Hạt nano sắt từ (MNPs) thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học bởi tính phổ biến trong thiên nhiên và tầm quan trọng trong cơ thể sống, là vật liệu chứa Fe cĩ tính chất từ bao gồm oxit sắt từ và các hợp chất sắt tồn tại ở các dạng perovkit, spinen.
Oxit sắt hình thành do sự kết hợp các nguyên tử Fe với O, trong đĩ Fe cĩ thể tồn tại ở trạng thái oxi hĩa +2 hoặc +3 [27]. Hầu hết các oxit sắt đều cĩ cấu trúc, trật tự và kích thước tinh thể xác định, tuy nhiên trong một số trường hợp nĩ phụ thuộc vào quá trình hình thành tinh thể. Các oxit sắt quan trọng bao gồm: hematit α – Fe2O3, maghemit γ - Fe2O3 và magnetit Fe3O4.
Bảng 1.1. Thơng tin về cấu trúc tinh thể của một số oxit sắt
Tên chất Thành phần hĩa học Cấu trúc tinh thể Nhĩm khơng gian Kích thước ơ đơn vị (nm) A B C Z Hematit α – Fe2O3 Bát diện R3C 0,5034 1,3752 6 Maghemit γ - Fe2O3 Lập phương Fd3m 0,83474 8 Magnetit Fe3O4 Lập phương P4332 0,8396 8
Do tính chất siêu thuận từ và độ độc thấp nên 2 oxit sắt γ - Fe2O3, và Fe3O4 được dùng phổ biến trong các ứng dụng y sinh, γ - Fe2O3 và Fe3O4 đềucĩ cấu trúc lập phương tâm mặt. Trong mạng tinh thể của Fe3O4 cĩ 8 ơ mạng cơ sở chứa cả Fe3+ và Fe2+ dạng octahedral/tetrahedral. Do chứa các electron tại phân lớp 3d linh động nên xảy ra quá trình chuyển đổi điện tử giữa Fe3+ và Fe2+, dẫn đến khả năng dẫn điện, dẫn nhiệt của vật liệu cao. Fe3O4 cĩ thể được xem như b án kim loại, cĩ đầy đủ spin phân cực để chuyển thành các electron âm quay phân cực tại mức Fermi. Trong khi đĩ γ - Fe2O3 cũng là một oxit sắt từ cĩ cấu trúc tinh thể tương tự như Fe3O4. Sự khác biệt giữa γ - Fe2O3 và Fe3O4 ở chỗ hầu hết Fe trong γ - Fe2O3 ở trạng thái Fe3+, tế bào chứa 32 O2- và 64/3 Fe3+ và 7/3 lỗ trống, mỗi cặp cation trạng thái tetrahedral và lỗ trống ở octaheral [27, 96].
28
Hình 1.9. Cấu trúc tinh thể Fe3O4.
Do tính dẫn nhiệt và dẫn điện tốt hơn nên vật liệu Fe3O4 cĩ ưu thế hơn hẳn so với γ - Fe2O3 trong các ứng dụng sinh học. Mặt khác, xét về phương pháp tổng hợp, tuy hai loại vật liệu này cĩ chung các phương pháp tổng hợp: lắng đọng pha hơi vật lý (PVD), lắng đọng pha hơi hĩa học (CVD), phương pháp tĩnh điện, thủy nhiệt, kết tủa, hay phân hủy nhiệt cao, nhưng quá trình tạo hạt nano Fe3O4 dễ dàng điều khiển hơn so với hạt nano Fe2O3 [98].