Tổng hợp dẫn xuất của dendrimer PAMAM và ứng dụng tổng hợp nanocobalt

Vật liệu nanocomposite là loại vật liệu kết hợp cả hai ưu điểm của composite và công nghệ nano, nó có những tính năng kỹ thuật đặc biệt như là: có tính siêu dẫn, chịu nhiệt, siêu bền, ch

LỜI CẢM ƠN 

Kính thưa quý thầy cô

Để hoàn thành chương trình đào tạo kỹ sư ngành Công Nghệ Hóa Học của Trường Đại Học Tôn Đức Thắng Trong quá trình học tập và tiếp thu rất nhiều kiến thức bổ ích từ thầy, cô đã hỗ trợ cho em trong công việc và cuộc sống sau này

Trước tiên em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô trong khoa và các thầy, cô trong bộ môn Tổng Hợp Hữu Cơ và Công Nghệ Hóa Học của trường Đại Học Tôn Đức Thắng đã tạo cho chúng em một môi trường học tập tốt

Sau đó em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô và các anh chị trong phòng Hóa Học Hữu Cơ – Polymer, Viện Công Nghệ Hóa Học Tp Hồ Chí Minh, đặc biệt là thầy

TS Nguyễn Cửu Khoa (Viện Trưởng Viện Công Nghệ Hóa Học, trưởng phòng Hóa Hữu Cơ – Polymer), cô TS Hoàng Thị Kim Dung và anh Trần Hữu Nghị, chị Lý Tú Uyên đã luôn luôn tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và tạo điều kiện cho em hoàn thành tốt bài luận văn tốt nghiệp đại học

Em xin chân thành cảm ơn!

Tp, HCM 10-01-2011

MỤC LỤC

Trang Lời cảm ơn

Mục lục

Danh mục hình

Danh mục phụ lục

Danh sách các từ viết tắt

Danh mục bảng biểu

Lời mở đầu

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về dendrimer polyamidoamine (PAMAM)

1.1.1 Khái niệm 1

1.1.2 Cấu tạo phân tử 2

1.1.2.1 Lõi 2

1.1.2.2 Các nhánh bên trong 2

1.1.2.3 Các nhánh bề mặt 2

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc Dendrimer 6

1.1.3.1 Độ pH 6

1.1.3.2 Dung môi hòa tan 7

1.1.3.3 Nồng độ muối 8

1.1.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ 8

1.1.4 Tính chất PAMAM 9

1.1.4.1 Tính đa hóa trị 9

1.1.4.2 Tính tan của dendrimer 9

1.1.4.3 Tính mang vác 10

1.1.4.4 Tính chất nano 11

1.1.4.5 Khả năng tạo phức với kim loại 11

1.1.5 Ứng dụng 13

1.1.5.1 Trong y dược và sinh học 13

1.1.5.2 Dendrimer là một vật liệu mới 14

1.1.5.3 Trong các lĩnh vực khác 14

1.2 Phương pháp tổng hợp dendrimer 15

1.2.1 Phương pháp divergent 15

1.2.2 Phương pháp convergent 16

1.2.3 Phương pháp Double-stage Convergent 16

1.3 Dẫn xuất PAMAM lai hóa với chuỗi stearyl alcohol 17

1.4 Giới thiệu chung về Alcol 17

1.4.1 Định nghĩa 17

1.4.2 Tính chất 17

1.5 Giới thiệu về stearyl alcohol 18

1.5.1 Khái niệm 18

1.5.2 Tính chất của stearyl alcohol 18

1.5.1.1 Tính chất vật lý 18

1.5.1.2 Tính chất hóa học 19

1.5.1.3 Ứng dụng 19

1.6 Giới thiệu về vật liệu nanocomposite 20

1.6.1 Vật liệu composite 20

1.6.1.1 Khái niệm 20

1.6.1.2 Thành phần và cấu tạo 21

1.6.1.3 Phân loại 21

1.6.1.4 Vật liệu nanocomposite 22

1.6.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite 22

1.6.2.1 Phương pháp in situ 23

1.6.2.2 Phương pháp ex situ 23

1.6.3 Phân loại vật liệu nano 23

1.6.4 Tính chất của hạt nano kim loại 25

1.6.4.1 Tính chất quang học 25

1.6.4.2 Tính chất điện 25

1.6.4.3 Tính chất từ 25

1.6.4.4 Tính chất điện 26

1.6.5 Ứng dụng của vật liệu nanocomposite 26

1.7 Giới thiệu về nano kim loại Cobalt 27

1.8 Khái quát về từ tính 28

1.9 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 30

1.9.1 Ở ngoài nước 30

1.9.2 Ở trong nước 31

Chương 2: THỰC NGHIỆM 2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị và các phương pháp đo 32

2.1.1 Hóa chất 32

2.1.2 Dụng cụ và thiết bị 32

2.1.3 Các phương pháp phân tích 32

2.1.4 Tiến hành thực nghiệm 35

2.2 Tổng hợp dẫn xuất dendrimer 37

2.2.1 Tiến hành thí nghiệm 37

2.2.2 Thuyết minh quy trình 38

2.3 Tổng hợp nanocobalt trên dẫn xuất dendrimer PAMAM 39

2.3.1 Tiến hành thí nghiệm 39

2.3.2 Thuyết minh quy trình 40

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 3.1 Tổng hợp 4-Nitrophenyl octadecyl carbonate 41

3.1.1 Đặc điểm 41

3.1.2 Kết quả đo phổ 41

3.1.3 Bàn luận 43

3.2 Tổng hợp dẫn xuất dendrimer G với core NH 46

3.2.1 Đặc điểm 46

3.2.2 Kết quả đo phổ 46

3.2.3 Bàn luận 48

3.3 Tổng hợp nanocomposite cobalt 51

3.3.1 Đặc điểm 51

3.3.2 Kết quả đo phổ 53

Chương 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận 58

4.2 Kiến nghị 58 Tài liệu tham khảo

DANH MỤC HÌNH

Trang

Chương I: TỔNG QUAN

Hình 1: Lịch sử hình thành dendrimer (PAMAM) 1

Hình 2: Cấu tạo của dendrimer 2

Hình 3: Kích thước dendrimer tăng theo thế hệ 3

Hình 4: Cấu trúc dendrimer dạng hình cầu 4

Hình 5: Công thức của phân tử PAMAM core NH 3 5

Hình 6: Công thức phân tử phenolic dendrimer thế hệ thứ 3 5

Hình 7: Công thức phân tử dendrimer core EDA(Ethylenediamine) 6

Hình 8: Sự thay đổi hình dạng dendrimer khi thay đổi độ pH 7

Hình 9: Hình dạng dendrimer phụ thuộc vào dung môi hòa tan 7

Hình 10: Hình dạng dendrimer phụ thuộc vào nồng độ muối 8

Hình 11: Dendrimer ở những nồng độ khác nhau 8

Hình 12: Các hình thức vận chuyển thuốc của dendrimer 10

Hình 13: Kích thước chuẩn với các vật chất sinh học 11

Hình 14: Phức Tris(bipyridine)ruthenium(II)(Ru 2+ -tris-bipy) với dendrimer trong core 12

Hình 15: Phức Tris(bipyridine)ruthenium(II) (Ru 2+ -tris-bipy) với dendrimer ở nhánh 13

Hình 16:Tổng hợp dendrimer theo phương pháp Divergent 15

Hình 17: Tổng hợp dendrimer theo phương pháp Convergent 16

Hình 18: Quy trình tổng hợp dendrimer theo phương pháp Double-stage Convergent 17

Hình 19: Quan hệ giữa nhiệt độ sôi và phân tử lượng của alcohol bậc 1 18

Hình 20: Phản ứng hình thành dẫn xuất dendrimer 19

Hình 21: Sản phẩm của sự lai hóa Stearyl alcohol với PAMAM 20

Hình 22: Vật liệu composite 21

Hình 23: Vật liệu nano không chiều 23

Hình 24: Vật liệu nano một chiều 24

Hình 25: Vật liệu nano hai chiều 24

Hình 26: Cấu trúc từ của vật liệu phản sắt từ 29

Hình 27: Mô hình về cấu trúc mômen từ của chất thuận từ 29

Hình 28: Đồ thị thuận từ 30

Chương 2 THỰC NGHIỆM Hình 29: Các thiết bị trong thí nghiệm 34

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Hình 30: Sản phẩm 4-Nitrophenyl octadecyl carbonate 41

Hình 31: Sản phẫm dẫn xuất dendrimer G 3.0 46

Hình 32: Sản phẩm nanocobalt 56

DANH MỤC PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Phổ 1 H-NMR của 4-Nitrophenyl octadecyl carbonate

Phụ lục 2: Phổ 13 C-NMR của 4-Nitrophenyl octadecyl carbonate

Phụ lục 3: Phổ DEPT 90-NMR của 4-Nitrophenyl octadecyl carbonate

Phụ lục 4: Phổ DEPT 135-NMR của 4-Nitrophenyl octadecyl carbonate

Phụ lục 5: Phổ 1 H-NMR của dẫn xuất dendrimer G 3.0

Phụ lục 6: Phổ 13 C- NMR của dẫn xuất dendrimer G 3.0

Phụ lục 7: Phổ DEPT 90-NMR của dẫn xuất dendrimer G 3.0

Phụ lục 8: Phổ DEPT 135-NMR của dẫn xuất dendrimer G 3.0

Phụ lục 9: Phổ IR của p-Nitrophenyl chloroformate

Phụ lục 10: Phổ IR của Stearyl alcohol

Phụ lục 11: Phổ IR của 4-Nitrophenyl octadecyl carbonate

Phụ lục 12: Phổ IR của phức ion Cobalt trong dẫn xuất dendrimer G 3.0

Phụ lục 13: Phổ IR của dẫn xuất dendrimer G 3.0.

Phụ lục 14: Phương pháp phân tích GPC dẫn xuất dendrimer G 3.0

Phụ lục 15: Hình TEM của dẫn xuất dendrimer G 3.0 và nanocobalt

Phụ lục 16: Giản đồ thể hiện từ tính nanocobalt.

DANH SÁCH VIẾT TẮT

13

C NMR: Carbon Nuclear Magnetic Resonance

1

H NMR: Proton Nuclear Magnetic Resonance

Mn : Phân tử lượng trung bình số

Mw: Phân tử lượng trung bình khối

PDI: Poly Dispersity Index

DEPT NMR: Distortionless Enhancement by Polarization Transfer Nuclear Magnetic

Resonance

IR: Infrared

TEM: Transmission Electron Microscopy

GPC: Gel Permeation Chlromatograph

UV – Vis: Ultraviolet – visible

NPC: p-Nitrophenyl Chloroformate

PAMAM: Polyamidoamine

AAS: Atomic Absorption Spectrophotometric

Emu/g: Electromagnetic Unit per Gram

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Bảng tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến PAMAM

Bảng 2: Bảng kết quả đo phổ IR

LỜI NÓI ĐẦU

Trong điều kiện cuộc sống hiện nay và sự phát triển của khoa học kỹ thuật, con người không ngừng nghiên cứu và tìm ra những vật liệu mới nhằm mục đích phục vụ cho việc sản xuất và đời sống Trong đó, vật liệu NANO được đặc biệt quan tâm nhiều nhất là vật liệu nanocomposite

Vật liệu nanocomposite là loại vật liệu kết hợp cả hai ưu điểm của composite và công nghệ nano, nó có những tính năng kỹ thuật đặc biệt như là: có tính siêu dẫn, chịu nhiệt, siêu bền, chịu ăn mòn hóa học… Với polymer là dendrimer – một loại nanopolymer được sử dụng như chất mang thuốc, enzyme, ADN, protein dùng trong công nghệ xúc tác, y dược… được dùng để tổng hợp những vật liệu nanocomposite có khả năng ứng dụng to lớn trong các ngành sinh học, y dược, điện tử, vật liệu bán dẫn… Trên thế giới các nhà khoa học, các trung tâm nghiên cứu cũng không ngừng nghiên cứu tổng hợp ra nhiều dạng polymer mới có nhiều ưu điểm hơn trong đó có dendrimer được nghiên cứu từ 1980 đến nay Trong đó có loại dendrimer PAMAM chiếm ưu thế về mặt số lượng các công trình nghiên cứu và ứng dụng

Ở Việt Nam, trong những năm gần đây thì dendrimer được chú ý và nghiên cứu để ứng dụng Phòng Hóa Học Hữu Cơ – Polymer, Viện công nghệ hóa học Tp HCM được xem là đơn vị đầu tiên nghiên cứu tổng hợp dendrimer

Dựa trên cơ sở đó đề tài “Tổng hợp dẫn xuất của dendrimer PAMAM và ứng dụng tổng hợp nanocobalt” được nghiên cứu nhằm có thể tạo ra vật liệu mới

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về dendrimer polyamidoamine (PAMAM) 1,2,6,8

1.1.1 Khái niệm:

Hóa học polymer và công nghệ sản xuất chúng đã xuất hiện từ lâu được dựa trên nền tảng chính là sản xuất ra các polymer mạch thẳng và mạch nhánh Chúng là vật liệu quan trọng trong sản xuất và đời sống Trong giai đoạn này, phân tử polymer có kích thước lớn, cấu tạo mạch thẳng chỉ chứa một vài nhánh nhỏ hơn hoặc có thể là nhánh lớn được sắp xếp một cách ngẫu nhiên

Vào năm 1980, Donald A Tomalia, giám đốc Trung Tâm Công Nghệ Sinh Học Nano trường Đại học Michigan, và các cộng sự, đã tổng hợp ra polyamidoamine (PAMAM) dendrimer Dendrimer là một polymer đa nhánh, từ tâm (core) ở giữa đã phát triển dần ra các nhánh bên ngoài, nên polymer này có những tính chất khác biệt so với các polymer mạch thẳng và mạch nhánh thông thường Dendrimer là một dạng polymer có kích thước nano (khoảng vài nano đến vài chục nano), với cấu trúc dạng nhánh cây với lõi bên trong là những phân tử ưa dầu hoặc ưa nước với nhiều nhóm chức hoạt động bao vòng bên ngoài Những nhóm chức này có thể kết hợp tạo thành phức bền hoặc kết hợp tạo thành mạng lưới bao bọc các phân tử hoạt động, do đó sẽ là chất mang protein, ADN trong công nghệ gen và chất mang thuốc trong y học…

Hình 1: Lịch sử hình thành dendrimer (PAMAM)

1.1.2 Cấu tạo phân tử 1,2,6,8,10

Hình 2: Cấu tạo của dendrimer

Phân tử dendrimer cấu tạo gồm 3 phần chính: lõi, các nhánh bên trong, và những nhóm

bề mặt

1.1.2.1 Lõi

Phân tử dendrimer PAMAM được tạo ra từ tâm gọi là lõi bên trong (Core) Tùy thuộc vào cấu trúc của lõi bên trong mà nhánh tạo ra từ lõi có thể từ 3 đến 8 nhánh hoặc nhiều hơn, thông thường khoảng từ 3 đến 4 nhánh

Lõi (core) của dendrimer có thể được làm từ nhiều chất như ammonia (NH3), ethylenediamine (NH2CH2CH2NH2), aniline (C6H5NH2), cystamine…

1.1.2.2 Các nhánh bên trong

Các nhánh bên trong ( Interior branches) được lặp đi lặp lại nhiều lần, chúng liên kết với các nhóm chức bên ngoài và lõi bên trong, giữa các nhánh có nhiều không gian trống bên trong

ngoại vi còn rất nhỏ chưa có sự cản trở về mặt không gian nên chúng sẽ dao động tự

do, dễ dàng bị thay thế hơn Khi dendrimer phát triển dần các nhánh làm cho các nhánh dài và phát triển rộng ra, số nhóm gắn bên ngoài dendrimer trở nên nhiều hơn nên làm không gian dao động của chúng bị thu hẹp, mức độ dao động tự do giảm làm cho các cấu trúc của dendrimer chặt chẽ hơn và có dạng hình cầu rõ rệt Khi số lượng các nhánh bên ngoài quá nhiều thì nó không còn khả năng phát triển nhánh nữa (phát triển lên các thế hệ cao hơn) Lúc đó các nhóm bên ngoài như một rào chắn không cho các phân tử khác xâm nhập vào không gian trống bên trong và lúc này dendrimer bị khóa chặt Tóm lại, trong các thế hệ đầu (3 thế hệ đầu) cấu trúc gần giống tâm nên chúng có kích thước nhỏ, mềm dẻo, không sít chặt và cấu trúc chưa có dạng hình cầu rõ Ở thế

hệ càng cao thì cấu trúc có dạng hình cầu rõ rệt ( hình 3)

Hình 3: Kích thước dendrimer tăng theo thế hệ

Trước đây trong quá trình tổng hợp các polymer mạch thẳng, mạch nhánh thì sự sắp xếp các nhánh xảy ra một cách ngẫu nhiên và các phân tử có kích thước khác nhau nên không đồng đều Nhưng đối với dendrimer thì ta có thể tổng hợp chúng với kích thước và khối lượng phân tử như mong muốn

Chính vì với cấu trúc đặc biệt này mà các dendrimer có những tính chất tốt hơn những polymer khác Khi hòa tan trong dung môi, các polymer thông thường tồn tại ở dạng cuộn mềm dẻo, dễ thay đổi hình dạng nhưng dendrimer thì tồn tại ở dạng một trái banh chặt chẽ rất ít hoặc không bị biến dạng Điều này ảnh hưởng nhiều đến độ nhớt của dendrimer Khi khối lượng phân tử của dendrimer tăng thì độ nhớt của nó cũng tăng nhưng đến thế hệ thứ tư thì bắt đầu giảm xuống Còn đối với các polymer mạch thẳng và nhánh thông thường thì độ nhớt của chúng tăng theo chiều tăng của khối lượng phân tử.2

Hình 4: Cấu trúc dendrimer dạng hình cầu 29

Hình 5: Công thức của phân tử PAMAM core NH 3

29

 Một số dendrimer core và nhánh khác

Hình 6: Công thức phân tử phenolic dendrimer thế hệ thứ 3 29

Hình 7: Công thức phân tử dendrimer core EDA (Ethylenediamine) 29

1.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến cấu trúc PAMAM 2,6, 17

1.1.3.1 Độ pH

Cấu trúc và hình dạng phân tử dendrimer phụ thuộc rất nhiều vào độ pH Nếu pH thấp (pH<4) thì các nhánh sẽ duỗi ra, các phân tử sắp xếp có trật tự hơn, không gian trống trong phân tử nhiều hơn Ngược lại, nếu khi pH cao hơn thì các phân tử dendrimer bắt đầu co lại có hình dạng như một khối cầu, độ chặt tăng lên Còn khi pH trung tính thì bắt đầu xuất hiện các khúc cuộn do liên kết hydrogen giữa các nhóm amine bên trong và các nhóm amine trên bề mặt

Hình 8: Sự thay đổi hình dạng dendrimer khi thay đổi độ pH

1.1.3.2 Dung môi hòa tan6

Trong môi trường dung môi có proton thì các nhánh của PAMAM duỗi thẳng ra tạo liên kết hydrogen giữa nguyên tử N của nhóm -NH bên trong và nhóm bề mặt -NH2hoặc nguyên tử O của nhóm COO- với nguyên tử H của dung môi

Đối với dung môi không có proton thì PAMAM sẽ cuộn lại và hình thành liên kết hydrogen nội phân tử giữa nguyên tử N của nhóm NH2 bề mặt với nguyên tử H của nhóm NH bên trong

Hình 9: Hình dạng dendrimer phụ thuộc vào dung môi hòa tan

1.1.3.3 Nồng độ muối

Các nhánh PAMAM sẽ duỗi ra khi nồng độ muối thấp, khi nồng độ muối cao thì làm cho hình dạng của PAMAM bị co cuộn lại như trong dung môi ít phân cực hay pH cao

Hình 10: Hình dạng dendrimer phụ thuộc vào nồng độ muối

1.1.3.4 Ảnh hưởng của nồng độ17

Nồng độ của dendrimer cũng ảnh hưởng đến cấu trúc của dendrimer, nồng độ càng đậm đặc các phân tử dendrimer co cuộn lại và chồng khít lên nhau

Hình 11: Dendrimer ở những nồng độ khác nhau

a) Nồng độ rất loãng, các phân tử ở rất xa nhau

b) Nồng độ loãng, các phân tử tiếp xúc với nhau

c) Nồng độ đậm đặc, các phân tử ở dạng sa lắng

d) Nồng độ rất đậm đặc, các phân tử chồng khít lên nhau

Bảng 1: Bảng tóm tắt các yếu tố ảnh hưởng đến PAMAM

Các nhánh duỗi ra, sắp xếp trật tự, không gian trống nhiều

Nồng độ muối Co cuộn lại Các nhánh duỗi ra

Ảnh hưởng nồng

độ

Các nhánh co cuộn lại, chồng khít lên nhau

Dendrimer phân bố rời rạc, xa nhau

Dung môi hòa tan Phân cực thì các

nhánh duỗi ra

Không phân cực thì co cuộn lại

1.1.4 Tính chất PAMAM1,2,6,7,10,18

1.1.4.1 Tính đa hóa trị 10

PAMAM có tính đa hóa trị nên quá trình tạo dẫn xuất dễ dàng hơn Điều này quan trọng trong việc tạo ra sự đa tương tác, đặc biệt khi PAMAM gắn với đường thì

có sự tương tác với những cơ quan thụ cảm sinh học

Tính chất này còn cho phép tạo ra các copolymer có tính chất đặc biệt như độ nhớt, độ bền ổn định được ứng dụng tạo ra các vật liệu khác như composite Bằng cách thay đổi các nhóm chức bề mặt nên dẫn đến độ tan của chúng khác nhau

1.1.4.2 Tính tan của dendrimer 1,2,6,7,10,18

Dendrimer mà các nhóm bên ngoài và core là các nhóm ưa nước thì có khả năng tan được trong nước, trong khi các dendrimer có các nhóm bên ngoài và core là các nhóm kị nước, ưa dầu thì chúng không có khả năng tan trong nước mà tan được trong

các dung môi có tính dầu Còn đối với dendrimer có core ưa dầu nhưng trong khi đó các nhóm bề mặt lại ưa nước thì dendrimer đó tan trong nước nhiều hơn so với dầu Ngược lại thì các dendrimer có core ưa nước nhưng các nhóm bề mặt ưa dầu thì dendrimer tan trong dầu nhiều hơn so với nước Như vậy tính tan của dendrimer phụ thuộc nhiều vào các nhóm ở bề mặt

Độ dài của core liên quan đến hình dạng và tính ái dầu của dendrimer Nếu số nhóm CH2 trong phân tử core càng nhiều sẽ làm tăng tính ái dầu

1.1.4.3 Tính mang vác 10

Cấu trúc phân tử dendrimer có nhiều khoảng trống nên chúng được sử dụng như một chất mang Các chất chúng có thể mang là thuốc trị bệnh, các đoạn ADN, các enzyme, các hormone, các xúc tác kim loại… PAMAM rất thích hợp cho việc mang thuốc vì chúng có độ chọn lọc và tính bền vững cao khi kết hợp với thuốc

Hiện nay có nhiều cách để mang thuốc như nang hóa các phân tử thuốc bên trong các không gian trống của phân tử dendrimer (hình 13a) hoặc có thể có nhiều phân tử dendrimer kết hợp tạo thành mạng lưới bao bọc các phân tử thuốc (hình 13b), hoặc là các phân tử thuốc kết hợp với các nhóm bề mặt bằng liên kết cộng hóa trị (hình 13c) hoặc các tương tác không hóa trị (hình 13d)

Hình 12: Các hình thức vận chuyển thuốc của dendrimer 14

1.1.4.4 Tính chất nano 2

Trong dung dịch các dendrimer có sự phân bố kích thước và hình dạng rất là phong phú, có khi chúng kết thành một chuỗi thẳng dài, có khi kết thành chùm Kích thước của chùm dendrimer thường khoảng vài chục nanomet nên nó được xem là vật liệu nano

Đặc biệt hơn là các thế hệ dendrimer có kích thước chuẩn rất hợp với những vật chất trong cơ thể Chẳng hạn như G4 thì có kích thước 40AO chuẩn với kích thước của cytochrome, G5 có kích thước 53AO chuẩn với hemoglobin, G6 có kích thước 67AOphù hợp với ADN và histone Vì chính những lý do đó mà dendrimer là vật liệu nano rất được chú trọng trong y học ngày nay

Hình 13: Kích thước chuẩn với các vật chất sinh học 16 1.1.4.5 Khả năng tạo phức với kim loại

Kim loại có khả năng tạo phức với dendrimer ở các vị trí core và các nhóm ở nhánh

- Ở trong core 19,20,21

Về cơ bản thì có hai hướng để cho dendrimer tạo phức với kim loại bên trong core Cách 1 là dựa trên cơ sở của một phức kim loại đã được tổng hợp trước, liên kết cộng hóa trị giữa ligand của phức đó được hình thành với các thành phần dendritic để tạo ra cấu trúc dendrimer.Cách 2 là ion kim loại tạo phức với các thành phần dendritic

để tạo ra cấu trúc dendrimer

Hình 14:Phức Tris(bipyridine)ruthenium(II)(Ru 2+ -tris-bipy) với dendrimer trong core

- Ở các nhánh 22,23

Quá trình tạo phức của ion kim loại với dendrimer còn phụ thuộc vào tính chất của ion kim loại, liên kết tạo phức của ion kim loại với nguyên tử nitơ trong các nhánh dendrimer Phức kim loại với dendrimer thông thường tồn tại trong dạng dung dịch

Hình 15:Phức Tris(bipyridine)ruthenium(II) (Ru 2+ -tris-bipy) với dendrimer ở nhánh

1.1.5 Ứng dụng

1.1.5.1 Trong y dược 10,12

Một trong các phân tử có cấu trúc nano được sử dụng phổ biến hiện nay là dendrimer, bởi tính chất hướng đích và phát hiện của nó Các thiết bị nano dùng dendrimer PAMAM đa nhóm chức, cung cấp một nền tảng nano để chụp ảnh, phân phối thuốc và điều trị ung thư, giúp tăng hoạt lực của thuốc…

Trong lĩnh vực y dược, dendrimer được dùng làm chất mang thuốc đến các vị trí trong cơ thể rất hiệu quả, nhất là các nơi có khối u ác tính Dendrimer có thể sử dụng như một tác nhân che phủ bên ngoài, để bảo vệ hay mang thuốc đến các vị trí đặc biệt trong cơ thể hay điều tiết thời gian phóng thích các tá dược một cách hợp lý tránh hiện tượng thuốc chưa được hấp thu mà đã đào thải ra ngoài Người ta dùng dendrimer làm chất mang các loại thuốc có tuổi thọ rất ngắn trong cơ thể Khi sử dụng làm chất mang thì thuốc có thể đưa đến đúng các vị trí cần điều trị trong cơ thể, lượng thuốc sử dụng ít hơn, dược tính được tăng cao Ngoài ra dendrimer không độc đối với cơ thể vì dendrimer có tính đào thải tốt Chính vì dendrimer có nhiều ưu điểm như vậy nên được

ứng dụng trong chẩn đoán và điều trị do đó đã thu hút rất nhiều nhà khoa học và đã đạt được nhiều thành công

Ngoài khả năng mang thuốc thì dendrimer còn có khả năng thẩm thấu sinh học cao, chúng có thể đi xuyên qua mạch máu hay qua biểu mô nên được sử dụng để vận chuyển carbohydrate, protein, peptide hay oxygen đi khắp các mạch máu trong cơ thể Dendrimer có kích thước nhỏ sẽ dễ dàng đào thải ra khỏi cơ thể hơn, do chúng có kích thước nhỏ sẽ len lỏi qua các vách tế bào hay khuếch tán qua tế bào và đi ra ngoài Còn các dendrimer có kích thước lớn sẽ khó thẩm thấu hơn và giữ lại trong cơ thể nên dễ gây độc

1.1.5.2 Dendrimer là một vật liệu mới 1,2,10

Dendrimer được sử dụng làm chất phá nhũ tương của dầu và nước, dùng làm chất giữ ẩm cho giấy và có tác dụng làm thay đổi độ nhớt

Dendrimer có nhiều nhánh được điều chế từ ethylenediamine và methylacrylate Polyamidoamine được sử dụng để chế tạo vật liệu composite, làm vật liệu polymer Dendrimer được sử dụng làm thay đổi bề mặt nhựa nhiệt dẻo như độ dẻo, khả năng chịu nhiệt Nhựa được trộn với dendrimer có thể khống chế được tính chất mốc, chống tia tử ngoại, mài mòn cao, chống cháy Do đó, loại nhựa trên có nhiều ứng dụng như làm kính, đồtrang trí…

1.1.5.3 Trong các lĩnh vực khác 2

Ngoài những ứng dụng trên thì dendrimer còn được dùng trong các lĩnh vực khác như:

- Trong lĩnh vực xúc tác: nhờ vào diện tích bề mặt lớn và nhiều khe hở bên trong nên nó có thể dùng làm chất mang chất xúc tác

- Trong kĩ thuật: dùng làm đầu dò cảm biến hóa học và sinh học, sợi carbon, phụ gia polymer và nhựa…

- Trong công nghiệp: dùng để chế tạo mực in, chất bám dính, tạo ra pin và chất bôi trơn ở cấp độ nano

- Trong môi trường: xử lý chất thải, hệ thống siêu lọc…

- Trong điện tử và quang học: dùng làm hệ thống hấp thu ánh sáng, màn hình tinh thể lỏng, vật liệu quang học 3D…

1.2 Phương pháp tổng hợp dendrimer10,12,24

Hiện nay việc tổng hợp dendrimer theo hai con đường chính là phương pháp divergent

và convergent, ngoài ra người ta còn công bố một số phương pháp khác Double-stage, Orthogonal, Click chemistry… để tổng hợp dendrimer Khi tổng hợp bằng hai con đường khác nhau thì cấu trúc của chúng cũng khác nhau

1.2.1 Phương pháp divergent

Dendrimer được phát triển từ các nhóm chức của phân tử lõi bên trong Các lõi phản ứng với các phân tử monomer chứa một loại nhóm chức hoạt động (có khả năng phản ứng) và một loại nhóm chức không hoạt động (không có khả năng phản ứng) và đưa đến việc hình thành thế hệ thứ nhất của dendrimer Sau đó các nhóm bề mặt cũng được hoạt hóa để chuẩn bị cho phản ứng với các nhóm monomer khác Qui trình trên được lặp đi lặp lại tạo ra các thế hệ dendrimer khác nhau (G), chúng được xây dựng từ lớp này sang lớp khác

Nhược điểm lớn nhất của phương pháp divergent là thường xảy ra các phản ứng phụ và sản phẩm sinh ra có nhiều khuyết tật Vì vậy, để ngăn cản phản ứng phụ và thúc đẩy phản ứng chính thì độ tinh khiết của tác chất phản ứng phải ở mức độ cho phép là một đòi hỏi rất quan trọng Nếu phản ứng phụ xảy ra nhiều sẽ gây ra trở ngại cho việc tinh chế sản phẩm cuối cùng

Hình 16: Tổng hợp dendrimer theo phương pháp Divergent 15

Hình 17: Tổng hợp dendrimer theo phương pháp Convergent

1.2.3 Phương pháp Double-stage Convergent

Phương pháp này là sự kết hợp của phương pháp convergent và divergent Phương pháp divergent tạo ra hypercore, sau đó các mảnh wedge được tạo ra theo phương pháp convergent sẽ được gắn vào hypercore (hình 18) Phương pháp này cải thiện những nhược điểm và kết hợp được những ưu điểm của hai phương pháp convergent và divergent là vừa tổng hợp được những dendrimer ở thế hệ cao, giảm khuyết tật của sản phẩm, vừa có thể tổng hợp được những dendrimer với đơn vị nhánh ở bên trong và bên ngoài khác nhau24

Hình 18: Quy trình tổng hợp dendrimer theo phương pháp Double-stage convergent

1.3 Dẫn xuất PAMAM lai hóa với chuỗi stearyl alcohol11,13

Trong quá trình nghiên cứu rất nhiều loại dendrimer với các core khác nhau thì tính chất hóa học và vật lý của dendrimer được mở rộng từ các nhóm chức ở bên ngoài của dendrimer nên có nhiều lợi thế như: tính ổn định, khả năng hòa tan, độ nhớt Sự ảnh hưởng đặc tính của các nhóm bề mặt và khối lượng phân tử tăng theo thế hệ

Đặc biệt dendrimer PAMAM với những nhóm NH2 ở bề mặt ngoài có khả năng phản ứng cao, dễ bị thay đổi nên việc tổng hợp dẫn xuất dendrimer dễ dàng, tạo ra nhiều loại dẫn xuất mới với nhiều mục đích ứng dụng như: gắn dây stearyl và nhiều alcohol khác

1.4 Giới thiệu chung về Alcohol25

1.4.1 Định nghĩa

Alcohol là những hợp chất hữu cơ có nhóm OH liên kết trực tiếp với nguyên tử carbon trạng thái lai hóa sp3 của gốc hydrocarbon

1.4.2 Tính chất

Các alcohol có số carbon thấp ở dạng lỏng, có mùi và vị đặc trưng Các alcohol

có số carbon cao ở dạng rắn, không mùi Nhiệt độ sôi tăng dần theo phân tử lượng Liên kết hydrogen ảnh hưởng lớn đến nhiệt độ sôi của alcohol

Hình 19: Quan hệ giữa nhiệt độ sôi và phân tử lượng của alcohol bậc 1

Methanol, ethanol, propan-1-ol, propan-2-ol, 2-methylpropan-2-ol tan rất nhiều trong nước vì chúng tạo liên kết hydrogen với nước Các alcohol khác có độ tan trong nước giảm Đối với cetyl alcohol và stearyl alcohol thì không tan trong nước Ở nhiệt

độ phòng, cetyl alcohol và stearyl alcohol tồn tại ở dạng sáp rắn màu trắng hay dạng bông tuyết

Trong công nghiệp cetyl alcohol được ứng dụng nhiều trong công nghệ mỹ phẩm, được sử dụng như một chất hoạt động bề mặt, chất làm đặc

1.5 Giới thiệu về stearyl alcohol25

1.5.1 Khái niệm

Stearyl alcohol hay còn có nhiều cách gọi khác nhau như 1-octadecanol, octadecanol, octadecyl alcohol… là một loại rượu, mạch thẳng, mang đầy đủ tính chất vật lý và hóa học của một rượu

1.5.2 Tính chất của stearyl alcohol

1.5.2.1 Tính chất vật lý

Là chất rắn, màu trắng, tos=330–260OC, tonc=55– 58OC, không tan trong nước nhưng tan tốt trong dung môi hữu cơ như, methanol (CH3OH), chloroform (CHCl3)…

Những thuận lợi khi lai hóa Stearyl với dendrimer

- Tạo ra một PAMAM biến tính Chuỗi stearyl khi gắn kết với PAMAM tạo một dẫn xuất mới so với PAMAM, làm tăng trọng lượng phân tử và tăng khoảng trống bên trong dendrimer

- Chuỗi stearyl khi lai hóa với dendrimer PAMAM sẽ che chắn bề mặt dendrimer PAMAM, làm chất mang giữ các kim loại bên trong lâu hơn, hạn chế sự oxy hóa của kim loại

 Tóm lại khi dendrimer lai hóa với chuỗi stearyl tạo nên chất mang và tạo "nắp bảo vệ", nhờ đó hạn chế được sự oxy hóa kim loại

Hình 21: Sản phẩm của sự lai hóa Stearyl alcohol với PAMAM

1.6 Giới thiệu về vật liệu nanocomposite5

Vật liệu nano là vật liệu có kích thước ở mức nano Khoa học và vật liệu nano hiện nay là loại vật liệu rất ưa chuộng trên thế giới Được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực của khoa học và công nghệ như điện tử, y học, hóa học, sinh học, môi trường…

1.6.1 Vật liệu composite2,5

1.6.1.1 Khái niệm

Vật liệu composite hay composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo nên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ

Hình 22: Vật liệu composite

1.6.1.2 Thành phần và cấu tạo

Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân

bố trong một pha liên tục duy nhất Khi đó pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu composite Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu tăng cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước khi đó vật liệu nền của vật liệu composite là chất kết dính, giúp chuyển ứng suất sang cho sợi gia cường khi có ngoại lực tác động vào vật liệu Nó quyết định khả năng chịu nhiệt và bền với môi trường

Thành phần cốt: sợi thuỷ tinh, sợi basalt, sợi hữu cơ, sợi carbon, sợi Bor, sợi

carbua silic, sợi kim loại, sợi ngắn và các hạt phân tán và cốt vải

Ngoài những thành phần cơ bản trên thì trong vật liệu composite còn có các phụ gia khác như chất xúc tác, chất tạo màu…

liệu composite đã có mặt ở hầu hết các lĩnh vực như giao thông vận tải, xây dựng, công nghiệp, y tế…

Ngoài ra đối với các vật liệu composite cao cấp có những tính chất đặc biệt như khả năng chịu nhiệt, bền… thì các loại composite này được sử dụng trong ngành hàng không dân dụng, vũ trụ và một số vật dụng khác có tính đòi hỏi cao…

1.6.1.4 Vật liệu nanocomposite

Là loại vật liệu sử dụng các hạt có kích thước nano phối trộn vào vật liệu composite tăng khả năng gia cường, có ứng dụng rộng rãi cả trong kỹ thuật và dân dụng Nanocomposite bao gồm cả ba loại nền kim lọai, nền gốm và nền polymer Ở đây, ta chỉ đề cập chủ yếu đến nanocomposite trên cơ sở chất nền là polymer

Vật liệu nanocomposite polymer: là loại vật liệu composite-polymer với hàm

lượng chất gia cường thấp ( 1-7%) và chất gia cường này phải ở kích thước nanomet Pha gia cường ở kích thước nanomet được sử dụng trong lĩnh vực nanocomposite thường là hạt nano và ống carbon (carbon nanotube) Các phương pháp được sử dụng

phổ biến hiện nay để chế tạo vật liệu nanocomposite polymer là phương pháp in situ,

nóng chảy, nhũ tương và phương pháp dung dịch

Vật liệu nanocomposite là một trong những hướng đi khác của công nghệ nano

Nó được sản xuất bằng cách thêm vào nền polymer các phân tử rắn có kích thước nanomet tạo nên liên kết cấp phân tử polymer làm thay đổi bản chất cơ, lý, hoá tính của vật liệu polymer Những vật liệu này dễ chế tạo, nhiệt gia công thấp

Ngoài ra vật liệu nanocomposite còn là vật liệu thân thiện với môi trường, có thể tái sử dụng mà vẫn duy trì những đặc tính của nó

1.6.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite5

Nanocomposite kim loại – polymer có thể được tổng hợp theo hai phương pháp khác

nhau: in situ và ex situ

1.6.2.1 Phương pháp in situ

Hạt kim loại được tổng hợp trong chất nền polymer bằng sự phân ly (như sự quang phân, sự phân giải do chiếu xạ, sự nhiệt phân…) hay khử hoá học dung dịch ion kim loại trong chất nền polymer

1.6.2.2 Phương pháp ex situ

Hạt nano được tổng hợp bằng phương pháp hoá học rồi sau đó được cho vào trong chất nền polymer Thông thường, phải chuẩn bị được nano kim loại mà bề mặt đã được oxy hoá chống gỉ Sự oxy hoá chống gỉ bề mặt có vai trò chủ yếu vì nó tránh được sự kết tụ và hiện tượng oxy hoá, nhiễm bẩn Bên cạnh đó, các hạt kim loại đã được oxy hoá chống gỉ thì không ưa nước nên nó dễ dàng trộn vào polymer

Qua hai phương pháp tổng hợp ex situ và in situ trong tổng hợp nanocomposite kim loại – polymer thì phương pháp ex situ tốt hơn vì tính quang học cao có thể thu

được từ sản phẩm cuối cùng

1.6.3 Phân loại vật liệu nano 27

 Phân loại theo hình dáng của vật liệu

- Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano), ví dụ đám

nano, hạt nano

Hình 23: Vật liệu nano không chiều

- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, ví dụ

dây nano, ống nano

Hình 24: Vật liệu nano một chiều

- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, ví dụ

màng mỏng

Hình 25: Vật liệu nano hai chiều

- Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có

một phần của vật liệu có kích thước nanomet, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau

Cũng theo cách phân loại theo hình dáng của vật liệu, một số người đặt tên số chiều bị giới hạn ở kích thước nano Nếu như thế thì hạt nano là vật liệu nano 3 chiều, dây nano là vật liệu nano 2 chiều và màng mỏng là vật liệu nano 1 chiều Cách này ít phổ biến hơn cách ban đầu

 Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano:

 Vật liệu nano kim loại

 Vật liệu nano bán dẫn

 Vật liệu nano từ tính

 Vật liệu nano sinh học

1.6.4 Tính chất hạt nano kim loại 2

Hạt nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có kích thước nano được tạo thành từ các kim loại Người ta biết rằng hạt nano kim loại như hạt nano vàng, nano bạc được sử dụng từ hàng nghìn năm nay

1.6.4.1 Tính chất quang học

Tính chất quang học của hạt nano vàng, bạc trộn trong thủy tinh làm cho các sản phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau Mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang Nếu mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt

1.6.4.2 Tính chất điện

Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong đó Đối với vật liệu khối, các lí luận về độ dẫn dựa trên cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các hạt trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng

1.6.4.3 Tính chất từ

Các kim loại quý như vàng, bạc… có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù trừ cặp điện tử Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì vật liệu có từ tính tương đối mạnh Các kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, cobalt, nickel thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái

siêu thuận từ Vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường bị ngắt đi

1.6.4.4 Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên

tử trong mạng tinh thể Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh Nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm

Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc chất hoạt hóa bề mặt Phương pháp tĩnh điện đơn giản nhưng bị giới hạn bởi một số chất khử Phương pháp bao phủ phức tạp nhưng linh hoạt hơn, hơn nữa phương pháp này có thể làm cho bề mặt hạt nano có các tính chất cần thiết cho các ứng dụng Các hạt nano Ag, Au, Pt, Pd, Rh với kích thước từ 10 đến 100

nm có thể được chế tạo từ phương pháp này

1.6.5 Ứng dụng của vật liệu nanocomposite5

Trong ngành công nghiệp hiện nay, các nhà sản xuất điện tử đã bắt đầu đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo ra các sản phẩm có tính cạnh tranh đặc biệt là trong

ngành điện tử như các con chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý cực nhanh, các con

vi xử lý trong ngành công nghệ thông tin… Trong y học, để chữa bệnh ung thư người

ta tìm cách đưa các phân tử thuốc đến đúng các tế bào ung thư qua các hạt nano đóng vai trò là “chất vận chuyển”, tránh được tác dụng phụ gây ra cho các tế bào lành Ứng dụng nano vào trong y tế ngày nay đang nhằm vào những mục tiêu tốt nhất đối với sức khỏe con người, như các bệnh do di truyền, các bệnh HIV/AIDS, ung thư, tim mạch và các bệnh đang lan rộng hiện nay như béo phì, tiểu đường, mất trí nhớ

Rõ ràng y học là lĩnh vực được lợi nhiều nhất từ công nghệ này Đặc biệt là sự ra đời nano phẫu thuật thẩm mỹ, nhiều loại thuốc thẩm mỹ có chứa các loại hạt nano để làm thẩm mỹ và bảo vệ da

Nhìn chung, vật liệu nanocomposite có tính chất tốt hơn so với composite thông thường nên có nhiều ứng dụng đặc biệt và hiệu quả hơn Đây sẽ là loại vật liệu mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới và hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng cao trong tương lai Đặc biệt là công nghệ nano kim loại được chú trọng nhất và đánh dấu bước phát triển của ngành hóa học

Các ứng dụng đều liên quan đến những tính chất khác biệt của hạt nano Những ứng dụng đầu tiên như chúng ta đã biết là liên quan đến tính chất thuận từ và tính chất quang của chúng Người ta trộn hạt nano vàng, bạc vào thủy tinh để chúng có các màu sắc khác nhau Gần đây người ta đã phát hiện ra rất nhiều ứng dụng của hạt nano vàng

để tiêu diệt tế bào ung thư Hạt nano vàng bọc bởi các nguyên tử Gd (có moment từ nguyên tử lớn nhất) còn được dùng để làm tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ hạt nhân (MRI) Rất gần đây, người ta còn tạo ra nguyên tử nhân tạo từ hai hạt nano vàng

mở ra khả năng ứng dụng lớn trong tương lai

1.7 Giới thiệu về nano kim loại Cobalt28,31

Từ đặc điểm từ tính của nanocobalt được bao bọc bởi dendrimer (DENs) đã được nghiên cứu từ nhiều nguồn tư liệu khác nhau và có nhiều phương pháp tổng hợp như:

sự phân ly bằng hợp chất hữu cơ kim loại, khử mixen, khử siêu âm hóa học, tổng hợp thủy nhiệt, khử hóa học đơn giản

Nanocobalt được tổng hợp từ dẫn xuất dendrimer với Co2+ sản phẩm tạo ra có tính từ tính nên được ứng dụng trong y học như chụp cộng hưởng từ (MRI) Phức của dendrimer có kích thước nhỏ hơn 3nm thì chúng thấm màng tế bào ra rất nhanh để khuếch tán ra ngoài cơ thể, đối với phức dendrimer có kích thước nằm giữa 3nm – 6nm thì sẽ được thải nhanh qua thận Kích thước từ 5nm – 7nm thì thích hợp để đưa vào trong chuỗi khối u Còn với kích thước 7nm – 12nm thì bị lưu lại một lượng lớn trong quá trình lưu thông máu Ngoài ra nanocobalt còn được sử dụng cho các bản ghi từ mật

độ cao

1.8 Khái quát về từ tính

Từ tính (magnetic property) là một tính chất của vật liệu hưởng ứng dưới sự tác

động của một từ trường Từ tính có nguồn gốc từ lực từ, lực này luôn đi liền với lực điện nên thường được gọi là lực điện từ

Từ tính có thể phân ra làm các loại: sắt từ, phản sắt từ, ferri từ, thuận từ, nghịch từ Thông thường khi ta nói một vật liệu có từ tính, tức là chỉ vật liệu có tính sắt từ, phản sắt từ hoặc ferri từ

Sắt từ là các chất có từ tính mạnh, hay khả năng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của

từ trường ngoài, mà tiêu biểu là sắt (Fe)

Các chất sắt từ (iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), gadolinium (Gd) là các chất sắt

từ điển hình

Có thể nói vật liệu sắt từ đang được nghiên cứu và ứng dụng hết sức rộng rãi trong khoa học, công nghiệp cũng như trong đời sống, từ các nam châm vĩnh cửu, đến các lõi

biến thế, hay cao hơn là các ổ cứng máy tính, các đầu đọc ổ cứng

Phản sắt từ là nhóm các vật liệu từ có trật tự từ mà trong cấu trúc gồm có 2 phân

mạng từ đối song song và cân bằng nhau về mặt giá trị

Hình 26: Cấu trúc từ của vật liệu phản sắt từ

Vật liệu phản sắt từ trong các ứng dụng từ tính thường không được sử dụng độc lập

mà thường dùng làm các chất bổ trợ liên kết phản sắt từ Sử dụng trong các cấu trúc màng mỏng đa lớp có các lớp sắt từ xen kẽ bởi các lớp không từ tính hoặc các lớp phản sắt từ làm cho mômen từ giữa các lớp sắt từ sắp xếp phản song song với nhau, thường

sử dụng trong các màng từ điện trở

Thuận từ là những chất có từ tính yếu Tính chất thuận từ thể hiện ở khả năng hưởng

ứng thuận theo từ trường ngoài, có nghĩa là các chất này có mômen từ nguyên tử (nhưng giá trị nhỏ), khi có tác dụng của từ trường ngoài, các mômen từ này sẽ bị quay theo từ trường ngoài, làm cho cảm ứng từ tổng cộng trong chất tăng lên

Hình 27: Mô hình về cấu trúc mômen từ của chất thuận từ