3.1. Hạt nanocomposite đa chức năng Fe3O4 /Ag
3.1.2. Hạt nanocomposite Fe3O4/Ag
3.1.2.1. Khảo sát nhiễu xạ tia X (XRD) và phổ tán sắc năng lƣợng EDS.
Giản đồ nhiễu xạ tia X (XRD) của mẫu hạt nano composite Fe3O4/Ag trong hình 3.4 cho thấy có cả đỉnh nhiễu xạ của Ag và Fe3O4. Với đỉnh nhiễu xạ tại vị trí các góc 2θ là 38,12o; 44,29o và 64,59o tương ứng với các mặt phẳng tinh thể (111); (200); (220) của tinh thể Ag. Giản đồ này là minh chứng rõ ràng cho việc tồn tại thành phần bạc trong hạt nano composite đã chế tạo [20, 24]. Hơn nữa, quan sát phổ này ta thấy cường độ đỉnh nhiễu xạ của Ag lớn hơn nhiều của Fe3O4, các đỉnh nhiễu xạ của Fe3O4 cũng xuất hiện khơng đầy đủ (chỉ cịn lại các đỉnh tại mặt phẳng nhiễu xạ (220), (311), (422). Điều này có thể do khi chiếu bức xạ tia X vào bề mặt của mẫu, một số mặt phẳng tinh thể của Fe3O4 như (400), (511), (440) tương ứng với
các góc 2θ là 43,4o
; 53,9o; và 63o
bị che lấp bởi các mặt tinh thể (111), (200) và (220) của hạt Ag ứng với góc 2θ lần lượt là 38,1o ; 44,3o và 64,5o. Các hạt nano Ag có thể đã được bám trên bề mặt của hạt nano Fe3O4 tạo thành cấu trúc composite Fe3O4/Ag.
Hình 3.4. Nhiễu xạ tia X của mẫu Fe3O4/Ag. Trong đó kí hiệu là đỉnh nhiễu xạ
của Ag và * là đỉnh nhiễu xạ của Fe3O4.
Hình 3.5 thể hiện phổ tán sắc năng lượng tia X của mẫu Fe3O4/Ag. Trong hình chúng tơi có chỉ ra các vị trí các đỉnh tán xạ năng lượng ứng với các vạch tán xạ của các nguyên tố cơ bản.
Bảng 3.2 thể hiện chi tiết tỉ phần các nguyên tố trong mẫu, trong đó nguyên tố Oxi chiếm 55,6(7)%, Fe chiếm 27,9(7)% và nguyên tố Ag chiếm 16,3(6)%. Kết quả này đã khẳng định việc hình thành hạt nano composite Fe3O4/Ag.
Bảng 3.2. Tỉ phần các nguyên tố trong mẫu Fe3O4/Ag
Nguyên tố Tỉ phần các nguyên tố trong mẫu (%)
O 55,6(7)
Fe 27,9(7)
Ag 16,3(6)
Như vậy, kết quả khảo sát nhiễu xạ tia X và phổ tán sắc năng lượng tia X cho thấy, chúng tôi đã chế tạo thành công loại vật liệu composite Fe3O4/Ag.
3.1.2.2. Khảo sát phổ hấp thụ tử ngoại khả kiến UV-Vis và hình thái học của vật liệu
Các hạt nano kim loại nói chung và hạt nano bạc nói riêng có hiệu ứng plasmon bề mặt đặc trưng. Do đó tại tần số Plasmon, các hạt nano Ag sẽ hấp thụ ánh sáng tốt hơn và tạo thành đỉnh hấp thụ xung quanh vị trí bước sóng khoảng 400 nm. Đồng thời khi kích thước các hạt nano tăng dần đỉnh hấp thụ của dung dịch chứa hạt sẽ dịch chuyển về phía bước sóng dài [34].
Hình 3.7. Phổ UV-Vis và ảnh TEM của hạt nano Ag kích thước từ 25-50 nm
Thông thường, các hạt nano Ag kích thước từ 15-25 nm có đỉnh hấp thụ quang học tại bước sóng xung quanh vị trí 400 nm (hình 3.6), đối với các hạt có kích thước từ 25-50 nm thì có vị trí đỉnh hấp thụ tại khoảng 415 nm (Hình 3.7). Tuy nhiên, trong phổ UV-Vis dưới đây, đỉnh hấp thụ của các hạt nano Fe3O4/Ag xuất hiện tại bước sóng 438.5 nm (hình 3.8 a).
Khi các điện tử tự do dao động trên bề mặt của hạt nano kim loại, tần số dao động của chúng bị ảnh hưởng bởi điện trường (E) và từ trường (H) bên ngồi. Hạt nano composite có chứa hạt nano từ Fe3O4, khi đó từ tính của hạt nano Fe3O4 có thể gây ảnh hưởng đến dao động của các điện tử tự do trên bề mặt hạt bạc, dẫn đến tần số dao động riêng của điện tử bị thay đổi và dịch chuyển vị trí đỉnh hấp thụ về phía bước sóng lớn hơn. Mặt khác, nhìn vào ảnh TEM trong hình 3.8 b ta nhận thấy, hạt nano composite có phân bố kích thước từ 30-60 nm, kích thước của các hạt nano này ảnh hưởng đến quãng đường tự do trung bình của các điện tử dao động trên bề mặt của hạt nano kim loại bạc, làm cho vị trí hấp thụ là một khoảng rộng kéo dài từ 430-500 nm.
Hình 3.8 a. Phổ hấp thụ UV-Vis của mẫu hạt nano composite Fe3O4/Ag
b. Ảnh TEM của mẫu hạt nano composite Fe3O4/Ag
3.1.2.3. Tính chất từ của vật liệu
Hình 3.9 thể hiện đường cong từ trễ M-H của hạt nano composite và hạt nano Fe3O4 tại nhiệt độ phòng. Lực kháng từ Hc của cả 2 mẫu xấp xỉ bằng 0, mômen từ dư Mr nhỏ cho thấy các hạt nano composite Fe3O4/Ag và hạt nano Fe3O4 đều có tính chất siêu thuận từ. Có thể coi gần đúng từ độ bão hòa của các hạt nano Fe3O4/Ag là 37,74 emu/g nhỏ hơn từ độ bão hòa của các hạt nano Fe3O4 (50,37 emu/g) là 12,63 emu/g. Sự khác biệt này được cho là do lớp phủ APTES và các hạt nano Ag đã được bọc lên hạt nano Fe3O4, khối lượng hạt tăng lên tỉ lệ nghịch với từ độ bão hòa. Điều này thêm minh chứng rằng các hạt nano Ag đã được gắn lên bề mặt hạtFe3O4 và hạt nano composite chế tạo được mang đầy đủ các tính chất của hạt nano từ Fe3O4 và có thể ứng dụng được trong các ứng dụng tương tự.
Hình 3.9. Đường cong mơmen từ phụ thuộc từ trường ở nhiệt độ phịng
của Fe3O4 (a) và Fe3O4/Ag (b)