Nghiên cứu ổn định phân tán và tính chất lưu biến của chất lỏng từ coban ferit899

Với các tính chất cơ lý đặc bi t, coban ferit ệ có tiềm năng ứng d ng r ng lụ ộ ớn trong y học nano như tăng thân nhiệt, ch p cụ ộng hưởng t .... Ph m vi khạ ảo sát kích thướ ừc t 2 40 n

Công trình được hoàn thành tại:

Người hướ ng d n khoa h c: ẫ ọ PGS TS Hoàng Thị Kiều Nguyên

Vào hồi 8 gi 30ờ , ngày 31 tháng 12 năm 2020

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1 Thư viện T Quang Bạ ửu Trường ĐHBK Hà Nộ- i

2 Thư viện Qu c gia ố Việt Nam

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN

1 H Q Nguyen, Q H Duong and N T K Hoang, 2014, New approach

of using emulsifier-free emulsion polymerization to prepare magnetic polymeric nanoparticles, Plastics, Rubber and Composites: macromolecular engineering, Vol.43, №.2, 1465-8011, DOI: 10.1179/1743289814Y 0000000073

2 Duong Hong Quyen*, Dam Ngoc Anh, Hoang Thi Kieu Nguyen, 2018,

3 Dương Hồng Quyên, Đàm Thị Ngọc Anh, Hoàng Thị Kiều Nguyên,

2018, Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện thí nghiệm đến kích thước và tính chấ ừ ủt t c a h t nano CoFeạ 2O4, Tạp chí Hóa học, 56 (6E1), 0866-

7174

4 Dương Hồng Quyên, Nguyễn Minh Tú, Hoàng Thị ều Nguyên, 2019, KiNghiên cứ ảnh hưởu ng c a nủ ồng độ ạ ắn đến độ h t r nh t ch t l ng t ớ ấ ỏ ừcoban ferit, Tạp chí Hóa học, 57 (6E1,2) 0866-7174

5 Dương Hồng Quyên, Hoàng Thị Kiều Nguyên, 2019, Nghiên cứ ổu t ng hợp các hạt nano coban ferit siêu thuậ ừ ởn t nhiệt độ thấp, Tạp chí Hóa

h c, 57 (6E1,2) 0866-7174 ọ

6 Duong Hong Quyen, Hoang Kieu Nguyen, 2020, Experimental studies

on the rheological properties of cobalt ferrite nanofluids, International

Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development, Vol 10, Issue 3, 679 688, ISSN (P): 2249 6890; ISSN – –(E): 2249 8001, DOI: 10.24247/ ijmperdjun202063 –

7 Duong Hong Quyen, Tran Van Anh, Hoang Thi Kieu Nguyen, 2020, The effect of temperature on the viscosity of Cobalt ferrite nanofluids, International Journal of Innovative Technology and Exploring

Engineering (IJITEE), Volume 9, Issue 7, ISSN: 2278-3075, DOI: 10.35940/ijitee.G5281.059720

M Ở ĐẦU Tính cấp thi t cế ủa đề tài

Chấ ỏt l ng t ừ là vật li u chệ ức năng có ứng d ng trong nhiụ ều lĩnh vực công nghiệp

và y sinh nhờ tính chất và hành vi có thể được điều khi n b ng t ể ằ ừ trường ngoài

Có thể ể k nh ng ng d ng quan tr ng cữ ứ ụ ọ ủa chất lỏng như keo dán động, ch t dấ ẫn thu c, chố ất làm tăng nhiệt c c b ụ ộ để điều tr ung thư, chụp ảnh cộng hưởng tị ừ,…Chấ ỏt l ng t gừ ồm 3 thành phần: h t t , ch t mang d ng lạ ừ ấ ạ ỏng và chất hoạt động

b m t Chề ặ ất lượng của mỗi thành phần quyết định tính chấ ủt c a chấ ỏt l ng t ừTrong s ố các chấ ỏt l ng từ, các hạt nano coban ferit (CoFe2O4) và chất lỏng tương ứng có nhiều ưu điểm n i bổ ật như từ hóa bão hòa vừa ph i, lả ực kháng từ cao, cách điện v i t n thớ ổ ất dòng điện th p, h ng s d ấ ằ ố ị hướng t cao, nhiừ ệt độ Curie

Tc cao và ổn định hóa học Với các tính chất cơ lý đặc bi t, coban ferit ệ có tiềm năng ứng d ng r ng lụ ộ ớn trong y học nano như tăng thân nhiệt, ch p cụ ộng hưởng

t trong ng d ng v k thuừ ứ ụ ề ỹ ật như làm cảm bi n sensor nhiế ệt, các thiế ị lưu t b trữ hay như đượ ức ng dụng làm xúc tác trong các phả ứng hóa họn c

Nội dung nghiên cứu

- Điều ch coban ferit bế ằng phương pháp đồng k t tế ủa hóa học Kiểm soát các

y u t ế ố ảnh hưởng đến ph n ng k t tả ứ ế ủa để có thể điều khiển được cấu trúc và kích thước hạt, tính chấ ừ tùy thet t o mục đích sử ụ d ng Ph m vi khạ ảo sát kích thướ ừc t 2 40 nm (mi– ền kích thước đơn domain bao trùm siêu thuận t ừ và moment t ừ có hướng) kèm theo sự phân tích cấu trúc và các tính chấ ừ Đặc t t

biệt, quá trình xử lý nhiệ ảt s n ph m k t t a s ẩ ế ủ ẽ được nghiên cứu như là yế ốu t quyết định tính chấ ừ ềm và siêu thuậ ừ ủt t m n t c a v t li u ậ ệ

- Chế ạ t o ch t l ng t coban ferit ấ ỏ ừ và nghiên cứ ổn địu nh h ệ phân tán sử ụng dchất hoạt động b mề ặt và bọc v polyme ỏ

- Nghiên cứu th c nghiự ệm độ nh t c a h 2 ch t l ng t coban ferit t mớ ủ ệ ấ ỏ ừ ừ ềm và siêu thuậ ừ dưới tác độn t ng c a t trư ng Khủ ừ ờ ảo sát ảnh hưởng nhiệt độ ồ, n ng

độ, kích thước h t rạ ắn, đặc điểm t c a h t rừ ủ ạ ắn đến độ nh t cớ ủa chất l ng tỏ ừ Xây dựng mô hình toán mô tả độ nh t c a ch t l ng t tớ ủ ấ ỏ ừ ạo thành

Ý nghĩa khoa học, thực tiễn của luận án

Ý nghĩa khoa học:

- Kiểm soát quá trình điều ch ế các hạt nano coban ferit bằng phương pháp đồng

k t t a ế ủ Điều khiển tính chất t ừ đặc trưng của v t liậ ệu theo kích thước và cấu trúc

- Phát triển phương pháp phân tán tạ ớo l p v polyme cho h coban feritỏ ệ /nước

- Đóng góp hiểu bi t v ế ề tính chất lưu biến c a ch t l ng t CoFeủ ấ ỏ ừ 2O4 dưới tác

động c a t ủ ừ trường trong điều kiện thay đổi nồng độ, nhiệt độ và chấ ỏt l ng n n ề

- Góp phần phát triển các nghiên cứu th c nghiự ệm và lý thuyế ề đột v nh t cớ ủa chấ ỏt l ng nano t ừ

Ý nghĩa thực tiễn:

- Đã nghiên cứu toàn diện v ề các hạt nano và chấ ỏt l ng CoFe2O4 bao gồm điều chế, kiểm soát quá trình và tính chất, góp phần thúc đẩy kh ả năng áp dụng v t ậliệu này trong các lĩnh vự ộc r ng l n v k thu t, sinh hớ ề ỹ ậ ọc và y tế

- Các kết quả thu đượ ừ CoFec t 2O4 c i thiả ện các nhược điểm c a h chấ ỏủ ệ t l ng t ừoxit sắt, góp phần nâng cao chất lượng ứng d ng c a v t li u nano t ụ ủ ậ ệ ừ nói chung Những đóng góp mớ ủi c a luận án

- Kiểm soát các điều ki n ph n ệ ả ứng điều ch CoFeế 2O4 theo t ng mừ ục tiêu về ấ c u trúc, kích thước hạt và tính chất t ừ để đáp ứng các mục tiêu ứng dụng khác nhau

- Điều ch CoFeế 2O4 siêu thuận t ừ có Ms cao trong điều ki n nhiệ ệt độ ấ th p < 40oC

- Chấ ỏt l ng t CoFeừ 2O4 đượ ổn định phân tán cao bằc ng chất hđbm và bằng k ỹthu t t o l p v ậ ạ ớ ỏ polyme có khả năng ứng dụng cao trong y sinh

- Xác định tính chất độ nh t c a 2 ớ ủ loại ch t l ng t CoFeấ ỏ ừ 2O4 (từ ềm và siêu mthu n tậ ừ) trong điều kiện có và không có từ trường T ừ đó chỉ ra ảnh hưởng của tính chấ ừ ậ ệu đến tính lưu biết t v t li n

- Đánh giá ảnh hưởng c a nủ ồng độ ạ h t, nhiệt độ và chấ ỏt l ng nền đến tính chất lưu biến c a ch t l ng t coban ferit ủ ấ ỏ ừ

- Phát triển mô hình lý thuyết mô tả tính chất lưu biến c a ch t lủ ấ ỏng trong điều kiện có và không có từ trường ngoài

Cấu trúc của luận án:

Ngoài phần m u, k t lu n, cở đầ ế ậ ấu trúc của đồ án gồm 6 chương:

Chương 1: Lý thuyết chung v ch t l ng t coban ferit ề ấ ỏ ừ

Chương 2: Tình hình nghiên cứu

Chương 3: Mục tiêu và phương pháp nghiên cứu

Chương 4: Kết qu ả điều ch h t nano t coban ferit ế ạ ừ

Chương 5: Kết qu ả điều ch ế và ổn định phân tán chấ ỏt l ng t coban ferit ừ

Chương 6: Kết qu ả nghiên cứu tính chất lưu biến c a ch t l ng t coban ferit ủ ấ ỏ ừ

1 LÝ THUYẾT CHUNG VỀ CHẤT LỎNG TỪ COBAN FERIT

1.1 Cấu trúc coban ferit

Coban ferit có đặc trưng của ferrite spinel ngh ch ị

đảo, cấu trúc lập phương tâm mặt, thuộc nhóm

Fd3m, có công thức hóa học chung MFe2O4

Trong cấu trúc spinel nghịch đảo lý tưởng, Co2+

nằm trong các hốc bát diện (v ị trí B) còn ion Fe3+

di n, momen t t ng hệ ừ ổ ợp chính là momen từ ủ c a ion Co2+

1.2 Điều ch coban ferit ế và chấ ỏng tương ứt l ng

Coban ferit có thể được điều ch b ng nhiế ằ ều phương pháp tuy nhiên phương pháp đồng k t tế ủa hóa học được s d ng ph bi n bử ụ ổ ế ởi tương đố ễ ựi d th c hi n, ệkiểm soát tốt hình dạng, kích thước và có tính đồng nhất hóa họ ốc t t

Các ạ h t nano CoFe2O4 được phân tán vào trong ch t mang gấ ốc nước ho c gặ ốc

d u b ng ầ ằ phương pháp khuấy cơ học, phân tán đảo pha hay phân tán bằng siêu

âm trong đó phân tán siêu âm tạo ra h ệ phân tán khác đồng đều, tốc độ nhanh

Để ổ định phân tán, người ta thườ n ng s d ng ch t hoử ụ ấ ạt động b m t (ề ặ hđbm)

ho c t o l p v ặ ạ ớ ỏ polyme để ổn định phân tán chấ ỏt l ng t ừ

TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU

2.1 Điều ch v t liế ậ ệu coban ferit

- Các khảo sát được th c hi n trong gi i h n h p cự ệ ớ ạ ẹ ủa kích thước h t, ch yạ ủ ếu là

10 – 40 nm Các nghiên cứu trong vùng kích thước tương ứng v i miớ ền siêu thu n t ậ ừ (< 10 nm) còn rấ ạt h n ch ế

- S ph thu c cự ụ ộ ủa tính chất t ừ vào kích thước hạt còn nhiều mâu thuẫn dochưa

đồng b gi a cộ ữ ấu trúc, kích thước và tính chấ ừ ủt t c a v t li u ậ ệ

- Vài năm gần đây, CoFe2O4 siêu thuận t ừ đã được nghiên cứu ch t o nhiế ạ ở ệt độ thấp Tuy nhiên kết qu ả đạt được v ề tính chấ ừ ủa v t li u vt t c ậ ệ ẫn còn thấp 2.2 Tính chất lưu biến c a ch t l ng t ủ ấ ỏ ừ

- Các nghiên cứu cho tới nay đề ập trung vào các chấ ỏu t t l ng t oxit s t Cừ ắ ác hệchấ ỏt l ng CoFe2O4 ít được nghiên cứu dù có 1 ố tính chấ ừ vượs t t t tr i so vộ ới oxit sắt như momen từ cao, bền hóa học và nhạy với các phân tử sinh h c ọ

- Phầ ớn các nghiên cứu đền l u ghi nh n hiậ ện tượng độ nh t c a ch t l ng giớ ủ ấ ỏ ảm khi tăng tốc độ trượt và độ nhớt tăng khi có từ trường ngoài Tuy nhiên mối quan

h giệ ữa các yế ố là tương đối khác biệu t t giữa các hệ chấ ỏng khác nhaut l

- Điểm cần lưu ý là ảnh hưởng c a hạt có tính chấ ừ khác nhau chưa đượủ t t c xem xét Mặc dù tính chấ ừ liên quan đến kích thước nhưng các khảo sát về kích t t thước không đề ậ đến tính chấ ừ có thể c p t t khiến các đánh giá về độ nh t c a ớ ủchấ ỏng khi có mặ ừt l t t trường không đầy đủ chính xác Các ệ, h chấ ỏt l ng t vừ ới

chất mang khác nhau đã được nghiên cứu nhưng ảnh hưởng củ mang đến độ a

nh t ớ được tìm hiểu khá khiêm tốn Các kết qu công bố còn nhiều mâu thuẫả n

- Các nghiên cứu v ề ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ chủ ếu đượ y c th c hi n ự ệ ở chế độ tĩnh tức là không ở ch ế độ dòng chảy Các khảo sát thực nghiệm cũng giớ ại h n trong ch t lấ ỏng có nồng độ ấ th p < 5% ho c nhiặ ệt độ thấp < 50oC Do đó, các kết

qu ả thu được khó áp dụng vào thực tiễn trong các hệ thống truy n nhiề ệt hay các

ứng dụng liên quan đến s ự thay đổi nhiệt độ ủ c a ch t lấ ỏng

- Các nghiên cứu hi n nay ệ còn nhiều mâu thuẫn và mô hình hoàn thiện chưa thể đạt được do s li u th c nghi m cố ệ ự ệ òn mang tính đơn lẻ, nhi u y u t bị ớ ạề ế ố gi i h n

MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Kiểm soát các yế ố tác động đếu t n cấu trúc, kích thước hạt và từ tính của hạt CoFe2O4 trong quá trình điều ch T ế ừ đó điều ch h t nano coban ferit d ng t ế ạ ạ ừ

mềm và siêu thuậ ừ có tính ứn t ng d ng cao ụ

- Điều ch ế chấ ỏt l ng t coban ferit ừ có độ ền phân tán cao, có tính chấ ừ đáp b t t ứng yêu cầu của các ứng d ng y sinh h c ụ ọ

- Nghiên cứu th c nghiự ệm tính lưu biến c a chủ ất l ng t CoFeỏ ừ 2O4 cả 2 dạng Tác

động c a nủ ồng độ, nhiệt độ, ch t nấ ền mang đến độ nh t c a ch t l ng t T ớ ủ ấ ỏ ừ ừ đó xây dựng mô hình toán mô tả độ nh t c a ch t l ng t coban ferit ớ ủ ấ ỏ ừ

Ổn định phân tán ấch t l ng t coban ferit ỏ ừ theo 2 cách Cách 1: khuấy siêu âm và

s d ng ử ụ chất hđbm TWEEN 20 và PEG 400 Cách 2: b c v polyme PMAA theo ọ ỏphương pháp vi nhũ tương không sử ụ d ng chất hđbm

Nghiên cứu th c nghiự ệm độ nh t c a ch t l ng t CoFeớ ủ ấ ỏ ừ 2O4 c 2 d ng ch t l ng ả ạ ấ ỏ

t mừ ềm và ấch t l ng ỏ siêu thuậ ừn t b ng nhằ ớ ết k quay Haake RV20 khi không có

và có từ trường ngoài thay đổ ừ –i t 0 240 mT Khảo sát các yế ố ề ồng độu t v n , nhiệt độ, ch t nấ ền mang đến độ nh t c a chấ ỏớ ủ t l ng t CoFeừ 2O4

Độ nh t: nh t k quay với chóp nón đường kính 14 mm, góc nghiêng 0,3ớ ớ ế o

K T QUẾ Ả ĐIỀU CH COBAN FERIT Ế

4.1 Điều ch hế ạt nano theo phương pháp 2 bước – có nung

B ng 4.1 ả Điề kiệ u n ph ản ứng trung tâm

mol Me/OH

4.1.1 Ảnh hưởng c a pH ủ

B ảng 2 và 3 3.3 Ảnh hưở ng c ủa pH đến kích thướ c h t ạ

hiện tượng k t t ế ụ các hạ làm kích thướ và hàm phân bố kích thướt c c hạt tăng.Trong kho ng pH t 12,5 ả ừ – 14, h ng s mằ ố ạng tăng nhẹ cùng với tăng kích thước tinh th do hiể ện tượng ion Fe3+ chuyển thành Fe2+ khi pH c a ph n ng hoủ ả ứ ặc nhiệt độ nung cao

Các hạt nano tạo thành có giá trị ừ độ bão hòa t (Ms) thấp hơn so với CoFe2O4 ởthể kh i (~ 80 emu/g) S suy gi m t ố ự ả ừ độ bão hòa này có thể được quy cho s ự

r i lo n tr t t b m t c a spin quay t ố ạ ậ ự ề ặ ủ ừ tính và sự xáo trộn trong cấu trúc spinel Các hạt càng nhỏ thì độ cong c a b mủ ề ặt càng lớn, hi u ng r i loệ ứ ố ạn càng mạnh

và dẫn đế ừ độ bão hòa càng giản t m Kích thướ tăng làm tăng năng lược ng d ịhướng từ Do đó tăng lực kháng từHc

4.1.2 Ảnh hưởng c a nủ ồng độ ion kim lo i [Coạ 2+]

Nồng độ ion [Co2+] tăng từ 0,25 lên 2M trong khi vẫ n gi ữ nguyên tỷ ệ l [Co2+]:[Fe3+] = 1:2; các điều kiện khác giữ nguyên như phả ứng trung tâm.n

B ảng 3.4 Đặc tính củ a h coban ferit ạt khi thay đổ ỷ ệ i t l [Me:OH]

(mol/l)

Tỷ lệ nồng độ [Me]:[OH]

Ms (emu/g)

S nự ồng độ ion Co2+ không tác động lớn đến cấu trúc của tinh th CoFeể 2O4 Khi

nồng độ các ion Co2+tăng lên, dung dịch càng nhanh đạt đến trạng thái quá bão hòa dẫn đến s ự hình thành mộ ố ợt s lư ng lớn các hạt nhân ban đầu làm cho kích thước hạt ngày càng nhỏ Nhưng khi nồng độ ion [Co2+] tăng từ 1 2M, – kích thước c a hủ ạt nano tăng lên Lúc này, ồng độ n ion kim lo i ạ đóng vai trò quantrọng trong vi c tăng sự ế ối các ion trong dung dịch vào quá trình phát triểệ k t n n

m m Ms, Hc c a h t CoFeầ ủ ạ 2O4thay đổi nhất quán vớ kích thưới c h t ạ

4.1.3 Ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ ph n ng ả ứ

B ảng 3.5 Đặc tính củ a h t nano CoFe ạ 2 O 4 thay đổ i theo nhi ệt độ phản ứng

4.1.4 Ảnh hưởng c a nhiủ ệt độ nung

B ảng 3.6 Đặc tính từ thay đổ i theo nhiệ độ t nung

s m ng tinh th ố ạ ể giảm khi nhiệt độ nung tăng đến 600oC sau đó mới tăng trở ạ l i,

khẳng định quá trình Oswald tiế ụp t c xảy ra cho đến 600oC Khi nhiệt độ nung

Hình 3.8 Gi ản đồ phân tích nhiệ t

+ Hi u ng 1- 92,64 ệ ứ oC: bay hơi nước + Hi u ng 2- 346,54 ệ ứ oC: mất nước trong cấu trúc và bắt đầu quá trình kết tinh coban ferit

+ Hi u ng 3- 494,55 ệ ứ oC: do quá trình Oswald, các hạt nano có kích thước nhỏ

b ịphân tách và hướng đến m t cộ ấu hình

tăng từ không nung đến 1000 oC, Ms

và Hc tăng cùng với kích thước h t ạ

Ngoài ra, còn do tăng cường s s p ự ắ

x p s ế ự phân bố ủa các ion Co c 2+ và

Fe3+ nằm ở các vị trí bát diện và tứ

di n dệ ẫn đến việc tăng độ ừ t hóa Khi

tăng tiếp lên 1200 oC, Ms tăng nhưng

Hc gi m t 778 Oe xu ng 174 Oe ả ừ ố

trong khi kích thước vẫn tăng ệHi n

tượng này xảy ra là do hạ ừ ằ ởt t n m

ranh giới kích thước giữa vùng đơn

domain và đa domain

4.2 Điều ch coban ferit ế theo phương pháp 1 bước – không nung

Phương pháp kế ủa 2 bướ cho phép tạ a các hạt t c o r t coban ferit có tính chấ ừt t mềm đặc trưng với kích thước trung bình 11,2 đến 47,2 nm Trong đó, quá trình nung là yếu t quyố ết định làm tăng kích thước Bở ậi v y, việc điều ch hế ạt cobalt

t ừ không nung sẽ ạo ra các hạ ới kích thướ t t v c nh ỏ hơn Tuy nhiên thách thức

l n nhớ ất cho các hạt này để có thể ứ ng d ng trong th c tiụ ự ễn là tính chấ ừt t Do

đó, trong mục này, các yế ốu t quan trọng tác động đến tính chấ ừ ủt t c a v t li u ậ ệnhư nhiệt độ ốc độ, t khuấy được khảo sát, quá trình điều ch ế được th c hi n ự ệ ở

pH 14 và không nung Các thông số ph n ả ứng khác được gi ữ nguyên như thí nghiệm trung tâm ở ục m 4.1

4.2.1 Ảnh hưởng c a tủ ốc độ khu y ấ

Các đỉnh c a ph ủ ổ XRD tương ứng v i ớcác mặt tinh th ể không được sắc nét chứng t ỏ độ ết tinh không cao, hạ k t nano coban ferit tạo thành lẫn nhiều

dạng vô định hình Tốc độ khuấy không ảnh hưởng nhiều đến hình thái

có thể do điều kiện thí nghiệm t c ở ố

độ khuấy tương đối th p ấ

B ảng 8 và 3 3.9 Ảnh hưở ng c a t ủ ốc độ khu ấy đến kích thướ c h t ạ

Tốc độ khuấy càng cao kích thước hạt càng nhỏ và hàm phân bố càng ẹp h do

hiện tượng khuếch tán bất thường của các hạt khi tốc độ khuấy cao làm giảm tốc

độ phát triển của các hạ ẫn đết d n giảm kích thước hạt Ngoài ra, tốc độ khu y ấcàng cao, phả ứn ng thủy phân càng nhanh và do đó tốc độ ạ t o m m c a ti n chầ ủ ề ất

23.4 37.4 56.4 53.6 53.8 54.4

418 521 629

686 778

174 12.4 12.6 15.8

19.1

39.7 47.2

0 20 40 60

0 200 400 600 800 1000

Ko nung 400 600 800 1000 1200

được tăng lên Giá trị ủa độ bão hòa từ Ms và lực kháng từ ảm đồ c gi ng b ộ cùng

v i s ớ ự giảm kích thước c a h t nano coban ferit ủ ạ

ở vị trí A Nhiệt độ càng cao thì chỗ trống càng được lấp đầy H ng s m ng tinh ằ ố ạthể tăng từ 8,36 lên 8,41 cùng với s ự tăng nhiệt độ ừ t 30 80 – oC

Đường kính trung bình tăng từ 5,7 đến 10,7 nm khi nhiệt độ tăng từ 30 80 – oC

do khi nhiệt độ tăng lên độ hòa tan của các tiền chất tăng, dẫn đến giảm độ quá bão hòa Ngoài ra, sự phát triển kích thước c a hủ ạt cũng được thúc đẩy khi nhiệt

độ tăng nhờ ự gia tăng hệ ố s s khuếch tán Các mẫ u S1 (300C) và S2 (400C) có tính chất siêu thuậ ừ ớ ực kháng từn t v i l Hc b ng ho c x p x 0 vằ ặ ấ ỉ ới giá trị Ms tương ứng 22,5 và 25,4 emu/g Nhiệt độ trên 40 0C, các m u bẫ ắt đầu th ể hiện đặc tính từ m m về ới giá trị Hc trong kho ng 65,8 ả – 205,7 Oe và giá trị ừ độ t bão hòa

tăng dần g n v i t ầ ớ ừ độ bão hòa của CoFe2O4 thể kh i (m u M5 80ố ẫ – 0C) T ừ

độ bão hòa của hạt siêu thuận t ừCoFe2O4 t ng hổ ợp được trong luận án này khá cao so với các công trình nghiên

c u v ứ ề siêu thuậ ừ trước đây Nguyên n t

nhân có thể do h t k t tạ ế ủa có độ tinh khiết cao Ngoài ra, hàm phân bố kích thướ ộc r ng trong kho ng 2-ả 10 nm làm tăng từ hóa do tổng t ừ hóa bị chi ph i ố

bởi các hạ ớn hơn khi hàm phân ốt l b

l ch ph i ệ ả

-60 -40 -20 0 20 40 60

-0.5 0.0 0.5

Hình 3.16 Ảnh TEM và hàm phân bố kích thướ c c a CoFe ủ 2 O 4 được điề u ch ế ở 40 0 C

4.3 Tóm tắ ết k t qu ả

B ảng 3.7 B ảng ổ t ng h p k t qu ợ ế ả quá trình điề u ch ế 2 bướ c

B ảng 3.12 B ảng ổ t ng h p k t qu ợ ế ả quá trình điề u ch ế 1 bướ c

- V cề ấu trúc: ế K t qu ả thực nghiệm cho phép điều ch ế các hạt CoFe2O4 v i cớ ấu trúc spinel nghịch hoàn toàn không lẫ ạn t p ch t ấ ở pH ≥ 11,1 ỷ ệ phân bố ủT l c a ion kim lo i Coạ +2/Fe+3có thể ểm soát nhờ quá trình xử lý nhiệ ki t bao g m nhiồ ệt

độ ph n ng, sả ứ ấy và nung Nhiệt độ càng cao, cấu trúc càng hoàn thiện, Co+2,

Fe2+ s p xắ ếp đúng vị trí theo đúng tỷ ệ l ph n mol ch t ph n ầ ấ ả ứng ban đầu

- V ề kích thước và phân bố kích thướ Các hạc: t CoFe2O4 với kích thước thay đổi

t 5,7 47,ừ – 2 nm đã được khảo sát Các hạt có dạng hình cầu, đơn tinh thể ới vhàm phân bố ạ d ng log-normal có độ ộ r ng trong kho ng 0,25 0,ả – 31 nm Kích thước h t chạ ịu tác động m nh c a pH, nạ ủ ồng độ ion kim lo i, nhiạ ệt độ và tốc độkhuấy Đường kính trung bình của hạt tăng cùng với tăng pH, tăng nhiệt độ và

gi m nả ồng độ ion, tốc độ khuấy Đặc bi t, nhiệ ệt độ và thời gian nung khiến kích thước hạt tăng lên đáng kể S biự ến đổi của kích thước hạt nguyên nhân chủ ế y u

0 5 10 15 20 25 30

do quá trình tạo m m, pầ hát triển mầm và cơ chế Oswald Ngoài ra, kích thước cũng có thể ị thay đổ b i do vi c thi u h t cation trong cệ ế ụ ấu trúc mạng tinh th ể

- V ề đặc tính từ: Tính chấ ừt t v t liậ ệu được điều khiển thông qua cấu trúc và kích thước Với kích thước khảo sát 5,8 – 47,2 nm, các hạt nano CoFe2O4 có tính chất thay đổi t dừ ạng ừ ềm sang siêu thuận t L t m ừ ực kháng từ thay đổi t 0 ừ – 881Oe

Độ bão hòa từ thay đổi t ,5 66,1emu/g (r t g n vừ 22 – ấ ầ ới độ bão hòa từ kh ối)Các kết qu ch ra gi i hả ỉ ớ ạn kích thước miền đơn domain là 43 nm và giớ ại h n siêu thuậ ừ là 6 ± 2 nm n t

Đặc bi t, v t li u CoFeệ ậ ệ 2O4 được điều ch nhiế ở ệt độ phòng đạt đượ ừ độ bão c t hòa 22 5 emu/g Giá trị này cao hơn đáng kể, so với các công trình tương tự

- V kh ề ả năng ứng d ng: K t qu ụ ế ả nghiên cứu cho phép điều khiển quá trình phản ứng để tạo ra các vật li u tệ ừ mềm đặc trưng với độ bão hòa từ đạ t tới 66,1 emu/g

và Hc = 881 Oe, có hi u qu ệ ả trong các ứng d ng k thuụ ỹ ật và y sinh như nam châm điện, ghi đĩa từ, truy n nhi t, cề ệ ảm bi n sinh hế ọc, tăng thân nhiệ ụt c c bộ,…Các hạt siêu thuậ ừ ới kích thướ ấn t v c r t nh ỏ 6 nm, độ bão hòa từ 22,5 emu/g thích hợp với các ứng dụng y sinh như MRI, d n truy n thuẫ ề ốc,…

KẾT QUẢ ĐIỀU CHẾ VÀ ỔN ĐỊNH PHÂN TÁN CHẤT LỎNG TỪ COBAN FERIT

5.1 Đặc tính của coban ferit trong nghiên cứu điều ch và ổn định phân tán ế

5.2.1 Ảnh hưởng c a th i gian khuủ ờ ấy siêu âm đến độ ề phân tán b n

L c khuự ấy siêu âm giúp các ạt ừ phân tán tố trong nướ Kích thước ạt h t t c hCoFe2O4 trong ch t l ng t M1 sau khi khuấ ỏ ừ ấy siêu âm (= 13 5nm) có kích thướ, c

x p x ấ ỉ kích thước tính được qua XRD (= 11,2nm) và kích thước đo TEM (= 10,7nm) Điều này chứng t sau khi khuỏ ấy siêu âm 150 phút, chấ ỏt l ng t ừ đạt được trạng thái đơn phân tán Với M2, sau khi khuấy 210 phút, kích thước trung bình của h t ạ là 7,9 nm, ầ g n b ng vằ ới kích thước tinh th ể tính qua phổ XRD (= 6,5 nm) kích thước trung bình đo bằng TEM (5,7 nm)

5.2.2 Độ ền phân tán củ b a ch t l ng t ấ ỏ ừ (không sử ụ d ng chất hđbm)

Các hệ phân tán đ ềi u ch m c 5.2.1 (sau khi khuế ở ụ ấy siêu âm 150 phút, không

s d ng chử ụ ất hđbm) được lưu trữ ở nhiệt độ phòng, trong các ống nghiệm đường