Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất quang, từ của vật liệu tổ hợp nền BiFeO3

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT

TÍNH CHẤT QUANG, TỪ CỦA VẬT LIỆU

TỔ HỢP NỀN BiFeO3

Họ và tên học viên: Hoàng Thị Mận

THÁI NGUYÊN - NĂM 2021

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ

Tên đề tài:

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT

TÍNH CHẤT QUANG, TỪ CỦA VẬT LIỆU

TỔ HỢP NỀN BiFeO3

Chuyên ngành: Quang học

Mã số: 84 40 110

Học viên thực hiện: Hoàng Thị Mận

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Phạm Trƣờng Thọ

TS. Nguyễn Thị Minh Hồng

THÁI NGUYÊN – NĂM 2021

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc nhất tới

thầy, cô giáo,TS. Phạm Trường Thọ và TS. Nguyễn Thị Minh Hồng, người đã

trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ em trong suốt thời gian học

tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các Thầy, Cô giáo Khoa

Vật lý và Công nghệ, trường Đại học Khoa học thuộc Đại học Thái Nguyên,

đã truyền đạt cũng như tạo điều kiện và giúp đỡ em trong việc học tập và

hoàn thành luận văn này.

Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện

thuận lợi của Ban giám hiệu và đồng nghiệp trường PTDT nội trú tỉnh Bắc

Kạn trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn này.

Cuối cùng em xin cảm ơn toàn thể gia đình và bạn bè đã giúp đỡ và

động viên em trong suốt quá trình học tập.

Thái Nguyên, ngày 10 tháng 07 năm 2021

Học viên

Hoàng Thị Mận

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN.................................................................................................i

MỤC LỤC.....................................................................................................ii

DANH MỤC CÁC BẢNG...............................................................................iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ...........................................................................iv

MỞ ĐẦU..........................................................................................................1

1. Đặt vấn đề......................................................................................................1

2. Mục đích nghiên cứu.....................................................................................1

3. Phạm vi nghiên cứu ...................................................................................2

4. Phƣơng pháp nghiên cứu...............................................................................2

5. Đối tƣợng nghiên cứu....................................................................................2

6. Nội dung nghiên cứu.....................................................................................2

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN.............................................................................3

1.1. Khái niệm vật liệu tổ hợp........................................................................3

1.2. Vật liệu sắt điện.......................................................................................4

1.3. Vật liệu từ................................................................................................5

1.4. Vật liệu đa pha điện – từ (Multiferroics) ..................................................7

1.4.1. Hiệu ứng điện - từ.................................................................................8

1.4.2. Vật liệu multiferroic đơn pha ...............................................................10

1.4.3. Vật liệu multiferroic tổ hợp..................................................................10

1.5. Vật liệu BiFeO3......................................................................................12

1.6. Vật liệu CoFe2O4....................................................................................15

1.7. Tính chất quang của vật liệu tổ hợp........................................................18

1.8. Kết luận chƣơng....................................................................................20

CHƢƠNG 2. KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM.................................................21

2.1. Công nghệ chế tạo vật liệu......................................................................21

2.2. Các phép đo khảo sát cấu trúc và tính chất cơ bản của vật liệu...............25

2.2.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD)......................................................25

2.2.2. Ảnh hiển vi điện tử quét (SEM)............................................................27

2.2.3. Phép đo tính chất từ của vật liệu...........................................................29

2.2.4. Phép đo phổ tán xạ Ramann.....................................................................30

2.2.5. Phép đo phổ hấp thụ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis)..............................32

2.3. Kết luận chƣơng.......................................................................................33

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..................................................34

3.1. Kết quả phân tích phổ nhiễu xa tia X (XRD) và chụp ảnh bề mặt

(SEM)..............................................................................................................34

3.2. Tính chất từ của vật liệu tổ hợp CoFe2O4/BiFeO3...................................36

3.3. Tính chất quang của hệ vật liệu tổ hợp CFO/BFO .................................39

3.4. Đánh giá khả năng quang xúc tác phân hủy Rhodamine B (RhB)...........43

3.5. Kết luận chƣơng.....................................................................................45

KẾT LUẬN.....................................................................................................46

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. Một số ví dụ về vật liệu multiferroic ME với nhiệt độ chuyển pha

điện và từ tƣơng ứng của chúng......................................................................10

Bảng 1.2. Vật liệu multiferroic tổ hợp với hệ số liên kết điện – từ “thuận” và

“đảo” tƣơng ứng..............................................................................................12

Bảng 2.1. Các tiền chất và thiết bị sử dụng trong chế tạo vật liệu tổ hợp

CFO/BFO bằng phƣơng pháp thủy nhiệt........................................................22

Bảng 2.2. Bảng tổng hợp các mẫu tổ hợp chế tạo bằng phƣơng pháp thủy

nhiệt.................................................................................................................24

Bảng 3.1. Các giá trị từ độ bão hòa MS, độ từ dƣ Mr và lực kháng từ HC của tất

cả các mẫu tổ hợp

CFO/BFO........................................................................................................37

Bảng 3.2. Giá trị khe năng lƣợng Eg của tất cả các mẫu tính toán từ phổ hấp

thụ quang học UV-VIS....................................................................................41

Bảng 3.3. Độ hấp thụ RhB bởi hệ vật liệu tổ hợp CFO/BFO sau các thời gian

chiếu đèn UV khác nhau .............................................................. .................44

Bảng 3.4. Độ hấp thụ RhB của tất cả các mẫu CFO/BFO khi có mặt H2O2

(nồng độ 2ml/100ml dung dịch RhB 5 ppm) với các thời gian chiếu sáng đèn

UV khác nhau.................................................................................................45

Bảng 3.5. Độ hấp thụ RhB 5ppm của mẫu CB5 dƣới tác dụng của ánh sáng tự

nhiên trong các khoảng thời gian khác nhau và khi có mặt của H2O2 với các

nồng độ khác nhau...........................................................................................45