BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Lưu Hữu Nguyên

CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỐT NÓNG CẢM ỨNG

CỦA CHẤT LỎNG HẠT NANO TỪ

VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

Chuyên ngành: Vật liệu điện tử

Mã số: 9.44.01.23

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Hà Nội – 2019

Luận án được hoàn thành tại: Phòng Vật lý vật liệu từ - siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm

Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Người hướng dẫn khoa học: GS. TSKH. Nguyễn Xuân Phúc PGS. TS. Phạm Thanh Phong Phản biện 1: ............................................... Phản biện 2: ............................................... Phản biện 3: ............................................... Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học viện tại Học Viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi ... giờ ... ngày ... tháng ... năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc gia Hà Nội, Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ, Thư viện Viện Khoa học vật liệu, Thư viện Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

1

MỞ ĐẦU Trong vài thập kỷ gần đây, khoa học và công nghệ nano đã và đang tạo ra nhiều điều kỳ diệu đến nỗi

người ta xem nó như một cuộc cách mạng trong thế kỷ 21. Công nghệ nano là các công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nano mét. Đối tượng của các công nghệ này chính là các vật liệu nano. Vật liệu nano với kích thước rất nhỏ trong khoảng 1-100 nm có những tính chất thú vị khác hẳn so với vật liệu khối cùng thành phần. Điều này là do ảnh hưởng của hiệu ứng kích thước. Các vật liệu nano đã mở ra những ứng dụng mới trong điện tử, cơ khí, xử lý môi trường, và đặc biệt trong y sinh.

Đối với các vật liệu điện – từ, đốt nóng cảm ứng (Induction Heating – IH) là hiệu ứng vật lý mà các vật liệu này trở thành các nguồn sinh nhiệt khi chúng được đặt trong một điện-từ trường xoay chiều. Đối với các vật liệu từ, hiệu ứng IH trở thành hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ (MIH); quá trình sinh nhiệt khi đó liên quan đến tổn hao do hiệu ứng Joule và tổn hao liên quan đến tính chất từ của hạt nano. Khi kích thước của vật liệu cỡ nanomét, hiệu ứng đốt nóng cảm ứng chủ yếu do các cơ chế tổn hao liên quan đến tính chất như tổn hao từ trễ, tổn hao hồi phục, v…v. Trong các ứng dụng y sinh, các hạt nano từ thường được phân tán trong một dung môi có khả năng hoà tan để tạo thành một chất lỏng hạt nano từ (chất lỏng từ). Một chất hoạt động bề mặt sẽ bao phủ bên ngoài các hạt nano từ có tác dụng ngăn cản việc kết tụ, và giữ cho chúng phân tán tốt trong nhiều năm. Do đó, một chất lỏng từ thường gồm lõi, vỏ và dung môi. Vật liệu được sử dụng để làm lõi, vỏ hay dung môi trong chế tạo chất lỏng từ rất đa dạng. Các hạt nano từ dạng kim loại, hợp kim, oxit kim loại hoặc các hỗn hợp oxit từ 2 thành phần có thể được dùng làm lõi trong chất lỏng từ. Lớp vỏ của các hạt này có thể là các polyme, copolyme hoặc các oxit kim loại. Quá trình tổng hợp chất lỏng từ được thực hiện trong môi trường nước hay các dung môi khác như benzyl ether, phenyl ether. Có rất nhiều phương pháp tổng hợp hạt nano từ khác nhau như đồng kết tủa, sol-gel, thủy nhiệt và phương pháp phân hủy nhiệt (tổng hợp trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ sôi cao). Tùy vào phương pháp chế tạo và vật liệu sử dụng, hạt nano từ có chất lượng khác nhau về kích thước và phân bố kích thước hạt, độ hoàn hảo tinh thể hay tính chất từ của chúng. Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của một hay nhiều thông số của chất lỏng hạt nano từ đến một hiệu ứng vật lý cụ thể gặp rất nhiều khó khăn trong thực nghiệm.

Ngoài ra, thực tiễn ứng dụng hiệu ứng MIH của chất lỏng hạt nano từ trong y sinh phải đảm bảo một số yêu cầu như: lượng hạt nano từ đưa vào cơ thể sống phải tối thiểu song vẫn đảm bảo lượng nhiệt sinh ra đủ lớn, chất lỏng từ ổn định trong thời gian dài, không kết đám, và tương thích sinh học trong môi trường y sinh. Để giải quyết các vấn đề này, các nghiên cứu tập trung vào hướng nâng cao công suất tổn hao của chất lỏng hạt nano từ. Đến nay, các kết quả nghiên cứu cho thấy đại lượng này phụ thuộc vào nhiều tham số vật lý như kích thước hạt (D) – phân bố kích thước hạt, từ độ bão hòa (MS), dị hướng từ (K), độ nhớt chất lỏng từ (η),… cũng như các thông số của từ trường ngoài xoay chiều (H và f). Vì có quá nhiều thông số ảnh hưởng đến công suất nên các nghiên cứu thực nghiệm về tối ưu hóa hiệu ứng MIH gặp nhiều khó khăn. Vì thế, việc nghiên cứu vai trò của các tham số vật lý lên các loại vật liệu khác nhau ở khía cạnh lý thuyết không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn giúp cho quá trình thực nghiệm được dễ dàng hơn vì nó chính là “thực nghiệm số” góp phần dự đoán được kết quả thực nghiệm, từ đó có thể điều chỉnh các thông số thực nghiệm để tìm kiếm các vật liệu phù hợp theo mong muốn của nhà nghiên cứu.

Tại Việt Nam, các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng liên quan đến vật liệu nano từ được nhiều nhóm quan tâm như nhóm nghiên cứu ở Viện Khoa học vật liệu, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Vật lý thành phố Hồ Chí Minh - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Khoa Vật lý của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội ... Tuy nhiên, chỉ có nhóm của GS.

2

TSKH. Nguyễn Xuân Phúc ở Viện Khoa học Vật liệu nghiên cứu sâu về cơ chế vật lý và thực nghiệm liên quan đến hiệu ứng MIH, cụ thể là các nghiên cứu tập trung vào cả hai khía cạnh: một là công nghệ chế tạo các hạt nano kim loại (như Fe), các hạt oxit kim loại Fe3O4, các hệ nano pha tạp Mn0.3Zn0.7Fe2O4, Mn0.5Zn0.5Fe2O4, La0.7Sr0.3MnO3 hay các hệ nano từ theo cấu trúc lõi – vỏ Fe3O4@ poly(styrene-co-acrylic acid), Fe3O4@ poly (Nisopropylacrylamide-co-acrylic acid) và hai là làm sáng tỏ các cơ chế vật lý liên quan đến hiệu ứng MIH trên cả hai phương diện thực nghiệm và lý thuyết. Đến nay, thành tựu về nghiên cứu thực nghiệm về hiệu ứng MIH khá phong phú và đa dạng. Các kết quả đã thể hiện được các ưu điểm của từng loại vật liệu được dùng làm lõi hoặc chất mang của chất lỏng từ trong ứng dụng y sinh. Bên cạnh đó, các nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của tham số vật lý lên hiệu ứng MIH đã góp phần đáng kể vào việc làm sáng tỏ cơ chế vật lý của hiệu ứng này. Mặc dù vậy, các nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của từng tham số vật lý đến hiệu ứng MIH chưa được đề cập đến một cách chi tiết và hệ thống. Ngay cả các nghiên cứu lý thuyết gần đây cũng chưa được phân tích kỹ vấn đề này. Do đó, hàng loạt câu hỏi đặt ra trong quá trình nghiên cứu cần phải có câu trả lời thỏa đáng. Các câu hỏi đó là: với kích thước hạt (tới hạn) nào trong từng vật liệu cụ thể, hiệu ứng MIH là tối ưu. Cũng câu hỏi như thế cho từ độ, đường kính động học và quan trọng hơn là dị hướng từ của hạt nano từ. Các chất lỏng từ chứa hạt nano có dị hướng từ thấp và cao sẽ ảnh hưởng lên các tham số đặc trưng của hiệu ứng MIH như thế nào? Nói cách khác, liệu trong hiệu ứng MIH, chúng ta có thể phân lớp vật liệu dựa trên đặc tính này hay dựa trên các yếu tố vật lý khác. Ngoài ra, độ phân tán hạt hay độ nhớt thay đổi ảnh hưởng như thế nào đến hiệu ứng MIH? Giải quyết tốt vấn đề này sẽ góp phần tối ưu hóa hiệu ứng MIH trong từng vật liệu cụ thể và định hướng khả năng ứng dụng của các hệ vật liệu này. Rõ ràng việc giải quyết bài toán này là một thách thức không chỉ cho nhóm nghiên cứu của chúng tôi mà còn cho các nhóm nghiên cứu khác trên thế giới.

Với những lý do đã nêu, chúng tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu của luận án là: “Các đặc trưng đốt nóng cảm ứng của chất lỏng hạt nano từ và các yếu tố ảnh hưởng”.

Mục tiêu của luận án tập trung vào hai vấn đề sau: (i) Nghiên cứu các đặc trưng đốt nóng của chất lỏng hạt nano từ và các yếu tố ảnh hưởng lên chúng dựa trên kỹ thuật tính toán bằng số, (ii) Từ các kết quả tính toán, thực hiện nghiên cứu bằng thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố vật lý lên đặc trưng hiệu ứng MIH trên hai hệ mẫu CoFe2O4 và MnFe2O4 nhằm so sánh với các tính toán lý thuyết thu được.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án: Áp dụng lý thuyết đáp ứng tuyến tính (LRT) tìm thấy sự cạnh tranh đóng góp giữa tổn hao hồi phục

Brown và Néel đối với hiệu ứng MIH giúp làm nổi bật vai trò của dị hướng từ đối với tối ưu hóa hiệu ứng này.

Các phương pháp nghiên cứu sau đã được sử dụng trong Luận án: phương pháp mô phỏng bằng số kết hợp với thực nghiệm để làm sáng tỏ ảnh hưởng của các tham số vật lý và vật liệu lên hiệu ứng MIH. Các tính toán lý thuyết thực chất là “thực nghiệm số” dựa trên phần mềm MATLAB. Các mẫu CoFe2O4 và MnFe2O4 sử dụng trong luận án đều là mẫu ferit được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt tại Phòng thí nghiệm Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các đặc trưng cấu trúc, hình thái và thành phần của mẫu được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu xạ tia X và ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM). Các phép đo đường kính động học bằng kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS), độ nhớt của chất lỏng từ bằng hệ máy Sine wave Vibro Viscometer SV 10 tại Viện Khoa học Vật liệu. Các phép đo từ tính được thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung (VSM) của Phòng thí nghiệm vật lý vật liệu từ và siêu dẫn, phép đo đốt nóng cảm ứng từ thực hiện trên hệ đo dùng máy phát thương mại Model: RDO-HFI, công suất 5 kW đặt tại Phòng Vật liệu Nano y sinh, thuộc Viện Khoa học vật liệu.

3

Nội dung của luận án bao gồm ba phần: (i) Phần tổng quan về hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ của chất lỏng hạt nano từ. (ii) Tiếp theo là các kết quả tính toán công suất đốt nóng cảm ứng từ theo mô hình lý thuyết đáp ứng tuyến tính. (iii) Cuối cùng, các kết quả tính toán được kiểm chứng bằng thực nghiệm trên hai hệ hạt nano từ CoFe2O4 và MnFe2O4.

Bố cục của luận án: Luận án bao gồm phần mở đầu, 3 chương nội dung cùng phần mở đầu và kết luận. Cụ thể như sau:

• Mở đầu • Chương 1. Hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ của chất lỏng hạt nano từ • Chương 2. Kết quả tính toán công suất đốt nóng cảm ứng từ theo mô hình lý thuyết đáp ứng

tuyến tính • Chương 3. Thực nghiệm kiểm chứng kết quả tính toán • Kết luận

Các kết quả chính của luận án đã được công bố trong 06 công trình khoa học, bao gồm 02 bài báo trên các tạp chí quốc tế (ISI), 03 bài báo trên các tạp chí trong nước và 01 bài báo cáo tại Hội nghị quốc tế.

CHƯƠNG 1 HIỆU ỨNG ĐỐT NÓNG CẢM ỨNG TỪ CỦA CHẤT LỎNG HẠT NANO TỪ

1.1. Tổng quan về hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ 1.1.1. Hạt nano từ và hạt siêu thuận từ: những đặc tính cơ bản 1.1.1.1. Đô men của các hạt nano từ

Mô men từ không hoàn toàn trật tự thống nhất trong toàn thể tích của mẫu mà chỉ tồn tại trật tự trong từng vùng có kích thước xác định. Các vùng này được gọi là đô men từ. Cùng với sự giảm kích thước của khối vật liệu, kích thước của đô men sẽ giảm và cấu trúc đô men cũng như độ rộng của vách đô men sẽ thay đổi. Và, khi kích thước nhỏ hơn một kích thước tới hạn nào đó, sự tồn tại vách đô men trở nên không thuận lợi về năng lượng, các hạt lúc này trở thành đơn đô men. Giới hạn đơn đô men phụ thuộc vào từng loại vật liệu từ khác nhau. 1.1.1.2. Trạng thái siêu thuận từ

Dưới kích thước hạt đặc trưng, kích thích nhiệt gây ra sự thăng giáng nhanh của mô men từ và quá trình đảo chiều từ độ có thể xảy ra, tương tự như của một spin riêng lẻ trong vật liệu thuận từ. Toàn bộ hệ spin có thể bị quay đồng bộ và trạng thái từ của tập hợp các hạt từ kích thước rất nhỏ, không tương tác sẽ được gọi là siêu thuận từ.

Nhiệt độ bắt đầu chuyển từ trạng thái spin bị khóa ngẫu nhiên sang trạng thái siêu thuận từ được gọi là nhiệt độ khóa TB (Blocking temperature). Nhiệt độ khóa TB phụ thuộc vào dị hướng từ, kích thước hạt và thời gian đặc trưng của phép đo (τm). Với một vật liệu cho trước, TB phụ thuộc vào kích thước hạt và τm. Như vậy, kích thước đơn đô men cực đại được xác định bởi sự cân bằng của các dạng năng lượng, còn ngưỡng siêu thuận từ phụ thuộc vào khoảng thời gian đo. 1.1.1.3. Sự phụ thuộc của dị hướng từ theo kích thước hạt

Năng lượng dị hướng từ là năng lượng cần thiết do từ trường ngoài cung cấp để chuyển dời momen từ hướng từ hóa dễ sang hướng từ hóa khó. Đó chính là năng lượng dự trữ trong tinh thể từ tính nếu vectơ từ độ MS không định hướng theo hướng từ hóa dễ. Năng lượng này gắn với dị hướng tinh thể và có tính đối xứng tinh thể gọi là năng lượng dị hướng từ tinh thể.

4

Đối với các hệ hạt từ mịn và các màng mỏng từ, dị hướng bề mặt sẽ có đóng góp thêm vào dị hướng từ tinh thể. Dị hướng bề mặt được tạo ra do tính đối xứng tại bề mặt bị phá vỡ và sự suy giảm của số tọa độ lân cận gần nhất.

Năng lượng dị hướng hiệu dụng cho mỗi đơn vị thể tích Keff được tính thông qua biểu thức:

6eff V SK K K

D= + (1.8)

1.1.2. Chất lỏng từ: chế tạo và ứng dụng Các hạt nano từ “lơ lửng” trong chất lỏng mang tạo thành một dung dịch được gọi là chất lỏng từ -

một khái niệm được dùng phổ biến trong các ứng dụng trong y sinh. Khi tồn tại ở dạng lỏng, chất lỏng từ không những mang đầy đủ tính chất của hệ hạt keo mà còn thể hiện tính chất của chất lỏng. Thí dụ, đối với chất lỏng hạt nano siêu thuận từ, quá trình tổn hao hồi phục của hệ chất lỏng từ diễn ra theo hai cơ chế: cơ chế Neél và cơ chế quay Brown. Vì vậy, các hiệu ứng vật lý của hệ chất lỏng hạt nano từ chịu sự ảnh hưởng của các vật liệu được dùng làm hạt keo (lõi), lớp vỏ và dung môi và phương pháp tổng hợp chất lỏng từ. 1.1.3. Hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ và ứng dụng

Đốt nóng cảm ứng là hiệu ứng vật lý liên quan đến hiện tượng cảm ứng điện từ: các vật liệu trở thành các nguồn sinh nhiệt khi chúng được đặt trong một điện từ trường xoay chiều. Khi kích thước của vật liệu cỡ nano mét, công suất đốt nóng cảm ứng chủ yếu do các cơ chế tổn hao liên quan đến tính chất từ như tổn hao từ trễ, tổn hao hồi phục… Hiệu ứng IH trở thành hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ đối với các vật liệu nano từ. Đến nay, hiệu ứng này được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực như (i) giải hấp tái tạo vật liệu hấp phụ, (ii) gia công tế bào để điều chỉnh độ insulin, (iii) đánh giá nồng độ hạt nano từ tích tụ tại các nội quan, (iv) rã đông trong y sinh, (v) nhả thuốc bằng kích nhiệt từ và (vi) nhiệt từ trị ung thư. 1.2. Các cơ chế vật lý của hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ 1.2.1. Các yếu tố đóng góp cho công suất đốt nóng cảm ứng từ

Hiệu ứng MIH của hệ hạt nano từ bắt nguồn từ quá trình hấp thụ năng lượng từ từ trường xoay chiều của hệ hạt nano từ. Tổng năng lượng được hấp thụ của quá trình này bao gồm tổn hao bề mặt (PF), tổn hao từ trễ (PH), tổn hao hồi phục Néel (PN) và tổn hao hồi phục Brown (PB). Đối với các hạt nano từ, tổn hao do dòng điện bề mặt không gây được hiệu ứng đốt nhiệt đáng kể vì kích thước các hạt rất nhỏ và độ dẫn điện của chúng thấp. Vậy, đóng góp chính vào hiệu ứng MIH của các hạt nano từ chính là tổn hao từ trễ, tổn hao hồi phục Néel và Brown.

Tổn hao từ trễ là do quá trình từ hóa bất thuận nghịch theo hai chiều tăng và giảm của từ trường. Đây là nguyên nhân sinh nhiệt chủ yếu đối với các hạt sắt từ hoặc feri từ đa đô men. Đối với các hạt nano siêu thuận từ, tổn hao hồi phục Néel và Brown đóng góp chính cho hiệu ứng MIH của vật liệu. Trong khi tổn hao hồi phục Néel là do quá trình lật đảo các mômen từ thì quá trình tổn hao hồi phục Brown là do quá trình quay của hạt nano từ trong chất lỏng từ.

Đến nay, các mô hình lý thuyết về hiệu ứng này được xây dựng tùy thuộc vào các điều kiện áp dụng, bao gồm: mô hình Rayleigh, lý thuyết dựa trên mô hình Stoner – Wohlfarth (Stoner – Wohlfarth Model Based Theories, SWMBTs) và lý thuyết đáp ứng tuyến tính (Linear Response Theory – LRT). Tham số ξ được sử dụng để phân biệt điều kiện áp dụng mỗi mô hình lý thuyết.

0 S

B

M VHk T

µξ = (1.9)

Khi tham số ξ < 1, nghĩa là μ0MSVH nhỏ hơn kBT thì các hạt nano ở trạng thái siêu thuận từ hoặc từ trường ngoài không đủ lớn (H<<HC). Do đó, các mô men từ đáp ứng gần như tuyến tính theo từ trường

5

ngoài. Vì vậy, mô hình LRT được áp dụng để phân tích hiệu ứng MIH ứng với điều kiện này. Mô hình này được xây dựng dựa vào hai cơ chế tổn hao hồi phục Néel và tổn hao hồi phục Brown. Ngược lại khi tham số ξ > 1, tổn hao từ trễ chính là nguyên nhân sinh nhiệt chủ yếu đối với các hạt sắt từ hoặc ferit từ đa đô men nên mô hình Rayleigh và SWMBTs được sử dụng tùy vào cường độ từ trường của từ trường ngoài. 1.2.2. Tổn hao từ trễ

Mô hình SW là mô hình lý thuyết để tính toán năng lượng diện tích từ trễ của một hệ trong quá trình đảo từ sau khi vật liệu được từ hóa đến bão hòa, được mô tả bằng quá trình quay đồng bộ (quay kết hợp hay cùng pha) của tất cả các mômen từ.

Trong từ trường nhỏ, chuyển động của các vách đômen bị ngăn trở bởi các tâm ghim và tổn hao sẽ tỉ lệ với cường độ từ trường theo hàm bậc ba - tổn hao Reyleigh.

Mô hình lý thuyết SWMBTs được xây dựng bởi giả thuyết: các hạt sắt từ đơn đô men với dị hướng đơn trục không tương tác và định hướng một cách ngẫu nhiên. Theo mô hình SWMBTs, công suất tổn hao từ trễ thu được có giá trị bằng hai lần mật độ năng lượng dị hướng từ K. Thực tế, J. Carey và các cộng sự nhận thấy công suất này chỉ bằng 1,92 lần mật độ năng lượng dị hướng từ. 1.2.3. Tổn hao hồi phục Néel

Khi hạt có kích thước đơn đômen, năng lượng dị hướng có thể nhỏ hơn năng lượng nhiệt, các spin của hạt có thể xoay theo tất cả các hướng ngay cả khi không có từ trường ngoài. Trong quá trình tổn hao hồi phục Néel, từ trường xoay chiều cung cấp năng lượng và giúp các mômen từ vượt qua rào năng lượng dị hướng từ. Năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt năng khi mômen từ của các hạt hồi phục về hướng cân bằng. 1.2.4. Tổn hao hồi phục Brown

Tổn hao hồi phục Brown được sinh ra do quá trình quay các hạt trong dung dịch chất lỏng từ. Năng lượng nhiệt sinh bởi hiệu ứng này là đáng kể khi hướng của mômen từ được gắn chặt với hạt (hạt có dị hướng từ lớn) đồng thời môi trường có độ nhớt thấp, tạo điều kiện các hạt tái định hướng một cách dễ dàng. 1.2.5. Lý thuyết đáp ứng tuyến tính LRT

Mô hình lý thuyết đáp ứng tuyến tính là mô hình mô tả khả năng đáp ứng tuyến tính của các mômen từ theo từ trường ngoài. Dựa vào kết quả mô phỏng quá trình từ hóa theo từ trường, J. Carey và các cộng sự nhận thấy từ độ tuyến tính với từ trường ứng với các giá trị tham số ξ < 1. Mô hình lý thuyết LRT được xây dựng dựa vào các cơ chế tổn hao hồi phục Néel và Brown của các hệ hạt nano siêu thuận từ hoặc ở vùng từ trường xoay chiều cường độ thấp thỏa mãn điều kiện CH H<< .

Công suất đốt nóng cảm ứng từ của các quá trình tổn hao hồi phục được xác định bởi biểu thức:

( ),, 20LRTP f H fµ πχ= (1.20.)

1. 3. Các khó khăn, thách thức trong nghiên cứu thực nghiệm tối ưu hóa hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ của hệ chất lỏng hạt nano từ

Trong thực tiễn ứng dụng y sinh, các hạt nano từ (hạt lõi) có đường kính trong khoảng 10 – 50 nm, từ độ bão hòa đủ lớn và thỏa mãn điều kiện: ổn định trong chất lỏng từ, lượng hạt nano từ đưa vào cơ thể người phải tối thiểu nhưng nhiệt sinh ra từ hiệu ứng MIH phải đủ lớn [6]. Do đó, các nghiên cứu về hiệu ứng MIH của hệ chất lỏng hạt nano từ đều tập trung vào giải quyết vấn đề tối ưu hóa hiệu ứng này.

Đến nay, hai đại lượng công suất tổn hao riêng (Specific Loss Power – SLP) và/hoăc tốc độ hấp thụ riêng (Specific Absorption Rate – SAR) được đưa ra nhằm phản ánh khả năng hấp thụ năng lượng của hệ hạt nano từ trong từ trường xoay chiều:

/ PSLP SAR

ρ= (1.23.)

6

1.3.1. Kích thước hạt và vấn đề khống chế kích thước hạt, độ hẹp phân bố kích thước Hạt nano từ được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau như đồng kết tủa, sol-gel, thủy nhiệt,

micel, nghiên cơ năng lượng cao và phương pháp phân hủy nhiệt … Mỗi phương pháp tổng hợp đều có ưu nhược điểm khác nhau và tạo ra những sản phẩm có vùng kích thước khác nhau và chất lượng khác nhau về phân bố kích thước hạt và độ hoàn hảo của tinh thể.

Khống chế kích thước, phân bố kích thước và độ tinh thể hóa của hệ hạt nano từ thường rất khó thực hiện. Thí dụ, việc tổng hợp các hệ chất lỏng từ có cùng kích thước trung bình nhưng có độ phân bố kích thước khác nhau hay khác kích thước nhưng có cùng độ phân bố kích thước là không khả thi. Do đó, khảo sát độc lập ảnh hưởng của tham số kích thước hạt hoặc tham số độ phân bố kích thước hạt đến giá trị SLP/SAR của hệ chất lỏng từ là vấn đề nan giải trong thực nghiệm. 1.3.2. Từ độ hạt nano và vấn đề suy giảm từ độ do lớp chết từ bề mặt

Từ độ của một vật liệu từ chính là tổng số các momen từ trên một đơn vị thể tích của vật liệu đó. Hai hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước hữu hạn chính là nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau giữa từ độ hạt nano đối với từ độ của vật liệu khối tương ứng. Các đóng góp tương ứng của hai hiệu ứng có chiều ngược nhau. Sự suy giảm của từ độ bão hòa của các hệ hạt nano chính là do sự tồn tại của lớp vỏ không từ (lớp chết từ hoặc lớp spin nghiêng) trên bề mặt hạt. 1.3.3. Độ dị hướng từ trong các hạt nano từ chế tạo

Đối với vật liệu khối, dị hướng từ phục thuộc vào thành phần và trường tinh thể của từng vật liệu. Ở kích thước nano mét: số nguyên tử trên bề mặt là lớn so với tổng số nguyên tử của vật liệu. Do đó

hiệu ứng bề mặt đóng vai trò quan trọng và là nguyên nhân chính đóng góp vào giá trị dị hướng từ hệ hạt nano.

Đối các hạt nano từ cùng thành phân cơ bản, độ dị hướng từ phụ thuộc vào hình dạng cũng như mức độ tinh thể hóa. Điều này có nghĩa là dị hướng từ phụ thuộc rất nhiều vào phương pháp tổng hợp hay các điều kiện tổng hợp của cùng một phương pháp.

Vì vậy, việc khống chế giá trị dị hướng từ của hệ chất lỏng hạt nano từ nhằm mục đích khảo sát thực nghiệm ảnh hưởng của chúng đến hiệu ứng MIH trong thực nghiệm là hầu như không khả thi. 1.3.4. Các yêu cầu về độ nhớt trong các ứng dụng khác nhau

Các ứng dụng của hiệu ứng MIH trong môi trường y sinh thông thường là với độ nhớt thay đổi từ 1 đến 4 mPa•s, hoặc độ nhớt bằng vô cùng đối với ứng dụng giải hấp tái tạo vật liệu hấp phụ hay rã đông (trong môi trường đông đặc). 1.4. Tổng quan về các nghiên cứu công suất đốt nóng cảm ứng từ 1.4.1. Các nghiên cứu thực nghiệm

Phần lớn các nghiên cứu thực nghiệm hiện nay đều tập trung quan tâm đến sự tác động của các tham số nội hạt của hệ chất lỏng từ (phân bố kích thước, từ độ bão hòa, độ nhớt chất lỏng từ…) đến giá trị công suất đốt nóng cảm ứng từ vì giới hạn an toàn của cơ thể người trong các ứng dụng y sinh.

Một số ít nghiên cứu thực nghiệm về sự ảnh hưởng của tham số nội của chất lỏng đến hiệu ứng MIH đã đạt những kết quả rất thú vị như sự tồn tại kích thước cực trị, sự suy giảm SLP khi độ phân bố kích thước của hệ hạt nano từ mở rộng, SLP có khuynh hướng giảm khi độ nhớt của chất lỏng từ tăng nhưng theo mức độ hết sức khác nhau tùy thuộc vào loại chất có độ dị hướng từ mạnh hay yếu. Tuy nhiên, các nghiên cứu hệ thống và chi tiết ảnh hưởng của từng tham số vật lý (từ trường đo và các tham số nội của hệ chất lỏng hạt nano từ) đến giá trị SLP của hiệu ứng MIH vẫn chưa được đề cập đến. Nguyên nhân chính là do những khó

7

khăn trong nghiên cứu thực nghiệm: sự phụ thuộc của tính chất từ vào kích thước và hình dạng của các hệ chất lỏng hạt nano từ. 1.4.2. Các nghiên cứu lý thuyết

Mô hình lý thuyết đáp ứng tuyến tính LRT được áp dụng phổ biến xuất phát từ các yêu cầu thực tiễn trong ứng dụng y sinh. Theo mô hình này, các nghiên cứu lý thuyết đã tìm thấy điều kiện của cực trị: SLP đạt giá trị cực đại SLPmax khi ωτ = 1 và bước đầu so sánh luận điểm này với các kết quả thực nghiệm. Tuy nhiên, các giá trị cực trị Dcp, SLPmax và cả Δ Dcp phụ thuộc vào các tham số vật lý nào vẫn chưa được đề cập đến.

Sự khác biệt hình dạng đồ thị SLP(D) của các chất lỏng hạt nano từ bước đầu được đề cập hoặc được dùng để lý giải sự suy giảm khác nhau SLP theo phân bố kích thước hạt của hai hệ γ-Fe2O3 và CoFe2O4. Mặc dù vậy, vấn đề này vẫn là vấn đề mở.

Ngoài ra, vai trò sự cạnh tranh giữa cơ chế tổn hao hồi phục Néel và Brown đến công suất đốt nóng cảm ứng từ chưa được nghiên cứu.

CHƯƠNG 2 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT ĐỐT NÓNG CẢM ỨNG TỪ

THEO MÔ HÌNH LÝ THUYẾT LRT 2.1. Các đặc trưng công suất đốt nóng cảm ứng từ 2.1.1. Sự cạnh tranh giữa hai đóng góp tổn hao hồi phục

Sự tồn tại 3 vùng kích thước khác nhau đối với quá trình tổn hao hồi phục. Đó là vùng cơ chế tổn hao hồi phục Néel chiếm ưu thế tuyệt đối (vùng I), vùng cơ chế tổn hao hồi phục Brown chiếm ưu thế tuyệt đối (vùng III) và vùng đóng góp chung của hai tổn hao hồi phục (vùng II). Hai giá trị DN và DB được sử dụng để phân chia 3 vùng kích thước này: vùng I – D < DN, vùng II – DN ≤ D ≤ DB, và, vùng III – D > DB. 2.1.2. Biểu hiện đỉnh cực đại của SLP phụ thuộc kích thước hạt

Giá trị SLP phụ thuộc rất mạnh vào kích thước hạt và biểu hiện của sự phụ thuộc mạnh này chính là sự tồn tại dạng peak với các giá trị đặc trưng cực trị Dcp và SLPmax. Tham số độ rộng bán vạch ∆Dcp được đề xuất thêm để mô tả đầy đủ dạng đỉnh cực trị của đồ thị SLP(D). Giá trị ∆Dcp liên quan độ suy giảm công suất cực đại theo độ lệch khỏi kích thước tới hạn Dcp. 2.1.3. Đặc trưng tham số tối ưu của các vùng có cơ chế tổn hao khác nhau

Sự phân chia kiểu đặc trưng SLP phụ thuộc D của hệ chất lỏng từ tùy theo vùng giá trị dị hướng từ, cụ thể các hệ chất lỏng từ có giá trị K thấp như FeCo, LSMO, MnFe2O4 và Fe3O4 và hệ chất lỏng từ có giá trị K cao như CoFe2O4 và FePt. Hai nhóm hạt nano từ này hơn kém nhau 1 bậc giá trị về độ lớn của dị hướng từ. Chúng tôi phân biệt các chất lỏng từ này thành hai nhóm: nhóm A gồm các chất lỏng từ có giá trị K thấp (FeCo, LSMO, MnFe2O4 và Fe3O4) (K < 10 kJ/m3) và nhóm B gồm các chất lỏng từ có giá trị K cao (CoFe2O4 và FePt) (K > 100 kJ/m3).

Đối với các chất lỏng từ nhóm A: đồ thị SLP(D) có dạng “đỉnh nhọn” với độ rộng bán vạch ∆Dcp hẹp. Ngược lại, đồ thị SLP(D) có dạng “hình chuông” với ∆Dcp lớn đối với các chất lỏng từ nhóm B. Nguyên nhân của hiện tượng này chính là do Dcp của hai nhóm hệ chất lỏng hạt nano từ này nằm trong hai vùng khác nhau. Giá trị Dcp nằm trong vùng I và II – nhóm A, và, nằm trong vùng III – nhóm B. 2.2. Ảnh hưởng của các tham số vật lý đến tham số công suất tối ưu 2.2.1. Các tham số của từ trường kích hoạt a. Cường độ từ trường

Đối với các hệ chất lỏng hạt nano từ có đường kính 4 nm, SLP phụ thuộc vào bình phương cường độ từ trường. Trong khi đó, SLP phụ thuộc tuyến tính vào H đối với các chất lỏng hạt nano từ có đường kính 36

8

nm. Nguyên nhân dẫn đến các kết quả khác nhau này chính là do tham số H ảnh hưởng đến SLP thông qua hàm mũ H2 và phần ảo của độ cảm từ xoay chiều χ’’. Sự phụ thuộc SLP vào cường độ từ trường có thể theo một hàm mũ (bậc một, bậc hai, hay bậc ba) hay một hàm khác phức tạp hơn.

Hình 2.5. Sự phụ thuộc vào H0 của tỷ lệ ( )

( )( )max

max 50SLP H

SLP H Oe= đối với các hệ FeCo, LSMO, MnFe2O4,

Fe3O4, CoFe2O4 và FePt ứng với kích thước Dcp

Giá trị SLPmax tăng tuyến tính theo H đối với 6 hệ chất lỏng từ. Hiệu năng của hiệu ứng MIH đều tăng tuyến tính tại kích thước tới hạn cho dù cơ chế sinh nhiệt chính là tổn hao hồi phục Néel hay Brown. Bên cạnh đó, các tham số tối ưu Dcp và ∆Dcp không phụ thuộc vào cường độ từ trường. b. Tần số

Giá trị SLP đạt giá trị cực đại SLPmax ứng với khi hạt có kích thước Dcp thỏa mãn điều kiện 1ωτ = . Giá trị Dcp của các hệ chất lỏng từ có thay đổi nhất định khi tần số thay đổi. Độ thay đổi giá trị Dcp khi tần số thay đổi là biểu hiện khác nhau nhất định đối với hai nhóm chất lỏng từ (A và B). Đối với chất lỏng hạt nano từ nhóm A: giá trị Dcp chỉ thay đổi 2,5 – 3,5 nm khi tần số thay đổi từ 100 kHz đến 1 MHz. Trong khi đó, giá trị Dcp thay đổi 4,5 nm và 5,5 nm đối với các hệ chất lỏng từ CoFe2O4 và FePt. Xét về tỷ lệ thay đổi thì giá trị Dcp của hai hệ chất lỏng từ này thay đổi 25% - 34%, trong khi đó, giá trị Dcp của chất lỏng từ nhóm A chỉ thay đổi ∼10% đến ∼13%. Mặc dù giá trị Dcp của các nhóm hệ chất lỏng từ thay đổi khác nhau nhưng độ rộng bán vạch ∆Dcp của các hệ chất lỏng từ đều không phụ thuộc vào tần số.

Hình 2.9. Sự phụ thuộc vào f của

( )( )( )100

SLP fSLP f kHz=

đối với các hệ

FeCo, LSMO, MnFe2O4, Fe3O4, CoFe2O4 và FePt ứng với kích thước Dcp (f=100 kHz)

9

Giá trị SLP ứng với kích thước Dcp (tần số 100 kHz) phụ thuộc tuyến tính vào tần số ở vùng tần số thấp (≤ 200 kHz) – thỏa mãn điều kiện 1ωτ ≈ . Giá trị SLP này sẽ bão hòa ở vùng tần số cao khi tần số tăng ( 1ωτ >> ). Độ bão hòa giá trị SLP khác nhau đối với các hệ chất lỏng từ. Tỷ lệ này càng cao đối với các hệ chất lỏng từ có giá trị K thấp. 2.2.2. Từ độ bão hòa

Theo mô hình lý thuyết LRT: các mômen từ đáp ứng tuyến tính với từ trường ngoài và công suất đốt nóng cảm ứng từ PLRT đạt cực đại khi ωτ=1. Do đó, ứng với một hệ hạt nano từ có kích thước Dcp:

( )max 0max .

2LRT

S SP HfSLP M A Mµ π

ρ ρ= ≈ = (2.4.)

Giá trị SLPmax phụ thuộc tuyến tính vào MS. Sự không phụ thuộc của MS vào thời gian hồi phục là nguyên nhân dẫn đến mối quan hệ tuyến tính giữa SLPmax và MS.

Bảng 2.4. Độ dốc max / SSLP M∆ ∆ của các hệ chất lỏng từ FeCo, LSMO, MnFe2O4, Fe3O4, CoFe2O4 và FePt.

Hệ chất lỏng từ K

(kJ/m3) max / SSLP M∆ ∆ Hệ số fit hàm R2

FeCo 1,5 2,39 1

La0.7Sr0.3MnO3 2 2,37 1

MnFe2O4 3 2,39 1

Fe3O4 9 2,14 0,99729

CoFe2O4 180 1,05 0,99879

FePt 206 1.77 0.99985

Tuy nhiên, các giá trị độ dốc max / SSLP M∆ ∆ của chất lỏng hạt nano từ phụ thuộc nhất định vào giá trị K của hạt nano từ: max / SSLP M∆ ∆ ∼ 2,38 đối với 3 chất có K thấp FeCo, LSMO, MnFe2O4, tham số này bắt đầu giảm với Fe3O4 và đạt gần bằng 1 đối với CoFe2O4. Giá trị Dcp của nhóm A nằm trong vùng II và giá trị này của nhóm B nằm trong vùng III chính là nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt này. Nguyên nhân là do quá trình từ hóa spin của các hạt nano có dị hướng từ thấp dễ dàng hơn các hạt nano từ có dị hướng từ cao. Kết quả này tiếp tục minh chứng vai trò của dị hướng từ K trong việc giải thích cơ chế vật lý của hiệu ứng MIH.

Hai tham số tối ưu giá trị kích thước tới hạn Dcp và độ rộng bán vạch ∆Dcp không thay đổi theo từ độ bão hòa do SLP ứng với kích thước bất kỳ đều tăng tuyến tính theo MS

2.2.3. Độ nhớt của mẫu chất lỏng Các thời gian hồi phục này đều phụ thuộc vào kích thước hạt nhưng chỉ có thời gian hồi phục Brown

chịu sự ảnh hưởng của tham số độ nhớt của chất lỏng hạt nano từ. Các giá trị Dcp của các chất lỏng từ nhóm A nằm trong vùng I & II – vùng đóng góp chung giữa tổn hao hồi phục Néel và tổn hao hồi phục Brown. Các giá trị này của các chất lỏng từ nhóm B nằm trong vùng III – vùng tổn hao hồi phục Brown chiếm ưu thế. Đây là nguyên nhân các tham số tối ưu đều thay đổi theo độ nhớt đói với các chất lỏng từ nhóm A.

10

Hình 2.12. Sự phụ thuộc SLP vào D ứng với các độ nhớt η khác nhau của các hệ (a)CoFe2O4 và (b)FePt

Đối với chất lỏng từ nhóm B: tổn hao hồi phục Brown chiếm ưu thế ở kích thước tới hạn. Do đó, kích thước tới hạn phụ thuộc vào độ nhớt chất lỏng từ:

3 2 32 2B

cpk T AD

fδ δ

ηπ η= − = − (2.5)

Các tham số tối ưu SLPmax, Dcp và ∆Dcp thay đổi theo độ nhớt đối với các hệ chất lỏng từ nhóm B. Tuy nhiên, giá trị Dcp và ∆Dcp suy giảm không đáng kể khi độ nhớt tăng. Trong khi đó, giá trị SLPmax giảm đến ∼ 50% – ∼ 60% đối với hai hệ chất lỏng từ CoFe2O4 và FePt khi độ nhớt tăng từ 1 mPa•s đến 2 mPa•s.

Hình 2.13. Sự phụ thuộc SLPmax vào MS ứng với các độ nhớt η khác nhau của các hệ (a)CoFe2O4 và (b)FePt

Giá trị SLPmax chịu sự ảnh hưởng rất lớn từ độ nhớt dẫn đến độ dốc max / SSLP M∆ ∆ của chất lỏng hạt nano từ nhóm B cũng chịu sự ảnh của độ nhớt. Độ dốc max / SSLP M∆ ∆ của các chất lỏng từ nhóm này giảm khi độ nhớt tăng. Sự tương phản kết quả giữa nhóm A và nhóm B tiếp tục khẳng định: hiệu ứng MIH chủ yếu bắt nguồn từ tổn hao hồi phục Brown đối với nhóm B hoặc từ tổn hao hồi phục Néel đối với nhóm A. 2.2.4. Phân bố kích thước hạt

Khi phân bố kích thước hạt của hệ càng mở rộng (giá trị σ tăng) thì sự đóng góp của các hạt nano từ có kích thước quanh giá trị Dcp càng nhiều. Điều này dẫn đến sự suy giảm của giá trị SLPmax theo độ lệch chuẩn của phân bố kích thước hạt đối với tất cả chất lỏng từ. Tuy nhiên, sự suy giảm này có sự khác biệt giữa hai nhóm chất lỏng từ: nhóm A và nhóm B.

Kết quả cho thấy SLPmax của các chất lỏng từ nhóm A suy giảm nhanh hơn các chất lỏng từ nhóm B khi phân bố kích thước mở rộng từ 0 (đơn phân tán) tới 0,25. Trong vùng giá trị độ lệch chuẩn từ 0,25 đến 0,5 thì kết quả hoàn toàn ngược lại: SLPmax của các chất lỏng từ nhóm A suy giảm chậm hơn các chất lỏng từ nhóm B.

11

Hình 2.15. Sự phụ thuộc vàoσ của ( )

( )max

max 0SLP

SLPσ

σ = đối với các hệ FeCo, LSMO, MnFe2O4, Fe3O4, CoFe2O4 và FePt

Sự khác nhau về giá trị ∆Dcp và cơ chế sinh nhiệt giữa hai nhóm chất lỏng từ chính là chìa khóa để giải thích sự suy giảm SLPmax theo σ.

Cơ chế sinh nhiệt do đóng góp của quá trình tổn hao hồi phục Néel và tổn hao hồi phục Brown. Quá trình sinh nhiệt từ tổn hao hồi phục Néel phụ thuộc vào kích thước hạt nano từ mạnh hơn quá trình sinh nhiệt từ tổn hao hồi phục Brown. Do đó, trong vùng kích thước nhỏ (D < DN), SLP giảm nhanh khi kích thước hạt giảm từ kích thước tối ưu tiến về 0 nm. Trong vùng kích thước lớn (D > DB), SLP giảm chậm khi kích thước hạt tăng từ kích thước tối ưu.

Đối với các hệ chất lỏng từ nhóm A, tỷ lệ đóng góp của các hạt nano từ trong vùng I nhiều hơn vùng III dẫn đến giá trị SLPmax suy giảm rất nhanh theo σ trong khoảng 0 đến 0,25. Ngược lại, tỷ lệ đóng góp của các hạt nano từ trong vùng III tăng khi σ tiếp tục tăng từ 0,25 đến 0,5 thì giá trị SLPmax suy giảm chậm lại. Giá trị Dcp của hệ chất lỏng từ càng gần vùng I thì hiện tượng này càng thể hiện rõ. Điều này giải thích độ rộng bán vạch của hệ FeCo tăng nhanh nhất và giá trị tương ứng của hệ Fe3O4 tăng chậm nhất trong số các chất lỏng từ nhóm A.

Ngược lại, tỷ lệ đóng góp của các hạt nano từ trong vùng III nhiều hơn vùng I dẫn đến sự suy giảm chậm của SLPmax của các hệ chất lỏng từ nhóm B khi độ lệch chuẩn tăng từ 0,25 đến 0,5: tỷ lệ đóng góp của các hạt nano từ trong vùng I tăng dẫn đến SLPmax của các chất lỏng từ nhóm B suy giảm nhanh hơn nhóm A.

Sự cạnh tranh giữa hai cơ chế tổn hao hồi phục Néel và tổn hao hồi phục Brown đóng vai trò quyết định dẫn đến hiện tượng này. 2.3. Vai trò của tham số dị hướng từ trong sự cạnh tranh đóng góp giữa tổn hao hồi phục Néel và Brown.

Hai nhóm chất lỏng từ (nhóm A và nhóm B) thể hiện 2 loại đặc trưng khác nhau về tham số tối ưu của hiệu ứng MIH của chúng. Đối với nhóm B, SLPmax suy giảm chậm theo phân bố kích thước hạt và phụ thuộc (giảm) mạnh theo độ nhớt của chất lỏng từ. Ngược lại, đối với nhóm A, SLPmax suy giảm nhanh theo phân bố kích thước hạt và không phụ thuộc độ nhớt của chất lỏng từ. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này chính là do sự cạnh tranh giữa hai cơ chế tổn hao hồi phục Néel và Brown, tổn hao hồi phục Néel chiếm ưu thế đối với các hệ chất lỏng nhóm A và tổn hao hồi phục Brown chiếm ưu thế ở các chất lỏng từ nhóm B. Kết quả cho thấy vai trò quan trọng của giá trị dị hướng từ với sự cạnh tranh này.

12

Hình 2.18. Đồ thị SLP(D) của hệ chất lỏng hạt nano từ Fe3O4 với các giá trị K khác nhau

Đồ thị SLP (D) chuyển từ dạng “hình nhọn” sang “chuông” và đỉnh cực trị của đồ thị thay đổi ứng với giá trị 34 kJ/m3. Các tham số tối ưu của hệ chất lỏng từ Fe3O4 cũng thay đổi theo giá trị K.

Bảng 2.11. Các giá trị Dcp, ∆Dcp và SLPmax của hệ chất lỏng hạt nano từ Fe3O4 Dị hướng từ

(kJ/m3)

Dcp

(nm)

∆Dcp

(nm)

SLPmax

(W/g)

5 23 3 169,9

10 18,5 3 130,5

15 16,5 4 99,9

20 15 8,5 82,4

25 14 11,5 69,5

30 13,5 13,5 60

34 13 15 54,9

35 16 15 54,9

40 16 15,5 54,9

45 16 16 54,9

50 16 16 54,9

Khi giá trị K tăng trong vùng 5 – 34 kJ/m3 thì giá trị Dcp thay đổi do tổn hao hồi phục Néel vẫn ảnh hưởng đến tham số này. Khi dị hướng từ của hệ Fe3O4 ≥ 35 kJ/m3, Dcp và SLPmax không thay đổi do tổn hao hồi phục Brown chiếm ưu thế. Vậy, sự dịch chuyển đột ngột giá trị Dcp khẳng định giá trị KC = 35 kJ/m3.

Đối với tham số ∆Dcp, quá trình thay đổi độ rộng đỉnh công suất SLP không xảy ra theo cách ‘nhảy cóc’ tại giá trị K = 35 kJ/ m3, mà có sự chuyển dịch tăng dần từ giá trị K = 15 kJ/ m3 bắt đầu bão hòa tại giá trị Dcp có bước tăng nhảy vọt. Giá trị KC được kiểm tra bằng kết quả: SLPmax suy giảm theo phân bố kích thước hạt đối với các hệ chất lỏng hạt nano từ Fe3O4 có giá trị dị hướng từ K ≥ 35 kJ/m3 - tổn hao hồi phục Brown chiếm ưu thế.

13

Hình 2.20. Sự phụ thuộc vào σ của ( )

( )max

max 0SLP

SLPσ

σ = đối với hệ chất lỏng hạt nano từ Fe3O4

Bảng 2.14. Các giá trị KC ứng với các độ nhớt khác nhau

hoặc các tần số khác nhau

f (kHz) KC (kJ/m3)

η = 1mPa•s η = 2mPa•s η = 3mPa•s η = 4mPa•s η = 5mPa•s

10 2 6 9 11 14

100 20 33 47 60 72

250 50 63 85 119 143

500 59 112 163 >180 >180

750 100 153 >180 >180 >180

1000 102 >180 >180 >180 >180

Giá trị KC phụ thuộc vào tần số của từ trường ngoài và độ nhớt của chất lỏng từ.

Hình 2.22. Đồ thị KC (a) theo f với hàm fit: ( ) ( )( )1 0

1 1 B f fCK f A e− × −= −

hoặc (b) theo η với hàm fit ( ) 2 2CK A Bη η= + ×

Sự dịch chuyển từ vùng đóng góp chính bởi tổn hao hồi phục Néel sang vùng do tổn hao hồi phục Brown thống lĩnh có thể xuất hiện đối với chất lỏng hạt nano từ bất kỳ tùy vào cách lựa chọn của bộ tham số f và η thích hợp đối với tham số K của hạt nano từ cho trước. Thí dụ, đối với hệ chất lỏng từ Fe3O4 với giá trị dị hướng từ K = 40 kJ/m3 thì tổn hao hồi phục Néel chiếm ưu thế khi tần số 250 kHz, độ nhớt 1 – 5 mPa•s, tổn hao hồi phục Brown chiếm ưu thế khi η ≥ 4 và f ≥ 100 kHz. Điều đó khẳng định vai trò quyết định của dị hướng từ đối với sự cạnh tranh giữa hai cơ chế tổn hao hồi phục Néel và Brown.

14

2.4. Một số định hướng cho nghiên cứu thực nghiệm Yêu cầu tổng hợp các chất lỏng từ nhóm A là kích thước các hạt lõi sai số không quá 2 nm đối với

kích thước tối ưu và độ lệch chuẩn của phân bố kích thước hạt nhỏ hơn 0,25 để thu được hiệu ứng MIH tối đa. Đối với các chất lỏng từ nhóm B, kích thước các hạt lõi với sai số có thể lên đến 5 nm so với kích thước tối ưu và phân bố kích thước hạt có thể rộng với độ lệch chuẩn nhỏ hơn 0,4.

Kết quả cho thấy một “công cụ” để phân tích sự cạnh tranh đóng góp giữa hai cơ chế tổn hao hồi phục: sự phụ thuộc khác nhau của SLP vào độ nhớt đối với hai nhóm chất lỏng từ (nhóm A và nhóm B). Nếu SLP của hệ phụ thuộc độ nhớt thì cơ chế sinh nhiệt chính là quá trình tổn hao hồi phục Brown. Ngược lại, cơ chế sinh nhiệt chính là quá trình tổn hao hồi phục Néel đối với các hệ chất lỏng từ có giá trị SLP không phụ thuộc độ nhớt.

Tùy thuộc vào giá trị dị hướng từ K của hệ chất lỏng từ: chúng ta có thể “chuyển pha” cơ chế sinh nhiệt từ tổn hao hồi phục Néel sang tổn hao hồi phục Brown hoặc ngược lại bằng cách thay đổi tần số hoặc độ nhớt. Thí dụ, một chất lỏng hạt nano từ có giá trị dị hướng từ 50 kJ/m3 có cơ chế sinh nhiệt chính từ tổn hao hồi phục Brown tại vùng tần số f ≤ 200 kHz. Tuy nhiên, cơ chế sinh nhiệt chính của chất lỏng từ này sẽ là quá trình tổn hao hồi phục Néel khi tần số f ≤ 400 kHz.

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM KIỂM CHỨNG KẾT QUẢ TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT

3.1. Chế tạo các chất lỏng từ CoFe2O4 và MnFe2O4 3.1.1. Hóa chất và thiết bị

Tổng hợp các hệ hạt nano CoFe2O4 và MnFe2O4 bằng phương pháp thủy nhiệt được tiến hành tại Phòng thí nghiệm Vật lý Vật liệu Từ và Siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu. Các hóa chất được sử dụng bao gồm CoCl2.6H2O (99,99%), MnCl2.4H2O (99,99%), FeCl3.6H2O (99,99%), NaOH rắn (99,99%) của Merck (Đức), HCl và axeton là hóa chất công nghiệp củaTrung Quốc với độ tinh khiết là 98,9%. 3.1.2. Quy trình chế tạo hệ hạt nano từ

Sơ đồ tổng hợp các mẫu nghiên cứu được thể hiện hình 3.2.

Hình 3.2. Sơ đồ tổng hợp hệ hạt nano CoFe2O4 và MnFe2O4

3.1.3. Chế tạo chất lỏng từ Việc chế tạo các chất lỏng từ CoFe2O4 và MnFe2O4 được tiến hành theo quy trình như sau: các hệ hạt

nano từ được lấy ra khỏi bình thủy nhiệt - sản phẩm còn nằm trong dung dịch NaOH. Sau đó các hệ hạt nano

15

từ được rửa nhiều lần bằng dung dịch nước cất. Các hệ hạt nano từ được phân tán vào dung môi bằng cách rung siêu âm (2 giờ) thành các chất lỏng từ được sử dụng trong đốt nóng cảm ứng từ. 3.2. Đặc trưng cấu trúc tinh thể và tính chất từ 3.2.1. Cấu trúc tinh thể

Hình 3.4. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hệ mẫu (a) MnFe2O4 và (b) CoFe2O4

Các đỉnh nhiễu xạ xuất hiện tại các vị trí (220), (311), (222), (400), (422), (511), và (440) đặc trưng cho pha ferrite chứng tỏ mẫu đơn pha. Giản đồ nhiễu xạ tia X trong hình 3.4 (a) và 3.4 (b) khớp với các thẻ PDF chuẩn của các hệ mẫu MnFe2O4 (khối lập phương, mạng không gian Fd3m, Z=8, ICCD PDF: 73-1964) và CoFe2O4 (khối lập phương, mạng không gian Fd3m, Z=8, ICCD PDF: 22-1086).

Các giá trị aexp của các hệ mẫu MnFe2O4 và CoFe2O4 có giá trị gần như không thay đổi nhiều. Đối với hệ mẫu MnFe2O4, aexp có giá trị 8,39 Å – nhỏ hơn giá trị tương ứng với mẫu khối, 8,51 Å. Nguyên nhân dẫn đến sự khác nhau này được giả thiết là do sự phân bố khác nhau giữa các cation Mn2+ và Mn3+ trong hệ mẫu . Đối với mẫu khối MnFe2O4, mức độ đảo x=0,2 thì sự phân bố cation được xác định như sau (Mn0.8

2+Fe0.23+)A(Mn0.2

3+Fe1.8 2+)B – dẫn đến aLT là 8,51 Å. Bên cạnh đó, nhóm tác giả Aslibeiki và Kameli cũng tìm thấy giá trị hằng số mạng a=8,34 Å đối với hệ hạt nano từ MnFe2O4 ∼ 6,5 nm, kết quả này cũng được giải thích do sự sai khác phân bố cation giữa mẫu khối và mẫu hạt nano. Một số kết quả tương tự cũng được công bố trong một số công trình khác. Đối với các hệ mẫu CoFe2O4, các giá trị aexp (bảng 3.2) xấp xĩ giá trị mẫu khối (a=8,38 Å).

Bảng 3.2. Các giá trị DXRD và aexp

Ký hiệu mẫu Kích thước trung bình Hằng số mạng

DXRD (nm) DFESEM (nm) aexp (Å) aLT (Å)

MFT100 16 19 8,39

8,51

MFT120 18 21 8,39

MFT140 20 22 8,40

MFT160 23 26 8,40

MFT180 29 31 8,41

CFT100 18 20 8,39

8,38

CFT120 21 23 8,39

CFT140 24 27 8,39

CFT160 28 32 8,41

CFT180 34 38 8,42

3.2.2. Tính chất từ của hai hệ hạt nano CoFe2O4 và MnFe2O4

16

Từ đường cong từ trễ M(H), các giá trị từ độ bão hòa và dị hướng từ của các hệ hạt nano từ MnFe2O4 được xác định và trình bày ở bảng 3.3. Đường cong từ trễ M(H) của các hệ chất lỏng từ MFT chứng tỏ trạng thái siêu thuận từ đối với các hệ mẫu này.

Hình 3.7. Đường cong từ trễ M(H) và đường làm khớp của các hệ hạt nano từ MnFe2O4

Bảng 3.3. Các giá trị MS, Keff và SPMD của các hệ chất lỏng từ MnFe2O4 Ký hiệu mẫu MS (emu/g) Keff (erg/cm3) SPMD (nm)

MFT100 55 42,77 10× 41

MFT120 59.9 43,01 10× 40

MFT140 63.1 43,18 10× 40

MFT160 65.4 43,29 10× 39

MFT180 68.1 43,29 10× 39

Khác với các hệ hạt nano từ MnFe2O4 thể hiện trạng thái siêu thuận từ thuần túy, các hệ hạt nano từ CoFe2O4 có tồn tại lực kháng từ. Theo chiều tăng của kích thước hạt, lực kháng từ của các hệ hạt này tăng từ 1200 đến 2650 Oe (bảng 3.4). Các giá trị HC của các hệ hạt nano từ CoFe2O4 được sử dụng để xác định giá trị dị hướng từ Keff

Hình 3.9. Đường cong từ hóa ban đầu và đường làm khớp của các hệ hạt nano từ CoFe2O4 Bảng 3.4. Các giá trị MS, HC, MR và Keff của các hệ chất lỏng từ CoFe2O4

Hệ mẫu MS (emu/g) HC (Oe) MR (emu/g) Keff (erg/cm3) CFT100 53.8 1200 17.5 61,07 10× CFT120 57.6 1400 24 61,33 10× CFT140 61.1 2300 29.5 62,3 10× CFT160 63.9 2400 32 62,46 10× CFT180 73 2650 37 63,09 10×

17

Dị hướng từ của các hệ chất lỏng từ có giá trị nằm trong khoảng ( )6 6 31,02 10 3,09 10 /erg cm× − × - xấp xĩ dị hướng từ của hệ CoFe2O4 dạng khối, 6 31,8 10 /erg cm× . 3.3. Đường kính động học và độ nhớt chất lỏng từ 3.3.1. Đường kính động học của các hạt nano từ

Đường kính động học (DH) được xác định bằng hệ DLS (Dynamic Light Scattering) trên máy đo Malvern Zetasizer version 6.0 tại Phòng nghiên cứu triển khai, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.

Bảng 3.5. Phân bố kích thước động học của các hệ chất lỏng từ

Ký hiệu mẫu Phân bố kích thước

DH (nm) σ

MFT100 21 0,18

MFT120 23 0,18

MFT140 24 0,21

MFT160 27 0,17

MFT180 37 0,1

CFT100 25 0,18

CFT120 27 0,12

CFT140 29 0,1

CFT160 38 0,25

CFT180 43 0,27

3.3.2. Độ nhớt chất lỏng từ

Độ nhớt của từng chất lỏng từ được kiểm tra bằng hệ máy Sine wave Vibro Viscometer SV10 tại Viện Khoa học Vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 3.4. Hệ thực nghiệm đốt nóng cảm ứng từ

Thực nghiệm đốt nóng cảm ứng từ được thực hiện trên hệ thiết bị phát từ trường xoay chiều đặt tại Viện Khoa học vật liệu, dùng máy phát thương mại Model RDO-HFI, công suất 5kW.

Kết quả thực nghiệm SAR được tính toán theo công thức: s

i

m TSAR Cm t

∆=

∆

3.5. Một số thực nghiệm kiểm chứng kết quả tính toán lý thuyết 3.5.1. Ảnh hưởng của từ trường đo đến hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ

Đối với hệ chất lỏng hạt nano ferit từ, độ dẫn điện thấp nên tổn hao dòng điện xoáy gần như không đáng kể. Đối với hệ chất lỏng từ MFT100, các hạt nano từ ở trạng thái siêu thuận từ nên các tổn hao hồi phục đóng góp chính. Đối với hệ chất lỏng từ CFT100, cường độ từ trường rất nhỏ so với lực kháng từ (1200 Oe – bảng 3.4.) nên đóng góp chính của quá trình sinh nhiệt cũng là các tổn hao hao hồi phục.

Bảng 3.6. Các giá trị SAR của các hệ chất lỏng từ MFT100 và CFT100

H (Oe) SAR (MFT100)

(W/g)

SAR (CFT100)

(W/g)

50 8,8 6,9

60 13,4 9,2

70 20 13,8

18

80 31,7 21,3

Sự phụ thuộc của SAR vào H2 ở hai hệ chất lỏng từ và đường nét liền làm khớp theo quy luật H2 được

thể hiện trên hình 3.15. (với hệ số làm khớp hàm R2 > 0,91). Hình 3.15 cho thấy giá trị SAR phụ thuộc từ trường theo kiểu hàm H2. Kết quả thực nghiệm này là phù hợp với các kết quả thực nghiệm của các nhóm tác giả M. Cobianchi, P. M. A. Caeteno và B. B Lahiri. Thực nghiệm kiểm chứng cho thấy mô hình LRT phù hợp đối với hiệu ứng MIH của các hệ chất lỏng từ trong vùng từ trường thấp.

Từ hình 3.15, có thể nhận thấy tại giá trị H = 80 Oe đã bắt đầu xuất hiện sự lệch khỏi quan hệ SAR theo H2, nói cách khác LRT không còn đủ chính xác với từ trường tác dụng lớn hơn 80 Oe. Khi H = 80 Oe, tham số ξ của hai hệ chất lỏng từ MFT100 và CFT100 lần lượt là 0,85 và 1,24. Với ξ =0,85, gần với giá trị 1 nên đây là vùng giao giữa hai mô hình SWMBTs và LRT, trong khi ξ =1,24 cho thấy bên cạnh tổn hao hồi phục thì tổn hao do trễ từ có đóng góp đáng kể lên SAR. Do đó để so sánh chính xác giữa thực nghiệm và mô hình LRT, giá trị SAR của hai hệ này được trừ đi phần đóng góp của tổn hao từ trễ. Đây cũng chính là phương pháp mà nhóm tác giả P. H. Nam và cộng sự sử dụng. Kết quả này cũng được nhóm tác giả M. Cobianchi và cộng sự tìm thấy đối với chất lỏng từ γ-Fe2O3.

Hình 3.15. Phụ thuộc SAR vào từ trường đo cho 2 chất lỏng từ MFT100 và CFT100.

Đường liền nét đường làm khớp theo quy luật H2

Sự phụ thuộc SAR theo f được fit theo hàm tuyến tính đối với các hệ MFT100 và CFT100 đều có được hệ số fit R2 >0,91. Kết quả thực nghiệm này phù hợp với các kết quả thực nghiệm của các nhóm tác giả M. Cobianchi, Kishimoto và Fortin.

Bảng 3.7. Các giá trị SAR của các hệ chất lỏng từ MFT100 và CFT100

f (kHz) SAR (MFT100)

(W/g)

SAR (CFT100)

(W/g)

166 10,5 2,6

178 16,9 8,2

236 31,7 21,3

Sự phụ thuộc SAR theo từ trường đo đã chỉ ra rằng: mô hình lý thuyết LRT hoàn toàn phù hợp với kết quả thực nghiệm về hiệu ứng MIH ở vùng từ trường thấp cho hai hệ chất lỏng MFT100 và CFT100.

19

Hình 3.17. Giá trị của SAR phụ thuộc vào f, đường nét liền làm khớp theo quy luật tuyến tính

3.5.2. Ảnh hưởng của kích thước hạt nano từ đến hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ Về vùng kích thước tối ưu, các mẫu chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt điều khiển kích thước hạt

bằng cách thay đổi nhiệt độ tổng hợp từ 100 – 180oC cho kích thước D từ 21 đến 43 nm. Quan sát bằng thực nghiệm về sự tồn tại dạng đỉnh công suất đốt nóng cảm ứng từ phụ thuộc kích

thước hạt này, theo chúng tôi biết, chỉ được công bố trước đây trong hai công trình của các nhóm tác giả Deatsch và Krishnan cho hạt nano Fe3O4. Trong đó, nhóm Krishnan thực hiện thí nghiệm đo cho cùng một loạt mẫu tự chế tạo và thu được công suất cực đại tại D = 16 nm tại từ trường đo 170 Oe, 376 kHz, còn nhóm Deatsch biểu diễn số liệu từ 8 tài liệu tham khảo khác nhau và chỉ ra SAR cực đại trong vùng D = 15-18 nm.

Hình 3.19. Giá trị SLP/MS thực nghiệm và lý thuyết của các hệ chất lỏng từ MnFe2O4

Các giá trị thực nghiệm thu được, trình bày trên hình 3.19 cho thấy công suất đốt nóng cảm ứng từ đối với hệ hạt nano từ mềm này là tối ưu đúng vào vùng kích thước khoảng 25-30 nm như dự đoán của lý thuyết LRT. Cụ thể, công suất đốt nóng cảm ứng từ đạt cực đại ở kích thước 27 nm (mẫu MFT160).

20

Hình 3.20. Giá trị SLP/MS thực nghiệm và lý thuyết của các hệ chất lỏng từ CoFe2O4 Đối với hệ ferit cô ban, như đã nói ở trên, các mẫu hạt nano chế tạo được có kích thước đều nằm khá

xa về phía trên của kích thước tối ưu (Dcp = 16 nm) tính cho từ trường đo trong thí nghiệm này (hình 3.20). Tuy rằng hầu hết các điểm đo thực nghiệm (CFT 120, CFT140, CFT160 và CFT180) có vẻ nằm bám theo nhánh đường cong lý thuyết của vùng D > Dcp (SAR hay SLP giảm theo chiều tăng của D), nhưng số liệu thí nghiệm chưa cho phép nhận xét gì về hơn về các tham số đặc trưng của đường cong phụ thuộc công suất đốt nóng vào kích thước hạt từ. 3.5.3. Phân tích đóng góp của tổn hao hồi phục Néel và tổn hao hồi phục Brown

Giá trị SLP của hệ chất lỏng hạt nano từ MFT100 gần như không thay đổi theo độ nhớt của chất lỏng từ: giá trị này giảm từ 65 W/g xuống 63,7 W/g khi độ nhớt tăng từ 1 đến 2 mPa•s. Sự thay đổi này rất nhỏ chỉ chiếm 2% so với giá trị SLP của hệ chất lỏng từ MFT100 ở độ nhớt 1 mPa•s. Ngược lại, sự thay đổi giá trị SLP của hệ CFT100 chiếm đến hơn 34% (gấp hơn 17 lần so với hệ MFT100). Vì vậy, kết quả cho thấy giá trị SLP của hệ chất lỏng từ MFT100 thay đổi không đáng kể theo độ nhớt, còn giá trị SLP của hệ chất lỏng từ CFT100 suy giảm rất mạnh theo chiều tăng của độ nhớt.

Bảng 3.10. SLPcal và SAR của các hệ CFT100 và MFT100

Hệ mẫu η

(mPa•s)

SAR

(W/g)

SLP

(W/g) Hệ mẫu

η

(mPa•s)

SAR

(W/g)

SLP

(W/g)

CFT100

1,37 38,7 72

MFT100

1 12 65

1,56 19,9 63,6 1,2 10,6 64,7

1,74 16,7 57,3 1,4 11,3 64,4

1,97 11,5 51,8 1,6 10,9 64,1

2,12 9,1 47,3 1,8 11 63,9

2 10 63,7

Giá trị thực nghiệm SAR của hai hệ chất lỏng từ MFT100 (K= 4 32,77 10 /erg cm× ) và CFT100 (K= 6 31,07 10 /erg cm× ) thay đổi lần lượt là 17% và 76%. Kết quả thực nghiệm cho thấy sự suy giảm công suất suất đốt nóng cảm ứng từ của hệ chất lỏng từ CFT100 theo chiều tăng độ nhớt là mạnh hơn rất nhiều so với của hệ chất lỏng từ MFT100 (hình 3.22.).

Hình 3.22. Sự phụ thuộc SAR vào độ nhớt của các hệ chất lỏng từ (a) MnFe2O4 và (b) CoFe2O4.

Các đường màu đỏ là đường tính toán SLP theo mô hình LRT.

Vậy, đối với các chất lỏng từ nhóm A (giá trị Keff < KC) như hệ MFT100: tổn hao hồi phục Néel đóng góp chính vào cơ chế sinh nhiệt của hiệu ứng MIH. Ngược lại, đối với các chất lỏng từ nhóm B (giá trị Keff ≥ KC) như hệ CFT100: tổn hao hồi phục Brown đóng góp chính vào cơ chế sinh nhiệt của hiệu ứng MIH.

KẾT LUẬN CHUNG Kết quả tính toán hiệu ứng MIH theo mô hình lý thuyết LRT khẳng định:

21

1. Tồn tại 3 vùng kích thước: vùng I tổn hao Néel chiếm ưu thế (D < DN), vùng III tổn hao Brown chiếm ưu thế (D > DB) và vùng II đóng góp đồng thời của hai quá trình tổn hao hồi phục này (DB ≤ D ≤ DN).

2. Phân loại vật liệu hạt nano từ thành hai nhóm tùy vào thông số dị hướng từ: nhóm A có giá trị K < KC và nhóm B có giá trị K ≥ KC.

- Đối với các hệ chất lỏng của hạt từ nhóm B: SLP(D) dạng hình “chuông”, giá trị ∆Dcp lớn, SLPmax suy giảm chậm theo phân bố kích thước hạt và phụ thuộc độ nhớt. Với hạt từ nhóm B này có thể xem tổn hao Brown chiếm ưu thế tuyệt đối.

- Đối với các hệ chất lỏng của hạt từ nhóm A: SLP(D) dạng hình “nhọn”, giá trị ∆Dcp nhỏ, SLPmax suy giảm nhanh theo phân bố kích thước hạt và không phụ thuộc độ nhớt. Với hạt từ nhóm A, tổn hao Neel chiếm ưu thế tuyệt đối chỉ ở vùng K << KC, sau đó đóng góp của tổn hao Brown tăng dần cho đến điểm K=KC.

3. Giá trị KC phụ thuộc vào tần số theo hàm mũ và vào độ độ nhớt của chất lỏng từ theo hàm tuyến tính. Thực nghiệm trên hai hệ mẫu hạt nano từ MnFe2O4 và CoFe2O4 để kiểm nghiệm mô hình lý

thuyết khi khảo sát ảnh hưởng của từ trường đo, kích thước hạt và độ nhớt lên tham số SLP cho thấy 4. Mô hình lý thuyết LRT phù hợp với các kết quả thực nghiệm trong từ trường đo và lực kháng từ của

mẫu thỏa mãn điều kiện ξ <1. Giá trị SAR phụ thuộc vào cường độ từ trường theo hàm bậc hai và phụ thuộc vào tần số theo hàm tuyến tính. Giá trị SAR của chất lòng từ MnFe2O4 đạt giá trị tối ưu khi Dcp = 27 nm. Kết quả thực nghiệm cho thấy có sự khác nhau căn bản trong biểu hiện hiệu năng đốt nóng cảm ứng từ của hạt nano từ nhóm A (K thấp) và nhóm B (K cao).

22

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN 1. P. T. Phong, L. H. Nguyen, L. T. H. Phong, P. H. Nam, D. H. Manh, I. –J. Lee, N. X. Phuc, “Study of

specific loss power of magnetic fluids with various viscosities”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials 428 (2017) 36

2. P. T. Phong, L. H. Nguyen, I. –J. Lee, N. X. Phuc, “Computer Simulations of Contributions of Néel and Brown Relaxation to Specific Loss Power of Magnetic Fluids in Hyperthermia”, Journal of Electronic Materials 46 (2017) 2393.

3. L. H. Nguyen, P. T. Phong, D. H. Manh, N. X. Phuc, “Tính toán công suất đốt từ phụ thuộc vào kích thước của các hệ hạt nano từ cấu trúc spinel MFe2O4 (M=Fe, Mn, Co)”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ 52(3B) (2014) 74.

4. L. H. Nguyen, P. Q. Thong, P. H. Nam, L. T. H. Phong, P. T. Phong, N. X. Phuc, “Influence of saturation magnetization and viscosity on specific loss power for CoFe

2O

4 and MnFe

2O

4 magnetic

nanoparticles”, Vietnam Journal of Science and Technology 54(1A) (2016) 33. 5. L. H. Nguyen, P. T. Phong, P. H. Nam, D. H. Manh, N. X. Phuc, “Influence of particle size

distribution on specific loss power of magnetic nanoparticle”, Vietnam Journal of Science and Technology 56(1A) (2018) 79.

6. L. H. Nguyen, P. T. Phong, P. H. Nam, D. H. Manh, N. T. K. Thanh, L. D. Tung, N. X. Phuc, “How to distinguish a domination of Néel or Brown relaxation contribution to loss power of magnetic inductive heating?”, Proceedings of MSSM2018 (07-10 Aug 2018, UWS, Paisley, UK), ISBN 9781903978634, pp. 188-193.