa Vật lý và phòng Sau đại họccủa Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc Gia Hà Nội, đã tạo điềukiện tốt nhất để tôi hoàn thành khóa học tại trường. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới chị Bùi Hồng Vân, cán bộ khoaVật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên và bạn Dương Thị Mai Hương đã giúp đỡ, đónggóp nhiều kinh nghiệm và ý kiến cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Cuối cùng, xin gửi tất cả tình cảm cũng như lòng biết ơn sâu sắc tới giađình, người thân, bạn bè, những người luôn động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiệntốt nhất giúp tôi hoàn thành luận văn này. Hà Nội, ngày 03 tháng 12 năm 2014 Lưu Hoàng Anh Thư MỤC LỤCDANH MỤC HÌNH VẼDANH MỤC BẢNG BIỂUMỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU PEROVSKITE VÀ BiFeO3 ............... 3 1.1. Cấu trúc tinh thể và tính chất của vật liệu perovskite .................................. 3 1.1.1. Cấu trúc tinh thể perovskite............................................................... 3 1.1.2. Hiệu ứng méo mạng Jahn-Teller ....................................................... 4 1.1.3. Trạng thái hỗn hợp hóa trị (mix-valence) .......................................... 6 1.1.4. Tính chất của vật liệu perovskite ....................................................... 6 1.2. Vật liệu multiferroic BiFeO3 (BFO) và ảnh hưởng của ion đất hiếm pha tạp lên cấu trúc, tính chất của BFO ....................................................... 7 1.2.1. Cấu trúc tinh thể và tính chất của vật liệu BFO ................................. 7 1.2.2. Ảnh hưởng của ion đất hiếm pha tạp lên vật liệu BFO .................... 10CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ................................................. 13 2.1. Phương pháp chế tạo mẫu Bi1-xEuxFeO3.................................................... 13 2.2. Các phép đo khảo sát tính chất cấu trúc và tính chất từ ............................. 14 2.2.1. Phép đo nhiễu xạ tia X (XRD)......................................................... 15 2.2.2. Phép đo hiển vi điện tử quét (SEM)................................................. 16 2.2.3. Phép đo phổ tán xạ Raman .............................................................. 18 2.2.4. Phép đo tính chất từ bằng từ kế mẫu rung VSM .............................. 21CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 23 3.1. Tính chất cấu trúc của hệ mẫu Bi1-xEuxFeO3 ............................................. 23 3.1.1. Phổ nhiễu xạ tia X của hệ mẫu Bi1-xEuxFeO3 ................................... 23 3.1.2. Ảnh SEM của hệ mẫu Bi1-xEuxFeO3 ................................................ 30 3.1.3. Phổ tán sắc năng lượng EDS của hệ mẫu Bi1-xEuxFeO3 .................. 31 3.1.4. Phổ tán xạ Raman của hệ mẫu Bi1-xEuxFeO3 ................................... 35 3.2. Tính chất từ của hệ mẫu Bi1-xEuxFeO3 ...................................................... 36KẾT LUẬN ........................................................................................................... 46TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 47 DANH MỤC HÌNH VẼHình 1.1: Cấu trúc perovskite lý tưởng (a) và sự sắp xếp của các bát diện trongcấu trúc perovskite lý tưởng (b) ............................................................................... 4Hình 1.2: Méo mạng Jahn-Teller trong cấu trúc perovskite...................................... 5Hình 1.3: Cấu trúc ô cơ sở của tinh thể BiFeO3 ở dạng lục giác và giả lậpphương xây dựng trên nhóm không gian R3c .......................................................... 8Hình 1.4: Sự lệch khỏi trung tâm khối bát diện FeO6 của cation bismuth theohướng [111]c trong nhóm không gian R3c ............................................................... 9Hình 1.5: Giản đồ pha Bi2O3-Fe2O3 ................................................................. ...