Luận Án tiến sĩ nghiên cứu Ổn Định phân tán và tính chất lưu biến của chất lỏng từ coban ferit

109 Ung sual dar héi được ước lính từ đồ thị ứng suất — tốc độ trượt 13 Hộ số mô hình lý thuyét mé tá độ nhớt cúa chất lóng coban ferit không có Hệ số mô hình lý thuyết mô Iâ độ nhớt

BO GIAO DUC VA DAO TAO TRUONG DAL NOC BACH KHOA HA NOL

Tương Hồng Quyên

NGIIÊN CCU ON DINIT PIIAN TAN

VA TINH CHAT LUU BIEN CUA CHAT LONG TU

COBAN FERIT

LUAN AN TLEN SIKY THUAT HOA HOC

Là Hội — 2021

RO GIAO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRUONG DAT HOC BACH KHDA HA NOT

Dương Hồng Quyên

NGHIEN CUU ON DINH PHAN TAN

VA TINH CHAT LUU BIEN CUA CHAT LONG TY

COBAN FERIT

Ngành: Kỹ thuật [Téa hoc

Mã số: 9520301

LUẬN ÁN TIỀN SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KIIOA HỌC:

1 PG§.TS Hoàng Thị Kiêu Nguyên

2 T§ Trần Vân Anh

LOT CAM GN

Đổ hoàn thành cuốn luận án này, tôi đã được sự giúp đỡ, chia sé của rất nhiều

THƯỜI Trước tiên, | lỏi xi tổ lòng kính trọng và biết ơn sâu she tới người thầy dã trực

Tôi xin cảm ơn aự giúp đỡ của Khoa Hóa — Trường Đại học Khoa học Tự nhiên

TH nội, Viện IIản lâm Khoa học Việt Nam, Viện Vệ sinh dịch tê TW, Viện tiên tiến khoa học và công nghệ AIST Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Kỹ thuật Hỏa học — Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Tôi xím chân thành cẩm ơn sự giúp đỡ to lớn về mặt kinh phí từ nguồn kinh phi

đào tạo nghiên cứu sinh của Trường Dại học Bách Khoa Hà Nội

Tôi xin cảm ơn Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTHD)

đã hỗ trợ tải chính cho các nghiên cứu của luận án trong khuôn khổ dễ tài số 103.06 -2017.42

Cuối củng, tôi xm bày tô lòng tiết ơn lớt những người thả

bén canh, chia sé, động viên, khuyên khich tôi là

Thời giản qua

trong gia định đã luôn

ng lực đễ tôi phân đầu trong suốt

LOLCAM DOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiền cứu của riêng tối, đưới sự

tướng đẫn của PGS.TS Hoảng Thị Kiểu Nguyễn và TS Trần Vân Anh Các số liệu, kết quả sử dựng trong luận án được trích dẫn từ các bài báo đã được sự đồng ý của các đồng tác giả Các số liêu, kết quá này lá trung thục và chưa từng được ai công bố trong bất kỹ công trình nảo khác

Người hướng dẫn khoa học 1 Người hướng dan khoa học 2 “Tác giả luận án

PGS.TS Hoang Thi Kiên Nguyên TS Tran Van Anh Dương Hồng Quyên

Trang 2

1, TONG QUAN VE VAT LIEU TY VA TINA LUU BIEN CUA CHAT

LONG TỪ COBAN FERIT

11 Vatligu ta

1.2 Vat ligu coban ferit ¬.- -

1.3.1 Phương pháp phân tán bạt nano trong chất mang dạng lớng 2⁄4 1.3.2 Phương pháp ồn định phân tán [37]

14 Tinhhìnhnghiên cứu

1.4.1 Kiểm soát tính chất từ của hạt coban ferit

1.4.2 Diều chế và ổn định phân tán chất lõng từ coban ferit 30 1.4.3 Tính chất hư biển của chất lông từ

2 THỰC NGHIÊM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1 Điền chế coban ferit bằng, phương phápk kết tủa - Al 2.2.2 Điều chế và én định phân tán chất lõng từ - 43

2.2.3 Nghiên cứu thực nghiệm độ nhót của chất lông từ 45

Trang 3

2.3 Phương pháp phân tích đánh giá kết quả - 45

2.3.1 Phân tích đặc trưng hại từ và chất lông từ - 45

2.32 Độnhớt

3 DIEU CHE HAT NANO TỪ COBAN FERIT,

3.1 Điểu chế hạt nano theo phương pháp 2bước có nung, 49

3.11 Ảnh hưởng củapll ì cv 3.12 Ảnh hưởng củanêng đồ ion kim loại [Co?'] 52

3.13 Ảnh hưởng củanhi

3.1.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung

3.2 Điều chế coban ferit theo phương pháp 1 bước

3.2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng - - 6

3.3 Tom tat két qua

4 DIU Cut VAON ĐỊNH PUAN ‘TAN CHAT LÔNG TỪ COBAN EERIT

4.3.2 Ôn định phần tán bằng lop v6 boc polyme ¬

44 Ánh hưởng của chit én định phân tán đến tính chất từ của vật liệu 8

5_ NGHIÊN CỨU TINH CHAT LUUE BIỂN CUA CHAT LONG TU COB,

5.1 Đặo tính của Coban ferit trong nghiên cứu lưu biến - 84

5.2 Tỉnh chất lưu biến của chất lỏng từ cobalt fexriL - - 84

5.2.1 Chấtlỏng từ với các hạt từ mềm MI ceceeeeoeoeoe 8V

5.2.2 Chất lõng từ với các hạt siêu thuận từ M2 ¬— ˆ

53 Ánh hưởng của nàng độ hạt rắn đền độ nhét chi lồng t từ 22 53.1 ChấtlôngtừMI - - 93

5.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 104

"Trang 4

46.1 Độ nhót không có từ trường ngoài - 12

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH DÄ CÔNG BÓ CỦA LUẬN ÁN 12020

Trang $

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU

DLS Ky thuat tan xa anh sing déng

IF T1@ chat lỏng từ:

TTIR Phé héng ngoại biển đãi Fourier

TWHM Chiều rộng ở nửa cực đại hàm phân bồ kích thước

HĐBM Hoạt động bé mặt

MVH Hiệu ửng nhớt từ

PHG 400 — Polyethyleneglycol400

PMAA Poly methaacrylic axit

TEM Phương pháp chụp hiển vì diện lử truyền qua

TGA Phương pháp phân tích nhiệt trọng luợng

TWEEN 20 Polysorbate 20

UV - VIS Thương pháp đo quang phố tử ngoại kh kiến

VSM Thương pháp từ kề raẫu rung

XRD Phương pháp nhiều xạ tia XÃ

Trang 6

Hình 1.1

Hình 1.2

Hìmh 1.3

Hình 1.4

1Hình 1.5

Hình 1.6

Tlinh 1.7

Tinh 1.8

Hình 1.9

Hình 1.10

Hình 1.11

Hình 1.12

Tlinh 1.13

Tlinh 1.14

Hinh 2.1

Hinh 2.2

Tlinh 2.3

Hinh 3.1

Tinh 3.2

Hinh 3.3

Linh 3.4

Hinh 3.5

DANH MUC CAC HINH

4) Momen từ của nguyên tử nghịch từ trong từ trường ngoài cơng từ hỏa của vật liệu nghịch từ

a) Sự hẳn loạn của các momen từ trong chất thuận từ khi không có từ trường; b) Đường cong từ hỏa của vật liệu thuận từ; c)Sự phụ thuộc của 1/X, nhiệt độ - - 17

a) Sắp xÊn các nơmen từ trong vật liệu sắt từ khi nhiệt độ; b) Supa nhiệt độ của từ độ bão và 1% của chật sắt từ VW a) Sắp xếp các memen từ trong vật liệu phán sắt từ khi nhiệt độ T < To; b} Sự phụ thuộc nhiệt độ của từ độ bão hỏa và 1/X ở chất sắt từ 17

a) Sắp xếp các mornen tử trong vật liệu ferrite từ khi nhiệt độ T-c[e; b) Sự phụ thuộc nhiệt độ của lừ độ bão hòa Ï¿ và 1/2 của vài Hệu Ít i

Đường cong từ hóa cơ bản và đường từ trổ © mang co sé cia eoban ferit []

Cầu trúc spin eta coban ferit trong spinel nghich dao tb ] 21 Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano trong dung dich [36] 23 Phan loai chal bong tt 33 Sơ dỗ quy trình điều chế chất lông nano 2 bước

Cơ chế phân tách hạt bằng siêu âm

Mi quan hệ giữa kích thước hạt và tỉnh cỉ của chất lỏng từ

Câu trúc tập hợp các hạt từ đưới tác động của từ trường ngoài [R8] 33

Sơ đô quá trình diều chế - - 42

"Thiết bì khuẩy siêu âm á seeeeeerrerrr.đ9 Tê thông đo độ nhót non n2 re cerrecee —- Thế XRD của hạt nano cohan ferit được điển chế ở các giá trị pH khác nhau (Mẫu PI- pH1l;P2 pH12,5,P3 pHI13,5;P4 pH14) 50

Ảnh TIM và hàm phân bồ kích thước hạt của mẫu coban ferit đặc trung được điều chế thay đối pH (Mẫu P3- pH 13.5) - 30 Đường cong từ tỉnh của coban ferit điều chế thay đổi pH ð] Phổ XRD của hạt Colte;Ox đặc trưng trong khảo sát thay: đổi nẵng độ co (mau C4—[Co™} 2M) - 33 Mỗi liên hệ giữa kích thước tính thể, từ dô bão bỏa và lực kháng từ của mâu ocban ferit khi nẻng độ Co?'thay đối tir 0,25 — 2M - 33

Trang 7

Hình 3.6

Hình 3.7

Hình 3.8

Linh 3.9

Hình 3.10

Hình 3.11

Tlinh 3.12

Hinh 3.13

Hinh 3.14

Hinh 3.15

Hinh 3.16

Tlinh 3.17

Tlinh 3.18

Hình 3.19

Hình 4.1

inh 4.2

Tlinh 4.3

Hinh 4.4

Hình 45

Hình 4.6

Linh 4.7

Tlinh 4.8

Hinh 4.9

Tlinh 4.10

Tlinh 4.11

Phé XRD của mẫu phụ thuộc vào nhiệt độ phẩu ứng, 34

Ms, He như một hàm của kích thước khi nhiệt dộ thay dỗi .35

Giản đỗ phân tích nhiệt 1GA của hạt coban ferit sen TỔ Gián đỏ nhiễu xạ tia X khi thay đổi nhiệt độ nưng, Š7 Anh TEM và hảm phân bổ kích thước của mẫu không mg, Mt ) 58

Biểu đồ mỗi tương quan giữa kích thước tỉnh thể vá Ms, He của hạt coban ferit được điều chế ở nhiệt độ nung khảe nhau — SB đồ nhiễu xạ tỉa X của hạt CoFie:Ox đặc trung trong khảo sát tốc độ (Mẫu K2 - 400 vòng/phút) «se 60 Anh ‘TEM hạt nano coban ferit dược diệu chế ở tóc dộ lo khuấy khác nhau (từ trên xuống: 400 v/p; 650 víp; 750v/p) - - 61

Phổ XRD của mẫu tổng hợp ở điều kiện nhiệt độ khác nhau (từ trên xuống 30°C, 40°C, 50°C, 60°C, 80°C) 3

Phổ ET —IR cửa mẫu được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau 64

Gi

Aub TEM va hat phân bố kích (hước của hạt CoEozOx được điều chế tai các nhiệt độ khảo nhau ( từ trên xuống 30%, 10°C, 50°C, 60°C, 80°C) 66 Tường cong tù tính của hạt nano coban ferit được tổng hợp tại các điều kiện nhiệt dộ khác nhau se Tưởng cong từ tỉnh của các hạt nano coban ferit siêu thuận từ được tổng, hợp ở nhiệt độ 3Ô °Ơ _ - - - Sĩ ‘Ms, He thay đôi như lả 1 hảm của nhiệt dộ phản ứng, 68

Giản đỗ phân tích nhiệt 1GA của mẫu chất lông, tử M1 71

Giản đỗ phân tích nhiệt TGA của mẫu chất lông từ M2 72

Phé hap thụ UV - Vỉs của chất lỏng MI ở các thời gian lưu trữ 74

Phổ hấp thụ UV - Vĩs của chất lỏng M2 ở các thời gian lưu trữ 74 Phố UV -Vis của chất lông có TWPEN 294 ở các thời gian lưu trữ Tố Phổ UV- Vis của chất láng có PHG 3% ở thời gian lưu trữ khác nhau 76

Mức độ sa lắng theo thời gian của chất lông từ ổn định bằng ?ween2078 Mức độ sa lắng theo thời gian của chất lỏng từ én định bằng PIG-100 78

Thổ FTTR của hại coban ferit không bọc (Mừng trên) và có bọc PMAA (dường tịnh tiên xuống 2094) Ảnh TIM mẫu hạt từ bọc PMAA 30

Phố hập thụ UV - Vis của chất lòng MỊ bọc PMAA ở thời gian lưu trữ Wide Mba wo cọ nhưng „81

Trang 8

Mức độ sa lắng của các bại từ MỊ được bọc lớp vô polyme PMAA 81

So sanh mac d6 on dinh phan tan ctia Tween 2%, PEG 3% và lớp vó PMAA - - 82

Đường cong từ hóa vila các hại từ có lớp vỏ khác nữưu - 83

TỨng suải trượi thay đổi theo tốc độ rượi ở gác lừ pường tipoài khắc nhan

Giãn đỗ phân tích nhiệt TGA của mẫu M1 điển hình (Mẫu 1.3) 92

Đô nhớt thay déi theo toc dé tuct @ cdc néng do hat (Mau ML)

Đô nhớt thay đối theo nàng độ hat em Không có từ trường ngoài; b — từ

Độ nhớt thay đổi như là L hàm của từ trường ở oác nông độ khác nhau 97

Độ nhớt thay đổi theo Lừ trường ö nông độ Khách đen Tốc độ trượi 21,5

Đô nhớt thay déi theo ndng độ ở các lốc độ trượt khác nhau (a - Mông có

Độ nhát thay đổi theo nẵng độ hạt ở các cường độ từ trường khác nhau

Dé nhớt thay đổi theo từ trường ở các nổng độ hạt khác nhau

(Tốc độ trượi 21.5 s1: b— tắc độ trượt 60 s^), 103

MVE thay déi theo từ trường ngoài ở nông độ khác nhau (Tóc độ trượt 60

#!)a- MI, b- M2 104

TỨng suất trượt thay đổi như là tốc độ trượt ở các rhiệt độ khác

Độ nhát thay đổi như là hàm của tốc độ trượt ở các nhiệt độ khác nhau

Độ nhớt thay đổi như là hàm của nhiệt độ ở nỗng độ khác nhau

T.ogarit độ nhới thay đối theo nghịch đảo nhiệt độ 7 - 108

Độ nhớt thay đổi theo tốc độ trượt ở các nông độ TWEEN 20 khảu nhau

Độ nhớt thay đổi theo lốc đệ trượi ở các nông độ PRG khác nhan

Độ nhét thay đổi theo tốc độ trượt ở các từ trường ngoài khảo nhau

(Mẫn MI.7 5% Coban ferit va 2% TWHEN20) ill

“Nhiệt độ Curie của một số chất co "—

_Dị hướng từ của một số oxit tử [1] .19

TĐặo tính của hại coban [erit khi thay đối tý lệ [Me:OH] 33

Đặc tính của hại nano CoFesÖx thay đối theo nhiệt độ phần (ự

Dặc tỉnh của hạt nano ColtezOx thay đổi theo nhiệt độ nung

Bang tổng hợp kết quả quá trình điều chế 2 bước

Ảnh hưởng của tốc độ khuẩy đến kích thước hạt

Điều kiện tổng hợp, kích thước hạt tính chất từ hạt nano eoban foriL 64

Phin bé cation kim loại trong câu trúc tình thẻ coban ferit 6Š Bang tổng hợp kết quả quá trình điều chế 2 bước —-

Điều kiện tổng hợp, kích thước hại và tính chất từ của hạt cobam [erit 72

Kích thước hại, độ phân tán phụ thuộc vào thời gian khuấy (Mẫu M1) 73 Kích thước hại, dộ phân tán phụ thuộc vào thời gian khuây (Mẫu M2) 73

_Dộ hấp thụ mức độ sa lắng theo thời gian lưu trữ (không chất LIDI3M) 75 Ảnh hưởng nông độ chất IIDIM đến độ hấp thụ và mức độ sa lắng 77 Ảnh hưởng của lớp vỏ polyme đến độ hấp thụ và mức độ sa lắng 80

Độ từ bão hòa và lực kháng từ của pác lạt từ có lớp vỗ kháu nhau, 82

Nẵng độ coban ferit trong các mẫu chất ong từ khảo sát „93

TỨng suất trượt và đồ nhớt thay đổi theo tốc độ trượt và từ trường ngoài

Ứng suất trượt và độ nhớt thay dỗi theo tốc độ trượt và từ trường ngoài

Độ nhớt thay đi ¡ heo ghiệt độ ở cáo nẵng độ Ác nhan 106

Các đặc trưng của hệ chất lỏng khảo sát _ 108

Đô nhới thay đổi théo Lộc độ Irượt ở các nỗng độ chải HĐBM 109

Ung sual dar héi được ước lính từ đồ thị ứng suất — tốc độ trượt 13

Hộ số mô hình lý thuyét mé tá độ nhớt cúa chất lóng coban ferit không có

Hệ số mô hình lý thuyết mô Iâ độ nhớt của chất lỏng coban feriL có từ:

TỪng suất đàn hồi của các mẫu được tróc tính từ đồ thị ứng suất — tốc độ trượt (Lừ trường H = 100 mT) 116

23, Kết quá tóm tắt mỗi liên hệ giữa độ nhớt vẻ các yếu tế kèm theo so sánh

với chất lởng từ oxit sắt - - - - 118

Trang 12

MỞ ĐẦU

Các hạt nano từ tính và chật lỏng từ tương ứng là vật liệu chức năng có ứng dụng,

to lớn trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và y sinh Chất lông này có hiệu quả sử dụng,

cao nhờ các tính chất và hành vỉ của nó có thể được điều khiển bằng từ trường ngoài

Có thể kê ra những ứng dụng quan trọng của chất lỏng, từ liên quan dễn tính chất cỏ

một không hai của chúng, Đỏ là keo đán động (nơi chất lòng từ được dùng đề ngăn cách thiết bị với môi trường xung quanh), là chất tán nhiệt (vi du ớ trong loa, chất Tổng từ dùng dễ giảm nh nhiều), là chất làn âm nhót đễ giảm những công hướng không mong muốn, lả chất đẫn thuốc, là chất làm tăng nhiệt eue bộ đề điều trị ung

thư và chụp ảnh cộng hương từ

Đặc tính thông minh của chất lõng từ được bắt đầu nghiên cửu tử những năm 90 của thế kỹ trước nhưng dén néim 2002, khi chất lông từ bắt dẫu xuất biên trên thị trường thương mại thì các nghiên cứu trong lĩnh vực này mới được thúc đầy mạnh

mẽ, Đây lá lĩnh vực lrứa hẹn cho nhiều ứng dụng tiên tiến và lẻ thứ thách không nhỏ cho các nghiên cứu cơ bãn Rất nhiều r ủa công đồng khoa học đã lập trưng vào đây nhưng dễ dạt được một hiểu biết toàn điện về đặc tính này vẫn còn nhiều vấn

để cản làm sáng tổ

Chat lỏng từ thường có ba thành phẩm: hạt từ, chất mang dạng lỏng và chất hoạt đông bề mặt Chât lượng của mỗi thành phản sẽ quyết định hành vị của chất lỏng từ

Trong, £ bạt từ, coban [erit (với công thức hỏa học CoFcaOx) là chất có rất nhiều tu điếm như có từ hóa bão hỏa vừa phải, độ cưỡng bứo cao, cách điện với tấn thất dòng diện thắp, hằng số dị hướng tử cao, nhiệt dé Curie Te cao va dn dinh hoa

hoc Tính chất điện, điện từ, nhiệt của coban ferit liên quan rất nhiều đến cầu trúc,

kích thước hạt, Ổ thể khối, Col'e;Oa mang tính chất từ củng, khi kích thước giảm xuống cỡ nano, nỗ mang tỉnh từ mềm và khi kích thước nhỏ hơn kích thước tới hạn

từ mềm, CoEesC mang tinh chất siêu thuận từ Với các tinh chất cơ lý đặc biệt, coban feri có tiểm năng ứng dụng rộng lớn trơng y học nano như tăng thân thiệt, chụp cộng

thưởng tr cũng như trong ứng đựng về kỹ thuật ru làm cảm biến sensor nhiệt, các

thiết bị lưu trữ hay như được ứng dụng lắm xúc tác trong các phản ứng hóa học

Chất mang dạng lóng được chia lam 2 loại: chất mang, gốc dâu va chất mang gắc nước Chất mang gốc nước hiện nay thư hdl được rửuễu rối quan tâm của các nhà

nghiên cứu đo không độc tính nên oó khả năng ứng dụng trong y sinh Tuy nhiên, với

độ nhớt thấp nên khi chế tạo chất lông từ góc nước, chúng dẻ bị keo tụ và sa lắng Chất hoạt động bẻ mặt (TIDM) không đội

đích bao quanh các hạt từ, giảm độc linh

này tập hợp với nhan gây mat én định phân tán

CHất lông từ là một họ gồm nhiều loại nhưng bầu hết các chất lông từ thương Trại

có thể xếp vào 2 nhóm là chất lỏng hu bién tir (Magnetorheological fluids — MR) va dụng địch từ (FerrolTuids-FFs) MB là hệ phân tán các hại vật liệu từ có kieh thước xnieromet trong mỏi trường lỏng Thông thường các hệ có kích thước hạt trung bình lớn hơn 40 nm được xếp vào nhóm ME FF là hệ phân tán của các hạt từ có kích

tính thưởng được thêm vào nhằm mục

ác hại từ, đẳng Ihời ngăn côn gác hại

Trang 13

thước nanomet trong các môi trường phân cực hoặc không phân cực Hệ FF lý tưởng,

bao gồm cáo hạt đơn phân tán cỏ lcich thước trong khoảng 5 — L5 nm

Trong nhiều nữm qua các nghiên cũu lưu biến lập trung vào hệ Mĩ với hiệu ứng,

nhót từ (magnetoviscous effect - MVI) Với hệ FT, hậu hết các công trình trong lĩnh vục này khảo sát hệ FE lý tưởng, tức là hệ bao gồm các lạt từ có kích thước nhỗ hơn

10 nm được phân tán tốt trong môi trường nước 1rong hệ lý tưởng nay chuyển động Brown dang vai tré chit dao va tác đông của từ trường ngoái chỉ gây ra mức lăng ral

nhỏ của độ nhói Tuy nhiên, trên thựo tẻ các hệ EF là đa phân tán và nông độ hạt rắn

Ja Jon hon nhiều dẫn dến năng lượng tương tác tĩnh diện giữa các hạt vượt quá chuyên

động Brown Khi đó, các hạt tập hợp thành từng đám đưới tác động của lừ trường

ngoài làm tăng đảng kế độ nhớt Do vậy, tính chất ưu biến của hệ TT với nông độ

chat rin cao hiện đang là hướng nghiên cứ thu hút được nhiều sự quan | iam Tuy

nhiên các kết quả thu được chưa đạt được sự đồng thuận cao va con nhiéu yéu tổ chưa

được xem xét, chẳng hạn như tính chất vật liệu, nhiệt độ, chất Tổng nón, Đặc biệt,

các mô hình lý thuyết chua có tính tầng quát, cho phép giải thích được kết quả thực nghiệm Bên cạnh dó, các nghiên cửu về tính lưu biến dang giới bạn trong chất lỏng,

từ oxi sắt làm hạn chế khả nắng phát triển ứng dụng của 1 trong những vật liệu rà:

việt hiện nay là coban ferit

Mục tiêu nghiên cứu

-_ Kiểm soát quá trinh điều chế các hạt nano từ tính coban ferit bằng phương

pháp kết từa hóa học dễ có thể điều khiển cấu trúc, kích thước và tính chải Lừ đáp ứng cáo ứng đụng, đa dạng,

-_ Chế to và én định phân lần chất lỏng từ coban [eriL

-_ Nghiên cứu tính chất lưm biến của chất lỏng từ eoban ferit trong điều kiện

không có và có từ trường ngoài Trên cơ sở kết quả thực nghiệm, phát triển

mô hình lý thuyết

Nội đung nghiên cứn

- _ Tổng hợp các hạt nano coban ferit bằng phương, pháp đỏng kết tủa hóa học

Khảo sát một số yêu tổ chính ánh hướng đến câu trúc, kích thước hạt và tỉnh

chải Lừ Điều chế 2 đạng vật hiệu từ: vật liệu lừ mềm và vật liệu siêu thuận từ

-_ Diễn chế chất lỏng từ ‘coban ferit bằng cách phân tán các hạt từ trong mỗi trường nước Khao sắt ảnh Huông của các chất hoạt dông bể mắt, lớp vỗ bọc polyme bao quanh hạt đến độ ẻn định phân tán của chất lóng từ,

- Khảo sét độ nhớt động (độ nhớt trượt) của chất lông từ coban [eriL đưới tác đụng của từ trường ngoài Quá trình được thực hiện cho 2 hệ chất lỏng từ:

coban ferit t mềm vả siêu thuận từ Ảnh hưỡng của các yêu tổ quan trọng như

nông độ hạt, chất lỏng nên và nhiệt độ cfng được xem xét

- _ Xây dụng mô hình toàn raô á độ nhớt của chất lống từ tạo thành với sự tham

gia của các yếu tổ khảo sát

Trang 14

Y nghĩa khoa hục, thục tiễn của luận án

thực nghiệm cũng như lý thuyết về

ẫn của lĩnh vực nghiên cứu này đến lừ khả

Những năm gân đây các nghiên

Tổng từ phái triển rất mạnh mẽ Sự ip

năng ứng dụng to lớn của chất lỏng từ trong công nghiệp và y sinh cũng rhư những,

van để cơ bản cần được sáng tổ, chẳng bạn như ảnh hưởng của lương tác hạt và tir trường ngoài ú pha trong chất lớng Dặc biệt, hiệu

ứng nhỏi từ (MVE), dược dịnh nghĩa là sự thay đổi của độ nhỏt theo từ trường ngoài, nhận được sự quan tâm rất lớn của các nhả khoa học Trang số cáo vật liệu từ,

magnetite (FexOa} và maghemite (FeOz) dược nghiên cứu rộng rãi nhất do các ung

dụng tuyệt vời của nó trong Tĩnh vực y sinh Tuy nhiên, các vật liệu này còn cỏ những, hạn chế vẻ tính chất từ khi ở kích thước nhỏ và trong môi trường sinh học Coban

ferit được lựa chơn như vật liệu thay thế với các tính chất được nâng cao như độ bão hòa từ, tính đị hướng bử, độ bên hóa học, lực kháng từ,

Coban ferit được biết đến như vật liệu Lừ miểm đặc tr ung voi dé bao hoa tir cao ở

kích thước nano < 10 nm, ColtezOa cũng thể hiện tỉnh chất siêu thuận tử với những

+m điểm thậm chí vượt trội so với FesOx, trong các ứng dụng tăng thân nhiệt hay cộng,

hướng tử Mặc đủ vậy, các nghiên cửu về coban ferit và chất lóng từ liên quan là

tương đối nghèo nàn Các nghiên cứu chủ yếu lập trung vào việc biển tính CoFezOx

bằng cách điều khiến các phương pháp, điều kiện tổng hợp hoặc thay thể ien kim Lo: Cac van dé liên quan dén chuyên dộng của chất lóng từ, trong tác của hạt từ với chất

Tông nến gân nhữ chưa được xem xét khiến cho việc phát triển ứng đụng của chất

lỏng từ coban ferit còn rất hạn chế Chính vi vậy, nghiên cứu của đề tài có ý nghĩa

khoa học va thực tiễn cao Khững kết quả khảo sát thực nghiệm sẽ làm sảng tô các

mé hình lý thuyết, phát triển ứng dụng của vật liệu từ nòi clrung và CoEesQa nỗi riêng

Những đóng góp mới của luận án

- Kiểm soát các điêu kiện phân ứng, điêu chế coban ferit theo từng mục tiêu về cầu trúc, kich thước bạt và tính chất từ để đáp ứng các mục tiêu ứng dựng khác nhau

_— Điều chế ccban ferit siêu thuận từ với từ độ bão hỏa cao bằng phản ủng kết tủa diễn ra ở nhiệt độ < 40 "C

„- Chất lỏng từ CoFFezOx được ốn định phân tân cao băng chất hoạt động bẻ mặt và bằng kỹ thuật tạo lớp võ polyme có khả năng ứng dung cao trong y sinh

- Xáo định tính chất độ nhớt của 2 loại chất lỏng tử eoban ferit (tử mềm và siêu

thuận từ) trong điều kiện có và không có từ trường, Tù đó chỉ mm ảnh hướng của tính

chất từ vật liệu đên tính lưu biến

- Đánh giá ảnh hưởng cũa nông độ hạt, nhiệt độ và chất lông nền đến tính chất lưu

biển của chất lóng từ ColesO 3

- Phát triển mô hình lý thuyết mê tã tính chất la biển của chất lỏng trong điều

kiện có và không có từ trường ngoài

Trang 15

1 TONG QUAN VE VAT LIEU TU VA TINH LU'U BIEN CUA

CHAT LONG TIP COBAN FERIT

1.1 Vật liệu tử

Từ tính là một thuộc tính của vật liệu Nó thê hiện khả năng cộng hưởng với từ

trường ngoài của vật liệu Từ tính ngày nay là một trong những tỉnh chất rất quan

trọng của vật liệu và được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt trong điện,

điện tứ vả y sinh Toàn bộ các vật dạng, thiết bị điện tử đều dùng vật liệu có tính chất

sắt từ Vật liệu cố tĩnh lừ nguyên nhân là do trong nguyên Lữ của chỗt có momont Lit

nguyên tử và moment này khá lớn trong một số vật liệu, khiển cho khả năng hưởng,

ứng với lừ trường ngoài lớn Vật liệu sắt từ thu húi sự chú ý lớn của các nhà khoa lrọc

bằng những khả năng tạo ra từ trường của nó

Tiện tượng tà hóa: Các vật liệu khi được đặt trong tù trường ngoài H bị nhiềm

từ, khi đỏ ta nói rằng vật bị từ hỏa Vẻ bản chất, từ hỏa là quá trình thay déi hướng, cửa momen từ nguyên tũ Trong nguyên tử của các nguyên tô chuyển tiếp như Fe,

Co, NI cô momen từ nguyên tử rất lớn Khi không có tác động của trường ngoài thì

các momen sắp xếp theo mọi hướng làm cho tổng muomen Lừ trong toàn khối vật hiệu bằng không Nhưng khi đặt vật liệu vào trong một từ trường ngoài thi lập tức từ trường

do tac déng lam quay các domain theo hưởng của nó Khả năng phản ứng cúa vật liệu

dưới tác dụng của từ trường ngoài dược đặc trưng bởi đại lượng, dộ cảm tir y Về mat

toán học, độ cảm từ liên hệ với độ từ hóa Mí và từ trưởng ngoài 1T theo phương trình ME=xH Tùy theo độ cảm từ mà vật liệu được chia thành các loại

Vật liệu nghịch từ: là loại vật liệu không có momen từ nguyên tử, độ cảm từ x< 0

(~-10”) Khi đặt vào rừ trường ngoài, trong lòng vật liệu xuất hiện một tử trường

ngược với từ trường ngoài lam giảm từ trường tổng cộng liện tượng nay thể hiện

yêu với lừ trường thông thưởng nhưng ở từ trường cao sẽ thể hiện rõ rệt

Hinh 11) Momen tir cia nguyén tit nghich tit trong tir trudng ngodi: bj Duréng cong tie

hỏa của vật liêu nghịch từ

Vật liệu thuận từ: vật liệu có độ cảm từ 1> O0 nhưng cũng rất nhỏ, cỡ 102 và tỉ lệ

với 1/T Khi chưa có từ trường ngoái các momien từ của các nguyên tử hoặc ion thuận

từ định hướng hỗn loạn, còn khi có lừ trường ngoài chúng sắp xếp sơng song và cùng

hướng với từ trưởng ngoài

Trang 16

Tình 1.2 4) Su hãn laạn của các monien từ trong chất thuận từ khu không có từ trưởng:

h2 Đường cang từ hóa của vật liệu thuận từ, c\Sự phụ thuậc của 1X, nhiệt dé

Vật liệu sắt từ (từ cứng): có độ cảm từ + giá tri rất lớn, cỡ 105 Ö T < TT: (nhiệt độ Curie) tir d6 giam dân, không tuyến tính khi nhiệt độ tăng lên Tại T = T từ độ biến mắt Ó cùng nhiệt độ T > T, gia tri 1⁄4 phụ thuộc tuyển tính vào nhiệt độ Sắt từ là

vật liệu từ tính mạnh, rong chíng luôn lên tại mornen Lự phát, sắp xếp có trật tự ngay

cä khi không có từ trường ngoài

a)

Hinh 1.3 a) Sdp xép cde mơmen từ trong vậi liệu sắt từ khí nhiệt độ, b) Sie pina thuge

nhiệt độ của từ độ bão và 1Ä của chất sắt từ

giống vật liệu thuận

từ, ở vật Hiệu phần sắt từ sự phụ thuộc của 1⁄4 vào nhiệt độ không hoàn toàn tuyến tính và có một điểm uến tại nhiệt độ Tw (nhiệt độ Nell) Khi T < Tw trong wat ligu

tổn tại các momen từ bự phát như sắt từ nhưng, chúng sắp xếp đối song song từng dôi

một Khi T '> Tw sự sắp xếp của các momen từ spin trở nên hỗn loạn trương tự như vật

dlink 1.4, a) Sip xép cde momen wi trong vật liệu phản sắt từ liu nhiệt độ T < To: b) Se

phụ thuộc nhiệt độ của từ độ bữa hòa và 1X ở chất sắt tir

Uậi liệu JerU từ (từ mầm): có đồ từ cảm khá lớn, ân bằng sắt tit Cl Ø9) và cũng

tên tại momen từ tự phát Tuy nhiên cầu trúc tỉnh thể oủa chứng gồm hai phân mạng

nả ở đỏ các mơmen tit spin (do sự tự cạuay của điện tử lạo ra) có giả Irị khác nhau và

sắp xếp phân song song với nhau Do đó từ độ tổng cộng khác không ngay cả khi

Thông có từ trường ngoài tác dụng, trong vùng nhiệt độ T< T: VÌ vậy ferft từ còn

Trang 17

được gọi là phản sắt từ không bù trừ Khi T> T¿ trật tự từ bị phá vỡ, vật liệu trở thành thuận từ

a)

Hinh 1.5 a) Sap xép cic momen tir trong vat liéu ferrite tir khi nhiét dé T<Tc; b) Sw phu

thuộc nhiệt độ của từ độ bão hòa J; và 1⁄X của vật liệu ferrite từ

Từ trễ là hiện tượng bắt thuận nghịch của quá trình từ hóa và đảo từ ở vật liệu sắt

từ Hiện tượng nảy được mô tả bằng đường cong từ trễ Khi từ hỏa vật liệu thi d6 từ

hỏa của nó tăng dần theo một đường cong nhưng khi giảm tử trường thì độ từ hóa

giảm theo một đường cong khác

Hinh 1.6 Đường cong từ hỏa cơ bản và đường từ trễ Trong đó:

- Từ độ bão hòa (Ma)(emu/g_): Đại lượng đặc trưng cho khả năng đạt từ độ cực đại

dưới tác dụng của tử trường lớn Khi đạt trạng thái bão hỏa từ, đường cong từ trẻ cỏ dạng năm ngang

~ Từ dự (Mz) (emu/g): Là giả trị từ độ của vật liêu khi ngắt bỏ từ trường ngoài Có thể

nói tính từ dư biểu hiện khả năng giữ lại từ tính của vật liệu khi ngắt bỏ từ trường

ngoài Từ dư không phải tính chất nội tại của vật liệu mà phụ thuộc nhiều vào hình

dạng, phương từ hỏa, cơ chế từ hỏa

- Tỉ số giữa từ dự và từ độ bão hòa (Mz/M:) được gọi là hệ số chữ nhật của đường,

cong từ trề

~ Lực khang tit (Ho) (Oe): La gia tri tir trường ngoài cân thiết đề triệt tiêu độ từ hóa

- Độ từ thẩm: Đại lượng đặc trưng cho tỉnh thâm của tử trường vào một loại vật liệu

hay nói lên khả năng phản ứng của vật liệu dưới tác dụng của từ trường ngoải

Trang 18

Tiện tượng Lừ trễ là do tương tác giữa các đomain lam ham sir quay eda ching

theo trường ngoài Có nhiều cơ chế của hiện tượng nảy:

- Co ché quay momen tir: 14 cơ chẻ đão từ khi các memen từ ở trạng thải định thưởng sau đó đột ngột đổi chiều quay theo trường ngoài khi từ trường lớn hơn giá trị

dao từ

- Cơ chế hãm dich chuyén vach domain: trong qua trình đão từ các momen có xu

hướng bị quay theo chiều của từ trường đảo từ dẫn đến dịch chuyển vách domain Tuy nhiên nếu có lâm tạp hay sai hông trong mang tình thể thì trên chiều địch chuyển vách đomain, những lỗi nảy hãm sự địch chuyến và tạo ra từ trễ

- Cơ chế hãm sự phát triển mam đảo từ, mâm đảo từ là vùng rất nhỏ hình thành trong quá trình từ hỏa cỏ chiều ngược với toán khôi và có tác dụng như một mâm để

kéo các momơn từ quay theo chiều tù trường đão từ Đây là một nguyên nhân dẫn lới

từ trễ

Nhiệt đô Curie là nhiệt đô tại đó xảy ra sự chuyến pha thuận từ- sắt từ, ký hiệu là

Tc Dưới nhiệt dộ Tc thi vat ligu co tinh sat từ Trên nhiệt độ

tù Sự chuyển pha tại nhúệt độ Te là chuyên pha loại bai, không làm thay ẩ

vật liệu,

Bảng 1.1 Nhiệt độ Curie của một số chất

Chất | Co Te NI FeiO¿ | CoFesOx | CuFe:O¿ | MnBi | MnSb | MgFe-O

DỊ hướng từ tỉnh thể Trong tình thể, momen từ luôn cỏ xu hướng định hướng

theo một phương tru Hiến nào đó lạo nên khả nắng từ hóa khác nhan theo các phương

khác nhau của tình thể, đó là tính đị hướng từ Phương ưu tiên mà quả trình từ hóa

điên ra để nhất gọi là trạc để từ hóa và các phương khác goi là trục khỏ từ hóa Năng

lượng đị hưởng từ tỉnh thể là năng lượng cân thiết dé quay momen tir tric khó sang

trục dễ Hằng số di hướng từ tỉnh thể là các đại lượng đặc trưng chờ các chất sắt từ:

Băng 1.2 Dị hưởng từ của một số oxit từ [TJ

1.2 Vật liệu coban ferit

1.21 Cầu trúc coban ferit

Trong cáo loại vật liệu từ, FesOx vá 7-Ee:O; được nghiên cứu phế biến hơn đo để

ở # dụng hiệu quả trong nhiều phân ứng hữu cơ Tuy nhiền

những vật liệu nảy còn tốn tại nhiều nhược điểm Ví đụ, Fe;O; không bên với môi trưởng axit va oxy hoa, cén y-FexOs khong én dịnh nhiệt [2] Ngược lại, hạt nano

GoFe:Ox có độ ôn đi hóa bọc vượt trội [3] Ngoái ra, coban ri còn có ral hiểu

tu điểm như có từ hỏa bão hỏa vừa phải, lực kháng từ cao, cách điện với tồn that dong điện thập Tình thế CoFezOx có đặc trưng của [erit spinel nghịch,

Trang 19

phương tâm mặt Ferit spinel về mặt hóa học là oxit phức hợp có công thức hỏa học

chung MEe:Ox với M là các ion kim loại chuyên tiếp hỏa trị 2 như: Zn Cd, Cụ, Ni,

Co, Mg hoặc Fe [4] Các ferit spinel có câu trúc tỉnh thể lập phương tâm mặt xếp

chặt bởi các ion oxi, thuộc nhóm Fd3m Hằng số mạng của tỉnh thể (dạng khối) =

8,4Ä [5] Một tế bào mạng của ferit spinel chứa 8 phân tử MEe¿O¿ trong đỏ có 32 ion

oxi tạo nên 64 hốc tử diện (hốc T) vả 32 hốc bat dién (hdc ©)

Tuy vào đặc điểm kích thước ion, câu hình điện tử và năng lượng mang lưới mà

cac cation chiêm các hốc bát diện hay các hóc tứ diện tạo nên các spinel thuận, spinel

trung gian hay spmel nghịch

Trong cầu trúc spinel nghịch lý tưởng, vì cầu hình eleetron của ion Co?* là 3d” với

số phối trí thuận lợi là 6 nên các ion Co** nằm trong các hỏc bát điện (vị trí B) còn ion Fe** phân bô vào cả hóc bát diện và hóc tử diện [4]

Hinh 1.7 Omang co sé ctia coban ferit [6]

Truc [100] la truc đễ bị từ hóa nhất của coban ferit trong toản bộ phạm vi nhiệt độ

[7] Coban ferit thé hién hing s6 di huéng cao (K1) khoảng 2,1-3,9 = 10° ergs/em? 6

thê khỏi va doi với vật liêu nano, nó là khoang 6,5 * 10° ergs/em’ va được tăng lên

khi nhiệt độ giảm [8] Nguồn gốc của tính bắt đẳng hướng từ tỉnh thẻ của coban ferit

là do kết nội L-S (L năng lượng crbilal tổng vả S - năng lượng spin tông) trong

mang tinh thể [9, 10] Cả ion Co?" và ion Fe`* đều góp phân vao tính dị hướng từ tỉnh

nhưng đóng góp chỉnh đến từ các ion Co?* Tính dị hướng từ tỉnh thể của vật liệu

CoFeO; có liên quan chặt chế đến sự phân bỏ các ion tử tinh trong các vị trí tứ diện

và bát diện Vì vậy, bất kỳ thay doi vi tri na trong cau tric 6 mang (bao gồm ca hai

vị trí tứ điện và bát diện) đều dân đến thay đổi các tinh chat từ tính của vật liệu

1.2.2 Tính chất

Coban ferit có các tính chất cơ lý đặc biệt dần đến khả năng ứng dụng rồng lớn trong y học Ở thẻ khỏi, nó là một vật liệu từ cứng, có nhiệt độ Curie cao (S20°C), lực

kháng từ cao (khoảng 4,3 kOe ở nhiệt độ phỏng đổi với hạt đơn domain kích thước

40 mm), từ độ bão hòa vừa phải (khoảng 80 emu/g ở thể khi tại nhiệt độ phỏng) [11]

và hằng số dị hưởng từ cao (2,65.105- 5,1.10% erg/em`) Hơn nữa, nó cho thây sự ồn định hóa học tuyệt vời, độ cứng cơ học, chống mải mỏn, dễ tổng hợp vả cách điện

Coban ferit là một vật liệu sắt từ thẻ hiện vong lap M - H ở nhiệt độ phỏng Tinh

chất từ của CoFezOa phụ thuộc vào sự tương tác giữa các cation (Co?', Fe**) chiêm

‘Trang 20

trong các vị trí lứ điện và các vị trí bát điện Ba loại tương tác có thể có rong CoFe;Ox

lả tương tác A-A, A-H, 13-1, trong đó các vị tri A (ade tir di mộ rà (hốc bát điện)

Những tương tắc này đôi khi xây ra thông qua amion (O#) và dôi khi thông qua tượng táo trực tiếp Trong số các tương tác nảy, tương tác A-B là mạnh nhất vả vẻ bàn chất

no la khiz tu Vi vay, tổng, momen tur bang với chênh lệch giữa các ion của vị trí A và

ation trong vi tri ti didn wa vi int bat điện là

Nhưng sự sắp xếp spin giửa vị trí tứ diện và bát điện là ngược c

13] như trong Hình 1.8 Trong CoFezO4 spin ctia tam ion sắt trong vị trí tứ điện triệt

tiêu với spin của tám ion sắt trong vị trí bát điện Vì vậy, momen từ tổng hợp chỉnh

Ta Long momen tit eda ion coban Khi nd & dang spine! hodn toan nghich dio Momen

từ tống phụ thuộc vào tính đảo ngược của cầu trúc ferrite [14]

Coban ferit được coi là chất bán đâu/chất cách điện và nỏ cỏ diện trở cao với tốn

that dong điện xoáy thân Đây là lợi thể lớn so với các vật liệu sắt từ khác Sự dân

điện trong coban ferit phụ thuộc vào độ linh động và mật độ của các hạt mang điện

và là đo sự trao đổi cleclron giữa Fe?*- Fe" va su chuyên vị trí giữa các lon Co?!/C©?" trong các vị trí bát diện

1.2.3 Ứng dụng coban ferit

Ung dung của vật liệu [erit từ dã dược phát triển rất lâu đời nhưng đa phân dua

trên vật liệu oxit sắt từ với cách thức điều chế đơn giản, để tạa dang siéu thuận từ

‘uy nhiên, những nhược điểm của vật liệu sắt từ như tính không ồn nhiệt và không

bền hóa học đã lạo giỏi hạn của ímg dụng Với những đặc tỉnh ưu việt, CdFezOx là

ting otf vién sang giá thay thể cho sắt từ trong những ứng dụng y sinh, điện tử Dặc

biệt, không giống với các vật liệu forit khác, CoFezOx có những ưu điểm nỗi bật ở các

2 đạng vật liệu là từ mềm và siêu thuận từ

1.2.3.1 Ứng dụng y sinh H1]

Coban ferit được coi là ứng cử viên cạnh: tranh trong các ứng dung y sinh vì các

tính chất ưu việt về vật lý, hóa học và từ tính phù hợp Đề có thể ứng đụng trong y

sinh, thông thường các hạt nano từ tính phái cỏ kích thước bạt < 100m; và có tỉnh

chất từ Ms > 20 emwg Trong ứng dung công hưởng từ MIRI, các hạt nano coban ferit siêu thuận tử, kích thước nhỏ, dị hướng từ cao, độ từ hóa cao cung cấp độ tương phản

tối, cho phép sử dụng lõi hạt nhỏ ma không làm giâm độ nhạy của thiết bị [15, 16]

Trang 2L

Các hạt coban [ssit có tốc độ hấp phụ riêng, phan (SAR - specific absorption rale) lon

(~ 396Wigre), dị hướng từ lớn, có thể làm nông cục bộ cáo mô đích hoặc tế bao ung thư rồi tiêu diệt chúng bằng v khiển lừ trường ngoài và tấn số |17, 181 Coban

‡erit ở đạng siêu thuận từ, có bê mặt được chức năng hóa bởi cdc polymer hữu cơ và

kim loại võ cơ hoặc oxit, dễ dàng gắn các phân tử hoạt tỉnh sinh học khác nhau và

nhờ vào việc điều khiến từ trường ngoài để phân phối thuốc đến đúng vị trí có bệnh

trong cơ thể trong phương pháp điều trị dẫn truyền thuốc nhắm rnục tiêu [19], ngoải

ra với kích thước hạt từ nhỏ, coban ferit đễ đàng qua mắt hệ thống miễn địch nên

thười gian lưu trong máu lâu hơn Ngoài những ứng dụng trong y sinh trén, coban

forit cũng được sử dụng nhiều trong Tĩnh vực cảm biến sinh học như công tắc hỏi gin

từ, cảm biến điện trở từ, hỏi giản hạt từ tinh [20]

1.2.3.2 Ứng dụng trong công nghiệp

_ Coban ferit, vat liệu từ có hệ số từ dư cao nhất trong các vật liệu oxit từ, tỉnh bat

đẳng hướng, tính chất hóa học tốt, khẳng có dòng điện xoáy khí điện trở suất cao nhật của oxit, chồng ăn món cao và chỉ phí hiệu quả, hứa họn là vật liệu cho cáo cám biên

mormen xoắn không liếp xúc, cảm biến mg sual Lit, car biến ứng suất những [21

hang số th hướng tỉnh thẻ bậc rí dắt dương km, làm cho nó trở hành một ứng cũ viên

đầy hứa hẹn cho cáo thiết bị ghỉ quang tử tính, nam châm vĩnh cửu [23] Coban ferit với địc tỉnh từ cứng, lực kháng từ cao, dộ Hải phục cao sau khí tù hóa được sử dụng nhiêu trong các động cơ điện nhỏ, thiết bị sóng vi mồ, phương tiện ghi âm, quang từ,

yiên thông và công nghiệp diện tử

Bên cạnh các ứng dụng nỗi trội trong công nghệ điện tử, nam châm vĩnh cửu,

CöFosOx cũng lương tự nhự như cá [errle từ khác cũng được ứng đụng trong xit ly nước thải mỗi trường, xúc tác phản ứng, mực in tử tỉnh

1.2.4 Điều chế hạt nano coban ferit

Để diễu chế ra các hạt nano coban ferit cò nhiều phương, pháp dược thực hiện như

phương pháp nghiền [24], phương pháp sol — gel [25, 26], vi nhũ tương [27], pelyol [28], thủy nhiệt |29, 30], điện hóa {31 |, phương pháp đểng kết tủa |32-35| Trong

số này, phương pháp đêng kết tủa là một phương pháp hóa học ướt dé dang va đơn giản đề chế tạo các hạt nano từ tính Colte:Ox Phương pháp này có khá năng kiếm soái tốt hình dạng, kích thước và tính đồng nhật hóa học lột Trong phương pháp này,

muối kim loại được lây theo lượng cân bằng héa học và được hỏa tan trong dựng môi mong muốn, sau đỏ thêm vảo một chất kết tủa, như NaOH, amoniae rượu, v.v dễ dat được độ pH mong muốn Sau đó mẫu được xử lý nhiệt cho sự tăng trưởng và độ kết tỉnh của các hat

Trong phương pháp kết tủa từ dung địch, khi nồng độ của chất đạt đến một trang thai bao hoa tdi han, trong dung dich sé xuất hiện đột ngột những mắm kết tụ Các mâm kết tụ đó sẽ phát triển thông qua quả trình khuếch tán của vật chất từ dung dịch lên bề mặt của cdc mam cho đến khi mầm trở thành hại nano (Hình 1.9) Bằng cách thay đối các yêu tổ trong quá trinh điền chế như pH phản ứng, nông độ ian, nhiệt độ

rung má người la có thể có được kích thước hại như rnong muốn đồng thời lãm

thay đổi điện tích bề mặt của các hạt đã được binh thành

Dén thế ký 21, người ta chúa chất lòng từ thánh 2 loại: chất lõng lưu biến từ

(Magnetorheological Nuids — MR) va dung dich từ (Ferrofluids-FFs) MR là hệ phân

tán các hạt vật liệu từ có kích thước micromet trong môi trường lỏng Thông thưởng,

các hệ cỏ kích thước hạt trung bình lớn hơn 40 rưn dược xếp vào nhóm MR, FE là hệ

phân tán của các hạt từ có kích thước nanomet trong các mỏi trường phân cực hoặc

không phân cực 11ệ li! lý tưởng bao gồm các hạt đơn phân tán có kích thước trong,

khoảng 5 — 15 ưa Tuy nhiên thực tế cdc hé dung dich tir thuong mai cé kich thước hạt lớn hơn vả hiện tại các nhà khoa học vẫn xếp nhỏm cáo hệ cỏ kích thước từ 15

40 cm thude ohém FF (Frontier of Ferrofluids) đủ những tinh chải của hệ này có

Chủ yêu có bai kỹ thuật được sử đụng để chế tạo chất lông từ, đó là phương pháp

từ đười lên hay gọi là phương pháp | bude và phương pháp từ trên xuông còn được

soi là phương pháp hai bước Phương pháp một bước phụ thuộc vào việc kết hợp giữa

Trang 23

quả trình tổng hợp hạt và phân tán các hại nano vào chất lỏng niên trong quá Irình điều chế Phương pháp hai bước (Llinh 1.11), cdc hat nano được điều chế ở dạng bột khô

sau đỏ phân tán trong chất lông mang, Phương pháp này dược tụ tiên hình thành các

chất lỏng nano chứa hạt rằn là các oxit

Lotring - Thêmhatrano - Thêm auốc THẾn hợp #ưạc khuây ong bỂ siất Âm Cel Ving bà

Với P„: lực cơ học, m tắc độ khuây, M- monenxaÂu

Máy nghiền ngang sử dụng vật liệu nghiên là bị Hệ thông nghiễn là một khoang nghiễn và động cơ Khi nghiền các hạt vật Hệu va chạm với chất phân tán khiến cho kích thước cứa chất phân tán giám vả phân bồ đều váo trong môi trường chất mang

1.3.1.2 Phân tán đáo pha

Dao pha la qua tinh dao ngược đột ngột pha bên trong và bên ngoài của hệ nhữ

tương, ví đụ dâu/nước thành nước/đâu Trong trường hợp này, thể tích pha của dấu

lả thể tích mà tại dở diễn ra dao pha

Ở mỗi nồng dộ nhũ tương thì độ nhớt thay đổi theo thé tích pha Tuy nhiền khi

tang đến giá trị giới bạn ne thi độ nhớt đt ngột giảm Thực tế chỉ ra rằng quá trình

đảo pha còn có thế ad the lich pha lon hon hoặc nhủ hơn nhiêu so với giá trị lới

hạn Việc giảm độ nhớt đột ngột ở điểm chuyên pha sẽ dẫn đến giám đột ngột thể tích pha phân tán

"Trang 24

Nhiệt độ đảo pha là một giả trị quan trọng Một số nghiên cứu chỉ ra rằng nhiệt độ

chuyên pha của chất nhũ hóa không ion bị ảnh hưởng bởi chỉ số HUB của chất hoạt

động bẻ mặt Các hạt kém bèn thì đông tụ gàn nhiệt chuyên pha

Hệ nhũ tương ben không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi :ủa chỉ số HLUB và nhiệt độ chuyên pha nhưng hé khong ben thi rat nhay với các chỉ số nảy

1.3.1.3 Phân tán bằng siêu âm

Trong quả trình phân tán bằng siêu âm, các song am truyen qua môi trường mẫu lỏng với các chu kỉ áp suất cao và thấp ở khoảng tân số điền hình từ 20 — 40 kHz Trong chu kỉ áp suất tháp (rất hiểm khi) các bóng nước siêu nhỏ được hình thành trong quá trình xâm thực Các bong bóng sau đó bị vỡ ra trong chu kì áp suât cao (chu

kỉ nén) tạo thành sóng xung kích cục bộ, giải phóng năng lượng cơ và nhiệt rât lớn,

phá vỡ các hạt kết tụ (Hình 1.12)

Quá trình truyền năng lượng sóng khiến khối chất lỏng dao động Các hạt cũng

nhận năng lượng vả chuyên động hôn độn, giúp chúng phân tản đều trong nước

Do tính chất ky nước của bẻ mặt hạt vả tổng diện tích bẻ mặt lớn hơn nhiều so với

thể tích, các hạt nano cỏ xu hướng kết tu đẻ giảm năng lượng tự do bê mặt Hiện tượng này khiến hon hợp hạt nano và chất mang, không ở trạng thải phân tán cao và không duy trì được sự đồng nhất tính chất Trong bất kỳ ứng dụng nào, độ ở on dinh

phân tán của chất lỏng nano lả yêu cậu tiên quyết Như trên đã dé cp tinh én dinh

của 1 hệ cụ thể phụ thuộc vào nhiêu yếu tổ như tính chất hạt, chất mang, nông độ hạt, phương pháp phân tản vả các chất phân tán

Người ta thường sử dụng một lớp phủ trên bẻ mặt của các hạt rẫn đề cải thiện mức

độ sa lắng của hạt rắn trong chất lỏng Các lớp phủ sử dụng có thẻ ở dạng vỏ cơ hay

hữu co Gan đây các loại vật liệu hữu cơ khác nhau đã được sử dụng rộng rãi như là

lớp phủ thích hợp của các hạt từ tính nhờ vào tính chất độc đáo của chúng, đỏ là tính tương hợp sinh học, ngăn ngừa sự kết tụ của các hạt bằng cách biên đổi bẻ mặt thành

trạng thái ưa nước, cải thiện sự phân tán của chủng bằng cách tạo ra tĩnh điện và tạo

ra sự phân tản của chủng bằng cách tạo ra tĩnh điện và phương pháp ôn định không,

gian vả khả năng chức năng hỏa hạt bằng cách sử dụng các nhóm chức như hydroxy],

carboxyl, amino va aldehydes [38]

‘Trang 25

1.3.2.1 Chat hoat động bề mặt

Chất hoạt dộng bé mặt (HĐBM) có thể cái thiện dộ ôn dịnh vá dộ phân tán (bằng cách giảm sứ căng bể mặt của chất lòng), tính tương thích sinh học và trong một số trường hợp chức năng hóa các hạt trong đung dịch [38| Dựa trên bản chất của chất

THĐBM, chúng được chia thành ba phân lớp bao gêm chất hoạt động bể mặt hoa tan

trong đầu và chất hòa tan trong nước và chất lưỡng tính Ủng dụng của hệ nước phù

hợp với những ứng đựng trong y sinh

Thông thường, hát HDBM hoa tan trong nước dược sử dụng đễ chuyển déi

các hạt nano ky nước sang chế độ tra nước trong dung địch nước Cơ chế của phương, pháp này dựa trên sự ôn dịnh của các bạt bằng cách thêm các chất hoạt động, bẻ mặt

Tưởng cực, đó là axit amin, axit citric, vitamin va polyethylen glycol [39] Việc chức

năng hỏa bằng chit IIDBM héa tan trong nude có thể được thục hiện trên cơ sở bai phương pháp Trong phan dâu liên, các tác nhân lưỡng cục tương thích sinh học dã

“được thêm vào môi trưởng phán ứng trong quá trinh tổng hợp Phương pháp một bình này là tách hợp nhất để tạo cầu trúc ma trận Trong thực tế, bằng cách thêm lượng,

chất hoạt động bẻ mặt dư thùa, các hạt tẳng hợp lớp phủ được hình thành dưới dang

cu trac ma trận [39] Cách tiếp cận thử bai là sử dụng cơ chẻ trao dỗi phối tử bằng,

cách thêm phối tử hòa tan trong đầu vào hỗn hợp các hại tổng hợp Theo phương pháp

này, không chỉ độ phân tán và độ ên định của cóc hạt từ tính được cái thiện mà còn

có thể thấy một số tính chất mới như tính tương thích sinh học phù hợp, tăng kích thước hạt với lớp vẻ, giám đáng kể Ms, khá năng sứ dụng đáng kẻ trong axit, môi

trường kiểm, nước và oloic, và khổ năng liên kết với trục tiêu sinh học và nhắm trục

Cáo polyme được hình thành do sự kết hợp của các phân tử nhỏ và mơnome

nhau và tạo ra các phản tử lớn hơn [38]

Thông thường, các polyre dẫn đến sự ổn định hạt nano bằng lực đẩy cao của chúng, Các lớp polyme tạo ra hiệu ứng không, gian ngăn cắn các hạt tiên lại sản nhau

hi các bại có lớp phổ polyme tiên lại gắn nhan, mach polyme bị ép lại khiến áp quất

giữa 2 hạt lớn hơn bên ngoài và hạt có xu hướng tách ra xa [10]

Các polyine có thể được phâu loại thành các polyrne tự nhiên (nghĩa là chứtosan, dextran và tỉnh bột) và polyme tổng hop (nghia la PEG, PMAA va PMMA) Trong nhiền ứng đụng sinh học, các chất tự nhiên phù hợp hơn vi khả năng tương thích sinh học tốt hơn [1] Các polyme nảy làm thay đôi bê mặt các hạt bởi bắn chất cation hoặc anion của chúng,

1.4 Tinh hinh nghiên cứu

1.4.1 Kiểm soáttính chất từ cúa hạt coban ferit

Như đã dé cập đến ở phản trên, đẳng kết tủa là một quá trình nhanh chóng, dễ đảng,

và kinh lễ để tổng hợp các hại reno coban (eri Sản phẩm tạo thành có kích thước từ vài nanomet đến hàng trăm nanomet[1] có đề tỉnh khiết và độ đồng nhất cao Tuy

Trang 26

nhiên quá trình này chịu tác động mạnh bởi các điển kiện phân ứng kết tổa như tốc

độ khuấy, nhiệt độ, tính chất kiếm, tốc độ bộ sung, thời gian phán ứng, pll dung dịch đân đến sự thay dỗi câu trúc, kích thước và linh chất lừ To vậy, kiếm soái

1 tổ này là cơ sở quan trọng nhất để tim được các hạt nano có kích thước và hình

thai mong muốn, phủ hợp với các mục dich ứng dụng khác nhau [41, 42]

rong phạm vi nghiên cửu của luận án, những phát triển đáng kế trong điều chế coban foriL bằng phương pháp kết lận đồng hóa họp số được Lổng hợp,

1.4.1.1 Kiém soát tính chất từ theo kích thước hạt

Với vật liệu từ tính, có 2 miền don domain (SD) va da domain (MD), trong mién don domaim lại có 2 vùng là dn dinh (Stable) và không én dink (Unstable) (Hink 1.13) Vimg khéng én dinh Ja ving nano tir tinh ở trạng thái siêu thuện từ kich thước

hat tir 0 - ds nm, vung ồn định có kích thước từ d;- do nm Khi kích thước hạt lớn hơn

độ 1ú hạt tổn lại ở miễn da domain (túc là mỗi lạt sẽ cầu tạo bởi nhiều domain tù)

Khi kich thước giâm dần, hạt chuyên sang trạng thải đơn đomain, có nghữa là mỗi hạt

sẽ là một đomain Khi kích thước hạt nhỏ đến mức :nà năng lượng định hướng (ma

chỉ phối chủ yêu lá năng lượng dị hướng từ tỉnh thể) nhỏ hơn nhiều so với năng lượng

nhiệt, trạng thái định hướng song song của các momeni từ nguyên bit sé bi pha vo boi đao đông nhiệt Kết quả mement từ tông bằng 0 và hạt có tính chất siêu thuận từ

Chính vi những biển dôi tính chất rất hap dẫn này má các nghiên cửu diều chế tập

trừng vào miễn đơn domain nhằm kiểm soát sự phụ thuộc tính chất từ vào kích thước

Quả trình tạo mắm tạo nên hạt nhân lảm cơ sở cho việc hình thánh tinh thé Sau

đó, để giảm thiểu năng lượng tự do các rằm chuyển sang giai doạu tăng trưởng |43] Quá trình tạo mâm đựa trên hiện tượng, quá bão hòa ion kim loại trong dung địch

Quá trình phát triển hạt có thể diễn ra theo 2 cách: kết nốt ion trong dụng dịch để tiếp

tục lớn lên; hòa tan các hạt nhỏ và tập hợp vào các hạt lớn hơn (Ostwald ripening)

'Theo cơ chế phản ứng diều chế CoEazO (mục 1.2.4), sự hình thành coban ferit trải qua Ít nhật 2 giải đoạn giai đoạn hình thành tiên chất Co(OH); và Fe(OH)› và giải

đoạn kết hợp các tiền chất này Ở giai đoạn nảo thì eơ chế tạo mâm, phát triển cũng,

có thể là yếu tổ quyết định đến kích thước và độ đẳng ủa kết tủa Tiên quan đến

các quá trình này, nhiệt độ là yêu tổ được quan tâm nhiều nhất Phân lớn oác nghiên

Trang 27

cứu đều chỉ ra rằng tăng nhiệt độ làm tăng nồng độ qué bau hòa [44] và tốc độ khuếch tản ion trong địch, do vậy làm tăng tốc độ phát triên mâm khiến kích thước hạt lớn hon CN Chitmasamy [45] béo cdo vé hiện lượng kích thước hạt kết tủa tầng 14 —

18 nm khi tăng nhiệt độ phân ứng từ 70 — 98 °C Các táo giả cũng nhận thây hiện

tượng độ bão hỏa từ và lực kháng tử tầng củng với kich thước Một kết quả tương tự cũng được lầm thấy trong [46], ö đô các hạt nana CoFe:O4 được lổng hợp ð 60, TÔ và 80°C Cac hat nano thu duge trong nghién cima cho thấy độ bão hỏa tử tăng 6,41 dén

20,0 emu/g và lực kháng từ trong khoảng từ 345 đến 700 Oe Tahereh Shah†uee [32] cũng chí ra kích thước tình thể ColtesOa tăng tử 9 14nm khi nhiệt độ phản ứng tăng, tổng 60 — 90 ®C Kết quả này khiến độ bão hòa lừ tăng từ 8 lên 37 cmug Tuy nhiên THe giảm từ 750 xuống 205 Oe

Khác với các công trình trên, Yeongll Kim và cộng sự [33] đã điêu chế CoFe:Ox theo phương pháp kết tứa 1 bước (không nung), sản phẩm được để khó tự nhiên Ki xửuột độ thay đổi tr 20 — 8Õ SƠ, kích thước thụ được 2- 13,8 ưu ở nhiệt độ 20, 40 °C

Các hạt từ có tính chất siêu thuận từ với I1e = 0 và Ms = 4,3 emue Dộ từ hóa của

các hạt siêu thuận từ là rất thấp sơ với các hạt tử mềm được tổng hợp ở 80 %C (58,3

emug) Kết quả nghiên củu tương tự đã được bảo cáo gần đây bởi Ozmur Karaagac

147] Trong đỏ các hal CoFe2O4 siêu thuận từ (He — 0) dược điều chế ở các nhiệt độ tir 20 — 80 °C, [OH] = 1,5 M với Ms thay đổi từ 2/4 — 19,9 emuie Các tác giả chỉ ra

rằng giới hạn kich thước vùng siêu thuận từ là 6,3 + 1,5 nm Khi ting nông độ kiểm

tức 1,Š — 6M (giữ nguyên T — 80 °C), kích thước thay đối không đáng kế hương Ms

táng lên gan gap đôi 32,2 emwg Tuy vậy, riếu tiếp tạc tăng [OIT] hiện tượng giảm

‘Ms lai xuất hiện

Co thé thay là cùng với nhiệt độ, pIT dung địch phản ứng cũng là yêu tổ làm thay

đối kích thước kết tủa |34, 49] và dẫn dến thay dỗi tính chất từ Aliacdimi |34] nhân thầy kích thước hạt giãm từ 40 xuống 30 nm khi pH tăng từ 8 — 11 Trái lại, trong nghiên cứu [45], các tác giả tìm thấy mỗi quan hệ ngược, kích thước tăng bừ 1ó nm lên 20 nm khi nông độ KaOI tăng từ 0,73 —6M Cũng trong nghiên cứu này, TIc của hat tir dường kinh trung, bình 40 mm đạt được khoảng 4300 Oe, 1 với giá trị 5300

Oe trong ly thuy€l Do đó 40 mn được để xuất như là gidi han ciia mién don domain Kuruva [82] nghién cia anh bwGng ciia pLl dung dich va nhiét 45 nung Cac hat tao thành có độ bão hỏa từ trong khoảng 47,9 - 87,9 emu/g He trong khoang 69 - 400 Oc

Nhiệt độ nung làm gia tăng kich thước hạt đáng kẻ Tải liệu |S0| báo cáo kích thước hạt tăng 9.4 lên 42.3 nm khi nhiệt độ nưmp tăng từ 500 — 900 °C Độ bão hòa

từ tăng lên 36 66,8 emu⁄a Trong khi He đạt đính 650 Oe ở 600 °C Trong nghiên cửu lương tự vớt nhiệt độ nụng từ T00— 1200 9C trong 1h, kích [hước lăng từ 14 — 47 zưn và Le tăng lên đều đều với kích thước [51] Trong nghiên cứu của Prabhalcaran 152] cac hat CoEFcsOa dược điều chế ở nhiệt do 40 va 85 °C, nung 500 va 800 °C

Kích thước hạt tăng trong khoảng, từ §,2⁄4 — 29.28 rmn Tương ứng độ bão hỏa từ ở

nhiệt độ phòng và He cũng tăng lên từ 11,40 to 60,53 cmu/g Theo 1 báo cáo khác

[S3], nhiệt đô mmg từ 600 — 900 °C trang 6 h khiển kích thước hạt tăng từ 31,71 đến

Trang 28

42,62 nm kém theo sự lăng Ms 38,58 - 62,30 mu trong khi He (O¢e} d

877 Oe & | 800 °C Giới hạn kích thước miền đơn domain được

khoảng 35 rnn Cũng trong nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ va thoi gian nung

[S3] môi liên hệ giữa He vả kích thước hạt đã được khảo sát Cực đại He được tim

thấy ở kích thước trung bình khoảng 28 mm Trong nghiên cửu nảy, dường kinh hạt

tầng đột biển từ 15,5 rm lên hơn 4Ó rm khi tang thoi giant nung đến 6h và hạt chuyển

sang vung da domain với tỉnh chất từ thay dỗi

Trong [55], các hạt nano ColezOx được tổng hợp tại các thời điểm phân ứng khác

nhau (0,5 - 6,5 giờ) Kết quả nghiên cứu cũng khẳng dịnh ảnh hưởng của thời gian phan ứng đến kích thước hạt Một số yêu tổ khác cũng được xem xét Chăng bạn, Ayyappan [56], Biswal [57] tìm thấy mỗi liên hẻ nghịch dão giữa nông đô Co?" kích thuác hạt Hay sự gia tăng tốc độ khuây sẽ dẫn đến các hạt nhẽ hơn [35, 58]

Trong nghiên cửu của Karaasac [35] dé đạt được kích thước siêu thuận tử, tốc độ

khuấy 1850 rpm đã được sũ dụng,

1.4.1.2 Kiểm soát tính chất từ theo cấu trúc hat

ColtesOx có cầu trúc lập phương tâm mặt spinel nghịch Trong đỏ Co'? thường nằm

trong cae hdc bal diện (vị trí BỘ còn ton Fe" phân bộ cả ở hốc bát điện và hốc tứ diện (vj trí A) Cầu trúc của oeban ferit có thẻ được biểu điển bởi công thức (Co.Tei~.)

[Coi-zersz] Os, trong do x phụ thuộc vào quả trình xứ lý nhiệt và các diễu kiện diều chê Do tương tác trao đỗi giữa FeA?'~EeB!" thường không giếng trong tác CoA?'— FeBT”, sự phân bỏ ion giữa vị trí À và B dẫn tới những khác biệt về tính chất từ mắc

đủ thành phần hóa học là rhư nhau [1] Sự phân bó cation được quyết định bởi phương,

pháp điều chế và nhiệt độ Với phương pháp hỏa học đồng kết búa, các hạt tử colban

feri có tý lê phầm bồ ion ở vị trí A-B là (CoaasessFbo sao) [CoesztorFetizgss]| L39|

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phân bố cation được tập trưng nghiên cứ Theo

Prabhakaran, oéu tric spinel nghịch lý tưởng của coban ferit chỉ đạt được ở nhiệt độ

$0 °C Ở các nhiệt độ thấp hơn, cầu trúc dạng hôn hợp giữa spinel nghịch và spinel

thuận được quan sát [46] Độ từ hóa cũng vì thể mà tăng lên đáng kế từ 6,4 lên 20

Trong nghiên cứu Pumama [53], tý lệ Fe"? & vj tri bat diện tăng lên theo nhiệt độ nung ir 600 — 1000 °C Tham chí ở 1000 °C, Ee'3 và Co!? được phân lách hoàn toàn vào vị trí bát diện vá tụ diện ở điều kiện nảy, độ bão hỏa từ đạt 62,3 emu/e

Một vẫn đề cũng nhận được sự chú ý của giới khoa học là sự hình thành của các

pha tạp chất trong cầu trủe tính thể của CoFesOa Các tạp chất nảy thường là các sắn phẩm không mong muốn của quả trình điều chế như FeOOH hay y-FezOs với tính

chất từ yêu Do đó chúng làm biến đối tính chất từ của CoFe:Ox theo chiều hướng tiêu cực Điều khiển các yêu tố phản ứng là giải pháp dơn giản và hiệu quả nhất dễ loại bỏ tạp chấ Đây cũng là lợi thế của phương pháp điều chế hóa học RM 2chamed chúng mình sự xuất hiện ctia [ematite va cobalt oxide Cos, khi sén phẩm được nung ở 400 °C và lệ quả là độ bão hỏa lừ dạt rất thấp 1,42 cruwg [62] Tang

nhiệt độ sây lên đến 1000 °C, không con đấu hiện của tạp chất, Ms = 67.74 emuE,

Trang 29

Vài Trò của quá trình xử lý rệt trong giai đoạn nàng được chỉ ra trong nhiều công

trình [63-65] Để tăng độ tính khiết của eoban ferit kết túa, các yêu tổ khác chẳng hạn như pH đã được kháo sái Các hại CobalL oxiL dã được tổng hợp trong nghiên cứu của Ghazalch Allaedini ở diều kiện pH — 8 — 11 |34] Trong khi đó, ở pH > 12, thành

phan nay không còn xuât hiện [46]

TNgoài ra, rong các phương pháp điền chế không có xử lý nhiệt sau kết ia (thường

sử dụng trong diéu ché coban ferit siẻu thuận từ), sản phẩm kết tia od cdu tric v6 định hình cũng làm giâm tính chất từ của vật liệu 1 cách đăng kế |33, 53]

1.41.3 Những vẫn đê còn tồn tại và định hướng nghiên cứu

Từ tình hình nghiền cứu, có thể nhận thây 3 vẫn đề lớn:

- Cáo khảo sát được thục hiện trong giói han hep cũa kích thước hạt, chủ yếu lä 10

40 nmm Các nghiên cửu trong vùng kích thước tương ứng với mign siêu thuận tử (*<

góp phân lam sáng tỏ hơn những van để nêu trên, hướng tới việc có thế điều khiển tính chải CoFczOx tủy theo ứng đụng, luận án sẽ thực hiện khảo sát một cách

tương đối toàn điện quá trình điều chế CoEezOx bằng phương pháp kết tủa hóa học

Cac yêu tổ quan trọng ảnh hướng đến câu túc, kich thước, tỉnh chất từ (và còn những,

tranh luận thục nghiệm) sẽ được khảo sát Phạm vĩ khảo sát kích thước từ 2 — 40 run (miễn kich thước đơn đemain bao trùm siêu thuận tử và moment từ có hướng) kèm

theo sự phân tích cầu trúc và các tính chất từ như độ bão hòa, lực kháng từ và từ dư,

Đặc biệt, quá trình xử lý nhiệt sản phẩm kết tủa sẽ được nghiên cứu nhĩ là yêu tả

quyết định tính chat ir mém và siêu thuận từ của vật liệu

_ Đựa trên kết quá kháo sát, đề xuất điều kiện phán ứng điều chế 2 loại vật liệu từ

đề phục vụ cho các nghiên cứu tiếp theo,

1.4.2 _ Điều chế và ôn định phân tán chất lóng từ coban ferit

1.4.2.1 Ón định phân tan bằng chất hđbm và lớp vỏ polyme

Chất lông từ là hệ keo huyền phủ của các hạt siêu thuận từ cả năng lượng bề mặt cao, do vậy các hạt từ sẽ có xu hướng tập hợp lại với nhau dé giảm năng lượng bê

mất Kết quê là hệ phân tán keo bị phá vỡ, tình chất tù tính Không đồng rất v

hiệu quả sử dụng Dễ ngăn căn các hạt từ tập hợp với nhau, các chất hoạt động bê mặt

xả tiêu biểu là các anhydrit của các axet béo với các gốc axit tir C11 dén C25 được

sử dựng chủ yêu [66] Với các chất hoạt động bé mat kiếu này các hệ chất lông được

én định phân tán nhờ các lực tĩnh điện và chúng để đàng bị khử bên phân tán khi thay đối các điều kiện môi trường phân tán (cáo dung dich dién li) Dé giai quyết những

Trang 30

van đề này, các nghiên cứu ban đầu đã chí ra răng khả năng bên keo được đâm bão bằng cách dùng các chất hoạt động bẻ mặt không mang từ tính tạo lớp phủ bao quanh:

tt từ tĩnh, Lớp phủ này sẽ tạo ra các hiệu ứng không gian chồng lại sự tập hợp của các hạt từ tính đo cáo lựo tương tác Van đer Waals và các tương tác điện từ gây ra Việc tạo một nhỏm chức bẻ mặt phủ hợp sẽ là yêu tỏ quyết dịnh để dạt dược hệ keo

tiền của các hạt nanô tù Theo hưởng này, các chất hoạt động bề mặt khác nhau như

silica [66], chitosan[67], polyvinyl alcohol (PVA) [68], ethylene glycol [69] di duge

khảo sát

Tên cạnh đỏ, giải pháp én định phân tản dang nhận được sự quan tâm nhất hiện nay

là kỹ thuật tao cac hat polyme tir có cầu trúc lõi tir - vd polyme Lép v6 polyme bén vững sẽ ngăn cân các hạt kết tụ, sa lắng |70J Trong hẳu liệt các nghiên cửu, sự ôn định phân tán của hạt bọc pelyme đã được thừa nhận Tuy nhiên ảnh hưởng của lớp

vỏ polyme đến kích: thước, gây nên hệ quả tiểu cực về tính chất từ và độ bên phân tán cũng được ghú nhận Theo khảo sải của Táu [7T ], cỗ hình thái bê rmặt vả tỷ lộ kh lượng của các lớp cao phân tử đền ảnh hưởng đến 46 én dinh của chất lỏng từ tính Cho va công sự |72| giảm mật độ của các hạt bằng cách phủ các hạt sắt cacbonyl bing polymetyl meta acrylet (PMMA), bang phuong pháp này, sự sa lắng giảm đi đảng kể và kích thước hạt tăng theo cáu trúc của lồi vỏ

trúc lối — vỏ của cáo hạt sắt từ caebony] và quan sát thy cấu trúc lỡi vẻ này không

những làm mật độ hat thấp hơn mà còn có sự thay đổi đáng kể hiệu ứng từ trưởng

Tâu [74] đã điều chế chải lỏng từ tính trong đó các hạt từ được phủ lớp võ silie sử

dung kỹ thuật soi — gel, vả hiệu ứng từ giảm đi đáng kể Theo [75] cho đến nay, phương pháp phủ hạt nano từ giúp cho giâm mật độ của hạt và tăng tinh én định của chất lông từ đồng thời do độ nhiễm từ thập (hoặc hoàn toàn không nhiễm từ) của lớp

võ nên hiệu ứng từ của chải lông từ bị giảm va lam gia tăng kích thước hạt ramo

khoảng 10 — 60 nm

1.4.2.2 Những vẫn đề còn tôn lại và định hướng nghiên cứu:

Ôn dịnh phân tán băng chết hoạt động bề mặt dạng không ion và lớp vỏ polyme la

giải pháp mang lại nhiều wu thé Tuy nhiên vấn để lớn nhất là lớp phủ bê mặt làm ảnh bướng đăng kế đến tính chất từ của vật liệu

Voi mdi 1 hệ chất lông từ cụ thể việc lựa chọn chat hdbm, lép phủ polyme cửng các điều kiện phân tán như nông độ chất hđbm, phương pháp phân tán, phương pháp

tạn lớp vỏ, kiêm soát chiên đày lớp vả là những yêu tê quan trọng cần được khảo sát

dễ tím ra chế độ thích hep dam bao dộ bên phân tán, kich thước hạt phân tân và các tinh chat cia chat léng tix dap img yêu cầu của ứng địmg thực tiến

1.4.3 Tính chất lưu biến của chất lóng từ

Tính chất lưu biển là vẫn đẻ quan trọng nhất của nghiên cứu eơ bản, có ý nghĩa to lớn tác dóng dón khả năng ứng dụng của chất lồng từ Và độ nhớt là một trong những, tính chất cơ bản nhất của lưu biên hợc Dộ nhớt mô tá trở lực bên trong đề chất lỏng,

chuyển động, Độ nhớt còn được dịnh nghữa như là tính chảy của chất lỏng Không

giống như chất lảng thông thường, chất lỏng từ là sự kết hợp của các hạt từ có kích thước nano và chất löng nên (mỏi rường phân tản) J2o đó, dộ nhớt của chát lỏng từ

ở điều kiện không có từ trường sẽ gầu Lương tự với chất lỏng nano (lĩnh vục được

Trang 31

xiphiên cứu manh mnế trong 2 thập kỷ vừa qua) Tuy nhiên khi cĩ mặt từ trường rizội

các tương tác giữa tử trường vá bạt rắn làm thay đổi od

pha trong chất lỏng, Kết quả lạm thay déi độ nhớt 1

tương đối đa đạng và phúc tạp, phụ thuộc vào nhiễu yếu tổ như kích thước, nẵng độ, hình dang hạt, tính chất vật liệu, chất lồng nên, lớp pbủ bẻ mặt, cũng như các dộng,

tiên ngồi như nhiệt độ, tú trường, tốc độ trượi Chính vì vậy để làm sáng tổ quá trình

và diêu khiển hoạt động của chất lĩng từ trong tật cá các ứng đụng cong nghiép va y

sinh, các nghiên cứu thực nghiệm cũng như lý thuyết đang được triển khai rằm rơ

1.4.3.1 Tỉnh hình nghiên cứu thực nghiệm

Các nghiên cứu thục nghiệm hau hết được thực hiện với chất lỏng từ gắc oxit sắt

(Ee:Ox) Một số cơng trình được thực hiện với các hạt tù khác chẳng han như y-FezO, forrite MFex04 (Mo Mn, Ni, Co, Zu, Fo) hay FoPt, NIPL and NiPd, những rất hạn

chế, chủ yếu mới đừng lại ở nhân điều chế và tính [76, 77] Như đã nĩi ở trên,

độ nhớt của chất lỏng từ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tổ nên các nghiên cửu thực

nghiệm hướng tỏi việc khẢo sát ảnh huơng của các yêu tố này Phân lớn các cơng,

trình nghiên cứu độ nhớt động (dynamic visoosity) tức là độ nhớt đưới tác động của

ng suất trượt trong điều kiện cĩ hoặc khơng cĩ từ trường ngồi

a Ảnh hướng của tắc độ trượt và từ trường ngồi

Sự phu tude độ nhát vào tốc độ trượt được chỉ ra Irong nhiều cơng Irình nghiên

cứu Cĩ 2 kiểu biển đơi độ nhớt được quan sát thấy khi tắc độ trượt tăng lên: Newton

va trượt lớp mỏng, Chat long Newton thường gặp ở các hệ cĩ nơng độ hạt thấp hoặc

ở tốc độ trượt cao Kiệu trượt lớp mỏng của các hệ phân tán tốt cĩ thể được qui cho

sự biển dỗi trong cấu trúc và sắp xếp các hạt cỏ tương tác với nhau Quá trình trượt

cĩ thể khiến các hạt hướng theo hướng địng chãy và phá vỡ sự tập hợp hạt Do đĩ,

lượng dung mơi cố định theo hạt sẽ giám đi, dẫn tới việc giảm độ nhớt biểu kiến

Hong va đơng nghiệp |7B| đã khảo sát hiện tượng trượt lớp mống: của các hệ chất

lỏng từ Fe:Oa gốc nước

Trong thí nghiệm với tốo độ trượt tương đối cao y = 500 s ! Ambacher [79] đã nhận thấy sự tầng độ nhớt của chất long (nơng, độ 7,294 hạt rấu) theo dộ lớn từ trường,

ngồi và mức tăng lối đa đại tới 40% Trong, tội thí nghiệm khác [R0] với lộc độ

trượt thấp, S Odenbach và nhém nghiên cứu đã chia su ting độ nhớt từ 10 đến 50%

khi tốc độ trượt giảm từ 94 s”1 xuống 4 ấ1

Các nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường ngồi dễu nhận tháy độ nhớt ở các chất

lỏng từ được nâng lên đáng kế khi cĩ mặt từ trường [81-84] Bao cdo cita Rosensweig [85] cho thay độ nhớt cũa chất lỏng từ tăng tới 2 lần sơ với khi khơng cị từ trưởng ngồi Sự thay đối độ shot khí số từ trường dig ra rất mạnh trong hệ chất lỏng,

APG513A chứa 7, 12 thể tích hạt tử với đường kinh 10 nm Hệ c

NiFe2Oq/paraflin 10%, độ nhớt tăng lên 2 lẫn, thậm chí là 4 lần ở các tốc độ trượt

tương ứng 100 1 s- với từ trường ngồi khoảng 50 mT [86] R.Y [long cimg

các cơng sự khảo sát các mầu chất lỏng từ FcsOa dưới tác dụng của một từ trường cĩ cường đơ H = 100 mT [78], Từ trường ngồi cĩ ảnh hưởng rõ ràng đến độ nhĩt Độ

nhớt tăng gần gấp 2 lần khi cỏ mặt từ trường ỏ tất cả các tốc độ trượt Kết quả này

tương tự với nghiên cứu của L M.Pop [87] Trong nghiên cứu của Odenbach cho chất

lỏng FesOx 7% cũng cho thấy mức tăng độ nhớt khoảng 40% ở từ trường 44 mT [80]

Để lượng hóa mức đô tăng của độ nhớt theo tử trường, người ta đưa ra 1 khải niệm

là hiệu ứng nhot tir (magnetoviscous effect -MVE) hay con được gọi là độ nhớt từ tương đôi

Hiệu ứng nhớt từ được định nghĩa như sau [80]:

No

Trong do, mix vai no la dé nhot ctia chat lỏng khi có và không cỏ từ trường ngoài (H)

Hiên tượng độ nhớt tăng khi cỏ từ trường ngoài được giải thích bởi sự thay doi cau trúc của chất lỏng Khi chất lỏng được đặt trong từ trường, các hạt có xu hướng, sắp xếp theo hưởng của từ trường Nêu tương tác giữa các hạt đủ lớn, lực hút giữa chủng

sẽ vượt qua năng lượng giữ cho hệ phân tán vả sự kết tụ sẽ có thẻ xảy ra Các công trinh nghiên cứu chỉ ra rang chat long từ có xu hưởng tập hợp rất mạnh, tạo thảnh các

cầu trúc dang chim, chuéi hay vòng tùy thuộc các yêu tổ như lực tương tác giữa các

bạt, đồ lớn và hướng của từ trường, mức độ đa phân tán vả nông độ hạt rắn Trong tìng điều kiện cụ thẻ, các cầu trúc tạo thành khá phong phú Tuy nhiên có thẻ tóm tắt

2 kiểu câu trúc: chuối (chain-like strueture) và cột (drop-like structure) duoe mé ta trén Hinh 1.14 [88]

(at) diet =200007,4= 1500 (01) H=30.00,cHitt= 10 00m

Hình 1.14 Cấu trúc tập hợp các hạt từ dưới tảc động ctia tie rong ngoai [8S]

Sư hình thành các câu trúc vi mô có trật tự sẽ khiển đỏng chãy bị ngăn trở vả do

đỏ độ nhớt sẽ tăng lên đưởi tác động của từ trường Khi tốc đồ trượt tăng, cae cau trúc

vi mô này đã bị phá hủy dưới ng suất trượt Do đó, độ nhớt của chất lỏng giảm nhanh

chóng với tóc độ trượt tăng theo tử trường ngoải

Trong một số nghiên cứu khác, tác động của từ trường đến độ nhớt là không nhiêu,

thâm chí là không đáng kẻ Chẳng hạn, với hệ chất lỏng thương mại gốc dâu TO, độ

nhớt tăng từ 17,3 lên 18,2 mPa.s khi có từ trường 53 mT tức là tăng khoảng 5% [89]

Modesto T Lopez [90] không quan sat thay su thay đổi độ nhớt ở từ trường > 150

kA/m va tốc độ trượt 100 *, Các tác giả cho rằng độ nhớt không bị ảnh hướng nhiều

của tử trường lả kết quả của sự canh tranh giữa lực dòng chảy (ứng suất trượt) và lực

từ trường (tập hợp hat)

Hiện tượng độ nhớt giảm ở từ trường rất mạnh cũng được ghi nhân với hệ y-

EeyOs/paraffin ở các từ trường lớn hơn 100kA/m trong nghiên cứu của Masoud [91 ]

‘Trang 33

Kél qua nay được qui cho sự phân chỉa pha điển ra trong chất lỏng do các hạt có kích

thước hoặc tính chất từ quá khác biệt

b Ảnh hướng của nông dé hat van

Trong các nghiên cứu về độ nhớt chất lỏng từ, người ta chia chất lỏng làm 2 nhóm

Nhóm thứ nhất được coi là chất lông từ lý bưởng có kích thước hạt < 15 tm và có nồng độ < 0,5% Tỉnh chảy của chất lỏng nhóm này chủ yêu phụ thuậc vào chuyển

động Brown va độ nhớt gần như không, bị tác động bởi từ trưởng Nhẻm thứ hai, các chất lỏng đâm đặc với hàm hượng rắn «: ch thước lớn hơn nhóm 1 Với nhóm này tính chất độ nhót thay đổi tùy từng hệ chất lỏng,

Chất lỏng từ thực tế là các hệ đa phân tán với nông độ hạt đủ lớn để tạo ra tương,

tác giữa chúng vượt qua tương tac Brown Hiầu hết các kết quả nghiền cứu dã được

công bổ đều chỉ ra rằng độ nhót của hệ tăng lên đáng kế khi tăng hàm hượng hạt rắn Duangthongsuk [92] ghi nhan độ nhớt tăng từ 4 đến 25% khi nông độ hạt rắn tăng tử

022 1ên 294 với hệ TiOs/mước Trong T nghiên cứu lương tu, cde Lae giã |3] nhận thay

độ nhớt tăng lên 50% khi nỗng độ hạt tăng từ 0,5 đến 2,5% Một só công trình ghi

nhận sự lăng đội biển của độ nhớt theo nông độ hai Các Kết quả nghiên cúu ofa Hadi Tezaveh [94 4] với chất lỏng từ FesO cho thây độ nhát tăng không tuyến tính với nẵng,

độ hạt ở tat cả các tốc độ trượt khác nhau Điểu nảy dược giải thích là do trở lực phát sinh nhằm chéng Jai ngoai hue khi các hạt chuyến động tách rời nhau Nông độ hạt cảng cao thí trở lực càng lớn khiến cho độ nhớt tăng lên Tỏthova và các cộng sự trong khảo sát chất lồng lừ EosÖx với nồng độ thay đổi từ 0.25 — 194 thể tich [95], chỉ

ra sự tăng lên không đáng kế của độ nhớt theo nồng độ hạt, Trong 1 nghiên cửu tương

tự với cùng hệ chat lỏng Fe;O/TO, lac g quan sat thay hién Wong do nbot

táng gân 5% khi nông độ tăng từ 0,37% lên 1,17% I9]

Khi có mặt từ trường ngoài, ảnh hưỗng cửa nông độ đến độ nhỏt trở nên mạnh myế

hơn Trong nghiên cửu của X-h Liu với chất lỏng từ thương mại |96|, khi lượng hạt

thn ting tir 1,0 ml dén 1,5 ml, lve trượt (shear torque) tăng từ 1,2 lên 2,3 N_m ở từ

trường ngoài tương ủng động điện 0,1 A Con số tương ứng khi từ trường 6,5 A là độ

nhới tặng từ 2,2 lên 4,5 Nm Trong báo cáo của Micbat Rajnak |89], mức lãng độ

nhớt theo nồng độ từ 5% khi không có tử trường ngoài chuyển thành ~ 794 khi từ

trường H= 53 mĩ

Sự thay đối ứng suất đàn hồi theo từ trưởng ngoài cm chịu tác động của nông độ

hạt tử Các kết quả nghiên cửu của Iravis Getzie [97] với 2 hệ chất lông từ có nông,

độ 30% và 40% cho thầy ở từ trường ngoài 250 Óe, chất lỏng nông độ cao sẽ có mg suất đàn hỏi cao hơn Dễ giải thích cho kết qua nay, cáo tác giả cho rằng nông độ hạt

cảng cao thi Luong tác cảng nhiều và cảng nhiều chuối được bình thành

c ,Ảnh hướng của kích thước và hình dạng hạt

Kích thước hạt ảnh hưởng khả mạnh đến độ nhớt của các hệ chất lỏng nano nói chung và chất lềng từ nói riêng, Trong nghiên cửu của Nguyen vả công sự [98] với

alumina-nướe, ở nông đô 49 hat rắn các hạt với kích thước trung bình 36 và 47 nm c6 đô nhớt gần như tương tự Tuy nhiên, ở nông độ cao hơn 7 và 9%, chất lãng với

kích thước hat nano lớn hơn sẽ có độ nhớt cao hơn [99] Két quá trương tự cũng, được

"Trang 34

tìm thấy trong nghiên cửu của He và cong sự [100], trong đó độ rớt của chất lồng

T1O2-nước với kích thước hạt khác nhau (95 nưn và 145 rưn) tăng lên củng với sự gia tổng kích thước lại Tuy nhiên trong nhiêu nghiên cứu khác, các hiện tượng nguợc lại đã được quan sát Anoop [101] báo cáo rằng độ nhớt của các hệ chất lỏng CuO và -AbOx giảm di khi kích thước hạt tăng lên

Ảnh hướng của kích thước hạt đền tính chất lưu biển cúa chất lỏng từ ooban ferit

cũng đã được nghiên cửu trong bài viết của Mahosh Chand [102] Các kết quả khảo sát cho thầy rằng ở cùng 1 nồng độ chất rắn với kích thước bạt thay đổi từ 8 nm đến

34 am, hạt cỏ kích thước lớn hơn sẽ cỏ độ nhớt thập hơn và ngược lại Kết quả này

3à do mật độ cao của các hạt kích thước nhỏ hơn trong chất lỏng Các kết quả tương

tự cũng được quan sát thấy trong mệt vải nghiên cứu khác |103, 104]

Trong các nghiên cứu của Odenbach [82], mức thay đổi độ nhớt theo từ trường

ngoài giảm di khi kích thước bạt trưng bình giảm Bên cạnh đó, sự thay đổi của ứng suất đản hồi như lá một hảm của kích thước hạt cũng được quan sát

Mặc đủ độ nhớt của chất lỏng nano phụ thuộc nhiều vào hình dạng hạt nhưng cho

đến nảy không có nhiều báo cáo về môi liên hệ này 1imofeeva vả cộng sự [105] cho ràng các hạt đạng thon đài làm tăng độ nhớt của hệ chất lõng hơn dang câu Mặt khác, trong nghiên cửu về hệ nano ZnO/nước, Ferrouillat [106] lại chứng mình rằng hat cd

hinh dang que khiển cho độ nhớt của hệ chất lông giâm đi so với bạt đụng đa giác

(polygon) Dễ nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng hạt đến tỉnh lưu biển của chất

long tir, Modesto T Lopez-Lopez cing cae céng sy di khao sat 2 mẫu dạng hình câu

và dạng sọi [90] Theo quan sát, cả hai đạng hạt đêu có hành ví của chất lỏng lưu biển

từ khi xuất hiện từ trường, "Tuy nhiên, chất lỗng từ dạng sợi có khác biệt đảng kế sơ

voi ferrofluid dang hình cảu Sự khác biệt liên quan đến cáo giá trị của ứng suất trượt

dạt dược ở từ trường cao nhật (700 Pa và 275 Pa tương ứng với dạng sợi vả dạng,

cau) Điền này đẳng nghĩa với việu phân ứng lưu biến từ ở feofiuid dạng sợi là mạnh:

hơn rất nhiều so với dạng cầu

ả.— Ảnh hưởng của chất lông nền

Chất lỏng nên (lay còn gọi chat mang) là môi trường phân tán các hạt rắn Các

chải lỏng từ thường sử dụng 2 loại chất rang là nước và dầu (kerosene hode mét sé

loại dâu khác) Trong đó nước là chất mang phố biển trong oác ứng dụng y sinh Ngoài chất lóng nẻn nguyên chất, trong nhiều chất lỏng từ, đặc biệt là các chat long

tính ôn định phân tán Sự có mặt của chất này làm thay đổi déi tính chất lưu biến của

chất mang nguyên chất Do đó làm thay dỏi tính chất lưu biến của chất lỏng từ Trong mệt nghiên cửu về vấn để nảy, R Y, Long củng cáo cộng sự đã chuẩn bị các mẫu hạt

từ EosOx được tổng hợp và phân tấn lrong nuée FFs [78], sau đó cho thêm 2 chất hoại động bẻ mặt (HĐBM) bao pém Sodium Oleate va PEG-4000 Kết quả nghiên cửa cho thấy ảnh hưỡng của 2 chất HĐBM dến độ nhớt của FEs là đáng kề

Do cae chit HDBM hap phụ tạo nên lớp võ điện tịch bao quanh hạt nano khiến

cho gác hạt ra xã nhau bởi lực tĩnh điện, Việc sử dụng nỗng độ không đủ hoặc quá mức sẽ khiến quá trình tập hợp bạt có thẻ xảy ra và làm thay đổi tính chất lưu

biển của FFs Ở mẫu 1, 2 và 3, lượng PEG được giữ ở mức cố định nhưng hàm lương,

sodium oleate tang lên Lừ mẫu 1 đến mẫu 3 Kết quả cho thay 46 nhớt của FEs giảm khi nêng độ sodium oleate tăng lên Kết quá thu được lả hoàn toàn tương tự với PHG

Trong nghiên cứu của Q.Li với chất lỏng T'e:Ca/nước, nẵng độ rắn 4 [107], sự thay dỗi nông độ chất HĐBM SDBS từ 1 lên 6% khiến cho độ nhớt tăng gần 4 lẫn từ hon 4 mPas lên 17 mPa.s Nguyên nhân lä do sự quá bão hòa nông độ chất HĐBM

trong dụng dịch khiến độ nhớt tăng lên dang ké ‘Trai lai, Mishra và các đồng nghiệp

[108] lại cho rằng tý lệ chất lỏng từ so với chất lỏng nên (r/xịs) không phụ thuộc vào chất lông nên mà chỉ phụ thuộc vào nồng độ bạt rấn Thậm chí, tỷ lệ này côn giảm trong hệ chat long SiC/HG_ HO [105]

ce Ảnh hưởng của nhiệt độ

TNhiệt độ có mếi liên hệ cổ bữu với độ nhớt Tắt cả các nghiên cứu về chất lắng nano đều chỉ ra tác dộng đáng kẻ của nhiệt độ đến độ nhớt Tuy nhiền, trong các

nghiên cứu về động lực học chất lông từ trướ „ tĩnh chất rhớt thường đuợc gia

định không phụ thuộc vào nhiệt độ Các công trình gắn đây đã ghỉ nhận sự thay đôi đảng kế của độ nhớt theo nhiệt đồ [109, 110] và hiệu ứng này trở thành hướng nghiên cứu hấp dẫn [94, 95, 109-112] Các bảo cáo đều chí ra xu hưởng giảm độ nhớt khi

hệt độ tăng lên Tăng nhiệt độ khiến lực hút phân tử giữa các hại và chất lông nên

yên đi và do đó độ nhớt giảm Sự thay đổi độ nhớt tuy vậy khá phúc tạp Các môi liên

hệ dạng ham mũ với các hệ số khác nhau đà dược chỉ ra trong nhiều công trình [95,

Trong dé 3 thing số có ý nghĩa vật lý rất rõ ràng 4A Íà giả tý độ nhất ¿ nhiệt độ không

xúc định, B thể hiện năng lượng ứng với sw giới hạn của chất lông trong 1 không gian, C tương từng với nhiệt độ mà độ nhớt trở nên không xác định

Phương trình VTE phù hợp với nhiều số liệu thực nghiệm rhưng một số kết qua

khác lại đồng thuận với công thức Arrheniis [95]

EL 1

Trang đá la là năng lượng đồng chảy, Tay là nhiệt đệ tham chiếu 293, 15 K và nuợ độ

hist ở nhuệt dé tham chié:

Không giống với các công trình trên, A Malekzadsh [111] va Ll Lezaveh [94]

trong nghiên cứu các hộ chất lông sắt từ ở nhiệt độ trong khoảng 20 — $0 °C, đã tìm thấy môi liên hệ tuyển tỉnh giữa độ nhớt và nhiệt độ Thậm chí, một sự thay đổi không

rổ rằng của độ nhỏi khi nhiệt độ tăng lên đã được chỉ re trong tải héu [114]

Trang 36

Tẵng độ hạt từ cũng có ảnh hướng không nhỏ đến sự phụ thuộc độ nhớt với nhiệt

độ Với các hệ chất lóng có nông độ thể tích hạt tương đôi thấp (< 194), mới quan hệ

hụ thuộc giữa dộ nhỏt không chịu lác déng dàng kế của cả nỗng độ và lử trường

ngoài [95, 111] Với cáo hệ có nổng độ cao hơn, tác độ giảm độ nhớt thay đối đáng

kế, Ví dụ như chất long EesOa chứa 1 g/L bạt từ có dộ nhớt giám khong 25% khi

Tửnệt độ tăng từ 20 lên 40 9C thì với hệ chứa 0.5 g/1, hạt lừ, cơm số tương ứng là 1 2%

[114] Trong nghiên cứu của Prasbant B Kharat [113] với chất lông CoF'ezO4 có n

độ 0,1 phân thế tích, độ nhót giãm từ 29.72 mPa.s : xuống 11,90 mPa.s khi nhiét độ tăng từ 20 °C to 8O °C vá độ nhớt tăng gần như tuyến tính với nòng độ hạt

Asadolah Malekzadeh đã khảo sát độ nhót của chất lòng từ đưới tác dụng của nhiệt

độ [111] Trong công trình này, đồ nhớt của dung dịch từ chứa EesCu dã được nghiền cứu thực nghiệm bằng máy đo độ nhót dạng quay Ảnh hưởng của các thông số

nhiệt độ, néng độ khối lượng hạt và từ trường bên ngoài đã được xem xét Kết quá

cho thấy các biển thiên độ nhớt phụ thuộc vào phan thé tich hat rấn và nhiệt độ của

chất lỏng Nông độ hạt cao hơn và nhiệt độ của chất lỏng từ tháp hơn sẽ lên độ nhớt cao hơn Cũng trong nghiên cửu này, kết quả thực nghiệm chỉ ra rằng từ trường ngoài không làm thay đổi tốc độ giảm độ nhớt theo nhiệt độ

1.4.3.2 Tỉnh hinh nghiên cứu lý thuyết về độ nhới của chất lóng từ

_ Để tỉnh toán độ nhớt của hệ phản tân các hạt rắn, nhiêu mô hình lý thuyết dã dược

để xuất cho đến nay [115] Albert Einstein đã đưa ra một phương trinh đơn giản để tính đô nhớt mà trong dé giả trị đô nhớt chỉ phụ thuộc vào hàm lượng hạt rắn vi dé

nhớt của môi trường phân tán

Phương trình của Iinstein áp đụng cho các hệ loãng với nổng dé hat 6 < 0.5%:

nông độ hạt ở đạng hàm bậc 2 thay thế cho hàn bậc nhất của Einalein Ở mô hình

này, chuyển động Brown của các hạt tương tác lẫn nhau được tính đén Thoerano đã khảo sát dộ nhớt của các hệ khác nhau và đẻ xuất một công thức mồ tả sự dich chuyên của chất lông có nàng độ tháp sang nông độ cao Tuy nhiên, những kết quả này chỉ

có giả trị ở tốc độ trượt thập Tóm tắt các mồ hình được trình bảy trong Bang 1.3

Một trong những nghiên cứu nhận được nhiều sự quan tầm là mô hình Bingham

Trong zuô hình này, ứng suất dàn hồi của chất lông đã dược đưa vào: khi ứng suất trượt nhẽ hơn tng suất đàn hồi chất lõng không chuyến động, ngược lại tốc độ trượt

tí lệ với mức chênh lệch giữa ứng suất trượt vá ứng suất đản hồi Tuy vậy mỗ hình không thể h c bién dang trượt lớp mông hay lốp đây của chất lồng,

Bảng 1.3 Tóm tắt các mô hình mô tả đồ nhớt phát triển từ mô hình Einstein

Mồ hình độ nhớt Phương trinh biểu điền Mô tỉ

m1 +256 nàng độ hat rắn nhỏ

me a6) néng d hat ran cao Batchelor Xem xét chuyên đông Bzown của

_ Mô hình Carson model (mô tả trong phương trình 1.8) có tỉnh đến cả ứng suất đản

héi và biển dạng trượt lớp móng của chất lỏng không Newton Mô hình nảy được xây đựng trên mô hình tương lúc của lạt rắn trong pha lông nói chung

Chi tháh: m và n là hệ số của mô hình H-B

Trong nghiên cứu của Hong [116] với hệ chất lỏng từ EeyO¿ gồo nước, độ nhớt của chất lông tù khi có và không có từ tường ngoài được áp theo rô hình H-B va biển đạng trượt được báo cáo cho các loại chất lỏng từ khác nhau J Nowak trong, các khảo sát với 2 hệ chất lông từ thương mại FluidMAG-DX và FE054L, dã chứng minh ring Fluid MAG-DX phil hep véi wé hinh Binham ở cường độ lừ trường <10 kA/m và phủ hợp với mồ hình LL-13 khi cường độ từ trưởng '>10 KA/m Trong khi đỏ, tính chất lưu biển của FF0S4T, hoàn Loàn khớp với mô hình H-B ở các từ brường khác nhau Dựa trên kết quả thực nghiệm, các táo giả đã xác định hệ số của mồ hình ứng,

với từng chất lông [117

Để phát triển lý thuyết về hiện tượng độ nhớt thay đổi khi cỏ mặt từ trường, nhiều

mô hình toán mỗ tã sự tạo thành cầu trúc chuỗi, dạng mạch thăng và cứng [81-84]

hoặc dạng mạch linh động [118], với giá thiết rằng tương tác giữa các chuối là không,

đăng kế Trong đó, mồ hình lý thuyết phd biến nhát được để xuất bởi Zalbarev và Tskakova [84] Mô hình này được xây dựng trên cơ sở các giả thiết sau: (4) các hạt sắt

từ có đạng, hình càu và momen tir nam 6 dinh trong hat (ii) chuỗi tạo thành có dang, thẳng và cứng (1i) tương tác giữa các hạt trong các chuỗi khác nhau được bỏ qua

Trang 38