Luận văn Chế tạo hạt nanô Fe3O4 và khảo sát một số tính chất đặc trưng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN KHOA VẬT LÝ BỘ MÔN VẬT LÝ CHẤT RẮN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài: CHẾ TẠO HẠT NANÔ Fe3O4 VÀ KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT ĐẶC TRƯNG GVHD: ThS. LÊ THỤY THANH GIANG TS. TRẦN QUANG TRUNG CBPB: ThS. NGUYỄN ĐĂNG KHOA SVTH: LÊ THỊ HỒNG DIỄM MSSV: 0513051 TP.Hồ Chí Minh, 2009 MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Hình 1: Số các công trình khoa học và bằng phát minh sáng chế tăng theo cấp số mũ theo thời gian. 8 Hình 2: Số các công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nanô cũng tuân theo quy luật cấp số mũ. 9 Hình 3: Định hướng các mômen từ trong vật liệu thuận từ. 15 Hình 4: Định hướng các mômen từ trong vật liệu sắt từ 16 Hình 5: Định hướng của các mômen từ của vật liệu phản sắt từ 16 Hình 6: Định hướng của các mômen từ của vật liệu ferri từ 16 Hình 7: Sự phân chia thành đômen, vách đômen trong vật liệu khối 17 Hình 8: Đường cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ 19 Hình 10: Sự sắp xếp các spin trong một phân tử sắt từ Fe3O4 20 Hình 11: Cơ chế hình thành và phát triển hạt nanô trong dung dịch 22 Hình 12: Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước 24 Hình 13: Cơ chế hoạt động của phương pháp vi nhũ tương 24 Hình 14: Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản 26 Hình 15: Đĩa thạch dùng làm thí nghiệm 28 Hình 16: Khuẩn Ecoli 28 Hình 17: Kính hiển vi quét trường phát xạ 30 Hình 18: Nhiễu xạ tia X trong mạng tinh thể 32 Hình 19: Máy đo phổ nhiễu xạ tia X 32 Hình 20: Máy khuấy bằng sóng siêu âm JINWOO 33 Hình 21 : Máy sấy chân không SPT.200 33 Hình 22: Lò nung NEYCRAFT 33 Hình 23 : Axit Oleic 3D 34 Hình 24: Sơ đồ pha chế hạt sắt từ 35 Hình 25: Hỗn hợp Fe2+ và Fe3+ màu vàng cam 36 Hình 26: Dung dịch sau khi tạo xong 36 Hình 27 : Lọc rửa sản phẩm thu được 38 Hình 28: Ảnh FESEM của mẫu M1 với độ phóng đại 80k 39 Hình 29: Ảnh FESEM của mẫu M2 với độ phóng đại 150k 40 Hình 30 : Ảnh FESEM của mẫu M3 với độ phóng đại 150k 41 Hình 31 : Ảnh FESEM của mẫu M4 với độ phóng đại 150k 43 Hình 32 : Ảnh FESEM của mẫu M5 với độ phóng đại150k 44 Hình 33 : Ảnh FESEM của mẫu M6 với độ phóng đại 150k 45 Hình 34: Phổ chuẩn của Fe3O4 [18] 47 Hình 35: Phổ XRD của mẫu M4, M5, M6 48 Hình 36: Khảo sát từ tính của mẫu M6 49 Hình 37: Khảo sát từ tính của mẫu M5 50 Hình 38: Khảo sát từ tính của mẫu M4 50 Hình 39: Mẫu nước bẩn 51 Hình 40: Hai lọ nước bẩn sau 2h lắng đọng 51 Bảng 1: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu [8] 10 Bảng 2: Số mol của FeCl2, FeCl3, NH4OH 36 Bảng 3: Số liệu pha mẫu M4, M5, M6 37 Bảng 4: Kết quả của mẫu M1, M2, M3 khi chụp FESEM 43 Bảng 5: Kích thước hạt của mẫu M4, M5, M6 45 Bảng 6: Kích thước hạt tính theo XRD 48 Bảng 7: Kết quả tính theo FESEM và theo XRD 49 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên em xin gửi lời tri ân chân thành và sâu sắc nhất đến đấng sinh thành đã sinh ra, nuôi dưỡng và dạy bảo em cho đến ngày hôm nay, đến các anh chị trong gia đình đã không ngừng động viên tinh thần cho em trong suốt quá trình học tập. Em cũng không quên gửi lời tri ân đến các thầy cô trong bộ môn vật lý chất rắn: thầy Trương Quang Nghĩa, thầy Trần Quang Trung, cô Vũ Thị Phát Minh và các thầy cô trẻ trong bộ môn như thầy Nguyễn Hoàng Hưng, thầy Nguyễn Đăng Khoa, cô Hoàng Thị Thu đã hết lòng truyền đạt cho em những kiến thức thật là quý báo ngay trong những buổi đầu tiên dưới mái nhà vật lý chất rắn, những kiến thức này sẽ là hành trang giúp em tự tin hơn, vững chắc hơn để bước vào đời. Trong thời gian học tập vừa qua, đặc biệt là trong suốt quá trình làm luận văn em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm và hướng dẫn rất nhiệt tình từ thầy Trần Quang Trung và cô Lê Thụy Thanh Giang để giúp em hoàn thành luận văn này. Một lần nữa em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy và cô. Xin gửi lời cảm ơn đến chú Đặng Thành Công và cán bộ trẻ Văn Hoàng Luân đã rất nhiệt tình chỉ bảo cho em trong những ngày đầu làm quen với thực nghiệm. Chú và anh đã hết lòng giúp đỡ cho tất cả các bạn sinh viên, sẵn sàng thiết kế những thiết bị cần thiết cho chúng em để chúng em có được điều kiện tốt nhất hoàn thành luận văn của mình. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến tất cả các bạn cùng lớp đã giúp đỡ lẫn nhau trong suốt thời gian học tập vừa qua. Cùng giúp đỡ nhau khi gặp khó khăn, cùng động viên tinh thần lẫn nhau để đạt được kết quả như ngày hôm nay. Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành đề tài đúng thời gian nhưng không tránh khỏi những thiếu sót. Mong các thầy cô thông cảm. MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT Bản báo cáo đầu tiên về hiện tượng từ tính là của người Hi Lạp cổ và cũng từ bản báo cáo này mà mọi người đã biết nhiều đến hiện tượng này. Nó có nguồn gốc từ một loại đá, loại đá này gồm có Fe3O4 và khi một mảnh Fe cọ xát với nó sẽ trở nên bị từ hóa. Loại đá này ngày nay được gọi là nam châm. Thế kỷ XVIII, nhiều mẫu nhỏ của vật liệu từ được kết hợp thành một vật thể nam châm lớn hơn, cái mà có khả năng nâng một chất lên khỏi vị trí ban đầu của nó. Với sự tiến bộ của khoa học ngày nay, các nhà khoa học không chỉ nghiên cứu các vật thể ở kích thước micro mà khoa học đã tiến đến nghiên cứu các vật thể ở một kích thước nhỏ hơn hàng nghìn lần, đó là kích thước nanô vì những tính chất rất đặc biệt và khả năng ứng dụng rộng rãi của chúng. Vật liệu nanô đóng vai trò quan trọng và đang được quan tâm vì nó không thể thiếu trong công nghệ hiện đại. Chúng là thành phần của nhiều máy điện và thiết bị điện và nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa. Điều đó cho ta thấy khoa học ngày nay có nhiều thành tựu đáng kể, đặc biệt là công nghệ nanô đang làm thay đổi cuộc sống chúng ta thông qua việc con người có khả năng kiểm soát kích thước hạt từ vài nm đến vài chục nm. Vì vậy tôi chọn đề tài: chế tạo hạt nanô Fe3O4 và khảo sát một số tính chất đặc trưng của nó nhằm mục đích tìm hiểu và nghiên cứu về nanô từ. Nội dung của đề tài gồm: Chương 1: Tổng quan về các hạt nanô từ Chương 2: Tiến trình thực nghiệm Chương 3: Kết quả và thảo luận Kết luận chung và hướng phát triển. CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HẠT NANÔ TỪ Vật liệu nanô và các hiệu ứng liên quan Vật liệu nanô Vật liệu nanô (nano materials) là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi động nhất trong thời gian gần đây. Điều đó được thể hiện bằng số các công trình khoa học, số các bằng phát minh sáng chế (hình 1), số các công ty (hình 2) có liên quan đến khoa học, công nghệ nanô gia tăng theo cấp số mũ. Con số ước tính về số tiền đầu tư vào lĩnh vực này lên đến 8,6 tỷ đô la vào năm 2004. Hình 1: Số các công trình khoa học và bằng phát minh sáng chế tăng theo cấp số mũ theo thời gian. Hình 2: Số các công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nanô cũng tuân theo quy luật cấp số mũ. Khi ta nói đến nanô là đề cập đến một phần tỷ của đối tượng nào đó, ví dụ, một nanô giây là một khoảng thời gian bằng một phần tỷ của một giây. Còn nanô mà chúng ta dùng ở đây có nghĩa là nanô mét, một phần tỷ của một mét. Yếu tố quan trọng nhất mà chúng ta sẽ làm việc là vật liệu ở trạng thái rắn có kích thước nm. Vật liệu nanô là một thuật ngữ rất phổ biến, tuy vậy không phải ai cũng có một khái niệm rõ ràng về thuật ngữ đó. Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nanô, chúng ta cần biết hai khái niệm có liên quan là khoa học nanô (nanoscience) và công nghệ nanô (nanotechnology). Khoa học nanô (nanoscience): là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp (manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Khoa học nanô nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực như : vật lý, hóa, y học, sinh học và một vài ngành khoa học liên quan [4]. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. Công nghệ nanô (nanotechnology): là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy mô nanô mét. Ngày nay vật liệu nanô đang được quan tâm rất nhiều vì nó không thể thiếu trong công nghệ hiện đại, là thành phần của nhiều máy móc và thiết bị điện [7] và nó đi sâu vào đời sống hiện đại và đang dần dần chiếm một ý nghĩa rất lớn đối với đời sống của con người nhờ vào các tính chất rất đặc biệt của chúng mà các vật liệu truyền thống trước đó không có được. - Vật liệu nanô có các tính chất rất thú vị. Vậy tại sao nó lại có các tính chất thú vị đó? Tính chất quan trọng nhất của vật liệu nanô bắt nguồn từ kích thước của chúng rất nhỏ bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu. Chỉ là vấn đề kích thước thôi thì không có gì đáng nói, điều đáng nói là kích thước của vật liệu nanô đủ nhỏ để có thể so sánh với các kích thước tới hạn của một số tính chất (bảng 1). Vật liệu nanô nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nanô thì điều đó không đúng nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này. Chúng ta hãy xét một ví dụ trong bảng 1. Vật liệu sắt từ được hình thành từ những đômen, trong lòng một đômen, các nguyên tử có từ tính sắp xếp song song với nhau nhưng lại không nhất thiết phải song song với mômen từ của nguyên tử ở một đômen khác. Giữa hai đômen có một vùng chuyển tiếp được gọi là vách đômen. Độ dày của vách đômen phụ thuộc vào bản chất của vật liệu mà có thể dày từ 10-100 nm. Nếu vật liệu tạo thành từ các hạt chỉ có kích thước bằng độ dày vách đômen thì sẽ có các tính chất khác hẳn với tính chất của vật liệu khối vì ảnh hưởng của các nguyên tử ở đômen này tác động lên nguyên tử ở đômen khác. Bảng 1: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu [8] Tính chất Độ dài tới hạn (nm) Điện Bước sóng điện tử Quãng đường tự do trung bình Hiệu ứng đường ngầm 10-100 1-100 1-10 Từ Vách đômen Quãng đường tán xạ spin 10-100 1-100 Quang Hố lượng tử Độ dài suy giảm Độ sâu bề mặt kim loại 1-100 10-100 10-100 Siêu dẫn Độ dài liên kết cặp Cooper Độ thẩm thấu Meisner 0,1-100 1-100 Cơ Tương tác bất định xứ Biên hạt Bán kính khởi động đứt vỡ Sai hỏng mầm Độ nhăn bề mặt 1-1000 1-10 1-100 0,1-10 1-10 Xúc tác Hình học topo bề mặt 1-10 Siêu phân tử Độ dài Kuhn Cấu trúc nhị cấp Cấu trúc tam cấp 1-100 1-10 10-1000 Miễn dịch Nhận biết phân tử 1-10 Các hiện tượng đặc biệt khi hạt ở kích thước nanô Khi kích thước giảm xuống còn nanomet, thì có 2 hiện tượng đặc biệt sau : Hiệu ứng bề mặt Tỉ số giữa số nguyên tử bề mặt và số nguyên tử trong cả hạt nanô trở nên rất lớn, thí dụ: đối với một hạt nanô hình cầu bán kính R cấu tạo từ các nguyên tử có kích thước trung bình a, tỉ số này là: Nmặt ngoài / N ≈ 3a/R Với R = 6a ~ 1 nm, thì một nửa số nguyên tử nằm trên bề mặt. Diện tích bề mặt lớn của các hạt nanô là một lợi thế khi chúng được ứng dụng để tàng trữ khí vì các phân tử khí được hấp phụ trên bề mặt, hoặc khi chúng được ứng dụng trong hiện tượng xúc tác, trong đó các phản ứng xảy ra trên bề mặt của chất xúc tác. Mặt khác, năng lượng liên kết của các nguyên tử bề mặt bị hạ thấp một cách đáng kể vì chúng không được liên kết một cách đầy đủ, kết quả là các hạt nanô nóng chảy ở nhiệt độ thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của vật liệu khối tương ứng. Hiệu ứng lượng tử Khi kích thước của hạt (thí dụ chất bán dẫn) giảm xuống xấp xỉ bán kính Bohr của exciton thì có thể xảy ra hiệu ứng kích thước lượng tử (quantum size effects), hay còn gọi là hiệu ứng giam giữ lượng tử (quantum confinement effects) trong đó các trạng thái electron cũng như các trạng thái dao động trong hạt nanô bị lượng tử hóa. Các trạng thái bị lượng tử hóa trong cấu trúc nanô sẽ quyết định tính chất điện và quang nói riêng, tính chất vật lý và hóa học nói chung của cấu trúc đó. Trước hết chúng ta hãy mô tả một cách sơ lược hiệu ứng giam giữ lượng tử. Thí dụ, trong vật liệu bán dẫn khối, các electron trong vùng dẫn và các lỗ trống trong vùng hóa trị chuyển động tự do khắp tinh thể, do lưỡng tính sóng hạt, chuyển động của các hạt tải điện có thể được mô tả bằng tổ hợp tuyến tính của các sóng phẳng có bước sóng vào cỡ nanô mét. Nếu kích thước của khối bán dẫn giảm xuống, xấp xỉ giá trị của các bước sóng này, thì hạt tải điện bị giảm trong khối này sẽ thể hiện tính chất giống như một hạt chuyển động trong hộp thế. Nghiệm của phương trình Schrodinger trong trường hợp này là các sóng dừng (sóng đứng) bị giam trong giếng thế và năng lượng tương ứng với hai sóng riêng biệt, nói chung là khác nhau và gián đoạn. Những chuyển dời của hạt tải điện giữa hai mức năng lượng gián đoạn nêu trên sẽ gây ra quang phổ vạch. Hệ hạt khi đó được gọi là hệ bị giam giữ lượng tử. Trong phần này chúng ta sẽ sử dụng khái niệm giam giữ lượng tử các hạt tải điện trong vật rắn để tìm ra các đặc điểm của cấu trúc năng lượng trong vật rắn thấp chiều. Việc tính toán cấu trúc năng lượng của các hệ bị giam giữ lượng tử thông thường được thực hiện theo hai phương pháp: + Trong phương pháp một, chúng ta xuất phát từ việc nghiên cứu vật thể khối, sau đó khảo sát sự biến đổi của cấu trúc vùng năng lượng, khi kích thước của vật giảm đến vài nm. + Phương pháp thứ hai bắt đầu từ việc nghiên cứu các trạng thái electron riêng biệt của các nguyên tử cô lập, sau đó khảo sát sự thay đổi của các mức năng lượng, khi các nguyên tử lại gần và bắt đầu tương tác với nhau. Vật liệu từ và phân loại vật liệu từ Các vật liệu khi hưởng ứng với từ trường thì nó sẽ có tính chất từ (magnetic material). Đặc trưng tính chất từ của các vật liệu là độ từ hóa và độ từ cảm [1] - Độ từ hóa là moment từ trung bình của mẫu vật (hoặc trong một đơn vị thể tích của mẫu vật). Nếu từ trường không thật lớn thì độ từ hóa M tỷ lệ với cường độ từ trường H: M= c H - Độ từ cảm c, là tỷ số của độ từ hóa và từ trường, biểu hiện sự hưởng ứng của vật liệu với từ trường ngoài: Độ từ cảm này có thể âm hoặc dương, thường được tính theo đơn vị thích hợp sao cho độ từ cảm không có thứ nguyên. Vật liệu từ Vật liệu từ là loại vật liệu mà dưới tác dụng của từ trường ngoài có thể bị từ hóa, tức là có những tính chất từ đặc biệt. Vì thế ta có thể nói sắt thường và sắt từ tuy hai mà là một. Đó là nếu ta hiểu đúng cái nghĩa của từ "sắt" là chất mà trong thành phần của nó chứa chủ yếu các nguyên tử của nguyên tố Fe. Tùy thuộc vào cách hưởng ứng của vật liệu từ trong từ trường, chúng được chia làm hai nhóm chính: vật liệu từ mềm và vật liệu từ cứng. - Vật liệu từ mềm: được sử dụng chủ yếu trong lõi nam châm của máy biến thế, motor, phần cảm điện, các thiết bị tạo hơi nước, dùng làm mạch từ của các thiết bị và dụng cụ điện có từ trường không đổi hoặc biến đổi [4]. Vật liệu từ mềm có độ từ thẩm lớn, từ trường khử từ nhỏ, tổn hao từ trễ nhỏ (đường cong từ trễ hẹp). Các tính chất của vật liệu từ mềm phụ thuộc vào độ tinh khiết hóa học của chúng, và mức độ biến dạng của cấu trúc tinh thể. Nếu có càng ít các loại tạp chất trong vật liệu , thì các đặc tính của vật liệu càng tốt. Vì vậy khi sản xuất vật liệu từ mềm cần phải cố gắng loại bỏ những tạp chất có hại nhất đối với chúng: carbon, phosphor, lưu huỳnh, ôxy, nitơ và các loại ôxit khác nhau. Đồng thời cần phải cố gắng không làm biến dạng cấu trúc tinh thể và không gây ra trong đó những ứng suất nội. Các loại sắt từ mềm gồm thép kỹ thuật, thép ít carbon, thép lá kỹ thuật điện, hợp kim sắt - niken có độ từ thẩm cao (permaloi) và ôxit sắt từ (ferrite). - Vật liệu từ cứng : có từ trường khử từ và từ dư lớn, một cách tương ứng thì đường cong từ trễ của nó rộng, rất khó bị từ hóa. Một khi bị từ hóa thì năng lượng từ của vật liệu được giữ lại lâu, có thể được dùng làm nam châm "vĩnh cữu". Về thành phần cấu tạo có thể chia thành vật liệu kim loại, phi kim loại và điện môi từ. Vật liệu từ kim loại có thể là kim loại đơn chất (sắt, cobalt, niken) và hợp kim từ của một số kim loại. Vật liệu phi kim loại thường là ferrit, thành phần gồm hỗn hợp bột của các ôxit sắt và các kim loại khác. Điện môi từ là vật liệu tổ hợp, gồm 60 - 80% vật liệu từ dạng bột và 40 - 20% điện môi. Ferrit và điện môi từ có điện trở suất lớn, nên làm giảm đáng kể mất mát do dòng điện xoáy Fucault nên được sử dụng chúng rộng rãi trong kỹ thuật cao tần. Ngoài ra, nhiều loại ferrite có độ ổn định của các đặc tính từ trong một dải tần số rộng, kể cả siêu cao tần. Phân loại vật liệu từ Trong tự nhiên có hai loại vật liệu từ chủ yếu: vật liệu thuận từ và vật liệu nghịch từ. Cả hai chất này đều có nhiều như nhau. Sự phân loại này dựa theo dấu và độ lớn của độ từ cảm. Vật liệu thuận từ - Các chất có c > 0 gọi là chất thuận từ[1]. Tính thuận từ thường thể hện khá yếu và phụ thuộc vào nhiệt độ. Chẳng hạn ở nhiệt độ phòng thì c~10-4 - Vật liệu thuận từ là những vật liệu mà khi không có từ trường ngoài tác dụng thì các moment từ nguyên tử định hướng hỗn loạn, điều này dẫn đến moment từ trung bình bằng không, độ từ hóa bằng không. Khi có từ trường ngoài tác dụng thì các moment từ nguyên tử sẽ định hướng theo từ trường ngoài và xuất hiện độ từ hóa cùng chiều với từ trường ngoài. Hình 3: Định hướng các mômen từ trong vật liệu thuận từ. Vật liệu nghịch từ - Các chất có c < 0 gọi là chất nghịch từ[1]. Thông thường tính nghịch từ thể hiện rất yếu |c |~ 10-6 - Chất nghịch từ là chất bị từ hóa ngược chiều từ trường ngoài. Khi từ trường không thật lớn, ta có M = c H với c < 0. Tính nghịch từ có liên quan với xu hướng của các điện tích muốn chắn phần trong của vật thể khỏi từ trường ngoài (tuân theo định luật Lentz của hiện tượng cảm ứng điện từ) Các thông số xác định tính chất của vật liệu từ, ngoài độ cảm từ còn có độ từ hoá bão hoà (từ độ đạt cực đại tại từ trường lớn), độ từ dư (từ độ còn dư sau khi ngừng tác động của từ trường ngoài), lực kháng từ HC (từ trường ngoài cần thiết để một hệ sau khi đạt được trạng thái bão hoà từ, bị khử từ). Các chất từ trật tự - Các chất trật tự từ (hay là các vật liệu từ mạnh) là những vật liệu có khả năng cảm ứng dưới từ trường ngoài mạnh. Đặc trưng của chúng là ở dưới nhiệt độ nào đó (tùy từng chất) tồn tại moment từ trung bình một cách tự phát (gọi là độ từ hóa tự phát) ngay khi không có từ trường ngoài. Giá trị của độ từ cảm c của các chất từ trật tự này lớn hơn nhiều so với chất thuận từ và chất nghịch từ. Ở 00K trong các chất từ trật tự này, các moment từ nguyên tử sắp xếp trật tự ngay khi không có từ trường ngoài.[1] - Các chất trật tự từ bao gồm: sắt từ, phản sắt từ, feri từ, sắt từ yếu... Hình 4: Định hướng các mômen từ trong vật liệu sắt từ Hình 5: Định hướng của các mômen từ của vật liệu phản sắt từ Hình 6: Định hướng của các mômen từ của vật liệu ferri từ Vật liệu siêu thuận từ Đômen từ Trong vật liệu từ, ở dưới nhiệt độ Curie (hay nhiệt độ Néel) có tồn tại độ từ hoá tự phát của vật liệu; nghĩa là độ từ hoá tồn tại ngay cả khi không có từ trường. Với vật liệu có kích thước thông thường, mômen từ của cả vật thường bằng không, vật ở trạng thái khử từ. Điều này được Weiss giải thích rằng vật được chia thành các đômen. Trong mỗi đômen vectơ độ từ hoá tự phát có hướng xác định. Nhưng các đômen khác nhau thì vectơ độ từ hóa tự phát sẽ có hướng khác nhau. Các đômen lân cận phân cách nhau bởi vách đômen. Qua vách đômen, hướng của mômen từ thay đổi dần.[2,5] Thông thường các đômen có kích thước vi mô và trong đa tinh thể, mỗi hạt có thể chứa một số đômen đơn. Do đó, một vật rắn sẽ có một số lượng lớn các đômen với những hướng từ hóa khác nhau. Mômen từ hóa M của vật rắn sẽ là tổng vectơ từ hóa của tất cả các đômen. Phần đóng góp của mỗi đômen phụ thuộc vào thể tích của nó. Nếu không có từ trường ngoài, năng lượng nhiệt làm cho mômen từ của các đômen trong toàn khối sẽ sắp xếp hỗn độn, do đó độ từ hóa của vật rắn vẫn bằng 0. Đômen Vách đômen Hình 7: Sự phân chia thành đômen, vách đômen trong vật liệu khối Khi có từ trường ngoài tác dụng, các đômen thay đổi hình dạng và kích thước nhờ sự dịch chuyển các vách đômen. Khi có tác động của từ trường ngoài, các vách đômen sẽ dịch chuyển, những đômen nào có mômen từ gần với hướng của từ trường sẽ được mở rộng, còn những đômen nào có mômen từ có hướng ngược hướng với từ trường sẽ bị thu hẹp lại. Qua đó sẽ làm tăng năng lượng của