Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Kết luận chương 2

Kết luận chương 2

Tải bản đầy đủ - 0trang

Chương 3

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

Trong chương này, chúng tôi lần lượt trình bày và biện luận các kết quả

khảo sát đặc trưng cấu trúc, tính chất từ của hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 với tỉ lệ pha

tạp x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07.

3.1. Giản đô nhiễu xạ tia X của các mẫu bột BiFe1-xMnxO3

Trong luận văn này, chúng tôi đã chế tạo thành công mẫu bột BiFe1xMnxO3



với tỉ lệ pha tạp x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07. Tất cả các



mẫu được thiêu kết ở 6500 C trong khoảng thời gian 2h.

Kết quả phân tích giản đơ nhiễu xạ tia X cho phép xác định các đặc trưng

cấu trúc của vật liệu như các chỉ số (hkl) của các đỉnh nhiễu xạ, hằng số mạng,

nhóm khơng gian của hệ vật liệu bằng phần mềm Chekcell. Giản đô nhiễu xạ

tia X (XRD) của hệ mẫu BiFe1-x MnxO3 với góc nhiễu xạ 2θ từ 200 đến 800

được trình bày trên hình 3.1 đến 3.6. Các đỉnh nhiễu xạ của mẫu BiFeO3

tương ứng với các mặt phẳng mạng (012), (104), (110), (006), (202), (024),

(116), (122),



0

20



30



40



50



60



70







Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X ca mu BiFeO3



32



(134

)



(312)



(208)

(220)



50



(116

(122 )

) (018

(300

)

)



100



(024

)



(006

(202

)

)



Cờng độ

(Cps)



150



x

=

0.

00



(110

)



(104

)



200



(012

)



(018), (300), (208), (220), (312) v (134).



80



0

20



+



30



(11

0)

40



50

2



60



70

+ Bi Fe O

2



4



(134

)



+



(208

)

(220

)

(31

2)



+



x

=

0.

05



(006)

(20

2)

(02

4)

(11

(12 6)

2)

(01

(30

8)

0)



100



Cờng độ

(Cps)



200



(01

2)



(10

4)



300



80

9



Hinh 3.2. Gin nhiu x tia X ca mu BiFe0,95Mn0,05O3

500



(10

4)

(11

0)



x=

0.0

55



(00

6)



100



(134

)



200



(208)

(22

0)

(312

)



(20

2)

(02

4)

(11

6)

(122)

(018) (30

0)



300



(01

2)



Cờng độ

(Cps)



400



0

20



30



40



50



60



70



80



2



Hỡnh 3.3. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BiFe0,945Mn0,055O3



33



x

=

0.

06



0

20



30



40



50



60



(13

4)



(312

)



50



(300)

(208)

(220)



(00

6)



(024

)



(20

2)



100



(018)



C•êng ®é

(Cps)



150



(116)

(122)



(01

2)



(10

4)

(11

0)



200



70



80







Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BiFe0,94Mn0,06O3

700



400



(134)



(312)



(20

8)

(220

)



100



(116

(01 )

(30

8)

(122) 0)



(006)

(202)



200



(02

4)



300



(01

2)



Cờng độ

(Cps)



500



x=

0.0

65



(11

0)



(10

4)



600



0

20



30



40



50



60



70



80



2



Hỡnh 3.5. Gin nhiu x tia X ca mu BiFe0,935Mn0,065O3



34



250



(104

)

(110

)



0

20



30



40



50



60



2



70

+ Bi Fe O

2



4



(134

)



(312)



(20

(220

8)

)



50



(116)

(122)

(30

(018)

0)



(006)

(202)



100



(02

4)



Cờng độ

(Cps)



0

.

0

7



(01

2)



200



150



x

+

+

=



80



9



Hỡnh 3.6. Gin đồ nhiễu xạ tia X của mẫu BiFe0,93Mn0,07O3

Kết quả nhiễu xạ tia X cho thấy các đỉnh đặc trưng của pha BiFeO3 đều

xuất hiện trên giản đô nhiễu xạ tia X (XRD). Hình 3.1 thể hiện giản đơ nhiễu

xạ tia X của mẫu BFO không pha tạp x = 0,00, kết quả cho thấy trong mẫu gần

như đơn pha, không có sự xuất hiện của pha thứ cấp. Giản đơ nhiễu xạ tia X

của các mẫu pha tạp Mn với tỉ lệ x = 0,05; 0,07 được mô tả trên hình 3.2 và

3.6 cho thấy sự xuất hiện của pha thứ cấp Bi2Fe4O9 đi kèm với pha ưu tiên

BFO, tuy nhiên tỉ phần pha thứ cấp là tương đối thấp. Nguyên nhân dẫn tới sự

xuất hiện của pha thứ cấp là do pha bismuth ferrite (BiFeO3) khơng ởn định.

Ngồi ra oxit bismuth rất dễ bay hơi, làm cho tỉ lệ các tiền chất thay đơi, hình

thành nên pha thứ cấp đi kèm với pha chính BFO trong q trình tởng hợp vật

liệu [7]. Kết quả nhiễu xạ tia X của các mẫu pha tạp Mn với tỉ lệ x = 0,055;

0,06; 0,065 được thể hiện trên các hình từ 3.3 đến 3.5 cho thấy các pha thứ

cấp đã bị loại bỏ hồn tồn và mẫu chỉ còn duy nhất pha BFO. Như vậy khi

pha tạp Mn với tỉ lệ thích hợp thì cũng sẽ cho mẫu BFO có độ đơn pha cao và

loại bỏ được pha thứ cấp. Kết quả này tương đối phù hợp với một số công

bố gần đây [12], [18], [28], [33], [56].

Để thuận lợi cho việc so sánh, chúng tôi biểu diễn giản đô nhiễu xạ tia X

của tất cả các mẫu trên cùng một giản ụ (hỡnh 3.7).



35



Cờng độ

(Cps)



(13

4)



2)



0

.

0

6057

400 5



(20

8)

(220

)

(31



(122

) (01

8)

(30

0)



(11

6)



(202

)

(02

4)



(00

6)



(104

)

(11

0)



+++x

+=



(01

2)



250

200

150

100

50

0

600



+



200

0

200

150

100

50

0

400

300

200

100

0

300

200

100

0

200

150

100

50

0

20



30



40



50

2



60



70



80



+ Bi Fe O

2 4 9



Hình 3.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ mẫu BiFe1-xMnxO3

(x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07).

Quan sát giản đô nhiễu xạ tia X (XRD) của hệ mẫu BFO pha tạp Mn, ta

thấy các vạch nhiễu xạ có cường độ mạnh và rất sắc nét chứng tỏ các mẫu có

độ đơn pha rất cao, kết tinh tốt, ít sai hỏng và vị trí các đỉnh nhiễu xạ khá

trùng

36



khớp. Tuy nhiên có sự thay đởi của cường độ tỉ đối của các đỉnh nhiễu xạ. Các

mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,00; 0,06 cấu trúc tinh thể có dạng

mặt thoi (rhombohedral) thuộc nhóm khơng gian R3m (a = b = c; α = β = γ =

89,40), mẫu có thể quy về dạng giả lập phương. Các mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn

với x = 0,055; 0,065 cấu trúc tinh thể có dạng lục phương (hexagonal) thuộc

nhóm khơng gian R3m (a = b ≠ c; α = β = 900, γ = 1200). Các mẫu có tỉ lệ pha

tạp Mn với x = 0,05; 0,07 cấu trúc tinh thể có dạng lục phương (hexagonal)

thuộc nhóm khơng gian R3C (a = b ≠ c; α = β = 900, γ = 1200). Quan sát trên

giản đô nhiễu xạ tia X (XRD) của các mẫu

ta thấy tại vị trí góc 2θ ≈ 320 xuất hiện đỉnh nhiễu xạ kép. Mẫu có tỉ lệ pha tạp

Mn

với x = 0,00 có sự tách đỉnh ro ràng, trong khi đó các mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn

với x = 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07 thì hai đỉnh nhiễu xạ tại vị trí góc 2θ



≈ 320 ứng với các mặt (104) và mặt (110) gần như nhập thành một. Điều đó

chứng tỏ có sự

thay đởi trong cấu trúc vật liệu.

Các thông số cấu trúc của hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 được mô tả trong bảng 3.1.

Bảng 3.1. Các thông số cấu trúc của hệ mẫu BiFe1-xMnxO3



Tỉ lệ

pha

tạp

(x)



0,00

0,05

0,055

0,06

0,065



Cấu trúc

tinh thể/

Nhóm

khơng gian



Rhombohedral

(R3m)

Hexagonal

(R3C)

Hexagonal

(R3m)

Rhombohedral

(R3m)

Hexagonal

(R3m)



c (Å)



Thể tích

ơ cơ sở

V (Å3)



Kích

thước

trung

bình

tinh

thể

(nm)



a (Å)



b (Å)



3,962



3,962



3,962



62,19



29,88



5,587



5,587



13,867



374,85



15,97



5,580



5,580



6,930



186,87



22,62



3,962



3,962



3,962



62,19



19,51



5,580



5,580



6,930



186,87



22,18



0,07



Hexagonal

(R3C)



5,587



5,587



13,867



374,85



14,96



Cụ thể, vật liệu chuyển từ cấu trúc tinh thể mặt thoi (rhombohedral) thuộc

nhóm khơng gian R3m ở các mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,00; 0,06 sang cấu

trúc lục phương (hexagonal) thuộc nhóm khơng gian R3m ở các mẫu có tỉ lệ pha

tạp Mn với x = 0,055; 0,065 và sang cấu trúc lục phương (hexagonal) thuộc

nhóm khơng gian R3C ở các mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,05; 0,07. Hằng

số mạng c của mẫu pha tạp Mn với tỉ lệ x = 0,05; 0,07 lớn hơn nhiều so với

mẫu pha tạp Mn với tỉ lệ x = 0,00; 0,055; 0,06; 0,065.

Dựa vào phô nhiễu xạ tia X, ta cũng tính được kích thước trung bình của

tinh thể BiFe1-xMnxO3 bằng công thức Debye – Scherrer (2.2). Kết quả thu

được trên bảng 3.1. Kích thước trung bình của tinh thể của mẫu có tỉ lệ pha

tạp x = 0,05; 0,07 là nhỏ nhất, mẫu không pha tạp kích thước trung bình của

tinh thể có giá trị lớn nhất. Kích thước trung bình của tinh thể BiFe1-xMnxO3 là

khá nhỏ so với nghiên cứu [8] của tác giả Vũ Thị Tuyết có kích thước trung

bình của tinh thể BiFe1-xMnxO3 cỡ 37nm.

Như vậy nếu chọn chế độ gia nhiệt phù hợp với tỉ phần pha tạp Mn thích

hợp thì có thể tạo ra mẫu có độ đơn pha cao. Việc pha tạp Mn đã làm cấu trúc

tinh thể thay đôi, từ đó dẫn tới sự thay đơi các tính chất vật lý của vật liệu.



3.2. Ảnh SEM của hệ mẫu BiFe1-xMnxO3



a) x = 0,00



b) x = 0,05



c) x = 0,055



d) x = 0,06



e) x = 0,065



f) x = 0,07



Hình 3.8. Ảnh SEM của hệ mẫu BiFe1-xMnxO3

(x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07)



Chúng tôi đã tiến hành đo SEM để xác định đặc trưng hình thái học của

mẫu. Hình 3.8 thể hiện ảnh SEM của hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 với tỉ lệ pha tạp Mn

x = 0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07. Quan sát ảnh SEM cho thấy, ở tất cả

các mẫu các hạt khơng đờng nhất về hình dạng và kích thước. Cụ thể, mẫu

khơng pha tạp Mn hình thành các đám hạt nhưng vẫn có thể phân biệt được các

hạt và kích thước hạt thay đởi đáng kể, các hạt có kích thước từ vài nm đến

700 nm. Ở các mẫu pha tạp Mn cũng hình thành các đám hạt nhưng sự kết

đám khơng ro ràng, hình dạng và kích thước hạt đờng đều hơn so với mẫu

khơng pha tạp. Mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,05 các hạt có kích thước từ

vài nm đến 500 nm, mẫu x = 0,055 các hạt có kích thước từ khoảng 10 nm đến

100 nm, mẫu x = 0,06 các hạt có kích thước từ vài nm đến 200 nm, mẫu x =

0,065 các hạt có kích thước từ vài nm đến 300 nm, mẫu x = 0,07 các hạt có kích

thước từ vài nm đến 700 nm. Mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,05 có kích

thước hạt nhỏ, hình dạng và kích thước hạt đồng đều nhất so với các mẫu pha

tạp khác. Mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x = 0,07 có hình dạng và kích thước hạt

kém đơng đều so với các mẫu pha tạp khác. Các mẫu có tỉ lệ pha tạp Mn với x

= 0,055; 0,06; 0,065 có độ sạch pha như nhau nhưng mẫu x = 0,055 có hình

dạng và kích thước hạt đờng đều hơn và ít kết đám hơn. So với nghiên cứu [8]

của tác giả Vũ Thị Tuyết, hình dạng và kích thước hạt trong các mẫu của chúng

tôi kém đồng đều hơn, nhưng lại tạo được các hạt rất nhỏ có kích thước chỉ vài

nm.

Sự thay đơi kích thước hạt và sự đờng đều về hình dạng và kích thước hạt

sẽ ảnh hưởng đến tính chất vật lý của vật liệu.

3.3. Đặc trưng từ trễ của các mẫu bột BiFe1-xMnxO3

Để khảo sát tính chất từ của hệ mẫu BiFe1-xMnxO3 với tỉ lệ pha tạp x =

0,00; 0,05; 0,055; 0,06; 0,065; 0,07, chúng tơi đã tiến hành khảo sát chu trình

từ trễ để nghiên cứu sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường ngồi ở nhiệt độ

phòng trong dải từ trường từ -20 kOe đến 20 kOe của tất cả các mẫu. Đường

cong từ trễ (VSM) của các mẫu được trình bày lần lượt trong hình 3.9 đến

hình 3.14.



§é tõ hãa M

(emu/g)



§é tõ hãa M

(emu/g)



§é tõ hãa M

(emu/g)



§é tõ hãa M

(emu/g)



§é tõ hãa M

(emu/g)



§é tõ hãa M

(emu/g)



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Kết luận chương 2

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×