Nghiên cứu cơ chế đốt nóng từ trong hệ hạt nano ferit spinel M1-xZnxFe2O4 (M=Mn,Co)

GI O V OT O VI N HÀN LÂM KHO H V NG NGH VI T N M HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -------------------------- PHẠM HỒNG NAM NGHIÊN CỨU CÁC CƠ CHẾ ĐỐT NÓNG TỪ TRONG HỆ HẠT NANO FERIT SPINEL M1-xZnxFe2O4 (M = Mn, Co) huyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 62.23 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2018 GI O V OT O VI N H N L M KHO H V NG NGH VI T N M HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -------------------------- PHẠM HỒNG NAM NGHIÊN CỨU CÁC CƠ CHẾ ĐỐT NÓNG TỪ TRONG HỆ HẠT NANO FERIT SPINEL M1-xZnxFe2O4 (M = Mn, Co) huyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 62.23 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. ĐỖ HÙNG MẠNH PGS. PHẠM THANH PHONG Hà Nội - 2018 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. ỗ Hùng Mạnh và PGS.

Phạm Thanh Phong, những người Thầy đã dành cho tôi sự động viên, giúp đỡ tận tình và những định hướng khoa học hiệu quả trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin cảm ơn sự chỉ bảo, giúp đỡ và khích lệ của GS. Nguyễn Xuân Phúc, PGS. Trần ại Lâm, TS.

Hà Phương Thư và TS. Lê Trọng Lư đã dành cho tôi trong những năm qua. Tôi xin đư c cảm ơn sự cộng tác và giúp đỡ đầy hiệu quả của N S. ỗ Khánh Tùng, N S.

Lê Thị Thanh Tâm và các cán bộ Phòng Vật liệu nano y sinh, Phòng Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn - Viện Khoa học vật liệu (VKHVL) - Viện Hàn lâm Khoa học và ông nghệ Việt Nam (VHLKH NVN), nơi tôi hoàn thành luận án. Tôi xin đư c gửi lời cảm ơn chân thành tới GS. Nguyễn Thị Kim Thanh và TS. Lê ức Tùng, ại học London, Vương quốc nh, PGS.

Phan Mạnh Hưởng, Khoa Vật lý, Trường ại học Nam Florida, Mỹ cùng các cán bộ thuộc ộ Môn iện và iện tử, Trường ại học asque (UPV/EHU), Tây an Nha về những h p tác nghiên cứu và giúp đỡ tôi thực hiện một số phép đo quý báu. Tôi xin đư c gửi lời cảm ơn tới các học viên của ộ môn Mô phôi và Tế bào thuộc Khoa Sinh học Trường ại học Khoa học Tự nhiên ( HKHTN) - ại học Quốc gia Hà Nội ( HQGHN) vì những h p tác nghiên cứu trong các ứng dụng y sinh. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự giúp đỡ và tạo điều kiện thuận l i của cơ sở đào tạo là Học viện Khoa học và ông nghệ cùng VKHVL - VHLKH NVN, cơ quan mà tôi công tác, trong quá trình thực hiện luận án. Luận án này đư c hỗ tr kinh phí của ề tài cấp cơ sở mã số S L02.16 (Viện Khoa học vật liệu), đề tài nghiên cứu cơ bản định hướng ứng dụng mã số T- NCCB- HƯ -2012-G/08 (N FOSTE ), đề tài h p tác quốc tế F 2386-14-1- 0025 và FA2386-17-1-4042 ( O R ), và đề tài nghiên cứu cơ bản mã số103.

Luận án đư c thực hiện tại Phòng Vật liệu nano y sinh và Phòng Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn (VKHVL, VHLKH NVN); Phòng Kỹ thuật i iện- iện tử (Viện Kỹ thuật nhiệt đới, VHLKH NVN) và Khoa sinh học, Trường HKHTN, HQGHN. Sau cùng, tôi muốn gửi tới tất cả những người thân trong gia đình và bạn bè lời cảm ơn chân thành nhất. hính sự tin yêu mong đ i của gia đình và bạn bè đã tạo động lực cho tôi thực hiện thành công luận án này. Tác giả luận án Phạm Hồng Nam ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.

ác số liệu, kết quả nêu trong luận án đư c trích dẫn lại từ các bài báo đã đư c xuất bản của tôi và các cộng sự. ác số liệu, kết quả này là trung thực và chưa từng đư c ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Phạm Hồng Nam iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT I. DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU a : Hằng số mạng A : Phân mạng tứ diện A1 : ộ lớn của tương tác trao đổi A2 : Nội năng của hệ hạt nano A3 : Năng lư ng trong một chu trình từ hóa B : Phân mạng bát diện C : Nhiệt dung riêng c : Nồng độ hạt từ E : Năng lư ng dị hướng Ea : Năng lư ng kích hoạt dx : Mật độ khối lư ng D : Kích thước hạt Dc : Kích thước tới hạn đơn đômen DFESEM : Kích thước từ ảnh FESEM DTEM : Kích thước tử ảnh TEM DSP : Kích thước siêu thuận từ DXRD : Kích thước từ giản đổ XR f : Tần số fo : Tần số tiêu chuẩn H : ường độ từ trường HA : Trường dị hướng Hc : Lực kháng từ Hmax : Từ trường lớn nhất Hmin : Từ trường nhỏ nhất K : Hằng số dị hướng Keff : Hằng số dị hướng hiệu dụng iv KV : Hằng số dị hướng từ tinh thể KS : Hằng số dị hướng bề mặt kB : Hằng số Boltzmann L : Hàm Langevin m : Khối lư ng M : Từ độ M(0) : Từ độ ở 0K Me2+ : ác kim loại hóa trị 2+ Mr : Từ dư Ms : Từ độ bão hòa Ms( ) : Từ độ của vật liệu khối n : Số hạt trên một đơn vị thể tích P : ông suất Phys : ông suất tổn hao từ trễ Q : Nhiệt lư ng thu vào T : Nhiệt độ TB : Nhiệt độ khóa Tb : Nhiệt độ bão hòa TC : Nhiệt độ urie To : Nhiệt độ hiệu dụng T1 : Thời gian hồi phục spin-mạng T2 : Thời gian hồi phục spin-spin ΔT : ộ biến thiên nhiệt độ t : Thời gian V : Thể tích hạt Vopt : Thể tích tối ưu hạt W : Năng lư ng từ hóa : ộ dài tương quan  : ộ nhớt của chất lỏng từ v : ộ lớn của tương tác trao đổi  : Khối lư ng riêng 0 : ộ từ thẩm trong chân không χ’ : Phần thực của độ cảm từ xoay chiều χ’‘ : Phần ảo của độ cảm từ xoay chiều : Thời gian hồi phục hiệu dụng : Thờ gian hồi phục rown τm : Thời gian hồi phục đặc trưng của các phép đo hồi phục : Thời gian hồi phục Neél : Thời gian hồi phục đặc trưng ω0 : Tần số Larmor II.

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Tiếng Anh Tiếng Việt EDX : Energy dispersive X-ray Phổ tán xạ năng lư ng tia X EHT : Exogenous heating ốt nóng ngoài FC : Field cooled Làm lạnh có từ trường Field emission scanning Kính hiển vi điện tử quét phát xạ FESEM : electron microscope trường FTIR : Fourier-transform infrared Phổ hồng ngoại phân giải Fourier ILP : Intrinsic loss of power ông suất tổn hao nội tại ISPM : Interacting superparamagnetic Siêu thuận từ tương tác LRT : Linear response theory Lý thuyết đáp ứng tuyến tính MHT : Magnetic hyperthermia Nhiệt từ trị MRI : Magnetic resonance imaging Ảnh cộng hưởng từ hạt nhân NA : Neél Arrhenius Luật Neél Arrhenius OA : Oleic acid OLA : Oleylamine PMAO : Poly(maleic anhydride-alt-1- vi octadecene) Physical property measurement PPMS : Hệ đo tính chất vật lý system SPM : Superparamagnetic Siêu thuận từ Superconducting quantum SQUID : Giao thoa kế lư ng tử siêu dẫn interference device SLP : Specific loss power ông suất tổn hao riêng SLPHC : ông suất tổn hao sau hiệu chỉnh ông suất tổn hao theo lý thuyết SLPLRT : đáp ứng tuyến tính SLPmax : ông suất tổn hao cực đại SLPTN : ông suất tổn hao thực nghiệm SW : Stoner-Wohlfarth TEM : Transmission electron Hiển vi điện tử truyền qua microscope TGA : Thermo gravimetric analysis Phân tích nhiệt vi lư ng XRD : X-ray difraction Nhiễu xạ tia X VF : Vogel-Fulcher Luật Vogel-Fulcher Vibrating sample VSM : Hệ từ kế mẫu rung magnetometer ZFC : Zero field cooled Làm lạnh không từ trường vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. ấu trúc tinh thể của vật liệu ferit spinel. Một số cấu hình phân bố ion trong mạng spinel, phân mạng và là các ion kim loại ở vị trí tứ diện và bát diện, vòng tròn lớn là ion ôxy. Mômen từ bão hòa ở 0 K của ferit spinel.

Mômen từ bão hòa ở 0 K của ferit spinel Me2+Fe2O4 phụ thuộc vào nồng độ Zn2+, đường nét liền là số liệu thực nghiệm, đường nét đứt là kết quả tính theo công thức lý thuyết (1. Cơ chế đảo từ của hệ hạt nano. ác đường từ độ phụ thuộc nhiệt độ của MnFe2O4 theo hai kiểu F và ZFC. Sự phụ thuộc của mômen từ vào từ trường H (a) và H/T (b) ở các nhiệt độ khác nhau của hạt nano Fe có kích thước = 4,4 nm.

Lực kháng từ phụ thuộc vào kích thước hạt. ường cong từ hóa của tinh thể Fe (a) và Co (b) theo các phương khác nhau. Sự phụ thuộc của Ms vào nồng độ pha tạp Zn2+ trên hệ nano (ZnxM1−x)Fe2O4 (M = Fe, Mn). Kết quả làm khớp sự phụ thuộc của ln(f) vào 1/(TB-To) cho hạt nano MnFe2O4 đư c ủ ở các nhiệt độ khác nhau.

Phần thực của độ cảm từ χ‘ phụ thuộc nhiệt độ cho các mẫu Mn3,1Sn0,9 ở các tần số khác nhau. Hình nhỏ là kết quả làm khớp theo phương trình (1. Sự phụ thuộc nhiệt độ của lực kháng từ trong một số nam châm v nh cửu. ơ chế sinh nhiệt của hạt nano từ thông qua các quá trình vật lý khác nhau.

Quá trình hồi phục Néel với thời gian đo nhỏ hơn (a) và lớn hơn (b) thời gian hồi phục Néel. Mô hình hồi phục Néel và Brown. Thời gian hồi phục phụ thuộc vào kích thước. Thời gian hồi phục phụ thuộc vào kích thước hạt của hai chất lỏng từ CoFe2O4 và γ-Fe2O3 ở hai môi trường khác nhau.

Sự phụ thuộc của công suất tổn hao vào kích thước hạt. hu trình từ trễ của vật liệu sắt từ đa đômen. Sự phụ thuộc tổn hao từ trễ vào cường độ từ trường với các mẫu có kích thước khác nhau. Sự phụ thuộc tổn hao từ trễ vào cường độ từ trường với các mẫu có kích thước khác nhau.

ường vuông góc là mô hình Stoner-Wohlfarth. Mô tả hướng của trục dễ với hướng của từ trường và từ độ. Năng lư ng của hệ hạt nano là hàm của  và  với ϕ = 30o và σ = 1. Mô hình hóa đường cong từ trễ với các giá trị  thay đổi trong trường h p lý tưởng.

Mô hình hóa đường cong từ trễ với các giá trị  thay đổi trong trường h p ngẫu nhiên. Mô hình hóa đường cong từ hóa với các giá trị  thay đổi trong trường h p ngẫu nhiên.