2. .3 Cỏc mẫu sử dụng trong luận văn
4.3.2. Ảnh hƣởng của từ trƣờng
Bảng 3.9. Cỏc thụng số nhiệt độ đốt bóo hũa (Tbh), tốc độ tăng nhiệt ban đầu (dT/dt), cụng suất tỏa nhiệt riờng (S P) của mẫu MZ7180 với nồng độ khỏc nhau. Ký hiệu mẫu H (Oe) Tbh (oC) dT/dt (oC/s) SLP (W/g) C (mg/ml) MZ7180 65 38,2 0,034 6,62 10 39,3 0,054 7,27 15 40,1 0,073 8,1 30 40,8 0,087 9,4 40 42,6 0,131 12,3 50 45,3 0,340 15,4 60
Hỡnh 3.27 đường đốt núng cảm ứng từ của mẫu MZ7180 với nồng độ 40 mg/ml trong từ trường tần số 236 kHz với cỏc cường độ của từ trường trong khoảng 40-80 Oe. Cú thể thấy rằng nhiệt độ đốt bóo hũa tăng theo cường độ từ trường ngoài. Cỏc thụng số MIH phụ thuộc từ trường của mẫu này được tớnh toỏn và đưa ra trong bảng 3.10. Cú thể thấy rằng nhiệt độ đốt bóo hũa trường hợp này cũng đều cú xu hướng tiệm cận nhiệt độ Tc khi từ trường cao hơn.
Hỡnh 3.28 là đường phụ thuộc của nhiệt độ đốt bào hũa theo từ trường ngoài ứng với nồng độ 40 mg ml. Cú thể thấy nhiệt độ đốt bóo hũa khụng phụ thuộc tuyến tớnh theo từ trường ngoài.
Hỡnh 3.29 là đường cụng suất tổn hao phụ thuộc cường độ từ trường. Cú thể nhận thấy sự phụ thuộc từ trường của SLP tuõn theo hàm bậc hai như đó nờu ở chương I. Như vậy, giỏ trị SLP tuõn theo hàm bậc hai cú liờn quan đến tổn hao hồi phục Nộel và Brown. Cú thể thấy mối liờn hệ theo hàm bậc hai này là rất chớnh xỏc với hệ số phương sai R = 0,997. Sự phụ thuộc gần đỳng theo hàm bậc hai này đó được quan sỏt thấy trong nhiều kết quả nghiờn cứu của cỏc nhúm khỏc [32, 43], và thường được giải thớch
Hỡnh 3.29. Đường phụ thuộc của cụng suất tổn hao riờng vào bỡnh phương cường độ từ trường của mẫu MZ7180 ở
0 5 10 15 20 0 10 20 30 40 50 MZ7180 y = 0.38693 + 0.31304x R2= 0.9756 SLP (w / g) H2 (KA/m)2
Hỡnh 3.28. Đường phụ thuộc của nhiệt độ đốt bóo hũa theo cường độ từ trường của mẫu MZ7180 ở nồng độ 40 mg/ml. 40 50 60 70 80 34 36 38 40 42 44 46 48 Tbh ( o C) H (Oe) Hỡnh 3.27. Cỏc đường đốt núng cảm ứng từ của mẫu MZ7180 nồng độ 40 mg/ml, ở cỏc từ trường khỏc nhau tần số 236 kHz. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 30 35 40 45 50 55 T (o C ) t (s) 80 Oe 70 Oe 60 Oe 50 Oe 40 Oe
theo cơ chế tổn hao Nộel và Brown viết dưới dạng cụng thức 1.32.
Mặc dự đó chọn được nồng độ hạt từ và cường độ từ trường thớch hợp cho nhiệt trị điều trị ung thư. Tuy nhiờn, cỏc giỏ trị SLP thu được tương đối thấp so với vật liệu Fe3O4. Với Fe3O4 chỉ với nồng độ 1mg ml ở cường độ từ trường (60 Oe, 236 kHz) đó nhận được SLP = 500 W g [39] gấp 36,2 lần so với Mn0,3Zn0,7Fe2O4. Trong khi đú, với mẫu nghiờn cứu nồng độ hạt từ 40 mg ml chỉ nhận được SLP = 13,8 W/g.
Khả năng khống chế nhiệt độ đốt là ưu điểm lớn nhất của cỏc hạt MZ7180. Cụng suất tỏa nhiệt riờng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: Ms, K, d cũng như phõn bố kớch thước hạt. Như vậy, SLP cú thể được nõng cao hơn nữa với việc tối ưu cỏc tớnh chất của vật liệu như kớch thước hạt, phõn bố kớch thước hạt và độ tinh thể, khi đú sẽ tăng khả năng ứng dụng của vật liệu này trong nhiệt-từ trị tự khống chế nhiệt độ.
Túm lại cỏc kết quả nghiờn cứu trờn hiệu ứng đốt núng cảm ứng từ với cỏc hạt Mn0.3Zn0.7Fe2O4 cho thấy SLP phụ thuộc vào cỏc thụng số như cường độ từ trường và nồng độ hạt từ trong dung dịch. Cỏc cơ chế tổn hao hồi phục Nộel và Brown thể hiện sự đúng gúp chớnh trong thực nghiệm này. Giỏ trị SLP = 13,8 W/g thu được cao nhất ở nồng độ hạt từ trong dung dịch 40 mg ml, cường độ từ trường (80 Oe, 236 kHz).
Bảng 3.10. Cỏc thụng số nhiệt độ đốt bóo hũa (Tbh), tốc độ tăng nhiệt ban đầu (dT/dt), cụng suất tỏa nhiệt riờng (S P) của mẫu MZ7180 với nồng độ 40 mg/ml. Ký hiệu mẫu H (Oe) Tbh (oC) dT/dt (oC/s) SLP (W/g) MZ7180 40 35,8 0,034 3,6 50 36,4 0,054 5,7 60 37,3 0,073 7,7 70 40,9 0,087 9,2 80 46,6 0,131 13,8
KẾT LUẬN
Đó tổng hợp thành cụng vật liệu Mn1-xZnxFe2O4 (x = 0; 0,1; 0,3; 0,5; 0,7) bằng phương phỏp thủy nhiệt. Cỏc đặc trưng cấu trỳc, tớnh chất từ và đặc trưng đốt núng cảm ứng từ của một số mẫu tiờu biểu đó được khảo sỏt và phõn tớch. Cỏc kết quả chớnh của Luận văn như sau:
1. Đó tỡm được cỏc tham số cụng nghệ tối ưu (nhiệt độ và thời gian tổng hợp tương ứng là 180oC và 12 giờ) để tổng hợp hệ hạt nano Mn1-xZnxFe2O4 (x = 0; 0,1; 0,3; 0,5; 0,7). Vật liệu thu được đơn pha với cấu trỳc spinel và kớch thước trong khoảng 15 - 50 nm. Cú thể chủ động thay đổi kớch thước hạt thụng qua cỏc điều kiện phản ứng như nhiệt độ và thời gian.
2. Từ độ bóo hũa Ms của mẫu bột MnFe2O4 tăng, trong khi lực khỏng từ Hc giảm khi tăng thời gian hoặc tăng nhiệt độ phản ứng. Giỏ trị Ms cao nhất đạt được 66,7 emu/g, nhiệt độ chuyển pha Tc (Tc = 573 K) đối với mẫu MnFe2O4 tổng hợp ở điều kiện 180oC, 12 giờ.
3. Cỏc thụng số từ độ bóo hũa, lực khỏng từ và nhiệt độ chuyển pha đó được điều chỉnh bằng việc thay thế một phần ion Zn vào mạng tinh thể Mn1-xZnxFe2O4. Khi tăng ion Zn thỡ (Ms, Hc, Tc) đều giảm. Đó tỡm được mẫu cú Tc = 47oC (MZ7180) phự hợp với thực nghiệm nhiệt trị điều trị ung thư.
4. Từ độ bóo hũa phụ thuộc nhiệt độ của cỏc mẫu hạt nano Mn0,5Zn0,5Fe2O4 và Mn0,3Zn0,7Fe2O4 khụng cũn tuõn theo luật Bloch (Ms~T3/2) do sự lan truyền súng spin bị hạn chế bởi kớch thước với hệ số mũ ɛ lớn hơn giỏ trị 3 2.
5. Phõn tớch cỏc kết quả khảo sỏt sự phụ thuộc tần số và nhiệt độ của của độ cảm từ theo một số mụ hỡnh lý thuyết. Kết quả cho thấy hai mẫu Mn0,5Zn0,5Fe2O4 và Mn0,3Zn0,7Fe2O4 thể hiện sự tồn tại tương tỏc mạnh giữa cỏc hạt.
6. Nhiệt độ đốt bóo hũa, cụng suất tỏa nhiệt riờng của cỏc chất lỏng từ chứa cỏc hạt Mn0,3Zn0,7Fe2O4 cú thể được khống chế thụng qua nồng độ hạt từ trong dung dịch, cường độ từ trường xoay chiều. Nhiệt độ đốt bóo hũa đạt được Tb = 46,6oC ứng với nồng độ hạt từ trong dung dịch (40 mg ml), cường độ từ trường (80 Oe, 236 kHz) là giỏ trị thớch hợp cho nhiệt từ trị.
Tài liệu tham khảo
1. Đào Nguyờn Hoài Nam (2001), Cỏc tớnh chất thủy tinh từ trong một số vật liệu perovskite ABO3, Luận ỏn Tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện Khoa học vật liệu, Hà Nội.
2. Đỗ Hựng Mạnh (2011), Nghiờn cứu tớnh chất điện và từ của vật liệu perovskite ABO3 kớch thước nanụmột (A = a, Sr, Ca và B = Mn) tổng hợp bằng phương phỏp nghiền phản ứng, Luận ỏn Tiến sĩ Khoa học vật liệu, Viện Khoa học vật liệu, Hà Nội. .
3. Nguyễn Anh Tuấn (2008), Hiệu ứng đốt từ trong cỏc hạt từ kớch thước nanomet, Luận văn thạc sỹ, Trường Đại học Cụng nghệ -Đại học Quốc gia Hà Nội. .
4. Nguyễn Hữu Đức (2008), Vật liệu từ cấu trỳc nano và điện tử spin, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, pp. 49-53.
5. Nguyễn Phỳ Thựy (2003), Vật lý cỏc hiện tượng từ, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, pp. 143 – 146, 161.
6. Nguyễn Thị Lan (2011), Nghiờn cứu chế tạo và cỏc tớnh chất vật liệu nano ferite spinel, Luận ỏn tiến sỹ, ITIMS, pp. 17–19.
7. Phan Văn Tường (2004), Cỏc phương phỏp tổng hợp vật liệu gốm, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, pp. 60 – 62.
8. Phan Văn Tường (2007 ), Vật liệu vụ cơ, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Hà Nội, pp. 52-54.
9. A Lúpez-Quintela M., E Hueso L., Rivas J., and Rivadulla F (2003),
Intergranular magnetoresistnce in nanomanganites, Nanotechnology, 14, pp. 212 – 219.
10. 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.
11. Arshak K.I., Ajina A., and Egan D (2001), Development of screen-printed polymer thick film planner transformer using Mn–Zn ferrite as core material,
Microelectronics Journal, 32, pp. 113-116.
12. Arulmurugan R., Vaidyanathan G., Sendhilnathan S., and Jeyadevan B (2006),
Mn–Zn ferrite nanoparticles for ferrofluid preparation: Study on thermal– magnetic properties, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 298, pp. 83-94.
13. 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.
14. Babincova M., Leszczynska D., Sourivong P., Cicmanec P., and Babinec P (2001), Superparamagnetic gel as a novel material for electromagnetically induced hyperthermia, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 225, pp. 109-112.
15. Balcells L.I., Fontcuberta J., Martớnez B., and Obradors X (1998), Magnetic surface effects and low - temperature magnetoresistance in manganese perovskites, Journal of Physics: Condensed Matter, 10, pp. 1883 - 1890.
16. Battabyal Manjusha., and Dey T.K (2005), Electrical conductivity in La1−xAgxMnO3 pellets between 10 and 350K, Physica B: Condensed Matter,
367, pp. 40-47.
17. Brabers V.A.M (1995), Progress in spinel ferrite research, in Handbook of Magnetic Materials, Elsevier, New York, NY, USA. , 8, chapter 3, pp. 189– 324.
18. Castillo V.C.D (2005), Synthesis and characterization of cobalk – substituted nanoparticles using Reverse Micelles, Ms thesis, University of Puetorico Mayagues Campus, pp. 20.
19. 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.
20. 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.
21. 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.
22. Christy Riann Vestal (2004), Magnetic Coupling and Superparamagnetic Properties Of Spinel ferrite nanoparticles, Doctor thesis, Georgia Institite Technology.
23. Do Hung Manh, Pham Hong Nam, Nguyen Van Chien, Phan Thi Bich Hoa, Tran Dai Lam, Nguyen Anh Tuan, Phan Quoc Thong, Le Van Hong and Nguyen Xuan Phuc (2011), Magnetic heating characteristics of La0.7SrxCa0.3-
xMnO3 Nanoparticles fabricated by a high energy mechanical milling method,
Advances in natural science: Nanoscience and nanotechnology, 2 – 035003. 24. Dormann J.L., Fiorani D., and Tronc E (1999), On the models for interparticle
interactions in nanoparticle assemblies: comparison with experimental results,
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 202, pp. 251-267.
25. Feng W.J., Li D., Ren W.J., Li Y.B., Li W.F., Li J., Zhang Y.Q., and Zhang Z. D (2006), Glassy ferromagnetism in Ni3Sn-type Mn3.1Sn0.9, Physical Review B,
73, pp. 205-105.
26. Gilchrist R.K., Medal R., Shorey W.D., Hanselman R.C., Parrot J.C., and Talor C.B (1957), Sellective inductive heating of lymph nodes, Ann. Surgery, 146, pp. 596 – 606.
27. Goldman Alex (2006), Modern ferrite Technology 2nd, Pittsburgh, PA, USA, Springer.
28. Gul E.I.H., and Maqsood A (2008), Structural, magnetic and electrical properties of cobalt ferrites prepared by the sol–gel route, Journal of Alloys and Compounds, 465, pp. 227–231.
29. Gupta Ajay Kumar and Gupta Mona (2005), Synthesis and surface engineering of iron oxide nanoparticles for biomedical applications, Biomaterials, 26, pp. 3995-4021.
30. 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.
31. 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.
32. Hergt R., Hiergeist R., Zeisberger M., Glửckl G., Weitschies W., Ramirez L.P., Hilger I., and Kaiser W. A (2004), Enhancement of AC-losses of magnetic nanoparticles for heating applications, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 280, pp. 358-368.
33. Hiergeist R., Andrọ W., Buske N., Hergt R., Hilger I., Richter U., and Kaiser W (1999), Application of magnetite ferrofluids for hyperthermia, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 201, pp. 420-422.
34. 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.
35. Jae Gwang., Lee Jung., Hoon Kim and Kwang Pyo Chae (2006),
Crystallographic and Magnetic Properties of Zn-Mn Ferrite, Journal of the Korean Physical Society, 49, pp. 604-607.
36. Jun Wang., Chuan Zeng., Zhenmeng Peng., Qianwang Chen (2004), Synthesis and magnetic properties of Zn1-xMnxFe2O4 nanoparticles, Physica B 349, pp. 124–128.
37. Lu Xiao., Tao Zhou., Jia Meng (2009), Hydrothermal synthesis of Mn–Zn ferrites from spent alkaline Zn–Mn batteries, Particuology 7, pp. 491–495. 38. Luo W., Nagel S.R., Rosenbaum T..,F and Rosensweig R.E (1991), Dipole
interactions with random anisotropy in a frozen ferrofluid, Physical Review Letter, 67, pp. 21-24.
39. Luong Tai Thien, Ha Thu Phuong, Tran Lam Dai, Do Manh Hung, Mai Trang Thu, Pham Nam Hong, Phan Hoa Bich Thi, Pham Giang Ha Thi, Hoang Nhung My Thi, Nguyen Quy Thi and Nguyen Phuc Xuan (2011), Design of carboxylated Fe3O4/poly(styrene-co-acrylic acid) ferrofluids with highly efficient magnetic heating effect, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 384, pp. 23-30.
40. Nam D.N.H., Jonason K., Nordblad P., Khiem N.V., and Phuc N. X (1999),
Coexistence of ferromagnetic and glassy behavior in the La0.5Sr0.5CoO3 perovskite compound, Physical Review B, 59, pp. 4189 – 4194.
41. Nikam D.S., Jadhav S.V., Khot V.M., Phadatar M.R., Pawar S.H (2014), Study of AC magnetic heating characteristics of Co0.5Zn0.5Fe2O4 nanoparticles for magnetic hyperthermia therapy, Journal of Magnetism and Magnetic Materials
349, pp. 208–213.
42. Parekh K., and Upadhyay R. V (2010), Magnetic field induced enhancement in thermal conductivity of magnetite nanofluid, Journal of Applied Physics, 107- 053907.
43. Pollert E., Knizek K., Marysko M., Kaspar P., Vasseur S., and Duguet E (2007), New TC-tuned magnetic nanoparticles for self-controlled hyperthermia,
44. 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. 45. 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.
46. Sharifi Ibrahim., Shokrollahi H., Doroodmand Mohammad Mahdi and Safi R (2012), Magnetic and structural studies on CoFe2O4 nanoparticles synthesized by co-precipitation, normal micelles and reverse micelles methods, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 324, pp. 1854-1861.
47. Tadic Marin., Kusigerski Vladan., Markovic Dragana., Milosevic Irena and Spasojevic Vojislav (2009), High concentration of hematite nanoparticles in a silica matrix: Structural and magnetic properties, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 321, pp. 12-16.
48. Thanh N.T.K (2012), Magneic Nanoparticles From Fabrication to Clinical Applications, CRC Press Taylor & Francis Group, pp. 16-19.
49. Wang Jun., Zeng Chuan., Peng Zhenmeng., and Chen Qianwang (2004),
Synthesis and magnetic properties of Zn1-xMnx Fe2O4 nanoparticles, Physical B
349, pp. 124 – 128.
50. Xavier Batlle., Labarta Amớlcar (2002), Finite-size effects in fine particles: magnetic and transport properties, Journal of Physics D Applied Physics, 35, pp. pp. R15-R42.
51. Xiao Lu., Zhou Tao., Meng Jia (2009), Hydrothermal synthesis of Mn–Zn ferrites from spent alkaline Zn–Mn batteries, Particuology, 7, pp. 491-495. 52. Yousefia M.H., Manouchehri S., Arab A., Mozaffari M., Amiri Gh.R.,
Amighian J (2010), Preparation of cobalt–zinc ferrite (Co0.8Zn0.2Fe2O4) nanopowder via combustion method and investigation of its magnetic properties, Materials Research Bulletin, 45 pp. 1792–1795.
53. Zheng M., Wu X.C., Zou B. S., and Wang Y.J (1998), Magnetic properties of nanosized MnFe2O4 particles, Journal of Magnetism and Magnetic Materials,
183, pp. 152-156.
54. Zheng Z.G., Zhong X.C., Zhang Y.H., Yu H.Y., and Zeng D.C (2008),
Synthesis, structure and magnetic properties of nanocrystalline Zn1-xMnx Fe2O4 prepared by ball milling, Journal of Alloys and Compounds, 466, pp. 377 – 382.
55. Zuo Xu., Barbiellini Bernardo., and Vittoria Carmine (2004), Calculation of exchange constants in manganese ferrite (MnFe2O4), Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 272–276, Part 1, pp. 306-311.
Danh mục cụng trỡnh cụng bố
1. Phạm Hồng Nam, Trần Đại Lõm, Nguyễn Xuõn Phỳc, Đỗ Hựng Mạnh,“Ảnh hưởng của nồng độ Zn tới tớnh chất từ và đặc trưng đốt núng cảm ứng từ của hệ hạt nano Mn1-xZnxFe2O4”, Bỏo cỏo tại Hội nghị vật lý chất rắn toàn quốc, Thỏi Nguyờn, 3-7/11/2013.
2. P.T. Phong, D.H. Manh, P.H. Nam, D.K. Tung, I.-J. Lee, N.X. Phuc, “The magnetic and specific absorption rate studies of Mn0.3Zn0.7Fe2O4 nanoparticles”, revised manuscript had sent to journal Sensors and Actuators A: Physical, 7- 2014.
Cỏc cụng trỡnh liờn quan:
1. Tai Thien Luong, Thu Phuong Ha, Lam Dai Tran, Manh Hung Do, Trang Thu Mai, Nam Hong Pham, Hoa Bich Thi Phan, Giang Ha Thi