Hai nguyên tắc dùng để tổng hợp các hạt nano từ tính là:
Phương pháp từ trên xuống (top – down): vật liệu khối ban đầu được nghiền nhỏ đến kích thước nano, gồm các phương pháp nghiền và biến dạng như nghiền rung, nghiền lắc hoặc nghiền quay.Ban đầu, vật liệu khối được nghiền cùng với chất hoạt động bề mặt (HĐBM) (ví dụ Acid Oleic) và dung môi (dầu, hexane). Chất HDBM làm cho quá trình nghiền được dễ dàng cũng như tránh các hạt kết tụ lại với nhau. Phương pháp nghiền có ưu điểm là đơn giản và có thể chế tạo được vật liệu với khối lượng lớn. Thay đổi chất HDBM và dung môi không ảnh hưởng nhiều đến quá trình điều chế. Nhược điểm của phương pháp này là khó khống chế quá trình hình thành các hạt nano do đó kích thước các hạt nano khó có tính đồng nhất.
24
Phương pháp từdưới lên (bottom – up): các hạt nano hình thành từ nguyên tử hoặc ion, gồm các phương pháp vật lý (như bốc hơi nhiệt; chuyển pha;..), phương pháp hóa học (như đồng kết tủa; nhiệt phân; điện hóa; vi nhũ tương; thủy nhiệt; polyol; …) và đôi khi còn là sự kết hợp của cảhai phương pháp hóa- lý ( như điện phân; hóa siêu âm;…). Phương pháp từdưới lên được nghiên cứu và sử dụng rộng rãi do tính linh động và chất lượng của sản phẩm sau tổng hợp cho kết quả khá tốt, do đó phần lớn các hạt nano hiện nay được tổng hợp theo phương pháp này.
Về vật liệu dùng để tổng hợp, phần từ tính của các hạt nano được sản xuất từ các hợp chất (thường là oxide) của sắt, cobalt, nikel và các phần tử khác (thường là kết hợp với một vài kim loại như đồng (Cu), kẽm (Zn), strontium và barium). Việc bao phủ bề mặt của các hạt nano này là một phần không thể thiếu trong quá trình tổng hợp chúng, lớp bao phủ này có chức năng bảo vệ lõi khỏi các tác nhân gây nên quá trình oxi hóa, ăn mòn, cải thiện độ ổn định và độ tan của các hạt nano trong môi trường chất lỏng, tăng tính tương hợp sinh học, độ đặc hiệu và cũng như ngăn chặn sự kết tụ, và độc tính [35]. Cấu trúc “lõi – vỏ” của các hạt nano được lựa chọn và tổng hợp sao cho phù hợp với mục đích sử dụng của sản phẩm sau cùng.
Hình 1.13. Một số cấu trúc của hạt nano từ tính và các kiểu bao phủ của chúng. (A): cấu trúc bao phủ kiểu lõi – vỏ; (B): bao phủ bằng cách ghép với đuôi của chuỗi polymer; (C):
25
Có một loại hạt nano từ tính đặc biệt dựa trên nguyên tố sắt có công thức chung là MO.Fe2O3, trong đó M là kim loại hóa trị 2 như kẽm (Zn), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni),…, oxit sắt từ Fe3O4 trong đó kim loại M là nguyên tố sắt (Fe) là một trong những hạt có tính chất từ rất mạnh, việc sử dụng các nguyên tố khác nhằm thay đổi tính chất từ của vật liệu sao cho phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. Cấu trúc spinel của oxide sắt với kim loại có dạng như MnFe2O4, NiFe2O4, CoFe2O4, được tổng hợp bằng phản ứng ở nhiệt độ cao giữa muối clorua của kim loại hóa trị 2 tương ứng và sắt (III) tris(2,4- pentanedionato), trong khi MnFe2O4được tìm thấy là không độc hại trái ngược với các hạt từ chứa cobalt và nickel chứa độc tính do đó việc nghiên cứu chúng cũng bị giới hạn [35].