Kết cấu Luận án gồm có phần mở đầu và phần nội dung và kết luận. Phần nội dung có ba chương: Chương 1 - Tổng quan; Chương 2 - Thực nghiệm; Chương 3 - Kết quả và bàn luận. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của Luận án này.
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LƯƠNG THỊ QUỲNH ANH NGHIÊN CỨU NANO FERIT Zn0.8Ni0.2Fe2O4 SIÊU THUẬN TỪ ỨNG DỤNG TRONG VẬT LIỆU HẤP THỤ VI SÓNG TRÊN DẢI TẦN SỐ X Chuyên ngành: Kỹ thuật vật liệu Mã số chuyên ngành: 62.52.03.09 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ TP HỒ CHÍ MINH - NĂM 2021 Cơng trình hồn thành Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM Người hướng dẫn: PGS TS Nguyễn Văn Dán Phản biện độc lập 1: Phản biện độc lập 2: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án họp vào lúc ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận án thư viện: - Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM - Thư viện Đại học Quốc gia Tp.HCM - Thư viện Khoa học Tổng hợp Tp.HCM MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Vật liệu từ ứng dụng nhiều cho thiết bị phục vụ đời sống người máy biến thế, động điện, máy phát điện, máy ghi âm, máy ghi hình… Điều chế hạt nano từ lĩnh vực tâm nhiều loại vật liệu kích thước nano cho tính ưu việt, có nhiều ưu điểm so với kích thước micromet, chúng nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: y học, quân sự, hóa học, vật lý… Hiện nay, vật liệu siêu thuận từ (STT) ferit STT nghiên cứu nhiều nhằm ứng dụng lĩnh vực y học nghiên cứu xử lý tế bào ung thư, dẫn truyền thuốc hướng đích, chẩn đốn điều trị bệnh u não, chế tạo dạng dược phẩm để chữa bệnh [1-5] Ngoài lĩnh vực y học, ferit có vài nghiên cứu ứng dụng lĩnh vực hấp thụ vi sóng, đặc biệt sóng rađa lĩnh vực quân [6-10] Một số nghiên cứu vật liệu STT thực chưa triệt để, từ vấn đề tổng hợp, cấu trúc, tính chất ứng dụng dạng vật liệu có tính chất đặc trưng vào lĩnh vực kỹ thuật đời sống Các loại ferit nghiên cứu chủ yếu ferit cobalt, oxit sắt III (-Fe2O3), oxit sắt từ (Fe3O4), ferit Fe- Zn- Ni, đó, ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 siêu thuận từ ví dụ Tất cơng trình cơng bố nước Thế giới tính đến năm 2020, chưa có cơng bố liên quan đến tổng hợp hạt nano Ferit Fe-Zn-Ni STT với công thức Zn0.8Ni0.2Fe2O4 Do đó, nghiên cứu tổng hợp hạt ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 có tính STT cần thiết nhằm ứng dụng lĩnh vực y học quân Đó lý cần thiết phải nghiên cứu loại vật liệu có tính chất đặc trưng mang lại nhiều ứng dụng có ích thực tế đời sống Tính đến năm 2021, chưa có cơng bố khả hấp thụ vi sóng sở hạt nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT Tuy nhiên, dựa vào hiệu ứng hấp thụ sóng điện từ phân cực xoay hướng lưỡng cực từ thấy hồn tồn có sở để sử dụng ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT việc hấp thụ vi sóng Các hạt nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 siêu thuận từ (STT) có đầy tiềm việc chế tạo mẫu hấp thụ vi sóng Việc chế tạo hạt hấp thụ vi sóng dải tần số X (8-12 GHz) vấn đề cần thiết nghiên cứu nhằm ứng dụng kỹ thuật quân đóng góp khoa học ứng dụng Việt Nam Tính đề tài Qua nghiên cứu tổng quan thấy nhiều vấn đề cần nghiên cứu phạm vi đề tài: - Tổng hợp hạt nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT phương pháp thủy nhiệt với có mặt axit oleic: nghiên cứu ảnh hưởng nhiệt độ thủy nhiệt đến kích thước tinh thể từ tính ferit STT - Ứng dụng ferit Fe-Zn-Ni STT đến hấp thụ vi sóng, việc ứng dụng hạt nano ferit STT giúp tăng độ hấp thụ vi sóng tính “nhạy” với từ trường ngồi hạt STT… Ý nghĩa khoa học Các hạt nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT có đầy tiềm hướng đến việc chế tạo mẫu hấp thụ vi sóng Việc chế tạo hạt hấp thụ vi sóng dải tần số X (8-12 GHz) vấn đề cần thiết nghiên cứu nhằm ứng dụng kỹ thuật quân Bên cạnh mục tiêu ứng dụng lĩnh vực quân sự, hạt nano ferit STT nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực y sinh, ứng dụng việc dẫn truyền thuốc đến tế bào đích, chữa trị bệnh ung thư nhờ đốt cháy tế bào ung thư, tăng độ phân giải ảnh chụp cộng hưởng từ… Bố cục luận văn Luận án bao gồm phần mở đầu phần nội dung Phần nội dung gồm có ba chương: Tổng quan, Thực nghiệm, Kết bàn luận Nội dung luận án trình bày 133 trang bao gồm 61 hình, 22 bảng biểu, 83 tài liệu tham khảo 24 trang phụ lục CHƯƠNG 1.1 1.1.1 TỔNG QUAN Tổng quan vật liệu từ, STT nano ferit STT sắt-kẽm-niken Tổng quan vật liệu từ Các khái niệm từ đặc trưng từ tính bao gồm: lưỡng cực từ, vectơ từ trường, mômen từ, miền từ từ trễ Phân loại vật liệu từ theo từ tính bao gồm vật liệu thuận từ, nghịch từ, sắt từ, phản sắt từ, ferit từ Ngồi ra, theo hình dạng đường cong từ trễ chia thành vật liệu từ mềm vật liệu từ cứng 1.1.2 Trạng thái STT chất sắt từ ferit từ STT trạng thái vật liệu sắt từ ferit từ có Hc ≈ Mr ≈ Khi chưa có từ trường ngồi mơmen từ xếp lộn xộn giống chất thuận từ, có từ trường ngồi mơmen từ xếp song song với từ trường với trị số Ms cao chất sắt từ gấp hàng ngàn lần chất thuận từ Khi kích thước hạt chất sắt từ ferit từ có D ≤ Ds Hc = 0, Mr = 0, vật liệu sắt từ ferit từ có đường từ hoá giống chất thuận từ độ từ hoá cao chất thuận từ nhiều lần cho hình 1.3 - chất STT (SPM – Super Paramagnetic materials) (a) (b) Hình 1.3 a Đường M-H chất STT (SPM) b Đường M-H chất thuận từ (PM) chất STT [1] Nếu hạt sắt từ ferit từ làm nhỏ tới kích thước mà hạt vùng đơmen từ tính thay đổi Đường phụ thuộc Hc vào kích thước hạt hình 1.4 Hình 1.4 Sự phụ thuộc Hc vào kích thước hạt sắt [1] Khi kích thước hạt sắt từ ferit từ giảm tới giá trị tới hạn đó, hình thành vách đơmen trở nên khơng thuận lợi mặt lượng vật liệu có cấu trúc đơn đơmen Nghĩa vật liệu đa tinh thể, hạt chứa nhiều đơmen Ở vật có trật tự từ có kích thước đủ lớn, phân chia thành đơmen làm giảm lượng tự hệ Trong trường hợp vật có kích thước đủ nhỏ phân chia lại làm giảm lượng tự hệ Vì vậy, hạt nhỏ khơng có phân chia thành nhiều đômen mà hạt đômen – hạt đơmen Khi kích thước hạt chất sắt từ ferit từ có D ≤ Ds nhiệt độ làm chất sắt từ tính dị hướng trở nên giống chất thuận từ Vật liệu STT hệ gồm hạt sắt từ ferit từ với kích thước D ≤ D s phân tán phi từ tính.Theo Manuel Benz [2] phân tán cách ly hạt ferit STT cách bọc chúng chất polymer SiO2, phân tán chúng vào polymer SiO2 xốp Hình 1.5 Đường đặc trưng B-H vật liệu sắt từ feri từ với sơ đồ xếp đơmen giai đoạn từ hóa Như hình 1.5 thể xoay lưỡng cực từ vật liệu đa đơmen có mômen định hướng khác xoay lưỡng cực từ vật liệu đơn đơmen, qua thể từ hóa theo hướng từ trường ngồi vật liệu đa đơmen khó so với từ hóa vật liệu đơn đơmen Ferit Zn-Ni STT Ferit Zn-Ni có cơng thức hố học: Zn1-xNixFe2O4 (0 ≤ x ≤ 1) Ferit Zn-Ni có điện trở suất cao tổn hao nhỏ nên sử dụng tần số từ 1-18 GHz, có tính nhạy với từ trường ngồi khơng có độ trễ từ áp vào từ trường xoay chiều (giá trị Mr Hc xấp xỉ zero) Cả ferit Zn-Ni ferit Zn-Ni STT ứng dụng chủ yếu vào lĩnh vực y học, hóa học, quân sự… tăng độ phân giải cho ảnh chụp cộng hưởng từ, dẫn truyền thuốc hướng đích, đốt cháy tế bào ung thư nhờ hiệu ứng nhiệt….và khả ứng dụng đầy tiềm vật liệu hấp thụ sóng rađa quân Đề tài nghiên cứu ferit Zn-Ni với công thức Zn0.8Ni0.2Fe2O4 mà Ferit Zn-Ni có cơng thức hố học với giá trị x = 0.2 cho kết kích thước hạt nhỏ (< 10 nm), dễ đạt đến trạng thái STT (Hc Mr 0) 1.1.3 1.1.3.2 Tổng quan ferit Fe-Zn-Ni STT Một số phương pháp chế tạo ferit nano ferit Phương pháp sol – gel Phương pháp thủy nhiệt Phương pháp đồng kết tủa 1.1.3.3 Tổng quan cơng trình nghiên cứu tổng hợp ferit ferit kẽm – niken STT Đa số cơng trình nghiên cứu Ferit Zn-Ni năm 2012, 2013 sử dụng phương pháp đồng kết tủa [15, 38-40] thu hạt với kích thước nano từ 7-51 nm, nhiên có mẫu đạt kích thước hạt 10 nm việc nung hạt nhiệt độ thấp (80oC) cho thấy hạt gần chưa đạt trạng thái STT đo từ tính chúng Sự kết hợp đồng kết tủa thủy nhiệt nhiệt độ thấp với có mặt chất hoạt động bề mặt thể cơng trình tác giả Sojanovich cộng năm 2014 Cơng trình nghiên cứu tổng hợp hạt nano Ferit cobalt phương pháp thủy nhiệt theo quy trình sau: Trước tiên, cho dung dịch NaOH (hàm lượng 10 mmol) vào dung dịch 1- pentanol + axit oleic, sau khuấy mạnh Tiếp theo, cho sắt nitrat cobalt nitrat vào hỗn hợp trên, tiếp tục khuấy mạnh Tất hỗn hợp khuấy cho vào Teflon thủy nhiệt 180oC thời gian 1,2,4,8 16 giờ, khảo sát hàm lượng axit oleic với giá trị nồng độ 0.25, 0.5, M Các hạt nano Ferit cobalt thu với kích thước trung bình từ – 8nm Với quy trình tổng hợp thủy nhiệt vừa nêu kích thước hạt thu ổn định Kết đo từ kế mẫu rung thể hạt Ferit cobalt có tính STT với nồng độ axit oleic 0.25M, thời gian thủy nhiệt 4-8 h 180oC [41] Kết luận: Các cơng trình cơng bố nước Thế giới tính đến năm 2021, chưa có cơng bố liên quan đến tổng hợp hạt nano Ferit Fe-Zn-Ni STT với công thức Zn0.8Ni0.2Fe2O4 Tởng quan sóng điện từ, vi sóng hiệu ứng hấp thụ vi sóng 1.2 1.2.1 Sóng điện từ Sóng điện từ theo quan điểm Maxwell Sóng điện từ sóng ngang Trong q trình truyền sóng, điểm phương truyền, vectơ điện trường vectơ từ trường ln vng góc với vng góc với phương truyền sóng Hình 1.8 Sự lan truyền sóng điện từ khơng gian 1.2.2 Vi sóng Vi sóng cịn gọi sóng tần số siêu cao (SHF), có bước sóng khoảng từ 30 cm (tần số GHz) đến cm (tần số 30 GHz) [52] Cách phân chia vi sóng theo dải tần số thể theo bảng 1.1 Bảng 1.1 Dải băng tần vi sóng theo tần số Dải L S C X Ku K Ka Tần số GHz GHz GHz 12 GHz 12 18 GHz 18 26 GHz 26 40 GHz Dải S U V E W F D 1.2.4 Các hiệu ứng hấp thụ vi sóng Các hiệu ứng hấp thụ theo chế phân cực: Hiệu ứng cảm ứng điện từ Tần số 30 50 GHz 40 60 GHz 50 75 GHz 60 90 GHz 75 110 GHz 90 140 GHz 110 170 GHz Hiệu ứng phân cực điện môi Hiệu ứng kích thích, chuyển dời điện tử 1.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu hấp thụ vi sóng ứng dụng vật liệu STT hấp thụ vi sóng Ngồi thành phần hấp thụ sóng điện từ hạt ferit từ, sắt cacbonyl kết hợp với keo epoxy hay sợi thủy tinh, mẫu hấp thụ cịn chế tạo sở graphen ferit Zn-Ni-Sr với hàm lượng ferit từ 70 – 90% tương ứng với hàm lượng graphen từ 10 – 30% Vật liệu thử khả hấp thụ với chiều dày 1.7mm gồm lớp phủ, lớp thứ gồm 80% ferit + 20% graphen, lớp gồm 70% ferit + 30% graphen, vật liệu với lớp hấp thụ chiều dày 1.7mm đạt độ suy hao phản xạ cao -55.28 dB tần số 10.2 GHz (độ hấp thụ 99.9%) [64] Nghiên cứu Panwar cộng phối hợp nghiên cứu vào năm 2015 Vật liệu hấp thụ sở hạt nano ferit với công thức Zn0.64Ni0.36Fe2O4 PGS TS Nguyễn Văn Dán nhóm nghiên cứu thuộc Khoa Công nghệ Vật liệu, Đại học Bách khoa TPHCM nghiên cứu thành công RAMs dạng lớp phủ composite dải X S với độ hấp thụ đạt từ 90-94% bao gồm nghiên cứu chế tạo số loại vật liệu hấp thụ sóng rađa đồng thời hai dải X (10 GHz) S (3GHz) có độ hấp thụ từ 90-94% Cùng với Bộ Tư Lệnh Hải Qn tiến hành thử nghiệm trường sơng Lịng Tàu tháng 4/2004 biển Vũng Tàu tháng 4/2005 đồng thời hai dải sóng X S Kết khoảng cách phát mục tiêu mẫu phủ hấp thụ giảm lần so với mẫu không phủ hấp thụ, tương đương với độ hấp thụ 90 94% Ngoài ra, PGS Dán cơng bố cơng trình liên quan đến nghiên cứu chế tạo vật liệu hấp thụ vi sóng, thử độ bền bám dính nghiên cứu tổng hợp hạt hấp thụ sở ferit kẽm-niken với công thức khác [59, 60] 2.5.3 Phương pháp chụp ảnh sử dụng kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) Hình thái hạt nano quan sát thơng qua phương pháp chụp ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) hãng JEOL, model: JEOL – 1400 2.5.4 Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) Phương pháp từ kế mẫu rung (VSM) dùng để xác định tính chất từ hạt nano ferit sử dụng máy đo từ kế mẫu rung hãng Microsense, model: MICRO SENSE 3474-140 2.5.5 Phương pháp đo độ suy hao phản xạ mẫu (Reflection loss – dB) Phương pháp thực nghiệm đo máy phân tích mạng PNA Agilent 9918A viện đa Hà Nội máy E5071C phịng thí nghiệm siêu cao tần môn Điện tử, trường Đại học Quốc tế với tần số – 12 GHz, sử dụng anten tần số dải X, góc anten khoảng 20o Anten phát PHỊNG HẤP THỤ TỒN SĨNG ĐIỆN TỪ Bộ phân tích mạng E5071C Tấm kim loại Bộ phát tín hiệu sóng tới 20O Bộ thu tín hiệu sóng phản xạ Mẫu đo Anten thu Hình 2.6 Sơ đồ phương pháp đo độ suy hao phản xạ dạng góc phịng thí nghiệm siêu cao tần – Đại học quốc tế, ĐHQG TPHCM Tiến hành đo công suất phản xạ kim loại, tiến hành đo công suất phản xạ vật liệu cần đo độ hấp thụ Độ thay đổi suy hao, kí hiệu X (tính theo dB), cho hệ số phản xạ tính theo cơng thức [63] X = 10.log P1/P2 14 (2.1) với P1 công suất phản xạ từ vật liệu cần đo P2 công suất phản xạ từ kim loại Hệ số phản xạ công suất, ký hiệu R tính sau: Từ đó, có phần trăm cơng suất phản xạ |R|.100% X R = P1 = 1010 P2 (2.2) Khi đó, độ hấp thụ tính trường hợp vật liệu hấp thụ vi sóng phủ đế kim loại (với độ truyền qua T = 0) Độ hấp thụ: CHƯƠNG 3.1 A=1–R (2.3) KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Kết nghiên cứu thành phần, cấu trúc tính chất từ ferit STT Zn0.8Ni0.2Fe2O4 3.1.1 Kết thành phần hóa 3.1.1.1 Kết phân tích thành phần EDS mẫu ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 120 oC, 140 oC, 160 oC 180oC Trong hình 3.1 cho thấy phổ EDS mẫu Ferit thủy nhiệt 180oC rõ xuất nguyên tố Fe, Zn, Ni O Hình 3.1 Phổ EDS mẫu nano Ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 180oC-6 Bảng 3.1 Thành phần hóa học mẫu nano Ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 180oC-6h 15 Nguyên tố Trọng lượng thực (%) OK Fe K Ni K Zn K 25.20 45.99 5.01 23.81 Trọng lượng lý thuyết (%) 26.71 46.74 4.84 21.70 Bảng 3.1 cho kết so sánh thành phần hóa học mẫu Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 180oC so với thành phần hóa học theo công thức lý thuyết 3.1.1.2 Kết phân tích phổ hồng ngoại FTIR Các đỉnh vị trí 2922 2862 cm–1 cho thấy có mặt nhóm CH2 đối xứng bất đối xứng axit oleic Qua đó, đỉnh thể phổ FTIR cho thấy có mặt ion oleat bao bọc lên bề mặt hạt nano hydroxit Hình 3.2 Phổ FTIR mẫu Ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 140oC – 6h 3.1.2 Cấu trúc mẫu Ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 120, 140, 160 180oC 3.1.2.1 Kết phân tích cấu trúc ferit XRD Hình 3.3 Phổ XRD mẫu thủy nhiệt nhiệt độ 120, 140, 160 180oC 16 Qua mẫu XRD hình 3.3 thấy mẫu thủy nhiệt 180, 160 140oC cho kết đỉnh nhiễu xạ tương ứng với mặt ký hiệu (220), (311), (400), (422), (511), (440), có mẫu thủy nhiệt 120oC có đỉnh nhiễu xạ, thể mức độ tinh thể hóa chưa hồn tồn chưa đủ nhiệt độ Ferit hóa Bảng 3.2 Các thơng số phổ đo XRD kích thước tinh thể xác định theo công thức Scherrer Mẫu 180oC /6h 160oC/6h 140oC/6h 120oC/6h 2θ (độ) 35.23 35.23 35.23 35.23 (FWHM) (radian) 1.04 1.17 1.21 1.30 Kích thước tinh thể (nm) 7.90 7.10 6.80 6.40 Dựa kết bảng 3.2, thấy giảm nhiệt độ thủy nhiệt từ 180 xuống 120oC kích thước hạt giảm từ 7.90 xuống 6.40 nm Do đó, tăng nhiệt độ thủy nhiệt kích thước tinh thể tăng theo tương ứng Điều giải thích tăng nhiệt độ, mầm tinh thể phát triển làm gia tăng kích thước hạt 3.1.2.2 Kết phân tích hình thái mẫu Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 120, 140, 160, 180oC Hình 3.9 Ảnh TEM phổ phân bố kích thước hạt mẫu nano Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt nhiệt độ: a 180oC b 160oC c 140oC 17 d 120oC Nhận xét: Với mẫu thủy nhiệt 140, 160 180oC, hạt có dạng hình cầu trịn, kích thước hạt đồng phân tán tốt dung môi, riêng mẫu thủy nhiệt 120oC hạt chưa có dạng cầu, hình thái hạt dài chưa đạt tới nhiệt độ thủy nhiệt yêu cầu Bảng 3.3 Kích thước hạt Zn0.8Ni0.2Fe2O4 theo nhiệt độ thủy nhiệt khác phân tích phần mềm Image J Mẫu thủy nhiệt Kích thước hạt trung bình (nm) Thủy nhiệt 180oC/6h 8.00 Thủy nhiệt 160oC/6h 7.50 Thủy nhiệt 140 C/6h 5.00 Thủy nhiệt 120oC/6h 4.00 o 3.1.3 Kết đo từ tính ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 120, 140, 160 180oC Hình 3.11 Đường cong từ hóa mẫu Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt a 180oC b 160oC c 140oC d 120oC Các giá trị thơng số từ tính cho bảng 3.4 Bảng 3.4 Thơng số từ tính mẫu ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 180, 160, 140, 120oC – 6h Mẫu thủy nhiệt Thủy nhiệt 180oC – 6h Thủy nhiệt 160oC – 6h Thủy nhiệt 140oC – 6h Thủy nhiệt 120oC – 6h Mr (emu/g) 0 0 0 0 18 Ms (emu/g) 27.12 26.81 25.39 14.20 Hc (Oe) 0 0 0 0 Dựa vào kết bảng cho thấy nhiệt độ thủy nhiệt giảm từ 180 xuống 120oC dẫn tới kích thước hạt giảm từ xuống nm cảm ứng từ cực đại giảm theo (từ 27.12 14.20 emu/gr) Điều giải thích dựa gia tăng tỷ lệ lượng từ tăng kích thước tinh thể 3.2 Nghiên cứu khả hấp thụ vi sóng dải tần số X (8 – 12 GHz) ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT 3.2.1 Kết nghiên cứu thành phần, cấu trúc tính chất từ tổ hợp vật liệu Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT/SiO2 3.2.1.1 Kết nghiên cứu thành phần tổ hợp vật liệu Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT/SiO2 Hình 3.13 Ảnh SEM phổ EDS tổ hợp vật liệu (Zn0.8Ni0.2Fe2O4/SiO2) mẫu 12 Bảng 3.5 Thành phần hóa học tổ hợp vật liệu Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT/SiO2 (mẫu 12) Nguyên tố OK Si K Fe K Ni K Zn K Trọng lượng thực (%) 2.78 93.45 2.40 0.46 0.91 Mẫu nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 bao phủ lớp SiO2 xác định thành phần hóa phương pháp phổ tán xạ lượng tia X (EDS) Trong hình 3.13 cho thấy phổ EDS mẫu 12 (bảng 3.3) rõ xuất nguyên tố C, Fe, Zn, Ni, Si, O 19 3.2.1.2 Kết nghiên cứu cấu trúc, tính chất từ tổ hợp vật liệu Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT/SiO2, phân tán Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT SiO2 Hình 3.14 Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) mẫu ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt nhiệt độ 140 800oC mẫu Zn0.8Ni0.2Fe2O4/SiO2 Kết phổ XRD mẫu Zn0.8Ni0.2Fe2O4/SiO2 có cường độ đỉnh nhiễu xạ thấp đỉnh tù mẫu Zn0.8Ni0.2Fe2O4 mẫu bao phủ lớp SiO2 vô định hình nên số lượng đỉnh thể rõ đỉnh cường độ đỉnh thấp Hình 3.15 Ảnh TEM mẫu Zn0.8Ni0.2Fe2O4/SiO2 tương ứng với 5% Zn0.8Ni0.2Fe2O4 phân tán SiO2 Kết ảnh chụp TEM hình 3.15 cho thấy mẫu Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 140oC thời gian phân tán SiO2 có kích thước hạt trung bình khoảng nm Bên cạnh đó, mẫu Zn0.8Ni0.2Fe2O4/SiO2 cho thấy phân tán tốt rời rạc hạt Zn0.8Ni0.2Fe2O4 vơ định hình SiO2 20 Hình 3.16 Đường cong từ trễ mẫu 12 Các giá trị thơng số từ tính cho bảng 3.6 Bảng 3.6 Thông số từ tính mẫu mẫu 12 Kí hiệu mẫu Mẫu Mẫu 12 Mr (emu/g) 0 0 Ms (emu/g) 25.39 18.95 Hc (Oe) 0 0 Dựa vào hình 3.16 bảng 3.6, ta thấy mẫu Zn0.8Ni0.2Fe2O4 thủy nhiệt 140oC 6h (mẫu 3) mẫu sau phủ lớp SiO2 (mẫu 12) có giá trị lực kháng từ Hc từ dư Mr xấp xỉ giá trị 0, điều chứng tỏ mẫu đạt trạng thái STT [35, 67] 3.2.2 Ảnh hưởng hàm lượng Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT đến khả hấp thụ vi sóng dải tần số X (8 – 12 GHz) Các mẫu 13, 14, 15, 16, 17, 19 20 đo suy hao phản xạ dải tần số X (8-12 GHz) phịng thí nghiệm siêu cao tần Đại học Quốc tế - ĐH Quốc gia TPHCM 21 Bảng 3.7 Kết đo suy hao phản xạ mẫu hấp thụ vi sóng dải tần số X Hàm lượng ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT (%) Chiều dày lớp phủ (mm) 13 0.5 14 Mẫu Độ suy hao phản xạ dải tần số X (dB) 10 10.5 11 11.5 -9.75 -10.56 -14.65 -14.43 -11.97 -10.29 0.75 -6.59 -12.95 -14.82 -9.61 -8.36 -14.09 15 -10.70 -11.28 -16.46 -16.60 -13.59 -14.11 17 1.25 -7.69 -15.18 -18.17 -13.81 -12.84 -18.93 16 1.5 -5.97 -10.90 -19.21 -19.61 -17.75 -14.76 20 1.75 -7.96 -11.66 -19.16 -20.37 -16.74 -12.38 19 1.85 - 6.66 - 8.32 - 8.53 -8.39 - 6.50 - 6.46 Dựa vào kết bảng 3.7 cho thấy suy hao phản xạ tăng tần số tăng từ đến 10 GHz sau có xu hướng giảm dần từ 10.5 đến 11.5 GHz, điều giải thích dựa cơng suất phát tín hiệu rađa, gần tần số trung tâm cường độ phát lớn giảm dần cường độ phát tần số lân cận, tín hiệu phản xạ nhận lại theo quy luật lớn tần số trung tâm 10 GHz [53] Tuy nhiên, hàm lượng ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT tăng lên đến 1.75% 1.85% tương ứng với hàm lượng tổ hợp Zn0.8Ni0.2Fe2O4/SiO2 35% 37% tổng hàm lượng chất mẫu suy hao phản xạ giảm cịn -19.16 dB -8.53 dB (tại 10 GHz) Điều giải thích bề mặt mẫu xuất vết nứt (xem ảnh hình 3.19) Vết nứt Hình 3.19 Ảnh chụp bề mặt mẫu 20 (1.75% ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4) 22 Để đánh giá khách quan kết đo, mẫu 13, 15, 16, 20, 19 tương ứng với hàm lượng ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT khác nhau: 0.5, 1, 1.5, 1.75 1.85% đem kiểm tra lại suy hao phản xạ dải tần số X viện Rađa thuộc Bộ Quốc Phòng (Hà Nội) Bảng 3.9 Kết đo suy hao phản xạ mẫu hấp thụ vi sóng dải tần số X Suy hao phản xạ dải tần số X (dB) Hàm lượng ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT (%) Chiều dày lớp phủ (mm) 9.2 9.6 10 11 13 0.5 -12.49 -12.83 -13.98 -16.98 -14.25 -8.19 15 -12.62 -14.21 -14.65 -18.47 -15.06 -8.62 16 1.5 -7.69 -14.18 -19.00 -20.29 -20.74 -12.34 20 1.75 -6.28 -12.34 -16.48 -15.44 -18.79 -15.77 19 1.85 -4.94 -6.13 -7.42 -7.98 -8.42 -6.88 Mẫu Bảng 3.11 so sánh kết đo suy hao phản xạ phần trăm hấp thụ mẫu hấp thụ phòng thí nghiệm siêu cao tần Đại học Quốc tế (ĐHQT) - ĐH Quốc gia TPHCM (bảng 3.7) viện Rađa Bộ Quốc Phòng Hà Nội (bảng 3.9) thấy có tương đồng với sai khác kết đo độ hấp thụ không đáng kể không vượt 0.5% Bảng 3.11 Sai khác độ hấp thụ vi sóng tần số 10 GHz mẫu đo sở khác Độ hấp thụ vi sóng tần số 10 GHz đo ĐHQTA2 (%) Sai khác độ hấp thụ vi sóng [∆A = A1- A2] (%) 96.2 96.6 0.4 96.9 97.7 0.8 1.5 99.2 98.8 0.4 20 1.75 98.7 98.8 0.1 19 1.85 85.6 85.9 0.3 Mẫu Hàm lượng ferit Zn0.8Ni0.2Fe2 O4 STT (%) Chiều dày lớp phủ (mm) Độ hấp thụ vi sóng tần số 10 GHz đo viện rađa-A1 (%) 13 0.5 15 16 23 3.2.3 Ảnh hưởng trạng thái STT ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 đến khả hấp thụ vi sóng dải tần số X (8 – 12 GHz) Hình 3.25 Ảnh TEM mẫu (các hạt STT) ảnh SEM mẫu (các hạt ferit từ) Hình 3.26 Đường cong từ trễ mẫu (các hạt STT) mẫu (các hạt ferit từ) Bảng 3.10 Thơng số từ tính mẫu (các hạt STT) mẫu (các hạt ferit từ) Kí hiệu mẫu Mẫu Mẫu Mr (emu/g) 0 5.92 Ms (emu/g) 25.39 33.69 Hc (Oe) 0 131.74 Ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT thủy nhiệt 140oC (mẫu bảng 2.1) ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 nung 800oC (mẫu bảng 2.3) không đạt trạng thái STT khác kích thước hạt hình 3.25, hình 3.25a ảnh TEM mẫu 3, kích thước hạt ferit nm, hình 3.25b ảnh SEM mẫu 9, kích thước hạt ferit 23 nm Đường cong từ hóa mẫu mẫu cho hình 24 3.26 Kết đo từ tính mẫu cho bảng 3.12 Nhìn vào bảng 3.12 thấy mẫu có giá trị lực kháng từ Hc từ dư Mr xấp xỉ giá trị 0, điều chứng tỏ mẫu đạt trạng thái siêu thuận từ Mẫu có Hc = 131.74 Oe Mr = 5.91emu/gr chưa đạt trạng thái STT Chế tạo hỗn hợp sơn bao gồm hỗn hợp sơn có hạt ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT hỗn hợp sơn có chứa ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 không đạt trạng thái STT Cả hỗn hợp sơn có hàm lượng 1.5% ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4, (tương ứng 30% tổ hợp vật liệu Zn0.8Ni0.2Fe2O4/SiO2) hàm lượng cacbon black 20%, hàm lượng epoxy 50%, sơn phủ đế thép với chiều dày lớp phủ mm, tương ứng với kí hiệu mẫu 16 mẫu 21 bảng 2.3 Kết đo suy hao phản xạ mẫu 16 (các hạt STT) 21 (các hạt ferit từ) theo tần số khác thể bảng 3.13 Bảng 3.13 Kết đo suy hao phản xạ mẫu 16 (các hạt STT) 21 (các hạt ferit từ) theo tần số khác Hàm lượng ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 (%) Chiều dày lớp phủ (mm) GHz GHz 10 GHz 11GHz 11.5 GHz 16 (các hạt STT) 1.5 -5.92 -10.89 -19.21 -20.75 -14.71 21 (các hạt ferit từ) 1.5 -5.91 -6.50 -5.76 -6.71 -8.75 Mẫu Suy hao phản xạ dải tần số X (dB) Hình 3.27 Suy hao phản xạ mẫu 16 (các hạt STT) 21 (các hạt ferit từ) theo tần số khác 25 Với kết ghi nhận hình 3.27 bảng 3.13, nhận thấy có khác biệt rõ rệt suy hao phản xạ mẫu hấp thụ phủ hỗn hợp sơn có hạt ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT (mẫu 16) mẫu có chứa hạt ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 không đạt trạng thái STT-trạng thái ferit từ (mẫu 21 tần số 10 GHz: mẫu 16 đạt -19.21 dB (tương ứng với độ hấp thụ đạt đến 98.8%), mẫu 21 cho suy hao phản xạ -5.76 dB (tương ứng với độ hấp thụ 73.5%) Điều giải thích dựa tượng “nhạy” với từ trường Đây điểm nghiên cứu chưa có công bố việc sử dụng hạt ferit với công thức Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT việc hấp thụ vi sóng dải tần số X 3.2.4 Ảnh hưởng chiều dày lớp phủ đến khả hấp thụ vi sóng dải tần số X (8 – 12 GHz) Các mẫu tiến hành đo suy hao phản xạ dải tần số X phịng thí nghiệm siêu cao tần Đại học Quốc Tế - Đại học Quốc gia Tphcm Bảng 3.15 Độ suy hao phản xạ mẫu 26, 25, 24, 16, 23 22 với chiều dày khảo sát khác Mẫu Hàm lượng ferit STT (%) Chiều dày lớp phủ (mm) Độ suy hao phản xạ dải tần số X (dB) 8.76 10 10.56 11 11.48 26 0.5 -8.32 -3.33 -4.31 -7.66 -7.06 -6.02 -11.55 25 -2.17 -4.02 -5.27 -8.96 -10.46 -14.51 -16.70 1.5 -14.40 -18.27 -15.30 -11.11 -11.71 -8.98 -8.74 16 -5.97 -7.98 -10.90 -19.21 -20.37 -16.81 -14.76 23 2.5 -9.77 -11.07 -11.67 -18.95 -16.77 -13.47 -14.57 22 -7.81 -16.11 -18.67 -18.21 -13.41 -13.11 -17.01 24 1.5 Theo bảng 3.15, nhận thấy tăng chiều dày lớp phủ hấp thụ dẫn đến việc tăng giá trị tuyệt đối suy hao phản xạ mẫu, điều đồng nghĩa với việc chiều dày lớp phủ tăng độ hấp thụ vi sóng mẫu tăng dần từ 82.8 đến 98.8%, tương ứng với chiều dày từ 0.5 – mm Hơn nữa, kết đo độ hấp thụ cho thấy cần chiều dày 1.5 mm độ hấp thụ vi sóng đạt 92.3% Khi tăng chiều dày lớp phủ lên 2.5 mm 26 kết cho thấy độ hấp thụ vi sóng tần số 10 GHz gần không thay đổi, độ hấp thụ chênh lệch chưa tới 0.5% Mẫu có chiều dày mm cho suy hao phản xạ tần số 10 GHz đạt giá trị -19.21 dB độ hấp thụ vi sóng cao xấp xỉ 99% KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Đã nghiên cứu xây dựng thành cơng quy trình tổng hợp nano ferit với cơng thức hóa học Zn0.8Ni0.2Fe2O4 có tính STT (lực kháng từ Hc từ dư Mr xấp xỉ 0, cảm ứng từ cực đại đạt 25,39 - 27.12 emu/g), lần quy trình tổng hợp nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 cơng bố tạp chí International Journal of Materials Research (thuộc SCIE) có khả STT Vật liệu nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT có khả hấp thụ vi sóng cao, từ 82.2 đến 98.8% cơng bố lần đầu tạp chí Materials Express (thuộc SCIE) Đã chế tạo thành công vật liệu composit sở hạt nano ferit STT có cơng thức Zn0.8Ni0.2Fe2O4 keo epoxy phụ gia khác có khả hấp thụ vi sóng dải tần số X đạt đến 92.3 – 98.8% chiều dày từ 1.5-2 mm Điều công bố lần đầu tạp chí Applied Physics A: Materials Science & Processing (thuộc SCIE) Như vậy, nghiên cứu sinh nghiên cứu chế tạo thành công vật liệu nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT keo epoxy phụ gia khác đạt độ hấp thụ vi sóng lên đến 98.8%, có khả ứng dụng vào thực tiễn Kiến nghị Đây kết bước đầu nghiên cứu khả ứng dụng hạt nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT, để có khả ứng dụng vào thực tiễn cần phải nghiên cứu tiếp để khảo sát thêm nhiều yếu tố ảnh hưởng khác đến khả hấp thụ vi sóng dải tần số X, đặc biệt khí hậu mơi trường 27 DANH MỤC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ Tạp chí quốc tế A T Q Luong and D V Nguyen, “A microwave‑absorbing property of super‑paramagnetic zinc–nickel ferit nanoparticles in the frequency range of 8–12 GHz, “Applied Physics A: Materials Science & Processing, số 1, trang 1– 6, năm 2020 (SCIE (Q2), ISSN: 0947-8396, IF = 1.810) A T Q Luong and D V Nguyen, “Microwave-absorbing ability of superparamagnetic Zn0.8Ni0.2Fe2O4 nanoparticles for the X-band frequency range, “ Materials Express, số 4, trang 344-350, năm 2019 (thuộc SCIE (Q2), ISSN: 2158-5849, IF = 1.650) A T Q Luong and D V Nguyen, “Hydrothermal synthesis of superparamagnetic zinc-nickel ferit nanoparticles, “ International Journal of Materials Research, số 109, trang 555 - 560, năm 2018 (SCIE (Q3), ISSN: 1862-5282, IF = 0.653) Tạp chí nước Lương Thị Quỳnh Anh, Lê Thành Tân, Nguyễn Văn Dán, “Ảnh hưởng chiều dày lớp phủ đến khả hấp thụ vi sóng hạt nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 siêu thuận từ, “Khoa học công nghệ kim loại, số 90, trang 50 – 53, năm 2020 Kỷ yếu hội nghị quốc tế A T Q Luong et al., “Low-temperature synthesis of superparamagnetic Zn0.8Ni0.2Fe2O4 Ferrite nanoparticles, “XII International Scientific-Technical Conference: Advanced methods and Technologies of Materials Development and Processing, Belarus, 2017 Đề tài nghiên cứu khoa học L T Q Anh, Tổng hợp hạt nano coreshell lõi Ferit Ni-Zn siêu thuận từ bọc SiO2, “ đề tài nghiên cứu khoa học, trường Đại học Bách Khoa – Đại học quốc gia TPHCM, 2016 ... sử dụng ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 STT vi? ??c hấp thụ vi sóng Các hạt nano ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4 siêu thuận từ (STT) có đầy tiềm vi? ??c chế tạo mẫu hấp thụ vi sóng Vi? ??c chế tạo hạt hấp thụ vi sóng dải tần. .. điện mơi Hiệu ứng kích thích, chuyển dời điện tử 1.3 Tình hình nghiên cứu vật liệu hấp thụ vi sóng ứng dụng vật liệu STT hấp thụ vi sóng Ngồi thành phần hấp thụ sóng điện từ hạt ferit từ, sắt cacbonyl... suy hao phản x? ?? dải tần số X vi? ??n Rađa thuộc Bộ Quốc Phòng (Hà Nội) Bảng 3.9 Kết đo suy hao phản x? ?? mẫu hấp thụ vi sóng dải tần số X Suy hao phản x? ?? dải tần số X (dB) Hàm lượng ferit Zn0.8Ni0.2Fe2O4