Nghiên cứu ổn định phân tán và tính chất lưu biến của chất lỏng từ coban ferit

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Hồng Quyên NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH PHÂN TÁN VÀ TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA CHẤT LỎNG TỪ COBAN FERIT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Hà Nội – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Dương Hồng Quyên NGHIÊN CỨU ỔN ĐỊNH PHÂN TÁN VÀ TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA CHẤT LỎNG TỪ COBAN FERIT Ngành: Kỹ thuật Hóa học Mã số: 9520301 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Hoàng Thị Kiều Nguyên TS Trần Vân Anh Hà Nội – 2020 LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành luận án này, giúp đỡ, chia sẻ nhiều người Trước tiên, xin tỏ lịng kính trọng biết ơn sâu sắc tới người thầy trực tiếp hướng dẫn suốt q trình làm Nghiên cứu sinh, PGS.TS Hồng Thị Kiều Nguyên, TS Trần Vân Anh, người cho ý tưởng, giải đáp thắc mắc, đồng hành bên Tôi cám ơn tới sinh viên Bộ mơn Cơng nghệ In tơi làm thí nghiệm, tơi chờ đợi trăn trở q trình nghiên cứu Tôi xin gửi lời cám ơn tới Thầy cô, đồng nghiệp Bộ môn Cơng nghệ In, Viện Kỹ thuật Hóa học Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình học tập, nghiên cứu Tôi xin cám ơn giúp đỡ Khoa Hóa – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà nội, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam, Viện Vệ sinh dịch tễ TW, Viện tiên tiến khoa học công nghệ AIST – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Tôi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ to lớn mặt kinh phí từ nguồn kinh phí đào tạo nghiên cứu sinh Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tôi xin cám ơn Quỹ Phát triển Khoa học Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) hỗ trợ tài cho nghiên cứu luận án khuôn khổ đề tài số 103.06 -2017.42 Cuối cùng, xin bày tỏ lịng biết ơn tới người thân gia đình ln bên cạnh, chia sẻ, động viên, khuyến khích động lực để phấn đấu suốt thời gian qua Hà Nội, ngày 10 tháng năm 2021 Tác giả Dương Hồng Quyên Trang LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, hướng dẫn PGS.TS Hoàng Thị Kiều Nguyên TS Trần Vân Anh Các số liệu, kết sử dụng luận án trích dẫn từ báo đồng ý đồng tác giả Các số liệu, kết trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Người hướng dẫn khoa học PGS.TS Hoàng Thị Kiều Nguyên Người hướng dẫn khoa học TS Trần Vân Anh Trang Tác giả luận án Dương Hồng Quyên MỤC LỤC Trang LỜI CÁM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU DANH MỤC CÁC HÌNH DANH MỤC CÁC BẢNG 11 MỞ ĐẦU 13 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ VÀ TÍNH LƯU BIẾN CỦA CHẤT LỎNG TỪ COBAN FERIT 16 Vật liệu từ 16 Vật liệu coban ferit 19 Cấu trúc coban ferit 19 Tính chất 20 Ứng dụng coban ferit 21 Điều chế hạt nano coban ferit 22 1.3 Chất lỏng nano từ tính 23 Phương pháp phân tán hạt nano chất mang dạng lỏng 24 Phương pháp ổn định phân tán [37] 25 1.4 Tình hình nghiên cứu 26 Kiểm sốt tính chất từ hạt coban ferit 26 Điều chế ổn định phân tán chất lỏng từ coban ferit 30 Tính chất lưu biến chất lỏng từ 31 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 1.1 1.2 2.1 2.2 Hóa chất thí nghiệm – thiết bị 41 Hóa chất 41 Thiết bị 41 Phương pháp nghiên cứu 41 Điều chế coban ferit phương pháp kết tủa 41 Điều chế ổn định phân tán chất lỏng từ 43 Nghiên cứu thực nghiệm độ nhớt chất lỏng từ 45 Trang Phương pháp phân tích đánh giá kết 45 Phân tích đặc trưng hạt từ chất lỏng từ 45 Độ nhớt 47 ĐIỀU CHẾ HẠT NANO TỪ COBAN FERIT 49 2.3 Điều chế hạt nano theo phương pháp bước – có nung 49 Ảnh hưởng pH 49 Ảnh hưởng nồng độ ion kim loại [Co2+] 52 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 54 Ảnh hưởng nhiệt độ nung 56 3.2 Điều chế coban ferit theo phương pháp bước 60 Ảnh hưởng tốc độ khuấy 60 Ảnh hưởng nhiệt độ phản ứng 62 3.3 Tóm tắt kết 69 ĐIỀU CHẾ VÀ ỔN ĐỊNH PHÂN TÁN CHẤT LỎNG TỪ COBAN FERIT 71 3.1 4.1 Đặc tính Coban ferit nghiên cứu điều chế ổn định phân tán chất lỏng từ 71 4.2 Ảnh hưởng thời gian khuấy siêu âm đến độ phân tán chất lỏng từ 72 Mẫu M1 72 Mẫu M2 73 Độ bền phân tán chất lỏng từ 74 4.3 Ổn định phân tán chất HĐBM 76 Ảnh hưởng nồng độ chất HĐBM đến độ bền phân tán 76 Ổn định phân tán lớp vỏ bọc polyme 79 4.4 Ảnh hưởng chất ổn định phân tán đến tính chất từ vật liệu 82 4.5 Tóm tắt kết 83 NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA CHẤT LỎNG TỪ COBAN FERIT 84 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 Đặc tính Coban ferit nghiên cứu lưu biến 84 Tính chất lưu biến chất lỏng từ cobalt ferrit 84 Chất lỏng từ với hạt từ mềm M1 84 Chất lỏng từ với hạt siêu thuận từ M2 89 Ảnh hưởng nồng độ hạt rắn đến độ nhớt chất lỏng từ 92 Chất lỏng từ M1 93 Chất lỏng từ M2 98 Ảnh hưởng nhiệt độ 104 Ảnh hưởng chất lỏng 108 Mơ hình tốn mơ tả độ nhớt chất lỏng từ 112 Trang 5.7 Độ nhớt khơng có từ trường 112 Độ nhớt có từ trường ngồi 115 Tóm tắt kết nghiên cứu tính chất lưu biến chất lỏng từ coban ferit 117 KẾT LUẬN 11919 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 12020 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1211 PHỤ LỤC ……………………………………………………………………… 135 Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu DLS FF FTIR Giải nghĩa Kỹ thuật tán xạ ánh sáng động Hệ chất lỏng từ Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FWHM Chiều rộng nửa cực đại hàm phân bố kích thước HĐBM Hoạt động bề mặt MVE Hiệu ứng nhớt từ PEG 400 PMAA Polyethylene glycol 400 Poly methaacrylic axit TEM Phương pháp chụp hiển vi điện tử truyền qua TGA Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TWEEN 20 UV - VIS Polysorbate 20 Phương pháp đo quang phổ tử ngoại khả kiến VSM Phương pháp từ kế mẫu rung XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X Trang DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1 a) Momen từ nguyên tử nghịch từ từ trường ngồi; b) Đường cong từ hóa vật liệu nghịch từ 16 Hình 1.2 a) Sự hỗn loạn momen từ chất thuận từ khơng có từ trường; b) Đường cong từ hóa vật liệu thuận từ; c)Sự phụ thuộc 1/X, nhiệt độ 17 Hình 1.3 a) Sắp xếp momen từ vật liệu sắt từ nhiệt độ; b) Sự phụ thuộc nhiệt độ từ độ bão 1/X chất sắt từ 17 Hình 1.4 a) Sắp xếp momen từ vật liệu phản sắt từ nhiệt độ T < Tc; b) Sự phụ thuộc nhiệt độ từ độ bão hòa 1/X chất sắt từ 17 Hình 1.5 a) Sắp xếp momen từ vật liệu ferrite từ nhiệt độ T