MỤC
LỤCPHÓ HÒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC QUỐC GIA
THÀNH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỤ NHIÊN
KHOA VẬT LÝ
Bộ MÔN VẬT LÝ CHÁT RẮN
Mực LỤC.....................................................................................................2

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

1.1.

Vật liệu nanô.......................................................................................8

1.2.

GVHD:
THỤY THANH
Các hiện tượng đặc biệt khi hạt
ở kíchThS.

IV. Một số ứng dụng trong y sinh học......................................................26

IV.

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

IV......................................................................................................2. Dần 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

1.1.

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

3




Hình 27 : Lọc rửa sản phẩm thu được.......................................................38

Hình 28: Ảnh FESEM của mẫu MI 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 đại 150k....................44

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

Hình 34: Phổ chuẩn của Fe304 [18]..........................................................47

5


LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên em xin gửi lời tri ân chân thành và sâu sắc nhất đến đấng sinh
thành

đã

sinh ra, nuôi dường và dạy bảo em cho đến ngày hôm nay, đến các anh chị
trong


Trong thời gian học tập vừa qua, đặc biệt là trong suốt quá trình làm
luận

văn

em đã nhận được rất nhiều sự quan tâm và hướng dẫn rất nhiệt tình từ thầy

6


MỞ ĐẦU: GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT

Bản báo cáo đầu tiên về hiện tượng từ tính là của người Hi Lạp cố 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 Fe304 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.

I. Vật liệu nanô và các hiệu ứng liên quan

1.1. Vật liệu nanô

Hình 1: số các công trình khoa học và bằng phát minh sáng chế tăng theo cấp


Tính chất

Độ dài tói hạn

140
ta
củao con người nhờ vào các tính chất rất đặc biệt của chúng mà các vật liệu
truyền
thống
1
0 đó không có được.
trước
0
8
0 - Vật liệu nanô có các tính chất rất thú vị. Vậy tại sao nó lại có các tính
chất
6 thú
0
4
vị đó?
0
2
0 Tính chất quan trọng nhất của vật liệu nanô bắt nguồn từ kích thước

ví
sau : (bảng
chất
Vật
liệu
nanô
nằm
nguyên
dụ,
một
tính
chất
nanô giây là 1.2.1.
một khoảng
thời bề
gian
bàng một phần tỷ của một giây. Còn nanô
Hiệu ứng
mặt
mà

chúng

ta dùng ở đây có nghĩa là nanô mét, một phần tỷ của một mét. Yeu tố quan
Tỉ số giữa số nguyên tử bề mặt và số nguyên tử trong cả hạt nanô trở nên
trọng
nhất
rất
lớn,
mà chúng ta sẽ làm việc là vật liệu ở trạng thái rắn có kích thước nm. Vật liệu

trạng thái electron cũng như các trạng thái dao động trong hạt nanô bị lượng
tử

hóa.

Các trạng thái bị lượng tử hóa trong cấu trúc nanô sẽ quyết định tính chất điện
và
quang nói riêng, tính chất vật lý và hóa học nói chung của cấu trúc đó.

Trước hết chúng ta hãy mô tả một cách sơ lược hiệu ứng giam giữ
lượng

tử.

Thí

dụ, trong vật liệu bán dẫn khối, các electron trong vùng dẫn và các lỗ trống
trong

vùng

hóa trị chuyên động tự do khăp tinh thê, do lưỡng tính sóng hạt, chuyên động
của

các

hạt tải điện có thế được mô tả bằng tố họp tuyến tính của các sóng phang có
bước

sóng

hợp

sao cho độ từ cảm không có thứ nguyên.

Il.l.

Vật liệu từ

Vật liệu từ là loại vật liệu mà dưới tác dụng của tù- trường ngoài có thế
bị

tù-

hóa,

tức là có những tính chất từ đặc biệt. Vì thế ta có thê nói sắt thường và sắt từ
tuy

hai

mà

là một. Đó là nếu ta hiêu đúng cái nghĩa của từ "sắt" là chất mà trong thành
phần

của

nó chứa chủ yếu các nguyên tử của nguyên tố Fe. Tùy thuộc vào cách hưởng
ứng



của vật liệu được giữ lại lâu, có thế được dùng làm nam châm "vĩnh cữu", về
thành
phần cấu tạo có thê chia thành vật liệu kim loại, phi kim loại và điện môi từ.
Vật

liệu

từ

kim loại có thể là kim loại đơn chất (sắt, cobalt, niken) và hợp kim từ của một
số

kim

loại. Vật liệu phi kim loại thưòng là ferrit, thành phần gồm hỗn hợp bột của
các

ôxit

sắt

và các kim loại khác. Điện môi từ là vật liệu tô hợp, gồm 60 - 80% vật liệu từ
dạng

bột

và 40 - 20% điện môi. Ferrit và điện môi từ có điện trở suất lớn, nên làm giảm
đáng


trường
không thật lớn, ta có M = X H với X < 0. Tính nghịch từ có liên quan với xu
hướng

của

các điện tích muốn chắn phần trong của vật thê khỏi từ trường ngoài (tuân
theo

định

luật Lentz của hiện tượng cảm ứng điện từ)

Các thông số xác định tính chất của vật liệu từ, ngoài độ cảm từ còn có độ tù'
hoá

bão

hoà (từ độ đạt cực đại tại từ trường lớn), độ từ dư (từ độ còn dư sau khi ngừng

15


Đômen
Vách đômen

II.3.

íítí
Vật liệu siêu thuận từ


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

Khi có từ trường ngoài tác dụng, các đômen thay đoi hình dạng và kích
thước
nhờ sự dịch chuyên các vách đômen. Khi có tác động của từ trường ngoài, các
vách
đômen sẽ dịch chuyên, những đômen nào có mômen từ gần với hướng của từ
trường

sẽ
17
16


II.3.2. Tính chất siêu thuận từ

Một vật liệu sắt từ được cấu tạo bởi một hệ các hạt (thê tích V), các
hạt

này

tương tác và liên kết với nhau. Giả sử nếu ta giảm dần kích thước các hạt thì
năng
lượng dị hướng KV giảm dần, nếu ta tiếp tục giảm thì đến một lúc nào đó KV
«

kT,

năng lượng nhiệt sẽ thắng năng lượng dị hướng và vật sẽ mang đặc trưng của


tụ-

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 thế quan sát được cả tính sắt tù- và
thuận

từ

của

các phân tử ở cùng một nhiệt độ, tức là xảy ra hiện tượng siêu thuận từ.

Tính siêu thuận từ có được khi kích thước nhỏ đến mức năng lượng

18


Các chất siêu thuận tù' đang đuợc quan tâm nghiên cứu rất mạnh, dùng
đế

chế

tạo các chất lòng từ (magnetic íluid) dành cho các ứng dụng y sinh. Đối với


II.3.3.1. Cấu trúc của tinh thế magnetite (Fe304)

Bát diện

Fe^ (3d5)

Fe304 là một ôxit hỗn hợp Fe0.Fe203 có cấu trúc tinh thê spinel ngược,
thuộc
ị I là
Spin
nên thức
mômen
từ làcủa
phân tử trong đó M
nhóm ceramic từ, đượcI gọi
ferittạo
(công
chung
M0.Fe203,
có

Hình 10: Sự sắp xếp các thế
spin trong một phân tủ’ sắt
19
20

là



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 đê tách nhóm OH trên
bề

mặt

ôxit sắt. Các nhóm OH bề mặt là lường tính và có thê phản ứng lại với cả axit
hoặc
bazơ.
21


được hạt có độ đồng nhất cao, người ta cần phân tách hai giai đoạn hình thành
mầm

và

phát triên mầm. Trong quá trình phát triên mầm, cần hạn chế sự hình thành
của

những

mầm mới[9]. Các phương pháp sau đây là những phương pháp kết tủa từ dung
dịch:
đồng kết tủa, nhũ tương, polyol, phân ly nhiệt...


hợp

các

hạt với sự có mặt của các chất tương thích sinh học.

III.2.

Phương pháp nghiền bi

Nghiền bi là phương pháp tạo ra hợp kim bằng cơ học được sử dụng đê
tạo

sự

phân tán ôxit đê tăng cường sự pha trộn. Qui trình này liên quan đến việc trộn
rất

mạnh

các vật liệu ban đầu dạng bột và các bi nghiền trong một lọ thuỷ tinh trong
khoảng

vài

giờ. Sự tác động mạnh cho phép vật liệu ban đầu nằm giữa các viên bi nghiền
đê

được


4
•ọ °;-„c
•oo0
plia trong: các hạt dau

Ital nước

Hình 12: Hệ nhũ tương nước trong dầu và dầu trong
he vi uhũ
nước
tưooa2
hê VI ahũ
Pha aước:
tươaa ỉ
chất khử
pha aước: I^rv
NaOH;
muói sát ‘
NH40H
í?
pha dáu
u
hòa tiôa hê 1 và 2 phadáu
Sư va cham
thà]
và ket
và ket
hơphơp
các hat



học, trong đó, các phản ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của sóng siêu âm
như

một

dạng xúc tác. Sóng siêu âm là sóng dọc, là quá trình truyền sự co lại và giãn
nở

của

chất lỏng. Tần số thường sử dụng trong các máy siêu âm là 20 kHz cao hơn
ngưỡng
nhận biết của tai người (từ vài Hz đến 16 kHz). Hóa siêu âm được ứng dụng
đê

chế

tạo

rất nhiều loại vật liệu nanô như vật liệu nanô xốp, nanô dạng lồng, hạt nanô,
ống

nanô.

Hạt nanô ôxit sắt và ôxit sắt pha Co và Ni đã được chế tạo bằng phương pháp
này.

Tuy



học

nào đó ra khỏi môi trường của chúng đế làm tăng nồng độ khi phân tích hoặc
cho

các

mục đích khác. Phân tách tế bào sử dụng các hạt nanô tù' tính là một trong
những
phương pháp thường được sử dụng.

Quá trình phân tách được chia làm hai giai đoạn: đánh dấu thực thế
sinh

học

cần

nghiên cứu; và tách các thực thê được đánh dấu ra khỏi môi trường bằng tù’
trường.

Hình 14: Sơ đồ phân tách tế bào đơn giản

Hỗn hợp tế bào và chất đánh dấu (hạt từ tính bao phủ bởi một lớp hoạt
hóa

bề

mặt) được trộn với nhau để các liên kết hóa học giữa chất đánh dấu và tế bào

này

được

gọi là dẫn truyền thuốc bàng hạt từ tính.

Có hai lợi ích cơ bản là:

(i) Thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thê nên làm giảm tác

dụng

phụ

của thuốc; và

(ii) Giảm lượng thuốc điều trị.

Nghiên cún dẫn truyền thuốc đã được thử nghiệm rất thành công trên
động

vật,

đặc biệt nhất là dùng đê điều trị u não. Việc dẫn truyền thuốc đến các u não rất
khó
khăn vì thuốc cần phải vượt qua hàng rào ngăn cách giữa não và máu, nhờ có
trợ

giúp
27

quanh chứa chúng. Sau đó tiến hành nuôi cấy đều vi khuân Ecoli lên đĩa

Hình 15: ĐTa thạch dùng làm thí nghiệm

28

Hình 16: Khuấn Ecoli


CHƯƠNG II: THựC NGHIỆM

Nanô hiện đang là lĩnh vục được các nhà khoa học trong nước cũng
như

ngoài

nước quan tâm, đặc biệt là những ứng dụng của nó trong vật lý, sinh học,...
Một

trong

số những úng dụng quan trọng hiện nay là sử dụng hạt nanô từ với kích cở
cực

kì

nhỏ

(0,1 - 1) nm kết họp với các thành phần thuốc chuyên dụng, sẽ dễ dàng lun
thông

tượng
nghiên cứu là bao nhiêu thì các nhà khoa học đã dùng các phương pháp khảo
sát

như:

FESEM, X-RAY, TEM ...
29


Các electron được giải phóng từ nguồn phát xạ trường mạnh, độ chân
không

cao

thì được gọi là các electron chủ yếu. Các electron này được làm lệch hướng
bởi

thấu

kính điện tử nhằm tạo ra một chùm electron quét thu hẹp đê bắn lên đối
tượng.

Ket

quả

là các electron thứ yếu được phát ra từ mỗi vùng trên đối tượng. Các góc độ

Hình 17: Kính hiến vi quét trường phát xạ