TRƯỜNG ………………….
KHOA……………………….


Báo cáo tốt nghiệp

Đề tài:
TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO TỪ CÓ CÁC LỚP PHỦ POLYME
TƯƠNG THÍCH SINH HỌC ĐỂ ỨNG DỤNG TRONG Y SINH HỌC

-1-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG
MỞ ĐẦU

Khoa học và công nghệ vật liệu nanô với những đặc tính kì lạ đã và đang thâm
nhập vào toàn bộ lĩnh vực đời sống và kinh tế của thế giới. Với kích thước nano các
loại vật liệu này có thể can thiệp đến từng phân tử -nguyên tử, điều này đặc biệt quan
trọng trong ứng dụng y-sinh học.
Theo định nghĩa thì vật liệu nanô là vật liệu có cấu trúc khoảng từ 1nm đến dưới -2-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG
Trong y học ngày nay, những thiết bị kỹ thuật cao đã được sử dụng phổ biến nhằm
hỗ trợ cho quá trình chẩn đoán và điều trị bệnh và đã mang lại những kết quả nhanh
chóng và chính xác. Trong đó, kỹ thuật chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI - Magnetic
Resonance Imaging) được xem là một trong những kỹ thuật tiên tiến nhất vì nó có
khả năng phát hiện những mầm bệnh tiềm ẩn trong cơ thể trên cả vùng mô mềm lẫn
mô xương cứng.
Tuy phương pháp chẩn đoán bằng ảnh cộng hưởng từ MRI rất tiên tiến nhưng hiệu
suất chẩn đoán vẫn chưa được cao như mong muốn. Vì vậy các nhà chuyên môn đưa
ra giải pháp là cần phải tăng cường tính tương phản cho ảnh MRI bằng sự hỗ trợ của
các tác nhân tương phản và như thế MRI mới có thể hữu dụng để phát hiện và dò tìm
các u mô ác tính.
Trên thế giới trong các cơ sở chuẩn đoán y khoa bằng hình ảnh MRI, người ta
thường sử dụng chất tương phản thuận từ là những vật liệu nền Gd như: Gd-DTPA
(Magnevist), Gd - DOTA (Dotarem), Gd - DTPA - BMA (Ommiscan), Gd - DOBA
(Prohance), Gd - BOPTA (Multihance) Còn ở nước ta, Gd - DPTA (Magnevist) đang
được sử dụng. Những vật liệu này (Magnevist, Eovist) đều có khả năng tạo tương phản
tương đối và không gây ảnh hưởng cho bệnh nhân. Tuy nhiên, khả năng tăng cường độ
tương phản của những vật liệu này vẫn còn tương đối thấp hơn nhiều so với vật liệu
siêu thuận từ. Đối với nhiều bệnh lý, nếu sử dụng chất tương phản siêu thuận từ thì
khả năng nghiên cứu giải phẫu và điều trị sẽ đạt mức độ thành công cao hơn. Những
hạt siêu thuận từ kích thước lớn khoảng 10-25nm với lớp phủ polymer đã được sản
xuất và đưa vào sử dụng trên thế giới như: AMI – 25 (lớp phủ ferumoxid), SHU –

O
4
siêu
thuận từ được phủ bởi lớp polymer tương hợp sinh học (Dextran) có khả năng ứng
dụng rất lớn trong lĩnh vực y sinh do bởi tính không độc tố, có khả năng tự đào thải và
đặc biệt là nó có một độ từ cảm khá lớn.
Chất lỏng từ có tính tương hợp sinh học và kích cỡ nano có tính khả thi cao nhất để
dùng làm các tác nhân tăng cường tính tương phản trong MRI. Đề tài là một giải pháp
hữu hiệu trong việc nâng cao hiệu quả chẩn đoán các bệnh hiểm nghèo với giá thành
hợp lý, rất phù hợp với điều kiện trong nước hiện nay.

Mục đích của đề tài là :
1. Nghiên cứu về vật liệu siêu thuận từ (đặc trưng ,tính chất ), công nghệ tổng
hợp các hạt nanô từ và các ứng dụng của chúng trong y sinh học.
2. Nghiên cứu về cộng hưởng từ hạt nhân (nguyên lý , hoạt động ) và các tác
nhân tương phản siêu thuận từ cho ảnh cộng hưởng từ.
3. Chế tạo các hạt ôxít sắt từ Fe
3
O
4
có kích thước nano với độ tinh khiết cao.
4. Tổng hợp chất lỏng từ có tính tương thích sinh học dựa trên các hạt nano
Fe
3
O
4
siêu thuận từ được phủ polymer tương hợp sinh học để làm các tác nhân tăng
cường tính tương phản trong MRI.
5. Nghiên cứu các đặc tính từ, đặc tính cơ lý và tính tương hợp sinh học của
các tác nhân trên.

CHƯƠNG 1: LÝ THUYẾT VỀ TỪ HỌC, VẬT LIỆU TỪ VÀ CÁC HẠT
NANÔ ÔXIT SẮT SIÊU THUẬN TỪ Fe
O
3 4

1.1.CƠ SỞ TỪ TÍNH TRONG CÁC LOẠI VẬT LIỆU TỪ

Nguồn gốc cơ bản của hiện tượng từ ở trong vật liệu là do chuyển động quĩ đạo và
chuyển động spin của các điện tử. Tương ứng với hai kiểu chuyển động này sẽ có hai
loại mômen từ tương ứng là mômen từ quĩ đạo và mômen từ spin.
1.1.1. Mômen từ quĩ đạo của điện tử [6]
Chuyển động của điện tử trên quĩ đạo tròn bán kính r với vận tốc dài v và vận tốc
góc ω xung quanh hạt nhân (Hình 1.1) có mômen cơ (mômen động lượng):
2
u
L
l
= m
e
ω r
z
= m
e
vr u
z
(1.1)
trong đó m
e
là khối lượng của điện tử



= -
1
(1.3)
e
m
e
2
thì γ
trong đó γ
1
là hệ số từ hồi chuyển quĩ đạo (khi sử dụng đơn vị - = gl = 1)
1

L
s
L
l
Điện tử
Hạt nhân Hình 1.1 : Quĩ đạo chuyển động của điện tử xung quanh hạt nhân


l
= -
B
(1.4)
với μ
gọi là manhêton Borh:
B
e
m
eh
π
4
μ
B
= = 0,927 x 10
-23
[Am
2
] hay [J/T]
Manhêtôn Borh thường được sử dụng như là một đơn vị đo từ độ của các nguyên tử

1.1.2. Mômen từ spin của điện tử [6]
Điện tử không chỉ chuyển động xung quanh hạt nhân mà còn tự quay xung quanh
trục của nó. Chuyển động quay này liên quan đến một mômen spin nội tại. Có thể
tưởng tượng rằng, một điện tử như một hình cầu có điện tích phân phối trên toàn bề
mặt. Sự quay của các điện tích này sinh ra các dòng điện và do đó sinh ra mômen từ
hướng dọc theo trục quay.
Tương tự như trong trường hợp của chuyển động quĩ đạo có thể biểu diễn được mối
liên hệ giữa các mômen cơ spin (mômen xung lượng spin) L
và mômen từ spin m

s = - 2μ s (1.6)
m
s
= -2
B
ở đây ta cũng thấy m
s
có hướng ngược với L
S
. Ngoài ra, vì s chỉ nhận giá trị ± ½ nên
mômen từ spin có giá trị bằng 1 μ
B
Đối với nguyên tử có 1 điện tử, chỉ có mômen từ spin và mômen từ quỹ đạo tương
tác nhau tạo ra liên kết spin - quỹ đạo. Đối với nguyên tử có nhiều điện tử, mômen từ
phụ thuộc vào các liên kết: spin – quỹ đạo, spin – spin, quỹ đạo - quỹ đạo. Trong đó
liên kết spin – quỹ đạo là liên kết rất yếu có thể bỏ qua được.

-6-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG
1.1.3. Mômen từ nguyên tử
Mômen từ của nguyên tử gồm tổng các mômen từ của các điện tử và mômen từ của
hạt nhân nguyên tử. Nhưng vì mômen từ của hạt nhân nguyên tử nhỏ hơn hàng nghìn

xuyên qua mặt mặt cắt ngang của vật liệu có thể được biểu diễn như sau:
B = μ
o
( H + M ) (hệ SI) (1.7)
hoặc B = H + 4πM (hệ CGS) (1.8)
trong đó: B là cảm ứng từ
H là từ trường ngoài
M là độ từ hoá
Như vậy, hệ số chuyển đổi từ hệ SI sang hệ CGS của cảm ứng từ B và độ từ hoá M
là khác nhau. Đối với B ta có: 1Wb/m
2
=10
4
Gauss.
-7-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG
Một số đại lượng khác
Bên cạnh đó, các đại lượng độ từ cảm (magnetic susceptibility) và độ từ thẩm
(magnetic permeability) của vật liệu từ cũng là những thông số quan trọng cho biết
loại vật liệu từ (thuận từ, nghịch từ, …) và độ mạnh của hiệu ứng từ liên quan đến vật
liệu từ riêng biệt.
Độ từ cảm χ là tỉ số của độ từ hoá M và từ trường H:
H
M
=

Đơn vị CGS Đơn vị SI
Cường độ từ
trường
H Oersted (Oe)
Ampe.vòng/met
(A/m)
10
3
/4π
Ampe.vòng/met
(A/m)
Độ từ hoá
M emu.cm
-3
10
3

Cảm ứng từ (mật
độ từ thông)
B Gauss Tesla (Wb/m
2
) 10
–4

Không thứ
nguyên
Độ từ thẩm
Henry/m (H/m) ––
μ
Không thứ

c
), từ độ bão hòa (M
s
) và độ từ dư (M
r
) (hay cảm ứng từ dư B
r
). Chu trình từ trễ
được tạo ra do khi cung cấp từ trường và sau đó bị ngắt, vật liệu còn giữ lại một ít độ
từ hóa, được gọi là độ từ dư. Để độ từ hóa trở về không, từ trường cung cấp phải có
hướng ngược lại cho đến khi không còn độ từ hóa. Giá trị cường độ từ trường cần thiết
để làm việc này gọi là lực kháng từ H
C
. Nếu từ trường cung cấp đã bão hòa trong
hướng ngược lại và bị ngắt, sau đó cung cấp từ trường một lần nữa theo hướng dương,
chu trình từ trễ được hình thành (Hình 1.2).
Lực
kháng từ
Độ từ dư
Chất thuận từ là chất có độ cảm từ χ > 0 nhưng rất nhỏ, cỡ 10 . Các chất thuận từ
khi chưa bị từ hóa đã có mômen từ nguyên tử nhưng do chuyển động nhiệt các mômen
này sắp xếp hỗn loạn và mômen từ tổng cộng của toàn khối bằng không (Hình 1.3).
Khi đặt chất thuận từ vào từ trường ngoài thì các mômen từ trong chúng định
hướng song song, cùng chiều với từ trường ngoài và do đó chúng có độ từ hóa dương
tuy rất nhỏ.
Ở phần lớn các chất thuận từ, độ cảm từ phụ thuộc nhiệt độ theo định luật Curie:
T
C
χ
= C: Hằng số Curie (1.12)
Hình 1. 3. Mô hình về cấu trúc mômen từ của chất thuận từ

Vật liệu nghịch từ
1.2.3.
Chất nghịch từ là chất có độ cảm từ có giá trị âm và rất nhỏ so với một, chỉ vào
khoảng 10
-5

nhỏ. Tương tự như sắt từ, phản sắt từ là các chất được cấu
tạo từ những đômen từ, có trật tự từ và từ tính rất mạnh. Ở phản sắt từ các mômen từ
nguyên tử có giá trị bằng nhau nhưng định hướng đối song song với nhau từng đôi một
nên mômen từ tổng cộng của vật luôn luôn bằng không khi không có từ trường ngoài. Hình 1.4. Cấu trúc từ của vật liệu phản sắt từ 1.2.6.Vật liệu feri từ (ferit)
Ferit có độ cảm từ có giá trị khá lớn, gần bằng của sắt từ (∼ 10
4
) và cũng tồn tại các
mômen từ tự phát. Tuy nhiên cấu trúc tinh thể của chúng gồm hai phân mạng mà ở đó
các mômen từ spin (do sự tự quay của điện tử tạo ra) có giá trị khác nhau và sắp xếp
phản song song với nhau, do đó từ độ tổng cộng khác không ngay cả khi không có từ
trường ngoài tác dụng, trong vùng nhiệt độ T < T
C


Hình 1.5. Trật tự mômen từ của các chất (a) nghịch từ, (b)
thuận từ, (c) sắt từ, (d) phản sắt từ, (e) feri từ.
(
(
(
d
b
(
a e
c
Hình 1.6. Bảng phân loại từ tính theo các nguyên tố. -12-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG
Trong những hạt có kích thước đủ nhỏ thì sự phân chia thành đômen lại làm tăng
năng lượng tự do của hệ. Vì vậy, khi kích thước hạt được thu nhỏ dần thì số lượng các
đômen từ cũng giảm theo. Đến một giới hạn nào đó thì không còn thích hợp để tồn tại
nhiều vách đômen nữa. Mỗi hạt là một đômen duy nhất, gọi là hạt đơn đômen. Lúc
này, sự sắp xếp của các mômen từ khi có từ trường ngoài không còn bị cản trở bởi các
vách đômen, nên thực hiện dễ dàng hơn.
Đường kính tới hạn của hạt được cho bởi công thức :

(1.13)
2
1


để thắng lại các lực liên kết bên trong, làm cho các mômen từ nguyên tử dao động tự
do. Do đó không còn từ trường bên trong nữa, và vật liệu thể hiện tính thuận từ. Trong
một vật liệu không đồng nhất, người ta có thể quan sát được cả tính sắt từ và thuận từ
của các phân tử ở cùng một nhiệt độ, tức là xảy ra hiện tượng siêu thuận từ.

1.3.2. Siêu thuận từ
Khi giảm kích thước của hạt xuống dưới một giới hạn nhất định, độ từ dư không
còn được giữ theo các định hướng xác định bởi dị hướng hình dạng hoặc dị hướng từ
tinh thể của hạt nữa. Trong trường hợp này, ở ngay nhiệt độ phòng, năng lượng nhiệt
đã đủ để làm cho các mômen từ thay đổi giữa hai định hướng cân bằng của từ độ.
0
S
C
M
K
A
=
D
μ-13-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG
Đây chính là trạng thái liên tục từ tính của chuyển động Brown. Các chuyển động
nhiệt của các phân tử là hỗn độn và bù trừ nhau khi xét đối với toàn hệ (trên toàn
không gian) hoặc đối với một hạt khi xét trên toàn thời gian. Điều này có nghĩa là :
vận tốc <v>
x hoặc t
Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG Hình 1.8: Đường cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ

Các chất siêu thuận từ đang được quan tâm nghiên cứu rất mạnh, dùng để chế tạo
các chất lỏng từ (magnetic fluid) dành cho các ứng dụng y sinh. Đối với vật liệu siêu
thuận từ, từ dư và lực kháng từ bằng không, và có tính chất như vật liệu thuận từ,
nhưng chúng lại nhạy với từ trường hơn, có từ độ lớn như của chất sắt từ. Điều đó có
nghĩa là, vật liệu sẽ hưởng ứng dưới tác động của từ trường ngoài nhưng khi ngừng tác
động của từ trường ngoài, vật liệu sẽ không còn từ tính nữa, đây là một đặc điểm rất
quan trọng khi dùng vật liệu này cho các ứng dụng y sinh học.

1.3.3. Hạt nanô Ôxit sắt từ Fe
3
O
4
Cấu trúc của tinh thể magnetite (Fe
3
O
4
) [17, 19]
Fe
3
O
4
là một oxít hỗn hợp FeO.Fe
2

-15-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG

Hình 1.9: Cấu trúc tinh thể ferit thường gặp.
Oxy
B-Vị trí bát diện
A-Vị trí tứ diện Oxit sắt từ Fe
3
O
4
có ô đơn vị lập phương tâm mặt. Ô đơn vị gồm 56 nguyên tử: 32
anion O
2-
, 16 cation Fe
3+
, 8 cation Fe
2+
. Dựa vào cấu trúc Fe
3
O
4
, các spin của 8 iôn
Fe
3+
chiếm các vị trí tứ diện, sắp xếp ngược chiều và khác nhau về độ lớn so với các

4
Tinh thể Fe
3
O
4
có cấu trúc lập phương, có độ từ hóa bão hòa M
s
~92 A.m
2
.kg
-1
và
nhiệt độ Curie khoảng 580
0
C . -16-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG

yếu cho lĩnh vực y sinh học, như là tác nhân làm tăng độ tương phản cho ảnh cộng
hưởng từ, làm phương tiện dẫn truyền thuốc…

Sự biến đổi và ổn định của magnetite Sự biến đổi và ổn định của magnetite
Magnetite dễ bị oxi hoá trong không khí thành maghemite (γ-Fe
2
O
3
) theo phương
trình:
Magnetite dễ bị oxi hoá trong không khí thành maghemite (γ-Fe
2
O
3
) theo phương
trình:
4 Fe
3
O
4
+ O
2
6 γ-Fe
2
O
3
Ở nhiệt độ lớn hơn 300
0
4 Fe
C, magnetite bị oxi hoá thành hematite (α- Fe

Kết quả là có một sự sắp xếp ngẫu nhiên hướng mômen từ trong tinh thể khi không có
từ trường ngoài. Do đó mômen từ trong toàn tinh thể bằng không.
3
O
4
+ O
2
6 γ-Fe
2
O
3
0
C, magnetite bị oxi hoá thành hematite (α- Fe
2
O
3
). Khi
khảo sát các tính chất và ứng dụng của các hạt nano từ thì các tính chất vật lý và hoá
học ở bề mặt có ý nghĩa rất lớn. Trong các dung dịch có nước các nguyên tử Fe kết
hợp với nước, các phân tử nước này dễ phân ly để tách nhóm OH trên bề mặt ôxit sắt.
Các nhóm OH bề mặt là lưỡng tính và có thể phản ứng lại với cả axit hoặc bazơ [28].
Tính siêu thuận từ của các hạt nanô oxit sắt từ Fe
3
O
4
3
O
4
thì chúng sẽ là những hạt đơn
đômen vì với kích thước đó nhỏ hơn rất nhiều độ rộng của vách đômen nên không đủ

-18-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG TỪ (MAGNETIC FLUIDS)

2.1. KHÁI NIỆM [6]
Chất lỏng từ là một khái niệm chỉ một dung dịch bao gồm các hạt có từ tính lơ lửng
trong một chất lỏng mang.

mang) tương tác hoàn toàn với nhau. Khi các thành phần trong chất lỏng từ hòa quyện
với nhau thành một thể keo tạo nên sự cân bằng nồng độ hạt từ trong keo.
Các yếu tố ảnh hưởng đến trạng thái cân bằng nồng độ keo là hình dạng, kích thước
hạt từ, nồng độ hạt, sự tương tác giữa các hạt (có yếu tố lực hấp dẫn và lực từ của hạt),
độ nhớt chất lỏng, nhiệt độ môi trường, khả năng khuếch tán của hạt…
Coi các hạt từ có dạng hình cầu, đường kính d
h
, khi được từ hóa trong một từ
trường H không đổi có thể đạt được sự cân bằng nồng độ hạt sau khoảng thời gian là:

τ ∼ 3KTπηd
h
(μ
o
mG)
2

(2.1)
-19-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG
Ở đây
K : Hằng số Boltzmann

M
p
HV
trong đó k
B
là hằng số Boltzman, T là nhiệt độ, Δρ là hiệu số khối lượng riêng của hạt
từ và chất lỏng, V là thể tích của hạt, g là gia tốc trọng trường, l là độ cao của chất
lỏng và M
p
là từ độ của hạt.
Đối với một chất lỏng từ thực thụ thì điều kiện ổn định luôn luôn là một đòi hỏi
khắt khe. Điều này có nghĩa là các hạt không kết đám hoặc bị tách phase kể cả khi
được đặt trong từ trường lớn.
Ta có:
Điều kiện về độ ổn định đối với lực trọng trường :
k
B
T / (ΔρVgl) ≥ 1

Điều kiện về độ ổn định đối với gradient của từ trường để các hạt từ không bị co cụm
về vùng có cường độ từ trường mạnh :

k
B
T / (μ
0
M
p
HV) ≥ 1


ϕ

2.2.4.Khối lượng riêng của chất lỏng từ
Khối lượng riêng của chất lỏng từ được xác định theo biểu thức sau:
ρ= ρ
s
ϕ
s
+ ρ
a
( ϕ
h
- ϕ
s
) + ρ
f
( 1 - ϕ
h
) (2.4)

trong đó,
s
,
a
, ρ ρ ρ
f
: mật độ khối lượng của pha rắn, chất phủ bề mặt và chất lỏng
mang.
s
và

nhớt tăng. -21-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG
Khi độ xoáy của chất lỏng song song với từ trường cung cấp, hạt từ có thể quay tự do
và độ nhớt không còn bị ảnh hưởng bởi từ trường. Ngược lại, nếu từ trường và tốc độ
trực giao nhau, độ nhớt sẽ tăng lên vì từ trường là lớn nhất .

Độ nhớt của chất lỏng từ khi không có từ trường ngoài
Độ nhớt của một chất lỏng phụ thuộc nhiều vào tiền sử của mẫu và tốc độ trượt.
Khi khảo sát độ nhớt của một mẫu chất lỏng, ta cần phải quan tâm nhiều đến những
yếu tố đặt trưng trong quá trình chế tạo mẫu. Nếu chất lỏng chứa một lượng đáng kể
những hạt thô thì đó chính là nguyên nhân làm cho độ nhớt và những tính chất vật lý
khác trở nên phức tạp hơn. Khi tách những hạt thô này bằng cách ly tâm chất lỏng thì
mật độ của chất lỏng và độ từ hóa bão hòa sẽ thay đổi một ít, tuy nhiên, tính chất của
độ nhớt sẽ thay đổi một cách đáng kể, sự phụ thuộc độ nhớt lên thời gian lưu trữ của
một mẫu sẽ biến mất.
Khi không có trường ngoài, độ nhớt của chất lỏng từ gây ra do sự hiện diện của
những hạt keo đã làm gia tăng ma sát nội tại khi nó đang chuyển động theo dòng. Độ
nhớt của chất keo gia tăng khi ma sát của hạt gia tăng. Bên cạnh đó, sự tương tác của
thủy động lực học kết hợp với sự tồn tại của tương tác từ của hạt tác động đến chuyển
động tương đối của chúng. Vì thế, độ nhớt của chất lỏng từ được xác định dựa trên
mức độ của tương tác này.

Độ nhớt của chất lỏng từ khi có từ trường ngoài
Độ nhớt của một chất lỏng từ được quyết định bởi độ nhớt của chất lỏng mang.
Như vậy khả năng chọn các dung môi khác nhau (như nước, dầu… ) cho phép thay đổi

tác lưỡng cực. Năng lượng tương tác dipole giữa hai mômen từ m
1
và m
2
được cho bởi
biểu thức sau:

⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−=
5
21
3
21
0
dip
r
r)r)(m(m
3
r
mm
4π
μ
E
(2.7)


: Độ từ hóa của hạt từ.

So sánh năng lượng nhiệt và năng lượng tương tác lưỡng cực cho một hạt,
24k
B
T/µ
o
M
2
p
V, cho phép ta xác định kích thước của các hạt theo giá trị từ độ đã biết
sao cho chuyển động nhiệt có thể chống lại sự kết tụ do tương tác lưỡng cực. Kích
thước tới hạn của các hạt xác định bằng cách này đảm bảo các hạt có thể đẩy nhau ra
xa một khoảng cách ngắn khi không có tác dụng của từ trường . Trong mọi trường hợp
các hạt thường có khả năng kết tụ thành các chuỗi ngắn. Khi có từ trường đặt vào, các
mômen từ có xu hướng quay theo từ trường, các hạt kết tụ nối tiếp nhau tạo thành một
chuỗi dài và hướng dọc theo phương từ trường. Khi từ trường cao hơn, chuỗi dài hơn.
Sự hình thành chuỗi trong từ trường là thuận nghịch, chuỗi bị đứt khi từ trường trở về
không [19].
B
-23-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG

v
s
4s
ln
s
2
4s
2
6
A
U
(2.9)
trong đó A: Hằng số Hamaker, phụ thuộc vào chất liệu hạt từ và chất lỏng mang.
(2.10) s = (2x /d) + 2
Với:
d: Đường kính hạt từ.
x: Khoảng cách giữa những hạt từ.
Từ biểu thức trên, ta thấy khi hạt từ được kéo gần lại với nhau, U
V
→∞. Tuy nhiên
lực Vander Waals giảm một cách đáng kể khi hạt từ ở một khoảng cách nhất định
trong khi lực tương tác từ giữa các hạt từ giảm chậm hơn rất nhiều. Lực từ có một
khoảng cách tác dụng lớn hơn cho cả trường hợp có mặt và không có mặt của từ
trường ngoài. Năng lượng tương tác từ phụ thuộc mạnh mẽ vào kích thước hạt từ. Điều
này có ảnh hưởng đáng kể tới sự ổn định của hệ keo từ.
Khi hạt từ được phủ một lớp của chất kích hoạt bề mặt có chuỗi phân tử dài tạo
sức căng bề mặt, lực đẩy Steric xuất hiện để cắt chuỗi phân tử dài đó làm cho các phân
tử của chất kích hoạt bề mặt bị biến dạng. Áp suất thẩm thấu ở lớp vỏ cũng tăng lên có
tác dụng ngăn hạt từ kết tụ lại với nhau. Để cắt chuỗi phân tử dài trên, lực đẩy Steric
phải có năng lượng và năng lượng này được cho bởi biểu thức sau:

-24-Luận văn Thạc sĩ BÙI ĐỨC LONG
Trong đó:
p : Áp suất thẩm thấu.
V : Thể tích của lớp vỏ cắt ngang.
: Độ dầy của lớp vỏ.
δ
: Suất căng mặt ngoài/ đơn vị phân tử.
ΓTóm lại, hạt từ phân tán và không bị kết tụ lại trong chất lỏng từ là do sự cân bằng
của những lực cơ bản sau: lực tương tác từ, lực hấp dẫn (lực Vander Waals) và lực đẩy
Steric.