Ảnh hưởng của từ trường trong quá trình lắng đọng lên tính chất từ của dây nano

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 1 MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH VÀ VẬT LIỆU CoNiP 4 1.1. Gii thiu v  4 o mn 5 n, nhiu lp 5 t t c  ng ca t  ng 6 1.2.1. D ng 6  tr 7 1.2.3. Mt s ng ca t ng 8 1.3. Mt s ng dng c  10 1.3.1.  b nh b 10  11  sinh hc 12 1.3.4. H thng cm bin sinh hc treo 13 i gen 14 1.4. Gii thiu vt lit s t ca vt liu CoNiP 14 CHƢƠNG 2 - CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 18  to 18 2.1.1. Mt s  to 18  20 2.2. Ch to mu 23  24 - 24 2.3.2. u x tia X (XRD) 26 2.3.3. Hin t  28 2.3.4. Hin t truyn qua (TEM) 30 2.3.5. Ph ng tia X (EDS) 31 2.3.6. Thit b t k mu rung (VSM) 33 CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1. Kt qu - 36 3.2. S ph thuc ca m i gian 36 3.3. Kt qu n t  38 3.3.c b mt c 38 c ca mu 38 3.4. Kt qu u x tia X 39 3.4.1. Ph nhiu x tia X 39 3.4.2. Hng s mng tinh th 40 3.5. Kt qu n t truyn qua (HRTEM) 41 3.6. Kt qu ph ng (EDS) 42 3.t t 43 ng cong t tr 43 3.7.2. L H c 45 3.7.3. S ph thuc ca t  M s ti nhi  ng 46 3.7.4. T s gia t    r /M s 47 ng d ng H k ng d ng K U 48 KẾT LUẬN 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. (a) dây nano đơn đoạn; (b) dây nano hai đoạn; (c) dây nano nhiều lớp hai thành phần; (d) chức năng hóa của dây nano hai thành phần 5 Hình 1.2. (a) Dây nano Co bị phân tán; (b) Dây nano CuS được tạo mảng 5 Hình 1.3. (a) Dây nano CoPtP một đoạn; (b) Dây nano CoPtP sáu đoạn 6 (c) Dây nano nhiều lớp Fe – Au 6 Hình 1.4. Ba hình elipxoit đặc trưng 7 Hình 1.5. Chu trình từ trễ của một mảng dây nano Ni: (a) từ trường H đặt song song với trục của dây nano; (b) từ trường H đặt vuông góc với trục của dây nano 8 Hình 1.6. Lực kháng từ của vật liệu CoPtP với các giá trị khác nhau của từ trường 9 Hình 1.7. Hình ảnh AFM của vật liệu CoPtP được lắng đọng điện hóa: (a) không có từ trường ngoài; (b) có từ trường ngoài (1 Tesla) 9 Hình 1.8. Mô hình lưu trữ dữ liệu trong bộ nhớ "racetrack" 11 Hình 1.9. Động cơ điện từ cỡ nhỏ 12 Hình 1.10. (a ) Sơ đồ phân tách các protein His từ các protein chưa được đánh dấu; (b) phân tách các kháng thể poly–His từ các kháng thể khác 13 Hình 1.11. (a) Sự tương tự giữa một mã vạch tiêu chuẩn và một đoạn dây nano kim loại được mã hóa; (b) Sơ đồ xét nghiệm miễn dịch tầng trung gian được thực hiện trên một dây nano 13 Hình 1.12. Cấu trúc tinh thể CoNiP 14 Hình 1.13. Sự phụ thuộc của trường kháng từ vào độ dày của màng CoNiP: vuông góc (đường hình tròn) và song song (đường hình vuông) 15 Hình1.14. (a) Ảnh TEM từng thành phần của màng CoNiP; (b) Thông tin các thành phần được đo bởi phép đo phổ tia X (XPS); (c) Tỉ lệ [Co]/[Ni] thể hiện như một hàm của độ dày 16 Hình 1.15. (a) ảnh TEM cắt từng phần với độ phân giải cao; (b) nhiễu xạ điện tử . 16 Hình 1.16. Sự phụ thuộc của hình thái bề mặt của CoNiP vào nồng độ NaH 2 PO 2 (a): 0 M; (b): 0,019 M; (c):0,028 M và (d): 0,146 M 17 Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí ngiệm phương pháp lắng đọng điện hóa khi không 22 có từ trường ngoài 22 Hình 2.2. Sơ đồ bố trí thí ngiệm phương pháp lắng đọng điện hóa khi có từ trường ngoài 23 Hình 2.3. Mô hình tổng quan của thí nghiệm CV 25 Hình 2.4. Hiện tượng nhiễu xạ trên tinh thể 26 Hình 2.5. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo máy XRD 26 Hình 2.6. Máy nhiễu xạ tia X D5005 28 Hình 2.7. Kính hiển vi điện tử quét 29 Hình 2.8. (a) Kính hiển vi điện tử truyền qua; (b) sơ đồ nguyên lý của hiển vi điện tử truyền qua 30 Hình 2.9. Phổ tán sắc năng lượng tiaX (EDS) 33 Hình 2.10. Máy đo từ kế mẫu rung (VSM) 34 Hình 2.11. Mô hình từ kế mẫu rung 34 Hình 3.1. Kết quả đo CV của dung dịch CoNiP 36 Hình 3.2. Sự phụ thuộc của mật độ dòng theo thời gian 37 Hình 3.3. Ảnh SEM của khuôn PC 38 Hình 3.4. Ảnh hiển vi điện tử quét của dây CoNiP 39 Hình 3.5. Phổ nhiễu xạ tia X của dây nano CoNiP 40 Hình 3.6. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của dây CoNiP với H = 0 Oe 41 Hình 3.7. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của dây CoNiP với H = 2100 Oe 42 Hình 3.8. Phổ EDS của dây nano CoNiP 43 Hình 3.9. Đường cong từ trễ của dây CoNiP với H = 0 Oe. 44 Hình 3.10. Đường cong từ trễ của dây CoNiP với H = 750 Oe, 1200 Oe 44 Hình 3.11. Đường cong từ trễ của dây CoNiP với H = 1500 Oe, 2100 Oe 45 Hình 3.12. Sự phụ thuộc của lực kháng từ vào từ trường của dây CoNiP 46 Hình 3.13. Sự phụ thuộc của từ độ bão hòa vào từ trường của dây CoNiP 47 Hình 3.14. Sự phụ thuộc của tỷ số M r /M s vào từ trường của dây CoNiP 48 Hình 3.15. Sự phụ thuộc của H k vào từ trường của dây CoNiP 49 Hình 3.16. Sự phụ thuộc của K U vào từ trường của dây CoNiP 50 1 MỞ ĐẦU Trong nh             c rt nhiu s  nghip bi nhng ng dng to ln c   n xu  t b  nghic th hin bng s  hc, s , s n khoa h ngh p s . n mt phn t c  mn mt khong thi gian bng mt phn t ca m. Khoa hu v  can thit liu t . T t ca vt lin vt tm  c Richard Feynman nhn l c ti Hi ngh    mt thi k  r v v,  tht nh n xut cht nh a.  n vi t i din mo cc bi mo ra mt cung trong nhng ng dng y sinh hn nhanh t lot ng d m bin sinh hu ch t long dng y h liu ti 4]. n xun t  ng dng, to ra sn phnh tranh t chihe nhc iPod ng ln vi t x c nhanh, ct b ng d  t b v  [10] cha b  thu t nanot nano  u ng ph   nano ng m nhi vi sc khe con 2 nh do di truy nh hi chng hi ting, lit rung, m ngh i quy c tr ic ci tin ct b  bt b, t t i. Hin nay, vic ch t c nhi c gi k n mt s ng quchi  t Bn, Trung Qut s  Viu, ch tt liu nano  s dng dng ci b t  thp Ti hc Khoa hc T - u ch t t  cu, vt p kim CoFe, c ch to bng nhing   catot, nhit cacbon, bc bay nhi  t . Huang et al i  lng c dn . Mm ca vic ch to s dng  c my,  mt s ng x   ng a mu [17], i  pH ca ch, i m trong  n 18], i n ca c ng nano [19]. Trong mt s    u   c s  ng mnh m ca t ng   t tinh th  t t c no CoPt. Hiu v s nh ng ca t ng ng trong vic kich to  y lua em 3 p trunc u ng ca t ng trong ng  t t ca CoNiP. Ni dung lum 3 ph - Tng quan v  t liu CoNiP. - c nghim. 3 - Kt qu o lun. 4 CHƢƠNG 1 - TỔNG QUAN VỀ DÂY NANO TỪ TÍNH VÀ VẬT LIỆU CoNiP 1.1. Giới thiệu về dây nano S kt hp gia sinh vt hn nhic ca khoa h thut   v y c cc k  y ha ht nano t   chn l thng sinh hc. Hu ht t  dng u ng bao g ng  phi t c hi v sinh h thc hin. ng dng ct t   biu y h sinh h thun li nt t  th thc hin nhiu chTrong nhing h t t n.  t dng ca ht t  ,  ng gt chiu, vi t s gia chi rt cao.   Khi vt liu gic xu s gia s  nm  b m  tng cng ca vt liu nano lt nhi      .   hc bi    t liu st t dng khi, dng h  ng c  dng  mng. Hu h c s d kim loi  c ch to blng m x c l c nano.  kim vi t 5 n 500 nm, chi c kii 60 t t quan trng c  Curie, l t  thuc rt m   c c u khoa hng dng thc t i lo c s dng mnano t   nano t nhinh v no t m nano t nhin. 5 Hình 1.1. (a) dây nano đơn đoạn; (b) dây nano hai đoạn; (c) dây nano nhiều lớp hai thành phần; (d) chức năng hóa của dây nano hai thành phần 1.1.1. Các dây nano tạo mảng và phân tán Trong hu hng dng, c s dng  dng c m hoi rc. Hình 1.2. (a) Dây nano Co bị phân tán; (b) Dây nano CuS được tạo mảng [17]   v i r u din mng 50 nm. 1.1.2. Các dây nano một đoạn, nhiều đoạn và nhiều lớp Do mong mut vt li  thc hin c nhiu chc  c nhiu ch 6 Hình 1.3. (a) Dây nano CoPtP một đoạn; (b) Dây nano CoPtP sáu đoạn (c) Dây nano nhiều lớp Fe – Au [14]  hi u din mt phu lp Fe - Au [12, 14, i vnano nhiu  c tng hp t  t - phi tNi-Cu, Fe-Cu Hu ht nhiu u th hin hiu ng t tr khng l ]. 1.2. Tính chất từ của dây nano từ tính và sự ảnh hƣởng của từ trƣờng trong quá trình lắng đọng 1.2.1. Dị hƣớng hình dạng i vi vt liu tng c  s d b t ng t c theo tra vt).Vt ling ng ca t  ng n kt qu t t ca mui vi vt li dng hoc ng ca t ng  kt qu i ta g nng [1]. Mt vt chng ca t sinh ra t mt t ng chng li t i ng kh tng kh t H d t l v t ng c lc cho bi: d = - N d (1) [...]... AFM của màng mỏng CoPtP trong trường hợp không có và có từ trường đặt trong quá trình lắng đọng Hình 1.7 Hình ảnh AFM của vật liệu CoPtP được lắng đọng điện hóa: (a) không có từ trường ngoài; (b) có từ trường ngoài (1 Tesla) Từ hình ảnh 1.7, ta thấy kích thước hạt nhỏ hơn khi mẫu được lắng đọng trong từ trường 9 Như vậy từ các nghiên cứu trước đây của các nhà khoa học cho thấy, từ trường có ảnh hưởng. .. Chu trình từ trễ của một mảng dây nano Ni: (a) từ trường H đặt song song với trục của dây nano; (b) từ trường H đặt vuông góc với trục của dây nano Các thông số thường được dùng trong mô tả đặc trưng của mỗi mẫu là từ độ bão hòa Ms, từ dư Mr, trường bão hòa Hsat và lực kháng từ Hc Quan sát hình 1.5, trường bão hòa Hsat là trường phụ thuộc vào lực kháng từ để đạt tới từ độ bão hòa Ms; từ dư Mr là từ. .. hút và lực đẩy hình sin lên roto từ, bằng cách này mà các roto từ sẽ quay dưới tác động của stato [21] 1.3.3 Thao tác phân tử sinh học Các dây nano từ tính có thể được sử dụng trong phân tách các phân tử sinh học Cả các dây nano từ tính đơn đoạn và dây nano từ tính nhiều đoạn đều được sử dụng để phân tách tế bào Nói chung, các dây nano từ tính tốt hơn các hạt hình cầu 12 từ tính trong phân tách tế bào... được thể hiện trong hình1.6 Để tăng lực kháng từ, các tác giả đã tìm ra trong quá trình lắng đọng điện hóa cần phải đặt thêm từ trường ngoài Từ kết quả thu được cho thấy khi đặt từ trường ngoài từ 0 đến 1Tesla thì lực kháng từ của màng được tăng lên rõ rệt [8] 8 Hình 1.6 Lực kháng từ của vật liệu CoPtP với các giá trị khác nhau của từ trường Ngoài ra nhóm nghiên cứu cũng thu được hình ảnh hiển vi lực... hướng của hạt trong các lỗ là tương đối tự do Khi có từ trường, các hạt trong các lỗ khuôn buộc phải định hướng theo hướng của từ trường, tạo thành một kết cấu mạnh mẽ Do đó khi có từ trường, cấu trúc của dây sẽ chặt chẽ hơn, các định hướng tinh thể cũng sẽ tốt hơn [9] Với màng mỏng CoPtP, nhóm tác giả Ho Dong Park và các cộng sự đã nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường trong quá trình lắng đọng Kết quả... soát các dây nano từ tính để ứng dụng trong các chuyển động này đóng vai trò chủ đạo trong việc phát triển các máy móc ở cấp độ nano Sự chuyển động thẳng của các dây nano từ thường có được thông qua các gradient từ, trong khi việc kiểm soát các dây nano từ trong chuyển động quay thì phức tạp hơn nhiều [20, 21] 11 Barbic đã tạo ra chuyển động quay của các roto từ không có chốt quay trong các chất lưu... độ của mẫu khi từ trường ngoài mất đi Từ độ bão hòa Ms của một vật đạt được khi tất cả các momen từ trong vật hoàn toàn song song với nhau Vì vậy, từ độ bão hòa Ms là tính chất bên trong của vật liệu từ tính, không liên quan tới hình dạng và kích thước của mẫu 1.2.3 Một số ảnh hƣởng của từ trƣờng Nhóm nghiên cứu Kleber R Pirota và các cộng sự đã chỉ ra rằng nếu không có từ trường, sự định hướng của. .. roto từ này là các dây nano từ đơn đômen với chiều dài dây nhỏ hơn 100 µm và chuyển động quay của dây nano từ được kiểm soát bởi một stato bên ngoài chất lưu Hình 1.9 Động cơ điện từ cỡ nhỏ Hình 1.9 mô tả cấu tạo của loại động cơ này Stato của động cơ được tích hợp bởi những cuộn dây và các đầu nhọn cỡ micro Mỗi cuộn dây này được làm từ vật liệu từ mềm và có xấp xỉ 10 vòng dây với đường kính mỗi dây. .. thấy, từ trường có ảnh hưởng rõ rệt lên cấu trúc và tính chất của vật liệu được lắng đọng bằng phương pháp điện hóa 1.3 Một số ứng dụng của dây nano từ tính Các dây nano có nhiều tiềm năng ứng dụng trong các ngành khác nhau như y sinh (phân tách các phân tử sinh học, phân phối gen, bẫy từ của các tế bào…) và cảm biến, ghi từ 1.3.1 Tăng mật độ bộ nhớ bằng các dây nano Các nhà vật lý Mỹ vừa công bố một... phân tử sinh học bằng cách sử dụng các dây nano từ tính dưới tác động của từ trường ngoài, điều này là cơ sở của nhiều ứng dụng y sinh của các dây nano từ tính Trong hình 1.10 là trường hợp phân tách tế bào bằng cách sử dụng các dây nano nhiều đoạn: Hình 1.10 (a ) Sơ đồ phân tách các protein His từ các protein chưa được đánh dấu; (b) phân tách các kháng thể poly–His từ các kháng thể khác [16] 1.3.4 Hệ . thuộc của từ độ bão hòa vào từ trường của dây CoNiP 47 Hình 3.14. Sự phụ thuộc của tỷ số M r /M s vào từ trường của dây CoNiP 48 Hình 3.15. Sự phụ thuộc của H k vào từ trường của dây CoNiP. hin hiu ng t tr khng l ]. 1.2. Tính chất từ của dây nano từ tính và sự ảnh hƣởng của từ trƣờng trong quá trình lắng đọng 1.2.1. Dị hƣớng hình dạng i vi vt liu tng. với trục của dây nano; (b) từ trường H đặt vuông góc với trục của dây nano 8 Hình 1.6. Lực kháng từ của vật liệu CoPtP với các giá trị khác nhau của từ trường 9 Hình 1.7. Hình ảnh AFM của vật