Chế Tạo Và Nghiên Cứu Tính Chất Quang - Từ Của Vật Liệu Spinel CoFe2O4 Cấu Trúc Nano

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGÔ THỊ PHƯỢNG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG – TỪ CỦA VẬT LIỆU SPINEL CoFe2O4 CẤU TRÚC NANO LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC THÁI NGUYÊN - 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGÔ THỊ PHƯỢNG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG – TỪ CỦA VẬT LIỆU SPINEL CoFe2O4 CẤU TRÚC NANO Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8.44.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ HÙNG MẠNH THÁI NGUYÊN - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi nhóm nghiên cứu, tất kết nghiên cứu trung thực Thái Nguyên, tháng năm 2018 Học viên Ngô Thị Phượng ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Đỗ Hùng Mạnh - người Thầy tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ tơi suốt q trình thực luận văn Nghiên cứu tài trợ Quỹ Phát triển khoa học công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đề tài mã số 103.02-2015.74 Tôi xin cảm ơn nghiên cứu sinh Phạm Hồng Nam tận tình dẫn, góp ý cụ thểcho nghiên cứu khoa học Tôi xin trân trọng cảm ơn giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cán thuộc Phòng Vật lý vật liệu từ siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu– Viện Hàn lâm khoa học công nghệ Việt Nam q trình tơi thực hồn thành luận văn Cuối cùng, hỗ trợ, động viên từ gia đình bè bạn động lực to lớn giúp tơi hồn thành luận văn Tác giả luận văn Ngô Thị Phượng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU v DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ x DANH MỤC CÁC BẢNG xiii MỞ ĐẦU Chương 1: TỔNG QUAN 1.1 Các phương pháp tổng hợp vật liệu kích thước nano mét 1.1.1 Phương pháp đồng kết tủa 1.1.2 Phương pháp thủy nhiệt 1.1.3 Phương pháp phân hủy nhiệt 1.2 Ứng dụng vật liệu nano 1.3 Cấu trúc tinh thể vật liệu ferit spinel 11 1.4 Tính chất từ 13 1.4.1 Trật tự từ tương tác 13 1.4.2 Dị hướng từ 15 1.4.3 Trạng thái đơn đômen siêu thuận từ 17 1.5 Mơ hình lõi - vỏ 20 1.6 Cơ chế vật lý hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ 20 1.6.1 Tổn hao từ trễ 20 1.6.2 Tổn hao hồi phục Neel Brown 21 Chương KỸ THUẬT THỰC NGHIỆM 24 2.1 Tổng hợp hệ hạt nano CoFe2O4 chất lỏng từ 24 2.2 Các phép phân tích cấu trúc, nhiệt, quang 28 2.2.1 Nhiễu xạ tia X 28 2.2.2 Hiển vi điện tử truyền qua 29 2.2.3 Phân tích nhiệt (TGA) 30 iv 2.2.4 Phổ hồng ngoại 31 2.2.5 Phổ tán xạ laser động 32 2.3 Các phép đo từ 32 2.3.1 Từ kế mẫu rung 32 2.3.2 Đường từ trễ xoay chiều 33 2.3.3 Đốt nóng cảm ứng từ 34 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 36 3.1 Các kết phân tích cấu trúc, kích thước hạt, nhiệt 36 3.1.1 Các kết phân tích cấu trúc kích thước hạt 36 3.1.2 Phép phân tích nhiệt 39 3.2 Các kết liên quan tính chất quang học 40 3.2.1 Phổ tán xạ laser động độ ổn định chất lỏng từ 40 3.2.2 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) 42 3.3 Các kết tính chất từ 42 3.3.1 Tính chất từ từ trường chiều 42 3.3 Tính chất từ từ trường xoay chiều cho mẫu chất lỏng từ CF3 46 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU a : Hằng số mạng A : Phân mạng tứ diện A1 : Độ lớn tương tác trao đổi A2 : Nội hệ hạt nano A3 : Năng lượng chu trình từ hóa B : Phân mạng bát diện C : Nhiệt dung riêng c : Nồng độ hạt từ E : Năng lượng dị hướng dx : Mật độ khối lượng D : Kích thước hạt Dc : Kích thước tới hạn đơn đơmen DTEM : Kích thước tử ảnh TEM dSP : Kích thước siêu thuận từ DXRD : Kích thước từ giản đồ XRD f : Tần số fo : Tần số tiêu chuẩn H : Cường độ từ trường HA : Trường dị hướng Hc : Lực kháng từ vi Hmax : Từ trường lớn Hmin : Từ trường nhỏ K : Hằng số dị hướng từ tinh thể Keff : Hằng số dị hướng hiệu dụng KV : Hằng số dị hướng từ khối KS : Hằng số dị hướng bề mặt kB : Hằng số Boltzmann L : Hàm Langevin m : Khối lượng M : Từ độ M(0) : Từ độ 0K Me2+ : Các kim loại hóa trị 2+ Mr : Từ độ dư Ms : Từ độ bão hòa Ms(∞) : Từ độ vật liệu khối n : Số hạt đơn vị thể tích P : Cơng suất Phys : Công suất tổn hao từ trễ Q : Nhiệt lượng thu vào rc : bán kính đơn đơmen tới hạn hạt đơn đơmen hình cầu T : Nhiệt độ vii TB : Nhiệt độ khóa Tb : Nhiệt độ bão hòa TC : Nhiệt độ Curie To : Nhiệt độ hiệu dụng ΔT : Độ biến thiên nhiệt độ t : Thời gian V : Thể tích hạt Vopt : Thể tích tối ưu hạt W : Năng lượng từ hóa zv : Độ dài tương quan  : Độ nhớt chất lỏng từ ζ : Độ lớn tương tác trao đổi  : Khối lượng riêng 0 : Độ từ thẩm chân không χ’ : Phần thực độ cảm từ xoay chiều χ’’ : Phần ảo độ cảm từ xoay chiều τ𝑒𝑓𝑓 : Thời gian hồi phục hiệu dụng τB : Thời gian hồi phục Brown τN : Thời gian hồi phục Neél τo : Thời gian hồi phục đặc trưng ω0 : Tần số Larmor viii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT EDX : Phổ tán xạ lượng tia X EHT : Đốt nóng ngồi FC : Làm lạnh có từ trường FT-IR : Phổ hồng ngoại phân giải Fourier ILP : Công suất tổn hao nội ISPM : Siêu thuận từ tương tác LRT : Lý thuyết đáp ứng tuyến tính NA : Định luật Neél Arrhenius OA : Oleic acid OLA : Oleylamine PMAO : Poly(maleic anhydride-alt-1-octadecene) PPMS : Hệ đo tính chất vật lý SPM : Siêu thuận từ SLP : Công suất tổn hao riêng SLPHC : Công suất tổn hao sau hiệu chỉnh SLPLRT : Công suất tổn hao theo lý thuyết đáp ứng tuyến tính SLPmax : Cơng suất tổn hao cực đại SLPTN : Công suất tổn hao thực nghiệm SW : Stoner-Wohlfarth TEM : Hiển vi điện tử truyền qua 40 khơng từ tính qua đánh giá phẩm chất từ lõi hạt Hình 3.4 giản phân tích nhiệt TGA cho mẫu CF3 Phân tích giản đồ cho thấy giảm khối lượng mẫu theo giai đoạn từ nhiệt độ phòng tới 160°C, 360°C, 600°C Kết đánh giá cho thấy suy giảm khối lượng ứng với OA, OLA PMAO ≈ 25,8% 3.2 Các kết liên quan tính chất quang học 3.2.1 Phổ tán xạ laser động độ ổn định chất lỏng từ  Phổ tán xạ laser động 30 40 35 30 25 CF2 LogNormal fit dH = 22 nm  20  20 % % 25 CF1 LogNormal fit dH = 19 nm 15 10 10 5 0 10 15 20 25 30 35 40 dH (nm) 35 25  % 20 15 30 40 dH (nm) 50 60 70 60  15 20 50 20 10 20 30 40 dH (nm) 25 10 10 CF4 LogNormal fit dH = 61 nm 10 0 30 CF3 LogNormal fit dH = 30 nm 30 % 15 20 40 60 80 100 120 140 160 dH (nm) Hình 3.5 Giản đồ phân bố kích thước thủy động mẫu CF1, CF2, CF3 CF4 Tổn hao Brown sinh chuyển động hạt nano từ chất lỏng, công suất tổn hao loại tỉ lệ với thể tích thủy động cần thiết phải xác 41 định kích thước thủy động (DH) phương pháp tán xạ laser động Kích thước thủy động hạt dạng chất lỏng từ thể Hình 3.5 Giá trị DHlà 19 nm, 22 nm, 30 nm 61 nm tương ứng với mẫu CF1 đến CF4 sau bọc Nhìn chung, giá trị DH mẫu tăng lên so với kích thước thu từ ảnh TEM đóng góp lớp vỏ polymer  Độ ổn định chất lỏng từ Đối với ứng dụng y sinh hệ hạt nano từ phải bền môi trường phân tán khoảng thời gian định Hình 3.6 Thế zeta mẫu CF1, CF2, CF3 CF4 Độ bền chất lỏng từ mẫu đánh giá thông qua phép đo zeta Kết thu cho thấy phổ có đỉnh cho mẫu CF1, CF2 CF3 với zeta -54,1 mV, -44,0 mV 47,1 mV Đối với mẫu CF4 tồn đỉnh (có thể PMAO chưa loại bỏ hết khỏi dung dịch) với zeta -47,9 mV -16,7 mV (Hình 3.6) Một số cơng bố cho zeta nằm khoảng ± 30 mV 42 chất keo cho bền [11, 28] Như vậy, nhận định mẫu chất lỏng từ CF1, CF2 CF3 có độ ổn định cao môi trường nước 3.2.2 Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) Một công cụ khác chứng minh khả bọc hệ hạt nano CoFe2O4@OA/OLA PMAO đánh giá thơng qua vị trí vạch hấp thụ có mặt phổ FT-IR Hình 3.7 phổ FT-IR mẫu tiêu biểu (CF3), phổ gồm hai phổ FT-IR xếp chồng lên ứng CoFe2O4@OA/OLA vớihai loại CoFe2O4@ OA/OLA bọc PMAO Hình 3.7 Phổ FTIR mẫu bọc khơng bọc PMAO (CF3) Trên hình xuất đỉnh hấp thụ quanh giá trị số sóng 3400 cm-1 mẫu sau bọc PMAO, đỉnh gán cho dao động nhóm chức OH phân tử nước hấp thụ lên lớp vỏ PMAO mẫu Do PMAO có chứa nhóm chức giống OA/OLA, nên so sánh độ cao đỉnh trước sau hạt CoFe2O4 bọc PMAO Cụ thể, số sóng 3400 cm-1 nhóm chức O-H, đỉnh CoFe2O4 sau bọc PMAO cao gấp đôi so với đỉnh trước bọc Cả hai mẫu xuất đỉnh hấp thụ số sóng 2810 2900 cm−1 có mặt nhóm CH2 cho mẫu bọc OA/OLA PMAO Tuy nhiên đỉnh sau bọc cao gấp đôi cao nhiều so với trước bọc PMAO [19] 3.3 Các kết tính chất từ 3.3.1 Tính chất từ từ trường chiều Hình đường từ trễ mẫu đo nhiệt độ 300 K Mẫu CF4 có từ độ cao 70 emu/g, giá trị nhỏ so với vật liệu khối 80 emu/g[5] Mẫu CF1 CF2 có kích thước  10 nm giá trị Hc gần nên chúng biểu trạng thái siêu thuận từ nhiệt độ phòng 43 [26] Kết phù hợp với cơng bố nhóm nghiên cứu [17] cho hệ mẫu CoFe2O4có kích thước 10 nm Tính sắt từ biểu mẫu CF3 CF4 với Hc từ 40 Oe 480 Oe kích thước hạt nằm vùng giới hạn siêu thuận từ CF4 60 CF3 40 CF2 CF1 M (emu/g) 20 50 CF4 -20 M (emu/g) M (emu/g) 80 -40 CF3 FC CF2 CF1 -60 TB -50 -500 ZFC 500 H (Oe) -80 -1 10 -5000 H (Oe) 5000 10 100 150 200 250 300 350 400 450 T (K) Hình 3.8 Đường từ trễ mẫu CF1, Hình 3.9 Đường cong M (T) mẫu CF2, CF3 CF4 Hình nhỏ bên CF1, CF2, CF3 CF4 đo theo chế đường từ trễ từ trường thấp độ FC-ZFC từ trường 100 Oe Từ hình 3.8 cho thấy Msvà Hc có xu hướng tăng kích thước hạt tăng Mscó giá trị thấp cho hạt có kích thước nhỏ đạt giá trị lớn kích thước 20,6 nm Kết phù hợp với nghiên cứu Xu cộng [27] Các giá trị Ms Hc liệt kê Bảng 3.2 Hình 3.9 đường từ độ phụ thuộc vào nhiệt độ đo theo chế độ FC ZFC từ trường 100 Oe Các mẫu CF1, CF2 CF3 có điểm cực đại (nhiệt độ khóa TB) đường ZFC Khi nhiệt độ tăng, lượng nhiệt phá vỡ dần đóng băng mômen từ giúp chúng định hướng theo từ trường ngồi Do đó, từ độ tổng cộng hạt tăng dần đạt giá trị cực đại TB đường ZFC, lượng nhiệt so sánh với lượng dị hướng đóng băng mơmen từ bị phá vỡ hồn tồn Khi tiếp tục tăng nhiệt độ giá trị TB, lượng nhiệt chiếm ưu phá vỡ dần định hướng theo từ trường ngồi mơmen từ Vì vậy, giá trị từ độ 44 đường ZFC giảm dần Mẫu CF4 điểm cực đại đường ZFC khoảng nhiệt độ đo, nguyên nhân thảo luận sau Bảng 3.2 Giá trị Ms, Hc, Mr/Ms, Keff TB mẫu CoFe2O4 Mẫu Ms (emu/g) Hc (Oe) Mr/Ms Keff (erg/cm3) TB (K) CF1 32 0,015 4,7 x 106 185 CF2 46 0,016 3,2 x 106 250 CF3 56 40 0,035 2,1 x 106 335 CF4 70 480 0,228 5,3 x 105 - Có thể thấy rằng, kích thước hạt tăng giá trị TB tăng đáng kể từ 185 K cho mẫu CF1 đến 335 K cho mẫu CF3, tượng quan sát hệ mẫu CoFe2O4 số nhóm nghiên cứu [15, 25] Ở hệ hạt nano này, dịch chuyển TB cho tăng lượng dị hướng gây hạt có kích thước lớn, điều làm giảm xác suất vượt qua hàng rào dị hướng TB dịch phía nhiệt độ cao [15] Mối tương quan TB với D nghiên cứu phù hợp với lý thuyết SW[16] kết nghiên cứu nhóm tác giả [16] Với mẫu CF4 không thấy xuất TB đường ZFC quanh nhiệt độ phòng, điều liên quan đến kích thước hạt, phân bố kích thước hạt mẫu Để quan sát thấy TB cần thực phép đo M(T) dải nhiệt độ rộng Khi lượng nhiệt đủ để phá vỡ định hướng momen từ Trong trường hợp hạt nano SPM đơn đômen, số dị hướng hiệu dụng (Keff) tính cơng thức (3.1) Các giá trị Keffcủa CF1, CF2, CF3 4,7 x 106 erg.cm-3; 3,2x106 erg.cm-3 2,1 x 106 erg.cm-3 Với mẫu CF4, Keff tính công thức [26] K eff = M s Hc 2,25 DSP 0,96[1−( ) ](1−p) DTEM (3.1) 45 với DSP = nm kích thước tới hạn siêu thuận từ hệ hạt nano CoFe2O4, p = 0,65 (0,634  p  0,659 cho hạt hình cầu có dị hướng ngẫu nhiên) Với cách tính mẫu CF4 có Keff 5,3x105 erg.cm-3 Các giá trị so sánh với số dịhướng mẫu CoFe 2O4 dạng khối ((1,83,0)x106 erg.cm-3) [23] Giá trị Keff thu hệ hạt nano CoFe2O4 K eff giảm kích thước hạt Keff (10 erg/cm ) tăng lên với trình thường thấy hệ hạt nano từ khác Ngoài dị hướng từ tinh thể (KV), KS thêm vào để giải thích Keff phụ thuộc vào K = 1.31 x 106 erg/cm3 đóng góp đáng kể dị hướng bề mặt (KS) [13] Ks = 6.3 X 10 erg/cm v 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 1/d (nm-1) Hình 3.10 Sự phụ thuộc số dị hướng vào tỷ lệ nghịch kích thước hạt (DTEM) kích thước hạt Trong trường hợp hạt hình cầu với đường kính DTEM, Keff biểu diễn tổng KV KS viết dạng công thức sau [17]: Keff = KV + (6/DTEM)KS (3.2) Sử dụng giá trị Keff Bảng 3.2, phụ thuộc Keff với nghịch đảo kích thước hạt biểu diễn Hình 3.10 Các kết thu từ thực nghiệm làm khớp hàm theo công thức (3.2) ta thu giá trị dị hướng tinh thể (KV) dị hướng bề mặt (KS) tương ứng 1,3x106 erg.cm-3 6,3x106 erg.cm-2 Như vậy, giá trị KV nhận gần với giá trị số dị hướng mẫu khối nêu 46 3.3 Tính chất từ từ trường xoay chiều cho mẫu chất lỏng từ CF3  Đường trễ 30 200 CF3 20 (W/g) 100 hys 450 kHz SLP M (emu/g) 150 10 CF4 CF3 CF2 CF1 -10 50 -20 -30 -400 -200 H (Oe) 200 400 0 100 200 H (Oe) 300 400 Hình 3.11 Các đường từ trễ Hình 3.12 SLPhys phụ thuộc mẫu chất lỏng từ CF3 H, tần số 450 kHz Trong phần này, chọn mẫu chất lỏng từ tiêu biểu (chứa hạt từ CF3 với nồng độ mg/ml, sau gọi tắt CF3) để khảo sát khả sinh nhiệt chất lỏng từ từ trường cường độ (0-400 Oe), tần số 450 kHz Hình 3.11 đường từ trễ mẫu chất lỏng CF3, cho thấy phát triển vòng trễ theo độ tăng cường độ từ trường Giá trị SLPhys xác định theo công thức: 𝑆𝐿𝑃ℎ𝑦𝑠 = 𝑓 𝑚𝑛 ∮ 𝑀(𝐻)𝑑𝐻 (3.3) Ở đây, f tần số, mn khối lượng hạt từ Theo cách tiếp cận này, SLP tỷ lệ cường độ từ trường theo dạng hàm bậc biểu diễn Hình 3.12 Thực chất phép đo này, SLP tính riêng phần thực từ trường xoay chiều loại bỏ ảnh hưởng tổn hao Neel Brown  Đốt nóng cảm ứng từ a) Khả sinh nhiệt máy phát từ trường xoay chiều Các thực nghiệm đốt nóng cảm ứng từ thực giá trị H khác (100 – 300 Oe), tần số f = 450 kHz 47 Hình 3.13 cho thấy nhiệt độ T tăng 70 theo từ trường H Giá trị SLP tính 60 55 o T ( C) tốn thơng qua tốc độ tăng nhiệt ban đầu theo công thức sau [30]: 300 Oe 250 Oe 200 Oe 150 Oe 100 Oe 65 50 45 40 𝑆𝐿𝑃 = 𝐶 𝑚𝑠 𝑑𝑇 𝑚𝑛 𝑑𝑡 35 (3.4) 30 Trong C nhiệt dung riêng, ms khối lượng toàn chất lỏng, mn khối lượng hệ hạt nano từ, dT/dt tốc độ 300 600 900 1200 1500 t (s) Hình 3.13 Nhiệt độ đốt cực đại phụ thuộc cường độ từ trường tăng nhiệt ban đầu xác định từ độ dốc đường cong sinh nhiệt theo thời gian Sự phụ thuộc H SLP tóm tắt Bảng 3.3 Bảng 3.3 Giá trị SLP mẫu CF3 H khác f = 450 kHz H (Oe) 100 150 200 250 300 71,1 98,6 183,9 213,8 297,4 SLP (W/g) Từ Bảng 3.3 thấy cácgiá trị SLP cao giá trị từ trường 100 Oe, 150 Oe, 200 Oe, 250 Oe 300 Oe (cố định tần số, 450 kHz) Giá trị SLP lớn đạt 297,4 (W/g) cường độ từ trường 300 Oe so sánh với cơng bố nhóm tác giả [9] hệ vật liệu CoFe2O4 bọc PAA (polyacrylic acid) với kích thước khác nm, 10 nm 14 nm Ở nồng độ 1,25 mg/ml mẫu kích thước 10 nm cho giá trị SLP lớn 251 (W/g) điều kiện cường độ từ trường tần số tương ứng (196 Oe, 275 kHz) b) Cơ chế đóng góp công suất tổn hao từ trễ, Neel Brown Như trình bày chương 1, khả sinh nhiệt chất lỏng từ từ trường xoay chiều chế tổn hao: 48 chế từ trễ (SLPhys), chế hồi phục Neél (SLPN) chế hồi phục Brown (SLPB) Sự đóng góp khác tùy thuộc vào kích Keff D Do đó, việc đánh giá đóng góp chế điều phức tạp, khó 50 40 30 khăn Để loại bỏ đóng góp tổn CF3 o T ( C) chế vào SLP tổng cộng 300 Oe 250 Oe 200 Oe 150 Oe 100 Oe 60 300 600 900 t (s) 1200 1500 Hình 3.14 Đường đốt từ mẫu hao Brown, thí nghiệm tiến CF3 với nồng độ hạt từ mg/ml hành sau, pha 1mg hạt từ agar 2%, 300 Oe, 450 kHz mẫu CF3 bọc PMAO vào dung dịch (nước + agar 2%) gọi tắt môi trường agar 2%, dung dịch thu có dạng keo để hạn chế chuyển động hạt nano Lý tưởng chuyển động Brown nhỏ tốt, mặt ứng dụng hạt nano từ đưa vào tế bào ung thư hạt nano chuyển động nước [18] Trong thực nghiệm này, điều kiện từ trường tương tự trên: cường độ từ 100 Oe đến 300 Oe, tần số 450 kHz Hình 3.14 đường đốt nóng cảm ứng từ mẫu CF3 với nồng độ mg/ml phân tán dung dịch agar 2% Cũng giống trường hợp môi trường nước, nhiệt độ tăng tăng cường độ từ trường So sánh đường đốt nóng cảm ứng từ môi trường agar 2% môi trường nước ta thấy độ dốc tốc độ tăng nhiệt thấp Như vậy, giả thiết giá trị SLPB gần đóng góp khơng đáng kể vào giá trị SLP tổng hay tổn hao Brown loại bỏ Lúc này, công suất tổn hao bao gồm SLPN có SLPhys Như nêu SLP tổng giá trị SLPhys, SLPB, SLPN Từ số liệu thực nghiệm đường đốt nóng cảm ứng từ agar 2% (Hình 3.14) đường từ trễ (Hình 3.11), 49 xác định giá trị công suất tổn hao 300 chế biểu diễn 250 dạng biểu đồ hình cột Hình 3.15 200 nhỏ vào giá trị SLP tổng cộng SLP SLP (W/g) Với mẫu CF3, SLPhys có đóng góp SLP CF3 hys B N SLP 150 100 vùng từ trường thấp (< 100 Oe), 50 đóng góp tăng lên tăng từ trường Điều hợp lý SLP 100 150 200 H (Oe) 250 300 mẫu có lực kháng từ cỡ 40 Oe Hình 3.15 SLPhys, SLPB, SLPNvà SLP cần từ trường lớn vài bậc để phụ thuộc vào từ trường mẫu chất từ hóa bão hòa Đóng góp tổn lỏng từ CF3 hao Brown tăng lên theo từ trường Kết giả thiết sau: nhiệt độ tăng làm thay đổi độ nhớt chất lỏng làm tăng độ linh động hạt dẫn tới đóng góp tổn hao Brown tăng theo từ trường 50 Kết luận chương Bằng phương pháp phân hủy nhiệt chế tạo thành công hệ hạt nano CoFe2O4 với cấu trúc spinel, hình dạng hạt hình cầu đơn phân tán Các mẫu sau tổng hợp chuyển pha PMAO vào nước thành chất lỏng từ Kết đo Zeta cho thấy mẫu thu có độ bền cao Các phép đo từ cho thấy mẫu CF1 CF2 có kích thước hạt nằm vùng kích thước siêu thuận từ, CF3 CF4 biểu trạng sắt từ với Hc ≥ 40 Oe Các thí nghiệm đốt nóng cảm ứng từ khảo sát từ trường khác nhau100 Oe đến 300 Oe, tần số 450 kHz Kết cho thấy SLP tăng theoH Với mẫu CF3 cho SLP cao đạt 297,4 (W/g) H = 300 Oe Bên cạnh chế vật lý đóng góp lên SLP tổng mẫu chất lỏng CF3 phân tích thảo luận 51 KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐỀ NGHỊ Chế tạo thành công hệ hạt nano CoFe2O4 phương pháp phân hủy nhiệt chất lỏng tương ứng dùng PMAO chất chuyển pha Từ phân tích cấu trúc, hình thái, nhiệt, quang từ đưa kết luận tiêu biểu sau: Có thể chủ động điều khiển kích thước phân bố kích thước hạt cách thay đổi điều kiện chế tạo thích hợp Kích thước tinh thể kích thước hạt trung bình mẫu nằm khoảng từ 7-20 nm với độ phân bố hẹp độ tinh thể tốt Hai thơng số từ độ bão hòa lực kháng từ tăng theo kích thước hạt Ngược lại lượng dị hướng hiệu dụng có giá trị giảm dần Phổ hồng ngoại cung cấp chứng bổ sung khả bọc hạt từ nano CoFe2O4 thành cấu trúc từ vỏ-lõi Chất lỏng từ bọc PMAO có độ bền cao mơi trường nước Giá trị công suất tổn hao tăng theo giá trị từ trường đạt giá trị cao 297,4 (W/g) 300 Oe, 450 kHz Trong vùng từ trường nhỏ tổn hao Neel chiếm ưu thế, ngược lại đóng góp tổn hao từ trễ tăng theo từ trường Cần có nghiên cứu bổ sung để mẫu chất lỏng từ CF3 với chất lượng tốt ứng dụng thực tế nhiệt từ trị tăng cường độ tương phản ảnh cộng hưởng từ 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt Nguyễn Hữu Đức (2008), Vật liệu từ cấu trúc nano điện tử spin, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội: pp 49-53 Hồ Thanh Huy (2009) Nghiên cứu cấu trúc tinh thể, tính chất điện từ hợp chất TmCoIn5 YbCoIn5 sử dụng phương pháp đặc trưng micro nano, Luận văn thạc sĩ chuyên nghành vật liệu linh kiện nano Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh Phạm Hoài Linh, Nguyễn Thanh Ngọc, Trần Đăng Thành, Đỗ Hùng Mạnh, Nguyễn Chí Thuần, Lê Văn Hồng Nguyễn Xuân Phúc (2007), Chế tạo vật liệu spinel Mn1-xZnxFe2O4 (0≤x ≤0,8) kích thước nanomet nghiên cứu số tính chất từ chúng, Hội nghị VLCRTQ lần thứ 5, Vũng Tàu: pp 116-120 Phạm Hoài Linh (2014), Nghiên cứu chế tao chất lỏng từ hạt nano Fe3O4 ứng dụng diệt tế bào ung thư Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện Khoa học vật liệu, Hà Nội Trương Thị Mai (2017), Chuyên đề cấu trúc tinh thể Khoa hóa học, Đại học Quy Nhơn Đỗ Hùng Mạnh (2011), Nghiên cứu tính chất điện từ vật liệu perovskite ABO3 kích thước nanomét (A = La, Sr, Ca B = Mn) tổng hợp phương pháp nghiền phản ứng, Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện Khoa học vật liệu, Hà Nội Phạm Hồng Nam (2013) "Chế tạo, nghiên cứu tính chất từ đốt nóng cảm ứng từ hệ hạt ferit spinel Mn1-xZnxFe2O4 có kích thước nano mét." Luận văn Thạc sĩ Khoa học vật liệu, Viện Khoa học vật liệu, Hà Nội Nguyễn Phú Thùy (2003), Vật lý tượng từ, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội: pp 143–146, 161 Nguyễn Anh Tiến, Dương Thu Đông, Phạm Quỳnh Lan Phương, Nguyễn Thị Minh Thúy (2013) Nghiên cứu tổng hợp vật liệu YFeO3 kích thước nano mate phương pháp đồng kết tủa, Tạp chí Khoa học ĐHSP TPHCM (47) 10 Phan Văn Tường (2007), Vật liệu vô cơ, Nhà xuất Đại học Quốc gia Hà Nội: pp 52–54 Tiếng Anh 11 Amyn S., Teja Pei., Yoong Koh (2009), Synthesis, properties, and applications of magnetic iron oxide nanoparticles, Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials, 55, pp 22–45 53 12 Aslibeiki B., Kameli P., Salamati H., Eshraghi M., and Tahmasebi T (2010), Superspin glass state in MnFe2O4 nanoparticles, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 322, pp 2929-2934 13 Chen D.G., Tang X.G., Wu J.B., Zhang W., Liu Q.X., Jiang Y.P ( 2011), Effect of grain size on the magnetic properties of superparamagnetic Ni0.5Zn0.5Fe2O4 nanoparticles by co-precipitation proces, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 323, pp 1717–1721 14 Chen J.P., Sorensen C.M., Klabunde K.J., and Hadjipanayis G.C (1994), Magnetic properties of nanophase cobalt particles synthesized in inversed micelles, Journal of Applied Physics, 76, pp 6316-6318 15 Chen J.P, Sorensen C.M, Klabunde K.J, Hadjipanayis G.C., Devlin E and Kostikas A (1996), Size - dependent magnetic propreties of MnFe2O4 fineparticles synthesized by coprecipitation, Physical Review B, 54, pp 9288(9) 16 Christy Riann Vestal (2004), Magnetic Coupling and Superparamagnetic Properties Of Spinel ferrite nanoparticles, Doctor thesis, Georgia Institite Technology 17 Goldman Alex (2006), Modern ferrite Technology 2nd, Pittsburgh, PA, USA, Springer 18 Hergt R., Andra W., d'Ambly C.G., Hilger I, Kaiser W.A., Richter U., and Schmidt H.G (1998), Physical limits of hyperthermia usingmagnetite fine particles, IEEE Trans Magn, 34, pp 3745 - 3754 19 Hergt R., Dutz S., Muller R., and Zeisberger M (2006), Magnetic particle hyperthermia: nanoparticle magnetism and materials development for cancer therapy, J Phys : Condens Matter, 18, pp 2919 – 2934 20 Hua Li., Hua-zhong Wu., Guo-xian Xiao (2010), Effects of synthetic conditions on particle size and magnetic properties of NiFe2O4, Powder Technology 198, pp 157–166 21 Jun Wang., Chuan Zeng., Zhenmeng Peng., Qianwang Chen (2004), Synthesis and magnetic properties of Zn1-xMnxFe2O4nanoparticles, Physica B 349, pp 124–128 22 Lu Xiao., Tao Zhou., Jia Meng (2009), Hydrothermal synthesis of Mn–Zn ferrites from spent alkaline Zn–Mn batteries, Particuology 7, pp 491–495 23 N Poudyal, C Rong, Y Zhang, D Wang, M J Kramer, R J Hebertc, J P Liu: J Alloys Compd 521 (2012) 55 24 Thi Kim Oanh Vuong, Dai Lam Tran, Trong Lu Le, Duy Viet Pham, Hong Nam Pham, Thi Hong Le Ngo, Hung Manh Do, Xuan Phuc Nguyen (2015), Synthesis of high-magnetization and monodisperse 54 Fe3O4 nanoparticles via thermal decomposition, Materials Chemistry and Physics, 163: pp 537-544 25 Pradhan S.K., Bid S., Gateshki M., Petkov V (2005), Microstructure characterization and cation distribution of nanocrystalline magnesium ferrite prepared by ball milling, Materials Chemistry and Physics, 93, pp 224–230 26 Rath C., Sahu K.K., Anand S., Date S.K., Mishra N.C., Das R.P ( 1999), Preparation and characterization of nanosize Mn-Zn ferrite, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 202, pp 77-84 27 S J Lee, J H Cho, C Lee, J Cho, Y R Kim, and J K Park: Nanotechnology 22 (2011) 375603 28 Thanh N.T.K (2012), Magneic Nanoparticles From Fabrication to Clinical Applications, CRC Press Taylor & Francis Group, pp 16-19 29 Xavier Batlle., Labarta Amílcar (2002), Finite-size effects in fine particles: magnetic and transport properties, Journal of Physics D Applied Physics, 35, pp pp R15-R42 30 Y X Gong, L Zhen, J T Jiang, C Y Xu, W Z Shao: J Magn Magn Mater 321 (2009) 3702 ... cách thức chế tạo, cấu trúc, tính chất hệ hạt nano CoFe2O4 chất lỏng từ tương lựa chọn tên đề tài cho Luận văn: Chế tạo nghiên cứu tính chất quang – từ vật liệu spinel CoFe2O4 cấu trúc nano Mục... ứng từ định hướng ứng dụng y sinh Đối tượng nghiên cứu Vật liệu spinel CoFe2O4 cấu trúc nano Phạm vi nghiên cứu Cấu trúc, hình thái, kích thước, tính chất quang, nhiệt, từ hệ hạt nano CoFe2O4 chất. .. KHOA HỌC NGÔ THỊ PHƯỢNG CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG – TỪ CỦA VẬT LIỆU SPINEL CoFe2O4 CẤU TRÚC NANO Chuyên ngành: Quang học Mã số: 8.44.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC Người hướng dẫn