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

LỜI CÁM ƠN Để hoàn thành cuốn luận án này, tôi đã được sự giúp đỡ, chia sẻ của rất nhiều người. Trước tiên, tôi xin tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới người thầy đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm Nghiên cứu sinh, PGS. Hoàng Thị Kiều Nguyên, TS. Trần Vân Anh, người đã cho tôi ý tưởng, giải đáp những thắc mắc, và đồng hành bên tôi.

Tôi cũng cám ơn tới những sinh viên Bộ môn Công nghệ In đã cùng tôi làm thí nghiệm, cùng tôi chờ đợi và trăn trở trong quá trình nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cám ơn tới các Thầy cô, các đồng nghiệp của tôi trong Bộ môn Công nghệ In, Viện Kỹ thuật Hóa học và Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Tôi xin cám ơn sự giúp đỡ của Khoa Hóa – Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà nội, Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam, Viện Vệ sinh dịch tễ TW, Viện tiên tiến khoa học và công nghệ AIST – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện Kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ to lớn về mặt kinh phí từ nguồn kinh phí đào tạo nghiên cứu sinh của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội.

Tôi xin cám ơn Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia (NAFOSTED) đã hỗ trợ tài chính cho các nghiên cứu của luận án trong khuôn khổ đề tài số 103. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới những người thân trong gia đình đã luôn bên cạnh, chia sẻ, động viên, khuyến khích tôi là động lực để tôi phấn đấu trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2020 Tác giả Dương Hồng Quyên Trang 1 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Hoàng Thị Kiều Nguyên và TS Trần Vân Anh. Các số liệu, kết quả sử dụng trong luận án được trích dẫn từ các bài báo đã được sự đồng ý của các đồng tác giả.

Các số liệu, kết quả này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Người hướng dẫn khoa học 1 Người hướng dẫn khoa học 2 Tác giả luận án PGS.TS Hoàng Thị Kiều Nguyên TS Trần Vân Anh Dương Hồng Quyên Trang 2 MỤC LỤC Trang LỜI CÁM ƠN. 1 LỜI CAM ĐOAN. 3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU.

6 DANH MỤC CÁC HÌNH. 7 DANH MỤC CÁC BẢNG. 120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

122 TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ VÀ TÍNH LƯU BIẾN CỦA CHẤT LỎNG TỪ COBAN FERIT .1 Vật liệu từ.2 Vật liệu coban ferit. 19 Cấu trúc coban ferit. 20 Ứng dụng coban ferit. 21 Điều chế hạt nano coban ferit.3 Chất lỏng nano từ tính.

23 Phương pháp phân tán hạt nano trong chất mang dạng lỏng. 24 Phương pháp ổn định phân tán [37] .4 Tình hình nghiên cứu. 26 Kiểm soát tính chất từ của hạt coban ferit. 26 Điều chế và ổn định phân tán chất lỏng từ coban ferit.

30 Tính chất lưu biến của chất lỏng từ. 31 THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.1 Mục đích nghiên cứu.2 Nội dụng nghiên cứu .3 Hóa chất thí nghiệm – thiết bị .4 Phương pháp nghiên cứu. 42 Điều chế coban ferit bằng phương pháp kết tủa. 42 Điều chế và ổn định phân tán chất lỏng từ.

44 Nghiên cứu thực nghiệm độ nhớt của chất lỏng từ .5 Phương pháp phân tích đánh giá kết quả. 46 Phân tích đặc trưng hạt từ và chất lỏng từ. 48 KẾT QUẢ ĐIỀU CHẾ HẠT NANO TỪ COBAN FERIT .1 Điều chế hạt nano theo phương pháp 2 bước – có nung. 49 Ảnh hưởng của pH.

49 Ảnh hưởng của nồng độ ion kim loại [Co2+]. 52 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng. 54 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung .2 Điều chế coban ferit theo phương pháp 1 bước. 60 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy.

60 Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng .3 Tóm tắt kết quả. 70 KẾT QUẢ ĐIỀU CHẾ VÀ ỔN ĐỊNH PHÂN TÁN CHẤT LỎNG TỪ COBAN FERIT.1 Đặc tính của Coban ferit trong nghiên cứu điều chế và ổn định phân tán chất lỏng từ .2 Ảnh hưởng của thời gian khuấy siêu âm đến độ phân tán của chất lỏng từ 73 Mẫu M1. 74 Độ bền phân tán của chất lỏng từ .3 Ổn định phân tán bằng chất HĐBM. 77 Ảnh hưởng nồng độ chất HĐBM đến độ bền phân tán.

77 Ổn định phân tán bằng lớp vỏ bọc polyme .4 Ảnh hưởng của chất ổn định phân tán đến tính chất từ của vật liệu .5 Tóm tắt kết quả. 84 Trang 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT LƯU BIẾN CỦA CHẤT LỎNG TỪ COBAN FERIT .1 Đặc tính của Coban ferit trong nghiên cứu lưu biến .2 Tính chất lưu biến của chất lỏng từ cobalt ferrit. 85 Chất lỏng từ với các hạt từ mềm M1. 85 Chất lỏng từ với các hạt siêu thuận từ M2 .3 Ảnh hưởng của nồng độ hạt rắn đến độ nhớt chất lỏng từ.

93 Chất lỏng từ M1. 94 Chất lỏng từ M2 .4 Ảnh hưởng của nhiệt độ .5 Ảnh hưởng của chất lỏng nền .6 Mô hình toán mô tả độ nhớt chất lỏng từ. 113 Độ nhớt không có từ trường ngoài. 113 Độ nhớt có từ trường ngoài .7 Tóm tắt kết quả nghiên cứu.

120 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN. 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO .136 Trang 5 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu Giải nghĩa DLS Kỹ thuật tán xạ ánh sáng động FF Hệ chất lỏng từ FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier FWHM Chiều rộng ở nửa cực đại hàm phân bố kích thước HĐBM Hoạt động bề mặt MVE Hiệu ứng nhớt từ PEG 400 Polyethylene glycol 400 PMAA Poly methaacrylic axit TEM Phương pháp chụp hiển vi điện tử truyền qua TGA Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng TWEEN 20 Polysorbate 20 UV - VIS Phương pháp đo quang phổ tử ngoại khả kiến VSM Phương pháp từ kế mẫu rung XRD Phương pháp nhiễu xạ tia X Trang 6 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1. a) Momen từ của nguyên tử nghịch từ trong từ trường ngoài; b) Đường cong từ hóa của vật liệu nghịch từ. a) Sự hỗn loạn của các momen từ trong chất thuận từ khi không có từ trường; b) Đường cong từ hóa của vật liệu thuận từ; c)Sự phụ thuộc của 1/X, nhiệt độ.

a) Sắp xếp các momen từ trong vật liệu sắt từ khi nhiệt độ; b) Sự phụ thuộc nhiệt độ của từ độ bão và 1/X của chất sắt từ. a) Sắp xếp các momen từ trong vật liệu phản sắt từ khi nhiệt độ T < Tc; b) Sự phụ thuộc nhiệt độ của từ độ bão hòa và 1/X ở chất sắt từ. a) Sắp xếp các momen từ trong vật liệu ferrite từ khi nhiệt độ T<Tc; b) Sự phụ thuộc nhiệt độ của từ độ bão hòa Js và 1/X của vật liệu ferrite từ. Đường cong từ hóa cơ bản và đường từ trễ.

Ô mạng cơ sở của coban ferit [6]. Cấu trúc spin của coban ferit trong spinel nghịch đảo [7]. Cơ chế hình thành và phát triển hạt nano trong dung dịch [36]. Phân loại chất lỏng từ.

Sơ đồ quy trình điều chế chất lỏng nano 2 bước. Cơ chế phân tách hạt bằng siêu âm. Mối quan hệ giữa kích thước hạt và tính chất của chất lỏng từ. Cấu trúc tập hợp các hạt từ dưới tác động của từ trường ngoài [88].

Sơ đồ quá trình điều chế. Thiết bị khuấy siêu âm. Hệ thống đo độ nhớt. Phổ XRD của hạt nano coban ferit được điều chế ở các giá trị pH khác nhau (Mẫu P1- pH 11; P2 – pH 12,5; P3 – pH 13,5; P4 – pH14).

Ảnh TEM và hàm phân bố kích thước hạt của mẫu coban ferit đặc trưng được điều chế thay đổi pH (Mẫu P3- pH 13. Đường cong từ tính của coban ferit điều chế thay đổi pH. Phổ XRD của hạt CoFe2O4 đặc trưng trong khảo sát thay đổi nồng độ Co2+ (mẫu C4 – [Co2+] = 2M ). Mối liên hệ giữa kích thước tinh thể, từ độ bão hòa và lực kháng từ của mẫu coban ferit khi nồng độ Co2+thay đổi từ 0,25 – 2 M.

Phổ XRD của mẫu phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng. Ms, Hc như một hàm của kích thước khi nhiệt độ thay đổi. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của hạt coban ferit. Giản đồ nhiễu xạ tia X khi thay đổi nhiệt độ nung.

Ảnh TEM và hàm phân bố kích thước của mẫu không nung (N1). Biểu đồ mối tương quan giữa kích thước tinh thể và Ms, Hc của hạt coban ferit được điều chế ở nhiệt độ nung khác nhau. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt CoFe2O4 đặc trưng trong khảo sát tốc độ khuấy (Mẫu K2 - 400 vòng/phút). Ảnh TEM hạt nano coban ferit được điều chế ở tốc độ khuấy khác nhau (từ trên xuống: 400 v/p; 650 v/p; 750v/p).

Phổ XRD của mẫu tổng hợp ở điều kiện nhiệt độ khác nhau (từ trên xuống 300C, 400C, 500C, 600C, 800C). Phổ FT – IR của mẫu được tổng hợp ở các nhiệt độ khác nhau. Ảnh TEM và hàm phân bố kích thước của hạt CoFe2O4 được điều chế tại các nhiệt độ khác nhau ( từ trên xuống 300C, 400C, 500C, 600C, 800C). Đường cong từ tính của hạt nano coban ferit được tổng hợp tại các điều kiện nhiệt độ khác nhau.

Đường cong từ tính của các hạt nano coban ferit siêu thuận từ được tổng hợp ở nhiệt độ 30 oC. Ms, Hc thay đổi như là 1 hàm của nhiệt độ phản ứng. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của mẫu chất lỏng từ M1. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của mẫu chất lỏng từ M2.

Phổ hấp thụ UV - Vis của chất lỏng M1 ở các thời gian lưu trữ. Phổ hấp thụ UV - Vis của chất lỏng M2 ở các thời gian lưu trữ. Phổ UV -Vis của chất lỏng có TWEEN 2% ở các thời gian lưu trữ. Phổ UV- Vis của chất lỏng có PEG 3% ở thời gian lưu trữ khác nhau.

Mức độ sa lắng theo thời gian của chất lỏng từ ổn định bằng Tween20 79 Hình 4. Mức độ sa lắng theo thời gian của chất lỏng từ ổn định bằng PEG400. Phổ FTIR của hạt coban ferit không bọc (đường trên) và có bọc PMAA (đường tịnh tiến xuống 20%) .