Khóa luận tìm hiểu về hạt nano từ và ứng dụng của nó trong đời sống, y học

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu củ a riêng tơi hướng dẫn ThS Lê Khắc Quynh Những kết nghiên cứu khoa học khóa luận hồn tồn trung thực chưa cơng bố nơi khác Trong q trình nghiên cứu hồn thành khóa luận em có tham khảo số tài liệu số tác giả ghi phần tài liệu tham khảo Nếu có vấn đề khơng tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 05 tháng năm 2017 SINH VIÊN ĐINH THỊ QUỲNH DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1 Mơ tả quỹ đạo e chuyển động nguyên tử Hình 1.2 Mơ tả chuyển động tự quay e nguyên tử Hình 1.3 (a) Mơ hình xếp mơmen từ ngun tử; (b) Sự phụ thuộc -1 vào nhiệt độ Hình 1.4 (a) Sự xếp mômen từ; (b) ) Sự phụ thuộc -1 vào nhiệt độ Hình 1.5 (a) Sự xếp mơmen từ; (b) ) Sự phụ thuộc -1 vào nhiệt độ 10 Hình 1.6 Đường cong từ hóa 11 Hình 1.7 Sự phụ thuộc  vào H 12 Hình 1.8 Sự phụ thuộc từ độ (I) -1 vào nhiệt độ 13 Hình 1.9 So sánh đường cong từ trễ vật liệu từ cứng từ mềm 14 Hình 2.1 (a) Bình sữa làm nhựa có pha thêm nano bạc; (b) Dược phẩm có sử dụng nano bạc; (c) Thiết bị điện tử có sử dụng nano bạc 18 Hình 2.2 (a) Hạt nano vàng sử dụng truyền dẫn thuốc; (b) Hạt nano vàng làm đẹp 19 Hình 2.3 Các vị trí tứ diện bát diện 19 Hình 2.4 Cấu trúc spinel đảo Fe3O4 20 Hình 2.5 Sự định hướng lưỡng cực từ: (a) Thuận từ; (b) Sắt từ; (c) Phản sắt từ; (d) Ferit từ 22 Hình 2.6 Đường cong từ hóa vật liệu từ phụ thuộc vào kích thước 22 Hình 2.7 Sự phụ thuộc độ kháng từ vào đường kính hạt nano từ 23 Hình 2.8 Đồ thị lượng dị hướng phụ thuộc vào góc  24 Hình 2.9 Sơ đồ biển diễn phương pháp phun nung 25 Hình 2.10 Sơ đồ thiết bị tổng hợp hạt nano Laze 26 Hình 3.1 Ảnh chụp bit thông tin đĩa mềm đĩa cứng: (a) Chụp thường; (b) Chụp hạt từ nano Fe3O4 28 Hình 3.2 Một số ứng dụng chất lỏng từ việc khảo sát nhiệt độ loa điện động nhóm Nguyễn Phúc Dương, Lữ Hà Anh viện ITIMS ĐH Bách khoa Hà Nội: (a) Loa điện động; (b) Bộ dẫn từ; (c) Lõi âm 31 Hình 3.3 Đường áp loa treble màng giấy loại 1007 32 Hình 3.4 Mơ hình vận chuyển thuốc hạt nano từ 33 Hình 3.5 (a) Quá trình đốt nhiệt từ trường xoay chiều; (b) Công suất đốt nhiệt phụ thuộc vào bán kính hạt 34 Hình 3.6 Quá trình quay đảo hồi phục mômen từ hạt nhân 35 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc đề tài CHƯƠNG TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT RẮN 1.1 Mômen từ nguyên tử 1.1.1 Mômen từ ngun tử chưa có từ trường ngồi 1.2 Các trạng thái từ vật chất 1.2.1 Trạng thái nghịch từ 1.2.3 Trạng thái sắt từ 1.3 Đặc điểm vật liệu sắt từ 10 1.3.1 Đường cong từ hóa 11 1.3.2 Sự phụ thuộc độ cảm từ theo độ từ hóa vật liệu sắt từ 11 1.3.3 Từ dư 12 1.3.4 Nhiệt độ Curie 12 1.3.5 Một vài đặc tính khác chất sắt từ 13 1.4 Phân loại vật liệu sắt từ 14 1.4.1 Vật liệu từ mềm 14 1.4.2 Vật liệu từ cứng 14 1.4.3 Vật liệu ghi từ 15 CHƯƠNG HẠT NANO TỪ TÍNH 16 2.1 Công nghệ nano 16 2.1.1 Khái niệm nguồn gốc công nghệ nano 16 2.1.2 Cơ sở khoa học công nghệ nano 16 2.1.3 Phân loại vật liệu theo kích thước 17 2.1.4 Ứng dụng số nano 18 2.2 Hạt nano sắt từ 19 2.2.1 Cấu trúc tinh thể tính chất Fe3O 19 2.2.1.1 Cấu trúc tinh thể Fe3O4 19 2.2.1.2 Tính chất Fe3O4 20 2.2.2.Các phương pháp chế tạo hạt từ nano 25 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA HẠT NANO TỪ 28 3.1 Ứng dụng đời sống 28 3.1.1 Chất lỏng từ 28 3.1.2 Tăng tuổi thọ trục quay 29 3.1.3 Bôi trơn truyền nhiệt 29 3.1.4 Máy in phun 29 3.1.5 Gia tốc kế 30 3.1.6 Làm bóng bề mặt 30 3.1.7 Ứng dụng quốc phịng hàng khơng 30 3.1.8 Loa điện động 31 3.2 Ứng dụng y học 32 3.2.1 Phân tách chọn lọc tế bào 33 3.2.2 Dẫn truyền thuốc 33 3.2.3 Hiệu ứng đốt nhiệt 33 3.2.4 Tăng độ tương phản cộng hưởng từ hạt nhân 34 3.2.5 Một số ứng dụng tương lai 35 KẾT LUẬN 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO 38 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Vật liệu từ có cấu trúc nano lĩnh vực mẻ ngành khoa học vật liệu đại Các hạt từ kích thước cỡ nanomét (10-9m) micromet (10-6m) đại diện cho lớp vật liệu từ mới, thu hút quan tâm đặc biệt hai phương diện, khoa học công nghệ So với vật liệu khối tương ứng, hạt nano từ có tính chất từ phong phú, đa dạng khác thường Các tính chất hệ hiệu ứng liên quan đến hạn chế kích thước phá vỡ tính đối xứng cấu trúc tinh thể biên hạt Các hạt nano từ thể thuộc tính từ độc tính siêu thuận từ Sự đa dạng tính chất làm cho hạt nanơ từ có ứng dụng phong phú Các hạt nano từ hội tụ đầy đủ yếu tố cần thiết cho ứng dụng sống lĩnh vực y sinh học Thứ nhất: hạt nanơ từ có kích thước gần với kích thước thực thể sinh học virus (20-500nm), protein (5-50nm) gen (đường kính 2nm, dài (10-100nm)) chúng dễ dàng tiếp cận mà không ảnh hưởng nhiều đến hoạt động thực thể sinh học Thứ hai: hạt nano từ có diện tích bề mặt lớn, chức hoá bề mặt làm tăng khả hấp phụ nhả thuốc thể Đặc biệt hạt nano từ có từ tính lớn có khả điều khiển từ trường nên phạm vi ứng dụng lớn Tuy nhiên ứng dụng y học đòi hỏi vật liệu phải đáp ứng yêu cầu khắt khe tính chất dược lý, hoá học, vật lý độ đồng nhất, cấu trúc tinh thể, thuộc tính từ, cấu trúc bề mặt, tính chất hút bám, khả hồ tan hạt đặc biệt phải có tính độc thấp Chính lí nên nghiên cứu nano từ tơi chọn đề tài “Tìm hiểu hạt nano từ ứng dụng đời sống, y học” làm đề tài nghiên cứu Mục đích nghiên cứu - Tìm hiểu lí thuyết tính chất ( tính từ) hạt nano từ - Ứng dụng hạt nano từ vào sống y học Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Các hạt nano từ ứng dụng 4.Nhiệm vụ nghiên cứu - Các tính chất từ ứng dụng hạt từ nano Phương pháp nghiên cứu - Tra cứu, đọc tổng hợp tài liệu Cấu trúc đề tài - Phần 1: Mở đầu - Phần 2: Nội dung Chương 1: Tính chất từ vật rắn Chương 2: Hạt nano từ tính Chương 3: Ứng dụng hạt nano từ - Phần : Kết luận CHƯƠNG TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT RẮN 1.1 Mơ men từ nguyên tử Chúng ta đã tiếp xúc với định nghĩa nguyên tử học cấp II, cấp III sâu tìm hiểu cấu tạo hạt ngun tử Có thể nói tất nguyên tử gồm hạt nhân mang điện dương electron mang điện âm Các electron chuyển động không ngừng quanh hạt nhân Để giải thích nhiều tượng, đặc biệt có tượng từ, coi gần electron chuyển động quanh hạt nhân theo quỹ đạo tròn elip tương tự chuyển động hành tinh hệ mặt trời Các electron nguyên tử (hay phân tử) quay theo quỹ đạo (hình elip hình trịn) với tần số lớn vào cỡ ≈ 1015 vịng/giây, tạo dịng điện khép kín Dịng điện vừa tạo sinh quanh từ trường tương tác với từ trường Do đó, tùy thuộc vào từ trường ngồi mà mơmen từ có định hướng khác Trước hết cần biết mômen từ nguyên tử? Đi trả lời cho câu hỏi này, giả sử quỹ đạo electron chuyển động quanh hạt nhân nguyên tử đường trịn, bán kính r, có tâm nằm hạt nhân ngun tử ( hình 1.1) Hình 1.1 Mơ tả quỹ đạo e chuyển động nguyên tử [9] Gọi v ⃗ vận tốc electron, f tần số quay electron quỹ đạo thì: f v 2 r Dòng điện chuyển động electron quanh quỹ đạo có chiều ngược lại với chiều chuyển động electron quanh quỹ đạo (bởi e