Luận Văn Chế tạo hạt nanô Fe3O4 và khảo sát một số tính chất đặc trưng

(Luận văn dài 55 trang)


MỤC LỤC


DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU 4

LỜI CẢM ƠN 6

MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT 7

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HẠT NANÔ TỪ 8

I. Vật liệu nanô và các hiệu ứng liên quan 8

I.1. Vật liệu nanô 8

I.2. Các hiện tượng đặc biệt khi hạt ở kích thước nanô 11

I.2.1. Hiệu ứng bề mặt 11

I.2.2. Hiệu ứng lượng tử 12

II. Vật liệu từ và phân loại vật liệu từ 13

II.1. Vật liệu từ 13

II.2. Phân loại vật liệu từ 14

II.2.1. Vật liệu thuận từ 14

II.2.2. Vật liệu nghịch từ 15

II.2.3. Các chất từ trật tự 15

II.3. Vật liệu siêu thuận từ 17

II.3.1. Đômen từ 17

II.3.2. Tính chất siêu thuận từ 18

II.3.3. Hạt nanô ôxit sắt từ Fe3O4 19

II.3.3.1. Cấu trúc của tinh thể magnetite (Fe3O4) 19

II.3.3.2. Sự biến đổi và ổn định của magnetite 21

III. Các phương pháp chế tạo hạt nanô Fe3O4 21

III.1. Phương pháp đồng kết tủa 21

III.2. Phương pháp nghiền bi 23

III.3. Vi nhũ tương 23

III.4. Phương pháp hóa siêu âm 25

III.5. Phương pháp điện hóa 25

IV. Một số ứng dụng trong y sinh học 26

IV.1. Trong phân tách và chọn lọc tế bào 26

IV.2. Dẫn truyền thuốc 27

IV.3. Tăng thân nhiệt cục bộ 27

IV.4. Diệt khuẩn Ecoli 28

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 29

I. Các phương pháp khảo sát kích thước hạt 29

I.1. Kính hiển vi quét phát xạ trường FESEM 29

I.2. Phân tích cấu trúc tinh thể bằng nhiễu xạ tia X 30

II. Quá trình thực nghiệm 32

II.1. Thiết bị được sử dụng trong quá trình thực nghiệm 32

II.2. Các hóa chất được sử dụng trong quá trình thực nghiệm 34

II.3. Tiến trình thực nghiệm chế tạo hạt nanô 35

II.3.1. Ảnh hưởng của NH4OH lên kích thước hạt 36

II.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ Fe2+ và Fe3+ lên kích thước hạt. 36

II.3.3. Quá trình pha chế 37

II.3.4. Khảo sát từ tính 38

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

I. Các tác nhân ảnh hưởng đến kích thước hạt 39

I.1. Tác nhân NH4OH 39

I.2. Tác nhân nồng độ Fe2+ và Fe3+ 43

II. Phân tích nhiễu xạ tia X 47

III. Kết quả khảo sát từ tính 49

IV. Ứng dụng đã thực hiện được 50

KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 52

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54




DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1: Số các công trình khoa học và bằng phát minh sáng chế tăng theo cấp số mũ theo thời gian. 8

Hình 2: Số các công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nanô cũng tuân theo quy luật cấp số mũ. 9

Hình 3: Định hướng các mômen từ trong vật liệu thuận từ. 15

Hình 4: Định hướng các mômen từ trong vật liệu sắt từ 16

Hình 5: Định hướng của các mômen từ của vật liệu phản sắt từ 16

Hình 6: Định hướng của các mômen từ của vật liệu ferri từ 16

Hình 7: Sự phân chia thành đômen, vách đômen trong vật liệu khối 17

Hình 8: Đường cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ 19

Hình 10: Sự sắp xếp các spin trong một phân tử sắt từ Fe3O4 20

Hình 11: Cơ chế hình thành và phát triển hạt nanô trong dung dịch 22

Hình 12: Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong nước 24

Hình 13: Cơ chế hoạt động của phương pháp vi nhũ tương 24

Hình 14: Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản 26

Hình 15: Đĩa thạch dùng làm thí nghiệm 28

Hình 16: Khuẩn Ecoli 28

Hình 17: Kính hiển vi quét trường phát xạ 30

Hình 18: Nhiễu xạ tia X trong mạng tinh thể 32

Hình 19: Máy đo phổ nhiễu xạ tia X 32

Hình 20: Máy khuấy bằng sóng siêu âm JINWOO 33

Hình 21 : Máy sấy chân không SPT.200 33

Hình 22: Lò nung NEYCRAFT 33

Hình 23 : Axit Oleic 3D 34

Hình 24: Sơ đồ pha chế hạt sắt từ 35

Hình 25: Hỗn hợp Fe2+ và Fe3+ màu vàng cam 36

Hình 26: Dung dịch sau khi tạo xong 36

Hình 27 : Lọc rửa sản phẩm thu được 38

Hình 28: Ảnh FESEM của mẫu M1 với độ phóng đại 80k 39

Hình 29: Ảnh FESEM của mẫu M2 với độ phóng đại 150k 40

Hình 30 : Ảnh FESEM của mẫu M3 với độ phóng đại 150k 41

Hình 31 : Ảnh FESEM của mẫu M4 với độ phóng đại 150k 43

Hình 32 : Ảnh FESEM của mẫu M5 với độ phóng đại150k 44

Hình 33 : Ảnh FESEM của mẫu M6 với độ phóng đại 150k 45

Hình 34: Phổ chuẩn của Fe3O4 [18] 47

Hình 35: Phổ XRD của mẫu M4, M5, M6 48

Hình 36: Khảo sát từ tính của mẫu M6 49

Hình 37: Khảo sát từ tính của mẫu M5 50

Hình 38: Khảo sát từ tính của mẫu M4 50

Hình 39: Mẫu nước bẩn 51

Hình 40: Hai lọ nước bẩn sau 2h lắng đọng 51



Bảng 1: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu [8] 10

Bảng 2: Số mol của FeCl2, FeCl3, NH4OH 36

Bảng 3: Số liệu pha mẫu M4, M5, M6 37

Bảng 4: Kết quả của mẫu M1, M2, M3 khi chụp FESEM 43

Bảng 5: Kích thước hạt của mẫu M4, M5, M6 45

Bảng 6: Kích thước hạt tính theo XRD 48

Bảng 7: Kết quả tính theo FESEM và theo XRD 49




MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT


Bản báo cáo đầu tiên về hiện tượng từ tính là của người Hi Lạp cổ và cũng từ bản báo cáo này mà mọi người đã biết nhiều đến hiện tượng này. Nó có nguồn gốc từ một loại đá, loại đá này gồm có Fe3O4 và khi một mảnh Fe cọ xát với nó sẽ trở nên bị từ hóa. Loại đá này ngày nay được gọi là nam châm.

Thế kỷ XVIII, nhiều mẫu nhỏ của vật liệu từ được kết hợp thành một vật thể nam châm lớn hơn, cái mà có khả năng nâng một chất lên khỏi vị trí ban đầu của nó.

Với sự tiến bộ của khoa học ngày nay, các nhà khoa học không chỉ nghiên cứu các vật thể ở kích thước micro mà khoa học đã tiến đến nghiên cứu các vật thể ở một kích thước nhỏ hơn hàng nghìn lần, đó là kích thước nanô vì những tính chất rất đặc biệt và khả năng ứng dụng rộng rãi của chúng.

Vật liệu nanô đóng vai trò quan trọng và đang được quan tâm vì nó không thể thiếu trong công nghệ hiện đại. Chúng là thành phần của nhiều máy điện và thiết bị điện và nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nữa. Điều đó cho ta thấy khoa học ngày nay có nhiều thành tựu đáng kể, đặc biệt là công nghệ nanô đang làm thay đổi cuộc sống chúng ta thông qua việc con người có khả năng kiểm soát kích thước hạt từ vài nm đến vài chục nm.

Vì vậy tôi chọn đề tài: chế tạo hạt nanô Fe3O4 và khảo sát một số tính chất đặc trưng của nó nhằm mục đích tìm hiểu và nghiên cứu về nanô từ.