Thạc Sĩ Tổng hợp và nghiên cứu tính chất từ của hạt nano ôxít sắt (Fe2O3) nhằm ứng dụng trong sinh học

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, vật liệu ôxít sắt đang nhận được nhiều sự quan tâm từ các nhà khoa học do có tính chất từ tốt và khả năng ứng dụng cao trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong số đó thì ôxít sắt Fe2O3 là một vật liệu đầy hứa hẹn do có những tính chất khá đặc biệt. Fe2O3 có nhiều dạng thù hình (pha) (a - Fe2O3 , 2 3 γ-Fe O , 2 3 β-Fe O , 2 3 ε-Fe O ), mỗi pha này lại có những tính chất đặc trưng riêng. Ngoài ra, khi vật liệu ở kích thước nano, một số tính chất trong đó có tính chất từ của các pha Fe2O3 sẽ thay đổi hết sức thú vị. Chính vì vậy Fe2O3 có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như xúc tác, làm sạch nước, công nghệ lưu trữ và sinh học.
Ôxít sắt Fe2O3 có thể được ứng dụng nhiều trong sinh học khi ở kích thước nano với yêu cầu là các hạt ôxít sắt Fe2O3 phải đồng nhất cao về kích thước, hình dạng, và ổn định về mặt hoá học[9]. Tuy nhiên Fe2O3 rất dễ bị kết thành khối, khiến cho năng lượng bề mặt giảm, hạt phân bố cũng không đều, và tính chất từ cũng bị ảnh hưởng. Đối với vấn đề này thường phải khắc phục bằng cách phân tán các hạt ôxít sắt trong các polymer hữu cơ hoặc trong các nền chất vô cơ. Trong số này, SiO2 là một chất thích hợp. SiO2 là một chất bền về mặt hoá học, không độc, tương thích sinh học tốt, dễ được chức năng hoá để tạo nên những kết nối sinh học. Hơn nữa, nếu phân tán ôxít sắt trong SiO2 thì từ tính của ôxít sắt cũng không bị ảnh hưởng nhiều [10].
Trong số rất nhiều phương pháp để chế tạo hạt ôxít sắt Fe2O3, để đáp ứng những yêu cầu về kích thước và phân bố hạt cũng như phân bố hạt ôxít sắt Fe2O3 trong một chất nền thì phương pháp sol gel là một trong những phương pháp chiếm nhiều ưu thế. Phương pháp này có độ tinh khiết cao, có thể điều khiển được kích thước hạt cũng như sự phân bố hạt cũng như là phân bố hạt trên một chất nền bằng quá trình tạo sol và xử lý nhiệt.
Với mục đích tổng hợp các hạt ôxít sắt Fe2O3 ở kích thước nano, và nghiên cứu những ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hình thành, cấu trúc và tính chất từ của các hạt ôxít sắt Fe2O3, chúng tôi quyết định chọn phương pháp sol gel để thực hiện đề tài: “Tổng hợp và nghiên cứu tính chất từ của hạt nano ôxít sắt (Fe2O3) nhằm ứng dụng trong sinh học”.

MỤC LỤC


Trang phụ bìa
Lời cảm ơn
Danh mục bảng biểu i
Danh mục hình vẽ ii
Mục lục 1
MỞ ĐẦU 3
Chương I TỔNG QUAN VỀ ÔXÍT SẮT VÀ LÝ THUYẾT TỪ 5
1.1. Giới thiệu về vật liệu nanô 5
1.2. Giới thiệu về các loại ôxit sắt . 6
1.2.1. Cấu trúc của ôxít sắt .7
1.2.1.1. Cấu trúc của Fe2O3 8
1.3. Một số lý thuyết về từ học .9
1.3.1. Các khái niệm cơ bản 9
1.3.2. Các loại vật liệu từ 11
1.3.2.1.Vật liệu nghịch từ (Chất nghịch từ) 11
1.3.2.2. Vật liệu thuận từ (Chất thuận từ) 12
1.3.2.3. Vật liệu sắt từ (Chất sắt từ) . 13
1.3.2.4. Vật liệu phản sắt từ (Chất phản sắt từ) .14
1.3.2.5. Vật liệu feri từ (Chất ferit từ) 15
1.3.3. Các đặc trưng của vật liệu từ .16
1.3.3.1. Chu trình từ trễ và đường cong từ trễ 16
1.3.3.2. Bản chất đơn đômen và tính chất siêu thuận từ 17
1.4. Tính chất từ và tiềm năng ứng dụng của ôxit sắt 20
2
Luận văn thạc sĩ vật lý
Chương II PHƯƠNG PHÁP SOL-GEL VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU TỪ 21
2.1. Phương pháp sol-gel .21
2.1.1. Cơ chế hiện tượng . 21
2.1.2. Cơ chế hóa học 22
2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sol-gel .23
2.1.4. Quá trình phủ màng và các yếu tố ảnh hưởng đến màng trong phương
pháp sol gel 26
2.2. Một số phương pháp dùng để nghiên cứu tính chất của vật liệu từ 30
2.2.1. Phân tích cấu trúc tinh thể bằng nhiễu xạ tia X (X-Ray Diffaction,
XRD) .30
2.2.2. Từ kế mẫu rung (Vibrating Spicemen Magnetometer – VSM) 32
2.2.3. Máy đo phổ hấp thụ hồng ngoại (Fourrier Transformation Infrared
Spectrometer – FT–IR) 34
2.2.4. Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmission Electron Microscope –
TEM) 35
Chương III THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN . 37
3.1. Mục đích của quá trình thực nghiệm 37
3.2. Qui trình chế tạo hạt nano Fe2O3/SiO2 37
3.2.1. Hóa chất và dụng cụ . .37
3.2.2. Thực hiện thí nghiệm .37
3.3. Kết quả và thảo luận 41
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO 58