1.3. Các khó khăn, thách thức trong nghiên cứu thực nghiệm tối ưu hóa hiệu ứng
1.3.1. Kích thước hạt và vấn đề khống chế kích thước hạt, độ hẹp phân bố kích
thước
Như đã đề cập ở phần trên của luận án, các vật liệu dùng làm lõi, vỏ hay dung môi của chất lỏng hạt nano từ rất đa dạng. Trong khi đại đa số nghiên cứu về
hiệu ứng MIH, lớp vỏ được dùng bằng chất hữu cơ nên mặc dù chúng có thể thay
đổi trong khoảng rộng nhưng lại ảnh hưởng không nhiều vì chúng là chất phi từ. Vì vậy, giới khoa học thường giả thiết độ dày lớp vỏ không đổi trong các tính tốn lý thuyết lẫn thực nghiệm khi nghiên cứu hiệu ứng này. Giá trị SLP/SAR, đặc biệt là giá trị cực đại tương ứng của các đại lượng này chịu ảnh hưởng rất nhiều từ kích
thước trung bình và độ rộng của phân bốkích thước của bản thân hạt từ vô cơ trong
lõi [19]. Do đó, vấn đề về kích thước và độ hẹp của phân bố kích thước khơng những được quan tâm trong việc tổng hợp chế tạo hệ vật liệu mà còn được quan tâm trong việc khảo sát ảnh hưởng của chúng đến hiệu ứng MIH.
Đến nay, hạt nano từđược tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau như đồng kết tủa [11,12], sol-gel [13,14], thủy nhiệt [15,16], micel [75], nghiền cơ năng lượng cao [24, 76] và phương pháp phân hủy nhiệt [17,18] v.v. Mỗi phương pháp
tổng hợp đều có ưu nhược điểm khác nhau và tạo ra những sản phẩm có vùng kích
thước khác nhau và chất lượng khác nhau về phân bố kích thước hạt và độ hồn hảo của tinh thể.
Bảng 1.2 trình bày một số kết quả tổng hợp hệ chất lỏng hạt nano từ ứng dụng trong y sinh bằng các phương pháp khác nhau. Từ bảng 1.2, chúng ta thấy
phương pháp tổng hợp đồng kết tủa và sol – gel cho vùng kích thước hạt từ 10 ÷
100 nm. Tuy nhiên, các hạt nano từ được tạo ra từ phương pháp đồng kết tủa
thường không đồng đều vềkích thước (với sai số kích thước > 30 %), về hình dạng
cũng như mức độ tinh thể hóa của chúng khơng cao do bản chất ngẫu nhiên trong khi quá trình tổng hợp. Đối với phương pháp sol – gel, nhược điểm lớn nhất của
phương pháp này là tạo ra sản phẩm chủ yếu ở dạng vơ định hình, và các hạt nano tạo thành thường bị kết đám và rất khó điều khiển hình dạng và độ đồng đều. Tóm
lại, các hệ chất lỏng hạt nano từ tổng hợp từ hai phương pháp này thường có độ
phân bốkích thước rộng [84].
Bảng 1.2. Kích thước của một số hệ chất lỏng hạt nano từ.
Phương pháp tổng hợp Hệ chất lỏng hạt nano từ Kích thước (nm)
Đồng kết tủa CoFe2O4 10 ÷ 16 [11] 15 [12] ∼ 9,9 [77] Fe3O4 14 [78] 10 [79] Sol – gel CoFe2O4 20 ÷ 100 [13] Mn0.8Ca0.2Fe2O4 11 [80] Mg0.4Ca0.6Fe2O4 10 [80] La1-xSrxMnO3 (0<x<0.4) 82,4 [81] Thủy nhiệt CoFe2O4 2 ÷ 8 [15] Phân hủy nhiệt
MFe2O4 (M=Mn, Co, Ni) 5 ÷ 10 [18] CoxFe3-xO4 (0<x<1) 8 ÷ 8,5 [82]
CoFe2O4 5,4 ÷ 9,9 [83]
Bên cạnh hai phương pháp tổng hợp trên, phương pháp hiệu quảđể tổng hợp các hạt nano từ hiện nay đang được sử dụng phổ biến trên thế giới là phương pháp
thủy nhiệt và phân hủy nhiệt. Ưu điểm chính của hai phương pháp này cho phép tạo ra các hạt nano từ với độ tinh thểhóa cao, kích thước nằm trong vùng 2 ÷ 20 nm và phân bốkích thước hẹp. Tuy nhiên, hai phương pháp này đòi hỏi kỹ thuật cao và rất
Hình 1.23. Đường từ hóa của các hạt nano Fe3O4
kích thước khác nhau. Hình nhỏ là sự phụ thuộc
của kích thước hạt vào lực kháng từ [86].
khó thực hiện nên khơng được sử dụng rộng rãi trong việc tổng hợp các hệ chất lỏng hạt nano từ.
Nói chung, khống chế kích thước, phân bốkích thước và độ tinh thể hóa của hệ hạt nano từ chịu ảnh hưởng rất nhiều vào phương pháp tổng hợp cũng như các điều kiện tổng hợp của phương pháp đó. Do đó, việc nghiên cứu thực nghiệm một cách hệ thống ảnh hưởng của một tham số đến hiệu ứng MIH là rất khó thực hiện. Thí dụ, việc tổng hợp các hệ chất lỏng từ có cùng kích thước trung bình nhưng có độ phân bố kích thước khác nhau hay khác kích thước nhưng có cùng độ phân bố kích thước là khơng khả thi trong thực nghiệm. Đây là một khó khăn trong nghiên
cứu thực nghiệm: khảo sát độc lập ảnh hưởng của tham sốkích thước hạt hoặc tham sốđộ phân bốkích thước hạt đến giá trị SLP/SAR của hệ chất lỏng từ nhằm đánh giá ảnh hưởng của chúng đến việc tối ưu hóa hiệu ứng MIH.