Đặc trưng đốt nóng cảm ứng chất lỏng hạt nano từ và yếu tố ảnh hưởng - Lưu Hữu Nguyên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -------------------------- LƯU HỮU NGUYÊN CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỐT NÓNG CẢM ỨNG CỦA CHẤT LỎNG HẠT NANO TỪ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 9.23 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội - 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ -------------------------- LƯU HỮU NGUYÊN CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỐT NÓNG CẢM ỨNG CỦA CHẤT LỎNG HẠT NANO TỪ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 9.23 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS. NGUYỄN XUÂN PHÚC PGS. PHẠM THANH PHONG Hà Nội - 2019 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất đến GS. Nguyễn Xuân Phúc và PGS.

Phạm Thanh Phong – những người Thầy đã dành cho tôi sự động viên, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án. Các Thầy thực sự là những nhà khoa học mẫu mực, là tấm gương sáng cho bản thân tôi. Tôi xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo, giúp đỡ và khích lệ của PGS. Lê Văn Hồng, PGS.

Đỗ Hùng Mạnh, PGS. Ngô Thị Hồng Lê và TS. Lê Trọng Lư đã dành cho tôi trong những năm qua. Bản luận án này sẽ không thể hoàn thành nếu không có sự giúp đỡ của các đồng nghiệp.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn của mình tới tất cả các thành viên thuộc Phòng Vật lý vật liệu từ - siêu dẫn và Phòng Vật liệu Nano Y sinh vì sự giúp đỡ thực hiện các phép đo và sự quan tâm động viên hết sức quý báu với tôi trong quá trình thực hiện Luận án. Đặc biệt, tôi xin được cảm ơn sự cộng tác và giúp đỡ chí tình đầy hiệu quả của TS. Phạm Hồng Nam, TS. Phạm Thị Thanh, NCS.

Đỗ Khánh Tùng, NCS. Phan Quốc Thông, ThS. Lê Thị Hồng Phong, ThS. Tạ Ngọc Bách.

Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới GS. Nguyễn Thị Kim Thanh và TS. Lê Đức Tùng, Đại học London, Vương quốc Anh vì những bàn luận sâu sắc trong hợp tác nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Khoa học Vật liệu – Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam, Trường Cao đẳng Sư phạm Nha Trang nay là Trường Đại học Khánh Hòa đã tạo điều kiện thuận lợi về thời gian, tinh thần cũng như vật chất để tôi hoàn thành luận án.

Luận án này được hỗ trợ kinh phí của đề tài nghiên cứu cơ bản định hướng ứng dụng mã số ĐT-NCCB-ĐHƯD-2012-G/08 (NAFOSTED), đề tài hợp tác quốc tế FA2386-14-1-0025 và FA2386-17-1-4042 (AOARD), và đề tài nghiên cứu cơ bản mã số103. Luận án được thực hiện tại Phòng Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn và Phòng Vật liệu Nano Y sinh (VKHVL – VHLKHCNVN). i Nhân dịp này tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn của mình với bạn bè, Thầy cô và những người thân đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua. Tôi cũng xin được cảm ơn sự quan tâm giúp đỡ và những lời động viên, chia sẻ những khó khăn khi thực hiện luận án của anh chị em trong tổ Vật lý – KTCN, Khoa Tự nhiên của Trường Đại học Khánh Hòa.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến những người thân trong gia đình. Những lời động viên của bố mẹ, vợ con thực sự là những tình cảm vô giá, là nguồn động lực tinh thần vô tận giúp tôi hoàn thành luận án này. Tác giả luận án Lưu Hữu Nguyên ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Nguyễn Xuân Phúc và PGS.

Phạm Thanh Phong. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án được trích dẫn lại từ các bài báo đã được xuất bản của tôi và các cộng sự. Các số liệu, kết quả này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận án Lưu Hữu Nguyên iii DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT I.

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU aexp : hằng số mạng Aex : hệ số tương tác trao đổi C : nhiệt dung riêng của hệ chất lỏng từ dhkl : hằng số mạng của tinh thể dsp : đường kính tới hạn siêu thuận từ D : kích thước hạt – đường kính hạt DB : đường kính – tổn hao hồi phục Brown chiếm ưu thế Dcp : kích thước tới hạn DH : đường kính động học DN : đường kính – tổn hao hồi phục Néel chiếm ưu thế DSPM : đường kính siêu thuận từ tới hạn DXRD : kích thước hạt tinh thể D0 : giá trị trung bình của đường kính Ea : năng lượng kích hoạt EH : năng lượng dị hướng từ tinh thể f : tần số g ( D) : hàm phân bố log-tự nhiên H : cường độ từ trường HC : lực kháng từ hkl : các chỉ số Miler K : dị hướng từ KC : giá trị dị hướng từ phân tách nhóm A – nhóm B Keff : dị hướng từ hiệu dụng KS : hằng số dị hướng bề mặt KV : hằng số dị hướng từ tinh thể kB : hằng số Boltzman M : từ độ iv MD : từ độ đô men khối MH : thành phần từ độ song song với từ trường Mr : từ dư MS : từ độ bão hòa ms : khối lượng của chất lỏng từ mi : khối lượng của hạt nano từ trong chất lỏng từ P : công suất đốt nóng cảm ứng từ Phys : công suất toả nhiệt trong một chu trình từ trễ PN : công suất đốt nóng do tổn hao hồi phục Néel PLRT : công suất đốt nóng cảm ứng từ theomô hình LRT PLRT : công suất đốt nóng cảm ứng từ trung bình rc : bán kính tới hạn T : nhiệt độ TB : nhiệt độ khóa Tc : nhiệt độ Curie V : thể tích β : bề rộng vạch ở 1/2 giá trị cường độ cực đại τ : thời gian hồi phục τB : thời gian hồi phục Brown τm : thời gian đặc trưng của các phép đo τN : thời gian hồi phục Néel τ0 : thời gian hồi phục đặc trưng của hệ hạt nano siêu thuận từ không tương tác ∆SLPmax : độ dốc của hàm tuyến tính SLPmax(MS) ∆M S ∆Dcp : độ rộng bán vạch ∆T : tốc độ gia nhiệt ∆t δ : độ dày lớp bọc v δ± : xác suất chuyển trạng thái μ0 : độ từ thẩm chân không ρc : khối lượng riêng ω : tần số góc χ ,, : phần ảo của độ cảm từ xoay chiều χd : độ cảm từ xoay chiều ở vùng từ trường cao η : độ nhớt σ : độ lệch chuẩn của phân bố kích thước λ : bước sóng θ : góc Bragg II. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TIẾNG ANH TIẾNG VIỆT AMF Alternative Magnetic field từ trường xoay chiều BBB Blood – Brain barrier hàng rào thế của máu – não DBB hyperthermia-based drug nhả thuốc bằng kích nhiệt từ delivery through bond breaking thông qua phá vỡ liên kết DEP hyperthermia-based controlled nhả thuốc bằng kích nhiệt từ qua drug delivery through enhanced độ thẩm từ tăng cường permeability FESEM Field emission scanning Kính hiển vi điện tử quét phát xạ electron microscope trường IH Induction heating Đốt nóng cảm ứng LRT Linear response theory Lý thuyết đáp ứng tuyến tính vi MIH Magnetic Inductive Heating Đốt nóng cảm ứng từ SAR Specific Absorption Rate tốc độ hấp thụ riêng SARmax tốc độ hấp thụ riêng cực đại SLP Specific Loss Power công suất tổn hao riêng SLPmax công suất tổn hao riêng cực đại SQUID Superconducting quantum Giao thoa kế lượng tử siêu dẫn interference device SWMBTs Stoner – Wohlfarth Model Lý thuyết dựa trên mô hình Based Theories Stoner – Wohlfarth VOC Volatile Organic Compound các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi VSM Vibrating sample Hệ từ kế mẫu rung magnetometer XRD X-ray difraction Nhiễu xạ tia X vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 1. Cấu trúc đô men trong hạt từ. Hình mô tả năng lượng của một hạt đơn đô men có dị hướng đơn trục.

Nhiệt độ khóa phụ thuộc thời gian thực nghiệm cho hai trường hợp τSQUID ≈ 102 s, τFMR ≈ 10-10 s. Đường từ hóa theo các trục dễ, trung bình và khó của tinh thể: a) Fe, b) Ni và c) Co. Sơ đồ mô tả năng lượng dị hướng từ tinh thể. Sự sắp xếp spin bề mặt của các hạt sắt từ trong hai trường hợp dị hướng bề mặt khác nhau K < 0 và K > 0.

Dị hướng từ phụ thuộc và đường kính hạt. Mô hình mô tả quá trình tổng hợp chất lỏng từ. Một số ứng dụng của hiệu ứng IH trong công nghiệp: (a) nung chảy kim loại, (b) làm cứng đường ray, (c) làm mối liên kết và (d) niêm phong. Quá trình đốt nhiệt tự khống chế nhiệt độ của các hạt ferrite spinel (từ trường 56 kHz, 100 Oe).

Mô hình mô tả quá trình gia công tế bào để điều chỉnh độ insulin. Sơ đồ hai cơ chế phân phối thuốc có kiểm soát bằng phương pháp nhiệt: a) DBB và b) DEP. Mô hình nhiệt từ trị ung thư. Một số ứng dụng của hiệu ứng MIH.

Điều kiện áp dụng của các mô hình lý thuyết tổn hao Rayleigh, SWMBTs và LRT. Chu trình từ trễ vuông lý tưởng. Sự phụ thuộc của tổn hao từ trễ vào cường độ từ trường với (a) các mẫu Fe3O4 chế tạo bằng các phương pháp khác nhau và (b) các mẫu viii có kích thước khác nhau. Sự phụ thuộc của công suất tổn hao vào kích thước hạt Fe3O4.

Quá trình tổn hao hồi phục Néel. Quá trình tổn hao hồi phục Brown. Mô hình hóa đường cong từ hóa. Sự phụ thuộc SAR vào ωτ.

Đường từ hóa của các hạt nano Fe3O4 kích thước khác nhau. SLP phụ thuộc vào đường kính hạt Fe3O4. Thực nghiệm đốt nóng cảm ứng từ của CoFe2O4 và Fe3O4 ứng với các độ nhớt khác nhau. Sự phụ thuộc tốc độ gia nhiệt vào bán kính hạt của hệ hạt nano từ 1 – BaFe6O19, 2 – CoFe2O4, 3 – Fe3O4 và 4 – γ- Fe2O3 ở từ trường 0,09 T, 300 kHz.

Sự phụ thuộc tốc độ gia nhiệt vào kính thước hạt của hệ hạt nano từ FeCo với các giá trị dị hướng từ K khác nhau. Sự phụ thuộc vào D của các thời gian hồi phục đối với các hệ chất lỏng hạt nano từ (a) FeCo, (b) La0. Sự phụ thuộc của SLP vào D của các hệ chất lỏng hạt nano từ FeCo, LSMO, MnFe2O4, Fe3O4, CoFe2O4 và FePt ứng với từ trường 65 Oe, 236 kHz.