CaFe0,05Mn0,95O3
Chất lỏng nano từ nghiên cứu được cho vào 1 cuvét thạch anh và được đặt trong từ trường (từ trường được tạo ra bởi 2 cuộn dây từ tính đặt gần nhau có dòng điện 1 chiều chạy qua). Kết quả thí nghiệm cho thấy hiệu ứng của từ trường đặt vào đã tác động lên cường độ ánh sáng tán xạ trong chất lỏng nano từ tính.
Cường độ ánh sáng tán xạ bị suy giảm theo thời gian được thể hiện trên Hình 3.15 và Hình 3.16. Phép đo được lặp lại cứ sau 5 phút (giá trị từ trường được giữ nguyên 270G). Hiện tượng suy giảm ánh sáng xảy ra cho đến phút thứ 60 thì bắt đầu bão hòa, cường độ ánh sáng giảm chậm và dừng lại hầu như không suy giảm nữa.
Hình 3.15. Phát xạ của chất lỏng nano sắt từ suy giảm theo thời gian trong môi trường từ tính
Nguyên nhân của sự suy giảm ánh sáng có thể là do sự xuất hiện cộng hưởng lưỡng cực dipol và sau đó tạo ra những sóng đứng gây ra sự trễ ánh sáng
truyền tới. Ngoài ra còn phụ thuộc vào các yếu tố như là tán xạ spin – dipol, sự tương tác giữa các moment từ, gradient trong từ trường đặt vào, lực hấp dẫn van der Waals, và các dạng lực đẩy.
Trong 1 chất lỏng có từ tính, mỗi hạt sắt từ được coi là siêu thuận từ đơn miền (single domain superparamagnetic) với moment từ M. Khi năng lượng tương tác lưỡng cực trở lên đủ mạnh, các hạt từ định dạng theo cấu trúc chuỗi giống nhau - chainlike.
Hình 3.16. Cực đại phổ phát xạ suy giảm theo thời gian khi đặt trong môi trường từ tính
Lực hấp dẫn giữa 2 hạt nano từ được mô tả bởi 1 hằng số kép: L[=Ud(ij)/kBT], nó bao gồm hai nhân tố cạnh tranh nhau: năng lượng tương tác lưỡng cực từ Ud(ij) và năng lượng nhiệt kBT. Ở đây, kB là hằng số Boltzmann và T là nhiệt độ.
Khi không có từ trường ngoài, các momen từ tính của các hạt từ được định hướng ngẫu nhiên. Khi có từ trường đặt vào, moment của các hạt từ bắt đầu tự sắp xếp dọc theo hướng của từ trường. Sự sắp xếp của các moment từ càng chính xác và độ dài của chuỗi tăng lên khi thời gian tăng dần, điều đó có thể dẫn đến hiện tượng suy giảm cường độ huỳnh quang dưới tác dụng của từ trường ngoài
Kết quả nghiên cứu cho thấy tại giá trị từ trường đặt vào 270 Gauss, sau 60 phút, cường độ ánh sáng truyền qua bị suy giảm khoảng 50 %. Nguyên nhân của sự suy giảm ánh sáng có thể là do sự xuất hiện cộng hưởng lưỡng cực dipol và tán xạ spin - dipol. Chúng ta thảo luận về cấu trúc điện tử của dung dịch nano và nêu ra các khả năng và các cơ chế khác nhau có thể dẫn đến hiện tượng suy giảm cường độ huỳnh quang dưới tác dụng của từ trường ngoài. Thực nghiệm này có thể mang lại những ứng dụng có ý nghĩa trong các thiết bị điều khiển, kiểm soát ánh sáng bằng từ trường. Các kết quả đạt được là khá lý thú và mở ra nhiều hướng nghiên cứu ứng dụng quang học cho tương lai.
KẾT LUẬN
Qua thời gian nghiên cứu đề tài luận văn rút ra một số kết luận như sau:
- Chúng tôi đã chế tạo được các mẫu gốm perovskite manganite CaFexMn1-xO3 đơn pha kết tinh tốt, các mẫu đều có cấu trúc lập phương.
- Từ độ M của các mẫu giảm dần khi tăng nhiệt độ. Các giá trị nhiệt độ chuyển pha của các mẫu được xác định lần lượt là TN = 135,7 K; 133,5 K và 140,2 K tương ứng với x = 0,01; 0,03 và 0,05.
- Sự xuất hiện của các đỉnh Raman tương ứng biến dạng kéo của bát diện BO6 chỉ ra sự giãn mạng do chênh lệch bán kính ion của Fe và Mn.
- Khi pha tạp Fe với tỉ lệ tăng, có sự dịch của các đỉnh hấp thụ, đồng thời độ rộng vùng cấm cũng giảm. Sự xuất hiện đỉnh hấp thụ 1,2 eV là rất đặc trưng cho quá trình pha tạp Fe. Nó làm xuất hiện các điện tử có cùng spin và làm cho kích thích các quá trình quang học.
- Chất lỏng nano CaFe0,05Mn0,95O3 được tạo ra với biên hạt thể hiện tương đối rõ nét, trong các mẫu đã hình thành pha tinh thể rõ nét và phân bố khá đồng đều, kích thước hạt trung bình dao động trong khoảng 50-70 nm.
- Phép đo phổ hấp thụ và phát xạ huỳnh quang cho thấy các dung dịch này có đặc trưng quang học khá khác biệt so với khi chúng ở dạng đơn chất, đó là sự dịch phổ về vùng xanh, thay đổi độ rộng vùng cấm và đáng lưu ý nhất đó là sự gia tăng đáng kể của cường độ phát xạ.
- Ngoài ra, kết quả phổ huỳnh quang còn cho thấy (1) Có tồn tại đỉnh huỳnh quang;
(2) Khi tăng cường chất hoạt hóa bề mặt thì cường độ phát xạ tăng lên
(3) Tại giá trị từ trường đặt vào 270 Gauss, cường độ ánh sáng truyền qua bị suy giảm khoảng 50 %.
Hướng phát triển của đề tài:
- Tiếp tục chế tạo và nghiên cứu chất lỏng nano CaFexMn1-xO3 ở các nồng độ Fe khác nhau, thử nghiệm thay thế Fe bằng 1 số nguyên tố kim loại khác - Nghiên cứu khả năng ứng dụng vật liệu trong bộ lọc băng tần quang học,
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng việt
[1]. Lê Thị Lành, Nghiên cứu chế tạo vàng nano và một số ứng dụng, Luận án Tiến sĩ Hóa học, Trường Đại học Huế, 2015.
[2]. Nguyễn Thị Hương, Nghiên cứu ứng dụng ống nano cacbon trong chất lỏng tản nhiệt cho linh kiện điện tử công suất lớn, Luận văn thạc sĩ, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2015.
[3]. Nguyễn Đức Thọ, Nghiên cứu, chế tạo điện cực nhạy khí của cảm biến điện hóa từ vật liệu nano Perovskite LaMO3 (M = Mn, Fe, Ni, Co), Luận án Tiến sĩ Vật lý, Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2017.
[4]. Trần Thị Thu Hương, Nghiên cứu chế tạo và sử dụng vật liệu nano Bạc, Đồng, Sắt để xử lý vi khuẩn lam độc trong thủy vực nước ngọt, Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật môi trường, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2018.
[5]. Nguyễn Thị Quy, Nghiên cứu đánh giá khả năng khử trùng nước sinh hoạt và ăn uống của nano Ag/silica. Luận văn thạc sĩ môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên , Đại học Quốc gia Hà Nội, 2017.
[6] Lê Mạnh Cường, Tổng hợp và đánh giá khả năng xử lý môi trường nước của vật liệu trên cơ sở mangan oxit kích thước nanomet trên nền pyroluzit, laterit. Luận án Tiến sĩ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2018
[7]. Lê Việt Cường, Nghiên cứu chế tạo vật liệu từ nền Fe có cấu trúc micro-nano định hướng ứng dụng trong y sinh, Luận án Tiến sĩ Khoa học Vật liệu, Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2017.
[8]. Vương Thị Kim Oanh, Nghiên cứu chế tạo chất lỏng từ trên nền hạt nano Fe3O4 chất lượng cao định hướng cho một số ứng dụng y sinh, Luận án Tiến sĩ Khoa học Vật liệu, Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 2017.
[9]. Chu Tiến Dũng, Hạt nano đa chức năng trên cơ sở Fe3O4 – Ag – ZnS:Mn và thử nghiệm phát hiện tế bào ung thư, Luận án Tiến sĩ, Đại học Quốc gia Hà Nội, 2018.
[10]. Wu K.T., Kuo P.C., Yao Y.D., and Tsai E.H., Magnetic and Optical Properties of Fe3O4 Nanoparticle Ferrofluids Prepared by Coprecipitation Technique, IEEE Transactions on magnetics, Vol 37(4), pp. 2651-2653 (2001).
[11]. Mekheimera Kh.S et al, Peristaltic blood flow with gold nanoparticles as a third grade nanofluid in catheter: Application of cancer therapy, Physics Letters A. Vol 382, Issues 2-3, pp 85-93 (2018).
[11]. Anderson P. W., Antiferromagnetism Theory of Superexchange Interaction, Phys. Rev. Vol 79, p. 350 (1950).
[12]. Gennes P. G. de., Effects of Double Exchange in Magnetic Crystals, Phys. Rev,
Vol 118, pp. 141–154 (1960).
[13]. Kajimoto R et al, Hole–concentration–induced transformation of the magnetic and orbital structures in Nd1–xSrxMnO3, Phys. Rev. B60, p. 9506 (1999).
[14]. Ruderman M.A. and Kittel C., Indirect Exchange Coupling of Nuclear Magnetic Moments by Conduction Electrons, Phys. Rev96, p. 99 (1954).
[15]. Zhang. L. W., Feng. G., Liang. H., Cao. B. S, Meihong. Z., Zhao. Y. G., The magnetotransport properties of LaMn1–xCrxO3 manganites, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 219 (2), pp. 236–240 (2000).
[16]. Liu X.J., Li Z.Q., Wu P., Bai H.L., Jiang E.Y., The effect of Fe doping on structural, magnetic and electrical transport properties of CaMn1−xFexO3 (x = 0– 0.35), Solid State Communications, Vol 142, pp. 525–530 (2007).
[17]. Mohammad Alhuyi Nazari et al, A review on application of nanofluid in various types of heat pipes, Journal of Central South University, Vol 26, issue 5, pp 1021- 1041, (2019).
[18]. M.Sheikholeslami et al, Application of nano-refrigerant for boiling heat transfer enhancement employing an experimental study, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol 141, pp 974-980 (2019).
[19]. DongdongYao, TingLi, YapingZheng, ZhilinZhang, Fabrication of a functional microgel-based hybrid nanofluid and its application in CO2 gas adsorption, Reactive and functional polymers, Vol 136, pp 131-137 (2019).
[20]. Topal I., Servantie J., Molecular dynamics study of the thermal conductivity in nanofluids, Chemical Physics, Vo; 516, pp 147-151 (2019).
[21]. Jerry S.H. Lee, Jianjun Cheng, and Kelly Y. Kim, Next Generation Nanosolutions for Cancer Treatment and Diagnosis, Cancer & Chemotherapy Rev. 3, pp 23-31 (2008).
[22]. Jagannathan R., Irvin Jr. G.C., Nanofluids: A New Class of Materials Produced from Nanoparticle Assemblies, Advanced Functional Materials 15(9), pp 1501 – 1510 (2005).
[23]. G. Murugesan, K. R. Nandan and S. Kalainathan, Rietveld refinement of X-ray powder diffraction data of Ca0.925Ce0.075Mn0.9Fe0.1O3 polycrystalline material,
Powder Diffraction, Volume 33, Issue 4, pp. 303-305 (2018).
[24]. Ferraro John R., Kazuo N. and Brown Chris W., Introductory Raman Spectroscopy, Elsevier (2003).
[25]. Gwenael G., Philippe C., Raman Spectroscopy of nanomaterials: How spectra relate to disorder, particle size spectra relate to disorder, particle size, Progress in Crystal Growth and Characterization of Materials 53, pp. 1–56 (2007).
[26]. Frisch M. J., Trucks G. W., Schlegel H. B., Gausian03 Rev.B.03, Gaussian, Inc., Pittsburgh PA (2003).
27. Rashmita Das, Rajib Bandyopadhyay, Panchanan Pramanik, Carbon quantum dots from natural resource: A review. Materials Today Chemistry 8, 96-109 (2018). 28. Tian P., Tang L., Teng K.S., Lau S.P., Graphene quantum dots from chemistry to
applications. Materials Today Chemistry 10, 221-258 (2018).
[29]. Abrashev M. V et al., Raman spectroscopy of CaMnO3: Mode assignment and relationship between Raman line intensities and structural distortions, Physical Review B 65, p. 184301 (2002).
[30]. Bhattacharjee S., Bousquet E and Ghosez P., First–principles study of the dielectric and dynamical properties of orthorhombic CaMnO3, J. Phys. Condens. Matter 20, p. 255229 (2008).
[31]. Coey J. M. D., Viret M. von Molnaír and S., Mixed–valence manganites, Advances in Physics 48 (2), pp. 167– 293 (1999).
[32]. Rao G. H., Sun J. R., Kattwinkel A., Haupt L., Bärner K., Schmitt E., and Gmelin E., Magnetic, electric and thermal properties of La0.7Ca0.3Mn1- xFexO3 compounds,
[33]. Ghosh S et al, Raman scattering in CaFeO3 and La0.33Sr0.67FeO3 across the charge – disproportionation phase transition, Physical Review B 71, 245110 (2005).