hiỆu Ứng tỪ nhiỆt cỦa hỢp kim ni-mn-sn, la-(fe,co)-(si,b

161
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -------------------------- NGUYỄN HẢI YẾN HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM Ni-Mn-Sn, La-(Fe,Co)-(Si,B) VÀ Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGUỘI NHANH Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 62.44.01.23 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2017

Upload: others

Post on 09-Dec-2021

1 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM 

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-------------------------- 

NGUYỄN HẢI YẾN

HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM Ni-Mn-Sn,

La-(Fe,Co)-(Si,B) VÀ Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr CHẾ TẠO

BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGUỘI NHANH

 

Chuyên ngành: Vật liệu điện tử 

        Mã số: 62.44.01.23 

 

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Hà Nội - 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM 

KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM 

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-------------------------- 

NGUYỄN HẢI YẾN

HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM Ni-Mn-Sn,

La-(Fe,Co)-(Si,B) VÀ Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr CHẾ TẠO

BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGUỘI NHANH

Chuyên ngành: Vật liệu điện tử 

        Mã số: 62.44.01.23 

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS. NGUYỄN HUY DÂN

Hà Nội – 2017

i

LỜI CẢM ƠN

  Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lời lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Huy

Dân, người Thầy đã dành cho tôi sự động viên, giúp đỡ tận tình và những định

hướng khoa học hiệu quả trong suốt quá trình thực hiện luận án này.

Tôi xin cảm ơn sự cộng tác và giúp đỡ đầy hiệu quả của TS. Trần Đăng

Thành, TS. Phan Thế Long, TS. Nguyễn Hữu Đức, NCS. Phạm Thị Thanh, NCS. Đỗ

Trần Hữu, NCS. Nguyễn Mẫu Lâm, NCS. Nguyễn Thị Mai, NCS. Đinh Chí Linh và

các cán bộ, đồng nghiệp khác trong Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa

học và Công nghệ Việt Nam.

Tôi xin cảm ơn sự chỉ bảo, giúp đỡ và khích lệ của GS.TSKH. Nguyễn Xuân

Phúc, PGS.TS. Lê Văn Hồng, PGS.TS. Đỗ Hùng Mạnh, PGS.TS. Vũ Đình Lãm

cùng toàn thể các cán bộ Phòng Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn đã dành cho tôi

trong những năm qua.

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi của cơ sở đào tạo là

Học viện Khoa học và Công nghệ cùng Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa

học và Công nghệ Việt Nam.

Luận án được hỗ trợ kinh phí của các đề tài nghiên cứu cấp cơ sở của Viện

Khoa học vật liệu, đề tài Khoa học Công nghệ cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công

nghệ Việt Nam cùng các đề tài nghiên cứu cơ bản của Quỹ Phát triển khoa học và

công nghệ Quốc gia (NAFOSTED). Công việc thực nghiệm trong luận án được thực

hiện trên các thiết bị của Phòng thí nghiệm Trọng điểm về Vật liệu và Linh kiện Điện

tử và Phòng Vật lý vật liệu Từ và Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu.

Sau cùng, tôi muốn gửi tới tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè

lời cảm ơn chân thành nhất. Chính sự tin yêu, mong đợi của gia đình và bạn bè đã

tạo động lực cho tôi thực hiện thành công luận án này.

Hà Nội, tháng năm 2017

Tác giả

Nguyễn Hải Yến

ii

LỜI CAM ĐOAN

  Tôi xin  cam đoan đây  là  công  trình nghiên  cứu của  riêng  tôi. Các kết quả 

trong các hợp tác nghiên cứu đã được sự đồng ý của các đồng tác giả. Các số liệu, 

kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công 

trình nào khác. 

 

              Tác giả luận án 

 

 

                     Nguyễn Hải Yến

iii

Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu

1. Danh mục chữ viết tắt

AFM  : Phản sắt từ 

IEM  : Chuyển pha từ giả bền điện tử linh động 

FM  : Sắt từ 

FOPT  : Chuyển pha loại một 

GMCE  : Hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ 

MCE  : Hiệu ứng từ nhiệt 

MFT  : Lý thuyết trường trung bình 

PM  : Thuận từ 

RC  : Khả năng làm lạnh 

SOPT  : Chuyển pha loại hai 

SQUID  : Thiết bị giao thao lượng tử siêu dẫn 

TLTK  : Tài liệu tham khảo 

VSM  : Từ kế mẫu rung 

VĐH  : Vô định hình 

XRD  : Nhiễu xạ tia X 

2. Danh mục các ký hiệu

H  : Từ trường 

Hc  : Lực kháng từ 

M  : Từ độ 

Ms  : Từ độ bão hòa 

MS  : Từ độ tự phát 

Mo, Ho và D  : Các biên độ tới hạn 

Sm  : Entropy từ 

SL  : Entropy mạng 

iv

Se  : Entropy điện tử 

T  : Nhiệt độ 

ta  : Thời gian ủ nhiệt 

Ta  : Nhiệt độ ủ 

TC  : Nhiệt độ Curie 

Tpk  : Nhiệt độ đỉnh của đường biến thiên entropy từ phụ thuộc nhiệt độ  

ACT   : Nhiệt độ Curie tương ứng với pha austenite 

MCT   : Nhiệt độ Curie tương ứng với pha martensite 

TsA  : Nhiệt độ bắt đầu của pha austenite 

TfA  : Nhiệt độ kết thúc của pha austenite 

TM-A  : Nhiệt độ chuyển pha martensit - austenite 

   : Nhiệt độ rút gọn 

β, γ và δ  : Các số mũ (tham số) tới hạn 

o  : Độ cảm từ ban đầu  

TFWHM  : Độ bán rộng của đường biến thiên entropy từ phụ thuộc nhiệt độ 

∆H  : Biến thiên từ trường 

∆Sm  : Biến thiên entropy từ 

∆Smmax  : Giá trị biến thiên entropy từ cực đại 

∆Tad  : Biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt 

v

Danh mục các hình và đồ thị

     Trang

Hình 1.1.  Mô phỏng về hiệu ứng từ nhiệt [55].         6 

Hình 1.2.   Chu trình làm lạnh từ [53].        7 

Hình 1.3.  |Sm|max (biến thiên entropy từ cực đại) và TFWHM  (độ bán 

rộng của đường Sm phụ thuộc nhiệt độ) trên đường cong 

Sm(T) [105]. 

    10 

Hình 1.4.  Hệ đường cong từ hóa đẳng nhiệt của hợp chất PrGa [150].      11 

Hình 1.5. 

Các đường Arrott M2 - H/M đặc trưng cho chuyển pha loại 

một  của  vật  liệu  Ni43Mn46  Sn11  (a)  [148]  và  chuyển  pha 

loại hai của vật liệu La0,6Sr0,2Ba0,2−xMnO3 (b) [89]. 

    12 

Hình 1.6.  Sự  phụ  thuộc  của  MS  và  10   vào  nhiệt  độ  cùng  với  các 

đường  làm  khớp  (a)  và  sự  phụ  thuộc  của  M|ε|β  vào 

H|ε|(β+γ))  ở  các  nhiệt  độ  lân  cận  TC  (b)  của  hợp  chất 

La0,7Ca0,3Mn1-xFexO3 [46]. 

    14 

Hình 1.7.  So sánh công nghệ  làm  lạnh nén giãn khí  (phải) và công 

nghệ làm lạnh sử dụng MCE (trái) [55]. 

    15 

Hình 1.8.  Máy  lạnh  từ  thương  phẩm  của  hãng  Chubu 

Electric/Toshiba [48]. 

    16 

Hình 1.9.  Số  lượng  các  mẫu  thiết  bị  làm  lạnh  (number  of  prototypes) 

theo  các  năm  (Reciprocating:  chuyển  động  kiểu  pittông, 

Rotary: chuyển động quay, all cumulative: tổng tích lũy) [69]. 

    17 

Hình 1.10.  Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ cực đại (ΔH = 50 

kOe) vào nhiệt độ đỉnh (Tpeak - nhiệt độ mà tại đó có biến 

thiên  entropy  từ  cực  đại)  của  một  số  hệ  vật  liệu  từ  nhiệt 

(Laves  phases:  các  hợp  chất  có  công  thức  AB2  (A  là  đất 

hiếm, B là kim loại chuyển tiếp), Ln-manganites: các hợp 

chất magnanite perovskite) [36]. 

    18 

vi

Hình 1.11.  Biến  thiên  nhiệt  độ  đoạn  nhiệt  của  các  vật  liệu  từ  nhiệt  có 

MCE lớn trong vùng nhiệt độ từ  10 tới  80 K với H = 75 

kOe [102]. 

    19 

Hình 1.12.  Giá  trị biến  thiên entropy  từ cực đại của các hợp kim   nền 

RECo2 (các biểu tượng đặc – vật liệu FOPT, biểu tượng rỗng 

– vật liệu SOPT) và các hợp kim nền REAl2 (các biểu tượng 

vuông rỗng) với H = 50 kOe [30]. 

    20 

Hình 1.13.  Cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim Heusler đầy đủ (a) và 

bán hợp kim Heusler (b) [137]. 

    25 

Hình 1.14.  Các chuyển pha từ trong một số hợp kim Heusler Ni-Mn-Z 

(Z = In, Ga, Sn, Sb) [107]. 

    26 

Hình 1.15.  Sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha vào nồng độ điện tử 

hóa trị trên một nguyên tử (e/a) trong hợp kim Ni-Mn-(Sn, 

In, Ga) [107]. 

    27 

Hình 1.16.  Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của hợp 

kim Ni-Mn-Z, Z = Ga (a), Z = In (b), Z = Sn [73, 79, 107]. 

    27 

Hình 1.17.  Cấu trúc vi mô của hợp kim Ni0,5Mn0,5-xSnx phụ thuộc vào 

x [73]. 

    28 

Hình 1.18.  Sự  phụ  thuộc  của  biến  thiên  entropy  từ  vào  nhiệt  độ  của 

hợp kim Ni-Mn-Z, Z = Sn (a), Z = Sb (b) và Ni50Mn37Sn13 

(hình lồng trong hình (a)) [2]. 

    29 

Hình 1.19.  Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của băng 

hợp kim Ni-Mn-Z, Z = Ga (a), Z = In với H = 50 kOe (b) và 

30 kOe (hình lồng trong hình (b)) [47, 79]. 

    30 

Hình 1.20.  Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của mẫu 

băng Ni43Mn46Sn11 khi chưa ủ nhiệt (a), ủ nhiệt 10 phút (b), 60 

phút (c) và 180 phút (d) [147]. 

    30 

Hình 1.21.  Ảnh vi cấu trúc của mẫu băng Mn50Ni50-xSnx với x = 8 (a), 

x = 9 (b) và x = 10 (c, d) [63]. 

    31 

vii

Hình 1.22.  Cấu trúc tinh thể của hợp chất La(Fe,Si)13 [133].      32 

Hình 1.23.  Sự  phụ  thuộc  của  ∆Sm  vào  nhiệt  độ  của  các  hợp  kim 

LaFe13-xSix. Vùng gạch chéo đánh dấu vùng giao nhau của 

chuyển pha từ loại một và chuyển pha từ loại hai [62]. 

    33 

Hình 1.24.  Sự phụ thuộc của nhiệt độ TC vào nồng độ Co của hợp kim 

La(Fe1-xCox)11,4Si1,6 [85]. 

    33 

Hình 1.25.  Hình  1.25.  Các  đường  cong  -Sm(T)  của  hợp  kim 

La(Fe1-xCox)11,9Si1,1  và  mẫu  x  =  0,06,  Gd,  Gd5Si2Ge2 

(hình lồng vào) [114]. 

    34 

Hình 1.26.  Đường cong M(T) (a) và biến thiên entropy từ ∆Sm(T) (b) 

của LaFe11,7Si1,3Hx (x = 0; 1,37 và 2,07) [28]. 

    35 

Hình 1.27.  Sự phuộc  của biến  thiên  entropy  từ vào nhiệt  độ  của  các 

băng LaFe13-xSix [49]. 

    36 

Hình 1.28.  Sự  phuộc  của  biến  thiên  entropy  từ  vào  nhiệt  độ  của  các 

băng LaFe11,2Si1,8 (a) và LaFe11,8Si1,2 (b) [49]. 

    37 

Hình 1.29.  Sự phụ thuộc của từ độ (a) và biến thiên entropy từ (b) vào nhiệt 

độ của băng hợp kim LaFe11,8-xCoxSi1,2 với  H = 50 kOe [144]. 

    38 

Hình 1.30.  Mô hình mô phỏng trật tự và bất trật tự về cấu trúc và hoá 

học của vật rắn VĐH: a) trật tự liên kết (bond order) + trật 

tự hoá học (chemical order); b) trật tự hoá học + bất trật tự 

liên kết (bond disorder); c) trật tự liên kết + bất trật tự hoá 

học; d) bất trật tự liên kết + bất trật tự hoá học [20]. 

    40 

Hình 1.31.  Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ cực đại và khả năng làm lạnh 

từ vào nhiệt độ của các mẫu khác nhau với H = 15 kOe [27]. Kí 

hiệu:  CoBAA - FexCoyBzCuSi3Al5Ga2P10;  CrMoBAA - Fe65,5Cr4-

xMo4-yCux+yGa4P12C5B55;  CoNanoperm  -  Fe83-xCoxZr6B10Cu1; 

BNanoperm - Fe91-xMoxCu1Bx;  MnHiTperm - Fe60-xMnxCo18Nb6B16 

và MoFinemet - Fe68,5Mo5Si13,5B9Cu1Nb3 [39]. 

    41 

Hình 1.32.  Các đường cong -Sm(T) của băng hợp kim vô định hình      42 

viii

GdxCo100-x [139]. 

Hình 1.33.  Các đường cong M(T) được đo trong từ trường 10 kOe (a) và 

câc đường Sm(T) trong biến thiên từ trường 15 kOe (b) của hợp 

kim vô định hình Fe90-xMnxZr10 [97]. 

     44 

Hình 1.34.  Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của băng 

hợp kim vô định hình Fe90-xZr10Bx với H = 10 kOe [33]. 

    45 

Hình 1.35.  Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của các 

hệ băng vô định hình Fe85-yZr10B5Mny (a), Fe85-yZr10B5Cry (b) 

và Fe85-yZr10B5Coy (c) với H = 10 kOe [33]. 

    46 

Hình 2.1.  Sơ đồ khối của hệ nấu hồ quang [1].      50 

Hình 2.2  a) Ảnh hệ nấu hợp kim hồ quang: (1) bơm hút chân không, 

(2) buồng nấu mẫu, (3) tủ điều khiển, (4) bình khí Ar, (5) 

nguồn điện; b) Ảnh bên trong buồng nấu: (6) điện cực, (7) 

nồi nấu, (8) cần lật mẫu. 

    51 

Hình 2.3.  Sơ đồ khối của hệ phun băng nguội nhanh đơn trục.      51 

Hình 2.4.  a)  Thiết  bị  phun  băng  nguội  nhanh  ZGK-1:  (1)  bơm  hút 

chân không, (2) buồng mẫu, (3) nguồn phát cao tần; b) bên 

trong buồng tạo băng: (4) trống quay, (5) vòng cao tần, (6) 

ống thạch anh. 

    52 

Hình 2.5.  Lò ống Thermolyne 21100.      53 

Hình 2.6.  Thiết bị Siemen D5000.      54 

Hình 2.7.  Hệ đo VSM: a) sơ đồ khối: (1) màng rung điện động, (2) giá 

đỡ hình nón, (3) mẫu so sánh, (4) cuộn thu tín hiệu so sánh, 

(5) bệ đỡ, (6) cần giữ bình mẫu, (7) bình chứa mẫu, (8) cuộn 

dây thu tín hiệu đo, (9) cực nam châm; b) ảnh chụp. 

    55 

Hình 2.8.  Sơ đồ khối của hệ đo SQUID       56 

Hình 3.1.  Giản  đồ  XRD  của  băng  hợp  kim  Ni50Mn50-xSnx:  chưa  ủ 

nhiệt (a) và ủ nhiệt ở 1123 K trong 5h (b). 

    58 

Hình 3.2.  Các đường cong M(T) trong từ trường 12 kOe của băng hợp      60 

ix

kim Ni50Mn50-xSnx: chưa ủ nhiệt (a), ủ nhiệt tại 1273 K trong 

15 phút và 30 phút (b) và ủ tại 1123 k trong 5 h (c). 

Hình 3.3.  Các  đường  cong  MZFC(T)  và  MFC(T)  của  các  băng  hợp  kim 

Ni50Mn50-xSnx được đo ở từ trường 150 Oe (a, b) và 12 kOe (c). 

    61 

Hình 3.4.  Các đường cong M(T) của các băng hợp kim Ni50Mn37Sn13 

trước khi ủ nhiệt (a) và được ủ nhiệt  tại 1273 K trong 15 

phút (b) được đo trong các từ trường khác nhau. 

    63 

Hình 3.5.  Các đường cong M(H) tại các nhiệt độ khác nhau được suy ra 

từ các đường cong  từ nhiệt của băng hợp kim Ni50Mn37Sn13 

trước khi ủ nhiệt. 

    63 

Hình 3.6.  Các đường cong Sm(T) trong sự biến thiên từ trường 12 kOe 

của mẫu băng Ni50Mn37Sn3 trước và sau khi ủ nhiệt tại 1273 K

trong 15 phút.

    64 

Hình 3.7.  Các đường cong M(H) của các băng hợp kim x = 13 (a) và 

x = 14 (b) đo tại các nhiệt độ khác nhau. 

    65 

Hình 3.8.  Các đường cong Sm(T) của các băng Ni50Mn50-xSnx với 

x = 13 (a) và x = 14 (b) trong biến thiên từ trường lên tới 

50 kOe. Các hình lồng trong mỗi hình tương ứng với sự 

phụ  thuộc  vào  từ  trường  của  RC  xung  quanh  nhiệt  độ 

chuyển pha TM-A và TCA. 

    66 

Hình 3.9.  Các dữ liệu Ms(T) và o-1(T) và các đường đã được làm khớp 

theo  các  phương  trình  (1.14)  và  (1.16),  và  theo  giả  thuyết 

thống kê (1.18) của hợp kim Ni50Mn50-xSnx với x = 13 (a, b) 

và x = 14 (c, d).  

    69 

Hình 4.1.  Giản đồ XRD của các mẫu băng hợp kim LaFe13-x-ySixBy (x = 

0 ÷ 3 và y = 0 ÷ 3) với x = 0 (a), x = 1 (b), x = 2 (c), x = 3 (d). 

    73 

Hình 4.2.  Các  đường  cong  từ  nhiệt  M(T)  của  hệ  băng  hợp  kim 

LaFe13-x-ySixBy  với y = 0 (a), y = 1 (b), y = 2 (c) và y = 3 

(d) được đo ở từ trường H = 12 kOe. 

    75 

x

Hình 4.3  Các  dữ  liệu  MS(T)  và o-1(T)  của  LaFe7Si3B3  và  các đường 

được làm khớp theo phương trình (1.14) và (1.16). Hình lồng 

vào là đường từ hóa đẳng nhiệt tại T  TC. 

    77 

Hình 4.4.  Các đường M1/β theo (H/M)1/γ (a) và các đường M/εβ theo 

H/εβ+γ (b) vẽ theo thang logarit cho mẫu y = 3 (b). 

    78 

Hình 4.5.  Các đường cong -Sm(T) ở các biến  thiên  từ  trường 10, 20, 

30, 40 và 50 kOe của các mẫu băng LaFe10-xBxSi3 (x = 2 và 3). 

    79 

Hình 4.6.  Giản đồ XRD của các mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 (x 

= 1, 2, 3, 4 và 5). 

    81 

Hình 4.7.  Các đường cong từ nhiệt đo ở từ trường 12 kOe (a) và sự 

phụ thuộc của nhiệt độ TC vào nồng độ Co (b) của các mẫu 

băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2. 

    81 

Hình 4.8.  Đường cong  từ  trễ ở nhiệt độ phòng  (a)  và  sự phụ  thuộc 

của từ độ bão hòa vào nồng độ Co (b) của các mẫu băng hệ 

LaFe11-xCoxSi2 (x = 0, 1, 2, 3 và 4). 

    82 

Hình 4.9.  Các đường M(T) ở các từ trường khác nhau của LaFe11-xCoxSi2 

với x = 0 (a), x = 1 (b) và x = 2 (c). 

    83 

Hình 4.10.  Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường tại các nhiệt độ khác 

nhau được suy ra từ các đường cong từ nhiệt của mẫu  x = 2. 

    84 

Hình 4.11.  Các  đường  -ΔSm(T)  (ΔH  =  12  kOe)  của  hợp  kim  LaFe11-

xCoxSi2, hình lồng vào là sự phụ thuộc của RC vào nồng độ Co. 

    84 

Hình 4.12.  Giản đồ XRD của các mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 

(x = 0,6; 0,8 và 0,9). 

    86 

Hình 4.13.  Các đường cong M(T) (a) và sự phụ thuộc của nhiệt độ TC 

vào nồng độ Co (b) của các mẫu băng LaFe11-xCoxSi2 (x = 

0,4; 0,6; 0,8 và 0,9) được đo trong từ trường H = 100 Oe. 

    87 

Hình 4.14.  Các đường cong M(T) ở các từ trường khác nhau của băng hợp 

kim LaFe10-xCoxSi2 với x = 0,8 (a) và 0,9 (b). 

     87 

Hình 4.15.  Các  đường  cong  M(H)  được  suy  ra  từ  các  đường  cong      88 

xi

M(T)  ở  các  từ  trường  khác  nhau  của  các  mẫu  băng  hợp 

kim LaFe11-xCoxSi2 với x = 0,8 (a) và x = 0,9 (b). 

Hình 4.16.  Các đường cong -ΔSm(T) (với ΔH = 12 kOe) của các mẫu 

băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 với x = 0,8 (a) và x = 0,9 (b). 

    89 

Hình 4.17.  Các đường cong M2 - H/M tại các nhiệt độ khác nhau của 

mẫu băng LaFe10-xCoxSi2 với x = 0,8 (a) và x = 0,9 (b). 

    90 

Hình 4.18.  Sự  phụ  thuộc  của  MS  và 0-1  vào  nhiệt  độ  của  mẫu  băng 

LaFe11-xCoxSi2 với x = 0,8 (a) và x = 0,9 (b).   

    90 

Hình 4.19.  Giản đồ XRD của các mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5.      92 

Hình 4.20.  Các đường cong M(T) của hệ mẫu băng La1+xFe10,5-xCoSi1,5 

(x = 0; 0,5; 1 và 1,5) được đo trong từ trường H = 100 Oe. 

    93 

Hình 4.21.  Các đường cong M(T) ở các từ trường khác nhau của mẫu 

băng La1+xFe10,5-xCoSi1,5 với x = 0 (a) và 0,5 (b). 

    94 

Hình 4.22.  Các đường cong M(H) được biến đổi từ các đường cong từ 

nhiệt ở các từ trường khác nhau của các mẫu băng hợp kim 

La1+xFe10,5-xCoSi1,5 với x = 0 (a); 0,5 (b) và 1 (c). 

    94 

Hình 4.23.  Các đường cong -ΔSm (T) (ΔH = 12 kOe) của các mẫu băng 

hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5 và 1). 

    95 

Hình 4.24.  Các  đường  cong  từ  nhiệt  của  các  mẫu  băng  hợp  kim 

LaxFe10,5-xCoSi1,5 với x = 0 (a) và x = 0.5 (b) sau khi ủ nhiệt. 

    96 

Hình 5.1.  Giản đồ XRD của hợp kim nguội nhanh Fe90-xCoxZr10.    100 

Hình 5.2.  Các đường cong M(T) rút gọn trong từ trường 100 Oe (a) 

và sự phụ  thuộc nhiệt độ chuyển pha TC vào nồng độ Co 

(b) của hệ hợp kim Fe90-xCoxZr10 . 

  100 

Hình 5.3.  Các  đường  cong  từ  trễ  tại  nhiệt  độ  phòng  (a)  và  sự  phụ 

thuộc  của  từ độ bão hòa vào nồng độ Co  (b)  của hệ hợp 

kim Fe90-xCoxZr10. 

  102 

Hình 5.4.   Các đường M(T) đo trong các từ trường khác nhau (a) và 

các  đường  M(H)  được  suy  ra  từ  đường  cong  từ  nhiệt  tại 

  103 

xii

các  nhiệt  độ  khác  nhau  (b)  của  mẫu  băng  hợp  kim 

Fe87Co3Zr10. 

Hình 5.5.  Đường  cong Sm(T)  (a)  và  sự  phụ  thuộc  của  biến  thiên 

entropy từ cực đại vào nồng độ Co (b) của các mẫu băng 

hợp kim Fe90-xCoxZr10 với ∆H = 11 kOe. 

  103 

Hình 5.6.  Sự phụ thuộc của khả năng làm lạnh từ vào nồng độ Co 

của hệ hợp kim Fe90-xCoxZr10. 

  104 

Hình 5.7.  Giản đồ XRD của hệ hợp kim Fe90-xGdxZr10 (x = 1, 2 và 3).    106 

Hình 5.8.  Các đường cong từ trễ tại nhiệt độ phòng (a) và sự phụ 

thuộc của từ độ bão hòa vào nồng độ Gd (b) của hệ hợp 

kim Fe90-xGdxZr10. 

  106 

Hình 5.9.  Các đường M(T) rút gọn đo trong từ trường 100 Oe (a) 

và  sự  phụ  thuộc  của  nhiệt  độ  TC  vào  nồng  độ  Gd  (b) 

của các mẫu băng Fe90-xGdxZr10. 

  107 

Hình 5.10.  Các đường cong M(T) đo  trong từ  trường khác nhau và các 

đường cong M(H)  tại các nhiệt độ khác nhau của mẫu băng 

Fe90-xGdxZr10 với x = 1 (a, d), 2 (b, e) và 3 (c, f). 

  108 

Hình 5.11.  Sự phụ thuộc của độ biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của 

mẫu băng hợp kim Fe90-xGdxZr10 với ∆H = 11 kOe. 

  109 

Hình 5.12.  Các đường M2 - H/M tại các nhiệt độ khác nhau của các mẫu 

băng Fe90-xGdxZr10 với x = 1 (a) và 2 (b).

  110 

Hình 5.13.  Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của từ độ tự phát MS(T) và nghịch 

đảo của độ cảm từ ban đầu 0-1 cùng với các đường làm khớp 

cho các mẫu băng Fe90-x GdxZr10 với x = 1 (a), 2 (b) và 3 (c). 

  111 

Hình 5.14.  Giản đồ XRD của các băng hợp kim Fe90-xDyxZr10.    113 

Hình 5.15.  Các đường cong M(T) ở  từ  trường 100 Oe của  các  băng 

Fe90-xDyxZr10. 

  114 

Hình 5.16.  Các  đường  cong  M(H)  tại  nhiệt  độ  phòng  của  các  băng 

Fe90-xDyxZr10. 

  115 

xiii

Hình 5.17.  Các  đường  cong  M(T)  tại  các  từ  trường  khác  nhau  của 

các băng Fe90-xDyxZr10 với x = 1 (a) và 2 (b). 

  116 

Hình 5.18.  Các  đường  cong  M(H)  ở  các  nhiệt  độ  khác  nhau  được 

suy  ra  từ  các  đường  cong  từ  nhiệt  của  các  mẫu  băng 

Fe90-xDyxZr10 với x = 1 (a) và 2 (b). 

  116 

Hình 5.19.  Sự phụ  thuộc của biến  thiên entropy  từ vào nhiệt độ của các 

băng Fe90-xDyxZr10 với x = 1  (a) và x = 2  (b)  trong các biến 

thiên từ trường khác nhau lên tới 12 kOe. 

  117 

Hình 5.20.  Các đường M2 - H/M tại các nhiệt độ khác nhau của các 

mẫu băng Fe90-xDyxZr10 với x = 1 (a) và 2 (b). 

  118 

Hình 5.21.  Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của từ độ tự phát và nghịch đảo 

của độ cảm từ ban đầu cùng với các đường làm khớp cho 

các mẫu băng Fe90-xDyxZr10 với x = 1 (a), 2 (b) và 3 (c). 

  119 

xiv

Danh mục các bảng

Bảng 1.1.  Giá  trị  của  các  tham  số  tới  hạn  theo  một  số  mô  hình  lý 

thuyết [119]. 

    14 

Bảng 1.2.  Các  giá  trị  nhiệt  độ  Curie  (TC),  nhiệt  độ  của  đỉnh  của  đường 

cong ∆Sm(T)  (Tpk) và biến  thiên  entropy  từ cực đại  (Smmax) 

trong biến  thiên  từ  trường ∆H = 14 kOe của các hợp kim vô 

định hình (Fe0,95M0,05)0,9Zr0,1 [90]. 

   43 

Bảng 1.3.  Một  số  kết  quả  nghiên  cứu  MCE  trên  hệ  vật  liệu 

La0.7Sr0.3Mn1−xM’xO3 (M’ = Al, Ti, Co). 

    48 

Bảng 4.1.  Các giá  trị  từ độ bão hòa Ms ở nhiệt độ 100 K và nhiệt  độ 

chuyển pha TC của hệ hợp kim LaFe13-x-ySixBy (x = 0 ÷ 3 và y 

= 0 ÷ 3) phụ thuộc vào nồng độ Si và B. 

    76 

Bảng 4.2.   Ảnh hưởng của nồng độ Co  lên  từ độ bão hòa (Ms), nhiệt 

độ Curie (TC), độ biến thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max), độ 

bán rộng của đường cong ∆Sm(T) (TFWHM) và khả năng làm 

lạnh (RC) của các mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 (x = 0, 

1 và 2) (ΔH = 12 kOe). 

    85 

Bảng 4.3.  Nhiệt  độ  Curie  (TC),  biến  thiên  entropy  từ  cực  đại 

(|∆Sm|max), khả năng làm lạnh (RC) và các tham số tới hạn 

của các mẫu băng LaFe11-xCoxSi2 (x = 0,4; 0,6; 0,8 và 0,9)

theo nồng độ Co. 

    91 

Bảng 4.4.  Các thông số từ độ bão hòa (Ms), nhiệt độ Curie (TC), biến 

thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max), dải nhiệt độ hoạt động 

(δTFWHM)  và  khả  năng  làm  lạnh  (RC)  của  các  mẫu  băng 

La-(Fe,Co)-(Si,B). 

    97 

Bảng 5.1.  Các giá trị nhiệt độ Curie (TC), từ độ bão hòa (Ms), độ biến 

thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max) với ∆H = 11 kOe, độ bán 

rộng (TFWHM) và khả năng làm lạnh RC của các băng hợp 

  105 

xv

kim Fe90-xCoxZr10 (x= 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12). 

Bảng 5.2.  Ảnh hưởng của nồng độ Gd (x) lên từ độ bão hòa (Ms), nhiệt 

độ Curie (TC), biến thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max), khả 

năng làm lạnh (RC) và các tham số tới hạn (, , ) của các 

mẫu băng Fe90-xGdx Zr10. 

  112 

Bảng 5.3.  Ảnh hưởng của nồng độ Dy (x) lên từ độ bão hòa (Ms), nhiệt 

độ Curie (TC), biến thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max), khả 

năng làm lạnh (RC) và các tham số tới hạn (, , ) của các 

mẫu băng Fe90-xDyxZr10. 

120 

Bảng 5.4.  Các giá trị thực nghiệm của các băng hợp kim Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr 

so  với  các  hợp  kim  từ  nhiệt  nguội  nhanh  nền  Fe  và  kim  loại 

nguyên chất Gd được công bố trong những năm gần đây.  

  121 

 

 

xvi

MỤC LỤC

Trang

LỜI CÁM ƠN………………………………………………………………….    i 

LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………...  ii 

Danh mục các chữ viết tắt và ký hiệu.…………………………………….....  iii 

Danh mục các hình và đồ thị………………...…………………………………  v 

Danh mục các bảng…………………………………………………………….  xiv 

MỤC LỤC……………………………………………………………………..  xvi 

MỞ ĐẦU………………………………………………………………………  1 

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT VÀ VẬT LIỆU

TỪ NHIỆT…………………………………………………………………….  

 

1.1. Tổng quan về hiệu ứng từ nhiệt……..…………………………………….  6 

1.1.1. Cơ sở nhiệt động học của hiệu ứng từ nhiệt…………………...........  6 

1.1.2. Phương pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu........................  10 

1.1.3. Mối quan hệ giữa chuyển pha và trật tự từ với hiệu ứng từ nhiệt......  11 

1.2. Tổng quan về vật liệu từ nhiệt…………………………………………….   14 

1.2.1. Quá trình phát triển……………………………………………….....  14 

1.2.2. Một số vật liệu từ nhiệt tiêu biểu…………………………..……....  19 

1.3. Hệ hợp kim từ nhiệt Ni-Mn-Z……………………………………………..  24 

1.3.1. Cấu trúc của hợp kim Heusler Ni-Mn-Z…………………………..  24 

1.3.2. Hợp kim từ nhiệt Ni-Mn-Z dạng khối………..……...……………...  25 

1.3.3. Hợp kim từ nhiệt Ni-Mn-Z dạng băng…...…………………………  29 

1.4. Hệ hợp kim từ nhiệt La-Fe-Si…………………………………………….  32 

1.4.1. Cấu trúc của hợp kim La-Fe-Si…………………………………….  32 

1.4.2. Hợp kim từ nhiệt La-Fe-Si dạng khối…………….…………...........  33 

1.4.3. Hợp kim từ nhiệt La-Fe-Si dạng băng.……………………………...  35 

1.5. Hệ hợp kim từ nhiệt vô định hình Fe-M-Zr……………………………….  39 

1.5.1. Cấu trúc vô định hình của hợp kim………………………………..    39 

1.5.2. Hiệu ứng từ nhiệt của các hợp kim có cấu trúc vô định hình……….  40 

1.5.3. Hiệu ứng từ nhiệt của hệ hợp kim vô định hình Fe-M-Zr……..........  43 

1.6. Tóm tắt một số kết quả nghiên cứu về hiệu ứng từ nhiệt ở Việt Nam…….  46 

Kết luận chương 1……………………………………………………………. 49 

xvii

CHƯƠNG 2. CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM………………………...  50 

2.1. Chế tạo mẫu.................................................................................................  50 

2.1.1. Chế tạo mẫu khối................................................................................    50 

2.1.2. Chế tạo mẫu băng...............................................................................    51 

2.1.3. Xử lý nhiệt..........................................................................................  53 

2.2. Các phương pháp phân tích cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt......  54 

2.2.1. Phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X...............................................  54 

2.2.2. Nghiên cứu tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt bằng phép đo từ trễ và 

từ nhiệt.......................................................................................................... 

 

54 

Kết luận chương 2…………………………………………………………….  56 

CHƯƠNG 3. HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM NGUỘI NHANH

Ni-Mn-Sn……………………………………………………………………...

 

57 

3.1. Cấu trúc của hợp kim Ni50Mn50-xSnx...........................................................  57 

3.2. Tính chất từ của hợp kim Ni50Mn50-xSnx......................................................  59 

3.3. Hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Ni50Mn50-xSnx……………………………. 62 

3.4. Chuyển pha và các tham số tới hạn của hợp kim Ni50Mn50-xSnx…...…….. 68 

Kết luận chương 3……………………………………………………………. 70 

CHƯƠNG 4. HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM NGUỘI NHANH

La-(Fe,Co)-(Si,B)……………………………………………………………..

 

72 

4.1. Hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim LaFe13-x-ySixBy………………………….  73 

4.2. Hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim LaFe11-xCoxSi2………………………….  80 

4.3. Hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5…………………………….  92 

Kết luận chương 4…………………………………………………………….  97 

CHƯƠNG 5. HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM VÔ ĐỊNH HÌNH

Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr……………………………………………………………. 

 

99 

5.1. Hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Fe90-xCoxZr10 …......................................  99 

5.2. Hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Fe90-xGdxZr10…......................................  105 

5.3. Hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Fe90-xDyxZr10…......................................  113 

Kết luận chương 5…………………………………………………………….  122 

KẾT LUẬN...........................................................................................................  123 

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ………………………...  125 

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………  129 

1

MỞ ĐẦU

Ngày nay, sự nóng lên của toàn cầu và chi phí ngày càng tăng của năng lượng đòi 

hỏi phải phát triển các công nghệ làm lạnh mới thay thế công nghệ làm lạnh sử dụng khí 

nén thông thường. Đáp ứng được nhu cầu này, công nghệ làm lạnh bằng từ trường dựa 

trên hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu là một ứng cử viên sáng giá. Công nghệ này có thể 

được sử dụng để thu được nhiệt độ cực thấp, cũng như ứng dụng trong các thiết bị làm 

lạnh dân dụng ở dải nhiệt độ phòng. Nó hiệu quả hơn so với quá trình làm lạnh dựa trên 

nguyên lý nén, giãn khí truyền thống. Thiết bị làm lạnh bằng từ trường có thể đạt tới hiệu 

suất 70% của chu trình (Carnot) lý tưởng. Trong khi đó các thiết bị làm lạnh sử dụng khí 

nén thông thường trên thị trường chỉ có thể đạt được hiệu suất 40%. Hơn thế nữa, sự làm 

lạnh bằng từ trường không sử dụng chất khí làm lạnh, do đó không có liên quan đến việc 

làm suy giảm tầng ozone hoặc hiệu ứng nhà kính, bởi vậy thân thiện hơn với môi trường. 

Hiệu ứng từ nhiệt (Magnetocaloric Effect - MCE) được định nghĩa là sự thay đổi 

nhiệt độ đoạn nhiệt của vật liệu từ (bị đốt nóng hay làm lạnh) khi bị từ hóa hoặc khử từ. 

MCE của một vật liệu từ được đặc trưng bởi biến thiên entropy từ (Sm), biến thiên nhiệt 

độ đoạn nhiệt (Tad) và khả năng làm lạnh từ (RC). Thực tế, hiệu ứng này đã được phát 

hiện từ rất lâu bởi Warburg vào năm 1881, dựa trên sự thay đổi nhiệt độ của Fe khi có từ 

trường đặt vào. Sau đó, các lý thuyết đầu tiên về MCE đã được xây dựng bởi Bitter [16], 

Giauque  và  MacBougall  [46]  (các  tác  giả  đã  sử  dụng  MCE  của  muối  thuận  từ 

Gd2(SO4)38H2O để thu được nhiệt độ thấp < 1 K). Đặc biệt, năm 1997, sự khám phá ra 

hiệu ứng  từ nhiệt khổng  lồ  (Giant MagnetoCaloric Effect-GMCE) xung quanh 300 K 

trong các hợp kim Gd-Ge-Si đã biểu  lộ  tiềm năng ứng dụng của công nghệ  làm  lạnh 

bằng từ  trường ở nhiệt độ phòng [107]. Vì vậy, việc  tìm kiếm các vật  liệu có GMCE 

trong vùng nhiệt độ phòng ngày càng thu hút sự tập trung nghiên cứu của các nhà khoa 

học. Hiện nay, nhiều hệ vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn đã được tìm thấy như: Các hợp 

kim chứa Gd [105, 147] , các hợp kim chứa As [27, 129], các hợp kim La-Fe-Si [41, 

43],  hợp  kim  Heusler  [5,  65],  hợp  kim  nguội  nhanh  nền  Fe  và  Mn  [50,  81,  92],  các 

maganite perovskite sắt từ [29, 98]... Để chế tạo được các vật liệu mới có hiệu ứng từ 

nhiệt lớn, một số nhà khoa học đã tập trung nghiên cứu cơ chế của hiệu ứng này. Do hiệu 

2

ứng từ nhiệt lớn được tìm thấy ở một số vật liệu có sự biến đổi về cấu trúc xảy ra đồng 

thời với sự thay đổi trật tự từ nên nhiều nghiên cứu hiện nay tập trung vào cơ chế và mối 

quan hệ giữa GMCE với sự biến đổi cấu trúc và trật tự từ [65, 79, 103, 104].  

Trong số các loại vật liệu từ nhiệt kể trên, các hợp kim Heusler Ni-Mn-Z, hợp 

kim  La-Fe-Si  và  hợp  kim  vô  định  hình  nền  Fe-Zr  được  quan  tâm  nghiên  cứu  khá 

nhiều. Các hợp kim Heusler Ni-Mn-Z tồn tại cả hai loại chuyển pha từ, chuyển pha từ 

loại một  (First-order Phase Transition  - FOPT) và chuyển pha  từ  loại hai  (Second-

order Phase Transition - SOPT) [4, 73, 91, 104]. Sở dĩ có FOPT là do sự tồn tại của 

chuyển pha cấu trúc từ pha martensite sang austenite và ngược lại. Cả hai chuyển pha 

này đều cho MCE lớn. Trong chuỗi các hợp kim này, điển hình là hệ Ni-Mn-Sn. Hiệu 

ứng  từ nhiệt âm khổng  lồ  trên hệ hợp kim Ni-Mn-Sn đã được Thorsren Krenke và 

cộng sự công bố trên tạp chí Nature Materials [73]. Theo đó, giá trị biến thiên entropy 

từ cực đạt  Smmax đạt được khoảng 18 J.kg-1.K-1 với biến thiên từ trường 50 kOe ở 

nhiệt độ phòng (300 K). Tuy nhiên, hợp kim này có cấu trúc và tính chất rất nhạy với 

hợp phần và điều kiện chế tạo. Các nghiên cứu trước đây thường tập trung vào hợp 

kim Heusler dạng khối. Các mẫu hợp kim khối đòi hỏi một chế độ xử lý nhiệt phức 

tạp, thời gian ủ nhiệt dài (có thể lên tới vài ngày) [45, 131]. Gần đây, các công bố đã 

cho thấy rằng phương pháp phun băng nguội nhanh có thể tạo được vật liệu khá đơn 

pha, thời gian ủ nhiệt ngắn hơn (chỉ khoảng 10 – 30 phút) và cũng cải thiện đáng kể 

MCE của vật liệu [4, 91, 148].  

Các hợp kim La-Fe-Si, với cấu trúc lập phương loại NaZn13, được coi là một chất 

làm lạnh từ tiềm năng ở vùng nhiệt độ phòng, có khả năng thay thế được các vật liệu từ 

nền Gd (được sử dụng chủ yếu trong các máy làm lạnh từ hiện nay). Các vật liệu này có 

giá thành thấp và hiệu ứng từ nhiệt lớn. Một số băng hợp kim La-Fe-Si còn có MCE cao 

hơn nhiều so với của Gd tinh khiết (ví dụ như LaFe11,8Si1,2 có  |Sm|max = 31 J.kg-1.K-1  

với ∆H = 50 kOe [144]). Tuy nhiên, hợp kim này lại có nhiệt độ chuyển pha Curie TC 

thấp. Cách hiệu quả để làm tăng TC của hợp kim là thay thế một phần Fe bởi Co hoặc 

thêm H vào hợp kim. Nhưng quá trình hyđrô hóa lại không được ổn định như mong đợi. 

Mặt khác, việc tạo đơn pha loại NaZn13 cho các hợp kim La-Fe-Si là rất khó. Đối với các 

3

hợp kim khối đòi hỏi phải mất thời gian ủ nhiệt dài (có thể lên tới vài  tuần) [43, 59]. 

Khắc phục khó khăn này, phương pháp phun băng nguội nhanh đã được áp dụng [52, 89, 

144]. Sự đồng đều về cấu trúc trong các mẫu băng được cải thiện đáng kể so với các mẫu 

khối [89]. 

Các hợp kim vô định hình nền Fe-Zr mặc dù có giá trị biến thiên entropy từ 

Sm nhỏ hơn khi so sánh với giá trị của các vật liệu từ nhiệt lớn khác (như hợp kim 

chứa Gd, La-Fe-Si, Heusler…), nhưng lại có khoảng nhiệt độ làm việc rộng dẫn tới 

khả  năng  làm  lạnh  RC  lớn  (cần  thiết  cho  ứng  dụng)  [6,  50,  51,  78].  Để  thay  đổi 

nhiệt độ TC và cải thiện khả năng hình thành trạng thái vô định hình (GFA) của hợp 

kim, các nguyên tố như Co, B, Ni, Mn, Y, Cr… đã được thêm vào [50, 51, 78, 146] 

[99, 100]. Tuy nhiên, ảnh hưởng của sự thêm vào của các nguyên tố lên GFA và TC 

của  hợp  kim  khác  nhau  khá  lớn.  Ví  dụ,  nhiệt  độ  Curie  của  các  hợp  kim  Fe90-

xMnxZr10 giảm từ  210 K (x = 8) tới  185 K (x = 10) với sự tăng lên của nồng độ 

Mn [99]. Trong khi đó, các hợp kim Fe89-xBxZr11 tăng từ  310 K (x = 2,5) tới  370 

K (x = 10) với sự tăng lên của nồng độ B [100]. Chính vì vậy, với mục đích đưa 

nhiệt độ hoạt động của hợp kim về vùng nhiệt độ phòng, việc nghiên cứu ảnh hưởng 

của các nguyên tố thêm vào hợp kim là rất cần thiết. 

Ở trong nước cũng đã có một số nhóm nghiên cứu quan tâm đến vật liệu từ 

nhiệt như Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà 

Nội, Viện Khoa học vật liệu… và cũng đã có một số công bố khoa học cả ở trong 

nước và quốc tế [23, 31, 32, 44, 54, 102]. Các nghiên cứu ở trong nước cũng tương 

đối cập nhật được với  tiến  trình nghiên cứu  trên  thế giới. Tuy nhiên do điều kiện 

thiết bị, kinh phí và nhân lực chưa đầy đủ nên các kết quả nghiên cứu kể cả về mặt 

cơ bản cũng như ứng dụng còn bị hạn chế. Do vậy, việc nghiên cứu cấu trúc, tính 

chất từ, hiệu ứng từ nhiệt của các vật liệu từ nhiệt vẫn là một vấn đề cần được quan 

tâm nghiên cứu. 

Từ những lý do trên chúng tôi đã chọn đề tài nghiên cứu của luận án là: “Hiệu

ứng từ nhiệt của hợp kim Ni-Mn-Sn, La-(Fe,Co)-(Si,B) và Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr chế tạo

bằng phương pháp nguội nhanh”.

4

Đối tượng nghiên cứu của luận án:

i) Hệ hợp kim nguội nhanh Ni-Mn-Sn. 

ii) Các hệ hợp kim nguội nhanh La-(Fe,Co)-(Si,B): La-Fe-Si-B, La-Fe-Co-Si. 

iii) Các hệ hợp kim vô định hình Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr: Fe-Co-Zr, Fe-Gd-Zr và 

Fe-Dy-Zr. 

Mục tiêu của luận án:

Chế tạo, khảo sát cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Ni-Mn-

Sn, La-(Fe,Co)-(Si,B) và Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr, nhằm tìm được các hợp kim từ nhiệt có khả 

năng ứng dụng trong lĩnh vực làm lạnh bằng từ trường ở vùng nhiệt độ phòng. 

Nội dung nghiên cứu luận án bao gồm:   

-  Chế  tạo  các  hợp  kim  Ni-Mn-Sn,  La-(Fe,Co)-(Si,B)  và  Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr  có 

hiệu ứng từ nhiệt lớn trong biến thiên từ trường nhỏ. 

- Nghiên cứu mối liên hệ giữa cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của các 

hợp kim. 

- Nghiên cứu đưa nhiệt độ làm việc của hợp kim từ nhiệt về vùng nhiệt độ phòng.  

Phương pháp nghiên cứu:  

Luận án được tiến hành bằng phương pháp  thực nghiệm. Các mẫu nghiên cứu 

được chế tạo bằng phương pháp phun băng nguội nhanh. Một số mẫu băng sẽ được xử lý 

nhiệt để ổn định hoặc tạo ra các pha cấu trúc mong muốn. Nghiên cứu cấu trúc của mẫu 

bằng kỹ thuật nhiễu xạ tia X. Tính chất từ của vật liệu được khảo sát bằng các phép đo từ 

trễ và từ nhiệt. Hiệu ứng từ nhiệt được xác định bằng phương pháp gián tiếp thông qua 

việc xác định từ độ M phụ thuộc vào từ trường H ở các nhiệt độ T khác nhau. 

Ý nghĩa khoa học của luận án:  

Các kết quả nghiên cứu của luận án góp phần tìm kiếm các vật liệu từ nhiệt, dùng 

trong công nghệ làm lạnh bằng từ trường ở vùng nhiệt độ phòng, một công nghệ tiên tiến 

có khả năng ứng dụng lớn trong thực tế đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên 

cứu rất nhiều. Việc làm sáng tỏ mối liên hệ giữa hiệu ứng từ nhiệt lớn với các chuyển 

pha từ, chuyển pha cấu trúc trong các vật liệu từ nhiệt cũng đang là một đối tượng lý thú 

cho nghiên cứu cơ bản. 

5

Bố cục của luận án:  

  Luận án có 142 trang với 11 bảng, 97 hình. Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài 

liệu tham khảo, luận án được chia thành 5 chương như sau: 

Chương 1. Tổng quan về hiệu ứng từ nhiệt và vật liệu từ nhiệt

Chương 2. Các kỹ thuật thực nghiệm

Chương 3. Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim nguội nhanh Ni-Mn-Sn

Chương 4. Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim nguội nhanh

La-(Fe,Co)-(Si,B)

Chương 5. Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim vô định hình

Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr

Kết quả chính của luận án:

Đã nghiên cứu công nghệ và chế tạo thành công các hệ mẫu: Ni50Mn50-xSnx (x = 0 

- 15), LaFe13-x-ySixBy (x = 0 - 3, y = 0 - 3), LaFe11-xCoSi2 (x = 0 - 4), La1+xFe10-xCoSi1,5 (x 

= 0 - 1,5); Fe90-xCoxZr10 (x = 1 - 12), Fe90-xGdxZr10 (x = 1 - 3) và Fe90-xDyxZr10 (x = 1 - 6). 

Hợp kim Ni-Mn-Sn thể hiện cả hiệu ứng từ nhiệt dương và hiệu ứng từ nhiệt âm lớn. Cả 

biến thiên entropy từ âm và dương lớn, |Sm|max > 5,2 J.kg-1.K-1 và |-Sm|max > 1,4 J.kg-1.K-1 

với H = 12 kOe, đạt được ở vùng nhiệt độ phòng. Với hệ vật liệu La-Fe-Si, nhiệt độ 

chuyển pha Curie, TC, của hệ hợp kim này đã được đưa về nhiệt độ phòng bằng cách 

thay thế một phần Fe bởi Co. Biến thiên entropy từ cực đại lớn (Smmax > 1,5 J.kg-1.K-1 

với H = 12 kOe) và dải nhiệt độ hoạt động rộng (δTFWHM  >  60 K) biểu lộ khả năng 

ứng dụng của hợp kim này trong lĩnh vực làm lạnh bằng từ trường. Hợp kim vô định 

hình nền Fe-Zr cũng cho hiệu ứng từ nhiệt lớn (Sm  1 J/kg.K với H = 10 kOe) ở vùng 

nhiệt độ phòng. Mặc dù, các hợp kim nền Fe-Zr có giá trị biến thiên entropy từ Sm nhỏ 

hơn so với các hệ băng hợp kim Ni-Mn-Sn và hợp kim La-Fe-Si, nhưng lại có khoảng 

nhiệt độ làm việc rộng (có thể đạt tới hơn 100 K), dẫn đến giá trị khả năng làm lạnh từ rất 

lớn ( 110 J.kg-1). 

Luận án được  thực hiện tại Phòng thí nghiệm Trọng điểm về Vật  liệu và Linh 

kiện Điện tử và Phòng Vật lý Vật liệu từ và siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn 

lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 

6

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT VÀ VẬT LIỆU TỪ NHIỆT

1.1. Tổng quan về hiệu ứng từ nhiệt

1.1.1. Cơ sở nhiệt động học của hiệu ứng từ nhiệt

  Hiệu ứng từ nhiệt (Magnetocaloric Effect-MCE) là sự thay đổi nhiệt độ đoạn 

nhiệt của vật  liệu  từ  (bị đốt nóng hoặc  làm  lạnh) khi bị  từ hóa hoặc khử  từ  (hình 

1.1). MCE thực chất là sự chuyển hóa năng lượng từ - nhiệt trong các vật liệu từ. 

  Bản chất của hiện tượng này là 

sự  thay  đổi  entropy  từ  của  hệ  do  sự 

tương tác của các phân mạng từ với từ 

trường  ngoài.  Hiệu  ứng  này  thể  hiện 

trong  tất  cả  các  vật  liệu  từ.  Nó  biểu 

hiện  mạnh hay  yếu  thì  tùy  thuộc vào 

bản  chất  của  từng  loại  vật  liệu. 

Nguyên nhân gây ra MCE có thể được 

hiểu  như  sau.  Xét  một  vật  liệu  từ, 

entropy S của nó được coi như là một tổng của ba sự đóng góp: 

      S(T, H) = Sm(T, H) + SL(T, H) + Se(T, H)                     (1.1) 

Trong đó: Sm là entropy liên quan đến trật tự từ (entropy từ), SL là entropy liên quan 

đến nhiệt độ của hệ  (entropy mạng) và Se  là entropy  liên quan đến  trạng  thái của 

điện tử (entropy điện tử). Thường thì Se là bé có thể bỏ qua và ít bị ảnh hưởng bởi 

từ trường.  

Cũng giống như quá trình nén khí thông thường, trong quá trình từ hóa, khi 

ta đặt một từ trường vào một vật liệu từ, các mômen từ sẽ có xu hướng sắp xếp định 

hướng theo từ trường. Sự định hướng này làm giảm entropy từ của hệ. Nếu ta thực 

hiện  quá  trình  này  một  cách đoạn  nhiệt (tổng  entropy  của  hệ  vật  không  đổi),  thì 

entropy của mạng tinh thể sẽ phải tăng để bù lại sự giảm của entropy từ. Quá trình 

này làm cho vật từ bị nóng lên. Ngược lại, nếu ta khử từ (đoạn nhiệt), các mômen từ 

 

Hình 1.1. Mô phỏng về hiệu ứng từ nhiệt [57].

7

sẽ bị quay trở lại trạng thái bất trật tự, dẫn đến việc tăng entropy từ. Do đó, entropy 

của mạng tinh thể bị giảm, và vật từ bị lạnh đi (hình 1.2).  

 

Hình 1.2. Chu trình làm lạnh từ [55]. 

  Chu trình làm lạnh từ sử dụng hiệu ứng từ nhiệt được chỉ  ra như trên hình 

1.2. Từ hóa đoạn nhiệt (A  B): Tức là đặt một từ trường (+H) để định hướng các 

mômen từ, dẫn đến việc tăng nhiệt độ của khối vật liệu từ. Hấp thu nhiệt (B  C): 

Người ta sử dụng các chất lỏng (nước, dầu, nitơ lỏng...) để thu nhiệt, đưa nhiệt độ 

của mẫu trở lại ban đầu mà vẫn giữ nguyên từ tính của khối vật liệu. Khử từ đoạn 

nhiệt  (C   D):  Quá  trình  này  từ  tính  của  mẫu  bị  phá  hủy  bằng  cách  đặt  các  từ 

trường ngược, tạo nên sự hỗn loạn trong định hướng của các mômen từ, và khối vật 

liệu bị lạnh đi. Lấy nhiệt của môi trường làm lạnh (D  A): Sử dụng các chất dẫn 

nhiệt để truyền nhiệt từ môi trường cần làm lạnh vào vật. Vật trở lại trạng thái ban 

đầu, quay trở lại điểm bắt đầu của chu trình. 

    Trên phương diện lý thuyết, các phương trình nhiệt động học được đưa ra để 

mô  tả mối  tương quan giữa các  thông số  từ và các  thông số nhiệt động khác, đặc 

trưng cho hiệu ứng  từ nhiệt của một mẫu vật  liệu  từ. Để miêu  tả các hiệu ứng  từ 

nhiệt  trong các vật  liệu từ, các hàm nhiệt động sau được sử dụng: Nội năng U và 

năng lượng tự do Gibbs G. Hàm Gibbs của một hệ kín gồm vật liệu từ có thể tích V 

đặt trong từ trường H tại nhiệt độ T và áp suất p có dạng: 

                G = U – TS + pV – MH             (1.2) 

Lấy vi phân hàm G ta được: 

    dG = Vdp – SdT – MdH            (1.3) 

8

Các thông số bên trong S và M (các số lượng nhiệt động tổng quát), kết hợp 

với các biến số bên ngoài T, p và H, có thể được xác định bằng các phương trình 

sau: 

p,HT

G)p,H,T(S

         

        (1.4) 

p,TH

G)p,H,T(M

              

(1.5) 

  Từ (1.4), (1.5) ta có: 

                        T H

S(T,H) M(T,H)

H T

                                                (1.6)                           

  Lấy  tích  phân  hai  vế  theo  H  từ  H1  đến  H2  ta  thu  được  giá  trị  biến  thiên 

entropy từ (∆Sm) tại nhiệt độ T: 

    ∆Sm(T) = S[T, H2] - S[T, H1] = 2

1

H

H H

M(T,H)

T

dH                        (1.7) 

  Phương trình (1.7) cho thấy khi từ trường thay đổi thì trật tự các mô men từ 

thay đổi dẫn đến ∆Sm thay đổi. Như vậy, giá trị của biến thiên entropy từ tăng theo 

từ trường. 

  Nhiệt dung (C) của hệ được định nghĩa là: 

                

T

QTC                (1.8) 

Trong đó, Q là sự thay đổi nhiệt lượng của hệ tại dT.  

Ta lại có: 

       dS = T

Q                (1.9) 

Và nhiệt dung có thể được biểu diễn là: 

     C(T, H)[H] = T( )T

S

[H]              (1.10) 

9

    Nhân  cả  hai  vế  của  (1.18)  với  TdS  và  sử dụng  các  phương  trình  cơ  bản 

CdT = dQ và dQ = - TdS, chúng ta nhận được: 

                    

T

)H,T(M

)H,T(C

TdT dH      (1.11) 

  Tích phân theo H từ H1 đến H2 ta được biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt (Tad): 

              

2

1

H

ad

H [H]

M T,HTT T,H

C T,H T

dH                         (1.12) 

  Một cách gần đúng, có thể xem rằng biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt tỉ lệ thuận 

với biến thiên entropy từ, tỉ lệ nghịch với nhiệt dung và tỉ lệ thuận với nhiệt độ hoạt 

động. Từ các phương trình (1.7) và (1.12) xác định được biến thiên entropy từ và 

biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt. Từ đó, có thể rút ra các kết luận sau [20]: 

- Với các vật liệu sắt từ, ]H[T

M

lớn nhất tại nhiệt độ chuyển pha TC, do đó 

sự phụ thuộc của biến thiên entropy vào nhiệt độ trong biến thiên từ trường 

H (∆Sm(T)H) sẽ có một đỉnh tại TC. 

- Quá  trình  đốt  nóng  (hoặc  làm  lạnh)  đoạn  nhiệt  có  thể  đo  được  tại  vùng 

nhiệt  độ  cao  chỉ  khi  trật  tự  pha  rắn  sắp  xếp  một  cách  tự  phát  (khi  đó 

]H[T

M

 sẽ đạt đến một độ lớn đáng kể). 

- Khi từ trường ngoài không đổi, từ độ của vật liệu thuận từ hoặc sắt từ giảm 

khi nhiệt độ  tăng  ,0T

M

]H[

 do đó ∆Sm(T)H sẽ mang dấu âm và sự 

phụ thuộc của biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt vào nhiệt độ trong biến thiên 

từ trường H (∆Tad(T)H) mang dấu dương. 

- Với cùng một giá trị ∆Sm(T)H, ∆Tad(T)H sẽ tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt 

đối và tỉ lệ nghịch với nhiệt dung của vật. 

- Đối với các chất thuận từ, giá trị (∆Tad(T)H là đáng kể khi nhiệt độ xuống 

thấp gần độ không tuyệt đối. 

10

  Dựa vào sự tỏa nhiệt hay thu nhiệt khi bị từ hóa mà hiệu ứng từ nhiệt được phân 

loại thành: hiệu ứng từ nhiệt dương (hiệu ứng từ nhiệt thường) và âm (ngược). Hiệu ứng 

mà có nhiệt tỏa ra khi vật liệu bị từ hóa (biến thiên entropy từ âm) được gọi là hiệu ứng 

từ nhiệt dương. Ngược lại, nếu vật liệu thu nhiệt khi bị từ hóa thì được gọi là hiệu ứng từ 

nhiệt âm (biến thiên entropy từ dương). Nếu sự tỏa hay hấp thu nhiệt của vật liệu lớn khi 

bị từ hóa thì gọi là hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ (Giant Magnetocaloric Effect - GMCE). 

Khi vật có biến thiên entropy từ cực đại khoảng 1 J.kg-1.K-1 trong biến thiên từ trường 10 

kOe được gọi là GMCE. 

1.1.2. Phương pháp đánh giá hiệu ứng từ nhiệt của vật liệu

Để  đánh  giá  hiệu  ứng  từ  nhiệt 

của vật liệu, hai đại lượng thường được 

quan  tâm  là  biến  thiên  entropy  từ  và 

biến  thiên  nhiệt  độ  đoạn  nhiệt,  chúng 

được  chỉ  ra  trong  các  phương  trình 

(1.7)  và  (1.12).  Nhằm  đánh  giá  khả 

năng  ứng  dụng  của  vật  liệu  từ  nhiệt, 

người ta thường sử dụng đại lượng khả 

năng  làm  lạnh  bằng  từ  (Refrigerant 

Capacity - RC) của vật liệu:

    RC = |Sm|max  TFWHM      (1.13) 

Trong  đó :  TFWHM  là  độ  bán  rộng 

của  đường Sm  phụ  thuộc  nhiệt  độ 

(hình 1.3). Các đại  lượng  trên được 

xác định bằng cách dùng phương pháp đo trực tiếp hoặc gián tiếp. 

* Phương pháp đo trực tiếp

  Khi đo trực tiếp biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt, mẫu cần đo được đặt vào buồng cách 

nhiệt có thể điều khiển nhiệt độ và tiếp xúc với cảm biến nhiệt độ. Đặt từ trường vào để từ 

hóa và khử từ mẫu đo, cảm biến nhiệt độ sẽ ghi lại trực tiếp sự biến đổi nhiệt độ của mẫu. 

Ưu điểm của phương pháp này là đo trực tiếp biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt ∆Tad nhưng khó 

 

Hình 1.3. |Sm|max (biến thiên entropy từ cực

đại) và TFWHM (độ bán rộng của đường

Sm phụ thuộc nhiệt độ) trên đường cong

Sm(T) [110].

11

thực hiện do phải  tạo cho mẫu không có sự  trao đổi nhiệt  trong quá  trình đo. Hơn nữa, 

phương pháp đo trực tiếp này đòi hỏi cấu hình của nhiệt kế vi sai, với một điểm được nối với 

mẫu và chịu tác động của từ trường trong buồng đo nhiệt độ. Ở đó có sự thay đổi của từ 

trường rất nhanh xảy ra, một nguồn điện kí sinh sinh ra bởi cảm ứng của dây cặp nhiệt làm 

hạn chế kết quả chính xác của kết quả đo. Phương pháp này chỉ thích hợp khi tổng nhiệt 

lượng của mẫu  rất  lớn so với nhiệt  lượng của bình chứa mẫu. Ngoài phương pháp này, 

chúng ta còn có thể đo trực tiếp entropy từ bằng kỹ thuật đo nhiệt lượng. 

* Phương pháp đo gián tiếp

  Các phương pháp đo gián tiếp được sử dụng cho hiệu ứng từ nhiệt thì thực hiện 

đơn giản hơn phương pháp đo trực tiếp, bởi vì chúng được đo bằng các thiết bị thông 

dụng như là  từ kế và nhiệt kế. Các 

phép đo từ độ đặc biệt thích hợp với 

đo hiệu ứng từ nhiệt của các mẫu có 

khối  lượng  nhỏ.  Một  kĩ  thuật  đo 

gián tiếp phổ biến nhất là phép đo từ 

độ M phụ thuộc vào từ trường H ở 

các  nhiệt  độ  T  khác  nhau.  Từ  các 

phép  đo  M(H),  người  ta  xác  định 

∆Sm  tại  các  nhiệt  độ  T  khác  nhau 

thông  qua  biểu  thức  (1.7).  Sau  đó, 

Tad được xác định thông qua biểu 

thức (1.12). Ưu điểm của phương pháp này là dễ tiến hành nên được dùng phổ biến nhất. 

  Như vậy, để đo biến thiên entropy từ, ta chỉ việc đo một loạt các đường cong từ 

hóa đẳng nhiệt ở các nhiệt độ khác nhau,  sau đó xác định diện  tích chắn bởi đường 

cong từ hóa và trục hoành, khi đó giá trị ∆Sm là hiệu các diện tích liên tiếp chia cho 

biến thiên nhiệt độ (hình 1.4). 

1.1.3. Mối quan hệ giữa chuyển pha và trật tự từ với hiệu ứng từ nhiệt

Việc xác định chuyển pha của vật liệu và các tương tác sắt từ trong các vật liệu là 

rất có ý nghĩa  trong các nghiên cứu liên quan tới hiệu ứng  từ nhiệt. Bản chất của các 

 

Hình 1.4. Hệ đường cong từ hóa đẳng nhiệt của

hợp chất PrGa (T: Tesla) [151]. 

12

chuyển pha trong vật liệu có thể được xác định bằng cách sử dụng các đường Arrott M2 - 

H/M [10]. Các đường M2 - H/M được xây dựng từ các số liệu từ độ phụ thuộc từ trường, 

M(H),  tại các nhiệt độ khác nhau xung quanh nhiệt độ chuyển pha TC. Theo các  tiêu 

chuẩn Banerjee [13], dấu của độ dốc của đường cong M2 - H/M cho chúng ta biết bản 

chất của chuyển pha. Nếu tập hợp các đường cong M2 - H/M của một vật liệu từ, được đo 

tại các nhiệt độ khác nhau trong vùng lân cận chuyển pha, có một số đường biểu diễn độ 

dốc âm thì đó là vật liệu chuyển pha loại một (FOPT) (hình 1.5a). Ngược lại, nếu toàn bộ 

các đường cong này có độ dốc dương thì đó là vật liệu chuyển pha loại hai (SOPT) (hình 

1.5b). Vật liệu SOPT thường có hiệu ứng từ nhiệt dương. Trong khi đó, FOPT trong vật 

liệu có thể tương ứng với hiệu ứng từ nhiệt dương hoặc âm. Ví dụ, hợp kim Heusler có 

MCE âm, hợp kim La-Fe-Si lại có MCE dương xuất hiện cùng với FOPT [72, 144].  

 

Hình 1.5. Các đường Arrott M2-H/M đặc trưng cho chuyển pha loại một của vật liệu

Ni43Mn46 Sn11 [149] ( a) và chuyển pha loại hai của vật liệu La0,6Sr0,2a0,2−xMnO3 (b)

(Bulk: mẫu khối, ribbon: mẫu băng) (T: Tesla) [90].

Hiệu ứng từ nhiệt lớn xảy ra ở các vùng chuyển pha từ và phụ thuộc vào đặc tính 

của chuyển pha từ (nhiệt độ, biên độ và độ rộng chuyển pha). Vật liệu FOPT có chuyển 

pha từ rất sắc nét nên giá trị biến thiên entropy từ của chúng rất lớn [37]. Bên cạnh đó, 

chúng có một số nhược điểm như vùng chuyển pha hẹp, dẫn tới dải nhiệt độ hoạt động 

nhỏ, độ trễ từ và trễ nhiệt lớn. Vật liệu SOPT thường có biến thiên entropy từ nhỏ hơn, 

nhưng lại có dải nhiệt độ hoạt động mở rộng xung quanh nhiệt độ chuyển pha.  

Thêm vào đó, bản chất của các  tương  tác  sắt  từ  trong vật  liệu có  thể được 

hiểu bằng cách xác định các tham số tới hạn sử dụng các đồ thị Arrott [10]. Theo lý 

13

thuyết, sự phụ thuộc của từ độ tự phát (MS) và nghịch đảo của độ cảm từ ban đầu 

(0-1) vào nhiệt độ, từ độ tại nhiệt độ chuyển pha lần lượt tương ứng với các tham số 

tới hạn β, γ và δ tuân theo các phương trình như sau [121]: 

                      S 0M (T) M ( ) 0                     (1.14) 

                                  1/    M DH           0                      (1.15) 

          1 0

0

0

h(T) 0

M

                (1.16) 

Trong đó,  = (T – TC)/TC là nhiệt độ rút gọn, M0, h0/M0 và D là các biên độ tới hạn. 

Giá  trị  tham  số    cũng  có  thể  thu  được  bằng  cách  sử  dụng  phương  trình 

Widom [140]:  

           = 1+ /                                         (1.17) 

Với các giá trị đúng của  và , các đường cong M1/ và (H/M)1/  là bộ các 

đường thẳng song song và là đường thẳng đi qua gốc tọa độ tại nhiệt độ T = TC. Từ 

độ tự phát MS(T) và nghịch đảo của độ cảm từ ban đầu  10 (T)  của vật liệu có thể 

thu được bằng cách  làm khớp  tuyến  tính các đường Arrott  tại các vùng  từ  trường 

cao. Từ giao điểm của các đường thẳng làm khớp với các trục M2 và H/M ta có thể 

xác định được từ độ tự phát và nghịch đảo độ cảm từ ban đầu tại các nhiệt độ khác 

nhau. Bằng cách làm khớp các số liệu MS(T) và  10 (T) theo các hệ thức (1.14) và 

(1.16) chúng ta thu được các tham số tới hạn ,  và TC. Các giá trị thu được của  

và  sau đó được sử dụng để tính tham số  dựa trên phương trình (1.17).  

Độ chính xác của các tham số tới hạn đã thu được có thể được kiểm tra, đánh 

giá thông qua giả thuyết thống kê [121]. Theo giả thuyết này, từ độ là một hàm phụ 

thuộc vào từ trường H và nhiệt độ rút gọn  như sau:  

       ( )

M(H, ) f (H ) 

                     (1.18) 

Trong đó,  fvà  f  là hàm tương ứng lần lượt ứng với vùng nhiệt độ T > TC và T < 

TC. Phương trình (1.18) cho thấy rằng, bằng cách vẽ M/ theo H/+, nếu tất cả các 

14

điểm tương ứng với T < TC và T > TC mà ngả hết  tương ứng về hai nhánh  f  và 

f thì chứng tỏ các giá trị tham số tới hạn xác định được ở trên là đáng tin cậy. 

 

Hình 1.6. Sự phụ thuộc của MS và 10 vào nhiệt độ cùng với các đường làm khớp

(a) và sự phụ thuộc của M|ε|β vào H|ε|(β+γ)) ở các nhiệt độ lân cận TC (b) của hợp

chất La0,7Ca0,3Mn1-xFexO3 [47].

Bảng 1.1. Giá trị của các tham số tới hạn theo một số mô hình lý thuyết [121].

Mô hình lý thuyết β γ

Lý thuyết trường trung bình  0,5  1,0  3,0 

Mô hình 3D Heisenberg  0,365  1,336  4,8 

Mô hình 3D Ising  0,325  1,241  4,82 

Giá trị các tham số tới hạn theo lý thuyết của một số mô thình tiêu biểu, bao 

gồm  lý  thuyết  trường  trung  bình  (Mean  Field  Theory  -  MFT),  mô  hình  3D 

Heisenberg và mô hình 3D Ising được chỉ ra trong bảng 1.1. Vật liệu có các tham số 

tới  hạn gần với  mô hình MFT  sẽ  có  trật  tự  sắt  từ  tương  tác  xa,  gần với  mô hình 

Heisenberg 3D và mô hình 3D Ising sẽ có trật tự sắt từ tương tác gần.

1.2. Tổng quan về vật liệu từ nhiệt

1.2.1. Quá trình phát triển

  Vật liệu từ nhiệt đã được sử dụng và phát triển bắt đầu từ những năm đầu thế kỷ 

20. Từ đó đến nay, việc nghiên cứu vật liệu này tập trung vào hai mảng ứng dụng. Mảng 

15

thứ nhất là nghiên cứu các vật liệu có MCE lớn xảy ra vùng nhiệt độ thấp để dùng cho kỹ 

thuật tạo nhiệt độ rất thấp. Mảng thứ hai là nghiên cứu các vật liệu có MCE lớn ở xung 

quanh nhiệt độ phòng để sử dụng trong các máy lạnh thay thế cho máy lạnh truyền thống 

sử dụng chu trình nén khí. Những nghiên cứu về vật liệu này đã trải qua quá trình phát 

triển không ngừng và đạt được một số thành tựu sau đây: 

  Hiệu ứng  từ nhiệt  lần đầu  tiên được ứng dụng  trong kỹ  thuật  lạnh bằng  từ 

trường  vào  năm  1933  để  tạo  ra  nhiệt  độ  thấp  (dưới  1  K)  bằng  cách  khử  từ  đoạn 

nhiệt  muối  Gd2(SO4)3.8H2O  [46].  Những  năm  tiếp  theo,  kỹ  thuật  này  được  phát 

triển hơn nữa để tạo ra nhiệt độ rất thấp (cỡ μK), sử dụng trong các thiết bị đo đạc 

tinh vi ở nhiệt độ gần độ không tuyệt đối.  

  Trong hơn bốn  thập kỷ tiếp 

theo  không  có  thành  tựu  đáng  kể 

nào trong nghiên cứu về vật liệu từ 

nhiệt  và  công  nghệ  làm  lạnh  từ. 

Cho  tới  năm  1976, Brown  [17] đã 

mang  lại  một  thay  đổi  mang  tính 

đột phá trong việc sử dụng vật liệu 

từ nhiệt vào các máy  làm  lạnh với 

nhiều  ưu  điểm  như:  cấu  tạo  chắc 

chắn, tiếng ồn nhỏ, hiệu suất cao và 

không  gây  ô  nhiễm  môi  trường. 

Máy  sử  dụng  kim  loại  Gd  (dạng 

tấm) làm vật liệu từ nhiệt, từ trường 

hoạt động  lên đến 70 kOe do nam 

châm siêu dẫn tạo ra. Hình 1.7 cho ta sơ đồ nguyên lý của quá trình làm lạnh bằng từ 

trường so với quá trình làm lạnh bằng khí nén thông thường. 

  Cho đến năm 1998 nhóm của C. Zimm (Công ty Astronautic Corporation, Mỹ) 

kết hợp với Pecharsky và Gscheidner, thuộc Đại học tổng hợp Iowa (Mỹ), đã chế tạo 

thành công một máy lạnh từ hoạt động ở vùng nhiệt độ phòng [153]. Máy cho công 

 

Hình 1.7. So sánh công nghệ làm lạnh nén

giãn khí (phải) và công nghệ làm lạnh sử dụng

MCE (trái) [57]. 

16

suất làm lạnh cực đại lên đến 600 W. Máy sử dụng kim loại Gd làm vật liệu từ nhiệt, 

hoạt động dưới tác dụng của nam châm siêu dẫn (cho từ trường 50 kOe). Mặc dù kết 

quả đạt được rất đáng ghi nhận, tuy nhiên mẫu máy lạnh này vẫn chưa thể được đưa 

vào sản xuất thương mại, vì kích thước khá lớn và chi phí sản xuất cũng như vận hành 

rất cao. Tiếp đó, nhóm này cũng cho ra đời một máy  lạnh  từ nhiệt  thứ hai vào năm 

2001 [34]. Máy hoạt động ở nhiệt độ phòng và vẫn dùng kim loại Gd làm chất từ nhiệt, 

nhưng sử dụng nam châm vĩnh cửu tạo từ trường chỉ cỡ 15 kOe nên hệ thống làm lạnh 

đã đơn giản hơn rất nhiều. Như vậy, việc  tìm  ra các vật  liệu  từ nhiệt cho biến  thiên 

entropy từ lớn trong biến thiên nhỏ của từ trường có ý nghĩa rất lớn về mặt ứng dụng. 

Nó cho phép giảm kích thước và giá thành sản phẩm. 

  Năm 2003, hãng Toshiba đã cho ra đời máy làm lạnh từ nhiệt ở dạng thương 

phẩm đầu  tiên  (hình 1.8). Máy có công suất 60 W,  sử dụng  từ  trường 0,76 T,  sử 

dụng kim loại Gd làm chất hoạt động, có thể cho biến đổi nhiệt độ tới 20 K [34]. 

  Như  vậy,  sự  làm  lạnh 

bằng từ trường ở nhiệt độ phòng 

là  một  chủ  đề  đang  rất  được 

quan  tâm  trên  thế giới. Các nhà 

nghiên  cứu  trên  thế  giới  đã  và 

đang  tìm  kiếm  công  nghệ  làm 

lạnh mới cũng như các chất làm 

lạnh mới với mục đích cải thiện 

hiệu suất sử dụng và bảo vệ môi 

trường. Vào năm 2003, B.F. Yu 

[145]  đã  trình  bày  chi  tiết  sự 

phát  triển  của  các  vật  liệu  từ  ở 

các vùng nhiệt độ phòng, bao gồm Gd và các hợp kim của nó, perovskite và các hợp 

chất giống như perovskite, các hợp chất kim loại chuyển tiếp và vật liệu composite. 

Năm 2005, Gschneidner đã công bố lại một cách có hệ thống các nhóm khác nhau 

của các vật liệu từ, như LaM2 (trong đó: M = Al, Co, và Ni), Gd5(Si1-xGex)4, Mn(As1-

 

Hình 1.8. Máy lạnh từ thương phẩm của hãng

Chubu Electric/Toshiba [49]. 

17

xSbx), MnFe(P1-xAsx), La(Fe13-xSix) và R1-xMxMnO3 (trong đó: R = Ca, Sr và Ba) [49]. 

Năm 2007, Phan và Yu [110] đã cho thấy một nhóm các vật liệu từ nhiệt mới có khả 

năng  ứng  dụng  ở  vùng  nhiệt  độ  phòng,  đó  là  maganite  perovskite  sắt  từ  (R1-

xMxMnO3, trong đó: R = La, Nd, Pr và M = Ca, Sr, Ba). Tiếp đó, Bruck [19] đưa ra 

một nhóm các vật liệu từ nhiệt cho các ứng dụng ở nhiệt độ phòng với chuyển pha từ 

loại một, bao gồm Gd5(Ge,Si)4, La(Fe,Si)13, MnAs, hợp kim Heusler và Fe-P.  

Cùng  với  sự  phát 

triển  của  các  vật  liệu  từ 

nhiệt,  những  năm  đầu  của 

thế kỉ 21, hàng loạt các mẫu 

máy lạnh ra đời và được rất 

nhiều  quốc  gia  quan  tâm 

nghiên  cứu.  Nhiều  cải  tiến 

trong  các  thiết  kế  đã  được 

đề xuất nhằm mục đích tăng 

hiệu  suất  của  thiết  bị,  tuy 

nhiên  các  kết  quả  đạt  được 

chưa vượt trội so với những 

thiết  kế  ban  đầu  cũng  như 

so  với  máy  lạnh  truyền 

thống. Hình 1.9 cho thấy sự 

gia  tăng  các  mẫu  máy  làm 

lạnh từ trong những năm gần đây [70]. 

Các máy lạnh từ phần lớn sử dụng Gd và hợp kim của nó làm vật liệu từ nhiệt. 

Các thông số làm lạnh đạt được cũng khá tốt. Tuy nhiên, xét về khía cạnh thương mại 

hóa sản phẩm trong tương lai thì Gd và hợp kim của nó khó có thể được lựa chọn, bởi 

vì các hợp kim chứa Gd có giá thành rất đắt (do khan hiếm nguyên liệu cùng với công 

nghệ chế tạo khắt khe). Gần đây, các nhóm nghiên cứu có xu hướng sử dụng những vật 

liệu  từ nhiệt khác có giá  thành  rẻ hơn hợp kim Gd như: các hợp kim nền La-Fe-Si, 

Hình 1.9. Số lượng các mẫu thiết bị làm lạnh (number

of prototypes) theo các năm (Reciprocating: chuyển

động kiểu pittông, rotary: chuyển động quay, all

cumulative: tổng tích lũy)[70].

18

MnAs, hợp kim Heusler… hoặc ít nhiều kết hợp chúng với Gd cho các thiết kế máy 

làm lạnh từ. 

Sau Gd thì hợp kim nền La-Fe-Si cũng đã được sử dụng khá nhiều trong các thiết 

kế máy làm lạnh từ. Một số thiết bị cho các thông số làm lạnh khá tốt. Tiêu biểu là nhóm 

nghiên cứu thuộc thuộc Đại học tổng hợp Iowa (Mỹ). Năm 2014, nhóm này đã giới thiệu 

máy  làm  lạnh  từ  với  các  thông  số  đạt  được  khá  ấn  tượng.  Máy  sử  dụng  vật  liệu 

La(Fe0,885Si0,115)13Hy làm vật liệu từ nhiệt. Khoảng biến thiên nhiệt độ đạt được là 18 K 

trong biến thiên từ trường 14,4 kOe [63]. 

  Cho đến nay, rất nhiều loại vật liệu từ nhiệt được chế tạo. Hình 1.10 cho ta một 

cái nhìn trực quan để so sánh hiệu ứng từ nhiệt trên những hệ vật liệu từ nhiệt khác nhau. 

Quan sát hình này, chúng ta nhận thấy các hợp kim có MCE lớn ở vùng nhiệt độ phòng 

là: các hợp kim La(FeSi)13, La(FeCoSi)13, La(FeSi)13-H, Gd5(Si,Ge)4, hợp kim Heusler, 

MnFe(AsP), MnAs, FeRh, các hợp kim nền Fe và Mn. Tuy nhiên, cũng như đã được đề 

cập đến ở trên, các hợp kim chứa Rh và Gd có giá thành đắt cùng với công nghệ chế tạo 

khắt khe, As lại là một chất khá độc, cho nên các hệ vật liệu này khó đưa vào các ứng 

dụng thực tế. 

 

Hình 1.10. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ cực đại (ΔH = 50 kOe) vào nhiệt

độ đỉnh (Tpeak - nhiệt độ mà tại đó có biến thiên entropy từ cực đại) của một số hệ

vật liệu từ nhiệt (Laves phases: các hợp chất có công thức AB2 (A là đất hiếm, B là

kim loại chuyển tiếp, Ln-manganites: các hợp chất magnanite perovskite) [37].

19

1.2.2. Một số vật liệu từ nhiệt tiêu biểu

  Các vật liệu từ nhiệt có dải nhiệt độ hoạt động thấp (trong khoảng từ 10 

đến 80 K) phải kể đến đầu tiên 

là  một  vài  đất  hiếm  nguyên 

chất  như  Nd,  Er,  Tm.  Trong 

đó,  Nd  có  Tad    2,5  K  tại 

nhiệt  độ  T  =  10  K  với  H  = 

100 kOe [156]. Er có Tad  5 

K  tại  T  =  25  K  với  H  =  70 

kOe  [154].  Tm  có Tad   3  K 

tại T = 56 K với H = 70 kOe 

[155].  Vật  liệu  có  MCE  lớn 

trong dải nhiệt độ này là các hợp 

chất  REAl2  (RE  =  Er,  Ho,  Dy),  

Dy0,5Ho0,5  [53] và DyxEr1-x  [122] 

và RENi2  (RE = Gd  , Dy và Ho 

[130]). Nhiệt độ biến thiên đoạn nhiệt Tad của chúng được chỉ ra trong hình 1.11. Giá 

trị cực đại của Tad giảm khi nhiệt độ tăng từ 10 tới 80 K. Điều này là do sự tăng nhanh 

chóng của nhiệt dung theo nhiệt độ trong các hợp kim này. Sự phụ thuộc của MCE vào 

từ trường biến đổi trong khoảng từ 1 tới 2 K/10 kOe. 

  Tiếp theo, trong dải nhiệt độ 80 - 250 K, một trong số các vật liệu có MCE lớn 

là Dy nguyên chất [15, 127], với Tad  12 K tại T  180 K trong biến thiên từ 70 

kOe. Dy có chuyển pha  từ  loại một, vì vậy, nó có cả MCE âm trong biến  thiên  từ 

trường nhỏ (H < 2 kOe). Các nghiên cứu [35, 85] cũng cho thấy hợp kim vô định 

hình RE-(T1,T2) (RE là các nguyên tố đất hiếm và T1, T2 là các kim loại chuyển tiếp) 

có MCE lớn trong khoảng nhiệt độ từ 100 tới 200 K. Sự phụ thuộc của MCE vào từ 

trường là 2K/10 kOe đối với Dy, và hợp kim vô định hình RE-(T1,T2) là 1 K/10 kOe. 

Hình 1.12 biểu diễn giá  trị biến  thiên  entropy  từ cực đại của một  số hợp kim điển 

hình có MCE lớn trong vùng nhiệt độ từ 10 K tới 250 K. 

Hình 1.11. Biến thiên nhiệt độ đoạn nhiệt của các

vật liệu từ nhiệt có MCE lớn trong vùng nhiệt độ từ

10 tới 80 K với H = 75 kOe [108]. 

20

 

Hình 1.12. Giá trị biến thiên entropy từ cực đại của các hợp kim nền RECo2 (các biểu

tượng đặc – vật liệu FOPT, biểu tượng rỗng – vật liệu SOPT) và các hợp kim nền

REAl2 (các biểu tượng vuông rỗng) với H = 50 kOe [31].

Hiện nay, vật liệu có hiệu ứng từ nhiệt lớn ở vùng nhiệt độ phòng đang rất được 

quan  tâm nghiên cứu. Vật  liệu đầu  tiên phải đề cập đến  là kim  loại đất hiếm Gd, với 

mômen từ nguyên tử lớn 7,63 µB, là nguyên tố sắt từ có nhiệt độ chuyển pha Curie TC 

gần nhiệt độ phòng [26]. Kim loại này có chuyển pha từ loại hai tại nhiệt độ TC = 293 K. 

Các  thông  số  từ  nhiệt  của  Gd  tại  TC  được  tìm  thấy  là:  biến  thiên  entropy  từ  cực  đại 

Smmax = 13,2 J.kg-1.K-1 và Tad = 14 K trong biến thiên từ trường 70 kOe [17]. Tuy 

nhiên, MCE của Gd giảm xuống đáng kể nếu tồn tại tạp chất [26]. Một vài hợp chất nhị 

nguyên của Gd cũng đã được nghiên cứu như: Gd1-xREx với RE là các Lanthanide (Tb, 

Ho, Er và Dy), Gd1-xMx với M = Ni, Al, Pd, Rh, In, Zr và B [12, 33, 71, 106]. Kết quả 

cho thấy rằng MCE của các hợp chất này không tăng thậm chí còn giảm đáng kể so với 

Gd nguyên chất và nhiệt độ Curie TC của chúng giảm. Vì vậy, chúng không thích hợp 

cho ứng dụng làm lạnh bằng từ trường ở nhiệt độ phòng. 

  Trong dải nhiệt độ phòng, hiệu ứng từ nhiệt âm khổng lồ lần đầu tiên được quan 

sát thấy trong hợp chất Fe1-xRhx [9]. MCE âm trong mẫu Fe48Ph52: Smmax  12 J.kg-

1.K-1 tại T  300 K và RC  500 J.kg-1 trong biến thiên từ trường H = 50 kOe [94]. 

GMCE của hợp chất này âm bởi vì chúng trải qua chuyển pha từ loại một, từ phản sắt 

21

từ (AFM) sang sắt từ (FM). Fe1-xRhx có MCE lớn là do liên kết mạnh của điện tử và 

mạng tinh thể khi có sự tác động của từ trường, kết hợp với sự giãn nở vì nhiệt lớn tại 

chuyển pha [9]. Tuy nhiên, Rh có giá thành rất cao (hơn 80000 USD/1 kg), làm cho hệ 

này không thích hợp cho các ứng dụng thực tế.   

  Mốc  đánh  dấu  cho  sự  phát  triển  mạnh  mẽ  của  các  vật  liệu  từ  nhiệt  ở  vùng 

nhiệt độ phòng là vào năm 1997. Trong năm đó, GMCE đã được tìm thấy trong các 

hợp kim Gd-Ge-Si ở xung quanh 300 K. GMCE của hợp kim Gd5Ge2Si2 xuất hiện 

cùng với chuyển pha loại một, với các thông số: Smmax = 18,5 J.kg-1.K-1 và Tad = 

15  K  tại  276  K  trong  biến  thiên  từ  trường  50  kOe  [107].  Hợp  kim  Gd5(Ge1-xSix)4 

(0,24  x  0,5) có GMCE là do có sự chuyển pha từ cùng với chuyển pha cấu trúc, từ 

pha sắt từ (FM) với cấu trúc trực thoi loại Gd5Si4 sang pha thuận từ (PM) với cấu trúc 

đơn  tà  loại Gd5GesSi2 [105]. Các mẫu hợp kim này đều thể hiện GMCE với giá  trị 

Smmax thay đổi từ 46 J.kg-1.K-1 tại 195 K (đối với Gd5Si1,5Ge2,5) tới 16 J.kg-1.K-1 tại 

301 K (đối với Gd5Si2,1Ge1,9) H = 50 kOe [105]. Các mẫu với 0  x  0,2 xuất hiện 

chuyển pha từ pha AFM có cấu trúc loại Sm5Ge4 sang FM với cấu trúc trực thoi loại 

Gd5Si4, nhưng chỉ tại nhiệt độ thấp. Các mẫu với x > 0,5 có chuyển pha loại hai. Với 

sự thêm vào một lượng nhỏ của Fe hoặc các nguyên tố khác (Cu, Co, Ge, Mn và Al), 

nhiệt độ chuyển pha dịch chuyển nhẹ về phía nhiệt độ cao. Các nguyên tố thêm vào 

làm chuyển pha loại một trở thành chuyển pha loại hai, và đã làm giảm sự tổn hao do 

trễ có trong Gd5Ge2Si2 [118]. Sự thay thế của Gd bởi các nguyên tố đất hiếm khác 

(như:  Nd,  Tb,  Dy  và  Ho)  dẫn  đến  làm  giảm  MCE  và  TC  rời  xa  khỏi  dải  nhiệt  độ 

phòng [62, 123, 126] (hình 1.10). Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu gần đây đã cho 

thấy với sự thay thế một phần của Nb cho Ge và Si trong hợp kim Gd5Si2-xGe2-xNb2x 

đã làm tăng nhiệt độ TC và MCE khi x tăng tới 0,05 (TC  295 K và  Smmax = 9,6 

J.kg-1.K-1 với H = 20 kOe) [112]. 

  Từ khi khám phá ra hiệu ứng  từ nhiệt khổng  lồ xuất hiện cùng với chuyển 

pha loại một trong các hợp kim Gd-Ge-Si, các nghiên cứu đã tập trung vào các loại 

vật liệu có FOPT. Trong số các loại vật liệu này, MnAs biểu hiện FOPT tại 318 K 

từ pha FM có cấu trúc lục giác loại NiAs sang PM có cấu trúc trực thoi loại MnP, 

22

với  biến  thiên  entropy  từ  lớn  Smmax  =  30  J/kg.K  trong  biến  thiên  từ  trường  50 

kOe,  nhưng  lại  có  độ  trễ  nhiệt  lớn    10  K  [133].  GMCE  tương  tự  như  trong 

Gd5(Ge1-xSix)4 được quan sát thấy trong MnAs [129, 133]. Sự thay thế một phần Sb 

cho As làm giảm cả nhiệt độ chuyển pha và độ trễ nhiệt (< 1 K). Nhiệt độ chuyển 

pha TC của hợp kim này thay đổi từ 220 tới 318 K và vẫn duy trì được MCE lớn. 

Tuy nhiên, bản chất của chuyển pha trong hợp chất Mn(As1-xSbx) thay đổi từ FOPT 

sang SOPT khi nồng độ Sb  lớn hơn 0,3, dẫn  tới  làm giảm MCE [132]. Hợp chất 

Mn1-xFexAs với sự thêm vào của Fe cho thấy một đỉnh Sm cao và nhọn tại TC [27]. 

Sự thêm vào của Si trong hợp kim MnAs1-xSix (x  0,09) [24] đã làm giảm đáng kể 

sự trễ nhiệt (từ 10 K cho x = 0,03 tới gần 0 cho x = 0,09) khi sự chuyển pha thay đổi 

từ FOPT sang SOPT, và giá trị Smmax > 10 J/kg.K với H = 50 kOe vẫn được duy 

trì. Tuy nhiên, As là một chất khá độc, cho nên vật liệu này khó đưa vào các ứng 

dụng thực tế. 

Perovskite manganite cũng là một nhóm vật  liệu từ nhiệt có dải nhiệt độ hoạt 

động trong vùng nhiệt độ phòng. Đây là họ vật liệu gốm có công thức chung R1-xMx-

MnO3, trong đó R = La, Nd hay Pr và M = Ca, Sr hoặc Ba. Phần lớn các manganite là 

vật  liệu chuyển pha loại hai, do đó chúng biểu hiện MCE thấp (thấp hơn Gd) [110]. 

Tuy vậy, nhiệt độ Curie của chúng có thể được điều chỉnh dễ dàng trong phạm vi lớn từ 

150 đến 370 K. Tiêu biểu cho nhóm vật liệu này là hệ hợp chất La0,67Ca0,33-xSrxMnO3 

(LCSM). Nhiệt độ Curie của hệ LCSM có thể được điều chỉnh trong khoảng 267 - 369 

K bằng cách thay đổi giá trị x ꞊ 0 - 0,33 [30]. Hợp chất LCSM với x = 0 có nhiệt độ 

Curie  là 267 K, có độ biến thiên entropy từ đạt 5,9 J.kg-1.K-1 và sự thay đổi nhiệt độ 

đoạn  nhiệt  là  2  K  (với  ΔH  ꞊  12  kOe).  Tuy  nhiên,  MCE  giảm  khi  x  tăng.  Hợp  chất 

LCSM với x = 0,05 có TC = 285 K, biến thiên entropy từ đạt 2,8 J.kg-1.K-1, biến thiên 

nhiệt độ đoạn nhiệt là 1 K (ΔH ꞊ 12 kOe).  

  Các hợp kim LaFe13-xSix, với cấu trúc lập phương NaZn13, được coi là các chất 

làm lạnh từ có khả năng ứng dụng cao ở nhiệt độ phòng, có thể thay thế được các vật 

liệu từ nền Gd (có giá thành cao). Các vật liệu La-Fe-Si có giá thành thấp và có GMCE 

[58, 144]. Bên cạnh đó, các hợp kim này có các biểu hiện từ rất thú vị. S. Fujieda và 

23

cộng sự đã công bố GMCE trong LaFe11,7Si1,3 (Smmax  28 J.kg-1.K-1 tại 184 K với 

H = 20 kOe) [41]. Sở dĩ có GMCE trong vật liệu là do chuyển pha từ giả bền điện tử 

linh động (Itinerant Electron Metamagnetic transition - IEM), ở đó có sự thay đổi gần 

1% của thể tích mạng tinh thể [41-43, 58]. Chuyển pha từ giả bền điện tử này có thể bị 

mất do ảnh hưởng của hợp phần, dẫn tới SOPT [42], làm giảm MCE, tuy nhiên cũng 

làm giảm đáng kể sự tổn hao do trễ. 

  Các hợp kim Heusler tồn tại cả hai loại chuyển pha, SOPT và FOPT. MCE âm 

trong các hợp kim xuất hiện cùng với FOPT. Khi có tác dụng của từ trường sẽ làm cho 

MCE lớn ở gần nhiệt độ chuyển pha này, và MCE sẽ đạt giá trị lớn nhất ở các mẫu xuất 

hiện nhiệt độ chuyển pha cấu trúc và chuyển pha từ ở cùng nhau [60]. Biến thiên entropy 

từ lớn có liên quan đến chuyển pha cấu trúc trong hợp kim Ni-Mn-Ga được tìm ra đầu 

tiên vào năm 2000 bởi nhóm của F. Hu Kết quả cho thấy MCE âm lớn, Smmax = 4,1 

J.kg-1.K-1 với H < 10 kOe, và MCE dương, Smmax  -18 J.kg-1.K-1 với H = 50 kOe 

tại 290 K trong đơn tinh thể Ni52,6Mn23Ga24,3  [60]. Kể từ đó, nhiều nghiên cứu về các tính 

chất từ và MCE của Ni-Mn-Ga với các hợp phần khác nhau đã được thực hiện [49]. Hiệu 

ứng từ nhiệt âm xảy ra ở từ trường thấp có liên quan đến dị hướng trường tinh thể của 

pha martensite. Khi thành phần hợp chất thay đổi, nhiệt độ chuyển pha martensite gần 

đến nhiệt độ Curie. Do đó, trường dị hướng giảm đi tương ứng với sự giảm hiệu ứng từ 

nhiệt âm và hiệu ứng từ nhiệt dương trở nên chiếm ưu thế [95, 96]. Gần đây, một chuỗi 

các hợp kim Heusler không chứa Ga, Ni50Mn50-xZx (Z = In, Sn hoặc Sb) được đặc trưng 

bởi các chuyển pha từ và chuyển pha cấu trúc (martensite-austenite) gần nhiệt độ phòng 

đã được nghiên cứu. MCE dương xảy ra với SOPT (từ PM sang FM), trong khi đó MCE 

âm được quan sát ở FOPT, hay chuyển pha cấu trúc từ martensite sang austenite. 

  Một nhóm hợp kim từ nhiệt khác không thể không nhắc đến trong dải nhiệt 

độ phòng, đó là các hợp kim vô định hình. H. Maeda và cộng sự [93] đã nghiên 

cứu hiệu ứng từ nhiệt trên các hợp kim vô định hình, bằng việc phân tích sự ảnh 

hưởng  của  các  nguyên  tố  kim  loại  khác  nhau  trong  chuỗi  các  hợp  kim 

(FeM)90Zr10. M. Belova và L. Stoliarov [14] lại có nhiều nỗ lực trong việc nghiên 

cứu hợp kim vô định hình nền kim loại chuyển tiếp loại FeCoSiB. Một thời gian 

24

ngắn sau đó, một số hệ hợp kim vô định hình khác đã được nghiên cứu và cho thấy 

tiềm năng của vật liệu từ nhiệt này ngày càng trở nên chiếm ưu thế. Mặc dù các hợp kim 

vô định hình có giá  trị Sm nhỏ khi so  sánh với giá  trị của vật  liệu  từ nhiệt  lớn khác 

nhưng khoảng nhiệt độ làm việc rộng dẫn đến giá trị RC lớn (cần thiết cho ứng dụng). 

Bên cạnh đó,  từ quan điểm về mặt ứng dụng, các hợp kim vô định hình nền kim loại 

chuyển tiếp đã được bổ sung nhiều đặc tính mới, thể hiện là một vật liệu làm lạnh bằng 

từ trường hữu ích như: giá cả thấp, điện trở suất cao hơn các vật liệu cấu trúc tinh thể 

(giảm được tối đa mất năng lượng do dòng điện phu-cô), khả năng chống chịu ăn mòn 

cao, các tính chất cơ tốt, giảm độ trễ từ…  

  Như vậy, dựa vào các phân tích lý thuyết, các yêu cầu công nghệ và bản chất 

của hiệu ứng từ nhiệt, để ứng dụng vào lĩnh vực làm lạnh bằng từ trường ở vùng nhiệt 

độ phòng, các vật liệu từ nhiệt cần được thỏa mãn một số tiêu chí sau [84]:  

- Biến thiên entropy từ và sự thay đổi nhiệt độ đoạn nhiệt  đạt giá trị lớn trong biến 

thiên từ trường nhỏ, bởi các thiết bị dân dụng rất khó tạo ra được từ trường lớn. 

- Nhiệt độ chuyển pha từ nằm trong vùng nhiệt độ phòng, bởi hiệu ứng từ nhiệt lớn 

xảy ra ở lân cận nhiệt độ chuyển pha từ.  

- Vùng nhiệt độ làm việc (vùng có hiệu ứng từ nhiệt lớn) rộng để cho vật liệu có 

thể làm lạnh trong một dải nhiệt độ lớn. 

- Hiện tượng trễ từ và trễ nhiệt nhỏ (tránh tổn hao năng lượng). 

- Nhiệt dung riêng nhỏ và tính dẫn nhiệt tốt để đảm bảo rằng sự trao đổi nhiệt xảy 

ra nhanh chóng và sự thay đổi nhiệt độ là đáng kể. 

- Điện trở suất lớn (tránh tổn hao Fuco). 

- Độ ổn định cao, an toàn và việc tổng hợp mẫu không quá phức tạp, giá thành thấp.

1.3. Hệ hợp kim từ nhiệt Heusler Ni-Mn-Z

1.3.1. Cấu trúc của hợp kim Heusler Ni-Mn-Z

Hợp kim  Heusler  được chia  thành hai nhóm.  Bán hợp kim  Heusler với  công 

thức chung XYZ, cấu trúc tinh thể kiểu C1b (hình 1.11a). Hợp kim Heusler đầy đủ với 

công thức X2YZ, cấu trúc tinh thể kiểu L21 (hình 1.11b). Trong đó X và Y là nguyên 

tố  thuộc  nhóm  kim  loại  chuyển  tiếp  (Ni,  Co,  Mn…),  còn  Z  nằm  trong  nhóm  các 

25

nguyên tố nhóm III-V (Ga, In, Sn, Sb…). Trạng thái từ của hợp kim này được quyết 

định là phụ thuộc vào các nguyên tố X hoặc Y hoặc cả X lẫn Y. Mặc dù chúng đều 

là  các  nguyên  tố  kim  loại  nhưng  tính  chất  từ  của  chúng  có  thể  thường  được  giải 

thích theo mô men từ định xứ thông qua tương tác trao đổi gián tiếp. Trong một dải 

rộng các thành phần, các hợp kim này có sự chuyển pha từ trạng thái austenite (L21) 

sang các trạng thái martensite (cấu trúc tứ diện hoặc là hỗn hợp của cấu trúc 10M và 

14M, trong đó M suy ra từ cấu trúc đơn tà là kết quả của sự méo mạng). 

Hình 1.13. Cấu trúc mạng tinh thể của hợp kim Heusler đầy đủ (a) và bán hợp kim

Heusler (b) [139].

1.3.2. Hợp kim từ nhiệt Ni-Mn-Z dạng khối

Hầu hết các hợp kim Heusler nền Ni-Mn-Z (Z = Ga, In, Sn…) đều tồn tại hai 

chuyển pha từ, chuyển pha từ  loại một  tại TM-A (nhiệt độ chuyển pha martensite - 

austenite)  và  chuyển  pha  từ  loại  hai  tại  M

CT   và  A

CT (lần  lượt  tương  ứng  với  pha 

martensitic và austenitic) (hình 1.14). Sở dĩ có sự tồn tại của FOPT trong hợp kim là 

do có sự chuyển đổi từ cấu trúc martensite sang austenite hoặc ngược lại. Hợp kim 

Heusler Ni-Mn-Z thể hiện hai loại MCE, MCE dương quanh  M

CT và A

CT và MCE âm 

quanh TM-A. Cả hai loại chuyển pha này đều gây ra hiệu ứng từ nhiệt lớn và đều có 

khả năng ứng dụng vào thực tế. Các nhiệt độ chuyển pha trong vật liệu phụ thuộc 

vào tỷ phần các nguyên tố trong hợp kim và điều kiện công nghệ chế tạo. Mặt khác, 

chúng còn thể hiện hiệu ứng nhớ hình được kết hợp với sự biến đổi cấu trúc [95]. 

Với một nồng độ hợp lý, nhiệt độ chuyển pha cấu trúc trùng khớp với chuyển pha 

từ, điều này xảy ra sẽ cho biến thiên entropy từ rất lớn. Nhiệt độ chuyển pha Curie 

26

trong hợp kim bị ảnh hưởng trực tiếp bởi tương tác trao đổi giữa nguyên tử Ni và 

Mn. Việc pha tạp thêm các chất là phi từ hoặc sắt từ vào hợp kim nền Ni-Mn sẽ ảnh 

hưởng khác nhau đến tương tác trao đổi giữa Ni và Mn. Do đó, tùy theo tính chất từ 

của  nguyên  tố  pha  tạp  mà  ảnh  hưởng  nhiều  hay  ít  đến  sự  thay  đổi  của  nhiệt  độ 

chuyển pha Curie. 

 

Hình 1.14. Các chuyển pha từ trong một số hợp kim Heusler Ni-Mn-Z (Z = In, Ga,

Sn, Sb) [111].

Các nhiệt độ chuyển pha trong hợp kim Heusler này có thể thay đổi về vùng nhiệt 

độ mong muốn bằng cách  thay đổi  tỉ  lệ  nguyên  tử  trong hợp phần hoặc  thay  thế các 

nguyên tử trong hợp phần. Sự thay đổi tỉ phần nguyên tử trong hợp phần làm thay đổi 

nồng độ điện tử hóa trị e/a (số điện tử hóa trị trên một nguyên tử). Các chuyển pha từ và 

chuyển pha cấu trúc  trong một số hợp kim này rất nhạy với sự thay đổi  tỉ phần (hình 

1.15). Điều đó cho phép điều chỉnh MCE trong loại hợp kim này. Hình 1.15 mô tả sự 

phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha từ và chuyển pha cấu trúc vào tỷ phần các nguyên tố 

trong hợp kim Ni-Mn-(Sn, In, Ga). Theo đó ta thấy hợp kim đều thay đổi cấu trúc từ L10 

→ 14 M → 10 M → lập phương khi tỷ số e/a giảm dần (ứng với nồng độ của Sn, In và 

Ga tăng dần) [111]. Nhiệt độ chuyển pha Curie ứng với pha martensite M

CT và nhiệt độ bắt 

đầu của pha cấu trúc martensite thay đổi rất mạnh theo tỷ phần các nguyên tố. Trong khi 

nhiệt độ Curie ứng với pha austenite hầu như không thay đổi.

27

 

Hình 1.15. Sự phụ thuộc của nhiệt độ chuyển pha vào nồng độ điện tử hóa trị trên

một nguyên tử (e/a) trong hợp kim Ni-Mn-(Sn, In, Ga) (cubic: lập phương) [111].

        

 

Hình 1.16. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của hợp kim Ni-Mn-Z,

Z = Ga (a), Z = In (b), Z = Sn [73, 79, 111].

28

Hiệu ứng  từ nhiệt  âm và dương  lớn xung quanh nhiệt  độ chuyển pha đều đã 

được quan sát thấy ở họ vật liệu Ni-Mn-Z. Hình 1.16 thể hiện biến thiên entropy từ của 

hệ hợp kim loại này trong các biến thiên từ trường khác nhau, quanh nhiệt độ chuyển 

pha. Ta thấy, hầu hết các mẫu của hệ này đều cho biến thiên entropy từ cao, đặc biệt là 

hệ Ni-Mn-Ga. Cụ thể với mẫu Ni55Mn20,6Ga24,4 và Ni50Mn34In16 có thể cho biến thiên 

entropy từ đạt lần lượt là 30 J.kg-1.K-1 và 2 J.kg-1.K-1 (ΔH = 50 kOe ) [79, 111]. Một kết 

quả rất đáng chú ý về MCE âm trên hệ Ni-Mn-Sn đã được Thorsren Krenke và cộng sự 

công bố trên tạp chí Nature Materials [73]. Theo đó, giá trị biến thiên entropy từ đạt 

được  khoảng  18  J.kg-1.K-1  với  biến  thiên  từ  trường  50  kOe  ở  nhiệt  độ  300  K  (hình 

1.16c). MCE âm khổng lồ này có nguồn gốc từ quá trình biến đổi của pha martensitic. 

Quá trình này đã làm từ độ của mẫu thay đổi mạnh. 

 

Hình 1.17. Cấu trúc vi mô của hợp kim Ni0,5Mn0,5-xSnx phụ thuộc vào x [73].

Các nghiên cứu chi tiết về hệ hợp kim Ni0,5Mn0,5-xSnx cho thấy cấu trúc của 

hợp kim rất nhạy với tỉ phần của các nguyên tố trong hợp kim. Sự đồng tồn tại của 

các pha cấu trúc martensite và austenite chỉ tồn tại trong một khoảng khá hẹp của x 

(x = 0,13 - 0,15). Khi x thay đổi, cấu trúc của hợp kim thay đổi, dẫn đến tính chất từ 

29

và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim thay đổi rất rõ rệt. Hình 1.17 cho thấy cấu trúc vi 

mô và sự thay đổi cấu trúc tinh thể của hợp kim Ni0,5Mn0,5-xSnx phụ thuộc vào x. Ta 

thấy rằng, hợp kim có thể tồn tại ở nhiều dạng cấu trúc khác nhau. 

 

Hình 1.18. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của hợp kim Ni-Mn-Z,

Z = Sn (a), Z = Sb (b) và Ni50Mn37Sn13 (hình lồng trong hình (a)) [2].

  Ở trong nước, các nghiên cứu về MCE trên mẫu khối hợp kim Heusler Ni-

Mn-(Sn,Sb) cũng đã được  thực hiện. Với biến  thiên  từ  trường nhỏ (12 kOe), đa số 

mẫu trong hệ hợp kim Ni-Mn-Sn và Ni-Mn-Sb đều cho giá  trị biến thiên entropy  từ 

lớn. Mẫu Ni50Mn37Sn13 và Ni50Mn30Sb20 có ΔSmmax đạt lần lượt xấp xỉ là 2 J.kg-1.K-1 và 

- 1 J/kg.K (ΔH = 12 kOe) (hình 1.18) [2].

1.3.3. Hợp kim Heusler Ni-Mn-Z dạng băng

Hợp kim Heusler Ni-Mn-Z có cấu trúc và tính chất từ rất nhạy với hợp phần và 

các điều kiện chế  tạo [115]. Các nghiên cứu  trước đây  thường tập  trung vào hợp kim 

Heusler dạng khối. Kết quả cho thấy rằng, các mẫu hợp kim khối đòi hỏi một chế độ xử 

lý nhiệt phức tạp, thời gian ủ mẫu dài (lên tới vài ngày). Chính vì vậy, các nghiên cứu đã 

chuyển  hướng  sang  phương  pháp  nguội  nhanh.  Gần  đây,  các  công  bố  đã  cho  thấy 

phương pháp phun băng nguội nhanh có thể tạo được vật liệu khá đơn pha và cũng cải 

thiện được MCE của vật liệu [142, 150]. Hiệu ứng từ nhiệt dương và âm lớn xung quanh 

nhiệt độ chuyển pha đã được quan sát thấy trong các hệ băng hợp kim Ni-Mn-Z. Hình 

1.19 thể hiện biến thiên entropy từ của một số hệ hợp kim loại này trong các biến thiên từ 

trường khác nhau. Ta thấy, hầu hết các mẫu của hệ này đều cho biến thiên entropy từ 

30

cao. Cụ thể với mẫu băng Ni52Mn26Ga22 và Ni50Mn35,5In14,5 cho biến thiên entropy từ đạt 

lần lượt là 30 J.kg-1.K-1 và hơn 16 J.kg-1.K-1 (ΔH = 50 kOe) [48, 79].  

 

Hình 1.19. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của băng hợp kim Ni-Mn-Z,

Z = Ga (a), Z = In với H = 50 kOe (b) và 30 kOe (hình lồng trong hình (b)) [48, 79].

 

Hình 1.20. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của mẫu băng

Ni43Mn46Sn11 khi chưa ủ nhiệt (a), ủ nhiệt 10 phút (b), 60 phút (c) và 180 phút (d) [148].

31

    Nhóm tác giả D. M. Kumar cũng đã nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Ni/Mn 

lên cấu trúc và MCE của hệ băng hợp kim Ni50-xMn37+xIn13 [114]. Bằng cách thay đổi tỉ 

lệ Ni/Mn hoặc Mn/In, nhiệt độ chuyển pha cấu trúc tăng lên theo tỉ lệ điện tử hóa trị 

trên một nguyên tử e/a. Mẫu băng với x = 3 biểu thị MCE lớn: Smmax = 32 J.kg-1.K-1 

(H = 50 kOe) tại nhiệt độ phòng [114]. Bên cạnh đó, một kết quả khá thú vị đã được 

công bố về các băng hợp kim Ni-Mn-Sn [148]. Kết quả cho thấy MCE rất lớn, Smmax 

> 40 J.kg-1.K-1,  trong biến thiên từ  trường 50 kOe. Giá  trị này đã đạt được trong các 

mẫu băng Ni43Mn46Sn11 khi chỉ được ủ nhiệt ở 1173 K trong 10 phút [148], tăng 40,3% 

so với hợp kim khối cùng hợp phần khi ủ nhiệt ở 24 giờ [149]. Tuy nhiên, giá trị này lại 

giảm xuống 32,3  J.kg-1.K-1 khi  thời gian ủ nhiệt  các mẫu băng này  lên  tới 180 phút 

(hình 1.20). Như vậy, đối với các mẫu băng, thời gian ủ nhiệt quá dài cũng ảnh hưởng 

không tốt đến tính chất từ cũng như MCE của hợp kim. 

 

Hình 1.21. Ảnh vi cấu trúc của mẫu băng Mn50Ni50-xSnx với x = 8 (a), x = 9 (b) và

x = 10 (c, d) [65].

Các nghiên cứu trước đây về hệ hợp kim Ni50Mn50-xSnx cho thấy cấu trúc của 

hợp kim rất nhạy với tỉ phần của các nguyên tố trong hợp kim. Sự đồng tồn tại của 

các pha cấu trúc martensite và austenite chỉ tồn tại trong một khoảng khá hẹp của x 

32

(x = 13 - 15) đối với hợp kim khối [73]. Gần đây, Jiang cùng cộng sự lại cho thấy 

sự tồn tại các pha này trong mẫu băng hợp kim Mn50Ni50-xSnx khi nồng độ x từ 7 tới 

10% [65]. Khi x thay đổi, cấu trúc của hợp kim thay đổi (hình 1.21), dẫn đến tính 

chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim thay đổi rất rõ rệt. Mẫu băng với nồng độ 

Sn 7% và 8% biểu hiện cấu  trúc đơn pha martensite  tại nhiệt độ phòng. Mẫu với 

nồng độ Sn tăng lên tới 9%, có sự xuất hiện thêm của pha austenite. Và khi nồng độ 

Sn tăng tới 10%, tại nhiệt độ phòng các mẫu băng đã chuyển hoàn toàn về cấu trúc 

austenite  với  cấu  trúc  lập  phương  L21.  Biến  thiên  entropy  từ  đã  đạt  được  gần  14 

J.kg-1.K-1 ở mẫu băng Mn60Ni40Sn10 [65]. 

Như vậy, hợp kim Heusler Ni-Mn-Sn có cấu trúc và tính chất từ rất nhạy với 

hợp  phần  và  các  điều  kiện  chế  tạo  mẫu.  Việc  sử  dụng  phương  pháp  phun  băng 

nguội nhanh  đã  làm giảm  thời gian ủ  mẫu.  Đồng  thời,  MCE  trong các mẫu băng 

cũng được cải thiện đáng kể so với các mẫu khối.  

1.4. Hệ hợp kim từ nhiệt La-Fe-Si

1.4.1. Cấu trúc của hợp kim La-Fe-Si

Hợp chất  liên kim  loại La-Fe-Si không chỉ  có hàm  lượng kim  loại  chuyển 

tiếp cao nhất  trong các hợp chất đất hiếm - kim loại chuyển tiếp mà còn được dự 

kiến là có mômen từ cao ở mỗi nguyên tử. Hợp kim này có cấu trúc lập phương đặc 

trưng của pha NaZn13, kiểu cấu trúc thuộc nhóm không gian Fm3c. Trong cấu trúc 

này, các ion Na nằm ở vị trí 8a còn có các ion 

Zn nằm ở các vị  trí 8b và 96i. Mỗi nguyên  từ 

ZnI được bao quanh bởi khối hai mươi mặt của 

12  nguyên  tử  ZnII  tại  vị  trí  96i.  Trong 

La(Fe,Si)13,  La  ở  vị  trí  8a,  vị  trí  8b  bị  chiếm 

đóng  bởi  Fe  và  vị  trí  96i  là  của  cả  Fe  và  Si 

(hình 1.22) [18]. Trên thực tế, hợp chất LaFe13 

với cấu trúc lập phương loại NaZn13 không tồn 

tại. Tuy nhiên, cấu trúc này tồn tại khi thay thế một phần Fe bởi Si. Sự có mặt của 

Si không  làm  thay đổi cấu  trúc  tinh  thể mà  làm co  lại mạng  tinh  thể, bởi vì kích 

 

Hình 1.22. Cấu trúc tinh thể của

hợp chất La(Fe,Si)13 [135].

33

thước nguyên tử của Si nhỏ hơn Fe. Hằng số mạng của LaFe13-xSix giảm khi nồng 

độ Si tăng [116]. Mặc dù sự thay đổi này không lớn, nhưng nó đã ảnh hưởng mạnh 

lên MCE của hợp kim.  

1.4.2. Hợp kim từ nhiệt La-Fe-Si dạng khối

Hợp  kim  LaFe13-xSix 

dạng  khối  sẽ  ổn  định  cấu  trúc 

lập phương loại NaZn3 với 1,3 

  x    2,5  [116].  Tại  chuyển 

pha FM - PM, hợp kim La-Fe-

Si  biểu  lộ  sự  co  lại  của  mạng 

tinh  thể  (chuyển  pha  IEM)  ở 

các mẫu với nồng độ Si thấp (x 

 1,6) [116]. Sự chuyển pha sẽ 

thay  đổi  từ  FOPT  sang  SOPT 

khi x tăng (hình 1.23). Đồng thời, kết quả thu được cũng biểu thị Si làm tăng nhiệt 

độ chuyển pha TC và tương ứng lại làm giảm độ biến thiên entropy từ ∆Sm của hợp 

kim [64]. Một cách tính toán đơn 

giản  cho  thấy  sự  giảm  ∆Sm  từ  

29  J-1.kg-1.K-1  đối  với  x  =  1,3 

giảm tới  7,3 J-1.kg-1.K-1 đối với 

mẫu  x  =  2,2  [64].  Như  đã  được 

giải thích trong [80], đường cong 

∆Sm(T)  có  dạng  như  chữ    biểu 

hiện  chuyển  pha  loại  một.  Vùng 

nhiệt độ xảy ra sự chuyển giao từ 

chuyển pha loại một sang chuyển 

pha loại hai là trong khoảng nhiệt 

độ từ 210 - 220 K (vùng gạch chéo trên hình 1.23). 

 

Hình 1.24. Sự phụ thuộc của TC vào nồng độ

Co của hợp kim La(Fe1-xCox)11,4Si1,6 [86]. 

 

Hình 1.23. Sự phụ thuộc của ∆Sm vào nhiệt độ của

các hợp kim LaFe13-xSix. Vùng gạch chéo đánh dấu

vùng giao nhau của FOPT sang SOPT [64].

34

Mặc dù hợp kim La-Fe-Si biểu hiện GMCE, nhưng  lại  có nhiệt độ chuyển 

pha TC thấp, cách xa nhiệt đô phòng. Với mục đích của các ứng dụng thực tế, biến 

thiên entropy  từ phải đạt giá  trị cực đại  tại xung quanh nhiệt độ phòng. Một cách 

hiệu quả làm tăng TC của hợp kim là thay thế một phần Co cho Fe [64, 86]. Sự phụ 

thuộc của nhiệt độ TC vào nồng độ Co của hợp kim La(Fe1-xCox)11,4Si1,6 được chỉ ra 

trong hình 1.24. Ta thấy rằng TC tăng gần như tuyến tính theo nồng độ Co. Nhiệt độ 

Curie có thể dễ dàng được điều khiển giữa 200 và 350 K, một điều kiện quan trọng 

cho các chất làm lạnh từ hoạt động gần nhiệt độ phòng. Việc tăng TC của vật liệu có 

thể do tương tác trao đổi mạnh giữa Co-Fe [64, 86, 116].  

Với  sự  thay  thế  của  Co  cho  Fe,  biến  thiên  entropy  cực  đại  Smmax  của 

hợp kim đã được dịch chuyển về vùng nhiệt độ phòng (hình 1.25). Nhiệt độ TC 

của hợp kim La(Fe1-xCox)11,9Si1,1 tăng từ 274 K (với x = 0,04) tới 301 K (với x = 

0,08). Bên cạnh đó, biến thiên entropy từ cực đại của hợp kim giảm theo nồng độ 

Co. Điều này có  thể  liên quan  tới sự khác nhau về bản chất của chuyển pha  từ 

trong các hợp kim. Khi tăng nồng 

độ  Co,  chuyển  pha  giả  bền  điện 

tử linh động yếu dần. Do đó, hợp 

kim  chuyển  sang  SOPT.  Giá  trị 

Smmax  đã  đạt  được  20,3  J.kg-

1.K-1  tại  274  K  trong  hợp  kim 

LaFe11,2Co0,7Si1,1, gấp hai  lần giá 

trị  của  Gd  và  tương  đương  với 

giá  trị của Gd5Si2Ge2 [107] (xem 

hình  lồng  trong  hình  1.25)  và 

MnFeP0,45As0,55 [124]. 

Sự  thay  thế  của  Co  cho  Fe 

có thể dẫn tới sự tăng TC, nhưng lại dẫn đến giảm biến thiên entropy từ, bởi vì bản 

chất của chuyển pha từ  thay đổi  từ  loại một sang loại hai. Sự  thêm vào H dẫn tới 

tăng nhanh nhiệt độ Curie và giữ được biến thiên entropy lớn [28, 43, 89], cũng như 

Hình 1.25. Các đường cong -Sm(T) của hợp

kim La(Fe1-xCox)11,9Si1,1 và hình lồng vào là

của mẫu x = 0,06, Gd, Gd5Si2Ge2 [116]. 

35

duy  trì  được  chuyển  pha  loại  một.  Tuy  nhiên,  sự  thêm  H  vào  hợp  kim  lại  không 

được  ổn  định  như  mong  đợi  [28,  43,  89].  Nhiệt  độ  Curie  TC  của  hợp  kim 

LaFe11,7Si1,3Hx tăng theo nồng độ H từ 192 K đối với x = 0 tới 338 K với x = 2,07 

(hình 1.26a)  [28]. Các đường cong  từ nhiệt M(T), cho  thấy sự giảm nhanh chóng 

của  từ độ khi nhiệt độ  tăng xung quanh TC  (hình 1.26a), biểu  lộ  rằng chuyển pha 

loại một vẫn được duy trì sau khi hấp thụ H. Sự thay đổi đáng kể của từ độ xung 

quanh TC sẽ tạo ra biến thiên entropy từ lớn [28]. MCE của các mẫu được xác định 

qua ∆Sm với H = 50 kOe. Đối với các mẫu x = 0; 1,37 và 2,07, giá trị cực đại của 

∆Sm được xác định là 20,9; 15,1 và 15,8 J.kg-1.K-1  (hình 1.26b), cao hơn hợp kim 

chứa Gd [26]. Sự có mặt của H có thể làm yếu chuyển pha IEM và dẫn tới làm giảm 

∆Sm. Điều này rất phù hợp với các nghiên cứu khác [43, 89]. 

 

Hình 1.26. Đường cong M(T) (a) và biến thiên entropy từ ∆Sm(T) (b) của

LaFe11,7Si1,3Hx (x = 0; 1,37 và 2,07) [28].

1.4.3. Hợp kim từ nhiệt La-Fe-Si dạng băng

  Để phát triển được pha loại NaZn13, hợp kim khối đòi hỏi một chế độ xử lý 

nhiệt rất dài (có thể lên tới vài tuần) [41, 42, 58]. Gần đây, phương pháp phun băng 

nguội nhanh  thường được sử dụng để chế  tạo vật  liệu La(Fe,Si)13  nhằm  tạo được 

pha loại NaZn13 với  thờì gian ủ nhiệt ngắn hơn. Sự đồng đều về vi cấu trúc  trong 

các mẫu băng cũng được cải thiện đáng kể so với các mẫu khối [89]. Nhiệt độ Curie 

TC tăng và sự trễ từ, trễ nhiệt trong vật liệu dạng băng giảm hơn so với vật liệu dạng 

khối thông thường. Giá trị cực đại của biến thiên entropy từ là 31 J.kg-1.K-1, đạt được  

36

trong  các  mẫu  băng  LaFe11,8Si1,2 

tại 210 K [52]. Giá trị này lớn hơn 

giá trị được công bố trong các hợp 

kim khối  tại  cùng dải  nhiệt  độ  ( 

23  J.kg-1.K-1  tại  195)  [43].  Khi 

nồng độ Si tăng từ x = 1,2 tới x = 

1,8  (hình  1.27),  giá  trị  ∆Smmax 

giảm đáng kể do sự yếu đi hoặc sự 

không  xuất  hiện  của  chuyển  pha 

từ  loại  một.  Trong  khi  đó,  các 

nhiệt độ tương ứng với các giá trị  

∆Smmax tăng, từ đó suy ra TC tăng 

theo  x,  giống  như  đã  được  quan 

sát  thấy  trong  các  mẫu  khối  [43]. 

Trong LaFe11,2Si1,8, giá trị ∆Smmax là 10,3 J.kg-1.K-1 với biến thiên từ trường 50 kOe 

đã thu được tại 240 K. Hình 1.28a và hình 1.28b biểu diễn biến thiên entropy của 

các mẫu băng LaFe11,8Si1,2 và LaFe11,2Si1,8, tương ứng với chuyển pha loại một và 

chuyển pha loại hai, với các biến thiên từ trường khác nhau. Có thể quan sát thấy 

rằng từ trường giảm xuống dẫn đến giá trị đỉnh cũng xuống thấp hơn trong cả hai 

mẫu. Với sự giảm của từ trường, giá trị ∆Sm của các băng LaFe11,2Si1,8 giảm đáng 

kể  từ  10,3  (với  ∆H  =  50  kOe)  xuống  2,7  J.kg-1.K-1  (với  ∆H  =  10  kOe)  (∆Sm10 

kOe/∆Sm50  kOe  =  26%).  Tuy  nhiên,  giá  trị  ∆Sm  của  LaFe11,8Si1,2  giảm  chậm  hơn 

nhiều khi biến thiên từ  trường giảm (∆Sm10  kOe/∆Sm50  kOe = 70%). Hơn thế nữa, 

sự mở rộng đáng kể của đỉnh biến thiên entropy từ tới nhiệt độ cao hơn trong các 

mẫu băng LaFe11,8Si1,2 khi biến  thiên  từ  trường  tăng  là do sự  tồn  tại  của chuyển 

pha loại một từ FM sang PM. Điều này cho thấy sự thuận lợi của việc sử dụng các 

mẫu  băng  với  nồng  độ  Si  thấp  trong các  hệ  làm  lạnh  từ,  tương  tự  như  các  mẫu 

khối LaFe11,7Si1,3. Tuy nhiên,  sự  trễ  từ  lớn  liên quan  tới  chuyển pha  từ  loại một 

làm cho sự làm lạnh bằng từ trường có hiệu suất thấp hơn. 

Hình 1.27. Sự phuộc của biến thiên entropy từ

vào nhiệt độ của các băng LaFe13-xSix [52].

37

 

Hình 1.28. Sự phuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của các băng

LaFe11,2Si1,8 (a) và LaFe11,8Si1,2 (b) [52]

Các nghiên cứu trước [42, 43] cho thấy rằng sự giảm nồng độ nguyên tố phi từ 

Si trong hợp phần, không những vẫn duy trì cấu trúc lập phương loại NaZn13 (1:13), 

mà còn làm tăng từ độ, dẫn đến biến thiên entropy từ lớn. Biến thiên entropy từ lớn 

liên quan tới sự thay đổi đồng thời của các thông số mạng và sự từ hóa tại nhiệt độ 

chuyển pha. Các kết quả ở trên cho thấy rõ ràng rằng nồng độ Si thấp nhất của các 

băng LaFe13-xSix có thể mở rộng ra  tới x = 1,2,  thấp hơn trong mẫu khối (x = 1,3). 

Thêm vào đó, tốc độ làm nguội cao dẫn đến sự phân bố các nguyên tố đồng đều và 

như vậy tính chất từ đồng nhất trong các mẫu băng. Giá trị lớn của biến thiên entropy 

từ  thu được  trong băng LaFe11,8Si1,2  lớn hơn  trong các mẫu khối LaFe11,44Si1,56 với 

cùng dải nhiệt độ  ( 23 J.kg-1.K-1  tại 195 K). Tương  tự như các mẫu khối, với dải 

nồng độ Si thấp đã khảo sát ở đây, nhiệt độ TC của các mẫu băng tăng tuyến tính và 

chuyển pha từ thay đổi từ FOPT sang SOPT. Tuy nhiên, nhiệt độ TC trong các mẫu 

băng tăng đáng kể so với các mẫu khối cùng hợp phần. Ví dụ, nhiệt độ TC trong mẫu 

khối LaFe11,57Si1,43 là 192 K, trong khi đó TC của mẫu băng LaFe11,57Si1,43 là 210 K. 

Điều này được cho là do Si được phân tán nhiều hơn trong pha 1:13 của vật liệu loại 

băng, do tốc độ làm nguội cao [42, 43].      

Cũng như đã được đề cập đến trong phần trước, các hợp kim LaFe13-xSix có 

hiệu ứng từ nhiệt lớn. Tuy nhiên, chúng lại có nhiệt độ hoạt động thấp (nhiệt độ TC 

thấp). Để nâng cao nhiệt độ TC của  loại vật  liệu này, các nghiên cứu  thường pha 

38

thêm Co thay thế cho Fe. Hơn thế nữa, Co có thể cải thiện khả năng hình thành pha 

vô định hình (GFA) của các vật liệu này [86]. Sau đó, pha loại NaZn13 có thể được 

tạo nên thông qua quá trình ủ nhiệt. 

 

Hình 1.29. Sự phụ thuộc của từ độ (a) và biến thiên entropy từ (b) vào nhiệt độ của

băng hợp kim LaFe11,8-xCoxSi1,2 với H = 50 kOe [144].

Với sự thay thế một phần Co cho Fe, nhiệt độ chuyển pha TC của băng hợp 

kim LaFe11,8-xCoxSi1,2  tăng gần như tuyến tính theo nồng độ Co và có thể dễ dàng 

được điều khiển giữa 200 và 290 K (hình 1.29a) [144]. Điều này rất cần thiết cho 

các chất làm lạnh từ hoạt động gần nhiệt độ phòng. Sự cải thiện đáng kể của TC có 

được là do tương tác trao đổi mạnh Co-Fe [86]. Thêm vào đó, chuyển pha từ sắc nét 

xảy ra tại 195 K của mẫu x = 0, cùng với sự trễ nhiệt trong quá trình đốt nóng và 

làm lạnh cũng đã được quan sát thấy, biểu thị FOPT. Các mẫu thể hiện SOPT với x 

= 0,4 và 0,8. Hình 1.29b biểu diễn các đường cong Sm(T) của hệ băng hợp kim 

LaFe11,8-xCoxSi1,2.  Giá  trị  ∆Smmax  =  31  J.kg-1.K-1  thu  được  trong  mẫu  băng 

LaFe11,8Si1,2 tại 201 K với H = 50 kOe. Sự thay thế của Co dẫn tới làm giảm giá trị 

biến thiên entropy từ, mà được cho là do sự khác nhau về bản chất của chuyển pha 

từ trong các mẫu băng, như đã được đề cập ở trên. Tuy nhiên, nhiệt độ tương ứng 

với đỉnh biến  thiên entropy  từ được dịch chuyển về phía nhiệt độ cao do sự nâng 

cao của TC bởi Co. Mẫu băng LaFe11Co0,8Si1,2 có ∆Smmax = 13,5 J.kg-1.K-1 tại 290 K 

39

trong biến thiên từ trường 50 kOe. Giá trị này cao hơn giá trị đã công bố cho hợp 

kim khối La(Fe,Co,Si)13 [86] và của các vật liệu MCE thông thường, như vật  liệu 

chứa Gd (hình 1.29b). Biến thiên entropy tăng được quy do cấu trúc đồng đều và sự 

phân bố đều của các nguyên tố bởi tốc độ nguội nhanh cao, tương tự như đã được 

quan sát thấy bằng ảnh SEM của các băng LaFe11,57Si1,43 [143]. Biến thiên từ trường 

giảm  dẫn  đến  giá  trị  ∆Smmax  thấp  hơn  trong  cả  hai  mẫu  băng  LaFe11,8Si1,2  và 

LaFe11Co0,8Si1,2.  Giá  trị  ∆Smmax  của  mẫu  băng  LaFe11Co0,8Si1,2  giảm  nhanh  hơn 

[144]. Tuy nhiên, mẫu băng LaFe11Co0,8Si1,2  lại có độ  trễ  từ  rất nhỏ,  liên quan  tới 

chuyển pha từ loại hai, có thể dẫn đến sự cải thiện của nhiệt dung, như được thảo 

luận  trong  [113]. Như vậy, biến  thiên  entropy  từ  lớn,  trễ  từ và  trễ  nhiệt  nhỏ,  cho 

thấy các mẫu băng La(Fe,Co,Si)13 là một trong những vật liệu từ nhiệt đầy hứa hẹn 

cho ứng dụng tại vùng nhiệt độ phòng. 

1.5. Hệ hợp kim từ nhiệt vô định hình Fe-M-Zr

1.5.1. Cấu trúc vô định hình của hợp kim

Vật rắn có cấu trúc vô định hình (VĐH) được định nghĩa là vật rắn không có 

cấu trúc tinh thể, tức là trong vật rắn không còn trật tự sắp xếp tuần hoàn của các 

nguyên tử. Như vậy, vật rắn VĐH không còn tính đối xứng, trật tự xa và các khái 

niệm như ô cơ sở, hằng số mạng. Có thể hình dung vật rắn VĐH như là một tập hợp 

các quả cầu (mỗi quả cầu tương ứng cho một nguyên tử) được xếp chặt một cách 

ngẫu nhiên. Tuy nhiên cần phải hiểu rằng, trong vật rắn VĐH các nguyên tử không 

thể tự do chuyển động như trong chất lỏng hay chất khí, hơn nữa có tồn tại một trật 

tự gần nào đó  thậm chí  rất gần với  trật  tự của  tinh  thể. Trong vật  rắn VĐH chứa 

nhiều loại nguyên tử (nhiều thành phần) có thể phân chia thành hai loại bất trật tự: i) 

bất trật tự về mặt liên kết (khoảng cách giữa các nguyên tử, hình 1.30b, d); ii) bất 

trật tự về mặt hoá học (số nguyên tử lân cận gần nhất của các nguyên tố thành phần 

xung quanh một nguyên tử, hình 1.30c, d). Cả hai loại bất trật tự này đều ảnh hưởng 

đến tính chất từ của vật liệu. Tuy vậy, một số hợp kim có cấu trúc VĐH vẫn biểu lộ 

tính chất từ và một số các tính chất khác gần với tính chất ở trạng thái tinh thể. Như 

40

vậy, trật tự gần trong hợp kim vẫn tạo ra được các tương tác từ giữa các nguyên tử 

tương tự như ở trật tự xa trong trạng thái tinh thể.  

 

Hình 1.30. Mô hình mô phỏng trật tự và bất trật tự về cấu trúc và hoá học của vật

rắn VĐH: a) trật tự liên kết (bond order) + trật tự hoá học (chemical order); b) trật

tự hoá học + bất trật tự liên kết (bond disorder); c) trật tự liên kết + bất trật tự hoá

học; d) bất trật tự liên kết + bất trật tự hoá học [21].

1.5.2. Hiệu ứng từ nhiệt của các hợp kim có cấu trúc vô định hình

  Cách đơn giản nhất để phân loại các hợp kim vô định hình là chia thành các 

hợp kim nền đất hiếm và nền kim loại chuyển tiếp. Nhóm thứ nhất thường có nhiệt 

độ Curie dưới nhiệt độ phòng, và bởi vì giá trị moment từ lớn của kim loại đất hiếm 

(như là Gd), nên có biến thiên entropy từ lớn [77]. Các hợp kim vô định hình nền 

kim loại chuyển tiếp có giá trị hiệu ứng từ nhiệt không lớn nhưng nhiệt độ chuyển 

pha có thể dễ dàng chuyển về gần nhiệt độ phòng hoặc ở trên nhiệt độ phòng. Thêm 

nữa, giá thành của các hợp kim nền kim loại chuyển tiếp thường thấp hơn hợp kim 

chứa đất hiếm, và tránh được sự oxi hóa ở điều kiện bình thường. Bên cạnh đó, hợp 

kim vô định hình nền kim loại chuyển tiếp còn có lực kháng từ của chúng rất nhỏ, 

chỉ  vào  khoảng  vài  A.m-1.  Do  đó,  có  nhiều  nỗ  lực  trong  nghiên  cứu  hiệu  ứng  từ 

nhiệt  của  các  hợp  kim  này.  Nhiệt  độ  TC  có  thể  đưa  về  nhiệt  độ  phòng  với  thành 

phần nguyên tố trong hợp kim khác nhau. Tuy nhiên, giá trị biến thiên entropy từ thì 

kém khả quan so với nguyên tố Gd [11, 120].  

41

  Một vấn đề nữa cần được nghiên cứu là sự tương quan giữa giá trị biến thiên 

entropy từ và giá trị mô men từ trung bình của các hợp kim [40, 77, 137]. Hướng  

nghiên cứu mới là làm tối ưu giá 

trị  |Sm|max,  làm  tăng  giá  trị  mô 

men từ của hợp kim, mà vẫn giữ 

nguyên  được  nhiệt  độ  TC  ở  lân 

cận  nhiệt  độ  phòng.  Ngoài  ra, 

bằng việc thêm nguyên tố, chẳng 

hạn  thêm  B  vào  chuỗi  hợp  kim 

Fe91-xMo8Cu1Bx, đã làm thay đổi 

nhiệt  độ  Curie  của  hợp  kim  mà 

vẫn  giữ  nguyên  giá  trị  |Sm|max 

(hình  1.31)  [40].  Như  vậy,  việc 

chế  tạo  vật  liệu  từ  nhiệt  cho  công 

nghệ  làm  lạnh  từ  sẽ  đơn  giản  hơn 

bằng việc thêm các nguyên tố với tỉ 

lệ hợp  lí. Tới  thời điểm năm 2012, 

giá trị RC lớn nhất đạt được trên các 

hợp kim vô định hình nền kim loại 

chuyển  tiếp  Fe88Zr7B4Cu1  và 

Fe82,5Co2,75Ni2,75Zr7B4Cu1  là  166 

J.kg-1,  với  nhiệt  độ  chuyển  pha 

Curie tương ứng là 295 K và 398 K 

[22].  Mặc  dù  các  hợp  kim  này 

không có giá  trị  |Sm|max  lớn nhất (tương ứng là 1,32 và 1,41 J.kg-1.K-1), nhưng 

lại có giá trị RC gần bằng hợp kim có |Sm|max lớn nhất (|Sm|max = 1,99 J.kg-1.K

-1 

với  H  =  15  kOe)  thuộc  họ  Fe80Zr10B10  [34].  Một  số  hệ  khác  như 

Fe71,5Co8,25Ni8,25Zr7B4Cu1, cũng có biến thiên entropy từ (1,95 J.kg-1.K

-1) nhưng 

giá trị RC bị giảm xuống chỉ còn 131 J.kg-1. 

 

Hình 1.31. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy

từ cực đại và khả năng làm lạnh từ vào nhiệt độ

của các mẫu khác nhau với H = 15 kOe [27].

Kí hiệu: CoBAA – FexCoyBzCuSi3Al5Ga2P10;

CrMoBAA - Fe65,5Cr4-xMo4-yCux+yGa4P12C5B55;

CoNanoperm - Fe83-xCoxZr6B10Cu1;

BNanoperm - Fe91-xMoxCu1Bx; MnHiTperm -

Fe60-xMnxCo18Nb6B16 –và MoFinemet -

Fe68,5Mo5Si13,5B9Cu1Nb3 [40]. 

42

Hợp kim vô định hình nền đất hiếm có khả năng ứng dụng cho  làm lạnh bằng  từ 

trường trong khoảng nhiệt độ từ 50 - 200 K [136], và phụ thuộc vào các nguyên tố 

thêm vào. Việc vô định hình hóa làm tăng cường khả năng chống chịu với oxi hóa 

của vật  liệu, bằng cách thêm vào các nguyên tố khác (thường rẻ hơn kim loại đất 

hiếm) làm giảm tổng giá  thành của vật  liệu  [97]. Hiệu ứng từ nhiệt  trong các hợp 

kim vô định hình R0,7M0,3-xMx’ (trong đó R = Gd, Dy, Er, Ho, Tb; M, M’ = Ni, Fe, 

Co, Cu) đầu tiên được nghiên cứu bởi Liu và Floldeaki [36, 87, 88]. Với cùng nồng 

độ Fe thêm vào (x thay đổi từ 0 tới 1), nhiệt độ TC của hợp kim Gd0,7FexNi0,3-x (R = 

Gd, Dy) tăng từ 130 đến 300 K [36]. Trong khi đó, TC của hợp kim Gd0,7FexNi0,3-x 

chỉ  tăng  từ 35  tới 110 K. Giá  trị  Smmax đạt được  tương ứng  là 11 J.kg-1.K-1 cho 

Gd70Ni30 và 7,6 J.kg-1.K-1 cho Gd70Fe12Ni18. Sự thay thế của Fe cho Ni dẫn đến sự 

giảm đồng thời của các giá trị biến thiên entropy từ của nó so với các hợp kim ban 

đầu: 31% trong Gd0,7Fe0,12Ni0,18 và 12% đối với Gd0,7Fe0,12Ni0,18 (với ∆H = 70 kOe). 

Tuy nhiên, dải nhiệt độ hoạt động của hợp kim  lại được mở  rộng hơn khi  có Fe. 

MCE trong các hợp kim vô định hình NdFeAl cũng đã được nghiên cứu [119]. Các 

hợp kim này biểu thị tính chất sắt từ với nhiệt độ TC là 120 K. Giá trị cực đại của 

biến thiên entropy từ là 5,65 J.kg-1.K-1 với ∆H = 70 kOe.  

  Gần  đây,  một  kết  quả  nghiên 

cứu  khá  thú  vị  trên  hợp  chất  nhị 

nguyên GdxCo100-x  [141] đã cho  thấy 

nhiệt độ chuyển pha TC của hợp kim 

gần như giảm tuyến tính theo nồng độ 

Gd  (hình  1.32).  Điều  này  được  giải 

thích là do tương tác Co-Co đã bị yếu 

đi khi có sự thêm vào của Gd. Nhiệt 

độ  chuyển  pha  TC  của  hợp  kim  vô 

định  hình  Gd-Co  có  thể  được  điều 

chỉnh bằng cách thay đổi nồng độ của 

Gd hoặc Co. Các  tương  tác  trực  tiếp 

 

Hình 1.32. Các đường cong -Sm(T) của băng

hợp kim vô định hình GdxCo100-x (amorphous

ribbons: các băng vô định hình) [141].

43

Gd-Co, Gd-Gd đóng vai trò quan trọng quyết định MCE của hợp kim. Giá trị biến thiên 

entropy từ của hợp kim tăng lên theo nồng độ Gd (hình 1.32). Giá trị lớn nhất của biến 

thiên entropy từ cực đại đạt được là 8,62 J.kg-1.K-1 với H = 50 kOe. Như vậy, hợp kim 

Gd60Co40, chỉ chứa 60% Gd, đã biểu lộ giá trị biến thiên entropy từ lớn, khoảng 88% so 

với Gd nguyên chất. 

1.5.2. Hiệu ứng từ nhiệt của hệ hợp kim vô định hình Fe-M-Zr 

Tính chất từ nhiệt của hợp kim vô định hình (Fe1-xNix)0,9Zr0,1 (x = 0; 0,01; 0,02; 

0,03) và các hợp kim (Fe0,95M0,05)0,9Zr0,1 (M = Al, Si, Ga, Ge và Sn), được chế tạo bằng 

phương pháp phun băng nguội nhanh đã được nghiên cứu bởi Maeda cùng các cộng sự 

(bảng 1.2) [93]. Các đường cong ∆Sm(T) của các hợp kim (Fe0,95M0,05)0,9Zr0,1 (M = Al, 

Si, Ga, Ge và Sn) cho thấy biểu hiện bình thường của chất sắt từ vô định hình với đỉnh 

giá trị biến thiên entropy từ mở rộng gần nhiệt độ TC. Các giá  trị  Smmax và TC được 

trình bày trong bảng 1.2 [93]. Giá  trị của TC và Smmax tăng khi x tăng. Sự thay thế của 

nguyên tố M trong các hợp kim (Fe0,95M0,05)0,9Zr0,1 có ảnh hưởng nhỏ đến giá  trị đỉnh 

∆Sm. Giá trị biến thiên entropy từ cực đại của hợp kim đạt được lớn hơn 1 J.kg-1.K-1 trong 

biến thiên từ trường 14 kOe ở vùng nhiệt độ phòng. 

Bảng 1.2. Các giá trị nhiệt độ Curie (TC), nhiệt độ của đỉnh của đường cong ∆Sm(T) (Tpk)

và biến thiên entropy từ cực đại (Smmax) trong biến thiên từ trường ∆H = 14 kOe của

các hợp kim vô định hình (Fe0,95M0,05)0,9Zr0,1 [93].

Hợp phần  TC (K)  Tpk (K) Smmax 

(J/kg.K) 

Fe0,9Zr0,1  237  232  1,05 

Fe0,891Ni0,009Zr0,1  255  247  1,1 

Fe0,882Ni0,018Zr0,1  275  263  1,15 

Fe0,873Ni0,027Zr0,1  288  272  1,2 

Fe0,855Al0,045Zr0,1  286  276  1,25 

Fe0,855Si0,045Zr0,1  303  292  1,25 

Fe0,855Ga0,045Zr0,1  315  300  1,25 

Fe0,855Ge0,045Zr0,1  310  298  1,25 

Fe0,855Sn0,045Zr0,1  315  307  1,25 

44

 

Hình 1.33. Các đường cong M(T) được đo trong từ trường 10 kOe (a) và Sm(T) trong biến

thiên từ trường 15 kOe (b) của hợp kim vô định hình Fe90-xMnxZr10 [101].

Bên cạnh đó, sự thêm vào của Mn cũng làm giảm đáng kể nhiệt độ chuyển pha của 

hợp kim vô định hình Fe80-xMnxZr10 (x = 4, 6, 8 và 10) [101]. Nhiệt độ TC gần như là giảm 

tuyến tính theo nồng độ Mn (hình 1.33a). Các phân tích chi tiết số liệu từ nhiệt đã cho thấy 

sự thêm vào của Mn dẫn đến làm tăng thăng giáng spin [101]. Như được quan sát thấy trong 

hình 1.33b, với từ trường thay đổi từ 0 tới 15 kOe, biến thiên entropy từ đạt được giá trị cực 

đại khoảng 1,19 J/kg.K đối với x = 4 tại 236 K. Khi nồng độ Mn tăng, Sm giảm xuống. 

Như vậy, Mn làm giảm cả nhiệt độ TC cũng như Sm của hợp kim. Tuy nhiên, dải nhiệt độ 

hoạt động của hợp kim lại tăng lên theo nồng độ Mn. So với các hợp kim chứa Gd, các đỉnh 

của đường cong Sm(T) của hợp kim này mở rộng hơn xung quanh nhiệt độ TC. 

Nhiệt độ TC và từ độ bão hòa ở nhiệt độ phòng (Ms) của hợp kim Fe89-xBxZr11 (x = 0 - 

10) lại tăng gần như tuyến tính với sự thêm vào của B [100]. Lực kháng từ giảm từ 13 Oe 

xuống tới 0,015 Oe với nồng độ B là 5% và tăng lên 0,063 Oe khi nồng độ B là 10%. Kết 

quả khảo sát MCE của hợp kim đã cho thấy khi nồng độ B tăng lên độ rộng của các đường 

cong Sm giảm. Tuy nhiên, biến thiên entropy từ cực đại lại tăng lên. Giá trị Smmax tăng từ 

1,3  J.kg-1.K-1  đối  với  mẫu  Fe89Zr11  tới  1,73  J.kg-1.K-1  cho  mẫu  Fe79Zr11B10.  Sự  tăng  của 

Smmax chủ yếu là do tính chất sắt từ tăng của hợp kim Fe-B-Zr với sự thêm vào của B. 

Một kết quả nghiên cứu khác cũng cho thấy B làm tăng TC của hợp kim vô định 

hình hình Fe90-xZr10Bx (x = 5, 10, 15 và 20) [34]. TC tăng đáng kể theo nồng độ B trong 

trường hợp nồng độ B thấp (x < 10). Điều này là do sự thêm một số lượng nhỏ của B vào  

45

hợp kim Fe-Zr  làm thay đổi khoảng 

cách giữa các nguyên tử, dẫn tới làm 

tăng mô men từ của Fe cũng như liên 

kết  trao  đổi  sắt  từ,  do  đó  nâng  cao 

nhiệt  độ  Curie.  Sự  phụ  thuộc  của 

biến  thiên  entropy  từ  vào  nhiệt  độ 

của các băng Fe90-xZr10Bx được chỉ ra 

trong hình 1.34. Biến thiên entropy từ 

cực đại  |Sm|max là khoảng 1,2; 1,47, 

1,3 và 1,02  J.kg-1.K-1  tương ứng khi 

nồng độ B tăng  từ 5  tới 20. Các giá 

trị  này  tương  đương  với  các  giá  trị 

của hệ băng vô định hình FeCoCrZrB [39] và FeCrMoCuGaPCB [40]. Sự  tồn tại của 

biến thiên entropy từ cực đại có thể được quy cho sự tăng mô men từ trung bình trên một 

nguyên tử Fe khi thêm vào một nồng độ vừa phải của B. 

Ảnh hưởng của các nguyên tố pha thêm Mn, Cr và Co  lên tính chất  từ của hệ 

băng vô định Fe85-xZr10B5My (M = Mn, Cr và Co) cũng đã được nghiên cứu [34]. Ta thấy 

rằng đỉnh biến thiên entropy từ dịch chuyển về phía nhiệt độ thấp khi Mn và Cr thay thế 

cho Fe, mà biểu thị rằng nhiệt độ TC của các mẫu giảm xuống, điều này là do tính phản 

sắt từ của Mn và Cr. Bên cạnh đó, liên kết AFM làm giảm từ độ bão hòa của các mẫu, 

tạo nên sự giảm nhẹ của biến thiên entropy từ cực đại với sự thay thế của Mn và Cr cho 

Fe (hình 1.35). Tuy nhiên, Co thay thế cho Fe trong Fe85-yZr10B5Coy làm các đỉnh biến 

thiên entropy dịch chuyển về phía nhiệt độ cao ( 400 K khi y = 5) với hiệu ứng MCE 

gần như không đổi (- Sm  1,1 J.kg-1.K-1), như được chỉ ra trong hình 1.35c. Ảnh hưởng 

này của Co có thể được giải thích do tương tác trao đổi Fe-Co lớn hơn tương tác cặp đôi 

Fe-Fe. Bởi vậy, hiệu ứng MCE với dải nhiệt độ hoạt động khá rộng ( 100 K) có thể thu 

được trong các băng Fe85-yZr10B5Coy. Đặc tính này rất phủ hợp cho các ứng dụng làm 

lạnh bằng từ trường ở dải nhiệt độ phòng.  

Hình 1.34. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy

từ vào nhiệt độ của băng hợp kim vô định hình

Fe90-xZr10Bx với H = 10 kOe [34].

46

Hình 1.35. Biến thiên entropy từ của các hệ băng vô định hình Fe85-yZr10B5Mny (a),

Fe85-yZr10B5Cry (b) và Fe85-yZr10B5Coy (c) với H = 10 kOe [34].  

Như vậy, hợp kim vô định hình nền Fe-Zr tuy có biến thiên entropy từ không 

cao so với hai hệ hợp kim Ni-Mn-Sn và La-Fe-Si, nhưng lại có khoảng nhiệt độ làm 

việc  rộng, dẫn  tới cho khả năng  làm  lạnh  lớn. Mỗi một nguyên  tố pha  thêm có ảnh 

hưởng khác nhau lên MCE của hợp kim vô định hình nền Fe-Zr. MCE của hợp kim 

này  có  thể  được  cải  thiện  và  điều  chỉnh  về  vùng  nhiệt  độ  phòng  với  một  nồng  độ 

nguyên tố pha thêm hợp lí.

1.6. Tóm tắt một số kết quả nghiên cứu về vật liệu từ nhiệt ở Việt Nam

Ở  Việt  Nam,  có  một  số  cơ  sở  nghiên  cứu  về  vật  liệu  từ  nhiệt,  điển  hình  là: 

Trường Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội và Viện Khoa học vật 

liệu. Nhiều hệ vật liệu từ nhiệt đã được các nhóm này nghiên cứu.  

47

* Nhóm Trung tâm Khoa học vật liệu, Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học

Quốc gia Hà Nội:

Nhóm đã nghiên  cứu  MCE  lần đầu  tiên  trên vật  liệu  Fe73,5Si13,5B9Nb3Cu1  [3]. 

Hợp kim Fe73,5Si13,5B9Nb3Cu1 có những đặc tính quan trọng của cho MCE: mô men từ 

cao, tính đồng nhất rất cao, có tính từ mềm rất tốt. Hệ vật liệu thứ hai được đưa ra sau 

họ Fe73,5Si13,5B9Nb3Cu1 là họ Fe78Si4Nb5B12Cu1. Hai hệ vật liệu này có nhiệt độ Curie 

khá cao. Sau đó, nhóm tác giả đã sử dụng nguyên tố Cr (một nguyên tố phản sắt từ) để 

thay  thế một phần cho Fe, nhằm thay đổi nhiệt độ TC của hệ Fe78-xCrxSi4Nb5B12Cu1. 

Việc  sử dụng Cr  thay  thế một phần Fe  sẽ  làm xuất hiện  tương  tác Fe  - Cr,  giảm đi 

tương tác Fe - Fe, do đó dẫn đến giảm nhiệt độ TC. Với việc thay thế Cr cho Fe, nhiệt 

độ Curie của hợp kim đã giảm đáng kể về nhiệt độ phòng mặc dù biến thiên entropy từ 

có giảm so với hợp kim Fe78Si4Nb5B12Cu1ban đầu [3]. Khả năng làm lạnh từ lớn nhất 

của hợp kim này đạt được khoảng gần 70 J.kg-1.

* Nhóm Bộ môn Nhiệt độ thấp, Đại học Khoa học tự nhiên, Đại học Quốc

gia Hà Nội:

Các kết quả nghiên cứu của nhóm đã góp phần chỉ  ra  rằng hiệu ứng  từ nhiệt 

khổng lồ liên hệ mật thiết với các chuyển pha cấu trúc, với các thay đổi hằng số mạng 

tinh thể tại nhiệt độ chuyển pha sắt từ - thuận từ trong các vật liệu thuộc họ hợp chất 

R5(SixGe1-x)4, hoặc với các chuyển martensite  - austenite  trong các vật  liệu nhớ hình 

thuộc nhóm Ni-Mn-Ga. Trong khi đó, ở các vật liệu nhóm (La1-yNdy)(Fe1-xSix)13, hiệu 

ứng từ nhiệt khổng lồ gắn với các chuyển pha từ giả bền điện tử linh động [56]. Hợp 

kim khối La(Fe0,88Si0,12)13 và La0,7Nd0,3(Fe0,88Si0,12)13 có giá trị biến thiên entropy từ cực 

đại tương ứng là 12,6 và 9,7 J.kg-1.K-1 tại 210 K và 215 K trong biến thiên từ trường 50 

kOe. Khả năng làm lạnh từ đạt được là 388 và 328 J.kg-1 (với ∆H = 50 kOe) tương ứng 

cho hợp kim La0,7Nd0,3(Fe0,88Si0,12)13 và La(Fe0,88Si0,12)13 [8]. 

* Nhóm Viện Khoa học vật liệu:

Nhóm  đã  nghiên  cứu  MCE  trên  một  số  hệ  vật  liệu  perovskite: 

La0,7Sr0,3Mn1−xM’xO3 (M’ = Al, Ti, Co) [102, 125]. Một số kết quả nghiên cứu được 

chỉ ra trong bảng 1.3. 

48

Bảng 1.3. Một số kết quả nghiên cứu MCE trên hệ vật liệu La0.7Sr0.3Mn1−xM’xO3

(M’ = Al, Ti, Co). 

Mẫu 

x, M’

TC (K)  -ΔSm  

(J.kg-1.K-1) 

(10 kOe) 

ΔTad (K) 

(10 kOe)  

-ΔSm  

(J.kg-1.K-1) 

(60 kOe) 

ΔTad  (K) 

(60 kOe) 

TLTK 

x = 0  364,5  1,64  1,01  5,25  3,33  [102] 

0,05; Al  332  0,95  0,58  4,01  2,49  [102] 

0,10; Al  310  0,61  0,36  3,01  1,79  [102] 

0,05; Ti  308  1,45  0,82  5,02  2,87  [102] 

0,05; Co  320  1,62        [125] 

0,1; Co  281  1,49        [125] 

Đáng chú ý là đề tài luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Hữu Đức đã được 

thực hiện gần đây. Tác giả này đã nghiên cứu về hiệu ứng từ nhiệt của các hệ hợp 

kim  Heusler  (dạng  khối):  CoMn1-xFexSi,  Ni0,5Mn0,5-xSnx,  Ni0,5Mn0,5-xSbx,  và  hợp 

kim nguội nhanh (dạng băng): Fe73,5-xMnxCu1Nb3Si13,5B9 và Fe90-xNixZr10 [2]. Một 

số kết quả nghiên cứu chính được chỉ ra dưới đây: 

    + Đối với hệ hợp kim CoMn1-xFexSi: Nhiệt độ chuyển pha TC của các mẫu 

này giảm theo nồng độ Fe thay thế. Mẫu x = 0 thể hiện hiệu ứng từ nhiệt âm, giá 

trị Smmax biến thiên entropy từ cực đại 0,65 J/kg.K với H = 12 kOe. 

+ Hệ Hợp kim khối Ni0,5Mn0,5-xSnx: Nhiệt độ chuyển pha TC của các mẫu 

này tăng theo nồng độ Sn. Riêng mẫu có x = 0,13, đã ủ cho cả hiệu ứng từ nhiệt 

dương và âm. Giá trị Smmax tương ứng với MCE âm đạt gần 1,9 J/kg.K trong từ 

trường 12 kOe tại 290 K.  

+ Hệ hợp kim khối Ni0,5Mn0,5-xSbx: Nhiệt độ chuyển pha TC của  các mẫu 

này tăng khi tăng nồng độ Sb. Biến thiên entropy từ cực đại trong từ trường biến 

thiên 12 kOe đạt được với mẫu có x = 0,2 là 0,98 J/(kg.K), cao gấp hai so với mẫu 

x = 0,3 là 0,45 J/(kg.K).  

+ Hệ băng hợp kim Fe73,5-xMnxCu1Nb3Si13,5B9: Nhiệt độ TC của các mẫu giảm 

mạnh khi nồng độ Mn tăng. Các mẫu đã ủ có dải nhiệt độ hoạt động là 130 K, các mẫu 

chưa ủ giá trị này chỉ là 70 K. Giá trị |∆Sm|max lớn nhất thu được là 1,07 J.kg-1.K-1. 

49

+ Hệ hợp kim vô định hình Fe90-xNixZr10: Nhiệt độ TC của hệ băng hợp kim 

tăng theo nồng độ Ni. MCE của hợp kim đã được nghiên cứu trong biến thiên từ 

trường 12 kOe. Giá trị biến thiên entropy đạt giá trị cực đại là 1,09 J.kg-1.K-1. Khả 

năng làm lạnh của các hợp kim khá lớn (RC > 70 J.kg với ΔH = 12 kOe).  

Kết luận chương 1

Hiệu ứng  từ nhiệt được quan  tâm nghiên cứu bởi chúng có  triển vọng ứng 

dụng trong lĩnh vực làm lạnh bằng từ trường. Các hợp kim Heusler nền Ni-Mn với 

khả năng cho hiệu ứng từ nhiệt lớn đồng thời với điện trở suất cao, có chuyển pha 

từ gắn với chuyển pha cấu trúc và giá thành rẻ, đã thu hút được nhiều nghiên cứu 

cho ứng dụng thực tế. Đáng chú ý, ta có thể thay đổi nhiệt độ chuyển pha từ của vật 

liệu này bằng cách thay đổi hợp phần và điều kiện công nghệ chế tạo (cách thức ủ 

nhiệt, nhiệt độ ủ). Một số mẫu của hệ hợp kim này cho cả hiệu ứng từ nhiệt dương 

và âm lớn ở vùng nhiệt độ phòng. 

Hợp  kim  nền  La(Fe,Si)13  có  cấu  trúc  loại  NaZn13  được  đặc  biệt  quan  tâm 

nghiên cứu bởi chúng có hiệu ứng từ nhiệt lớn (một số mẫu cho hiệu ứng từ nhiệt 

lớn hơn của cả Gd), giá  thành  thấp, không độc hại và độ dẫn nhiệt cao. Cho nên, 

chúng là một ứng cử viên sáng giá cho các chất làm lạnh từ. Tuy nhiên, nhược điểm 

của hợp kim La-Fe-Si là khó tạo pha mong muốn (pha có cấu trúc kiểu NaZn13) và 

có nhiệt độ hoạt động thấp (nhiệt độ Curie TC thấp). Để nâng cao nhiệt độ Curie TC 

của loại vật liệu này, các nhà nghiên cứu thường pha thêm Co thay thế cho Fe.  

Cấu trúc vô định hình đã tạo nên nhiều tính chất khác biệt cho hợp kim nền 

Fe-Zr so với hợp kim có cấu trúc tinh thể. Chúng có khả năng cho hiệu ứng từ nhiệt 

lớn ở từ trường nhỏ, có nhiệt độ chuyển pha từ dễ thay đổi, có dải nhiệt độ làm việc 

rộng, khả năng làm lạnh lớn,  tính trễ nhiệt và  trễ  từ hầu như rất nhỏ,  tính chất cơ 

học tốt, độ bền cao, dễ chế tạo và giá thành rẻ. Mặt khác, khi so sánh với các vật 

liệu từ nhiệt có hiệu ứng từ nhiệt lớn như kim loại Gd, hợp kim La(Fe,Si)13... hợp 

kim  vô  định  hình  nền  Fe-Zr  có  giá  trị  biến  thiên  entropy  từ Sm  nhỏ  hơn  nhưng 

khoảng nhiệt độ làm việc rộng dẫn đến giá trị RC lớn (cần thiết cho ứng dụng).

50

CHƯƠNG 2

CÁC KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM

2.1. Chế tạo mẫu 

2.1.1. Chế tạo mẫu khối 

    Các hệ mẫu được chế tạo trong luận án gồm: Ni50Mn50-xSnx (x = 11 - 15), 

LaFe13-x-ySixBy  (x  =  0  -  3,  y  =  0  -  3),  LaFe11-xCoxSi2  (x  =  0  -  4),  La1+xFe10,5-

xCoSi1,5 (x = 0 - 1,5), Fe90-xMxZr10 (M = Co, Gd và Dy, x = 0 - 15). Các hợp kim 

này  được  chế  tạo  từ  các 

nguyên  tố Ni, Mn, Sn, La, Si, 

B,  Co,  Fe,  Gd,  Dy  và  Zr  với 

độ  sạch  trên  99,9%.  Các 

nguyên  tố  sau  khi  được  cân 

đúng  hợp  phần  theo  nồng  độ 

phần  trăm  nguyên  tử  sẽ  được 

nấu  bằng  lò  hồ  quang.  Mỗi 

mẫu sẽ được nấu khoảng 5 - 6 

lần để đảm bảo các nguyên tố 

nóng chảy hoàn toàn và hòa trộn với nhau thành hợp kim đồng nhất. Sơ đồ khối 

của hệ nấu mẫu bằng hồ quang được biểu diễn trên hình 2.1. Hình 2.2  là ảnh của 

toàn bộ hệ nấu mẫu bằng hồ quang mà chúng tôi đã sử dụng. Thiết bị này đặt  tại 

Viện Khoa học vật  liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Đối với hệ Ni-Mn-Sn, theo như nghiên cứu trước đây đã khảo sát, Mn bị bay 

hơi trong quá trình nấu, nên chúng tôi đã tiến hành bù thêm 15% Mn để đảm bảo 

hợp kim tạo ra đúng theo yêu cầu. Toàn bộ quá trình chế tạo tiền hợp kim được thực 

hiện  trong môi  trường khí Ar để  tránh sự oxi hóa mẫu. Mẫu sau khi nấu được để 

nguội  theo  lò  rồi mới  lấy  ra. Sau đó, các  tiền hợp kim này được dùng để  tạo các 

mẫu băng bằng phương pháp phun băng nguội nhanh. 

 

Hình 2.1. Sơ đồ khối của hệ nấu hồ quang [1].

51

 

Hình 2.2. a) Ảnh hệ nấu hợp kim hồ quang: (1) bơm hút chân không, (2) buồng nấu

mẫu, (3) tủ điều khiển, (4) bình khí Ar, (5) nguồn điện; b) Ảnh bên trong buồng

nấu: (6) điện cực, (7) nồi nấu, (8) cần lật mẫu. 

2.1.2. Chế tạo mẫu băng

Sơ đồ khối của công nghệ nguội nhanh được mô tả trên hình 2.3. Trong luận 

án này, băng nguội nhanh được tạo bằng thiết bị ZKG-1 (hình 2.4) đặt tại Viện Khoa 

học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Vận tốc dài của trống 

quay trong thiết bị có thể thay đổi từ 5 đến 48 m/s. Khối lượng hợp kim tối đa mỗi lần 

phun là 100 g. Mức chân không của trạng thái khi làm việc cỡ 6,6.10-2 Pa. 

Hình 2.3. Sơ đồ khối của hệ phun băng nguội nhanh đơn trục.

52

1

2 3

(a) (b)

4

5

6

 

Hình 2.4. a) Thiết bị phun băng nguội nhanh ZGK-1:

(1) bơm hút chân không, (2) buồng mẫu, (3) nguồn phát cao tần;

b) bên trong buồng tạo băng: (4) trống quay, (5) vòng cao tần, (6) ống thạch anh. 

Đặt tiền hợp kim vào trong ống thạch anh có đường kính đầu vòi khoảng 0,5 

đến 1 mm và được đặt gần sát bề mặt  trống đồng. Hợp kim được  làm nóng chảy 

bằng dòng cảm ứng cao tần. Sau khi nóng chảy, hợp kim được nén bởi áp lực của 

dòng khí trơ Ar và chảy qua khe vòi, phun lên mặt trống đồng đang quay. Giọt hợp 

kim được giàn mỏng và bám lên mặt trống đồng trong thời gian Δt ≈ 10-3 - 10-2 s, 

trong  khoảng  thời  gian  này  nhiệt  độ  hợp  kim  giảm  từ  nhiệt  độ  nóng  chảy  xuống 

nhiệt độ phòng (ΔT ≈ 103 K). Tốc độ nguội R được tính theo công thức: 

R = ΔT/ Δt                                          (2.1) 

Tức là tốc độ làm nguội R khoảng 10-6  10-5 K/s 

Tốc  độ  làm  nguội  của  hợp  kim  được  thay  đổi  bằng  cách  điều  chỉnh  tốc  độ 

quay của trống đồng. Hợp kim lỏng bị đông cứng lại khi tiếp xúc với trống đồng, sau 

đó văng khỏi mặt trống. Nếu tốc độ làm nguội lớn, tức là tốc độ quay của trống đủ 

lớn, các mẫu băng thu được sẽ có cấu trúc vô định hình. Nếu tốc độ quay của trống 

không đủ nhanh thì các mẫu sẽ bị kết tinh một phần hoặc hoàn toàn. Trong luận án 

này, các băng đã được chế tạo với tốc độ dài của trống là 20 và 40 m/s. Quá trình tạo 

băng hợp kim được thực hiện trong môi trường khí Ar để tránh sự oxy hóa mẫu. 

53

Một  số  lưu ý khi  thực nghiệm. Buồng  tạo  băng phải  được vệ  sinh  sạch  sẽ 

trước khi phun băng. Tiền hợp kim được đánh sạch xỉ trước khi cho vào ống thạch 

anh. (đã được làm sạch bằng aceton hoặc cồn) có đầu vòi đường kính khoảng 0,5 

mm. Khoảng cách giữa đầu vòi và mặt trống quay là một yếu tố ảnh hưởng đến độ 

dày, độ rộng của băng do đó ảnh hưởng lên tính chất của băng nguội nhanh, thường 

khoảng cách này được chọn trong khoảng 1 - 10 mm. Để hợp kim nóng chảy có thể 

phun lên mặt trống đồng cần phải đẩy bằng dòng khí trơ từ phía sau ống, do đó phải 

chú ý đóng mở van xả khí này trong quá trình hút chân không và bơm khí trơ vào 

chuông để tránh không khí còn trong ống dẫn. Tùy thuộc vào tốc độ quay của trống 

và loại vật liệu, băng nguội nhanh có độ dày từ 15 m đến 60 m, chiều rộng cỡ vài 

chục mm.  

2.1.3. Xử lý nhiệt

  Quá trình ủ nhiệt nhằm mục đích tái kết tinh hình thành pha tinh thể có kích 

thước hạt mong muốn. Với mục đích khảo sát ảnh hưởng của quá trình ủ nhiệt lên 

cấu  trúc,  tính  chất  từ  và  hiệu  ứng  từ  nhiệt  của  các  mẫu,  các  hợp  kim  Heusler 

Ni50Mn50-xSnx (x = 11, 12, 13, 14 và 15) và La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0 và 0,5) sau khi 

phun băng xong được lấy một phần để ủ ở các nhiệt độ và thời gian khác nhau. Quá 

trình ủ nhiệt được thực hiện trên lò ống Thermolyne 21100 (hình 2.5) với chế độ điều 

khiển nhiệt độ tự động, tốc độ gia nhiệt 

tối  đa  đạt  50oC/phút.  Sự  ủ  nhiệt  được 

thực  hiện  trong  môi  trường  khí  Ar  để 

tránh sự oxi hoá. 

  Trong các thí nghiệm, chúng tôi 

đã  sử  dụng  phương  pháp  ủ  ngắt.  Mẫu 

được  đưa  ngay  vào  vùng  nhiệt  độ  đã 

được khảo  sát  theo  yêu cầu và được ủ 

trong  thời  gian  xác  định,  sau  đó  được 

lấy  ra và  làm nguội nhanh để  tránh sự  tạo các pha khác ở các nhiệt độ  trung gian. 

Thực tế, chúng tôi đã  thiết kế một ống inox có thể hút chân không, các mẫu cần ủ 

 

Hình 2.5. Lò ống Thermolyne 21100. 

54

nhiệt được đưa vào ống sau đó hút chân không và hút, xả khí Ar nhiều lần. Khi nhiệt 

độ của lò được ổn định ở giá trị mong muốn, ống được đưa vào lò sao cho vị trí của 

mẫu ứng với tâm lò. Sau một thời gian cần thiết đã được xác định thì lấy ống ra và 

làm nguội nhanh bằng nước.  

2.2. Các phương pháp nghiên cứu cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt

2.2.1. Phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ tia X

Trong luận án này chúng tôi phân tích các mẫu bằng nhiễu xạ bột (Powder 

X-ray diffraction). Để  tránh sự oxy hóa, các mẫu đã được chúng  tôi nghiền  trong 

cồn hoặc xăng. Mẫu sau khi nghiền có kích thước hạt khoảng vài chục m và các 

mặt phẳng tinh thể được định hướng ngẫu nhiên. Thiết bị thực hiện phép đo chúng 

tôi dùng là Siemens D5000 (hình 2.6), đặt tại phòng phân tích cấu trúc tia X thuộc 

Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Giản đồ 

nhiễu xạ của mỗi mẫu sẽ thể hiện các đặc trưng cơ bản về cấu trúc của mẫu đó. Qua 

giản đồ nhiễu xạ tia X ta có thể xác định được các đặc trưng cấu trúc của mạng tinh 

thể như: kiểu mạng, thành phần pha tinh thể, độ kết tinh và các hằng số mạng. Từ 

giản đồ XRD cũng có  thể đánh giá được độ VĐH và tỉ phần pha tinh thể của các 

mẫu với độ chính xác cỡ 1%. 

Hình 2.6. Thiết bị Siemen D5000.

2.2.2. Nghiên cứu tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt bằng phép đo từ trễ và từ nhiệt 

  Phép đo từ nhiệt và từ trễ được chúng tôi thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung 

(Vibrating Sample Magnetometer  - VSM). Nguyên  lý hoạt động của hệ đo này  là 

55

dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Mẫu cần đo được đặt trong từ trường ngoài do 

nam châm điện gây ra. Mômen từ của mẫu được xác định dựa vào suất điện động 

cảm ứng sinh ra do sự dịch chuyển tương đối giữa mẫu và cuộn dây, cụ thể trong 

trường hợp này  là mẫu  rung còn cuộn dây  đứng  yên. Khi mẫu  rung,  tức  là có  sự 

biến thiên từ thông qua cuộn dây sẽ làm xuất hiện suất điện động cảm ứng có giá trị 

hiệu dụng là:  

              E ~ NSm M                                                  (2.2) 

trong đó N là số vòng dây, Sm là tiết diện vòng dây và M là từ độ của mẫu. 

Độ lớn của suất điện động phụ thuộc vào mômen từ, tần số rung của mẫu và 

cấu hình của cuộn dây. Các tín hiệu thu được sẽ được khuếch đại, chuyển đổi, số 

hóa và cuối cùng hiển thị trên máy vi tính. Trong luận án này, chúng tôi dùng hệ đo 

VSM đặt  tại Viện Khoa học vật  liệu (hình 2.7). Hệ đo hoạt động trong khoảng từ 

trường từ -12 đến 12 kOe. Nhiệt độ của mẫu có thể thay đổi trong khoảng từ 77 K 

đến 1000 K. Độ nhạy của hệ vào cỡ 10-3 emu/g. 

  

(a) (b)

Hình 2.7. Hệ đo VSM: a) sơ đồ khối: (1) màng rung điện động, (2) giá đỡ hình nón,

(3) mẫu so sánh, (4) cuộn thu tín hiệu so sánh, (5) bệ đỡ, (6) cần giữ bình mẫu, (7)

bình chứa mẫu, (8) cuộn dây thu tín hiệu đo, (9) cực nam châm; b) ảnh chụp. 

56

Phép đo từ trễ và từ nhiệt của các mẫu còn được thực hiện trên hệ đo từ kế 

SQUID. Đầu đo SQUID (Superconducting Quantum Inteference Device) đơn giản 

là một vòng siêu dẫn có chứa một tiếp xúc Joshepson (tiếp xúc JJ). Tiếp xúc JJ là 

một  lớp cách điện mỏng  (cỡ 10A0) ngăn giữa hai  lớp siêu dẫn và  cho phép dòng 

điện xuyên ngầm qua (Is). Khi có tiếp xúc JJ, vòng dây siêu dẫn có thể cho từ thông 

đi qua từng phần, dòng điện trong vòng dây siêu dẫn sẽ tỉ lệ với lượng từ thông đi 

qua. Từ thông đi qua vòng dây siêu dẫn hay dòng điện trong vòng dây khi biến đổi 

một cách liên tục sẽ bị  lượng tử hoá, do đó phương pháp này cho phép đếm từng 

lượng tử từ thông. Mối liên hệ giữa từ thông và dòng điện trong vòng dây siêu dẫn:    

a s LI               (2.3) 

Trong đó:    là mật độ từ thông trong vòng dây siêu dẫn, a  là  từ  thông từ trường 

ngoài, L: độ cảm từ của vòng dây, Is: dòng điện trong vòng dây, LIs: thông lượng do 

dòng Is sinh ra. 

Hình 2.8. Sơ đồ khối của hệ đo SQUID.

  Sơ  đồ  khối  của  hệ  đo  SQUID  được  trình  bày  trên  hình  2.8.  Các  thiết  bị 

SQUID có độ nhạy rất cao, có thể đạt tới 10-9 emu/g ngay cả khi từ trường ngoài là 

90 kOe.  

 

Kết luận chương 2 

  Các phương pháp nấu hồ quang và phun băng nguội nhanh đã được dùng để 

chế tạo mẫu. Cấu trúc của các mẫu được khảo sát bằng phương pháp nhiễu xạ tia X. 

Các phép đo sự phụ thuộc của từ độ theo nhiệt độ, từ trường đã được thực hiện trên 

hệ đo từ kế mẫu rung và hệ đo từ kế SQUID, qua đó đã xác định được một số đại 

lượng đặc trưng cho tính chất từ và biến thiên entropy từ của các mẫu. 

Đầu đo

SQUID

Hệ thu

nhận dữ

liệu

Mạch

điều

khiển

điện tử

H

57

CHƯƠNG 3 

CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM

NGUỘI NHANH Ni-Mn-Sn

 

Hiệu ứng từ nhiệt khổng lồ trong các hợp kim Heusler Ni-Mn-Sn đã thu hút 

được  sự  quan  tâm  của  rất  nhiều  các  nhà  khoa  học  [45,  73,  139,  148].  Biến  thiên 

entropy từ, Sm, của loại vật liệu từ nhiệt này là khá lớn, nó có thể đạt 18,5 J.kg-1.K-1 

trong  từ  trường biến  thiên 50 kOe  [73]. Đặc biệt,  trong  loại vật  liệu này  thường 

xuất hiện cả hiệu ứng  từ nhiệt dương và hiệu ứng  từ nhiệt âm. Nhiệt độ chuyển 

pha của hệ hợp kim này có thể được điều khiển thông qua việc thay đổi nồng độ 

Sn và chế độ xử lý nhiệt. Tuy vậy, hợp kim Heusler Ni-Mn-Sn có cấu trúc và tính 

chất từ rất nhạy với hợp phần và các điều kiện chế tạo. Cũng như đã được đề cập 

đến trong phần tổng quan, việc sử dụng phương pháp phun băng nguội nhanh có 

thể  tạo được vật  liệu khá đơn pha,  thời gian ủ nhiệt ngắn hơn và cũng cải  thiện 

được các  tính chất MCE của vật  liệu [4, 91, 148]. Chính vì vậy,  trong phần này, 

chúng tôi nghiên cứu cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của các băng hợp 

kim Heusler Ni50Mn50-xSnx (x = 11-15) được chế tạo bằng phương pháp phun băng 

nguội nhanh và sau đó ủ nhiệt.  

3.1. Cấu trúc của hệ băng hợp kim Ni50Mn50-xSnx

Hợp kim Ni50Mn50-xSnx được phun băng với tốc độ v = 40 m/s. Đây là tốc 

độ lớn nhất của trống đồng. Với tốc độ phun băng này, chúng ta sẽ hạn chế được 

tối đa sự hình thành các pha tinh thể không mong muốn trong hợp kim. Các băng 

thu được có chiều dày khoảng 30 µm. Theo như nghiên cứu trước đây của tác giả 

Nguyễn Hữu Đức đã thực hiện cho mẫu khối [2], pha tinh thể Ni2MnSn không tồn 

tại trong các hợp kim có x < 11. Nhưng nếu nồng độ Sn quá lớn cũng làm phá vỡ 

cấu trúc của pha hợp kim Heusler Ni2MnSn. Bên cạnh đó, các mẫu khối hợp kim 

Ni50Mn50-xSnx cũng khá đơn pha Ni2SnMn khi được ủ ở 1123 K trong 5 h. Chính 

vì vậy, trong phần nghiên cứu này chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của Sn và 

chế độ xử lý nhiệt  lên cấu trúc của hệ băng hợp kim Ni50Mn50-xSnx với 11 ≤ x ≤ 

58

15. Hình 3.1. là giản đồ XRD của các mẫu băng hợp kim Ni50Mn50-xSnx trước và 

sau khi ủ nhiệt ở 1123 K trong 5 h. Kết quả cho thấy các băng trước khi ủ nhiệt 

đều xuất hiện hai đỉnh nhiễu xạ chính tương ứng với pha Ni2MnSn (cấu trúc  lập 

phương tâm mặt L21) và  tương đối giống nhau khi nồng độ Sn (x)  thay đổi. Các 

mẫu băng này khá là đơn pha Ni2MnSn so với các mẫu khối đã được nghiên cứu 

trước đây [2]. Đây chính là một ưu điểm của băng hợp kim so với hợp kim khối.  

Hình 3.1. Giản đồ XRD của băng hợp kim Ni50Mn50-xSnx: chưa ủ nhiệt (a) và ủ

nhiệt ở 1123 K trong 5 h (b), hình lồng trong hình (a) là giản đồ XRD của băng

hợp kim với góc 2 từ 60o tới 65.

Bên cạnh đó, chúng  ta cũng nhận  thấy các đỉnh nhiễu xạ của pha  tinh  thể 

chính (Ni2MnSn) dịch nhẹ về phía giá trị góc 2 thấp hơn khi nồng độ Sn tăng nhẹ 

(xem hình  lồng vào hình 3.1a). Điều này có nghĩa  là hằng số mạng của  tinh  thể 

thay đổi khi thay thế một phần Sn cho Mn. Sự thay đổi của hằng số mạng có thể 

dẫn  tới  sự  thay đổi  của  các  trật  tự  từ  trong hợp kim như được chỉ  ra ở mục 3.2 

dưới  đây.  Ảnh  hưởng  này  cũng  được  quan  sát  thấy  rất  rõ  trong  các  mẫu  khối 

Ni50Mn50-xSnx [2]. Hằng số mạng của pha Ni2MnSn tăng đáng kể theo nồng độ Sn 

[2].  Kết  quả  này  cũng  rất  phù  hợp  với  kết  quả  mà  Thorsten  và  cộng  sự  [73]  đã 

công bố trước đây trên hệ vật liệu này. Để khảo sát ảnh hưởng của Sn lên cấu trúc 

của  hợp  kim,  kích  thước  hạt  tinh  thể  của  các  mẫu  cũng  đã  được  xác  định  bằng 

cách sử dụng công thức Scherrer–Debye: 

59

            k

dcos( )

              (4.1) 

Trong  đó,  d:  kích  thước  hạt  tinh  thể,  k:  hệ  số  hình  dạng  và  bằng  0,9, :  bước 

sóng của tia X, : độ bán rộng của đỉnh nhiễu xạ, : góc Bragg. Kết quả cho thấy 

rằng kích thước của hạt tinh thể giảm từ 8,2 nm xuống 4,7 nm khi x tăng từ 13 

tới 15. Điều này sẽ ảnh hưởng tới tính chất từ và MCE của hợp kim như được chỉ 

ra dưới đây. 

Như  vậy,  các  băng  hợp  kim  trước  khi  ủ  nhiệt  khá  là  đơn  pha  Ni2MnSn. 

Với mục đích điều chỉnh chuyển pha  từ của hợp kim, chúng  tôi đã  tiến hảnh ủ 

nhiệt các mẫu. Kết quả nghiên cứu trước đây đã cho thấy, các mẫu khối thể hiện 

khá đơn pha sau khi được ủ nhiệt ở 1123 K  trong 5 h  [2]. Tuy nhiên, các mẫu 

băng sau khi được ủ nhiệt ở chế độ này lại thể hiện đa pha (hình 3.1b). Sau khi ủ 

ở 1123 K trong 5h, cấu trúc của tất cả các mẫu băng này khác biệt rõ rệt so với 

các mẫu chưa ủ nhiệt. Ngoài pha  tinh  thể Ni2MnSn, các pha  tinh  thể khác như 

Ni3Sn2 và Mn1,77Sn đã được hình thành. Số lượng và cường độ các đỉnh nhiễu xạ 

của các mẫu băng đã ủ nhiệt này phụ thuộc vào nồng độ Sn. Như vậy, ta có thể 

nhận thấy cấu trúc tinh thể của hệ hợp kim Ni50Mn50-xSnx phụ thuộc vào sự biến 

đổi về  tỷ phần các nguyên  tố  trong hợp kim. Chế độ xử  lý nhiệt  có ảnh hưởng 

lớn tới sự hình thành và phát triển pha tinh thể Ni2MnSn. Những sự thay đổi về 

cấu trúc sẽ ảnh hưởng trực tiếp tới nhiệt độ chuyển pha từ và hiệu ứng từ nhiệt 

của hợp kim. 

3.2. Tính chất từ của hợp kim Ni50Mn50-xSnx

Tính chất từ của các hợp kim được khảo sát bởi các phép đo từ độ trên các 

hệ  đo  VSM  và  SQUID.  Hình  3.2  biểu  diễn  các  đường  cong  từ  nhiệt  trong  từ 

trường  12  kOe  của  băng  hợp  kim  Ni50Mn50-xSnx  trước  và  sau  khi  ủ  nhiệt.  Khi 

chưa ủ nhiệt, chúng ta nhận thấy có sự xuất hiện của cả hai loại chuyển pha từ, 

chuyển pha từ loại một (FOPT) và chuyển pha từ loại hai (SOPT), trong các mẫu 

có x = 12, 13 và 14. Sự xuất hiện của FOPT là do sự tồn tại của chuyển pha cấu 

trúc  từ  martensite  sang  austenite  (M  -  A)  và  ngược  lại.  Nhiệt  độ  chuyển  pha 

60

martensite - austenite (TM-A) và biên độ của chuyển pha này phụ thuộc mạnh vào 

nồng độ Sn. Nhiệt độ TM-A của hợp kim giảm nhanh chóng từ 302 xuống 182 K 

bằng sự tăng lên 2% của nồng độ Sn (từ 12 lên 14%). Tuy vậy, chuyển pha này 

lại  không  được  quan  sát  thấy  ở  các  mẫu  với  nồng  độ  Sn  11  và  15%  trong  dải 

nhiệt độ từ 100 - 350 K. Như vậy, chuyển pha martensite - austenite là rất nhạy 

với nồng độ Sn trong hợp kim. Chuyển pha này tác động mạnh đến hiệu ứng từ 

nhiệt của hợp kim như được chỉ ra ở mục 3.3.  

100 200 300 400

0

20

40

60

80

100

M (

em

u/g

)

T (K)

x = 11

x = 12 x = 13

x = 14 x = 15

(a)100 200 300 4000

10

20

30

40

50

60

70

80

M (e

mu

/g)

T (K)

Chua u T

a = 1273 K, t

a = 15 p

Ta = 1273 K, t

a = 30 p

(b)

x = 13

 

100 200 300 4000

10

20

30

40

50

M (

em

u/g

)

T (K)

x = 13 x = 14 x = 15

(c) 

Hình 3.2. Các đường cong M(T) trong từ trường 12 kOe của băng hợp kim

Ni50Mn50-xSnx: chưa ủ nhiệt (a), ủ nhiệt tại 1273 K trong 15 phút và 30 phút (b) và

ủ tại 1123 K trong 5 h (c).

61

Sau khi ủ nhiệt tại 1273 K trong 15 và 30 phút, chuyển pha M - A vẫn tồn 

tại trong hợp kim (hình 3.2b). Bên cạnh đó, ta còn quan sát thấy nhiệt độ chuyển 

pha TM-A của mẫu  tăng sau khi ủ, và  tăng  theo  thời gian ủ. Như vậy, bằng cách 

tăng thời gian ủ nhiệt, TM-A của hợp kim đã dịch chuyển về gần nhiệt độ phòng và 

từ độ bị giảm xuống. Tuy nhiên, chuyển pha này không còn được quan sát  thấy 

sau khi được ủ nhiệt ở thời gian 5 h (hình 3.2c). Trong khi đó, chuyển pha FM – 

PM, xuất hiện gần 320 K,  là gần như không  thay đổi bởi quá  trình ủ nhiệt  này. 

Mặt  khác,  khi  so  sánh  với  kết  quả  nghiên  cứu  trước  đây  về  hợp  kim  khối  [2], 

chuyển pha M  - A chỉ xuất hiện  trong các mẫu khối với x = 0,13  -  0,15 khi đã 

được ủ nhiệt. Đây chính là điểm khác biệt của mẫu băng so với mẫu khối.  

 

Hình 3.3. Đường cong MZFC(T) và MFC(T) của các băng hợp kim Ni50Mn50-xSnx

được đo ở từ trường 150 Oe (a, b) và 12 kOe (c).

Hình  3.3  biểu  diễn  các  đường  từ  nhiệt  ZFC  và  FC,  MZFC(T)  và  MFC(T), 

của  băng  hợp  kim  Ni50Mn50-xSnx  (x  = 13  và  14)  khi  chưa  ủ  nhiệt.  Ở  từ  trường 

thấp 150 Oe, hình 3.3a và 3.3b cho thấy rõ đặc trưng của các mẫu với sự đồng 

tồn  tại chuyển pha cấu  trúc và chuyển pha  từ [68, 72, 73]. Từ các đường  từ độ 

62

phụ thuộc nhiệt độ này, chúng tôi đã xác định các nhiệt độ chuyển pha FM - PM 

của pha ausenite ( A

CT ) và nhiệt độ chuyển pha FM - PM của pha martensite ( M

CT ) 

cho  các  mẫu.  Để  dễ  mô  tả,  ta  kí  hiệu  nhiệt  độ  bắt  đầu  và  kết  thúc  của  pha 

austenite  là  A

sT và  A

fT .  Cả  hai  pha  martensite  và  austenite  có  thể  tồn  tại  (trong 

khoảng  A

sT đến  A

fT ) ở các hợp kim Ni50Mn50-xSnx với nồng độ Sn thích hợp. Hai 

pha này đều là FM. Tuy nhiên, pha martensite có tính FM yếu hơn. 

Nhìn chung, khi tăng nhiệt độ, nhiều mẫu hợp kim Ni50Mn50-xSnx thể hiện 

tính đa pha từ. Từ độ giảm đến mức tối thiểu tại nhiệt độ M

CT , sau đó bắt đầu tăng 

nhanh ở nhiệt độ  A

sT , sự gia  tăng này nhanh chóng dừng lại ở nhiệt độ  A

fT . Quá 

trình chuyển pha cuối cùng  là  từ FM sang PM xảy ra ở nhiệt độ Curie của pha 

austenite  A

CT . Với sự tăng lên của nhiệt độ, mẫu x = 13 thể hiện một chuyển pha 

tại  250 K, mà được biết là nhiệt độ Curie của pha martensit  M

CT  [128]. Chuyển 

pha này không xuất hiện trong mẫu x = 14, bởi vì trong mẫu này pha austenite là 

thống  trị.  Chuyển  pha  loại  một  martensite  -  austennite  xuất  hiện  trong  cả  hai 

mẫu, với TM-A = 255 K cho mẫu x = 13 và TM-A = 182 K cho mẫu x = 14. Sự dịch 

chuyển nhiệt độ TM-A xuống dưới nhiệt độ thấp hơn của mẫu x = 14 là phù hợp 

với các quan sát trước cho rằng đóng góp của sự thêm vào Sn (tăng nồng độ) làm 

phát triển pha austenite, cuối cùng dẫn tới sự biến mất hoàn toàn của chuyển pha 

M - A khi x > 18  [68, 72]. Sự chia  tách giữa MFC(T) và MZFC(T) xuất hiện  tại 

nhiệt độ 235 K (<  M

CT ) đối với mẫu x = 13 và 178 K (< TM-A) với x = 14. Mức độ 

chia tách này tăng khi nồng độ Sn giảm, ở đó pha martensit là thống trị [72]. Mặt 

khác, sự đồng tồn tại của các tương tác FM và AFM, và/hoặc các đám FM trong 

các hợp kim Ni50Mn50-xSnx có thể tạo ra các trạng thái trật tự sắt từ tương tác gần 

trong pha mactensit mà được biểu  lộ ở  sự phân  tách của FC  - ZFC  trên đường 

cong  từ nhiệt [68, 72]. Khi T > TM-A, một chuyển pha FM - PM ( A

CT ) xuất hiện 

trong  pha  austenite.  Các  giá  trị  A

CT   được  xác  định  từ  giá  trị  cực  tiểu  của  các 

đường dM/dT là 302 K cho x = 13 và 310 K cho x = 14. Chú ý rằng, có một gò 

63

nhô  lên được đánh dấu bởi dấu *  trong hình 3.3  có  thể  liên quan  tới  sự không 

đồng đều trong cấu trúc tinh thể hoặc liên quan tới sự có mặt của các đám FM, 

mà  thường  chỉ  có  trong  các  băng  Ni50Mn50-xSnx  xung  quanh  nhiệt  độ  bắt  đầu 

chuyển sang martensite [72]. Đặc tính này chỉ được quan sát thấy trong các băng 

Ni50Mn50-xSnx khi được đo trong các từ  trường thấp nhưng không xuất hiện khi 

từ trường trở nên đủ cao (xem hình 3.3c, đường cong MFC(T) khi H = 12 kOe). 

3.3. Hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Ni50Mn50-xSnx

Để nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Sn lên hiệu ứng từ nhiệt của hệ hợp 

kim Ni50Mn50-xSnx trong biến thiên từ trường 12 kOe, chúng tôi đã tiến hành đo một 

loạt các đường từ nhiệt ở các từ trường khác nhau (hình 3.4). Từ các đường cong từ 

nhiệt của các mẫu băng hợp kim trong các từ trường khác nhau, chúng tôi suy ra sự 

phụ thuộc của từ độ vào từ trường, M(H), ở các nhiệt độ khác nhau (hình 3.5). Các 

nghiên cứu trước đây đã cho thấy rằng những số liệu lấy từ các đường cong từ hóa 

ban đầu được đo trực tiếp và các số liệu lấy ra từ các đường cong từ nhiệt được đo ở 

các từ trường khác nhau là hoàn toàn trùng khớp [2, 25]. Và độ biến thiên entropy 

từ Sm được xác định từ các số liệu M(H) bằng cách sử dụng phương trình (1.7).  

0

10

20

30

40

50

60

100 150 200 250 300 350 400 450

12 kOe5 kOe10 kOe2 kOe1 kOe700 Oe500 Oe300 Oe200 Oe70 Oe100 Oe50 Oe30 Oe20 Oe

M (

em

u.g

-1)

T (K)(a)

   

100 200 300 4000

10

20

30

40

M (

em

u.g

-1)

T (K)

12 kOe 10 kOe 5 kOe 2 kOe 1 kOe 700 Oe 500 Oe 300 Oe 200 Oe 100 Oe 70 Oe 50 Oe 30 Oe 20 Oe

 

Hình 3.4. Các đường cong M(T) của các băng hợp kim Ni50Mn37Sn13 trước khi ủ

nhiệt (a) và sau ủ nhiệt tại 1273 K trong 15 phút (b) được đo trong các từ trường

khác nhau.

(b)

64

0

10

20

30

40

32 9 K

294 K

269 K

T

= 5

K

M (e

mu

/g)

H (kOe)

T

= 2

K

289 K

0 5 10 150

 

Hình 3.5. Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường tại các nhiệt độ khác nhau của băng hợp

kim Ni50Mn37Sn3 trước khi ủ nhiệt (a) 

250 275 300 325

-2

0

2

4

6

S

m (J

.kg

-1.K

-1)

T (K)

Chua u T

a= 1273 K,

ta = 15 p

 

Hình 3.6. Các đường cong Sm(T) trong biến thiên từ trường 12 kOe của mẫu băng

Ni50Mn37Sn3 trước và sau khi ủ nhiệt tại 1273 K trong 15 phút.

Các đường cong Sm(T) với H = 12 kOe của mẫu Ni50Mn37Sn13 trước và 

sau khi ủ nhiệt tại 1273 K trong 15 phút được trình bày trên hình 3.6. Các đường 

Sm(T) của cả hai mẫu đều có hai cực trị ngược dấu nhau. Một cực trị tương ứng 

với hiệu ứng từ nhiệt dương và một ứng với hiệu ứng từ nhiệt âm. MCE âm (Sm 

65

> 0) tương ứng với chuyển pha loại một và MCE dương (Sm < 0) tương ứng với 

chuyển  pha  loại  hai  trong  vật  liệu.  Biến  thiên  entropy  từ  cực  đại  dương  và  âm 

tương ứng là |Sm|max = 5,7 J.kg-1.K-1 và |-Sm|max = 1,4 J.kg-1.K-1 đối với mẫu chưa 

ủ nhiệt, |Sm|max = 5,2 J.kg-1.K-1 và |-Sm|max = 1,9 J.kg-1.K-1 (với H = 12 kOe) đối 

với mẫu đã ủ nhiệt. Các giá trị |Sm|max này lớn hơn giá trị của hợp kim khối Ni-

Mn-Sn một cách tương ứng là  |Sm|max = 1,9 J.kg-1.K-1 và  |-Sm|max = 1,38 J.kg-

1.K-1 đã được nghiên cứu trước đây [2]. Điều này chứng tỏ MCE trong các mẫu 

băng hợp kim đã được cải thiện đáng kể so với mẫu khối. Cần chú ý rằng với chế 

độ ủ nhiệt thích hợp, cả biến thiên entropy từ cực đại và dải nhiệt độ hoạt động 

của  hợp  kim  có  thể  điều  chỉnh  về  vùng  nhiệt  độ  phòng.  Có  thể  quan  sát  thấy 

trong hình 3.6, bằng cách ủ nhiệt tại 1273 K trong 15 phút, biến thiên entropy từ 

dương cực đại của băng hợp kim Ni50Mn37Sn13 dịch chuyển từ  265 tới  285 K 

và biến thiên entropy từ cực đại âm của mẫu này, xuất hiện tại  310 K, tăng từ 

1,4 tới 1,9 J.kg-1.K-1. Độ bán rộng của đường cong biến thiên entropy từ âm của 

các mẫu băng  là khá  lớn  (> 20 K). Cả hiệu ứng  từ nhiệt dương và  âm của  các 

mẫu băng xảy ra gần vùng nhiệt độ phòng. Như vậy, có thể kết hợp tất cả MCE 

dương và MCE âm của vật liệu cho ứng dụng làm lạnh bằng từ trường tại nhiệt 

độ phòng. Bên cạnh đó, ảnh hưởng của các điều kiện ủ lên hiệu ứng từ nhiệt của 

các băng Ni-Mn-Sn cần phải khảo  sát  hơn nữa để  thu được  sự  tối ưu  của hiệu 

ứng này cho các ứng dụng thực tế.   

Để tiếp tục nghiên cứu MCE trong các mẫu Ni50Mn50-xSnx (x = 13 và 14) 

trong các biến thiên từ trường khác nhau, các đường đẳng nhiệt, M(H), đã được 

đo xung quanh nhiệt độ chuyển pha trong các biến thiên từ trường khác nhau lên 

tới 50 kOe (hình 3.7). Quan sát trên hình 3.7a, trong vùng nhiệt độ từ 250 tới 258 

K,  ta  nhận  thấy  có  một  sự  tăng  đột  ngột  của  từ  độ  trong  các  đường  M(H)  tại  từ 

trường  38 kOe, phù hợp với chuyển pha M - A [68, 72, 73]. Mẫu x = 14 cũng có 

biểu hiện giống như vậy (các đường M(H) tại 160, 166 và 170 K trong hình 3.7b) 

xảy ra tại từ trường  45 kOe. Bên cạnh đó, chúng ta cần chú ý rằng các giá trị của 

từ độ bão hòa (Ms)  trong pha sắt  từ austenite của mẫu x = 14 (Ms  80 emu/g) 

66

lớn  hơn  khá  nhiều  so  với  x  =  13  (Ms   55  emu/g).  Từ  các  đường  cong  M(H) 

được biểu diễn trong hình 3.7, Sm của các mẫu Ni50Mn50-xSnx (x = 13 và 14) đã 

được tính toán bằng cách sử dụng phương trình (1.7). 

 

Hình 3.7. Các đường cong M(H) của các băng hợp kim x = 13 (a) và x = 14 (b) đo

tại các nhiệt độ khác nhau.

Hình 3.8 biểu diễn các đường cong Sm(T) của các mẫu x = 13 và 14 khi 

biến thiên từ trường lên tới 50 kOe. Chúng ta có thể quan sát thấy sự xuất hiện 

hiệu ứng từ nhiệt dương và âm trong cả hai mẫu hợp kim. Các giá  trị Sm tăng 

theo  từ  trường. Khi H = 50 kOe, biến  thiên entropy  từ cực đại  Smmax  tương 

ứng với MCE âm là 22 J.kg-1.K-1 và 20 J.kg-1.K-1 tại TM-A = 255 K và 165 K lần 

lượt cho x = 13 và 14. Các giá  trị này  lớn hơn của hợp kim khối Ni50Mn37Sn13 

(Smmax    18  J.kg-1.K-1)  [73,  128]  hoặc  Gd5Si2Ge2  (|Sm|max    19  J.kg-1.K-1) 

[49]. Tuy nhiên, các giá trị Smmax chỉ duy trì ở một dải nhiệt độ hẹp (TFWHM  

5 K) do bản chất của chuyển pha loại một M - A. Do vậy, các giá trị RC tương 

đối nhỏ, như được chỉ ra dưới đây.    

67

 

Hình 3.8. Các đường cong Sm(T) của các băng Ni50Mn50-xSnx với x = 13 (a) và x

= 14 (b) trong biến thiên từ trường lên tới 50 kOe. Hình lồng trong mỗi hình

tương ứng với sự phụ thuộc vào từ trường của RC xung quanh nhiệt độ chuyển

pha TM-A và TCA. 

Đối với trường hợp của MCE dương, cực tiểu của đường cong Sm(T) xuất 

hiện  tại  A

CT  cho cả hai mẫu. Khi H = 50 kOe,  |-Sm|max  chỉ đạt  cỡ 4  J.kg-1.K-1, 

nhưng các đường cong Sm(T) mở rộng hơn, do bản chất của SOPT. Bên cạnh đó, 

ta còn quan sát  thấy mẫu x = 13 xuất hiện một đỉnh entropy từ âm  |-Sm|max  1 

68

J/kg.K khi H = 50 kOe tại 225 K (đặc trưng cho chuyển pha từ tại nhiệt độ Curie 

của pha martensite).  

Khả  năng  làm  lạnh  từ  RC  phụ  thuộc  vào  biến  thiên  từ  trường H  xung 

quanh TM-A và  A

CT  được biểu diễn trong hình lồng trong hình 3.7. Chúng ta có thể 

nhận thấy RC tăng theo nồng độ Sn. Đặc biệt là ở xung quanh  A

CT , RC tăng từ  

160 J.kg-1 (với x = 13) lên  270 J.kg-1 (với x = 14) trong biến thiên từ trường 50 

kOe. Một điều đáng lưu ý, ở từ trường 50 kOe, mẫu x = 13 có biến thiên entropy 

từ tại TM-A (Smmax  22 J.kg-1.K-1) lớn gấp hơn năm lần so với tại  A

CT  (-Smmax 

  4 J.kg-1.K-1), nhưng lại có RC chỉ bằng một nửa (RC  75 J.kg-1 xung quanh TM-A 

và    160  J.kg-1  xung  quanh  A

CT ).  Một  cách  tương  tự,  mẫu  x  =  14  có  RC  xung 

quanh  A

CT  (RC  270 J.kg-1) lớn gấp hơn bốn lần tại TM-A (RC  65 J.kg-1). Như 

vậy,  sự  mở  rộng  của  các  đường  cong Sm(T)  xung  quanh  A

CT ,  do  bản  chất  của 

SOPT, đã làm tăng đáng kể RC của vật liệu.  

3.4. Chuyển pha và các tham số tới hạn của hợp kim Ni50Mn50-xSnx

  Để hiểu rõ hơn sự khác nhau về độ lớn của MCE được xác định xung quanh 

các nhiệt độ chuyển pha trong hợp kim Heusler Ni50Mn50-xSnx, chúng tôi đã khảo 

sát các biểu hiện tới hạn của chúng ở gần các nhiệt độ chuyển pha này. Hiện tại, 

rất khó để phân tích các biểu hiện tới hạn của chuyển pha loại hai martensite của 

mẫu băng Ni50Mn50-xSnx (x = 13), khi trạng thái FM và AFM cùng tồn tại, và gần 

chuyển pha M - A. Đối với chuyển pha austenite, các biểu hiện tới hạn trong vùng 

A

CT  được đặc trưng bởi các tham số tới hạn ,  và , tương ứng với sự phụ thuộc 

của  từ  độ  tự  phát  vào  nhiệt  độ  MS(T)  ở  T <  TC,  sự  phụ  thuộc  vào  nhiệt  độ  của 

nghịch đảo của độ cảm từ ban đầu 0-1(T) ở T > TC, và từ độ phụ thuộc từ trường 

M(H) tại T = TC. Theo lý thuyết, các hệ thức này được biểu diễn theo các hệ thức 

(1.14), (1.15) và (1.16) [121]. Thêm vào đó, trong vùng tới hạn, các giả thiết thống 

kê [121] tiên đoán rằng từ độ là một hàm phụ thuộc vào từ trường H và nhiệt độ 

rút gọn  = (T -  A

CT )/ A

CT  theo phương trình (1.18).  

69

 

Hình 3.9. Các dữ liệu Ms(T) và 1

o T( ) và các đường đã được làm khớp theo các

phương trình (1.14) và (1.16), và theo giả thuyết thống kê (1.18) của hợp kim

Ni50Mn50-xSnx với x = 13 (a, b) và x = 14 (c, d).

Từ độ  từ phát MS(T) và nghịch đảo của độ cảm  từ ban đầu  1

o T( ) của vật 

liệu có thể thu được bằng cách làm khớp tuyến tính các đường Arrot tại từ trường 

cao [10]. Từ giao điểm của các đường thẳng làm khớp với các trục M2 và H/M, ta có 

thể xác định được từ độ tự phát và nghịch đảo độ cảm từ ban đầu tại các nhiệt độ 

khác nhau. Bằng cách làm khớp các số liệu MS(T) và 0-1(T) theo các hệ thức (1.14) 

và (1.16), chúng ta thu được các tham số tới hạn ,  và  A

CT . Đối với mẫu x = 13, các 

giá trị tới hạn đã được xác định:  = 0,385  0,035 và  A

CT  = 303,4  0,6 K từ việc 

làm khớp các dữ liệu MS(T) theo phương trình (1.14), và  = 1,083  0,060 và  A

CT  = 303,9 

 0,3 K từ việc làm khớp các dữ liệu 0-1(T) theo phương trình (1.16) đã được xác 

70

định (hình 3.9a). Giá trị trung bình  A

CT  của chúng 303,6 K sẽ được sử dụng cho các 

phân tích về sau. Với các tham số tới hạn này, việc vẽ các đường M/ theo H/+ 

cho thấy các dữ liệu M(H) sẽ ngả về hai phía của đường cong, một tương ứng với 

nhiệt độ dưới  A

CT  (nhánh  f, tương ứng với pha FM) và nhánh khác tương ứng với 

nhiệt độ trên  A

CT  (nhánh  f, tương ứng với pha PM) (hình 3.9b). Phân tích tương tự 

được thực hiện cho mẫu x = 14. Như được chỉ ra trong hình 3.9c và 3.9d, mẫu này 

có  = 0,496  0,015,  = 1,2024  0,059, và  A

CT  = 304,5 K (đã lấy trung bình từ hai 

phép làm khớp). Sử dụng hệ thức Widom (1.17), chúng ta thu được các giá trị  là 

3,82 và 3,01 tương ứng với x = 13 và 14. Giá trị này gần với các giá trị thu được từ 

việc làm khớp các đường từ hóa đẳng nhiệt tại nhiệt độ T   A

CT  theo phương trình 

(1.15). Việc tính các tham số tới hạn theo các phương trình (1.14), (1.15) và (1.16), 

và kiểm tra lại theo giả thuyết thống kê (phương trình (1.18)) đã chứng tỏ tính chính 

xác của các giá trị A

CT ,  và  thu được trong công việc thực nghiệm của chúng tôi. 

So sánh với các kết quả thu được từ các mô hình tiêu chuẩn, bao gồm thuyết 

trường trung bình (MFT), mô hình Heisenberg 3D và mô hình Ising 3D (bảng 1.1) 

[121],  chúng  tôi  nhận  thấy  rằng các giá  trị    thu  được  từ  các  mẫu  băng này  (  = 

1,083  và  1,024  tương  ứng  cho  x  =  13  và  14)  là  rất  gần  với  mô  hình  MFT.  Tuy 

nhiên, trong khi giá trị  cho x = 13 là gần với giá trị của mô hình Heisenberg 3D 

thì giá trị  của mẫu x = 14 gần với MFT. Điều này thể hiện sự tồn tại của trật tự sắt 

từ tương tác gần trong mẫu x = 13, nhưng lại tồn tại trật tự sắt từ tương tác xa trong 

mẫu x = 14 khi T <  A

CT . Sự xuất hiện của trật tự FM tương tác gần trong mẫu x = 13 

là hợp lí, do sự đồng tại của các tương tác FM/AFM tương ứng với pha martensite 

và chuyển pha M - A [68, 73]. Kết quả này được thể hiện bởi sự lệch nhỏ của các 

dữ liệu Ms(T) xung quanh 294 K khỏi đường làm khớp (hình 3.9a) và sự phân tán 

của một vài điểm dữ liệu M(H) tại nhiệt độ T <  A

CT  trên nhánh  f (hình 3.9b). Đối 

với mẫu x = 14, pha austenite có ưu thế hơn pha martensite, vì vậy tồn tại trật tự FM 

tương tác xa. Như vậy, sự biến đổi của các trật tự FM từ tương tác gần sang tương 

71

tác xa trong băng hợp kim Ni50Mn50-xSnx thay đổi khi x từ 13 tới 14 làm giảm nhẹ 

Sm nhưng lại làm tăng đáng kể RC tại cùng một từ trường.    

 

Kết luận chương 3

  Tóm lại, chúng tôi đã nghiên cứu một cách hệ thống cấu trúc, tính chất từ, hiệu 

ứng từ nhiệt và các tham số tới hạn trong các băng hợp kim Ni50Mn50-xSnx. Các mẫu 

trước khi ủ nhiệt đều xuất hiện các đỉnh nhiễu xạ tương ứng với pha cấu trúc Heusler 

đầy đủ Ni2MnSn. Chuyển pha từ gắn với chuyển pha cấu trúc của hợp kim được quan 

sát thấy tại dải hẹp của nồng độ Sn (x = 12 - 14) và có thể được điều chỉnh bởi chế độ ủ 

nhiệt. Một số mẫu hợp kim cho cả GMCE âm và dương lớn (|Sm|max > 5,2 J.kg-1.K-1 và 

|-Sm|max > 1,4 J.kg-1.K-1 với H = 12 kOe). Đặc biệt là GMCE âm với giá trị biến thiên 

entropy dương rất cao. Tuy nhiên, giá trị này chỉ duy trì trong một dải nhiệt độ hẹp, do 

bản chất của chuyển pha loại một. GMCE dương với giá trị ∆Sm nhỏ hơn, nhưng lại có 

đường cong ∆Sm(T) mở  rộng hơn xung quanh nhiệt độ  chuyển pha, vì vậy  cho khả 

năng làm lạnh từ lớn. Sự thêm vào của Sn đã làm thay đổi trật tự tương tác sắt từ trong 

pha austenite của hợp kim Ni50Mn50-xSnx, từ trật tự sắt từ tương tác gần (x = 13) sang 

trật tự sắt từ tương tác xa (x = 14). 

72

CHƯƠNG 4

CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM

NGUỘI NHANH La-(Fe,Co)-(Si,B)

Như  đã  nói  trong  phần  tổng  quan,  hiệu  ứng  từ  nhiệt  lớn  xảy  ra  ở  các  vùng 

chuyển pha từ và phụ thuộc vào đặc tính của chuyển pha từ (nhiệt độ, biên độ và độ 

rộng chuyển pha). Trong số các vật  liệu có hiệu ứng  từ nhiệt  lớn, các nguyên tố đất 

hiếm và hợp chất của chúng được coi là một loại vật liệu tốt nhất bởi các mô men từ 

lớn  của  chúng.  Kim  loại  Gd  tinh  khiết  có  hiệu  ứng  từ  nhiệt  lớn  nhất  liên  quan  tới 

chuyển pha loại hai (|Sm|max = 9,8 J/kg.K với ∆H = 50 kOe tại TC = 293 K [108]). Hợp 

kim Gd5Si2Ge2, dựa trên chuyển pha loại một, có |Sm|max = 18,5 J/kg.K với ∆H = 50 

kOe [109]. Tuy nhiên, Gd có giá thành rất đắt do khan hiếm nguyên liệu cùng với công 

nghệ chế tạo khắt khe. Mặt khác, các hợp kim chứa Gd cũng còn chưa thỏa đáng cho 

một số yêu cầu khác như độ bền, độ dẫn nhiệt... 

Các hợp kim nền La-Fe với cấu trúc loại NaZn13 là vật liệu tiềm năng cho sự 

làm lạnh bằng từ trường do chúng có từ độ bão hòa cao, giá thành thấp, không độc hại 

và độ dẫn nhiệt cao [82, 144]. Bên cạnh đó, một số băng hợp kim nền La-Fe còn có 

MCE cao hơn nhiều so với của Gd tinh khiết (ví dụ như LaFe11,8Si1,2 có (|Sm|max = 31 

J/kg.K với ∆H = 50 kOe) [144]. Tuy nhiên, nhược điểm của hợp kim nền La-Fe là khó 

tạo pha mong muốn, pha có cấu trúc kiểu NaZn13 (1:13), và có nhiệt độ hoạt động thấp 

(nhiệt độ Curie TC thấp). Để nâng cao nhiệt độ TC của loại vật liệu này, các nhà nghiên 

cứu  thường pha  thay  thế Co cho Fe. Pha cấu  trúc  loại NaZn13 có  thể dễ dàng  tạo  ra 

được hơn bằng cách tăng nồng độ Si và/hoặc thêm vào một lượng La thích hợp [64, 

83]. Một vấn đề khác đó là để phát triển pha loại NaZn13 trong hợp kim khối luôn luôn 

đòi hỏi một chế độ ủ nhiệt rất dài (hơn 15 ngày) [43, 59]. Trong khi đó, phương pháp 

phun băng nguội nhanh đã được sử dụng để chế tạo các băng hợp kim La-Fe-Si, làm 

rút ngắn thời gian hình thành pha loại NaZn13 [143, 144]. Chính vì vậy, trong chương 

này, chúng tôi nghiên cứu cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của các hợp kim 

La-(Fe,Co)-(Si,B) chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh. 

4.1. Cấu trúc, tính ch

Các mẫu băng h

tốc độ v = 40 m/s, với đ

đồng. Với tốc độ phun băng này, chúng ta s

pha tinh thể không mong mu

(a)

        (c) 

Hình 4.1. Giản đồ XRD c

3) v

Hình 4.1 là giả

- 3 và y = 0 - 3). Kết qu

trúc của hợp kim. Khả

73

u trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim LaFe

u băng hợp kim LaFe13-x-ySixBy (x = 0-3 và y = 0

i độ dày băng khoảng 25 m. Đây là tốc đ

phun băng này, chúng ta sẽ hạn chế được tối đa s

không mong muốn trong hợp kim.  

 

(a)                      (b) 

 

                                       (d)

XRD của các mẫu băng hợp kim LaFe13-x-ySixBy

3) với x = 0 (a), x = 1 (b), x = 2 (c), x = 3 (d).

ản đồ XRD của các mẫu băng hợp kim LaFe

t quả cho thấy rõ ràng Si và B có ảnh hư

ả năng tạo trạng thái vô định hình của h

p kim LaFe13-x-ySixBy

3 và y = 0 - 3) được phun với 

c độ lớn nhất của trống 

i đa sự hình thành các 

 

 

 

(d) 

(x = 0 ÷ 3 và y = 0 ÷

i x = 0 (a), x = 1 (b), x = 2 (c), x = 3 (d).

kim LaFe13-x-ySixBy (x = 0 

nh hưởng rất lớn đến cấu 

a hợp kim tăng lên khi 

74

nồng độ B tăng. Với x = 0 và 1, các mẫu chỉ xuất hiện duy nhất pha -Fe, pha vô 

định hình chiếm ưu thế. Khi nồng độ Si tăng từ 0 tới 2, khả năng hình thành pha 

loại NaZn13 tăng dần lên. Đặc biệt là ở mẫu với x = 2 và y = 0, ta nhận thấy các 

pha  hình  thành  trong mẫu  này  chủ  yếu  là  pha  loại  NaZn13.  Đây  là  một  pha  rất 

quan trọng, giúp cải thiện rất lớn tính chất từ và hiệu ứng nhiệt của hợp kim. Tuy 

nhiên, khi x = 3, pha NaZn13 bị mất dần và được thay thế vào đó là các pha khác. 

Bên cạnh đó, chúng ta cũng nhận thấy ở các mẫu với nồng độ Si là 3 (hình 4.1d), 

các mẫu hợp kim LaFe10-yBySi3 (y = 1, 2 và 3), các đỉnh nhiễu xạ tương ứng với 

các pha tinh thể Fe5SiB2, Fe9LaSi4 và Fe3B được quan sát thấy trong các mẫu với 

y = 1 và 2. Tuy nhiên, các đỉnh nhiễu xạ này là khá nhỏ do sự thống trị của pha 

vô định hình. Đặc biệt, ở mẫu x = 3 và y = 3, chỉ có đỉnh nhiễu xạ với cường độ 

yếu tương ứng với pha α-Fe. Điều này có nghĩa rằng mẫu này hầu như là vô định 

hình. Như vậy, các tính chất từ và MCE ở trong các mẫu hợp kim LaFe10-yBySi3 

chủ yếu do pha vô định hình quyết định. 

Hình 4.2 là các đường cong từ nhiệt M(T) của hệ băng hợp kim LaFe13-x-

ySixBy (x = 0 - 3 và y = 0 - 3) được đo với từ trường H = 12 kOe. Ta nhận thấy 

rằng dáng điệu của đường cong từ nhiệt cũng như các giá trị nhiệt độ chuyển pha 

Curie TC và từ độ bão hòa Ms của các mẫu phụ thuộc rất nhiều vào nồng độ Si và 

B.  Phần  lớn  các  đường  cong  từ  nhiệt  của  các  mẫu  thể  hiện  tính  đa  pha  từ.  Ở 

những  mẫu  này,  từ  độ  đều  không  giảm  về  0  khi  qua  nhiệt  độ  chuyển  pha  TC. 

Ngoại trừ, một số mẫu mà có cấu trúc gần như vô định hình thì từ độ giảm về 0 

khi qua điểm chuyển pha. Ở hầu hết các mẫu đều xuất hiện hai nhiệt độ chuyển 

pha TC1 và TC2. TC1 là nhiệt độ chuyển pha đặc trưng cho pha loại NaZn13. TC2 là 

nhiệt  độ  chuyển  pha  đặc  trưng  cho  pha  vô  định  hình.  Mặt  khác,  ta  cũng  nhận 

thấy các mẫu với cùng nồng độ B, nhiệt độ TC hầu hết là giảm khi tăng nồng độ 

Si. Sự giảm nhiệt độ này xảy ra rất rõ rệt ở những mẫu không có B hoặc có nồng 

độ B cao. Cụ thể, mẫu y = 0, x = 0 có TC rất cao nhưng ở mẫu y = 0, x = 3 thì TC 

chỉ khoảng 150 K; mẫu y = 3, x =1 có TC  500 K nhưng mẫu y = 3, x = 3 thì TC 

75

 190 K (bảng 4.1). Điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc điều khiển nhiệt 

độ hoạt động của các chất làm lạnh từ.  

Cùng quy  luật biến  thiên với nhiệt độ chuyển pha TC,  từ độ bão hòa Ms ở 

nhiệt độ 100 K của hợp kim cũng giảm khi tăng nồng độ Si và B. Từ độ bão hòa của 

các mẫu giảm từ giá trị rất cao 187 emu/g (ứng với mẫu khi chưa có Si và B) xuống 

chỉ còn 52 emu/g (ứng với mẫu x = 3 và y = 3) (bảng 4.1). 

0

50

100

150

200

100 200 300 400 500 600

y = 0

y = 1

y = 2

y =3

M (

em

u/g

)

T (K)(a)

 

0

50

100

150

200

100 200 300 400 500 600

y = 0

y = 1

y = 2

y = 3

M (

em

u/g

)

T (K)(b) 

0

30

60

90

120

150

100 200 300 400 500 600 700

y = 0

y = 1

y = 2

y = 3

M (

em

u/g

)

T (K)(c)

TC2

TC1

 

0

20

40

60

80

100

100 200 300 400 500 600

y = 0

y = 1

y = 2

y = 3

M (

em

u/g

)

T (K)(d)

 

Hình 4.2. Các đường cong từ nhiệt M(T) của hệ băng hợp kim LaFe13-x-ySixBy

với x = 0 (a), x = 1 (b), x = 2 (c) và x = 3 (d) được đo ở từ trường H = 12 kOe.

76

Bảng 4.1. Các giá trị từ độ bão hòa Ms ở nhiệt độ 100 K và nhiệt độ chuyển pha TC

của hệ hợp kim LaFe13-x-ySixBy (x = 0 - 3 và y = 0 - 3) phụ thuộc vào nồng độ Si và B

Như vậy,  chúng  ta  nhận  thấy  rằng  các  hợp  kim  La-Fe-Si-B chủ  yếu  có 

hai pha chính ảnh hưởng lên cấu trúc, tính chất từ và MCE của hợp kim. Đó là 

pha  loại  NaZn13  và  vô  định  hình.  Việc  nghiên  cứu  ảnh  hưởng  của  cả  hai  pha 

này  lên MCE của hợp kim  là  rất  cần  thiết. Đầu  tiên,  chúng  tôi đã nghiên cứu 

tính chất từ và MCE của hợp kim LaFe10-yBySi3 (y = 1, 2 và 3). Cũng như đã đề 

cập đến trong phần khảo sát cấu trúc ở trên, các mẫu hợp kim này có các đỉnh 

nhiễu  xạ  khá nhỏ  do  sự  thống  trị  của pha vô  định  hình  (hình 4.1d).  Đặc  biệt, 

mẫu y = 3 hầu như là vô định hình. Tính chất từ và MCE của hợp kim LaFe10-yBySi3 

(y = 1, 2 và 3) chủ yếu do pha vô định hình quyết định.  

Nhiệt  độ  chuyển pha TC  của hợp kim LaFe10-yBySi3  là khoảng 425, 310 

và 190 K (hình 4.2d, bảng 4.1)  tương ứng với y = 1, 2 và 3. Như vậy, TC của 

hợp kim đã giảm nhanh xuống gần nhiệt độ phòng với sự tăng lên của nồng độ 

B là 2. Các đường cong M(T) của y = 1 và 2 thể hiện mẫu đa pha từ. Sự chuyển 

pha của pha từ chính xảy ra ở  425 K với y = 1 và 310 K với y = 2, nhiệt độ 

chuyển  pha  này  tương  ứng với  pha  vô  định  hình.  Tại nhiệt  độ này,  từ độ  của 

chúng (với y = 1 và 2) không giảm về 0 mà vẫn giữ tại một giá trị nào đó do sự 

tồn tại của pha cấu trúc Fe5SiB2, Fe9LaSi4 và Fe3B, như đã đề cập ở trên. Một 

điều đáng chú ý,  trong ba mẫu hợp kim LaFe10-yBySi3, chỉ mẫu y = 3 có từ độ 

giảm về 0 tại nhiệt độ trên TC. Điều này có nghĩa rằng sự tăng lên của nồng độ 

B  trong LaFe10-yBySi3 không chỉ  làm giảm TC mà còn  làm  tăng sự hình  thành 

của pha vô định hình.

y  0  1  2  3 

x  0  1  2  3  1  2  3  1  2  3  1  2  3 

Ms 

(emu/g) 187  173  156  100  158  135  80  148  110  81  113  94  52 

TC (K)      205  150  470  570  425  510  480  310  425  310  190 

77

Để hiểu rõ về bản chất của chuyển pha trong các hợp kim LaFe10-yBySi3, 

chúng  tôi  đã  chọn  mẫu  đại  diện  y  =  3  để  phân  tích  các  biểu  hiện  tới  hạn  tại 

vùng  lân  cận  chuyển  pha.  Để  thực  hiện phương  pháp  này,  chúng  tôi  đã đo  sự 

phụ  thuộc  của  từ  độ  vào  từ  trường,  M(H),  tại  các  nhiệt  độ  khác  nhau  xung 

quanh nhiệt độ TC; các dữ liệu M(H) này còn được sử dụng để tính MCE. Các 

đường cong M2 theo H/M với độ dốc dương chứng tỏ chuyển pha từ sắt từ sang 

thuận từ (FM - PM) của mẫu y = 3 là chuyển pha loại hai (SOPT).  

 

Hình 4.3. Các dữ liệu MS(T) và o-1(T) của LaFe7Si3B3 và các đường được làm khớp theo

phương trình (1.14) và (1.16). Hình lồng vào là đường từ hóa đẳng nhiệt tại T TC. 

Theo thuyết trường trung bình [121], đường cong M2 theo H/M xung quanh 

nhiệt độ tới hạn có thể sẽ là các đường thẳng song song, và đường tại TC sẽ đi qua 

gốc  tọa  độ.  Tuy  nhiên  các  đường  cong  M2  theo  H/M  trong  trường  hợp  này  của 

chúng tôi không hoàn toàn tuyến tính. Điều này đưa ra giả định rằng MFT với trật 

tự sắt từ tương tác xa không phù hợp để mô tả các tương tác từ trong mẫu y = 3. Vì 

vậy, chúng tôi đã phân tích các dữ liệu M(H) dựa trên đồ thị Arrot bằng cách biểu 

diễn M1/β’  theo  (H/M)1/γ’,  bắt  đầu  từ  các giá  trị  thử β’ = 0,365 và  γ’ = 1,336  (các 

tham số  tới hạn của mô hình Heisenberg 3D) [121]. Phép ngoại suy  tuyến  tính  từ 

các  từ  trường  cao  tới  giao  điểm  với  các  trục  M1/β’  và  (H/M)1/γ’

  đưa  ra  các  giá  trị 

78

MS(T) và  1

0

(T) như được vẽ trên hình 4.3, và sau đó được làm khớp theo phương 

trình (1.14) và (1.16). Quá trình này đưa ra các kết quả β = 0,354 ± 0,013 và TC = 

192,2 ± 0,1 (từ phương trình (1.14)), và γ = 1,355 ± 0,032 và TC = 192,6 ± 0,2 (từ 

phương trình (1.16)). Đối với δ, nó có thể được tính trực tiếp bằng cách làm khớp 

các đường đẳng nhiệt tới hạn, M(H,T  TC), theo phương trình (1.15). Như đã chỉ ra 

trong hình lồng trong hình 4.3, δ thu được là 4,8 ± 0,1. 

 

Hình 4.4. Các đường M1/β theo (H/M)1/γ (a) và các đường M/εβ theo H/εβ+γ vẽ theo

thang logarit cho mẫu y = 3 (b).

Theo các đồ thị Arrot, đường cong M1/β theo (H/M)1/γ cho LaFe7B3Si3 được 

biểu diễn  trong hình 4.4a với β = 0,354 và γ = 1,355. Kết quả  cho  thấy  rằng các 

đường đẳng nhiệt gần như là các đường thẳng song song (đối với các từ trường đủ 

lớn). Bằng cách biểu diễn M/εβ theo H/εβ+γ theo thang logarit [121], sử dụng các 

79

giá trị của các tham số tới hạn thu được ta thấy rằng tất cả các điểm dữ liệu đều ngả 

về hai nhánh tương ứng với T < TC và T > TC, xem hình 4.4b. Điều này chứng tỏ 

rằng các  tham số  tới  hạn  thu được  trong công việc của chúng  tôi  là  rất đáng  tin 

cậy. So sánh với các mô thình lý  thuyết [121], như MFT,  thuyết Heisenberg 3D, 

và Ising 3D, các tham số tới hạn thu được cho mẫu y = 3 là khá gần với mô hình 

Heisenberg 3D, biểu lộ sự tồn tại của trật tự sắt từ tương tác gần. Điều này rất phù 

hợp với các dữ liệu XRD đã được phân tích, mẫu y = 3 là gần như vô định hình 

với sự có mặt của các đám FM liên quan tới pha nanô tinh thể α-Fe. Kết quả tương 

tự cũng được quan sát thấy trong các hợp kim vô định hình Gd60Co40Mnx [152]. 

 

Hình 4.5. Các đường cong -Sm(T) ở các biến thiên từ trường 10, 20, 30, 40 và 50 kOe

của các mẫu băng LaFe10-xBxSi3 (x = 2 và 3). 

Từ các dữ liệu M(H) ở trên, MCE của các mẫu với y = 2 và 3 cũng đã được 

tính toán. Mẫu y = 1 với TC rất cao nên không được quan tâm. Ở đây, MCE được 

đánh  giá  thông  qua  biến  thiên  entropy  từ  Sm  được  tính  bằng  cách  sử  dụng 

phương trình (1.7). Hình 4.5 biểu diễn các đường cong -Sm(T) với các biến thiên 

từ trường 10, 20, 30, 40 và 50 kOe. Ta có thể thấy rằng các giá trị cực đại của các 

đường cong -Sm(T) xuất hiện xung quanh TC của các mẫu y = 2 và 3, tương ứng 

với với chuyển pha FM - PM của pha vô định hình. Với biến thiên từ  trường 50 

80

kOe, giá  trị  cực đại  của biến  thiên  entropy  từ  tăng  từ 1,04  J.kg-1.K-1  (y = 2)  tới 

1,42 J.kg-1.K-1 (y = 3). Các giá trị này có thể so sánh được với giá trị của hợp kim 

vô định hình: Fe65B12Cr8(La,Ce)15 [75]. Đặc biệt, các đỉnh của các đường cong 

-Sm(T) (hình 4.5) mở rộng ra, với độ bán rộng của các đường cong này (δTFWHW) 

lớn hơn 100 K. Điều này góp phần cải  thiện khả năng  làm lạnh  từ của các băng 

hợp kim.  

  Như vậy, chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của Si và B lên cấu trúc và tính 

chất của hệ băng hợp kim LaFe13-x-ySixBy (x = 0 - 3 và y = 0 - 3). Kết quả cho thấy 

rằng khả năng hình thành pha vô định hình tăng lên theo nồng độ B. Bên cạnh đó, ở 

mẫu x = 2, y = 0, pha loại NaZn13 được hình thành chính trong hợp kim. Các kết 

quả thực nghiệm cũng đã chứng minh khả năng điều chỉnh TC trong các băng hợp 

kim LaFe10-xBxSi3 (x = 1, 2 và 3) từ 425 K xuống 190 K bằng cách tăng nồng độ B. 

Nhiệt độ TC của hợp kim đã được điều chỉnh về gần nhiệt độ phòng với nồng độ B 

là 2. Sự thay thế một phần Fe bởi B trong hợp kim đóng vai  trò quan trọng trong 

việc làm giảm từ độ về 0 tại các nhiệt độ trên TC, và làm tăng biến thiên entropy từ 

cực đại của hợp kim. Biến thiên entropy từ của hợp kim đạt khoảng 0,4 J.Kg-1.K-1 

với ∆H = 10 kOe. Các phân  tích chi  tiết  của biểu hiện  tới hạn chứng  tỏ x = 3  là 

SOPT.  Các  giá  trị  của  các  tham  số  tới  hạn  đã  thu  được  là  gần  với  mô  hình 

Heisenberg 3D với các tương tác sắt từ trật tự gần. 

4.2. Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim LaFe11-xCoxSi2

Cũng  như  đã  được  đề  cập  đến  ở  phần  4.1,  trong  phần  này,  chúng  tôi  tiếp  tục 

nghiên cứu ảnh hưởng của pha loại NaZn13 lên cấu trúc, tính chất từ và MCE của các 

hợp kim La-Fe-Si. Từ hình 4.1c, chúng tôi nhận thấy rằng pha loại NaZn13 xuất hiện chủ 

yếu trong mẫu LaFe11Si2. Bên cạnh đó, mẫu có chuyển pha từ trên đường cong từ nhiệt 

M(T)  khá  sắc  nét,  đặc  trưng  cho  pha  1:13,  khả  năng  cho  hiệu  ứng  từ  nhiệt  lớn.  Tuy 

nhiên, mẫu này lại có nhiệt độ chuyển pha TC thấp, cách xa nhiệt độ phòng (hình 4.2c). 

Chính vì vậy, trong phần này, với mục đích nâng cao TC của vật liệu, chúng tôi đã tiến 

hành thay thế Co cho Fe trong hợp kim LaFe11-xCoxSi2 (x = 0, 1, 2, 3 và 4) được chế tạo 

bằng phương pháp phun băng nguội nhanh với v = 40 m/s. Các băng thu được có chiều 

81

dày khoảng 25 µm. Hình 4.6 là giản đồ XRD của các mẫu băng LaFe11-xCoxSi2 (x = 0, 1, 

2,  3  và 4).  Kết quả  cho  thấy  rằng  các  mẫu  băng  hợp kim  LaFe11-xCoxSi2  có  cấu  trúc 

tương đối giống nhau. Tất cả các mẫu đều xuất hiện các đỉnh đặc  trưng cho pha  loại 

NaZn13 và pha -Fe. Trong đó, pha NaZn13 đóng vai trò chủ đạo trong hợp kim. Các tính 

chất từ và MCE của hợp kim do pha 1:13 quyết định. Trên cơ sở số liệu nhiễu xạ tia X, 

chúng tôi đã xác định được kích thước hạt tinh thể tương ứng với pha 1:13 bằng cách sử 

dụng công  thức  Scherrer–Debye  (4.1).  Kết quả  cho  thấy  rằng kích  thước  hạt  tinh  thể 

giảm nhẹ từ 25,3 xuống 20,6 khi nồng độ Co tăng.  

 

Hình 4.6. Giản đồ XRD của các mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 (x = 1, 2, 3, 4 và 5).

0

40

80

120

160

100 200 300 400 500 600 700

x = 0

x = 1

x = 2

x = 3

x = 4

M (

em

u/g

)

T (K)

H = 12 kOe

(a)  

270

360

450

540

0 1 2 3 4

TC (

K)

x (b)  

Hình 4.7. Các đường cong từ nhiệt đo ở từ trường 12 kOe (a) và sự phụ thuộc của

nhiệt độ TC vào nồng độ Co (b) của các mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2.

82

Hình 4.7a là các đường cong từ nhiệt của các mẫu băng hợp kim LaFe11-

xCoxSi2  (x  =  0,  1,  2,  3  và  4)  được  đo  trong  từ  trường  12  kOe. Chúng  tôi  nhận 

thấy  rằng các mẫu băng có nhiệt  độ  chuyển pha  từ  trong khoảng 200  -  550 K. 

Nhiệt độ TC tăng theo nồng độ Co (hình 4.7b). Khi chưa pha thêm Co, nhiệt độ 

TC  của  mẫu  chỉ  khoảng  220  K.  Tuy  nhiên,  khi  có  thêm  Co,  x  =  1,  nhiệt  độ 

chuyển  pha  của  mẫu đã  tăng  lên  tới  315  K.  Đối  với  các  mẫu  x =  2,  3  và  4  có 

nhiệt  độ  chuyển  pha  tương  ứng  là  410,  480  và  530  K.  Ảnh  hưởng  của  Co  lên 

nhiệt  độ  TC  của  vật  liệu  có  ý  nghĩa  quan  trọng  trong  việc  điều  khiển  nhiệt  độ 

hoạt động của các chất làm lạnh từ. 

-150

-100

-50

0

50

100

150

-12 -6 0 6 12

x = 0

x = 1

x = 2

x = 3

x = 4

M (

em

u/g

)

H (kOe)(a) 

60

90

120

0 1 2 3 4

M12 k

Oe (

em

u/g

)

x (b)

 

Hình 4.8. Đường cong từ trễ ở nhiệt độ phòng (a) và sự phụ thuộc của từ độ bão

hòa vào nồng độ Co (b) của các mẫu băng hệ LaFe11-xCoxSi2 (x = 0, 1, 2, 3 và 4).

Hình  4.8a  biểu  diễn  các  đường  cong  từ  trễ  ở  nhiệt  độ  phòng  của  các  mẫu 

băng hệ LaFe11-xCoxSi2 (x = 0, 1, 2, 3 và 4). Từ các đường cong từ trễ, cả từ độ bão 

hòa Ms và lực kháng từ Hc đều được xác định. Tất cả các mẫu đều thể hiện tính từ 

mềm, từ độ của các mẫu tăng theo nồng độ Co. Co làm tăng từ độ bão hòa của hợp 

kim (hình 4.8b). Điều này là do sự tăng TC theo nồng độ Co. Giá trị từ độ bão hòa 

cao nhất của hợp kim đạt được khoảng 100 emu/g ứng với mẫu x = 4. Sự ảnh hưởng 

của Co lên lực kháng từ Hc và từ độ bão hòa giúp cải thiện hơn nữa việc ứng dụng 

hợp kim này vào sự làm lạnh từ. 

83

Trong nghiên cứu này, với mục đích tìm kiếm các vật liệu từ nhiệt có MCE 

lớn ở vùng nhiệt độ phòng (trong khoảng 200 - 400 K), chúng tôi đã chọn các mẫu 

băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 với nồng độ Co trong khoảng từ 0 đến 2 để khảo sát 

hiệu ứng từ nhiệt. Hình 4.9 là các đường cong từ nhiệt ở các từ trường khác nhau 

của các mẫu LaFe11Si2 và LaFe9Co2Si2. Dựa trên các số liệu từ nhiệt này, chúng tôi 

đã  tính  độ  biến  thiên  entropy  từ.  Từ  các  đường  cong  từ  nhiệt  được  đo  ở  các  từ 

trường khác nhau của các mẫu, chúng tôi đã suy ra sự phụ thuộc của từ độ vào từ 

trường tại các nhiệt độ khác nhau (hình 4.10a). Sau đó, Sm được xác định từ các số 

liệu M(H) sử dụng phương trình (1.7). 

0

40

80

120

160

100 150 200 250 300 350

70 Oe

100 Oe200 Oe350 Oe500 Oe700 Oe850 Oe

1 kOe1.5 kOe2 kOe3 kOe5 kOe

10 kOe12kOeM

(em

u/g

)

T (K)

x = 0

(a)

0

50

100

150

200

100 150 200 250 300 350 400

12 kOe10 kOe5 kOe

2 kOe1 kOe700 Oe

500 Oe

200 Oe100 Oe70 Oe

3 kOe

M (

em

u/g

)

T (K)

x = 1

(b) 

0

50

100

150

200

200 250 300 350 400 450 500

50 Oe

70 oe

100 Oe

200 Oe

350 Oe

500 Oe

700 Oe

850 Oe

1 kOe

1.2 kOe

1.5 kOe

2 kOe

5 kOe

10 kOe

12 kOe

M (

em

u/g

)

T (K)

x = 2

(c)  

Hình 4.9. Các đường M(T) ở các từ trường khác nhau của LaFe11-xCoxSi2 với x = 0 (a),

x = 1 (b) và x = 2 (c).

84

0

20

40

60

80

100

120

M (

em

u/g

)

H (Oe)

300 K

400 K

x = 2

0 3 6 9 12 15

Hình 4.10. Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường tại các nhiệt độ khác nhau được

suy ra từ các đường cong từ nhiệt của mẫu x = 2.

Hình 4.11 là sự phụ thuộc của độ biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của các 

mẫu băng hệ LaFe11-xCoxSi2 (x = 0, 1 và 2) trong khoảng từ trường từ 0 tới 12 kOe. 

Kết quả cho thấy rằng độ biến thiên entropy từ cực đại gần như không thay đổi (lớn 

hơn  1,2  J.kg-1.K-1  với H  =  12  kOe)  với  các  nồng  độ  Co  khác  nhau.  Tuy  nhiên, 

nhiệt hoạt động của hợp kim và độ bán rộng của đường cong Sm(T) tăng dần theo 

nồng độ Co. 

0

0.5

1

1.5

2

2.5

150 200 250 300 350 400 450

x = 0

x = 1

x = 2

Sm

(J.

Kg

-1.

K-1

)

T (K)

75

78

81

84

87

90

-0.5 0 0.5 1 1.5 2 2.5

RC

(J.

Kg

-1)

x (% )

 

Hình 4.11. Các đường -ΔSm(T) (ΔH = 12 kOe) của hợp kim LaFe11-xCoxSi2, hình

lồng vào là sự phụ thuộc của RC vào nồng độ Co.

85

Khả năng làm lạnh từ, được tính bằng tích của biến thiên entropy từ cực đại 

và  độ  bán  rộng  của  đường  cong Sm(T),  của  các  mẫu  cũng  được  tính  (xem  hình 

lồng vào hình 4.11). Kết quả cho thấy khả năng làm lạnh RC tăng dần theo nồng độ 

Co. Giá trị cực đại của độ biến thiên entropy từ |∆Sm|max và RC được xác định cho các 

mẫu với x = 0, 1 và 2 tương ứng là 1,43; 1,25 và 1,26 J.kg-1.K-1 và 79, 84 và 88 J.kg-1 

(bảng 4.2).  

Bảng 4.2. Ảnh hưởng của nồng độ Co lên từ độ bão hòa (Ms), nhiệt độ Curie (TC),

độ biến thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max), độ bán rộng của đường cong ∆Sm(T)

(TFWHM) và khả năng làm lạnh (RC) của các mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2

(x = 0, 1 và 2) (ΔH = 12 kOe).

x  Ms 

(emu/g) 

TC  

(K) 

|∆Sm|max 

(J.kg-1.K-1) 

TFWHM 

(K) 

RC 

(J.kg-1) 

0  45  220  1,43  55  79 

1  77  315  1,25  67  84 

2  99  410  1,26  70  88 

3  105  480  -  -  - 

4  111  530  -  -  - 

So  với  kết  quả  đã  nghiên  cứu  ở  phần  4.1,  chúng  ta  nhận  thấy  hệ  hợp  kim 

LaFe11-xCoxSi2 có biến thiên entropy từ (|∆Sm|max > 1,2 J.kg-1.K-1 với H = 12 kOe) 

cao hơn nhiều so với hợp kim LaFe10-yBySi3 (|∆Sm|max  0,4 J.kg-1.K-1 với H = 10 

kOe). Bên cạnh đó, hệ hợp kim này cũng có khả năng làm lạnh RC lớn (> 80 J.kg-1), 

lớn hơn của kim loại Gd (RC = 63,4 Jkg-1 với H = 10 kOe) [134]. Như vậy, một 

lần nữa khẳng định pha hợp kim La-Fe-Si với pha loại NaZn13 là vật liệu tiềm năng 

cho sự làm lạnh bằng từ trường.  

Tuy nhiên, nhiệt độ chuyển pha TC của hợp kim LaFe11-xCoxSi2 với x = 1, 2, 

3 và 4 vẫn chưa được điều chỉnh về đúng nhiệt độ phòng. Với mục đích điều chỉnh 

nhiệt độ chuyển pha của hợp kim trong khoảng từ 220 – 315 K, chúng tôi đã tiến 

hành pha thêm Co vào hợp kim LaFe11-xCoxSi2 với nồng độ thấp hơn, trong khoảng 

86

từ 0 - 1, x = 0,4; 0,6; 0,8 và 0,9. Ngoài ra, để làm tăng cường sự hình thành pha loại 

NaZn13 trong hợp kim, chúng tôi cũng đã giảm tốc độ làm nguội của hợp kim xuống 

bằng cách lựa chọn tốc độ của trống quay là v = 20 m/s. Các băng thu được có chiều 

dày cỡ 35 µm. Kết quả phân  tích  cấu  trúc XRD  (hình 4.12) đã  cho  thấy,  rõ  ràng 

bằng việc giảm tốc độ làm nguội, các đỉnh đặc trưng cho pha tinh thể loại NaZn13, 

là pha chính trong hợp kim, đã xuất hiện với các đỉnh khá cao và sắc nét hơn so với 

khi  được  phun  băng  với  tốc  độ  v  =  40  m/s  ở  phần  trên.  Kích  thước  hạt  tinh  thể 

tương  ứng  với  pha  loại  NaZn13,  được  xác  định  theo  phương  trình  Sherrer-Debye 

(4.1), giảm từ 43,1 xuống 38,9 nm khi x tăng từ 0,6 tới 0,9. 

20 30 40 50 60 70

Cuo

ng d

o (

d.

v. t.

y)

2

x = 0,6

x = 0,8

x = 0,9

Pha loai NaZn13Pha Fe

 

Hình 4.12. Giản đồ XRD của các mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 (x = 0,6; 0,8 và 0,9).  

    Hình  4.13a  cho  thấy  các  đường  cong  từ  nhiệt  của  hợp  kim  LaFe11-xCoxSi2

được đo ở từ trường H = 100 Oe. Kết quả cho thấy rằng cũng như trong phần trước 

nồng độ Co có ảnh hưởng rõ rệt lên nhiệt độ chuyển pha TC của hợp kim. Các mẫu 

đều có chuyển pha từ khá sắc nét. Chuyển pha từ của các mẫu băng này nằm trong 

khoảng 250 - 310 K. Sau chuyển pha  từ,  từ độ của các mẫu băng không giảm về 

không  mà vẫn giữ  tại  một giá  trị  nào đó. Điều đó  chứng  tỏ  mẫu không đơn pha. 

Trong mẫu có thể còn tồn tại các pha có nhiệt độ Curie cao như pha tinh thể -Fe. 

Nhiệt  độ  chuyển pha TC  của hợp kim  tăng  lên  theo nồng độ Co  (hình 4.13b). TC 

tăng từ giá trị  tương đối thấp (266 K) về nhiệt độ phòng (301 K) (bảng 4.3). Như 

87

vậy, nhiệt  độ  chuyển  pha TC  của hợp  kim đã được điều  chỉnh về  nhiệt  độ phòng 

bằng cách thêm vào một nồng độ hợp lí của Co, x = 0,8 và 0,9. 

0

2

4

6

100 150 200 250 300 350 400

x = 0,4

x = 0,6

x = 0,8

x = 0,9

M (

em

u/g

)

T (K)(a)

250

260

270

280

290

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1T

C (

K)

x(b)

 

Hình 4.13. Các đường cong M(T) (a) và sự phụ thuộc của nhiệt độ Curie TC vào

nồng độ Co (b) của các mẫu băng LaFe11-xCoxSi2 (x = 0,4; 0,6; 0,8 và 0,9) được đo

trong từ trường H = 100 Oe.

0

50

100

150

200

100 150 200 250 300 350 400

30 Oe

50 Oe

70 Oe

100 Oe

200 Oe

300 Oe

500 Oe

700 Oe

1 kOe

2 kOe

3 kOe

5 kOe

7 kOe

10 kOe

11 kOe

12 kOe

M (

em

u/g

)

T (K)(a)

0

50

100

150

100 150 200 250 300 350 400 450

20 Oe30 Oe

50 Oe

70 Oe

100 Oe200 Oe

300 Oe

500 Oe

700 Oe1 kOe

2 kOe

3 kOe

5 kOe6 kOe

7 kOe

8 kOe

9 kOe10 kOe

11 kOe

12 kOe

M (

em

u/g

)

T (K)(b)  

Hình 4.14. Các đường cong từ nhiệt ở các từ trường khác nhau của băng hợp kim

LaFe10-xCoxSi2 với x = 0,8 (a) và 0,9 (b).

  Với mục đích ứng dụng các vật liệu từ nhiệt ở vùng nhiệt độ phòng, chúng tôi 

đã chọn hai mẫu LaFe11-xCoxSi2 với x = 0,8 và 0,9 để khảo sát hiệu ứng từ nhiệt của 

88

chúng. Hình 4.14 là các đường cong từ nhiệt M(T) ở các từ trường khác nhau trong 

khoảng từ 0,01 đến 12 kOe của hai mẫu này. Khi từ trường tăng thì từ độ của mẫu 

cũng tăng theo. Tuy nhiên, chúng ta có thể quan sát thấy rằng rất cả các đường cong 

từ nhiệt đều có nhiệt độ chuyển pha TC gần như không thay đổi, cùng nằm ở nhiệt 

độ  300 K. Từ các đường cong từ nhiệt của các mẫu băng hợp kim trong các từ 

trường khác nhau, chúng tôi suy ra sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường, M(H), 

ở các nhiệt độ khác nhau (hình 4.15). Và độ biến thiên entropy từ Sm được xác 

định từ các số liệu M(H) bằng cách sử dụng phương trình (1.7). 

   0 3 6 9 12 15

0

50

100

350 K

M (

em

u/g

)

H (kOe)

T = 2 K

250 K

(b)

Hình 4.15. Các đường cong M(H) được suy ra từ các đường cong M(T) ở các từ trường

khác nhau của các mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 với x = 0,8 (a) và x = 0,9 (b).

Hình 4.16 biểu diễn sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ Sm vào nhiệt 

độ của mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 (x = 0,8 và 0,9) trong các biến thiên từ 

trường khác  nhau.  Kết  quả  biểu  thị  rằng  giá  trị  |Sm|max  của  hợp  kim  tăng  gần 

như tuyến tính theo biến thiên từ trường. Bên cạnh đó, chúng ta cũng nhận thấy 

giá trị biến thiên entropy từ gần như không thay đổi khi nồng độ Co tăng lên. Cả 

hai  mẫu  đều  có  biến  thiên  entropy  cực  đại  (|Sm|max)  khá  lớn.  Giá  trị  |Sm|max 

được  xác  định  cho  cả  hai  mẫu  đều  lớn  hơn  là  1,5  J.kg-1.K-1  với H  =  12  kOe 

(bảng 4.3). Như vậy, chúng ta có thể nhận thấy rằng giá trị |Sm|max này lớn hơn 

các giá trị  thu được ở các mẫu băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2 (với x = 0, 1 và 2) 

thu được ở  trên. Điều này có  thể  là do pha  loại NaZn13 được hình  thành với  tỉ 

89

phần nhiều hơn khi được phun băng với  tốc độ nhỏ hơn. Bên cạnh đó, hợp kim 

cũng  thể hiện MCE dương với giá  trị biến  thiên entropy  từ  lớn hơn so với giá  trị 

trong  các  hợp  kim  Heusler  CoMn1-xFexSi,  Ni-Mn-(Sn,Sb)  và  các  hợp  kim  nguội 

nhanh Fe72,5-xMnxCu1Nb3Si13,5B9 và Fe90-xNixZr10 [2]. Giá trị này có thể so sánh với 

giá trị của hợp kim LaFe10,8Si2,2 (|Sm|max  7,3 J.kg-1.K-1 với H = 50 kOe) [64]. 

0

0.5

1

1.5

200 250 300 350

2 kOe

3 kOe

5 kOe

7 kOe

10 kOe

12 kOe

T (K)

Sm

(J.

Kg

-1. K

-1)

(a)

0

0.5

1

1.5

200 250 300 350

2 kOe

3 kOe

5 kOe

7 kOe

10 kOe

12 kOe

T (K)

Sm

(J. K

g-1

. K

-1)

(b) 

Hình 4.16. Các đường cong - ΔSm(T) (với ΔH = 12 kOe) của các mẫu băng hợp kim

LaFe11-xCoxSi2 với x = 0,8 (a) và x = 0,9 (b). 

    Cũng  từ  đường  cong Sm(T),  chúng  tôi  đã  tính  được  khả  năng  làm  lạnh 

(RC) của các mẫu. RC của các mẫu x = 0,8 và 0,9 đều có giá trị  90 J.kg-1 (bảng 

4.3). Giá trị này tương đương với giá trị của hợp kim nguội nhanh Fe90-xNixZr10 

[2]. Đồng thời, RC của các hợp kim này cũng lớn hơn của một số băng hợp kim 

khác  như:  Hợp  kim  nguội  nhanh  Finemet  (Fe68,5Mo5Si13,5B9Cu1Nb3),  Fe60-

xMnxCo18Nb6N16 và Fe83-xCoxZr6B10Cu1 [38], Fe72,5-xMnxCu1Nb3Si13,5B9 [2], các 

hợp  kim  Heusler  CoMn1-xFexSi,  Ni-Mn-(Sn,Sb)  [2].  Giá  trị  này  cũng  gần  như 

tương đương với giá trị của một số băng hợp kim La-Fe-Co-Si khác [52].  

Để hiểu rõ hơn về bản chất của chuyển pha từ và trật tự từ trong hợp kim, đồ 

thị Arrott  (M2  - H/M)  (hình 4.17) đã được dựng  từ  các  số  liệu M(H)  (hình 4.15). 

Quan sát hình 4.17a và 4.17b, ta nhận thấy chúng ngả về hai phía của hai trục tọa 

độ. Điều này  thể hiện  sự  tách biệt  giữa hai  pha  sắt  từ và  thuận  từ. Theo các  tiêu 

90

chuẩn Banerjee [13], dấu của độ dốc của đường cong M2 - H/M cho chúng ta biết 

bản chất của chuyển pha. Từ hình 4.17, chúng  ta nhận  thấy độ dốc của  tất cả các 

đường M2 - H/M có đều có hệ số dương. Điều này chứng tỏ chuyển pha từ xảy ra 

trên cả hai mẫu này đều thuộc chuyển pha loại hai.   

 

Hình 4.17. Các đường cong M2-H/M tại các nhiệt độ khác nhau của mẫu băng

LaFe10-xCoxSi2 với x = 0,8 (a) và x = 0,9 (b).

   

Hình 4.18. Sự phụ thuộc của MS và 0-1 vào nhiệt độ của mẫu băng LaFe11-xCoxSi2

với x = 0,8 (a) và x = 0,9 (b).   

Thêm vào đó, bản chất của các tương tác sắt từ trong vật liệu có thể được 

hiểu bằng cách xác định các tham số tới hạn. Tương tự như cách tính cho các hệ 

91

hợp kim trước, các hệ số β, γ, δ và TC của các mẫu được chỉ ra trong hình 4.18. 

Giá trị TC thu được bằng phương pháp này cho hai mẫu x = 0,8 và 0,9 tương ứng 

là  290 và 301 K. Các giá  trị này gần như trùng với các giá  trị được xác định 

thông qua phép đo  từ độ phụ  thuộc nhiệt độ. Các  tham số  tới hạn của hợp kim 

được đưa ra ở bảng 4.3. 

Bảng 4.3. Nhiệt độ Curie (TC), biến thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max), khả năng

làm lạnh (RC) và các tham số tới hạn (β, γ, ) của các mẫu băng LaFe11-xCoxSi2

(x = 0,4; 0,6; 0,8 và 0,9) theo nồng độ Co.

x TC 

(K) 

|∆Sm|max 

(J/kg.K) 

RC 

(J/kg) β  γ   

0,4  266  -  -  -  -  - 

0,6  270  -  -  -  -  - 

0,8  290  1,51  80  0,405  0,878  3,17 

0,9  301  1,53  86  0,465  1,004  3,16 

So sánh với một số mô hình lý thuyết như mô hình trường trung bình, mô hình 

Heisenberg 3D và mô hình Ising 3D (bảng 1.1) [121], các  tham số  tới hạn thu được 

theo phương pháp này cho các mẫu băng hợp kim nguội nhanh LaFe11-xCoxSi2 (x = 0,8 

và 0,9) gần với các tham số của mô hình trường trung bình, đặc trưng cho trật tự 

sắt  từ  tương  tác xa. Các mẫu chủ yếu có  trật  tự sắt  từ  tương  tác xa. Tuy nhiên, 

các  tham  số  tới  hạn  này  đều  nằm  giữa  các  tham  số  của  mô  hình  trường  trung 

bình và mô hình 3D Heisenberg. Điều này biểu  lộ  trong mẫu có sự  tồn  tại  của 

một phần trật tự sắt từ tương tác gần. Sự tồn tại của hai trật tự tương tác sắt từ là 

phù hợp với biểu hiện  sự đa pha của vật  liệu như đã  trình bày ở  trên. Hơn  thế 

nữa, chúng ta cũng nhận thấy rằng khi nồng độ Co tăng lên, các tham số β và γ 

cũng  tăng  lên.  Các  tham  số  tới  hạn  của  mẫu  x  =  0,9  gần  với  mô  hình  trường 

trung bình hơn.     

    Như vậy, ảnh hưởng của Co lên tính chất từ, hiệu ứng từ nhiệt và các tham 

số  tới  hạn  của  băng  hợp  kim  LaFe11-xCoxSi2  đã  được  nghiên  cứu.  Co  làm  tăng 

nhiệt độ chuyển pha Curie của hợp kim. Nhiệt độ TC của hợp kim có  thể được 

92

điều  chỉnh  về  nhiệt  độ  phòng  bằng  cách  chọn  nồng  độ  Co  hợp  lý.  Biến  thiên 

entropy  từ  cực  đại  khá  cao,  |Sm|max  >  1,5  J.kg-1.K-1  với H  =  12  kOe,  và  khả 

năng làm lạnh khá lớn, RC  90 J/kg. Điều này thể hiện tiềm năng ứng dụng của 

hợp kim này trong công nghệ làm lạnh bằng từ trường. Các tham số tới hạn của 

các mẫu  là gần với các  tham số của  lý  thuyết  trường  trung bình, đặc  trưng cho 

trật tự sắt từ tương tác xa. 

4.3. Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5

Theo các nghiên cứu trước đây [83], pha loại NaZn13 có thể dễ dàng tạo được hơn 

bằng cách giảm nồng độ Fe và thêm vào một nồng độ La phù hợp. Vì vậy, chúng tôi đã 

khảo sát ảnh hưởng của nồng độ La lên cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của các 

băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0, 0,5, 1 và 1,5) được phun băng với tốc độ trống 

quay v = 20 m/s. Các băng hợp kim thu được có độ dày khoảng 35 m. 

20 30 40 50 60 70

Cuong d

o (

d. v.

t. y

)

2 (o)

x = 0

x = 0,5

x = 1

x = 1,5

....

......

....

....

........

....

....

....

....

..........

....

........

.....

....

......

........

....

....

....

.....

....

....

..........

....

......

....

....

........

......

....

....

.....

......

....

......

......

....

....

....

....

....

........

......

....

....

....

......

..........

....

....

....

.....

......

........

....

......

....

......

....

....

........

........

......

...

....

....

........

........

......

....

. . . ... .. . .

......

........

....

....

......

......

-FeNaZn13

-loai

khong xac dinh

.

 

Hình 4.19. Giản đồ XRD của các mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5.

Hình 4.19 là giản đồ XRD của hợp kim. Kết quả cho thấy rằng cấu trúc của 

các mẫu băng rõ ràng phụ thuộc vào nồng độ La. Khi x tăng từ 0 tới 0,5, khả năng 

hình thành pha loại NaZn13 tăng. Các đỉnh nhiễu xạ tương ứng với các 1:13 và -Fe 

đã  được  quan  sát  thấy.  Điều  đáng  chú  ý  là  cường  độ  của  các  đỉnh  của  pha -Fe 

giảm dần  theo nồng độ La. Tuy nhiên, một đỉnh nhiễu xạ tương đối mạnh, không 

xác định được, xuất hiện tại góc nhiễu xạ 2  42o ở các mẫu với x = 0,5 - 1,5. 

93

Hình 4.20 biểu diễn các đường cong từ nhiệt của mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5-

xCoSi1,5  (x = 0; 0,5; 1 và 1,5) được 

đo ở từ  trường H = 100 Oe. Chúng 

tôi  nhận  thấy  rằng  nồng  độ  La  ảnh 

hưởng rõ rệt lên nhiệt độ chuyển pha 

TC của hợp kim. Các đường cong từ 

nhiệt của các mẫu có hình dạng rất 

khác nhau. Đặc biệt, mẫu x = 0,5 có 

chuyển pha từ khá sắc nét. Điều này 

là  do  sự  hình  thành của  các  pha  từ 

trong  hợp  kim  phụ  thuộc  vào  nồng 

độ La. Chuyển pha  từ của các mẫu 

băng  này  nằm  trong  khoảng  250  - 

300 K. Sau chuyển pha từ, từ độ của 

các mẫu băng không giảm về không 

mà  vẫn  giữ  tại  một  giá  trị  nào  đó. 

Điều đó có thể là do từ độ của các pha có nhiệt độ Curie cao như pha tinh thể -Fe. Kết 

quả đo từ độ này hoàn toàn phủ hợp với các phân tích cấu trúc ở trên. Nhiệt độ TC tại 

vùng nhiệt độ phòng giảm khi x tăng từ 0 tới 1. Giá trị TC của mẫu x = 0 là 297 K. Còn 

đối với các mẫu x = 0,5 và 1 có các giá trị TC tương ứng là 276 và 273 K.  

Để nghiên cứu ảnh hưởng của La lên hiệu ứng từ nhiệt (MCE) của các mẫu 

băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5; 1 và 1,5), chúng tôi đã chọn ba mẫu 

với x = 0; 0,5 và 1 bởi vì chúng có nhiệt độ chuyển pha từ gần với nhiệt độ phòng. 

Chúng  tôi đã  tính biến  thiên entropy  từ dựa  trên các đường cong  từ nhiệt của các 

mẫu băng tại các từ trường khác nhau trong khoảng từ 0,01 đến 12 kOe (hình 4.21). 

Từ các đường cong từ nhiệt của các mẫu trong các từ trường khác nhau, chúng tôi 

có thể suy ra các đường biến thiên từ độ theo từ trường, M(H), tại các nhiệt độ khác 

nhau (hình 4.22). Sau đó, biến thiên entropy từ Sm được xác định từ các số liệu M 

(H) bằng cách sử dụng phương trình (1.7). 

2

3

4

5

6

7

100 150 200 250 300 350

x = 0

x = 0,5

x = 1

x = 1,5

M (

em

u/g

)

T (K) 

Hình 4.20. Các đường cong M(T) của hệ mẫu

băng La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5; 1 và 1,5)

được đo trong từ trường H = 100 Oe.

94

0

50

100

150

200

250

300

100 150 200 250 300 350 400

30 Oe50 Oe70 Oe100 Oe200 Oe300 Oe500 Oe700

1 kOe

1.5 kOe

2 kOe3 kOe

5 kOe

7 kOe

10 kOe

11 kOe

12 kOe

M (

em

u/g

)

T (K)(a)

0

50

100

150

200

250

100 150 200 250 300 350

10 Oe20 Oe30 Oe50 Oe70 Oe100 Oe200 Oe300 Oe500 Oe

1 kOe1.5 kOe2 kOe3 kOe5 kOe7 kOe10 kOe11 kOe12 kOe

M (

em

u/g

)

T (K)

x = 0,5

(b)  

Hình 4.21. Các đường cong M(T) ở các từ trường khác nhau của mẫu băng

La1+xFe10,5-xCoSi1,5 với x = 0 (a) và 0,5 (b).

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10 12 14 16

M (

em

u/g

)

H (kOe)

250 K

350 K

(a) 

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16

M (

em

u/g

)

H (kOe)

200 K

300 K

(b)  

0

20

40

60

80

100

120

0 2 4 6 8 10 12 14 16

M (

em

u/g

)

H (kOe)

250 K

350 K

(c)

Hình 4.22. Các đường cong M(H) được biến đổi từ các đường cong từ nhiệt ở các

từ trường khác nhau của các mẫu băng hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5 với x = 0 (a),

0,5 (b) và 1 (c).

95

Hình 4.23 là đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc vào nhiệt độ của biến thiên entropy 

từ của các mẫu với x = 0, 0,5 và 1 trong biến thiên từ trường 12 kOe. Kết quả cho 

thấy rằng biến thiên entropy từ cực đại (|Sm|max) phụ thuộc vào nồng độ La. Giá trị 

|Sm|max được xác định cho các mẫu với x = 0, 0,5 và 1 tương ứng là 0,8; 1,2 và 0,43 

J.kg-1.K-1. Giá trị này lớn hơn giá trị của hệ hợp kim LaFe10-xBxSi3 nhưng lại nhỏ hơn 

của hệ hợp kim LaFe11-xCoxSi2 ở các phần trước. Điều này có thể do pha loại NaZn13 

đã hình thành với tỉ lệ khá nhỏ trong hợp kim. 

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

180 200 220 240 260 280 300 320

x = 0

x = 0.5

x = 1

T (K)

Sm

(J.

Kg

-1.

K-1

)

 

Hình 4.23. Các đường cong -ΔSm (T) (ΔH = 12 kOe) của các mẫu băng hợp kim

La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5 và 1). 

Với mục đích khảo sát ảnh hưởng của chế độ ủ nhiệt lên tính chất từ của hợp 

kim, các mẫu băng hợp kim đã được ủ tại các nhiệt độ khác nhau (từ 1223 đến 1323 

K) trong 1 h. Hình 4.24 biễu diễn các đường cong từ nhiệt của các mẫu băng hợp 

kim  LaxFe10,5-xCoSi1,5  (x  =  0  và  0,5)  sau  khi  ủ  nhiệt.  Kết  quả  thu  được  cho  thấy 

nhiệt độ chuyển pha của các mẫu băng đã được tăng lên sau khi ủ nhiệt. Trước khi 

ủ, TC của mẫu x = 0,5 là 276 K. Giá trị TC này đã tăng lên xung quanh 300 K sau 

khi ủ nhiệt. Cần chú ý rằng TC của các mẫu băng này cũng tăng theo nhiệt độ ủ. Khi 

nhiệt  độ  ủ  tăng  từ  1223  đến  1323  K  thì  nhiệt  độ  TC  của  các  mẫu  này  tăng  trong 

khoảng 280 - 330 K.  

96

0.65

0.7

0.75

0.8

0.85

0.9

0.95

1

1.05

100 150 200 250 300 350

1223 K - 1 h

1273 K - 1 h

1323 K - 1 h

chua u

M (

d.v

.t.y

)

T (K)(a)

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

100 150 200 250 300 350

chua u

1223 K - 1 h

1273 K - 1 h

1323 K - 1 h

M (

d.v

.t.y

)

T (K)(b) 

Hình 4.24. Các đường cong từ nhiệt của các mẫu băng hợp kim LaxFe10,5-xCoSi1,5 với

x = 0 (a) và x = 0.5 (b) sau khi ủ nhiệt.

Tóm lại, ảnh hưởng của nồng độ La lên cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng 

từ nhiệt của La1-xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5, 1 và 1,5) đã được nghiên cứu. Với sự 

tăng  lên của nồng độ La, khả năng hình  thành  trạng  thái vô định hình của hợp 

kim tăng và cường độ các đỉnh nhiễu xạ của pha -Fe giảm. Chuyển pha từ và 

hiệu ứng từ nhiệt được cải thiện đáng kể với x = 0,5. Giá trị lớn nhất của độ biến 

thiên entropy từ thu được xung quanh nhiệt độ phòng là 1,2 J.Kg-1.K-1 (với H = 

12 kOe). Nhiệt độ Curie của hợp kim có thể điều khiển về vùng nhiệt độ phòng 

bằng cách ủ nhiệt.  

Như  vậy,  chúng  tôi  đã  nghiên  cứu  cấu  trúc,  tính  chất  từ  và  hiệu  ứng  từ 

nhiệt  của  các  hợp  kim  nguội  nhanh  La-(Fe,Co)-(Si,B).  Các  thông  số  đặc  trưng 

cho tính chất từ và MCE của các hợp kim được thể hiện trên bảng 4.4. Quan sát 

bảng 4.4, chúng ta có thể nhận thấy rằng nhiệt độ chuyển pha TC của hợp kim đã 

được điều chỉnh về nhiệt độ phòng với nồng độ B, Co và La thích hợp. Hợp kim 

LaFe13-xCoxSi2  (x = 0  -  4)  có hiệu ứng  từ nhiệt  lớn nhất. Biến  thiên entropy  từ 

cực đại khá cao, |Sm|max > 1,5 J.kg-1.K-1 với H = 12 kOe, và khả năng làm lạnh 

khá  lớn,  RC   90  J/kg,  đã  thể  hiện  tiềm  năng  ứng  dụng  của  hợp  kim  này  trong 

công nghệ làm lạnh bằng từ trường. 

97

Bảng 4.4. Các thông số từ độ bão hòa (Ms), nhiệt độ Curie (TC), biến thiên

entropy từ cực đại (|∆Sm|max), dải nhiệt độ hoạt động (δTFWHM) và khả năng làm

lạnh (RC) của các mẫu băng La-(Fe,Co)-(Si,B).

Hợp kim  x M12 kOe 

(emu/g) 

TC 

(K) 

|∆Sm|max 

(J.kg-1.K-1) 

TFWHM 

(K) 

RC 

(J.kg-1) 

(kOe) 

LaFe10-yBySi3 

1  -  425  -  -  -  - 

2  -  310  0,22  100  22  10 

3  -  190  0,4  102  42  10 

LaFe11-xCoxSi2  

0  45  220  1,43  55  79  12 

0,8  -  290  1,51  53  80  12 

0,9  -  301  1,53  56  86  12 

1  77  315  1,25  67  84  12 

2  99  410  1,26  70  88  12 

La1+xFe10,5-xCoSi1,5  

0  -  297  0,8  42  33  12 

0,5  -  276  1,2  44  53  12 

1  -  273  0,43  56  24  12 

Kết luận chương 4

Cấu trúc, tính chất từ, hiệu ứng từ nhiệt của các hệ băng hợp kim: LaFe13-x-

ySixBy, LaFe11-xCoxSi2 và La1-xFe10,5-xCoSi1,5 đã được khảo sát một  cách hệ  thống. 

Qua đó đã rút ra các kết luận sau:  

- Pha loại NaZn13 đã được hình thành trong hợp kim với nồng độ Si, Co, La 

hợp lí. Đặc biệt, pha này xuất hiện chủ yếu trong các mẫu hợp kim LaFe11-xCoxSi2. 

    -  Các  mẫu  đều  thể  hiện  tính  từ  mềm  với  lực  kháng  từ  rất  nhỏ.  Nhiệt  độ 

chuyển pha Curie TC của một số mẫu đã được điều chỉnh về nhiệt độ phòng.  

    - Biến thiên entropy từ cực đại khá cao, |Sm|max > 1,5 J.kg-1.K-1 với H = 12 

kOe, và khả năng làm lạnh khá lớn, RC  90 J/kg. Điều này thể hiện tiềm năng ứng 

dụng của hợp kim này trong công nghệ làm lạnh bằng từ trường.  

98

    -  Các  tham  số  tới  hạn  của  hợp  kim  LaFe10-xBxSi3  gần  với  mô  hình 

Heisenberg  3D,  đặc  trưng  cho  trặt  tự  sắt  từ  tương  tác  gần,  trong  khi  đó  hợp  kim 

LaFe11-xCoxSi2  lại gần với các  tham số của  lý  thuyết  trường  trung bình, đặc  trưng 

cho trật tự sắt từ tương tác xa. 

99

CHƯƠNG 5

CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT TỪ VÀ HIỆU ỨNG TỪ NHIỆT CỦA HỢP KIM VÔ

ĐỊNH HÌNH Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr

 

Cấu trúc vô định hình đã tạo nên nhiều tính chất khác biệt cho hợp kim nền 

Fe-Zr so với hợp kim có cấu trúc tinh thể. Chúng có khả năng cho hiệu ứng từ nhiệt 

lớn ở từ trường nhỏ, có nhiệt độ chuyển pha từ dễ thay đổi, có dải nhiệt độ làm việc 

rộng, khả năng làm lạnh lớn, tính trễ nhiệt và trễ từ rất nhỏ, tính chất cơ học tốt, độ 

bền cao, dễ chế tạo và giá thành rẻ. Đây là các yêu cầu cần thiết cho ứng dụng thực 

tế. Để cải thiện khả năng vô định hình (GFA) và thay đổi nhiệt độ Curie TC của hợp 

kim Fe-Zr,  các nguyên  tố khác như  Mn,  Co, Ni, Y và  B đã được  thêm vào. Tuy 

nhiên, ảnh hưởng của sự thêm vào của các nguyên tố lên GFA và TC của hợp kim 

khác nhau khá lớn. Ví dụ, nhiệt độ Curie của các hợp kim Fe90-xMnxZr10 giảm từ  

210 K (x = 8) tới  185 K (x = 10) với sự tăng lên của nồng độ Mn [99]. Trong khi 

đó, các hợp kim Fe89-xBxZr11 tăng từ  310 K (x = 2,5) tới  370 K (x = 10) với sự 

tăng  lên của nồng độ B [100]. Chính vì vậy,  trong phần này, chúng  tôi đã nghiên 

cứu lần lượt ảnh hưởng của Co, Gd và Dy lên cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ 

nhiệt của hệ hợp kim nền Fe-Zr. 

5.1. Cấu trúc, tính chất từ, hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Fe90-xCoxZr10

Hợp kim vô định hình Fe90-xCoxZr10 (x = 0, 5, 10 và 15) được chế tạo bằng 

phương pháp phun băng với  vận  tốc v = 40  m/s. Kết quả  thu  được  mẫu băng có 

chiều dày khoảng 15µm. Sự phân tích cấu trúc dựa trên giản đồ nhiễu xạ tia X (hình 

5.1) cho thấy các mẫu băng hợp kim Fe90-xNixZr10 có cấu trúc tương đối giống nhau. 

Đỉnh nhiễu xạ mở rộng biểu thị sự đồng tồn tại cả hai pha vô định hình (VĐH) và 

nanô tinh thể (xem hình 5.1). Tất cả các mẫu đều xuất hiện các pha tinh thể Fe2Zr, 

Co2Zr, α-Fe tại các góc 2  lần  lượt  là 43,2o; 43,8o; 44,3o và 64,7o. Tuy nhiên, các 

pha tinh thể trong mẫu không nhiều bởi cường độ các đỉnh nhiễu xạ khá nhỏ. Chủ 

yếu là pha VĐH. Do vậy, pha VĐH đóng vai trò chủ đạo quyết định các tính chất từ 

và hiệu ứng từ nhiệt của các băng hợp kim Fe90-xNixZr10 như được chỉ ra dưới đây.  

100

 

Hình 5.1. Giản đồ XRD của hợp kim nguội nhanh Fe90-xCoxZr10.

 

0

5

10

15

20

100 200 300 400 500 600 700

x = 1

x = 2

x = 3

x = 4

x = 6

x = 9

x = 12

M (

d. v.

t. y

)

T (K)(a)    

250

300

350

400

450

500

550

0 2 4 6 8 10 12 14

Tc (

K)

x (%)(b)  

Hình 5.2. Các đường cong M(T) rút gọn trong từ trường 100 Oe (a) và sự phụ thuộc

nhiệt độ chuyển pha TC vào nồng độ Co (b) của hệ hợp kim Fe90-xCoxZr10 .

Các  nhiệt  độ  chuyển  pha  từ  là  một  yếu  tố  quan  trọng  khi  lựa  chọn  vật 

liệu  từ nhiệt, vì độ biến thiên entropy  từ của vật  liệu đạt được giá  trị  lớn nhất 

tại  lân cận nhiệt độ chuyển pha  từ. Nhiệt độ chuyển pha từ của các mẫu được 

xác  định  từ  các  đường  cong  từ  nhiệt  M(T)  được  đo  trong  từ  trường  100  Oe 

(hình  5.2a).  Quan  sát  trên  hình  5.2a,  ta  có  thể  thấy  rằng  từ  độ  giảm  nhanh 

chóng xung quanh chuyển pha sắt từ - thuận từ. Chuyển pha này tương ứng với 

101

pha vô định hình trong hợp kim. Điều này hoàn toàn phù hợp với các phân tích 

cấu trúc ở trên. Từ độ của mẫu gần như giảm về 0 tại các nhiệt độ lớn hơn nhiệt 

độ chuyển pha do trạng thái PM. Theo như nghiên cứu trước [2], nhiệt độ Curie 

của hợp  kim  Fe90Zr10  là 245  K,  thấp hơn nhiệt  độ  phòng. Bằng  cách  thay  thế 

một phần Fe bởi Co đã làm tăng TC của hợp kim. Các giá trị TC lần lượt là 265, 

299, 310, 340, 392, 445 và 459 K tương ứng cho x = 1, 2, 3, 4, 6, 9 và 12 (bảng 

5.1).  Ở  đây,  TC  thay  đổi  gần  như  tuyến  tính  theo  nồng  độ  Co  (x)  tuân  theo 

phương trình: TC [K] = 250 + 21,1x (hình 5.2b). Điều này là do sự có mặt của 

Co làm tăng tương tác sắt từ trong hợp kim. Sự tăng như vậy của TC theo nồng 

độ  B  và  Ni  cũng  đã  được  quan  sát  thấy  sớm  hơn  trong  các  hợp  kim  vô  định 

hình Fe-B  [67] và Fe-Ni-Zr  [74]. Hiện  tượng này có  thể được giải  thích bằng 

cách sử dụng mô hình hai  trạng  thái spin được đề xuất bởi Weiss [138]. Theo 

mô hình này, các nguyên tử Fe với cấu trúc FCC có thể tồn tại hai trạng thái từ 

với các mô men từ 0,5 µB (trạng thái spin thấp) và 2,8 µB (trạng thái spin cao). 

Các trạng thái này được chia ra theo mức năng lượng E. Giá trị E của -Fe là 

bằng – 0,0355 eV. Nó cho thấy rằng E trong các hợp kim vô định hình Fe-B 

tăng  theo nồng độ B, và TC biến đổi như  là một hàm tăng  theo E. Mặt khác, 

E tăng do nồng độ B thêm vào cao trong các hợp kim Fe-B làm nâng cao TC 

[67]. Đối với các hợp kim nền Fe-Ni, khi nồng độ Ni  trong hợp kim tăng, E 

vượt  qua  0 và  đạt  giá  trị  dương.  Như  vậy,  trạng  thái  spin  cao  FM  của  Fe với 

nhiệt độ TC cao chiếm ưu thế hơn [66]. Trong nghiên cứu gần đây trên các băng 

hợp kim Fe90-xMnxZr10, Y. Moon và các cộng sự đã  tìm  thấy sự giảm dần của 

TC với sự tăng của nồng độ Mn [101]. Điều này có thể giải thích bởi sự tăng lên 

của thể tích các đám phản sắt từ, như trong trường hợp của hệ Fe-Ni-Mn [117]. 

Nhìn  chung,  chúng  ta  có  thể  nhận  thấy  rằng  tương  tác  trao  đổi  FM  của  các 

nguyên tử Fe trong các hợp kim Fe-Zr được nâng cao bởi Co nhưng lại bị giảm 

bởi  sự  thêm  vào  của  Mn.  Bên  cạnh  đó,  khi  có  sự  thêm  vào  của  Co  cũng  làm 

xuất hiện tương tác trao đổi Fe-Co, mạnh hơn Fe-Fe. 

102

Để khảo sát ảnh hưởng của Co  lên  từ độ bão hòa và  lực kháng  từ của hợp 

kim, các đường từ trễ cho các mẫu băng hợp kim nguội nhanh Fe90-xCoxZr0 đã đo ở 

nhiệt độ phòng (hình 5.3). Ta nhận thấy rằng tất cả các mẫu đã khảo sát đều thể hiện 

tính từ mềm với lực kháng từ nhỏ (Hc < 20 Oe). Từ độ bão hòa của các mẫu là khá 

cao, đều lớn hơn 20 emu/g. Co có ảnh hưởng khá lớn đến từ độ bão hòa của hợp 

kim, từ độ bão hòa gần như tăng đều khi tăng nồng độ Co (x)  (hình 5.3b). Sự tăng 

từ độ bão hòa ở nhiệt độ phòng của hợp kim khi có mặt Co có thể một phần do mô 

men từ nguyên tử trung bình trong hợp kim tăng lên, phần khác do sự tăng lên của 

nhiệt độ TC. 

-160

-80

0

80

160

-12 -6 0 6 12

x = 12x = 9x = 6x = 4x = 3x = 2x = 1

M (

em

u/g

)

H (kOe)(a)

-0.2

-0.1

0

0.1

0.2

-0.02-0.01 0 0.01 0.02

M (

em

u/g

)

H (kOe)

0

20

40

60

80

100

120

140

0 2 4 6 8 10 12 14

Ms (

em

u/g

)

x (%)(b) 

Hình 5.3. Các đường cong từ trễ tại nhiệt độ phòng (a) và sự phụ thuộc của từ độ

bão hòa vào nồng độ Co (b) của hệ hợp kim Fe90-xCoxZr10.

Với mong muốn tìm được các hợp kim cho hiệu ứng từ nhiệt lớn xung quanh 

nhiệt độ phòng, chúng tôi đã khảo sát hiệu ứng từ nhiệt trên bốn mẫu x = 1, 2, 3, 4 

của hệ hợp kim Fe90-xCoxZr10, bởi các mẫu này có chuyển pha từ TC gần nhiệt độ 

phòng.  Biến  thiên  entropy  từ  của  các  mẫu được xác định  theo phương pháp gián 

tiếp dựa  trên các số  liệu  từ nhiệt  (hình 5.4a). Từ các  số  liệu  từ nhiệt  trong các  từ 

trường khác nhau của mẫu ta suy ra sự phụ thuộc của từ độ vào từ  trường tại các 

nhiệt độ khác nhau (hình 5.4b). Cuối cùng, biến thiên entropy từ của mẫu được xác 

định bằng cách sử dụng phương trình (1.7).  

103

0

40

80

120

160

200

100 150 200 250 300 350 400

30 Oe50 Oe70 Oe100 Oe200 Oe350 Oe500 Oe700 Oe1 kOe2 kOe3 kOe5 kOe7 kOe10 kOe11 kOe

M (

em

u/g

)

T (K)(a)

0

20

40

60

80

100

M (

em

u/g

)

H (Oe)

270 K

400 K

(b)

0 3 6 159

 

Hình 5.4. Các đường M(T) đo trong các từ trường khác nhau (a) và các đường

M(H) tại các nhiệt độ khác nhau được suy ra từ đường cong từ nhiệt (b) của mẫu

băng hợp kim Fe87Co3Zr10.

0

0.5

1

1.5

150 200 250 300 350 400

x = 1x = 2

x = 3x = 4

T (K)

Sm (

J. K

g-1

. K

-1)

(a)

0.8

0.9

1

1.1

1.2

0 1 2 3 4 5x (%)

S

m| m

ax(J

. K

g-1

. K

-1)

(b)

Hình 5.5. Đường cong Sm(T) (a) và sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ cực đại

vào nồng độ Co (b) của các mẫu băng hợp kim Fe90-xCoxZr10 với ∆H = 11 kOe.

Hình 5.5 là các đường cong -Sm(T) của hệ hợp kim Fe90-xCoxNi10 (x = 1, 2, 

3 và 4)  trong biến  thiên  từ  trường H = 11 kOe. Là một hàm theo nhiệt độ, biến 

thiên entropy từ đạt tới giá trị cực đại ở gần nhiệt độ chuyển pha FM - PM của pha 

vô định hình. Biến thiên entropy từ cực đại Smmax của các mẫu tăng dần khi tăng  

104

nồng độ Co (hình 5.5b) và đạt các giá 

trị cho các mẫu x = 1, 2, 3 và 4 tương 

ứng là 0,89; 0,93; 1,02; 1,08 J.kg-1.K-1. 

Đối  với  các  hệ  hợp  kim  tương  tự,  ta 

cũng  thấy  được  rằng  Smmax  =  1,39 

J.kg-1.K-1  trong  các  hợp  kim  Fe90-

xBxZr10  với  x  =  5  (H  =  15  kOe, 

[137])  và  Smmax  =  1,19  J.kg-1.K-1 

trong hợp kim Fe90-xMnxZr10 với x = 4 

(với H = 15 kOe, [101]). Các kết quả 

này  biểu  thị  rằng  độ  lớn  của  Sm 

(cũng  như  Smmax)  phụ  thuộc  mạnh 

vào sự có mặt của nồng độ Co, B hoặc 

Mn thay thế cho Fe trong hợp kim. Ở 

đây, các giá trị Smmax của hợp kim Fe90-xCoxZr10 của chúng ta khá gần với các kết 

quả đã thu được từ các hợp kim vô định hình/nano tinh thể khác như Fe90-xMnxZr10 

[101], Fe90-xBxZr10 [137], Fe91Zr7B2, Fe88Zr8B4, Fe87Zr6B6Cu [7] và Fe79-xB12Cr8Gdx 

[76, 77] và Fe90-xNixZr10 [2]. 

Cùng với Smmax, một thông số khác cũng được sử dụng để đánh giá MCE của 

vật liệu, đó là khả năng làm lạnh từ RC. Dải nhiệt độ hoạt động TFWHM của các hợp kim 

Fe90-xCoxZr10 là khá rộng, lớn hơn 100 K. Bên cạnh đó, chúng ta cũng nhận thấy RC tăng 

theo nồng độ Co. Với H = 11 kOe, RC tăng từ 90 (với x = 1) lên tới 108 J.kg-1 (với x = 

4), như được chỉ ra trong hình 5.6 và bảng 5.1. Giá trị này cao hơn so với Gd nguyên 

chất có RC = 63,4 Jkg-1 (với H = 10 kOe) [134]. Đồng thời, cần phải nhấn mạnh rằng 

các giá trị RC của hợp kim Fe90-xCoxZr10 cũng cao hơn giá trị thu được cho các hợp kim 

Finemet (Fe68,5Mo5Si13,5B9Cu1Nb3), Nanoperm (Fe83-xCoxZr6B10Cu1 và Fe91-xMo8Cu1Bx), 

HiTperm (Fe60-xMnxCo18Nb6B16), FexCoyBzCuSi3Al5Ga2P1, và Fe73,5-xMnxCu1Nb3Si13,5B9 

[38], Fe90-xNixZr10  [2]. 

90

95

100

105

110

1 2 3 4

RC

(J.

kg-1

)

x (%) 

Hình 5.6. Sự phụ thuộc của khả năng

làm lạnh từ vào nồng độ Co của các

mẫu băng hợp kim Fe90-xCoxZr10. 

105

Bảng 5.1. Các giá trị nhiệt độ Curie (TC), từ độ bão hòa (Ms), độ biến thiên entropy

từ cực đại (|∆Sm|max) với ∆H = 11 kOe, độ bán rộng (TFWHM) và khả năng làm

lạnh (RC) của các băng hợp kim Fe90-xCoxZr10 (x= 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12).

x   TC (K) Ms  

(emu/g) 

|∆Sm|max

(J/Kg.K) 

TFWHM 

(K) 

RC          

(J.Kg-1) 

1  265  28  0,89  101  90 

2  299  40  0,93  109  101 

3  310  60  1,02  102  104 

4  340  72  1,08  100  108 

6  392  95  -    - 

9  445  120  -    - 

12  498  130  -    - 

Như vậy, Co có ảnh hưởng tích cực đến hiệu ứng từ nhiệt trong hợp kim Fe90-

xCoxZr10 (x = 1, 2, 3, 4, 6, 9, 12). Việc tăng nồng độ Co đã làm tăng cả nhiệt độ chuyển 

pha từ, từ độ bão hòa, biến thiên entropy từ cực đại và khả năng làm lạnh của hợp kim. 

Đặc biệt, nhiệt độ chuyển pha TC của hợp kim cũng đã được điều chỉnh về nhiệt độ 

phòng với nồng độ thích hợp của Co. Các giá trị thu được của |∆Sm|max và RC là khá 

lớn (lớn hơn 1 J.kg-1.K-1) và 100 J.Kg-1 với ∆H = 11 kOe). Điều này cho thấy rằng khả 

năng ứng dụng của hợp kim trong trong công nghệ làm lạnh bằng từ trường là rất cao. 

5.2. Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Fe90-xGdxZr10

Các băng hợp kim Fe90-xGdxZr10 (x = 1, 2 và 3) với chiều dày khoảng 15 µm 

đã được chế tạo bằng phương pháp phun băng nguội nhanh. Cấu trúc của các mẫu 

băng GdxFe90-xZr10 được  thể hiện  trên giản đồ nhiễu xạ  tia X (hình 5.7). Dựa vào 

giản đồ nhiễu xạ tia X, ta thấy cả ba mẫu đều xuất hiện các pha tinh thể Fe2Zr và α-

Fe  tại các góc 2  là 43,2o và 44,4o  tương ứng. Tuy nhiên,  tỉ  lệ pha  tinh  thể  trong 

mẫu là không nhiều bởi cường độ của các đỉnh nhiễu xạ tương đối yếu. Do đó, ta có 

thể coi cấu trúc của mẫu băng gần như vô định hình và tính chất từ mà ta khảo sát 

được chủ yếu do cấu trúc vô định hình này quyết định. Với mẫu có cấu trúc vô định 

hình, ngoài ưu điểm là nhiệt độ chuyển pha TC và lực kháng từ Hc nhỏ hơn so với 

106

cấu trúc tinh thể thì trên nền vô định hình ta có thể làm xuất hiện các cấu trúc tinh 

thể mới nhờ ủ nhiệt, khi đó vật liệu có thể có thêm các tính chất điện, từ đặc biệt. 

20 25 30 35 40 45 50 55 60

Cuo

ng

do

(d.v

.t.y

)

2do

x = 3

x = 2

x = 1

+ Fe2Zr o Fe

+o

 

Hình 5.7. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ hợp kim Fe90-xGdxZr10 (x = 1, 2 và 3).

 

-100

-50

0

50

100

-12 -6 0 6 12

x = 1

x = 2

x = 3

Ms(e

mu

/g)

H (kOe)

-0.1

0

0.1

-0.1 0 0.1

Ms(e

mu

/g)

H (kOe)

(a) 

20

30

40

50

60

70

80

1 2 3

Ms

(em

u/g

)

x (%)(b) 

Hình 5.8. Các đường cong từ trễ tại nhiệt độ phòng (a) và sự phụ thuộc của từ

độ bão hòa vào nồng độ Gd (b) của hệ hợp kim Fe90-xGdxZr10.

Để khảo sát sự phụ thuộc của từ độ bão hòa vào từ trường ngoài đối với mẫu 

hợp kim GdxFe90-xZr10 chúng tôi đã thực hiện phép đo M(H) trên hệ đo VSM (hình 

5.8a). Hình 5.8a cho thấy các mẫu đều thể hiện tính từ mềm với giá trị lực kháng từ 

Hc nhỏ dưới 40 Oe. Từ độ bão hòa của các mẫu đều khá lớn, lần lượt đạt các giá trị 

107

là 23,9; 46,5 và 70,4 emu/g tương ứng với x = 1, 2 và 3. Từ độ bão hòa của mẫu 

tăng đều theo nồng độ Gd (hình 5.8b). 

0

0.5

1

100 150 200 250 300 350 400 450

x=1

x=2

x=3

M (

d.v

.t.y

)

T (K)(a)

240

260

280

300

320

340

1 2 3

T C

(K

)x (%)(b)

 

Hình 5.9. Các đường M(T) rút gọn đo trong từ trường 100 Oe (a) và sự phụ

thuộc của nhiệt độ TC vào nồng độ Gd (b) của các mẫu băng Fe90-xGdxZr10.

Ảnh hưởng của nồng độ Gd lên nhiệt độ chuyển pha TC của mẫu GdxFe90-

xZr10 (x = 1, 2 và 3) được thể hiện trên các đường cong từ nhiệt M(T). Các mẫu 

được đo trong từ trường 100 Oe. Hình 5.9a cho thấy các mẫu có sự chuyển pha 

sắt  từ  -  thuận  từ,  chuyển pha  từ khá  sắc nét  và nhiệt  độ Curie TC  của  các mẫu 

tăng dần theo nồng độ Gd được pha vào (hình 5.8b). Cụ thể, nhiệt độ TC lần lượt 

với các mẫu x = 1, 2 và 3 là 252, 303 và 320 K. Dựa trên các đường từ nhiệt, ta 

thấy mẫu x = 1 gần như đơn pha. Tuy nhiên, TC của mẫu thấp hơn nhiều so với 

nhiệt độ phòng. Mẫu x = 2 có nhiệt độ chuyển pha từ ở nhiệt độ phòng. 

Để  tiếp  tục  nghiên  cứu  tính  chất  từ  và  hiệu  ứng  từ  nhiệt  của  hợp  kim, 

chúng tôi tiến hành đo hệ đường cong M(T) của mẫu x = 1, 2 và 3 trong các từ 

trường khác nhau biến thiên trong khoảng từ 0,01 đến 11 kOe. Tiếp đó từ các số 

liệu  từ  nhiệt  chúng  tôi  biểu  diễn  sự  phụ  thuộc  của  từ  độ  vào  từ  trường  tại  các 

nhiệt độ khác nhau (hình 5.10). Độ biến thiên entropy từ ∆Sm của mẫu được xác 

định bằng phương pháp gián tiếp thông qua các số liệu M(H) bằng cách sử dụng 

phương trình (1.7). 

108

100 200 300 4000

30

60

90

120

M (

emu

/g)

T (K)

10 Oe

20 Oe

30 Oe

50 Oe

70 Oe

100 Oe

200 Oe

300 Oe

500 Oe

700 Oe

1 kOe

2 kOe

3 kOe

5 kOe

7 kOe

8 kOe

9 kOe

10 kOe

11 kOe

(a)  

 

0 4 8 120

20

40

60

80

T = 2K

300

M (

em

u/g

)

H (kOe)

200

(d)  

 

100 200 300 4000

30

60

90

120

M (

em

u/g

)

T (K)

10 Oe

20 Oe

30 Oe

50 Oe

70 Oe

100 Oe

200 Oe

300 Oe

500 Oe

700 Oe

1 kOe

2 kOe

3 kOe

5 kOe

7 kOe

8 kOe

9 kOe

11 kOe

(b) 

0 3 6 9 120

20

40

60

80

T = 2K

330

240

M (

em

u/g

)

H (kOe)(e)  

 

 

0 3 6 9 12

0

25

50

75

100

M (

emu

/g)

H (kOe)

T = 2K

250

350

(f)  

 

Hình 5.10. Hệ đường cong M(T) đo trong từ trường khác nhau và hệ đường cong M(H)

tại các nhiệt độ khác nhau của mẫu băng Fe90-xGdxZr10 với x = 1 (a, d),2 (b, e) và 3 (c, f).

(c)

109

Hình 5.11 cho thấy các đường cong -Sm(T) (với H = 11 kOe) của các 

mẫu  băng  Fe90-xGdxZr10.  Độ  biến  thiên  entropy  từ  cực  đại  (|∆Sm|max)  của  hợp 

kim tăng từ 0,8 đến 1,02 J∙kg-1K-1 (với H = 11 kOe) khi x tăng từ 1 tới 3. Khả 

năng  làm  lạnh  từ RC của  các mẫu đã được  tính  toán  (bảng 5.2). Dải nhiệt  độ 

hoạt  động  TFWHM  của  các  hợp  kim  này  là  khoảng  80  -  90  K.  RC  cực  đại  là 

khoảng 90 J.kg-1 ở vùng nhiệt độ phòng đạt được khi nồng độ Gd là 2%. Giá trị 

RC này của hợp kim Fe90-xGdxZr10 lớn hơn so với một số hợp kim vô định hình 

và  nano  tinh  thể  khác  như  Finemet  (Fe68,5Mo5Si13,5B9Cu1Nb3),  Nanoperm 

(Fe83−xCoxZr6B10Cu1, Fe91−xMo8Cu1Bx), HiTperm (Fe60−xMnxCo18Nb6B16) và vật 

liệu vô định hình khối (FexCoyBzCuSi3Al5Ga2P10) [38]. 

0

0.4

0.8

1.2

200 250 300 350

x =1

x =2

x =3

Sm (

J. K

g-1

. K

-1)

T(K) 

Hình 5.11. Sự phụ thuộc của độ biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của mẫu băng

hợp kim Fe90-xGdxZr10 với ∆H = 11 kOe. 

Để hiểu rõ hơn về trật tự từ tại các chuyển pha loại hai, đồ thị Arrott (M2 

- H/M) được dựng từ các số liệu M(H) (hình 5.12). Quan sát hình 5.12, chúng 

ta nhận thấy chúng ngả về hai phía của hai trục tọa độ. Điều này thể hiện tách 

biệt giữa hai pha FM và PM. Độ dốc của tất cả các đường cong M2 – H/M đều 

110

có  hệ  số  dương.  Như  vậy,  chuyển  pha  từ  xảy  ra  trên  cả  hai  mẫu  đều  thuộc 

chuyển pha loại hai [13].  

0 100 200 300 400

0

1000

2000

3000

4000

5000

T =

4K

300

H/M (Oe.g/emu)

M2 (

em

u/g

)2

200

(a) 

         

0 50 100 150 200 250 300

2000

4000

6000

8000

T =

4K

320

200

H/M (Oe.g/emu)

M2

(e

mu/g

)2

(b)  

Hình 5.12. Các đường M2-H/M tại các nhiệt độ khác nhau của các mẫu băng Fe90-x GdxZr10

với x = 1 (a) và 2 (b). 

 

111

    

290 300 310 32010

20

30

40

50

60

70

-1 0

(g

/Oe/e

mu

)

x = 3

Ms (

em

u/g

)

Tc=326.420.09

=0.4400.006

TC=326.500.21

=0.8040.057

T (K)(c)

330

10

20

30

40

50

60

 

Hình 5.13. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của từ độ tự phát MS(T) và nghịch đảo của độ

cảm từ ban đầu o-1 cùng với các đường làm khớp cho các mẫu băng Fe90-x GdxZr10 với

x = 1 (a), 2 (b) và 3 (c).

Bản  chất  các  tương  tác  sắt  từ  trong  vật  liệu  có  thể dược hiểu bằng cách 

xác  định  các  tham  số  tới  hạn.  Theo  lý  thuyết,  chuyển  pha  sắt  từ  -  thuận  từ  tại 

nhiệt độ Curie là một chuyển pha liên tục. Sự phụ thuộc của từ độ tự phát MS(T) 

112

và nghịch đảo của độ cảm từ ban đầu 1(T) vào nhiệt độ rút gọn = (T-TC)/TC 

với bộ các số mũ tới hạn , có thể được xác định bằng cách sử dụng các hệ 

thức (1.14),  (1.15),  (1.16) và  (1.17). Bằng cách  làm khớp các  số  liệu MS(T) và 

-1(T)  theo các hệ  thức (1.14) và  (1.16) cho MS(T) và 

-1(T), chúng  ta suy ra 

được các  tham số  tới hạn  và TC (hình 5.13). Các giá  trị  thu được của và 

sau đó được sử dụng để tính tham số  dựa trên phương trình (1.17). Tất cả các 

tham số tới hạn đã thu được được trình bày trong bảng 5.2. Giá trị TC thu được 

bằng phương pháp này cho ba mẫu x = 1, 2 và 3 tương ứng là 252, 303 và 326 K. 

Các giá trị này gần như trùng với các giá trị được xác định thông qua phép đo từ 

độ  phụ  thuộc  nghiệt  độ.  So  sánh  với  một  số  mô  hình  lý  thuyết  như  mô  hình 

trường  trung  bìnhmô  hình  Heisenberg  ba  chiều  và  mô  hình  Ising  ba  chiều 

[121]các  tham  số  tới  hạn  thu  được  theo  phương  pháp  này  cho  các  mẫu  băng 

hợp  kim  nguội  nhanh  Fe90-xGdxZr10  gần  với  các  tham  số  của  mô  hình  trường 

trung bình, đặc trưng cho trật tự sắt từ tương tác xa. 

Bảng 5.2. Ảnh hưởng của nồng độ Gd (x) lên từ độ bão hòa (Ms), nhiệt độ Curie

(TC), biến thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max), khả năng làm lạnh (RC) và các tham

số tới hạn (, , ) của các mẫu băng Fe90-xGdx Zr10.

x  

 

Ms 

(emu/g) 

|∆Sm|max 

(J/kg.K) 

RC  

(J/kg) 

TC 

(K) 

     

1  23,9  0,8  64  252  0,475  1,162  3,446 

2  46,5  1,0  90  303  0,498  0,951  2,910 

3  70,4  1,02  80  326  0,440  0,804  2,827 

Như vậy, nhiệt độ Curie của các hợp kim Fe-Gd-Zr có thể được điều chỉnh 

về vùng nhiệt độ phòng bằng cách chọn tốc độ phun băng và nồng độ Gd hợp lí. 

Biến thiên entropy từ cực đại khá cao, |∆Sm|max ~ 1 J∙kg-1K-1 với H = 11 kOe, và 

dải nhiệt độ hoạt động khá rộng xung quanh nhiệt độ phòng, T ~ 90 K, biểu lộ 

những ứng dụng  tiềm năng của hợp kim nguội nhanh nền Fe-Gd-Zr  trong công 

nghệ  làm  lạnh  bằng  từ  trường.  Các  tham  số  tới  hạn  của  các  mẫu  băng  Fe90-

113

xGdxZr10 thu được gần với các tham số của lí thuyết trường trung bình, đặc trưng 

cho trật tự sắt từ tương tác xa. 

5.3. Cấu trúc, tính chất từ, hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Fe90-xDyxZr10

  Hợp kim Fe90-xDyxZr10 (x = 1, 2, 3, 4, 5 và 6) cũng được chế tạo với  tốc 

độ cao nhất của trống đồng, v = 40 m/s. Các băng hợp kim thu được có chiều dày 

khoảng 15 µm. Kết quả phân tích cấu trúc đã cho thấy rằng hợp kim gần như là 

vô định hình với x = 1 và bị kết tinh một phần với x ≥ 2 (hình 5.14). Như vậy, 

Dy  đã  làm  giảm  khả năng  vô  định  hình  của  hợp  kim.  Các  đỉnh nhiễu xạ  trong 

giản đồ XRD tương ứng với các pha tinh thể DyFe5 và -Fe. Với sự tăng lên của 

nồng độ Dy (x), cường độ của các đỉnh nhiễu xạ  (tỉ  lệ  thể  tích) của pha Dy5Fe 

tăng  lên,  trong khi đó  cường độ của đỉnh -Fe  lại  giảm xuống. Thông  thường, 

khả  năng  hình  thành  pha  vô  định  hình  của  hợp  kim  được  cải  thiện  bằng  cách 

thêm vào nhiều nguyên  tố. Trong  trường hợp này, khả năng hình  thành pha vô 

định hình của hợp kim Fe-Zr bị giảm xuống bởi sự thêm vào của nguyên tố Dy. 

Điều này có  thể  là do nhiệt  dương của  các nguyên  tố  trộn vào. Khả năng hình 

thành pha vô định hình  của một hợp kim  lớn nếu nhiệt  của  các nguyên  tố  trộn 

vào là âm. 

 

Hình 5.14. Giản đồ XRD của các băng hợp kim Fe90-xDyxZr10.

Tính chất  từ của các băng hợp kim được  thể hiện bởi các phép đo  từ độ 

trong  các  từ  trường  và  nhiệt  độ  khác  nhau.  Hình  5.15  biểu  diễn  các  đường  từ 

114

nhiệt  rút  gọn  (M/M100  K) 

trong  từ  trường  100  Oe. 

Các mẫu băng đều thể hiện 

tính đa pha từ. Chuyển pha 

từ  đầu  tiên  trong  dải  nhiệt 

độ 270  - 350 K  tương ứng 

với  pha  vô  định  hình.  Các 

chuyển  pha  từ  còn  lại  sau 

chuyển  pha  đầu  tiên  của 

các băng hợp kim có thể là 

do  các  pha  tinh  thể  mà  có 

nhiệt  độ  TC  cao  hơn  pha 

VĐH.  Sự  tăng  lên  của  từ 

độ theo nhiệt độ được cho là do sự hình thành pha tinh thể có nhiệt độ TC cao. 

Các kết quả cũng cho thấy rằng nhiệt độ Curie của pha VĐH trong các mẫu tăng 

theo  nồng  độ  Dy  (bảng  5.3).  Như  đã  được  đề  cập,  nhiệt  độ  TC  của  mẫu  băng 

Fe90Zr10 là 245 K [2]. Như vậy, TC của các băng Fe90Zr10 tăng gần 30 K với sự 

thêm vào 1% của Dy. So với sự thêm vào của Ni ở nghiên cứu trước [2] và Co ở 

phần 5.1, để tăng TC lên tới 306 K, cần tới 5% Ni và 3% Co. Điều này có nghĩa 

là sự nâng cao TC của Dy mạnh hơn của Ni và Co. 

Hình 5.16 biểu diễn sự phụ thuộc của  từ độ vào  từ  trường ngoài của các 

băng với x = 1, 2 và 3 tại nhiệt độ phòng. Chúng ta nhận thấy các băng đều thể 

hiện  tính  từ  mềm  và  từ  độ  của  chúng  tăng dần  theo  nồng độ  Dy.  Từ  độ  tại  11 

kOe  của  các  băng  hợp  kim  này  với  các  nồng  độ  Dy  khác  nhau được  trình  bày 

trong bảng 5.3. Sự tăng lên của từ độ bão hòa tại nhiệt độ phòng có thể được giải 

thích bởi sự nâng cao TC của hợp kim bởi Dy. Lực kháng  từ của hợp kim tăng 

nhẹ từ  50 Oe (x = 1) tới 150 Oe với sự tăng lên của Dy. Lí do cho sự tăng của 

lực kháng từ theo nồng độ Dy là do sự hình thành của các pha tinh thể, mà trở 

thành các tâm ghim ngăn cản sự quay vách đômen. Điều này hoàn toàn phù hợp 

 

Hình 5.15. Các đường cong từ nhiệt ở từ trường

100 Oe của các băng Fe90-xDyxZr10.

115

với các kết quả đã thu được từ phân tích nhiễu xạ tia X ở trên. Tỉ lệ thể tích của 

các pha tinh thể trong hợp kim tăng theo nồng độ Dy. 

Mục  đích  của  nghiên 

cứu  này  chủ  yếu  là  khảo  sát 

hiệu ứng từ nhiệt và các tham 

số tới hạn ở trạng thái vô định 

hình  của  các  băng  nguội 

nhanh  Fe90-xDyxZr10.  Vì  vậy, 

các mẫu với  tỉ  lệ  thể  tích pha 

vô định hình lớn được chọn để 

nghiên  cứu  chi  tiết.  Các 

đường cong từ nhiệt trong các 

biến  thiên  từ  trường  khác 

nhau  của  các  băng  Fe90-

xDyxZr10  với  x  =  1  và  2  được 

trình bày trong hình 5.17. Chúng ta nhận thấy rằng sự sắc nét của chuyển pha từ 

của cả hai mẫu giảm với sự tăng lên của từ trường. Đây là một đặc trưng của vật 

liệu sắt từ ở trạng thái vô định hình. Đối với vật liệu từ nhiệt, biến thiên entropy 

từ lớn nếu chuyển pha từ sắc nét. Trong trường hợp này, độ rộng của chuyển pha 

từ lớn. Điều này có nghĩa là biến thiên entropy từ có thể bị giảm đi tại nhiệt độ 

chuyển pha. Tuy nhiên, dải nhiệt độ hoạt động của các vật  liệu sẽ  trở nên rộng 

hơn dẫn tới khả năng làm lạnh từ RC lớn. 

Từ  các  đường  cong  từ  nhiệt  của  các  mẫu  trong  các  biến  thiên  từ  trường 

khác nhau (hình 5.17), chúng tôi đã suy ra sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường, 

M(H), tại các nhiệt độ khác nhau (hình 5.18). Sau đó, biến thiên entropy từ được 

tính từ các dữ liệu M(H) này. Các kết quả đã cho thấy rằng các dữ liệu thu được 

từ hai cách này gần như trùng khớp nhau. 

 

-80

-40

0

40

80

-10 -5 0 5 10

x = 1

x = 2

x = 3

M (

em

u/g

)

H (kOe) 

Hình 5.16. Các đường cong từ trễ tại nhiệt độ

phòng của các băng Fe90-xDyxZr10.

116

100 150 200 250 300 3500

30

60

90

120 10 Oe 100 Oe 200 Oe 300 Oe 500 Oe 700 Oe 1 kOe 2 kOe 3 kOe 5 kOe 8 kOe 12 kOe

M (

em

u/g

)

T (K)

x = 1

(a)100 150 200 250 300 3500

30

60

90

120

M (

em

u/g

)

T (K)

10 Oe 100 Oe 200 Oe 300 Oe 500 Oe 700 Oe 1 kOe 2 kOe 3 kOe 5 kOe 8 kOe 12 kOe

x = 2

(b)  

Hình 5.17. Các đường cong từ nhiệt tại các từ trường khác nhau của các băng

Fe90-xDyxZr10 với x = 1 (a) và 2 (b).

0 5 10 150

25

50

75

220 K

226 K

232 K

238 K

244 K

250 K

256 K

262 K

268 K

274 K

280 K

286 K

292 K

298 K 304 K

310 K 316 K

M (

em

u/g

)

H (kOe)

x = 1

(a)    0 5 10 15

0

25

50

75 230 K 236 K 242 K 248 K 254 K 260 K 266 K 272 K 278 K 284 K 300 K 306 K 312 K 318 K 324 K 330 K 336 K

M (

em

u/g

)

H (kOe)

x= 2

(a)  

Hình 5.18. Sự phụ thuộc của từ độ vào từ trường của các mẫu băng Fe90-xDyxZr10

với x = 1 (a) và 2 (b).

Hình 5.19 là các đường cong Sm(T) trong các biến thiên từ trường khác 

nhau lên tới 12 kOe của mẫu Fe90-xDyxZr10 khi x = 1 và 2. Biến thiên entropy từ 

của hợp kim giảm nhẹ khi nồng độ Dy tăng (bảng 5.3). Giá trị  |∆Sm|max của hợp 

kim  là 0,93 và 0,84 J.kg-1.K-1  tương ứng cho mẫu x = 1 và 2. RC của các mẫu 

cũng đã được tính toán (bảng 5.3). Giá trị của TFWHM đã được đề cập đến như là 

dải nhiệt độ hoạt động của chất làm lạnh từ. Dải nhiệt độ hoạt động của các mẫu 

117

băng này là khoảng 95 K cho x = 1 và 75 K cho x = 2. RC cao nhất 88 J.kg-1 đã 

thu được ở hợp kim với nồng độ Dy là 1%. Giá trị RC của hợp kim Fe-Dy-Zr lớn 

hơn so với một vài hệ hợp kim vô định hình và nanô tinh thể khác như Finemet 

(Fe68,5Mo5Si13,5B9Cu1Nb3),  Nanoperm  (Fe83-xCoxZr6B10Cu1,  Fe91-xMo8Cu1Bx), 

HiTperm  (Fe60-xMnxCo18Nb6B16),  và  các  hợp  kim  vô  định  hình  khối 

(FexCoyBzCuSi3Al5Ga2P10)  [38],  và  gần  tương  đương  với  giá  trị  của  các  băng 

Fe90-xNixZr10 [2]. Ưu điểm của các vật  liệu từ nhiệt ở  trạng thái vô định hình là 

chúng có thể có dải nhiệt độ làm việc rộng và RC lớn tại vùng nhiệt độ phòng. 

Bên cạnh đó, chúng còn có cơ tính tốt như bền và dễ dát mỏng. Điều này rất cần 

thiết cho các ứng dụng của vật liệu từ nhiệt.  

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

200 240 280 320 360

6 kOe8 kOe10 kOe

12 kOe

T (K)

Sm

(J. K

g-1

. K

-1)

(a)

x = 1

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

240 260 280 300 320 340

6 kOe8 kOe

10 kOe

12 kOe

T (K)

Sm

(J. K

g-1

. K

-1)

(b)

x = 2

 

Hình 5.19. Sự phụ thuộc của biến thiên entropy từ vào nhiệt độ của các băng Fe90-xDyxZr10

với x = 1 (a) và x = 2 (b) trong các biến thiên từ trường khác nhau lên tới 12 kOe. 

Để hiểu  rõ hơn về  các  trật  tự  từ  tại  các  chuyển pha  từ,  các đường Arrot 

(các đường M2 – H/M) được xây dựng từ các số liệu M(H). Quan sát hình 5.20, 

ta nhận các đường cong đều ngả về hai nhánh, thể hiện sự tách biệt giữa hai và 

FM và PM. Tại gần nhiệt độ chuyển pha TC, đường cong này gần như là đường 

thẳng đi qua gốc  tọa độ. Bên cạnh đó, độ dốc của  tất  cả các đường cong M2 – 

H/M đều có hệ số dương. Điều đó chứng tỏ chuyển pha trong mẫu là chuyển pha 

loại hai.  

118

100 200 300 400 5000

1000

2000

3000

4000

5000

6000 270 K 274 K 278 K 282 K 286 K 290 K 294 K 298 K 302 K 306 K 310 K

230 K 234 K 238 K 242 K 246 K 250 K 254 K 258 K 262 K 266 K

M2

(em

u/g

)2

H/M (Oe.g/emu)(a) 

100 200 300 4000

1000

2000

3000

4000

5000 240 K 244 K 248 K 252 K 256 K 260 K 264 K

268 K 272 K

276 K 280 K 284 K 288 K 292 K 296 K 300 K

304 K 308 K 312 K 316 K 320 K

M2

(em

u/g

)2

H/M (Oe.g/emu)(b) 

Hình 5.20. Các đường M2-H/M tại các nhiệt độ khác nhau của các mẫu băng

Fe90-xDyxZr10 với x = 1 (a) và 2 (b).

Bởi vì chuyển pha sắt từ - thuận từ tại nhiệt độ Curie là chuyển pha liên tục, 

sự phụ thuộc của từ độ tự phát MS(T) và nghịch đảo độ cảm từ ban đầu 0-1(T) vào 

nhiệt độ rút gọn  tuân theo hàm số mũ với bộ các tham số tới hạn , , … có thể 

được xác định bằng cách sử dụng các phương trình (1.14), (1,15) và (1.16) [10]. Từ 

độ tự phát MS(T) và nghịch đảo độ cảm từ ban đầu 0-1(T) của vật  liệu có thể thu 

được từ việc xây dựng và làm khớp một cách tuyến tính các đường Arrot M2 - H/M 

119

tại từ trường cao. Giá trị MS(T) và 0-1(T) là một hàm theo nhiệt độ đã được vẽ cho 

các băng Fe90-xDyZr10 trong hình 5.21. Tất cả tham số tới hạn thu được được liệt kê 

trong bảng 5.3. Ta có thể nhận thấy rằng các giá trị TC thu được từ việc làm khớp là 

gần như bằng với các giá trị thu được trực tiếp từ các đường cong từ nhiệt. Điều này 

có nghĩa là việc làm khớp là hoàn toàn đúng. 

264 270 276 282

5

10

15

20

25 TC=273.40.1

=1.0180,006

TC=273.2K0.1

=0.5430.006

Ms (

em

u/g

)

x = 1

(a)

15

30

45

60

(g

/Oe/e

mu)

T (K)   

270 275 280 285 290 2950

5

10

15

20

25

30

35

TC=285.4K0.1

=0.559 0,007

0

10

20

30

40

50

60

T (K)

Ms (

em

u/g

)

TC=285.6K0.1

=1.0330,028

(g

/Oe

/em

u)

x = 2

(b)

 

Hình 5.21. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của từ độ tự phát và nghịch đảo của độ

cảm từ ban đầu cùng với các đường làm khớp cho các mẫu băng Fe90-xDyxZr10

với x = 1 (a) và 2 (b).

120

So  sánh  với  các  mô  hình  chuẩn  như  thuyết  trường  trung  bình,  mô  hình 

Heisenberg  3D  và  mô  hình  Ising  3D  [121],  các  tham  số  tới  hạn  thu  được  theo 

phương pháp này của của các băng Fe90-xDyxZr10 (hình 5.21) là khá gần với mô hình 

lý thuyết trường trung bình, đặc trưng cho trật tự sắt từ tương tác xa. Khi nồng độ 

Dy tăng, tất cả các tham số đều tăng nhẹ. Giá trị của tham số  tăng theo nồng độ 

Dy biểu  thị  rằng  tương  tác  sắt  từ  trong hợp kim được  tăng  lên. Điều này  là hoàn 

toàn phù hợp với sự tăng của nhiệt độ Curie  thu được từ các đường cong từ nhiệt 

của hợp kim. 

Bảng 5.3. Ảnh hưởng của nồng độ Dy (x) lên từ độ bão hòa (Ms), nhiệt độ Curie

(TC), biến thiên entropy từ cực đại (|∆Sm|max), khả năng làm lạnh (RC) và các tham

số tới hạn (, , ) của các mẫu băng Fe90-xDyxZr10.

x (%) Ms 

(emu/g) TC (K) 

|∆Sm|max 

(J/kg.K) 

RC 

(J/kg)      

1  27,5  273  0,93  88  0,543  1,018  2,875 

2  37,5  286  0,84  63  0,559  1,033  2,848 

3  70  305  -  -  -  -  - 

Tóm lại, nhiệt độ Curie của các hợp kim Fe-Dy-Zr có thể được điều khiển về 

vùng nhiệt độ phòng bằng cách chọn nồng độ Dy hợp lý. Biến thiên entropy từ khá 

cao,  Smmax   0,9  J.kg-1.K-1  với H  =  12  kOe,  và  dải  nhiệt  độ  hoạt  động  xung 

quanh  nhiệt  độ  phòng, T   95  K,  biểu  lộ  tiềm  năng  ứng  dụng  của  các  hợp  kim 

nguội nhanh nền Fe-Dy-Zr. Các tham số tới hạn của các băng Fe90-xDyxZr10 khi x = 

1 và 2 được xác định là khá gần với thuyết trường trung bình, đặc trưng cho trật tự 

sắt từ tương tác xa. 

Như vậy, chúng tôi đã nghiên cứu lần lượt ảnh hưởng của Co, Gd và Dy lên 

cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hệ hợp kim nền Fe-Zr. Để dễ so sánh, 

bảng 5.4 cho ta thấy giá trị nhiệt độ chuyển pha TC và các giá trị Smmax thu được 

cho các hợp kim nguội nhanh nền Fe và Gd. 

121

Bảng 5.4. Các giá trị thực nghiệm của các băng hợp kim Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr so với

các hợp kim từ nhiệt nguội nhanh nền Fe và kim loại nguyên chất Gd được công bố

trong những năm gần đây.  

Vật liệu TC 

(K) 

(kOe) 

|Sm|max 

(J.kg-1.K-1) 

RC 

(J.kg-1) TLTK 

Gd  294  10  2,8  63,4  [134] 

Fe90Zr10  245  12  0,93  86  [2] 

Fe85Ni5Zr10  306  12  1,09  90  [2] 

Fe80Ni10Zr10  356  12  1,02  81  [2] 

Fe75Ni15Zr10  403  12  0,95  70  [2] 

Fe70,5-xMn5Cu1Nb3Si13,5B9  550  12  1,07  

[2] 

Fe63,5-xMn10Cu1Nb3Si13,5B9  440  12  1,09  30,6  [2] 

Fe89Co1Zr10  265  11  0,89  90   

Fe88Co2Zr10  299  11  0,93  101   

Fe87Co3Zr10  310  11  1,02  104   

Fe86Co4Zr10  340  11  1,08  108   

Fe89Gd1Zr10  252  11  0,8  64   

Fe88Gd2Zr10  303  11  1,0  90  

Fe87Gd3Zr10  326  11  1,02  80  

Fe89Dy1Zr10  273  12  0,93  88  

Fe89Dy1Zr10  286  12  0,84  63  

Fe84Mn6Zr10  222  15  1,04    [101] 

Fe82Mn8Zr10  210  15  0,95    [101] 

Fe80Mn10Zr10  195  15  0,87    [101] 

(Fe70Ni30)89Zr7B4  342  5  0,18  20  [61] 

Fe85Zr10B5  300  15  1,39    [137] 

Fe89Zr11  266  18  1,30    [100] 

Fe79B10Zr11  368  18  1,73    [100] 

Fe86Y5Zr9  284  15  0,89  

[69] 

Fe79GdCr8B12  355  15  1,42  153  [77] 

Fe78Gd2Cr8B12  383  15  1,18  95  [77] 

Fe77Gd3Cr8B12  378  15  0,92  79  [77] 

Fe75Gd5Cr8B12  400  15  0,95  73  [77] 

Fe79GdCr8B12  365  15  0,95  102  [76] 

Fe82,5Co2,75Ni2,75Zr7B4Cu  298  15  1,41  166  [22] 

Fe88Zr7B4Cu  295  15  1,32  166  [22] 

122

Quan sát bảng 5.4, chúng ta nhận thấy rằng nhiệt độ chuyển pha TC của các 

hợp kim đã được điều chỉnh về nhiệt độ phòng với một nồng độ thêm vào hợp lí của 

Co, Gd hoặc Dy. Giá trị biến thiên entropy từ thu được cho các mẫu là xung quanh 

1 J.kg-1.K-1. Giá trị này tương đương với giá trị đã thu được trong các hợp kim vô 

định  hình  Fe90-xNixZr10  [2],  Fe-Mn-Zr  [101],  Fe-Gd-Cr-B  [76,  77].  Khả  năng  làm 

lạnh từ RC lớn 101 J.kg-1 đạt được trên mẫu khi pha với nồng độ Co 2% tại nhiệt độ 

299 K. Các hợp kim này có giá  trị RC chỉ  thấp hơn so với hợp kim vô định hình 

Fe82,5Co2,75Ni2,75Zr7B4Cu và Fe88Zr7B4Cu [22] và cao hơn so với tất cả các hợp kim 

còn lại.  

Kết luận chương 5

Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của các hợp kim vô định hình nền 

Fe-Zr: Fe90-xNixZr10, Fe85-xAgxNi5Zr10, Fe90-xGdxZr10, Fe90-xDyxZr10 và Fe90-xCoxZr10 

đã được khảo sát một cách hệ thống. Qua đó rút ra các kết luận sau:

  - Cấu trúc của các hệ đều đặc trưng cho cấu trúc  tổ hợp vô định hình/nanô 

tinh thể, trong đó pha vô định hình đóng vai trò thống trị. 

- Các mẫu thể hiện tính từ mềm với lực kháng từ rất nhỏ. Nhiệt độ chuyển 

pha của các hợp kim nền Fe-Zr có thể được điều chỉnh về nhiệt độ phòng bởi nồng 

độ Ni, Gd, Dy, Co hợp lí. 

- Biến thiên entropy từ cực đại của một số mẫu hợp kim khá cao (|∆Sm|max ~ 

1 J∙kg-1K-1 với H = 11 kOe), và dải nhiệt độ hoạt động khá rộng xung quanh nhiệt 

độ phòng (TFWHM có thể lên tới 100 K).  

- Các tham số tới hạn của các mẫu băng hợp kim thu được phần lớn là gần 

với các tham số của lí thuyết trường trung bình, đặc trưng cho trật tự sắt từ tương 

tác xa.  

 

123

KẾT LUẬN 

  Luận án tập trung nghiên cứu chế tạo và khảo sát cấu trúc, tính chất từ, hiệu 

ứng từ nhiệt và các tham số tới hạn của các hợp kim nguội nhanh. Một số kết quả 

chính của luận án như sau: 

1. Đã  nghiên  cứu  công  nghệ  và  chế  tạo  thành  công  các  hệ  mẫu  hợp  kim  bằng 

phương pháp phun băng nguội nhanh: 

- Ni50Mn50-xSnx (x = 11, 12, 13, 14 và 15). 

- La-(Fe,Co)-(Si,B): LaFe13-x-ySixBy (x = 0 – 3, y = 0 - 3), LaFe11-xCoxSi2 (x = 

0; 0,4; 0,6; 0,8; 0,9; 1; 2; 3 và 4) và La1+xFe10,5-xCoSi1,5 (x = 0; 0,5; 1 và 1,5). 

- Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr: Fe90-xCoxZr10 (x = 1, 2, 3, 4, 6, 9 và 12), Fe90-xGdxZr10 

(x = 1, 2 và 3) và Fe90-xDyxZr10 (x = 1, 2, 3, 4, 5 và 6). 

2. Đã khảo sát cấu trúc của các mẫu chế tạo được. Kết quả cho thấy một số mẫu đã 

thể hiện cấu  trúc mong muốn: cấu  trúc Heusler đầy đủ (cho hệ Ni50Mn50-xSnx 

với x = 11 - 15), cấu trúc loại NaZn13 (cho các hệ hợp kim LaFe13-x-ySixBy với x 

= 2, y = 0; LaFe11-xCoxSi2 và La1+xFe10,5-xCoSi1,5) và cấu trúc vô định hình (cho 

các  hệ  hợp  kim  nền  Fe-Zr).  Quá  trình  xử  lý  nhiệt  có  thể  tăng  cường  được  tỉ 

phần pha mong muốn trong các mẫu hợp kim. 

3. Đã khảo sát tính chất từ của các hệ mẫu chế tạo được.  

- Tất cả các hệ mẫu đều thể hiện tính từ mềm với lực kháng từ nhỏ (dưới 100 Oe). 

- Hệ  mẫu băng hợp  kim Heusler Ni50Mn50-xSnx xuất hiện  cả hai  loại  chuyển 

pha,  chuyển  pha  từ  loại  một  tại  TM-A  (nhiệt  độ  chuyển  pha  martensite  - 

austenite) và chuyển pha từ loại hai tại  A

CT  và  M

CT  (lần lượt tương ứng với pha 

martensite và austenite). Nhiệt độ TM-A và biên độ của chuyển pha này phụ 

thuộc mạnh vào nồng độ Sn. Nhiệt độ TM-A của hợp kim giảm nhanh chóng 

từ 302 xuống 182 K bằng sự tăng nồng độ Sn từ 12 lên 14%. Trong khi đó, 

chuyển pha sắt từ - thuận từ (FM - PM) của pha austenite lại gần như không 

thay đổi. 

- B làm giảm nhiệt độ Curie TC của hợp kim LaFe13-xBxSi3 từ 425 K xuống 190 K 

với x tăng từ 0 đến 3. La cũng làm giảm TC của hợp kim La1+xFe10,5-xCoSi1,5  từ 

297 K xuống 273 K với x tăng từ 0 đến 1. Tuy nhiên, Co lại làm tăng TC từ 

220  tới 530 K của hợp kim LaFe11-xCoxSi2 với x  tăng  từ 0 đến 4. Nhiệt độ 

Curie  của  hợp  kim  La-(Fe,Co)-(Si,B)  có  thể  được  điều  khiển  về  nhiệt  độ 

phòng với nồng độ B, Co và La hợp lí. 

124

- Co làm tăng TC của hợp kim Fe90-xCoxZr10 từ 265 tới 498 K với x tăng từ 1 

đến 12. Gd  làm tăng TC của hợp kim Fe90-xGdxZr10  từ 252  tới 326 K với x 

tăng từ 1 đến 3. Dy cũng làm tăng TC của hợp kim Fe90-xDyxZr10 từ 273 K tới 

305 K với x  tăng từ 1 đến 3. Như vậy, Co, Gd và Dy đều làm tăng TC của 

hợp kim Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr về nhiệt độ phòng với một nồng độ hợp lí. 

4. Đã thu được hiệu ứng  từ nhiệt  lớn trên một số mẫu. Biến  thiên entropy  từ 

cực đại, Smmax, là trên 1 J.kg-1.K-1 trong từ trường biến thiên 12 kOe ở lân 

cận  nhiệt  độ  phòng.  Hệ  băng  hợp  kim  Ni50Mn50-xSnx  với  x  =  13  (cả  mẫu 

chưa ủ và đã ủ) cho cả hiệu ứng từ nhiệt âm và dương  lớn (Smmax > 5,2 

J.kg-1.K-1  và  -Smmax  >  1,4  J.kg-1.K-1  với H  =  12  kOe).  Các  mẫu  băng 

nguội nhanh La-(Fe,Co)-(Si,B) và Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr đã cho khả năng  làm 

lạnh  từ  khá  lớn  (RC  >  70  J.kg-1  với H  =  12  kOe)  với  dải  nhiệt  độ  hoạt 

động  (TFWHM)  rộng  nằm  ở  vùng  nhiệt  độ  phòng.  Nhìn  chung,  các  mẫu 

băng hợp kim Heusler Ni-Mn-Sn có  Smmax lớn hơn, nhưng lại có RC nhỏ 

hơn  của  các  mẫu  băng  hợp  kim  La-(Fe,Co)-(Si,B)  và  Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr. 

Hợp  kim  nguội  nhanh  nền  Fe-(Co,Gd,Dy)-Zr  có  Smmax  nhỏ  nhất,  nhưng 

lại có TFWHM rộng nhất, nhiều mẫu có T > 90 K.  

5. Các tham số tới hạn và cơ chế chuyển pha của nhiều mẫu hợp kim đã được xác 

định  bằng  phương  pháp  Arrott.  Giá  trị  TC  thu  được  khá  phù  hợp  với  thực 

nghiệm. Sự thêm vào của Sn đã làm thay đổi trật tự tương tác sắt từ trong pha 

austenite của hợp kim Ni50Mn50-xSnx từ trật tự sắt từ tương tác gần (x = 13) sang 

trật tự sắt từ tương tác xa (x = 14). Các tham số tới hạn của các băng hợp kim 

LaFe11-xCoxSi2 (x = 0,8 và 0,9), Fe90-xGdxZr10 (x = 1, 2 và 3) và Fe90-xDyxZr10 (1 

và 2) được xác định là khá gần với thuyết trường trung bình, đặc trưng cho trật 

tự sắt từ tương tác xa.  

Từ những kết quả trên, chúng tôi thấy có thể tiếp tục nghiên cứu theo các hướng 

sau: 

- Tiến hành xử lí nhiệt để thu được các mẫu băng La-(Fe,Co)-(Si,B) đơn pha 

loại NaZn13. 

- Thêm vào một số nguyên tố thích hợp để làm tăng khả năng tạo trạng thái vô 

định hình của hệ hợp kim Fe-M-Zr.  

125

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ

* Các công trình sử dụng trong luận án:

1. The-Long Phan, P. Zhang, N. H. Dan, N. H. Yen, P. T. Thanh, T. D. Thanh, 

M.  H.  Phan,  and  S.  C.  Yu,  Coexistence of conventional and inverse

magnetocaloric effects and critical behaviors in Ni50Mn50-xSnx (x = 13 and 14)

alloy ribbons, Applied Physics Letters, 101 (2012) 212403:1-5. 

2. T. D. Thanh, N. H. Yen, P. T. Thanh, N. H. Dan, P. Zhang, The-Long Phan 

and  S.  C.  Yu,  Critical behavior and magnetocaloric effect of LaFe10-xBxSi3

alloy ribbons, Journal of Applied Physics, 113 (2013) 17E123:1-3. 

3. Dan Nguyen Huy, Huu Do Tran, Yen Nguyen Hai, Thanh Pham Thi, Duc Nguyen 

Huu, Nga Nguyen Thi Nguyet, Thanh Tran Dang, The-Long Phan, Seong Cho Yu, 

Influence of fabrication conditions on giant magnetocaloric effect of Ni-Mn-Sn

ribbons, Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 4 (2013) 025011:1-4. 

4. Hai Yen Nguyen, Thanh Pham Thi, Duc Nguyen Huu, Thanh Tran Dang, The-Long 

Phan, Seong-Cho Yu, Dan Nguyen Huy, Magnetic and magnetocaloric properties in

La-(Fe-Co)-Si, Adv. Nat. Sci.: Nanosci. Nanotechnol. 4 (2013) 025018:1-4. 

5. Nguyễn Huy Dân, Nguyễn Hải Yến, Phạm Thị Thanh, Nguyễn Hữu Đức, Đỗ 

Trần Hữu, Đinh Chí Linh, Nguyễn Mạnh An, Lê Viết Báu, Nguyễn Lê Thi, 

Nguyễn  Hoàng  Hà,  Phạm  Khương Anh,  Nguyễn  Thị  Thanh  Huyền,  Nghiên

cứu hiệu ứng từ nhiệt lớn trên một số hợp kim nguội nhanh, Tạp chí Khoa

học và Công nghệ, Viện KHCNVN, 52(3B) (2014) 1-7. 

6. Nguyễn  Hải  Yến,  Đinh  Chí  Linh,  Phạm  Thị  Thanh,  Thạch  Thị  Đào  Liên, 

Phạm  Khương  Anh  và  Nguyễn  Huy  Dân,  Nghiên cứu cấu trúc và tính chất

của hệ vật liệu từ nhiệt LaFe13-x-ySixBy chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh, 

Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Viện KHCNVN, 52(3B) (2014) 104-109. 

7. Nguyễn  Hải  Yến,  Phạm  Thị  Thanh,  Trần  Đăng  Thành,  Đỗ  Trần  Hữu,  Đỗ  Thị 

Quỳnh Trang, Vũ Mạnh Quang, Nguyễn Thị Mai, Đỗ Thị Kim Anh, Nguyễn Huy 

Dân, Hiệu ứng từ nhiệt và các tham số tới hạn của băng hợp kim nguội nhanh Fe90-

xGdxZr10, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2(6) (2015) 1-4. 

8. Nguyễn  Hải Yến,  Vũ  Thị  Lan  Oanh,  Phạm  Khương Anh,  Nguyễn  Thị  Thanh 

Huyền, Phạm Thị Thanh, Nguyễn Huy Dân, Tính chất từ, hiệu ứng từ nhiệt và

các tham số tới hạn của hệ băng hợp kim LaFe11-xCoxSi2, Tuyển tập báo cáo Hội

nghị Vật lí chất rắn và Khoa học vật liệu lần thứ 9-SPMS 2015, 147-150.

126

9. Nguyễn Hải Yến, Lê Việt Hùng, Đinh Chí Linh, Phạm Thị Thanh, Trần Đăng Thành 

và Nguyễn Huy Dân, Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hệ mẫu băng

La1+xFe10,5-xCoSi1,5, Tạp chí Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 4(2) (2016) 20-23. 

10. Tran  Dang  Thanh,  Nguyen  Hai  Yen,  Nguyen  Huu  Duc,  The  -Long  Phan, 

Nguyen  Huy  Dan  and  Seong-Cho  Yu,  Large Mangetocaloric Effect Around

Room Temperature in Amorphous Fe-Gd-Zr Alloy Ribbon with Short-Range

Interactions, Journal of Electronic Materials 45(5) (2016) 2608-2614.

11. Nguyen Hai Yen, Pham Thi Thanh and Nguyen Huy Dan, Influence of Composition

and Phase Formation on Magnetocaloric Effect of La-Fe-Co-Si Alloys Prepared by

Melt-Spinning Method, Journal of Electronic Materials 45(8) (2016), 4288-4292.

12. Nguyen Huy Dan, Nguyen Hai Yen and Pham Thi Thanh, Magnetocaloric Effect and

Critical Behavior in Fe-Dy-Zr Rapidly Quenched Alloys, Journal of Electronic

Materials 45(10) (2016), 5058-5063. 

13. Nguyễn Hải Yến, Phạm Thị Thanh, Dương Đình Thắng và Nguyễn Huy Dân, 

Cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hệ băng hợp kim La-Fe-Si-B

chế tạo bằng phương pháp nguội nhanh, Tạp chí Khoa học Trường Đại học

Sư phạm Hà Nội 2, 46 (2016) 65.

* Các công trình liên quan đến luận án:

14. T.D.  Thanh,  Y.  Yu,  P.T.  Thanh,  N.H.  Yen,  N.H.  Dan,  T.L.  Phan,  A.M. 

Grishin,  S.C.  Yu,  Magnetic properties and magnetocaloric effect in Fe90-

xNixZr10 alloy ribbons, Journal of Applied Physics, 113 (2013) 213908:1-6. 

15. Nguyen  Huu  Duc,  Tran  Dang  Thanh,  Le  Thi  Tuyet  Tam,  Bui  Manh  Tuan, 

Pham  Thi  Thanh,  Nguyen  Hai  Yen,  Phan  The  Long  and  Nguyen  Huy  Dan, 

Study on Synthesis, Structure and magnetocarloric properties of CoMn1-xFexSi

alloys,  Proceedings of The 5th International Workshop on Advanced

Materials Science and Nanotechnology, Ha Noi, 2010, pp. 197-202. 

16. Nguyễn  Hữu  Đức,  Nguyễn  Hải  Yến,  Phạm  Thị  Thanh,  Đỗ  Trần  Hữu,  Trần 

Đăng  Thành,  Phan  Thế  Long  và  Nguyễn  Huy  Dân,  Ảnh hưởng của Mn lên

hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim nguội nhanh Fe73,5-xMnxCu1Nb3Si13,5B9, Tạp chí

Khoa học và Công nghệ, Viện KHCNVN, Tập 50 (1A) (2012) 9-14. 

17. Nguyễn Hữu Đức, Nguyễn Thị Mai, Nguyễn Hải Yến, Phạm Thị Thanh, Đỗ 

Trần Hữu, Phan Thế Long và Nguyễn Huy Dân, Hiệu ứng từ nhiệt lớn trên hệ

127

hợp kim Heusler Ni0,5Mn0,5-xSnx,  Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Viện

KHCNVN, Tập 50 (1A) (2012) 15-22. 

18. N.  H.  Duc,  T.  D.  Thanh,  N.  H.  Yen,  P.  T.  Thanh,  N.  H.  Dan,  T.  L.  Phan, 

Magnetic Properties and Magnetocaloric Effect in Ni0.5Mn0.5-xSbx

Alloys, 

Journal of the Korean Physical Society, 60(3) (2012) 454-459. 

19. T. L. Phan, N. H. Duc, N. H. Yen, P. T. Thanh, N. H. Dan, P. Zhang, S. C. Yu, 

Magnetocaloric Effect in Ni0.5Mn0.5-xSnx

Alloys,  IEEE Transactions on

Magnetics 48(4) (2012) 1381-1384. 

20. Nguyen Huy Dan, Nguyen Huu Duc, Tran Dang Thanh, Nguyen Hai Yen, Pham 

Thi  Thanh,  Ngac  An  Bang,  Do  Thi  Kim  Anh,  Phan  The  Long,  Seong-Cho  Yu, 

Magnetocaloric effect in Fe-Ni-Zr alloys prepared by using rapidly quenched

methods, Journal of the Korean Physical Society, 62(12) (2013) 1715-1719. 

21. Nguyen Huu Duc, Nguyen Hai Yen, Pham Thi Thanh, Nguyen Thi Mai, Nguyen 

Thi Thanh Huyen, Tran Dang Thanh, The-Long Phan, Seong-Cho Yu, Nguyen Huy 

Dan,  Giant magnetocaloric effect in (Co,Ni)-(Mn,Fe)-(Si,Sn,Sb) Heusler alloys, 

Proceedings of The 5th International Workshop on Advanced Materials Science

and Nanotechnology, Ha Long, 30/10-2/11/2012 (2013) 229-233. 

22. Tran Dang Thanh, T. L. Phan, P. T. Thanh, N. H. Yen, N. H. Dan, S. C. Yu, 

Magnetocaloric Effect and Critical Behavior of Ni42Ag8Mn37Sn13 Alloys, IEEE

Transactions on Magnetics, 50(4) (2014) 2501604(4). 

23. T. L. Phan, T. V. Manh, T. A. Ho, S. C. Yu, N. H. Dan, N. H. Yen and T. D. 

Thanh, Critical Behavior and Exponent Parameters of the Austenitic Phase in

Ni50-xPrxMn37Sn13 Alloys with x = 1-5,  Journal of the Korean Physical

Society, 64(11) (2014) 1707-1712. 

24. T.D. Thanh,  N. H. Yen, N. H. Dan, T. L. Phan, S. C. Yu, Magnetic Properties and

Large Magnetocaloric Effect in Amorphous Fe-Ag-Ni-Zr for Room-temperature

Magnetic Refrigeration, IEEE Transactions on Magnetics, 51 (2015) 2000404(4). 

25. Nguyễn Thị Mai, Nguyễn Hữu Đức, Nguyễn Hải Yến, Phạm Thị Thanh, Nguyễn 

Mạnh An, Nguyễn Lê Thi, Nguyễn Hoàng Hà, Nguyễn Huy Dân, Ảnh hưởng của quá

trình ủ nhiệt lên cấu trúc, tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của hợp kim Ni50Mn37Sn13, 

Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Viện KHCNVN, 52(3B) (2014) 84-89. 

26. Nguyen  Thi  Mai,  Nguyen  Hai  Yen,  Pham  Thi  Thanh,  Dinh  Chi  Linh,  Vu  Manh 

Quang, Do Thi Kim Anh and Nguyen Huy Dan, Magnetic properties, magnetocaloric

128

effect and critical parameters of Ni50Mn50-xSbx ribbons,  Proceedings of The 7th

International Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology,

Ha Long City, Vietnam, 2-6 November (2014) 206-211. 

27. Nguyễn Thị Mai, Nguyễn Hải Yến, Phạm Thị Thanh, Đinh Chí Linh, Vũ Mạnh 

Quang, Đỗ Thị Kim Anh, Nguyễn Huy Dân, Tính chất từ, hiệu ứng từ nhiệt và các

tham số tới hạn của các băng hợp kim Ni50Mn50-xSbx,  Tạp chí Khoa học và

Công nghệ Việt Nam, 1(1) (2015) 9-12. 

28. N.H. Dan, N.H. Duc, N.H. Yen, P.T. Thanh, L.V. Bau, N.M. An, D.T.K. Anh, 

N.A.  Bang,  N.T.  Mai,  P.K.  Anh,  T.D.  Thanh,  T.L.  Phan  and  S.C.  Yu, 

Magnetic properties and magnetocaloric effect in Ni-Mn-Sn alloys, Journal of

Magnetism and Magnetic Materials, 374 (2015) 372-375. 

29. Do  Tran  Huu,  Nguyen  Hai  Yen,  Pham  Thi  Thanh,  Nguyen  Thi  Mai,  Tran 

Dang  Thanh,  The-Long  Phan,  Seong  Cho  Yu,  Nguyen  Huy  Dan,  Magnetic,

magnetocaloric and critical properties of Ni50-xCuxMn37Sn13 rapidly quenched

ribbons, Journal of Alloys and Compounds 622 (2015) 535-540. 

30. Nguyễn Huy Dân, Nguyễn Hải Yến, Phạm Thị Thanh, Trần Đăng Thành, Đinh 

Chí  Linh,  Nguyễn  Hữu  Đức,  Nguyễn  Thị  Mai,  Vũ  Mạnh  Quang,  Phạm 

Khương Anh,  Nguyễn  Thị  Thanh  Huyền,  Chuyển pha và hiệu ứng từ nhiệt

trên hợp kim Heuslet Ni-Mn-Sn, Tuyển tập báo cáo Hội nghị Vật lí chất rắn

và Khoa học vật liệu lần thứ 9-SPMS 2015, 12-15.

31. Nguyễn  Hoàng  Hà,  Nguyễn  Hải  Yến,  Phạm  Thị  Thanh,  Đinh  Chí  Linh, 

Nguyễn Lê Thi, Nguyễn Mạnh An, Nguyễn Huy Dân, Tạo pha và hiệu ứng từ

nhiệt trong hợp kim nguội nhanh (Pr,Nd)-Fe,  Tuyển tập báo cáo Hội nghị

Vật lí chất rắn và Khoa học vật liệu lần thứ 9-SPMS 2015, 28-31.

32. Nguyễn Thị Mai, Phạm Thị Thu Trang, Nguyễn Hải Yến, Phạm Thị Thanh, Nguyễn 

Mẫu Lâm, Đỗ Thị Kim Anh, Nguyễn Huy Dân, Tính chất từ, hiệu ứng từ nhiệt và

các tham số tới hạn của hệ băng hợp kim Ni50-xCoxMn50-yAly, Tuyển tập báo cáo Hội

nghị Vật lí chất rắn và Khoa học vật liệu lần thứ 9-SPMS 2015, 60-63.

33. Vũ  Mạnh  Quang,  Nguyễn  Hải  Yến,  Phạm  Thị  Thanh,  Nguyễn  Thị  Mai, 

Nguyễn Bá Thắng, Nguyễn Mẫu Lâm, Nguyễn Văn Dương, Nguyễn Huy Dân, 

Ảnh hưởng của Co lên tính chất từ và hiệu ứng từ nhiệt của băng hợp kim

(Ni,Co)-Mn-(Sn,Al),  Tuyển tập báo cáo Hội nghị Vật lí chất rắn và Khoa

học vật liệu lần thứ 9-SPMS 2015, 89-92.

 

129

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt

1.  Nguyễn Huy Dân (2002), "Nghiên cứu chế tạo, cấu trúc và tính chất từ của 

hợp kim từ cứng vô định hình khối nền Nd-Fe-Al, Luận án Tiến sỹ Vật  lý,

Viện Khoa học vật liệu, Hà Nội. 

2.  Nguyễn Hữu Đức (2014), "Nghiên cứu hiệu ứng từ nhiệt lớn trên một số hợp 

kim Heusler  và nguội  nhanh", Luận án Tiến  sỹ Vật  lý, Viện Khoa  học vật 

liệu, Hà Nội.  

3.  Ngô Đức Thế, Nguyễn Châu, Nguyễn Đức Thọ, Dương Thị Hạnh, Nguyễn 

Quang Hòa, Cao Xuân Hữu and Hoàng Đức Anh (2005), "Hiệu ứng từ nhiệt 

lớn trong perovskite, hợp kim intermetalic và hợp kim vô định hình trên cơ 

sở finemet", Tuyển tập báo cáo tại Hội nghị Vật lý toàn quốc lần thứ VI, Hà 

Nội, pp. 1005-1012. 

 

Tiếng Anh

4.  Aguilar-Ortiz C.O., Soto-Parra D., Álvarez-Alonso P., Lázpita P., Salazar D., 

Castillo-Villa P.O., Flores-Zúñiga H. and Chernenko V.A. (2016), "Influence 

of Fe doping and magnetic field on martensitic transition in Ni–Mn–Sn melt-

spun ribbons", Acta Materialia, 107, pp. 9-16. 

5.  Álvarez-Alonso  P.,  Aguilar-Ortiz  C.O.,  Camarillo  J.P.,  Salazar  D.,  Flores-

Zúñiga H. and Chernenko V.A. (2016), "Adiabatic magnetocaloric effect in 

Ni50Mn35In15 ribbons", Applied Physics Letters, 109, pp. 212402. 

6.  Álvarez-Alonso  P.,  Sánchez  Llamazares  J.L.,  Sánchez-Valdés  C.F.,  Fdez-

Gubieda  M.L.,  Gorria  P.  and  Blanco  J.A.  (2015),  "High-magnetic  field 

characterization of magnetocaloric effect in FeZrB(Cu) amorphous ribbons",

Journal of Applied Physics, 117, pp. 17A710. 

7.  Álvarez-Alonso  P.,  Marcos  J.S.,  Gorria  P.,  Barquín  L.F.  and  Blanco  J.A. 

(2010),  "Magneto-caloric  effect  in  FeZrB  amorphous  alloys  near  room 

temperature", Journal of Alloys and Compounds, 504, pp. S150-S154. 

8.  Anh  D.T.K.,  Thuy  N.P.,  Duc  N.H.,  Nhien  T.T.  and  Nong  N.V.  (2003), 

"Magnetism  and  magnetocaloric  effect  in  La1−yNdy(Fe0.88Si0.12)13  compounds",

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 262, pp. 427-431. 

130

9.  Annaorazov  M.P.,  Nikitin  S.A.,  Tyurin  A.L.,  Asatryan  K.A.  and  Dovletov 

A.K. (1996), "Anomalously high entropy change in FeRh alloy", Journal of

Applied Physics, 79, pp. 1689-1695. 

10.  Arrott A. and Noakes J.E. (1967), "Approximate equation of state for nickel 

near its critical temperature", Physical Review Letters, 19, pp. 786-789. 

11.  Atalay  S.,  Gencer  H.  and  Kolat  V.S.  (2005),  "Magnetic  entropy  change  in 

Fe74−xCrxCu1Nb3Si13B9 (x = 14 and 17) amorphous alloys", Journal of Non-

Crystalline Solids, 351, pp. 2373-2377. 

12.  Azhar A.A., Mitescu C.D., Johanson W.R., Zimm C.B. and Barclay J.A. (1985), 

"Specific heat of GdRh", Journal of Applied Physics, 57, pp. 3235-3237. 

13.  Banerjee B.K. (1964), "On a generalised approach to first and second order 

magnetic transitions", Physics Letters, 12, pp. 16-17. 

14.  Belova  V  M.  and  Stolyarov  V  L.  (1984),  "Peculiarities  of  the  temperature 

dependence of the magnetocaloric effect in amorphous ferromagnet", Fizika

tverdogo tela, 26, pp. 851-853. 

15.  Benford S.M. (1979), "The magnetocaloric effect in dysprosium", Journal of

Applied Physics, 50, pp. 1868-1870. 

16.  Bitter F.  (1931), "Magnetization and  the Magneto-Caloric Effect", Physical

Review, 38, pp. 528-548. 

17.  Brown  G.V.  (1976),  "Magnetic  heat  pumping  near  room  temperature",

Journal of Applied Physics, 47, pp. 3673-3680. 

18.  Brück E. (2005), "Developments in magnetocaloric refrigeration", Journal of

Physics D: Applied Physics, 38, pp. R381. 

19.  Brück  E.,  Tegus  O.,  Thanh  D.T.C.  and  Buschow  K.H.J.  (2007), 

"Magnetocaloric refrigeration near room temperature", Journal of Magnetism

and Magnetic Materials, 310, pp. 2793-2799. 

20.  Buh J., (2010), "The Magnetocaloric Effect and Magnetocaloric Materials",  

21.  Buschow  K.H.J.,  (1991),  "Handbook  of  Magnetic  Materials",  Elsevier 

Science Publishers B.V., North-Holland 6, 303 

22.  Caballero-Flores R., Franco V., Conde A., Knipling K.E. and Willard M.A. 

(2010),  "Influence  of  Co  and  Ni  addition  on  the  magnetocaloric  effect  in 

Fe88−2xCoxNixZr7B4Cu1  soft  magnetic  amorphous  alloys", Applied Physics

Letters, 96, pp. 182506. 

131

23.  Chau N., Thanh P.Q., Hoa N.Q. and The N.D.  (2006), "The existence of giant 

magnetocaloric effect and laminar structure in Fe73.5−xCrxSi13.5B9Nb3Cu1", Journal

of Magnetism and Magnetic Materials, 304, pp. 36-40. 

24.  Cui  W.B.,  Liu  W.,  Liu  X.H.,  Guo  S.,  Han  Z.,  Zhao  X.G.  and  Zhang  Z.D. 

(2009), "Magnetocaloric effects and reduced thermal hysteresis  in Si-doped 

MnAs compounds", Journal of Alloys and Compounds, 479, pp. 189-192. 

25.  Dan N.H., Duc N.H., Thanh T.D., Yen N.H., Thanh P.T., Bang N.A., Anh 

D.T.K., Phan T.L. and Yu S.C.  (2013),  "Magnetocaloric  effect  in Fe-Ni-Zr 

alloys  prepared  by  using  the  rapidly-quenched  method", Journal of the

Korean Physical Society, 62, pp. 1715-1719. 

26.  Dan’kov S.Y., Tishin A.M., Pecharsky V.K. and Gschneidner K.A.  (1998), 

"Magnetic  phase  transitions  and  the  magnetothermal  properties  of 

gadolinium", Physical Review B, 57, pp. 3478-3490. 

27.  de Campos A., Rocco D.L., Carvalho A.M.G., Caron L., Coelho A.A., Gama S., 

da Silva L.M., Gandra F.C.G., dos Santos A.O., Cardoso L.P., von Ranke P.J. and 

de Oliveira N.A. (2006), "Ambient pressure colossal magnetocaloric effect tuned 

by composition in Mn1-xFexAs", Nature Materials, 5, pp. 802-804. 

28.  Debnath  J.C.,  Zeng  R.,  Kim  J.H.,  Shamba  P.  and  Dou  S.X.  (2012), 

"Reduction  of  hysteresis  loss  in  LaFe11.7Si1.3Hx  hydrides  with  significant 

magnetocaloric effects", Applied Physics A, 106, pp. 245-250. 

29.  Dhahri  N.,  Abassi  M.,  Hlil  E.K.  and  Dhahri  J.  (2015),  "Magnetocaloric 

Effect  in  Perovskite  Manganite  La0.67−xEuxSr0.33MnO3", Journal of

Superconductivity and Novel Magnetism, 28, pp. 2795-2799. 

30.  Dinesen  A.R.,  Linderoth  S.  and  Mørup  S.  (2005),  "Direct  and  indirect 

measurement  of  the  magnetocaloric  effect  in  La0.67Ca0.33−xSrxMnO3±δ",

Journal of Physics: Condensed Matter, 17, pp. 6257-6269. 

31.  Duc  N.H.,  Kim  Anh  D.T.  and  Brommer  P.E.  (2002),  "Metamagnetism,  giant 

magnetoresistance and magnetocaloric effects  in RCo2-based compounds in  the 

vicinity of the Curie temperature", Physica B: Condensed Matter, 319, pp. 1-8. 

32.  Duc  N.H.,  Thanh  T.D.,  Yen  N.H.,  Thanh  P.T.,  Dan  N.H.  and  Phan  T.L. 

(2012),  "Magnetic  properties  and  magnetocaloric  effect  in  Ni0.5Mn0.5−xSbx 

alloys", Journal of the Korean Physical Society, 60, pp. 454-459. 

33.  Dunhui W., Songling H., Zhida H., Zhenghua S., Yi W. and Youwei D. (2004), "The 

magnetic entropy changes in Gd1−xBx alloys", Solid State Communications, 131, pp. 97-99. 

132

34.  Fang Y.K., Yeh C.C., Hsieh C.C., Chang C.W., Chang H.W., Chang W.C., Li 

X.M. and Li W. (2009), "Magnetocaloric effect in Fe–Zr–B–M (M=Mn, Cr, and 

Co) amorphous systems", Journal of Applied Physics, 105, pp. 07A910. 

35.  Foldeaki  M.,  Chahine  R.,  Gopal  B.R.,  Bose  T.K.,  Liu  X.Y.  and  Barclay  J.A. 

(1998),  "Effect  of  sample  preparation  on  the  magnetic  and  magnetocaloric 

properties of amorphous Gd70Ni30", Journal of Applied Physics, 83, pp. 2727-2734. 

36.  Foldeaki M., Giguère A., Gopal B.R., Chahine R., Bose T.K., Liu X.Y. and 

Barclay  J.A.  (1997),  "Composition  dependence  of  magnetic  properties  in 

amorphous  rare-earth-metal-based  alloys", Journal of Magnetism and

Magnetic Materials, 174, pp. 295-308. 

37.  Franco V., Blázquez J.S., Ingale B. and Conde A. (2012), "The Magnetocaloric 

Effect  and  Magnetic  Refrigeration  Near  Room  Temperature:  Materials  and 

Models", Annual Review of Materials Research, 42, pp. 305-342. 

38.  Franco V., Blázquez J.S., Millán M., Borrego J.M., Conde C.F. and Conde 

A.  (2007),  "The  magnetocaloric  effect  in  soft magnetic  amorphous  alloys",

Journal of Applied Physics, 101, pp. 09C503. 

39.  Franco  V.,  Borrego  J.M.,  Conde  C.F.,  Conde  A.,  Stoica  M.  and  Roth  S. 

(2006),  "Refrigerant  capacity  of  FeCrMoCuGaPCB  amorphous  alloys",

Journal of Applied Physics, 100, pp. 083903. 

40.  Franco V., Conde C.F., Blázquez J.S., Conde A., Švec P., Janičkovič D. and Kiss 

L.F.  (2007),  "A  constant  magnetocaloric  response  in  FeMoCuB  amorphous 

alloys with different Fe∕B ratios", Journal of Applied Physics, 101, pp. 093903. 

41.  Fujieda S., Fujita A. and Fukamichi K. (2002), "Large magnetocaloric effect 

in  La(FexSi1−x)13  itinerant-electron  metamagnetic  compounds", Applied

Physics Letters, 81, pp. 1276-1278. 

42.  Fujita  A.,  Fujieda  S.,  Fukamichi  K.,  Mitamura  H.  and  Goto  T.  (2001), 

"Itinerant-electron metamagnetic transition and large magnetovolume effects 

in La(FexSi1-x)13 compounds", Physical Review B, 65, pp. 014410. 

43.  Fujita A., Fujieda S., Hasegawa Y. and Fukamichi K. (2003), "Itinerant-electron 

metamagnetic  transition  and  large  magnetocaloric  effects  in  La(FexSi1-x)13 

compounds and their hydrides", Physical Review B, 67, pp. 104416. 

44.  Gam  D.T.H.,  Hai  N.H.,  Vu  L.V.,  Luong  N.H.  and  Chau  N.  (2009),  "The 

existence of  large magnetocaloric effect  at  low  field variation and  the anti-

133

corrosion  ability  of  Fe-rich  alloy  with  Cr  substituted  for  Fe", Journal of

Physics: Conference Series, 187, pp. 012067. 

45.  Ghosh A. and Mandal K. (2014), "Effect of structural disorder on the magnetocaloric 

properties of Ni-Mn-Sn alloy", Applied Physics Letters, 104, pp. 031905. 

46.  Giauque  W.F.  and  MacDougall  D.P.  (1933),  "Attainment  of  temperatures 

below  1o  absolute  by  demagnetization  of  Gd2(SO4)3.8H2O  ", Physical

Review, 43, pp. 768-768. 

47.  Ginting  D.,  Nanto  D.,  Denny  Yus R.,  Tarigan  K.,  Hadi  S.,  Ihsan  M.  and 

Rhyee  J.S.  (2015),  "Second  order  magnetic  phase  transition  and  scaling 

analysis in iron doped manganite La0.7Ca0.3Mn1−xFexO3 compounds", Journal

of Magnetism and Magnetic Materials, 395, pp. 41-47. 

48.  González-Legarreta  L.,  Sánchez  T.,  Rosa  W.O.,  García  J.,  Serantes  D., 

Caballero-Flores  R.,  Prida  V.M.,  Escoda  L.,  Suñol  J.J.,  Koledov  V.  and 

Hernando  B.  (2012),  "Annealing  Influence  on  the  Microstructure  and 

Magnetic  Properties  of  Ni–Mn–In  Alloys  Ribbons", Journal of

Superconductivity and Novel Magnetism, 25, pp. 2431-2436. 

49.  GschneidnerJr K.A., Pecharsky V.K. and Tsokol A.O. (2005), "Recent developments 

in magnetocaloric materials", Reports on Progress in Physics, 68, pp. 1479. 

50.  Guo D., Chan K.C. and Xia L. (2016), "Influence of Minor Addition of Cr on 

the  Magnetocaloric  Effect  in  Fe-Based  Metallic  Ribbons", Materials

Transactions, 57, pp. 9-14. 

51.  Guo D.Q., Chan K.C., Xia L.  and Yu P.  (2017),  "Magnetocaloric  effect  of 

FexZryB100−x−y metallic ribbons for room temperature magnetic refrigeration",

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 423, pp. 379-385. 

52.  Gutfleisch O., Yan A. and Müller K.H. (2005), "Large magnetocaloric effect 

in melt-spun LaFe13−xSix", Journal of Applied Physics, 97, pp. 10M305. 

53.  Hashimoto  T.,  Kuzuhara  T.,  Sahashi  M.,  Inomata  K.,  Tomokiyo  A.  and 

Yayama H.  (1987), "New application of complex magnetic materials  to  the 

magnetic  refrigerant  in  an  Ericsson  magnetic  refrigerator", Journal of

Applied Physics, 62, pp. 3873-3878. 

54.  Hoa N.Q., Chau N., Yu S.C., Thang T.M., The N.D. and Tho N.D. (2007), 

"The crystallization and properties of alloys with Fe partly substituted by Cr 

and  Cu  fully  substituted  by  Au  in  Finemet", Materials Science and

Engineering: A, 449–451, pp. 364-367. 

134

55.  http://happy8earth.tistory.com/350. 

56.  http://www.vnu.edu.vn/home/?C2029/N3133/Cong-trinh-. 

57.  https://vi.wikipedia.org/wiki/Hiệu_ứng_từ_nhiệt. 

58.  Hu  F.X.,  Shen  B.G.,  Sun  J.R.,  Cheng  Z.H.,  Rao  G.H.  and  Zhang  X.X.  (2001), 

"Influence  of  negative  lattice  expansion  and  metamagnetic  transition  on  magnetic 

entropy change in the compound LaFe11.4Si1.6", Applied Physics Letters, 78, pp. 3675. 

59.  Hu  F.X.,  Shen  B.G.,  Sun  J.R.,  Wang  G.J.  and  Cheng  Z.H.  (2002),  "Very 

large magnetic entropy change near room temperature in LaFe11.2Co0.7Si1.1",

Applied Physics Letters, 80, pp. 826-828. 

60.  Hu F.X., Shen B.G., Sun J.R. and Wu G.H. (2001), "Large magnetic entropy 

change in a Heusler alloy Ni52.6Mn23.1Ga24.3 single crystal", Physical Review

B, 64, pp. 132412. 

61.  Ipus  J.J.,  Ucar  H.  and  McHenry  M.E.  (2011),  "Near  Room  Temperature 

Magnetocaloric  Response  of  an  (FeNi)ZrB  Alloy", IEEE Transactions on

Magnetics, 47, pp. 2494-2497. 

62.  Ivtchenko  V.V.,  Pecharsky  V.K.  and  Gschneidner  J.K.A.  (2000), 

"Magnetothermal  peoperties  of  Dy5(Si2Ge1-x)4  alloys", Advances in

Cryogenic Engineering, 46, pp. 405. 

63.  Jacobs  S.,  Auringer  J.,  Boeder  A.,  Chell  J.,  Komorowski  L.,  Leonard  J., 

Russek  S.  and  Zimm  C.  (2014),  "The  performance  of  a  large-scale  rotary 

magnetic refrigerator", International Journal of Refrigeration, 37, pp. 84-91. 

64.  Jia L., Sun  J.R., Shen  J., Dong Q.Y., Zou  J.D., Gao B., Zhao T.Y., Zhang 

H.W.,  Hu  F.X.  and  Shen  B.G.  (2009),  "Magnetocaloric  effects  in  the 

La(Fe,Si)13  intermetallics  doped  by  different  elements", Journal of Applied

Physics, 105, pp. 07A924. 

65.  Jiang Y., Li Z., Li Z., Yang Y., Yang B., Zhang Y., Esling C., Zhao X. and Zuo 

L.  (2017), "Magnetostructural  transformation and magnetocaloric effect  in Mn-

Ni-Sn melt-spun ribbons", The European Physical Journal Plus, 132, pp. 42. 

66.  Kądziołka-Gaweł  M.  Z.,  Popiel  E.  and  Chrobak  A.  (2010),  "The  Crystal 

Structure  and  Magnetic  Prop  erties  of  Selected  fcc  FeNi  and  Fe40Ni40B20 

Alloys", Acta Physica Polonica A, 117, pp. 412-414. 

67.  Karas W. and Stobiecki T. (1987), "Analysis of the two-state model and its 

application for amorphous iron alloys", Journal of Magnetism and Magnetic

Materials, 69, pp. 253-257. 

135

68.  Khan M., Dubenko I., Stadler S. and Ali N. (2007), "Exchange bias in bulk Mn 

rich Ni–Mn–Sn Heusler alloys", Journal of Applied Physics, 102, pp. 113914. 

69.  Kim  K.S.,  Kim  Y.S.,  Zidanic  J.,  Min  S.G.  and  Yu  S.C.  (2007), 

"Magnetocaloric  effect  in  as-quenched  and  annealed  Fe91–xYxZr9  (x  =  0.5, 

10) alloys", Physica Status Solidi A, 204, pp. 4096-4099. 

70.  Kitanovski A., Tušek, J., Tomc, U., Plaznik, U., Ozbolt, M., Poredoš, A., (2015), 

"Magnetocaloric energy conversion", Springer International Publishing.  

71.  Korte B.J., Pecharsky V.K. and Gschneidner K.A. (1998), "The influence of 

multiple  magnetic  ordering  on  the  magnetocaloric  effect  in  RNiAl  alloys",

Advances in Cryogenic Engineering, 43, pp. 1737-1744. 

72.  Krenke  T.,  Acet  M.,  Wassermann  E.F.,  Moya  X.,  Mañosa  L.  and  Planes  A. 

(2005), "Martensitic transitions and the nature of ferromagnetism in the austenitic 

and martensitic states of Ni-Mn-Sn alloys", Physical Review B, 72, pp. 014412. 

73.  Krenke T., Duman E., Acet M., Wassermann E.F., Moya X., Manosa L. and 

Planes A. (2005), "Inverse magnetocaloric effect in ferromagnetic Ni-Mn-Sn 

alloys", Nature Materials, 4, pp. 450-454. 

74.  Krishnan  R.,  Rao  K.V.  and  Liebermann  H.H.  (1984),  "Magnetization  and 

FMR  studies  in  amorphous  Fe90Zr10  and  Fe70Ni20Zr10  ribbons", Journal of

Applied Physics, 55, pp. 1823-1825. 

75.  Law J.Y., Franco V. and Ramanujan R.V.  (2011), "Influence of La and Ce 

additions on the magnetocaloric effect of Fe–B–Cr-based amorphous alloys",

Applied Physics Letters, 98, pp. 192503. 

76.  Law  J.Y.,  Franco  V.  and  Ramanujan  R.V.  (2012),  "The  magnetocaloric 

effect  of  partially  crystalline  Fe-B-Cr-Gd  alloys", Journal of Applied

Physics, 111, pp. 113919. 

77.  Law  J.Y.,  Ramanujan  R.V.  and  Franco  V.  (2010),  "Tunable  Curie 

temperatures  in Gd alloyed Fe–B–Cr magnetocaloric materials", Journal of

Alloys and Compounds, 508, pp. 14-19. 

78.  Li X. and Pan Y. (2014), "Magnetocaloric effect in Fe-Zr-B-M (M = Ni, Co, 

Al, and Ti) amorphous alloys", Journal of Applied Physics, 116, pp. 093910. 

79.  Li Z., Zhang Y., Sánchez-Valdés C.F., Sánchez Llamazares J.L., Esling C., 

Zhao X. and Zuo L.  (2014),  "Giant magnetocaloric effect  in melt-spun Ni-

Mn-Ga  ribbons  with  magneto-multistructural  transformation", Applied

Physics Letters, 104, pp. 044101. 

136

80.  Liu  G.J.,  Sun  J.R.,  Shen  J.,  Gao  B.,  Zhang  H.W.,  Hu  F.X.  and  Shen  B.G. 

(2007), "Determination of the entropy changes in the compounds with a first-

order magnetic transition", Applied Physics Letters, 90, pp. 032507. 

81.  Liu G.L., Zhao D.Q., Bai H.Y., Wang W.H. and Pan M.X.  (2016),  "Room 

temperature  table-like  magnetocaloric  effect  in  amorphous  Gd50Co45Fe5 

ribbon", Journal of Physics D: Applied Physics, 49, pp. 055004. 

82.  Liu  J.,  Krautz  M.,  Skokov  K.,  Woodcock  T.G.  and  Gutfleisch  O.  (2011), 

"Systematic study of the microstructure, entropy change and adiabatic temperature 

change in optimized La–Fe–Si alloys", Acta Materialia, 59, pp. 3602-3611. 

83.  Liu J.J., Bian B.R., Han X.H., Nie J.W., Yan A.R. and Du J. (2011), "Influence of 

H  and  Extra  La  on  Magnetocaloric  Effect  of  La0.5+xPr0.5Fe11.4Si1.6  Melt-Spun 

Ribbons", IEEE Transactions on Magnetics, 47, pp. 2478-2481. 

84.  Liu  M.  and  Yu  B.F.  (2009),  "Development  of  magnetocaloric  materials  in 

room  temperature  magnetic  refrigeration  application  in  recent  six  years",

Journal of Central South University of Technology, 16, pp. 1-12. 

85.  Liu X. Y, Barclay J. A., Földeàki M., Gopal B. R., Chahine R. and K. B.T. 

(1997), "Magnetic properties of amorphous Gd70(Fe,Ni)30 and Gy70(Fe,Ni)30 

alloys", Advances in Cryogenic Engineering, 42A, pp. 431. 

86.  Liu X.B. and Altounian Z. (2003), "Effect of Co content on magnetic entropy 

change  and  structure  of  La(Fe1−xCox)11.4Si1.6", Journal of Magnetism and

Magnetic Materials, 264, pp. 209-213. 

87.  Liu X.Y., Barclay J.A., Földeàki M., Gopal B.R., Chahine R. and Bose T.K., 

(1997),  "Magnetic  Properties  of  Amorphous  Gd70(Fe,  Ni)30  and  Dy70(Fe, 

Ni)30 Alloys", Springer US, Boston, MA, 431-438 

88.  Liu X.Y., Barclay J.A., Gopal R.B., Földeàki M., Chahine R., Bose T.K., Schurer 

P.J. and LaCombe J.L. (1996), "Thermomagnetic properties of amorphous rare‐earth 

alloys with Fe, Ni, or Co", Journal of Applied Physics, 79, pp. 1630-1641. 

89.  Lyubina  J.,  Gutfleisch  O.,  Kuz’min  M.D.  and  Richter  M.  (2009), 

"La(Fe,Si)13-based  magnetic  refrigerants  obtained  by  novel  processing 

routes", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 321, pp. 3571-3577. 

90.  M'Nassri  R.,  Cheikhrouhou  K.  W.,  Chniba  B.  N.  and  Cheikhrouhou  A. 

(2013),  "Effect  of  barium-deficiency  on  the  structural,  magnetic,  and 

magnetocaloric properties of La0.6Sr0.2Ba0.2−xMnO3 (0 ≤ x ≤ 0.15)", Journal

of Applied Physics, 113, pp. 073905. 

137

91.  Ma S.C., Shih C.W., Liu J., Yuan J.H., Lee S.Y., Lee Y.I., Chang H.W. and 

Chang W.C. (2015), "Wheel speed-dependent martensitic transformation and 

magnetocaloric effect  in Ni–Co–Mn–Sn ferromagnetic shape memory alloy 

ribbons", Acta Materialia, 90, pp. 292-302. 

92.  Ma S.C., Su Y., Yang M., Yang F., Huang Y.L., Liu K., Zhang L. and Zhong 

Z.C.  (2015),  "Magnetic  phase  transition  and  magnetocaloric  effect  in  Mn–

Fe–Ni–Ge ribbons", Journal of Alloys and Compounds, 629, pp. 322-325. 

93.  Maeda  H.,  Sato  M.  and  Uehara  M.  (1983),  "Fe-Zr  Amorphous  Alloys  for 

Magnetic  Refrigerants  near  Room  Temperature", Journal of The Japan

Institute of Metals, 47, pp. 688-691. 

94.  Manekar  M.  and  Roy  S.B.  (2008),  "Reproducible  room  temperature  giant 

magnetocaloric effect in Fe–Rh", Journal of Physics D: Applied Physics, 41, pp. 192004. 

95.  Marcos  J.,  Mañosa  L.,  Planes  A.,  Casanova  F.,  Batlle  X.  and  Labarta  A. 

(2003), "Multiscale origin of the magnetocaloric effect in Ni-Mn-Ga shape-

memory alloys", Physical Review B, 68, pp. 094401. 

96.  Marcos  J.,  Planes  A.,  Mañosa  L.,  Casanova  F.,  Batlle  X.,  Labarta  A.  and 

Martínez  B.  (2002),  "Magnetic  field  induced  entropy  change  and 

magnetoelasticity in Ni-Mn-Ga alloys", Physical Review B, 66, pp. 224413. 

97.  Mayer  C.,  Gorsse  S.,  Ballon  G.,  Caballero-Flores  R.,  Franco  V.  and 

Chevalier  B.  (2011),  "Tunable  magnetocaloric  effect  in  Gd-based  glassy 

ribbons", Journal of Applied Physics, 110, pp. 053920-. 

98.  Meenakshi,  Kumar  A.  and  Mahato  R.N.  (2017),  "Effect  of  Fe  substitution  on 

structural,  magnetic  and  magnetocaloric  properties  of  nanocrystalline 

La0.7Te0.3Mn1−xFexO3 (x=0.1, 0.3)", Physica B: Condensed Matter, 511, pp. 83-88. 

99.  Min S.G., Kim K.S., Yu S.C., Suh H.S. and Lee S.W. (2005), "Analysis of 

magnetization  and  magnetocaloric  effect  in  amorphous  FeZrMn  ribbons",

Journal of Applied Physics, 97, pp. 10M310-. 

100.  Mishra D., Gurram M., Reddy A., Perumal A., Saravanan P. and Srinivasan 

A. (2010), "Enhanced soft magnetic properties and magnetocaloric effect in 

B  substituted  amorphous  Fe–Zr  alloy  ribbons", Materials Science and

Engineering: B, 175, pp. 253-260. 

101.  Moon Y. M.S.G., Kim K. S., Yu S. C., Kim Y. C., and Kim K. Y.  (2005), 

"The  lagre  magnetocaloric  effect  in  amorphous  Fe80-xMnxZr10  (x  =  4,  6,  8, 

10) alloys", J. Magn. , 10, pp. 142-144. 

138

102.  Nam D.N.H., Dai N.V., Hong L.V., Phuc N.X., Yu S.C., Tachibana M. and Takayama-

Muromachi E. (2008), "Room-temperature magnetocaloric effect in La0.7Sr0.3Mn1−xMx′O3 

(M′ = Al, Ti)", Journal of Applied Physics, 103, pp. 043905-043905-5. 

103.  Pandey S., Quetz A., Aryal A., Dubenko I., Mazumdar D., Stadler S. and Ali N. 

(2017),  "Large  Inverse  Magnetocaloric  Effects  and  Giant  Magnetoresistance  in 

Ni-Mn-Cr-Sn Heusler Alloys", Magnetochemistry, 3, pp. 3. 

104.  Pandey  S.,  Quetz  A.,  J.  Ibarra-Gaytan  P.,  F.  Sanchez-Valdes  C.,  Aryal  A., 

Dubenko I., Mazumdar D., L. Sanchez Llamazares J., Stadler S. and Ali N. 

(2017),  "Magnetic,  thermal  and  magnetocaloric  properties  of 

Ni50Mn35In14.5B0.5 ribbons", Advanced Materials Letters, 8, pp. 768-772. 

105.  Pecharsky  A.O.,  Gschneidner  Jr  K.A.  and  Pecharsky  V.K.  (2003),  "The  giant 

magnetocaloric effect between 190 and 300 K in the Gd5SixGe4−x alloys for 1.4  

x 2.2", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 267, pp. 60-68. 

106.  Pecharsky V.K. and Gschneidner J.K.A. (1999), "Gd-Zr alloys as active magnetic 

regenerator materials for magnetic regrigeration", Cryocoolers, 10, pp. 629. 

107.  Pecharsky  V.K.  and  Gschneidner  J.K.A.  (1997),  "Giant  Magnetocaloric 

Effect in Gd5Si2Ge2", Physical Review Letters, 78, pp. 4494-4497. 

108.  Pecharsky V.K. and Gschneidner Jr K.A. (1999), "Magnetocaloric effect and magnetic 

refrigeration", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 200, pp. 44-56. 

109.  Pecharsky  V.K.  and  Gschneidner  K.A.  (1997),  "Tunable  magnetic  regenerator 

alloys with a giant magnetocaloric effect for magnetic refrigeration from ∼20 to 

∼290 K", Applied Physics Letters, 70, pp. 3299-3301. 

110.  Phan M.-H. and Yu S.-C. (2007), "Review of the magnetocaloric effect in manganite 

materials", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 308, pp. 325-340. 

111.  Planes  A.,  Mañosa  L.  and  Acet  M.  (2009),  "Magnetocaloric  effect  and  its 

relation  to  shape-memory  properties  in  ferromagnetic  Heusler  alloys",

Journal of Physics: Condensed Matter, 21, pp. 233201. 

112.  Prabahar  K.,  Raj  Kumar  D.M.,  Manivel  Raja  M.,  Palit  M.  and 

Chandrasekaran  V.  (2010),  "Solidification  behaviour  and  microstructural 

correlations in magnetocaloric Gd–Si–Ge–Nb alloys", Materials Science and

Engineering: B, 172, pp. 294-299. 

113.  Provenzano V. , Shapiro A. J.  and Shull R.D. (2004), "Reduction of hysteresis losses in 

the magnetic refrigerant Gd5Ge2Si2 by the addition of iron", Nature, 429, pp. 853–857. 

139

114.  Raj Kumar D.M., Rama Rao N.V., Manivel Raja M., Sridhara Rao D.V., Srinivas 

M., Esakki Muthu S., Arumugam S. and Suresh K.G. (2012), "Structure, magneto-

structural  transitions and magnetocaloric properties  in Ni50−xMn37+xIn13 melt spun 

ribbons", Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 324, pp. 26-32. 

115.  Shamberger  P.J.  and  Ohuchi  F.S.  (2009),  "Hysteresis  of  the  martensitic 

phase transition in magnetocaloric-effect Ni-Mn-Sn alloys", Physical Review

B, 79, pp. 144407. 

116.  Shen B.G., Sun J.R., Hu F.X., Zhang H.W. and Cheng Z.H. (2009), "Recent progress 

in exploring magnetocaloric materials", Advanced Materials, 21, pp. 4545-4564. 

117.  Shiga M. (1967), "Magnetic Properties of Fe65(Ni1-xMnx)35 Ternary Alloys",

Journal of the Physical Society of Japan, 22, pp. 539-546. 

118.  Shull R.D., Provenzano V., Shapiro A.J., Fu A., Lufaso M.W., Karapetrova 

J.,  Kletetschka  G.  and  Mikula  V.  (2006),  "The  effects  of  small  metal 

additions  (Co,Cu,Ga,Mn,Al,Bi,Sn)  on  the  magnetocaloric  properties  of  the 

Gd5Ge2Si2 alloy", Journal of Applied Physics, 99, pp. 08K908. 

119.  Si L., Ding J., Wang L., Li Y., Tan H. and Yao B. (2001), "Hard magnetic 

properties  and  magnetocaloric  effect  in  amorphous  NdFeAl  ribbons",

Journal of Alloys and Compounds, 316, pp. 260-263. 

120.  Škorvánek I. and Kováč J. (2004), "Magnetocaloric behaviour in amorphous 

and nanocrystalline  FeNbB soft  magnetic  alloys", Czechoslovak Journal of

Physics, 54, pp. 189-192. 

121.  Stanley  H.E.,  (1971),  "Introduction  to  phase  transitions  and  critical 

phenomena", Oxford University Press, New York.  

122.  Takeya H., Pecharsky V.K., Jr. K.A.G. and Moorman J.O. (1994), "New type of 

magnetocaloric  effect:  Implications  on  low‐temperature  magnetic  refrigeration 

using an Ericsson cycle", Applied Physics Letters, 64, pp. 2739-2741. 

123.  Tegus O., Dagula O., Brück E., Zhang L., Boer F.R.d. and Buschow K.H.J. 

(2002), "Magnetic and magneto-caloric properties of Tb5Ge2Si2", Journal of

Applied Physics, 91, pp. 8534-8536. 

124.  Tegus O.  B.E., Buschow K. H. J. , de Boer F. R. (2002), "Transition-metal-based 

magnetic refrigerants for room-temperature applications", Nature, 415, pp. 150-152. 

125.  Thanh  T.D.,  Linh  D.C.,  Manh  T.V.,  Ho  T.A.,  Phan  T.L.  and  Yu  S.C.  (2015), 

"Coexistence  of  short-  and  long-range  ferromagnetic  order  in 

La0.7Sr0.3Mn1−xCoxO3 compounds", Journal of Applied Physics, 117, pp. 17C101. 

140

126.  Thuy  N.P.,  Chen  Y.Y.,  Yao  Y.D.,  Wang  C.R.,  Lin  S.H.,  Ho  J.C.,  Nguyen 

T.P.,  Thang  P.D.,  Klaasse  J.C.P.,  Hien  N.T.  and  Tai  L.T.  (2003), 

"Crystallographic, magnetic and calorimetric studies of Ho5Si2Ge2", Journal

of Magnetism and Magnetic Materials, 262, pp. 432-436. 

127.  Tishin A.M., Gschneidner K.A. and Pecharsky V.K. (1999), "Magnetocaloric effect 

and heat capacity in the phase-transition region", Physical Review B, 59, pp. 503-511. 

128.  Tishin  A.M.  and  Spichkin  Y.I.,  (2003),  "The  magnetocaloric  effect  and  its 

applications", Institute of Physics Publishing, Bristol and Philadelphia  

129.  Tocado L., Palacios E. and Burriel R. (2006), "Adiabaticmeasurement of the 

giant  magnetocaloric  effect  in  MnAs", Journal of Thermal Analysis and

Calorimetry, 84, pp. 213-217. 

130.  Tomokiyo  A.,  Yayama  H.,  Wakabayashi  H.,  Kuzuhara  T.,  Hashimoto  T., 

Sahashi M. and Inomata K.  (1986), "Specific heat and entropy of RNi2  (R: 

Rare  earth  heavy  metals)  in  magnetic  field", Advances in Cryogenic

Engineering Materials, 32, pp. 295-301. 

131.  Umetsu  R.Y.,  Fujita  A.,  Ito  W.,  Kanomata  T.  and  Kainuma  R.  (2011), 

"Determination of the magnetic ground state  in the martensite phase of Ni–

Mn–Z (Z = In, Sn and Sb) off-stoichiometric Heusler alloys by nonlinear AC 

susceptibility", Journal of Physics: Condensed Matter, 23, pp. 326001. 

132.  Wada H., Morikawa T., Taniguchi K., Shibata T., Yamada Y. and Akishige Y. 

(2003), "Giant magnetocaloric effect of MnAs1−xSbx in the vicinity of first-order 

magnetic transition", Physica B: Condensed Matter, 328, pp. 114-116. 

133.  Wada  H.  and  Tanabe  Y.  (2001),  "Giant  magnetocaloric  effect  of 

MnAs1−xSbx", Applied Physics Letters, 79, pp. 3302-3304. 

134.  Wang  D.,  Han  Z.,  Cao  Q.,  Huang  S.,  Zhang  J.  and  Du  Y.  (2005),  "The 

reduced Curie temperature and magnetic entropy changes in Gd1−xInx alloys",

Journal of Alloys and Compounds, 396, pp. 22-24. 

135.  Wang  W.,  Huang  R.,  Li  W.,  Tan  J.,  Zhao  Y.,  Li  S.,  Huang  C.  and  Li  L. 

(2015),  "Zero  thermal  expansion  in  NaZn13-type  La(Fe,Si)13  compounds",

Physical Chemistry Chemical Physics, 17, pp. 2352-2356. 

136.  Wang  W.H.  (2009),  "Bulk  Metallic  Glasses  with  Functional  Physical 

Properties", Advanced Materials, 21, pp. 4524-4544. 

137.  Wang Y. and Bi X. (2009), "The role of Zr and B in room temperature magnetic entropy 

change of FeZrB amorphous alloys", Applied Physics Letters, 95, pp. 262501. 

141

138.  Weiss  R.J.  (1963),  "The  origin  of  the  `Invar'  effect", Proceedings of the

Physical Society, 82, pp. 281. 

139.  Wen Z., Kubota T., Yamamoto T. and Takanashi K. (2015), "Fully epitaxial C1b-

type  NiMnSb  half-Heusler  alloy  films  for  current-perpendicular-to-plane  giant 

magnetoresistance devices with a Ag spacer", Scientific Reports, 5, pp. 18387. 

140.  Widom  B.  (1964),  "Degree  of  the  critical  isotherm", The Journal of

Chemical Physics, 41, pp. 1633-1634. 

141.  Wu  C.,  Ding  D.,  Xia  L.  and  Chan  K.C.  (2016),  "Achieving  tailorable  magneto-

caloric effect in the Gd-Co binary amorphous alloys", AIP Advances, 6, pp. 035302. 

142.  Xuan H.C., Xie K.X., Wang D.H., Han Z.D., Zhang C.L., Gu B.X. and Du Y.W. 

(2008), "Effect of annealing on the martensitic transformation and magnetocaloric 

effect in Ni44.1Mn44.2Sn11.7 ribbons", Applied Physics Letters, 92, pp. 242506. 

143.  Yan  A.,  Müller  K.-H.  and  Gutfleisch  O.  (2005),  "Structure  and  magnetic 

entropy  change  of  melt-spun  LaFe11,57Si1,43  ribbons", Journal of Applied

Physics, 97, pp. 036102. 

144.  Yan  A.,  Müller  K.H.  and  Gutfleisch  O.  (2008),  "Magnetocaloric  effect  in 

LaFe11.8−xCoxSi1.2 melt-spun ribbons", Journal of Alloys and Compounds, 450, pp. 18-21. 

145.  Yu  B.F.,  Gao  Q.,  Zhang  B.,  Meng  X.Z.  and  Chen  Z.  (2003),  "Review  on 

research of room temperature magnetic refrigeration", International Journal

of Refrigeration, 26, pp. 622-636. 

146.  Yu S C., Kyeongsup K., B S.K. and Y S.K. (2010), "Magnetocaloric Effect 

in  Heat-treated  Fe90-xYxZr10  (x  =  0,  5,  10)  Alloys", Journal of the Korean

Physical Society, 57, pp. 1605. 

147.  Zhang L., Bao M., Zheng Q., Tian L. and Du J. (2016), "Magnetocaloric effect in 

high Gd content Gd-Fe-Al based amorphous/nanocrystalline systems with enhanced 

Curie temperature and refrigeration capacity", AIP Advances, 6, pp. 035220. 

148.  Zhang Y., Zhang L., Zheng Q., Zheng X., Li M., Du J. and Yan A. (2015), 

"Enhanced  magnetic  refrigeration  properties  in  Mn-rich  Ni-Mn-Sn  ribbons 

by optimal annealing", Sci Rep, 5, pp. 11010. 

149.  Zhang Y., Zheng Q., Xia W., Zhang J., Du J. and Yan A. (2015), "Enhanced 

large  magnetic  entropy  change  and  adiabatic  temperature  change  of 

Ni43Mn46Sn11  alloys  by  a  rapid  solidification  method", Scripta Materialia,

104, pp. 41-44. 

142

150.  Zheng  H.,  Wu  D.,  Xue  S.,  Frenzel  J.,  Eggeler  G.  and  Zhai  Q.  (2011), 

"Martensitic  transformation  in  rapidly  solidified  Heusler  Ni49Mn39Sn12 

ribbons", Acta Materialia, 59, pp. 5692-5699. 

151.  Zheng X.Q., Wu H., Chen J., Zhang B., Li Y.Q., Hu F.X., Sun J.R., Huang 

Q.Z.  and  Shen  B.G.  (2015),  "The  physical  mechanism  of  magnetic  field 

controlled  magnetocaloric  effect  and  magnetoresistance  in  bulk  PrGa 

compound", Sci Rep, 5, pp. 14970. 

152.  Zheng  Z.G.,  Zhong  X.C.,  Yu  H.Y.,  Franco  V.,  Liu  Z.W.  and  Zeng  D.C. 

(2012),  "The  magnetocaloric  effect  and  critical  behavior  in  amorphous 

Gd60Co40−xMnx alloys", Journal of Applied Physics, 111, pp. 07A922. 

153.  Zimm  C.,  Jastrab  A.,  Sternberg  A.,  Pecharsky  V.,  Gschneidner  K  J.R., 

Osborne M., Anderson I. and Peter K. (1998), "Description and performance 

of  a  near-room  temperature  magnetic  refrigerator", Advances in cryogenic

engineering, 43, pp. 1759-1766. 

154.  Zimm C. B, L. K.P., Barclay J. A. , Green G. F.  and Patton W. G., (1988), 

"The  Ebgnetocaloric  Effect  in  Erbiun",  in  Proceedings  of  the  5th 

International  Cryocooler  Conference  (Wright  Research  and  Development 

Center, Wright Patterson Air Force base, Ohio).  

155.  Zimm  C.B.,  Barclay  J.A.,  Harkness  H.H.,  Green  G.F.  and  Patton  W.G. 

(1989), "Magnetocaloric effect in thulium", Cryogenics, 29, pp. 937-938. 

156.  Zimm  C.B.,  Ratzmann  P.M.,  Barclay  J.A.,  Green  G.F.  and  Chafe  J.N. 

(1990), "The Magnetocaloric Effect  in Neodymium", Adv. Cryog. Eng., 36, 

pp. 763-768.