(1)

การเตรยมและศกษาลกษณะของอนภาคนาโนแมเหลกส าหรบงานดานไฮเปอรเทอรเมย Preparation and Characterization of Magnetic Nanoparticles

for Hyperthermia Applications

ฐตรตน เจรญตา Thitirat Charoenta

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญา วทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาฟสกส

มหาวทยาลยสงขลานครนทร A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree

of Master of Science in Physics Prince of Songkla University

2556 ลขสทธของมหาวทยาลยสงขลานครนทร

(2) ชอวทยานพนธ การเตรยมและศกษาลกษณะของอนภาคนาโนแมเหลกส าหรบงานดาน ไฮเปอรเทอรเมย ผเขยน นางสาวฐตรตน เจรญตา สาขาวชา ฟสกส

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยสงขลานครนทร อนมตใหนบวทยานพนธฉบบนเปนสวนหนงของการศกษา ตามหลกสตรปรญญาวทยาศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาฟสกส …………………………………….… (รองศาสตราจารย ดร.ธระพล ศรชนะ) คณบดบณฑตวทยาลย

อาจารยทปรกษาวทยานพนธหลก ……………………………………............ (รองศาสตราจารย ดร.ไตรภพ ผองสวรรณ)

คณะกรรมการสอบ ……...………………..........…ประธานกรรมการ (รองศาสตราจารย ดร.เลก สคง) ………...……………………................กรรมการ (รองศาสตราจารย ดร.ไตรภพ ผองสวรรณ) ……………….......………....................กรรมการ (ผชวยศาสตราจารยดรณ ผองสวรรณ) ……………………...…........................กรรมการ (ผชวยศาสตราจารย ดร.ปญญา แขน าแกว)

อาจารยทปรกษาวทยานพนธรวม ……………………….…………..……..... (ผชวยศาสตราจารยดรณ ผองสวรรณ)

(3) ขอรบรองวา ผลงานวจยนเปนผลมาจาการศกษาวจยของนกศกษาเอง และไดแสดงความขอบคณบคคลทมสวนชวยเหลอแลว ลงชอ………………………………….…... (รองศาสตราจารย ดร.ไตรภพ ผองสวรรณ) อาจารยทปรกษาวทยานพนธ ลงชอ…………………………………..….. (นางสาวฐตรตน เจรญตา) นกศกษา

(4) ขาพเจาขอรบรองวา ผลงานวจยนไมเคยเปนสวนหนงในการอนมตปรญญาในระดบใดมากอน และ ไมไดถกใชในการยนขออนมตปรญญาในขณะน ลงชอ…………….….…... (นางสาวฐตรตน เจรญตา) นกศกษา

(5) ชอวทยานพนธ การเตรยมและศกษาลกษณะของอนภาคนาโนแมเหลกส าหรบงานดาน ไฮเปอรเทอรเมย ผเขยน นางสาวฐตรตน เจรญตา สาขาวชา ฟสกส ปการศกษา 2555

บทคดยอ

การรกษาโรคมะเรงดวยวธไฮเปอรเทอรเมยเปนการรกษาทจะท าใหเซลลมะเรงตายโดยการท าใหเซลลมะเรงมอณหภมเพมขนจากปกตเปน 41 – 46 องศาเซลเซยส ความรอนทเกดขนจะเกดจากอนภาคแมเหลกในสนามแมเหลกสลบทมความเขม และความถสงมาก โดยทวไปกระบวนการเกดความรอนของอนภาคนาโนแมเหลกเกดจากการสญเสยสภาพแมเหลกซงเปนผลมาจากการกลบทศของโดเมนแมเหลก เนองจากอนภาคแมเหลกระดบนาโนจะเกดจากการกอตวของโดเมนแมเหลกขนาดเลกมากท าใหความสงของก าแพงพลงงานมคานอยกวาพลงงานความรอนจากสงแวดลอมมผลใหทศสปนแมเหลกมความผนผวนเมอสปนแมเหลกมการกลบทศจะท าใหเกดการหนวงของคาเวลาผอนคลาย เมอใหสนามแมเหลกสลบแกอนภาคเหลกออกไซดจะท าใหสปนแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดเกดการกลบทศ และเมอคาเวลากลบทศมคานอยกวาคาเวลาผอนคลายของอนภาคจะท าใหอนภาคแมเหลกเกดความรอนขน ซงคาเวลาผอนคลายจะขนอยกบหลายปจจย เชน ขนาด ความถ และแอนไอโซทรอปของอนภาค ดงนนการพฒนาและศกษาสณฐานวทยาของอนภาคระดบนาโนพบวามผลท าใหคาแอนโซทรอป Pj ของอนภาคเปลยนแปลงไปจาก 1.02 เปน 1.19 ซงผลจากการเพมขนของคาแอนไอโซทรอปของอนภาคเหลกออกไซดน ท าใหอนภาคทสงเคราะหขนมานนมคาเวลาผอนคลายเพมมากขน และพบวาความเขมของสนามแมเหลกและประเภทของสนามแมเหลกมผลตออตราการเกดอนภาคทมลกษณะเปนแทงและคา แอนไอโซทรอปของอนภาค

(6) Thesis Title Preparation and characterization of magnetic nanoparticles for hyperthermia

applications Author Miss Thitirat Charoenta Major Program Physics Academic Year 2012

ABSTRACT

Magnetic hyperthermia is an experimental cancer treatment that cancer cells were killed by raising the cell temperature above 42 – 46 ๐C to reduce the viability of malignant cells. The heating process has started when exposing the magnetic nanoparticles in a high intensity and high frequency alternating current magnetic field. In the general case, heating up of magnetic nanoparticles is due to the losses of magnetization in the reversed external field of magnetic nanoparticles. Magnetic particles at nano-scale formed by the formation of a small molecular magnet so that the magnetic nanoparticles will have the energy barrier less than the thermal energy in the environment. The thermal effect made spins fluctuations. It is caused by the delay in the relaxation of the magnetic moment through either the rotation within the particle or the rotation of the particle itself. Heating in the hyperthermia treatment from magnetic particles was made when they are exposed to an AC magnetic field with magnetic field reversal times shorter than the magnetic relaxation times of the particles. Relaxation time depends on many factors such as size, frequency and particle anisotropy. Therefore, the control over the magnetic properties by the fine engineering of the morphology of nanocrystals could become a key factor for the use of nanostructured magnetic particles with improved performance in hyperthermia application. However, anisotropy of magnetic susceptibility; AMS of the nanorods structures is greater than that of the spherical and octahedral magnetite nanoparticles which is in the anisotropy (Pj) range 1.02 – 1.19. This study presents the influence of the external AC/DC magnetic field in the morphology of these nanostructures. The results imply that the intensity of magnetic field and type of magnetic field directly impacts on the productive rate and anisotropy degree of the nanorods.

(7)

กตตกรรมประกาศ

วทยานพนธฉบบนส าเรจลลวงไดอยางสมบรณ โดยไดรบความอนเคราะหและการสนบสนนอยางดยงจากรองศาสตราจารย ดร.ไตรภพ ผองสวรรณ และผชวยศาสตราจารยดรณ ผองสวรรณ อาจารยทปรกษาวทยานพนธ ซงไดกรณาใหค าปรกษาแนะน า เสนอแนะแนวทางการแกไขปญหา ตลอดจนตรวจสอบและแกไขขอบกพรองตาง ๆ ในการเขยนวทยานพนธ ผวจยรสกซาบซงในความอนเคราะหทไดรบจงขอกราบขอบพระคณเปนอยางสงมา ณ โอกาสน

ผวจยขอขอบคณผชวยศาสตราจารย ดร.พงศกร จนทรตน และภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร ทไดสนบสนนเครองมอ และใหค าแนะน าส าหรบทดสอบสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกดวยเครอง Vibrating Sample Magnetometer (VSM) ในงานวจย

ขอขอบคณ ดร.อนกร ภ เรองรตน อาจารยประจ าภาควชาวทยาศาสตรและเทคโนโลยวสด คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ทไดใหค าแนะน าในการวเคราะหหาโครงสรางของอนภาค

ขอขอบคณนางสาวนชรย ชมเชย นกวทยาศาสตรประจ าภาควชาวทยาศาสตรและเทคโนโลยวสด คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ทไดใหค าแนะน าในการสงเคราะหอนภาค

ขอขอบคณอาจารยและบคลากรในภาควชาฟสกส และภาควชาวทยาศาสตรและเทคโนโลยวสด คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทรทอนญาตใหใชเครองมอ และสงอ านวยความสะดวกอน ๆ ทจ าเปนในงานวจย

ขอขอบคณคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ส าหรบทนสนบสนนนกศกษาระดบบณฑตศกษา เปนผชวยนกวจย (Research Assistant) ปการศกษา 2553

ขอขอบคณเจาของเอกสาร บทความ ต ารา หนงสอทกทานทผวจยใชในการสบคนขอมลทไมไดกลาวนามไว ณ ทน

คณคาและประโยชนจากการคนควาอนพงมจากวทยานพนธฉบบน ผวจยขอมอบบชาแดพระคณบดา มารดา และบรพาจารยทกทานทไดประสทธประสาทวชาความรทงหลายแกผวจย ตลอดจนผมพระคณทกทาน

ฐตรตน เจรญตา

(8)

สารบญ

หนา ปกใน (1) หนาอนมต (2) หนงสอรบรอง (3) บทคดยอ (5) Abstract (6) กตตกรรมประกาศ (7) สารบญ (8) รายการตาราง (10) รายการภาพประกอบ (11) สญลกษณค ายอและตวยอ (14) บทท 1 บทน า 1.1 บทน าตนเรอง 2 1.2 การตรวจเอกสาร 3 1.2.1 แมกนไทต 4 1.2.2 สมบตความเปนแมเหลกของอนภาคนาโน 5 1.2.3 กระบวนการสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดในสภาวะสารสะลาย 7 1.2.4 กระบวนการเกดความรอนของอนภาคแมเหลกระดบนาโน 10 1.2.5 สภาพแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก 15 1.3 วตถประสงค 17 บทท 2 วธการวจย 2.1 วสดอปกรณ 20 2.1.1 วสดและอปกรณส าหรบการสงเคราะหอนภาค 20 2.1.2 วสดอปกรณส าหรบการศกษาสมบตของอนภาค 21 2.1.3 อปกรณอน ๆ ทใชรวมในการวจย 22 2.2 วธด าเนนการวจย 22 2.2.1 การสงเคราะหอนภาค 22 2.2.2 การเตรยมตวอยาง ประกอบดวย 24

(9)

สารบญ

หนา 2.2.3 การศกษาลกษณะทางสณฐานวทยาและโครงสราง 27 2.2.3.1 ส และสถานะของสาร 27 2.2.3.2 การวเคราะหลกษณะและขนาดของอนภาค 27 2.2.3.3 การวเคราะหลกษณะโครงสรางของอนภาค 28 2.2.3.4 การวเคราะหสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลก 30 2.2.3.5 การวดคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก 31 2.2.3.6 การศกษาสภาพแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก 32บทท 3 ผลการศกษาและการอธปรายผล

3.1 ผลการศกษาลกษณะทางสณฐานวทยาและโครงสราง 34 3.1.1 ลกษณะทางสณฐานวทยา 34 3.1.2 ลกษณะโครงสราง 38 3.2 ผลการศกษาดานสมบตความเปนแมเหลก 44 3.2.1 สมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลก 44 3.2.2 คาสภาพรบไวไดทางแมเหลกและสภาพแอนไอโซทรอป 54 3.3 การประยกตใชดานไฮเปอรเทอรเมย 56

บทท 4 บทสรปและขอเสนอแนะ 4.1 สรปผล 63 4.2 ขอเสนอแนะ 64 บรรณานกรม 65 ภาคผนวก 71 ภาคผนวก ก ทฤษฎทเกยวของกบงานวจย 72 ภาคผนวก ข การตพมพเผยแพรผลงาน 81 ประวตผเขยน 87

(10)

รายการตาราง

หนา ตาราง 3 1 การวเคราะหการกระจายขนาดของอนภาคค านวณจากภาพถาย TEM ของอนภาคตวอยาง MNP 2 และ MNP 3 36 ตาราง 3 2 การวเคราะหการกระจายขนาดของอนภาคค านวณจากภาพถาย TEM ของอนภาคตวอยาง MNP 4 และ MNP 5 38 ตาราง 3 3 d-spacing ของอนภาค MNP 1 , MNP 2 และ MNP 3 41 ตาราง 3 4 lattice parameter (a) calculated for the experimental data 42 ตาราง 3 5 สมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดทสงเคราะหขน 49 ตาราง 3 6 คาสภาพรบไวไดทางแมเหลก (k ) และคาแอนไอโซทรอปพารามเตอรตาง ๆ ของอนภาคตวอยางแมเหลกระดบนาโนตวอยาง MNP 1 – MNP 5 55 ตาราง 3 7 คา anisotropy constant ของอนภาคเหลกออกไซดระดบนาโน ของอนภาคตวอยาง MNP 1 – MNP 5 57 ตาราง 3 8 ผลการวเคราะหคา Nèel relaxation time ของอนภาคตวอยาง MNP 1 – MNP 5 59 ตาราง 3 9 ผลการวเคราะหคา Brownian relaxation time ของอนภาคตวอยาง MNP 1 – MNP5 60 ตาราง 3 10 ผลการวเคราะหคาเวลาผอนคลายประสทธผลของอนภาค ของอนภาคตวอยาง MNP 1 – MNP 5 61

(11)

รายการภาพประกอบ

หนา ภาพประกอบ 1 1 โครงสรางผลกแมกนไทต 5 ภาพประกอบ 1 2 ทศทางการสปนของอเลกตรอนในโมเลกลแมกนไทต 5 ภาพประกอบ 1 3 กราฟความสมพนธระหวางสนามแมเหลกจากภายนอกกบคาการตอบสนอง ตอแมเหลกของอนภาคแมเหลกทแสดงพฤตกรรมแมเหลกพารายงยวด 6 ภาพประกอบ 1 4 กระบวนการเกดเปนอนภาค 8 ภาพประกอบ 1 5 แบบจ าลองสภาพแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก 15 ภาพประกอบ 2 1 ขนตอนการด าเนนการศกษาวจยโดยสรป 19 ภาพประกอบ 2 2 ชดการสงเคราะหอนภาคและชดควบสนามแมเหลก 23 ภาพประกอบ 2 3 ขนตอนสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดโดยวธตกตะกอนรวม 24 ภาพประกอบ 2 4 สารละลายทมตะกอนอนภาคและผงตะกอนภายหลงการอบ 25 ภาพประกอบ 2 5 การเตรยมตวอยางและแบบส าหรบใสตวอยางเพอใชในการวด สมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกดวยเครอง VSM และเพอวดคา แอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก 26 ภาพประกอบ 2 6 ชดเหนยวน าอ านาจแมเหลก Electromagnet รน 79641-002 ยหอ CENCO

Power supply รน 79551 ยหอ CENCO 26 ภาพประกอบ 2 7 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (TEM) รน JEM-2010 ยหอ JEOL

ตงอยทศนยเครองมอวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร 27 ภาพประกอบ 2 8 เครองเอกซเรยดฟแฟรกชน (XRD) รน X'Pert MPD ยหอ Philips ตงอยทศนยเครองมอวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร 29 ภาพประกอบ 2 9 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (TEM รน JEM-2010 ยหอ JEOL

ตงอยทศนยบรการวทยาศาสตร และเทคโนโลย คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม 29

ภาพประกอบ 2 10 เครอง Vibrating Sample Magnetometer (VSM) ตงอยทภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร 30 ภาพประกอบ 2 11 เครองวดสภาพรบไวไดทางแมเหลกชนดสนามต า Kappabridge 31 ภาพประกอบ 3 1 สและลกษณะของอนภาคตวอยาง MNP 1 – MNP 5 34

(12)

รายการภาพประกอบ

หนา ภาพประกอบ 3 2 (A) ภาพถาย TEM ของอนภาคตวอยาง MNP 1 (B) การวเคราะหการกระจายขนาดของอนภาคค านวณจากภาพถาย TEM ของอนภาคตวอยาง MNP 1 35 ภาพประกอบ 3 3 ภาพถาย TEM ของอนภาคตวอยาง (A) อนภาคตวอยาง MNP 2 ควบคมความเขมสนามแมเหลก 100 mT (B) อนภาคตวอยาง MNP 3 ควบคมความเขมสนามแมเหลก 200 mT 36 ภาพประกอบ 3 4 ภาพถาย TEM ของอนภาคตวอยาง (A) อนภาค MNP 4 (B) , (C) อนภาค MNP 5 37 ภาพประกอบ 3 5 รปแบบการเลยวเบนรงสเอกซของอนภาคตวอยาง MNP 1 และ MNP 5 39 ภาพประกอบ 3 6 การสะทอนของล าอเลกตรอนทมม θ ในระนาบผลกทขนานกน และมระยะหางระหวางระนาบเทากบ d 40 ภาพประกอบ 3 7 SAED Pattern ของอนภาคตวอยาง (A) อนภาค MNP 1 (B) อนภาค MNP 2 (C) อนภาค MNP 3 43 ภาพประกอบ 3 8 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดอนภาคตวอยาง MNP 1– MNP 5 ทอณหภมหอง 44 ภาพประกอบ 3 9 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดทอณหภมหอง ของอนภาค ตวอยาง MNP 1 45 ภาพประกอบ 3 10 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 1 ภายหลงท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction) 46 ภาพประกอบ 3 11 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 2 ภายหลงท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction) 46 ภาพประกอบ 3 12 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 3 ภายหลงท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction) 47

(13)

รายการภาพประกอบ

หนา ภาพประกอบ 3 13 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 4 ภายหลงท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction) 47 ภาพประกอบ 3 14 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 5 ภายหลงท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction) 48 ภาพประกอบ 3 15 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดทสงเคราะหไดทง 5

ตวอยาง คอ MNP 1, MNP 2, MNP 3, MNP 4 และ MNP 5 ภายหลงการปรบแกความชน 50

ภาพประกอบ 3 16 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 1 ภายใตสนามแมเหลกทใหขนาน และตงฉากกบแกนของอนภาค 51 ภาพประกอบ 3 17 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาค (a) อนภาค MNP 2 (b) อนภาค MNP 3 52 ภาพประกอบ 3 18 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาค (a) อนภาค MNP 4 (b) อนภาค MNP 5 53 ภาพประกอบ 3 19 กราฟ Flinn-type plot ของตวอยางอนภาคนาโนแมเหลก 56

(14)

สญลกษณค ายอและตวยอ

Name Symbol SI Unit CGS Unit

Magnetic nanoparticles MNP - - Magnetite Fe3O4 - - Maghemite γ-Fe2O3 - - Super Paramagnetic SP - - Stable Single Domain SSD - - Multi Domain MD - - Magnetic flux density, magnetic induction

B tesla (T) gauss (G)

Magnetic field strength, magnetizing force

H A/m oersted (Oe) gilbert/cm2

Magnetic moment m A.m2/kg emu, erg/G

Magnetization M A/m oersted , gilbert/cm2

Permeability Henry/m, Wb/A.m

Gauss/oersted

Susceptibility (volume) k - - Susceptibility (mass) m3/kg cm3/g

Retentivity Mr A.m2/kg emu, erg/G

Saturation Magnetization Ms A.m2/kg emu, erg/G

บทท 1

บทน า โรคมะเรงเปนสาเหตอนดบตน ๆ ทท าใหคนไทยเสยชวตมากทสดในปจจบน

โรคมะเรงสามารถเกดไดจากหลายสาเหต เชน การสมผสสารกอมะเรง มลภาวะทางอากาศ การไดรบรงสอลตราไวโอเลตจากแสงแดดเปนเวลานาน ๆ การไดรบสารหน การสบบหร ผลจากการรบประทานอาหารซงในปจจบนโรคมะเรงมกเกดจากสาเหตนมากขน และความเครยดกยงเปนสาเหตส าคญมากอกประการหนงดวย โดยความเครยดจะท าใหเกดอนมลอสระในรางกายเพมมากขน ในขณะทท าใหภมตานทานภายในรางกายลดลงจนเปนสาเหตท าใหเกดการเจรญเตบโตทผดปกตของเซลลกลายเปนเนองอกชนดรายทเกดขนใหมจากเนอเยอปกตของรางกาย เซลลมะเรงจะมการแบงตวอยางรวดเรว ท าใหเกดเปนกอน หรอเปนแผลมะเรงขนาดใหญ ดวยเหตนวธทใชในการรกษาโรคจะใชวธการท าลายเซลลมะเรง ซงจะมผลตอเซลลปกตทอยใกลเคยงจะถกท าลายไปดวย ดงนนจงมการคดหาวธการท าลายเซลลมะเรงไดอยางเฉพาะเจาะจงโดยท าลายเซลลปกตใกลเคยงนอยทสด ในปจจบนวธการบ าบดรกษาโรคมะเรงนนมหลากหลายรปแบบ เชน การผาตด การฉายรงส เคมบ าบด การบ าบดดวยฮอรโมน เปนตน วธการรกษาทแตกตางกนเหลานอาจจะถกใชเพยงวธเดยว หรอใชรวมกนหลายวธทงนขนอยกบประเภท ระยะของมะเรง รวมไปถงความแขงแรงของผปวย แตกยงไมมประสทธภาพเพยงพอจงยงมหลายสถาบนพยายามคดคนวธการรกษาแบบใหม ๆ เชน การรกษาดวยวธไฮเปอรเทอรเมย (Hyperthermia) กเปนวธหนงทไดรบความสนใจอยางแพรหลายอยในปจจบน

การบ าบดรกษาดวยวธไฮเปอรเทอรเมยนเปนการบ าบดมะเรงดวยความรอนโดยท าใหเซลลมะเรงมอณหภมเพมขนจากปกตเปน 41 – 46 องศาเซลเซยส (Li, Z. et al., 2010) เนองจากเซลลของมนษยจะมชวตอยไดเมออยในสภาวะอณหภมไมเกน 42 องศาเซลเซยส การบ าบดมะเรงดวยความรอนจะแบงออกเปน 2 แบบ คอ การใหความรอนทวรางกาย และการใหความรอนเฉพาะทซงในปจจบนวธการใหความรอนเฉพาะทสามารถท าไดเฉพาะโรคมะเรงทอยภายนอกใกลกบผวหนงไมสามารถท าไดกบเซลลมะเรงทอยลกภายในรางกาย จงมการคดคนวธทจะใหความรอนกบเซลลมะเรงในต าแหนงทลกลงไปดวยการใชอนภาคแมเหลกระดบนาโน ซงจะสามารถควบคมทศทาง และก าหนดต าแหนงการเคลอนทของอนภาคไดโดยการใชสนามแมเหลกจากภายนอกเปนตวควบคม จากนนจะใหสนามแมเหลกสลบแกอนภาคท าใหอนภาคแมเหลกเกด

1

2 การสน เกดการสญเสยเนองจากฮสเทอรซส (Hysteresis Loss) จงเกดความรอน และท าใหอณหภมบรเวณเซลลมะเรงสงขน

งานวจยนจงมงไปทการศกษาสมบตทางกายภาพ และสมบตทางแมเหลกของอนภาคทสงเคราะหขนซงจะเปนประโยชนในการศกษาผลจากการเปลยนแปลงลกษณะโครงสรางทางสณฐานวทยาของอนภาคแมเหลกระดบนาโนตอสมบตทางแมเหลกของอนภาค และเปนประโยชนในการค านวณความเหมาะสมของอนภาคแมเหลกทสงเคราะหขนตอการประยกตใชในงานดานไฮเปอรเทอรเมย

1.1 บทน าตนเรอง

ในปจจบนวสดแมเหลกทมโครงสรางระดบนาโนไดรบความสนใจเปนอยางมากเนองจากมสมบตทด และมศกยภาพในการน ามาประยกตใชงานในดานตาง ๆ โดยเฉพาะพฤตกรรมแมเหลกพารายงยวด (Superparamagnetic behavior) ของอนภาคจะมประโยชนส าหรบการน ามาประยกตใชทางการแพทย เชน การน าสงยา (Dorniani, D. et al., 2012; Pankhurst, Q. A. et al., 2003) การวนจฉยโรค (Yigit, M. V. et al., 2012) การน ามาใชเพมความคมชดของเทคนค MRI (Huang, J. et al., 2012) และการบ าบดมะเรงดวยความรอน (Hyperthermia) (Armijo, L. M. et al., 2012; Jordan, A. et al., 1999) เปนตน นอกจากนอนภาคแมเหลกระดบนาโนจะมขนาดเลกมากสะดวกในการน าสงไปยงต าแหนงตาง ๆ ในรางกาย โดยอนภาคแมเหลกระดบนาโนทเปนสารแมเหลกเฟอรไรต (อนภาคแมเหลกชนดเหลกออกไซด) ซงมความเปนแมเหลกสงจงมความเปนไปไดทจะเกด Hysteresis loss แลวใหความรอนสงกวาอนภาคชนดอน ๆ ในบรรดาอนภาคเฟอรไรตทงหมดอนภาคแมกนไทต (Fe3O4) มความนาสนใจเพราะเปนวสดทไมเปนพษ และเขากนไดกบโมเลกลทางชวภาพเนองจากมสวนประกอบของไอออนเหลก

ปญหาทหลกเลยงไมไดส าหรบการบ าบดดวยความรอนคอการใหความรอนเฉพาะต าแหนงของเซลลมะเรงโดยไมท าอนตรายกบเซลลปกตขางเคยง และความแมนย าในการควบคมอณหภม ดงนนการน าอนภาคแมเหลกระดบนาโนมาประยกตใชในงานดานไฮเปอรเทอรเมยสามารถน ามาแกไขปญหาเหลานได เนองจากอนภาคแมเหลกระดบนาโนสามารถทจะควบคมทศทาง ก าหนดต าแหนงทจะเคลอนทไปได และยงสามารถปรบปรงพนผวของอนภาคใหจบไดเฉพาะเซลลท เปนเซลลมะเรงเทานน เมออนภาคแมเหลกระดบนาโนเหลานถกเหนยวน าในสนามแมเหลกสลบจะท าใหมความรอนเกดขน และสามารถควบคมอณหภมไดดวยกระบวนการสญเสยเนองจากฮสเทอรซส หรอ Hysteresis Loss แตขอจ ากดส าหรบการเกด Hysteresis Loss ของ

3 อนภาคแมเหลกระดบนาโนคอจะตอบสนองไดดเฉพาะเมออยในสนามแมเหลกสลบทมความเขม และความถสงมาก ดงนนจงจ าเปนตองใชสนามแมเหลกทมความเขม และความถสงมากจงจะสามารถท าใหอนภาคแมเหลกระดบนาโนเหลานเกดความรอน และมอณหภมสงขนได

1.2 การตรวจเอกสาร

ธรรมชาตรางกายของมนษยจะใชความรอนในการตอสกบโรค เชน โรคจากไวรส หรอ แบคทเรย ดวยการท าใหรางกายมอณหภมสงขนมากกวาปกตทเรยกวา อาการไข ซงเปนสภาวะทรางกายตอสกบการตดเชอโดยการท าให รางกายมสภาวะแวดลอมทไมเหมาะกบการเจรญเตบโตของไวรส หรอแบคทเรย กระบวนการทท าใหรางกายมอณหภมสงขนผดปกตรปแบบหนงจะเรยกวา “ไฮเปอรเทอรเมย (Hyperthermia)” ซงงานวจยวธการรกษาโรคมะเรงดวยวธการนก าลงไดรบความสนใจอยในปจจบน ในสภาวะปกตรางการของมนษยจะมอณหภม 37 องศาเซลเซยส แตเซลลของรางกายจะสามารถอยรอดไดในอณหภมสงถง 42 องศาเซลเซยส ดงนนถาใหความรอนกบเซลลมะเรงสงกวาอณหภมทเซลลสามารถอยรอดไดเซลลมะเรงกจะถกท าลาย ซงกระบวนการท าลายเซลลมะเรงนนเกดจากความรอนทใหเขาไปในรางกายไปท าลายโครงสรางโปรตนของเซลล (Jordan, A. et al., 1999) และกระบวนการเกดความรอนของอนภาคแมเหลกจะเกดจากสมบตของอนภาคแมเหลกสามารถดดกลนพลงงานแมเหลกเพอเปลยนใหเปนพลงงานความรอนได (del Pino, P. and B. Pelaz, 2012) ซงสมบตนสามารถน ามาประยกตใชในการเพมอณหภมใหกบเนอเยอมะเรง (Tumor tissue) ท าใหเซลลมะเรงเกดการสลายตว นอกจากนยงมการพฒนากระบวนการเตรยมอนภาคแมเหลกระดบนาโนใหมการปรบปรงพนผวโดยการหมดวยกรดโอเลอก (Oleic acid) (Tomitaka, A. et al., 2011) เพอใหอนภาคมสมบตทดขนเหมาะสมกบการน ามาใชในดานชวการแพทย (Biomedicine) หรอพฒนากระบวนการสงเคราะหอนภาคแมกนไทตระดบนาโนแลวท าการปรบปรงพนผวของอนภาคใหเคลอบดวยสารอารจนน-ไกลซน-กรดแอสพาตก (Arginine-glycine-aspartic acid; RGD) เปปไทด (Pinna, N. et al., 2005) ท าใหประสทธภาพการเปรยบเทยบความแตกตาง (Contrast) ระหวางเซลลปกตกบเซลลมะเรงดวยเครอง Magnetic resonance imaging (MRI) ชดเจนขน เพอใชในการคนหาต าแหนงของเซลลมะเรง นอกจากนยงมการศกษาเกยวกบการปรบปรงและพฒนาพนผวของอนภาคเหลกออกไซดระดบนาโนใหสามารถน าสงยาไปยงเซลลเปาหมายได (Mahmoudi, M. et al., 2011)

อนภาคแมเหลกระดบนาโนทน ามาประยกตใชในดานชวการแพทยสวนใหญจะมสมบตแมเหลกชนดพารายงยวด (Superparamagnetic) (Sun, Y. et al., 2005) เนองจากอนภาค

4 แมเหลกชนดนมสมบตแมเหลกทไมเสถยร ไมมอ านาจแมเหลกตกคาง และมขนาดประมาณ 8 ถง 24 นาโนเมตร (Li, Z. et al., 2010) อนภาคระดบนาโนทมสมบตความเปนแมเหลกมหลายชนด เชน แมกนไทต โคบอลต และนกเกล โดยอนภาคโคบอลตเปนอนภาคทมความเปนแมเหลกสงแตอนภาคโคบอลตสามารถออกซไดซกบออกซเจนในอากาศได และเกดเปนโคบอลตออกไซดซงไมมสมบตความเปนแมเหลก (Hatch, G. P. and R. E. Stelter, 2001) อนภาคโคบอลตจงไมเหมาะกบงานดานไฮเปอรเทอรเมยซงจ าเปนตองสมผสกบออกซเจน แตอนภาคแมกนไทตซงมคาความเปนแมเหลกทต ากวาอนภาคโคบอลตมความเหมาะสมกบการน ามาประยกตใชงานดานไฮเปอรเทอรเมยมากกวาเนองจากอนภาคแมกนไทตจะอยในรปออกไซดของเหลก แมวาอนภาคจะถกออกซไดซกบออกซเจนเกดเปนอนภาคแมกฮไมต (Maghemite, γ-Fe2O3) กยงมสมบตความเปนแมเหลก อนภาคแมกนไทตเกดจากการรวมตวกนของเฟอรรส (Fe2+ ) กบเฟอรรก (Fe3+) สามารถเตรยมไดหลายวธ เชน วธการตกตะกอนรวม (Co – precipitation ) วธการแตกสลายโดยใชอณหภมสง (Thermal decomposition) กระบวนการไมโครอมลชน (Microemulsion) และกระบวนการไฮโดรเทอรมอล (Hydrothermal) (Lu, A. H. et al., 2007) เปนตน

1.2.1 แมกนไทต (magnetite)

แมกนไทตเปนแรชนดหนงทถกคนพบครงแรกในชวงกอนศตวรรษท 4 ในประเทศจน แมกนไทตสามารถเกดขนไดเองในธรรมชาต นอกจากนแทกนไทตยงสามารถเกดขนไดในสงมชวต เชน ผง ปลวก แบคทเรยบางชนด (Aquaspirillum magnetotacticum) และนกพราบ (Liong, S., 2005) แมกนไทตซงมสตรโมเลกลเปน Fe3O4 จะมโครงสรางผลกได 2 แบบ คอแบบ Spinel และInverse spinel (ปรดา พมพขาวข า, 2539) โดยโครงสรางผลกแบบ Spinel มสตรโมเลกลเปน AB2O4 ประกอบดวย A 1 อะตอม ซงเปนอะตอมของโลหะมการจดเรยงตวแบบทรงสหนา (Tetrahedral) และ B 2 อะตอม ซงเปนอะตอมของโลหะมการจดเรยงตวแบบทรงแปดหนา (Octahedral) ในขณะทโครงสรางผลกแบบ Inverse Spinel มการจดเรยงตวทตางกนเลกนอย คอ อะตอม A และ B อยางละ 1 อะตอม จดเรยงตวแบบทรงแปดหนา และอะตอม B อก 1 อะตอม จดเรยงตวแบบทรงสหนาดงภาพประกอบ 1-1 เมอแมกนไทตซงเกดจากการรวมตวกนของ Fe2+ 1 อะตอม และ Fe3+ 2 อะตอมนน จะม Fe2+ เปนอะตอม A จดเรยงตวแบบทรงแปดหนาเพยงอยางเดยวในขณะท Fe3+ เปนอะตอม B มการจดเรยงตวแบบทรงแปดหนา 1 อะตอม และอก 1 อะตอมจดเรยงตวแบบทรงสหนาการจดเรยงตวแบบนของอะตอมจะท าใหอเลกตรอนมการเคลอนยายได

5 จงเกดสมบตความเปนแมเหลกของแมกนไทต (Cornell, R. M. and U. Schwertmann, 2004; Dunlop, D. J. and Ö. Özdemir, 1997; Liong, S., 2005)

ภาพประกอบ 1-1 โครงสรางผลกแมกนไทต (Natelson, D. et al., 2013)

1.2.2 สมบตความเปนแมเหลกของอนภาคนาโน (Magnetic Nanoparticles)

สมบตทางแมเหลกของวสดขนอยกบโครงสรางของอะตอม และลกษณะการจดเรยงตวของธาตในอะตอมทประกอบขนเปนวสดนน สามารถอธบายไดโดยอาศยหลกกลศาสตรควอนตมกลาวคอสปนภายนอก (โมเมนตมเชงมม (Angular momentum) ทเกดจากการเคลอนทรอบนวเคลยสของอเลกตรอน) และสปนภายในทเกดจากการหมนรอบตวเองของอเลกตรอนเปนผลใหสารมสภาพความเปนแมเหลกการสปนของอเลกตรอนจะมเพยงขนและลงเทานน จงเปนผลใหอเลกตรอนมสมบตเปนแมเหลกขวค (Magnetic dipole moment) ขนาดเลก ภาพประกอบ 1-2 ทศทางการสปนของอเลกตรอนในโมเลกลแมกนไทต (Liong, S., 2005)

ออกชเจน

Fe3+ จดเรยงตวแบบทรงสหนา Fe2+ หรอ Fe3+ จดเรยงตวแบบ ทรงแปดหนา

ทรงสหนา (Tetrahedral) ทรงแปดหนา (Octahedral)

Fe3+ (3d5)

Fe2+ (3d6)

Fe3+ (3d6)

โมเมนตแมเหลกสทธ

6

สารทมสภาพเปนแมเหลกนนเกดจากการทอะตอมมจ านวนอเลกตรอนทมสปนขน และลงไมเทากนท าใหคาโมเมนตมเชงมมหรอโมเมนตแมเหลกมคาไมเทากบศนย ซงจะเกดขนไดเฉพาะในกรณทอะตอมมจ านวนอเลกตรอนทไมมคหรอ Unpaired Electron ในชนพลงงานยอย (ยงยทธ เหลาศรถาวร และคณะ, 2552)

แมกนไทตจด เปนวสดท มสมบตทางแม เหลกในกลม เฟรโรแมกเนตก (Ferromagnetic) คอมทศทางการสปนของอเลกตรอนในโครงสรางอะตอมแบบทรงแปดหนา และทรงสหนาตรงขามกน (ภาพประกอบ 1-2) ในสวนของ Fe3+ จะมการสปนของอเลกตรอนทงในทรงสหนา และในทรงแปดหนาอยางละครงในสวน Fe2+ จะมการสปนของอเลกตรอนในทรงแปดหนาเพยงอยางเดยวท าใหคาของโมเมนตแมเหลกสทธไมเทากบศนยแมกนไทตจงมสมบตทางแมเหลกโดยบรเวณทมโมเมนตแมเหลกของอะตอมหนไปในทศทางเดยวกนจะเรยกวา โดเมนแมเหลก (Magnetic domain) ซงสารทมสมบตเปนแมเหลกจะมโดเมนแมเหลกหลายโดเมนรวมอยดวยกนโดยมก าแพงโดเมน (Domain wall) คนระหวางแตละโดเมน ดงนนเมออนภาคเฟรโรแมกเนตกมขนาดเลกมากพอกจะท าใหก าแพงโดเมนมคาพลงงานไมมนคง สงผลใหทงอนภาคเสมอนเปนโดเมนแมเหลกเดยว (Single magnetic domain)

ภาพประกอบ 1-3 กราฟความสมพนธระหวางสนามแมเหลกจากภายนอกกบคาการตอบสนองตอ

แมเหลกของอนภาคแมเหลกทแสดงพฤตกรรมแมเหลกพารายงยวด (Dunlop, D. J. and Ö. Özdemir, 1997)

และเมออนภาคมขนาดเลกลงจนถงคาวกฤตคาหนงจะท าใหโดเมนแมเหลกเดยวมความไมเสถยรเกดสมบตทางแมเหลกแบบใหมเรยกวาพฤตกรรมแมเหลกพารายงยวด (Superparamagnetic

Magnetic Field (gauss)

Mag

netiz

ation

(emu

/g)

0

0

7 behavior) คอเมอไมมสนามแมเหลกจากภายนอกมากระท าโมเมนตแมเหลกภายในของอนภาคจะมการจดเรยงตวแบบสมท าใหวสดไมมสภาพความเปนแมเหลกตกคาง และเมอมสนามแมเหลกจากภายนอกมากระท าโมเมนตแมเหลกภายในของแตละอนภาคจะมการหมน และจดเรยงตวใหมตามทศของสนามแมเหลกจากภายนอก (Dunlop, D. J. and Ö. Özdemir, 1997; Liong, S., 2005) การจดวางตวของโมเมนตแมเหลกจะขนอยกบความแรงของสนามแมเหลกจากภายนอก และเมอน าสนามแมเหลกจากภายนอกออกโมเมนตแมเหลกจะกลบมาจดเรยงตวแบบสมไดอกครง เมอน ามาเขยนกราฟความสมพนธระหวางความแรงของสนามแมเหลกจากภายนอกกบคาแมกนไทเซชน (Magnetization, M) จะมลกษณะดงภาพประกอบ 1-3 วสดทมสมบตแมเหลกพารายงยวดนจะตางจากวสดพาราแมกเนตก (Paramagnetic) คอวสดในกลมนจะมคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก (Magnetic Susceptibility) สง และสามารถหาคาแมกนไทเซชนอมตว (Saturation Magnetization; Ms) ได

1.2.3 กระบวนการสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดในสภาวะสารสะลาย

กระบวนการสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดในสภาวะสารละลายนนจะมกระบวนการส าคญทเกดขนในระหวางการเกดอนภาค 3 แบบ ดงแสดงในภาพประกอบ 1-4 แบบทหนงดงแสดงในเสนโคงทⅠคออนภาคมการเกดนวเคลยสผลก (Nucleation) เกดเปนนวเคลยสขนาดใกลเคยงกน และเกดการเพมขนาด (Growth) ทสม าเสมอดวยกระบวนการแพร แบบทสองดงแสดงในเสนโคงทⅡอนภาคจะมการเกดนวเคลยสผลกเชนเดยวกบแบบทหนง แตอนภาคจะมการเพมขนาดดวยกระบวนการรวมตวกนของอนภาคเรมตน และแบบทสามดงแสดงในเสนโคงท Ⅲอนภาคจะมการเกดนวเคลยสผลกเปนนวเคลยสทมขนาดแตกตางกน และเกดการเพมขนาดดวยกระบวนการรวมตวของอนภาคเรมตนทมขนาดแตกตางกนท าใหไดอนภาคทมขนาดไมสม าเสมอ (Polydisperse) (Tartaj, P. et al., 2003)

โดยกระบวนการเกดของอนภาคจะเกดขนไดกตอเมอความเขมขนของสารละลายมากเกนกวาระดบวกฤตคาหนงของสารละลายอมตว (Supersaturation) กระบวนการเกดอนภาคทง 3 กระบวนการดงกลาวมาแลวขางตน ไดถกน ามาใชเพอการสงเคราะหอนภาคโลหะออกไซดในสภาวะสารละลาย เชน กระบวนการตกตะกอนรวม กระบวนการแตกสลายโดยใชอณหภมสง และกระบวนการไมโครอมลชน เปนตน

8

ภาพประกอบ 1-4 กระบวนการเกดเปนอนภาค (Tartaj, P. et al., 2003)

1. กระบวนการตกตะกอนรวม (Co-precipitation )

กระบวนการตกตะกอนรวมเปนกระบวนการทมขนตอนการเตรยมอนภาคทสะดวก และประหยดคาใชจาย ตวอยางวธการสงเคราะหอนภาคดวยกระบวนการน เชน อนภาคเหลกออกไซดทเกดจากการผสมระหวางสารประกอบเกลอเฟอรรส (Fe2+) และเกลอเฟอรรก (Fe3+) ทมอตราสวนทางเคมเปน 1 : 2 ในตวกลางทเปนของเหลวซงมสมการเคมของการเกดอนภาคดงแสดงในสมการท 1 (Gupta, A. K. and M. Gupta, 2005; Hosono, T. et al., 2009; Sahoo, Y. et al., 2005; Wu, S. et al., 2011; นชรย ชมเชย และคณะ, 2552)

Fe2+ + 2Fe3+ + 8OH- Fe3O4 + 4H2O (1)

ตามกระบวนการทางอณหพลศาสตร (thermodynamics) ของปฏกรยานจะท าใหเกดอนภาคแมกนไทต (Fe3O4) โดย pH ทเหมาะสมของสารละลายควรอยในชวง 8 – 14 ภายใตสภาวะทไมมออกซเจน (Jolivet, J.-P. et al., 2004) อยางไรกตามอนภาคแมกนไทตสามารถเกดปฏกรยาออกซเดชนไดงายในสภาวะทมกาซออกซเจนจะเกดเปนอนภาคแมกฮไมต (γ-Fe2O3) ได (Kim, D. K. et al., 2003) ดงแสดงในสมการท 2

Fe3O4 + 2H+ Fe2O3 + Fe2+ + H2O (2)

ขอดของกระบวนการนคอ สามารถเตรยมอนภาคนาโนไดในปรมาณมาก โดยใชเวลานอยแตมขอจ ากดคอควบคมการกระจายขนาดของอนภาคไดยาก เนองจากตองอาศยเพยงปจจย

9 ทางจลศาสตร (Kinetics) เทานนทจะใชในการควบคมการขยายตวของผลก ในกระบวนการตกตะกอนรวมมกระบวนการเกดอนภาคทเกยวของ 2 กระบวนการ ซงประกอบดวยกระบวนการเกดนวเคลยสผลกเมอสารละลายถงสภาวะอมตวจากนนนวเคลยสจะคอย ๆ ขยายออกอยางชา ๆ โดยกระบวนการแพรของตวถกละลายไปยงบรเวณพนผวของผลก ขนาดและรปรางของอนภาคสามารถเปลยนแปลงไดโดยขนอยกบปจจยตาง ๆ เชน ความเปนกรด-เบสของสารละลาย อณหภมทใชในการท าปฏกรยา ธรรมชาตของเกลอ (เปอรคลอเรต คลอไรด ซลเฟต หรอ ไนเตรต) และอตราสวนความเขมขนระหวาง Fe2+/Fe 3+ (Mohapatra, M. and S. Anand, 2010) เปนตน

2. กระบวนการแตกสลายตวทอณหภมสง (High-temperature decomposition)

กระบวนการนจะใชสารตงตนเปนโลหะอนทรย (Organometallic) ท าปฏกรยากบสารประกอบโลหะประเภทอะซตลอะซโตเนต (Acetylacetonate) (ตวอยางเชน Fe3+ , Mn3+, Co2+, Ni2+, Zn2+) (Lu, A. H. et al., 2007; Mohapatra, M. and S. Anand, 2010) จากนนจะเตมสารลดแรงตงผว เชน กรดโอเลอก เฮกเซนไซยามน เปนตน สารตงตนเหลานจะถกน ามาท าใหอณหภมสงพอทจะท าให Organometallic แตกตว ซงจะใชอณหภมประมาณ 200 – 340 OC ขนอยกบชนดของสารตงตนทใช จะเหนไดวาการสงเคราะหดวยกระบวนการนจะใชอณหภมสงกวาการสงเคราะหดวยกระบวนการตกตะกอนรวม (Lu, A. H. et al., 2007) ขนาดและลกษณะทางสณฐานวทยา (Morphology) ของอนภาคขนอยกบหลายปจจย เชน เวลา อณหภมในการท าปฏกรยา ความเขมขน อตราสวนของสารเคมทใชท าปฏกรยา ธรรมชาตของตวท าละลาย สารตงตนเหลก และความแขงแรงของการเกดสารเชงซอนระหวางสารลดแรงตงผวกบพนผวของอนภาค เปนตน

อนภาคทเตรยมดวยวธนจะมสมบตความไมชอบน า (Hydrophobic) เนองมาจากเปนอนภาคถกเคลอบดวยกรดโอเลอกซงเปนสารประกอบไฮโดรคารบอน แตขนาดอนภาคทไดจากกระบวนการนจะมการกระจายขนาดของอนภาค (Size distribution) ทแคบกวากระบวนการตกตะกอนรวม

3. กระบวนการไมโครอมลชน (Microemulsion)

กระบวนการไมโครอมลชนเปนกระบวนการสงเคราะหอนภาคทใชตวท าปฏกรยาคลายคลงกบกระบวนการตกตะกอนรวม แตจะใชสารตงตนในปรมาณทมากกวากระบวนการตกตะกอนรวม และกระบวนการนจะสงเคราะหในสารละลายทเปนของเหลว 2 ชนด ทไมผสมกน เชน น าและน ามน จากนนจะเตมสารลดแรงตงผว (Surfactant) เพอท าใหเกดไมเซลล (Micelle)

10 ขนาดประมาณ 1 – 50 นาโนเมตร ระหวางตวกลางทงสองชนด (Lu, A. H. et al., 2007; Tartaj, P. et al., 2005) เนองจากสารลดแรงตงผวมทงสวนทแสดงความชอบน า (Hydrophilic) และไมชอบน า (Hydrophobic) ดงนนสารลดแรงตงผวจะมการจดเรยงตวเปนโครงสรางได 3 แบบ คอ แบบทรงกลม (Sphere) แบบทรงกระบอก (Cylinder) หรอ แบบสองชน (Bilayer) ดงนนเมอสารตงตนทงสองชนดท าปฏกรยากนภายในไมเซลลขนาดเลกกจะท าใหตะกอนทเกดขนมขนาดเลกตามไปดวย (Mohapatra, M. and S. Anand, 2010) ส าหรบการควบคมปรมาณของน ามนจะขนอยกบชนดของตวท าละลาย และความเขมขนของสารลดแรงตงผวในสารละลายซงสารบางชนดสามารถท าใหเกดการเปลยนแปลงโครงสรางของอนภาครวมถงขนาดของอนภาคดวย กระบวนการนสามารถท าไดงายแตขนาดอนภาคทไดจะควบคมไดยาก

โดยทวไปอนภาคเหลกออกไซดบรสทธทสงเคราะหขนเมอทงไวจะมแนวโนมจบตวกนเปนกอนรวมกลมเปนตะกอนขนาดใหญ (Aggregation) ความเสถยรของอนภาคในสภาวะสมดลเกดขนไดเนองจากแรงดงดด (Attractive) และแรงทผลกกน (Repulsive) ระหวางอนภาคส าหรบอนภาคแมเหลกจะมแรงยดเหนยวระหวางอนภาคประกอบดวยแรงวลเดอรวาวล (Van der waals) ซงเปนแรงยดเหนยวระหวางโมเลกลแบบออน ๆ แรงผลกดนจากประจไฟฟา (Electrostatic repulsive) เปนแรงทเกดจากประจลอมรอบอนภาคซงอาจจะเกดจากการเตมเกลอลงไปในสารแขวนลอยนน แรงแมเหลกคควบ (Magnetic dipolar) เปนแรงทเกดขนระหวางสองอนภาคซงแรงกระท านจะเหนยวน าท าใหเกดอนตรกรยาทไมขนกบทศทางระหวางอนภาค และแรงผลกกนของหมเกะกะ (Steric repulsion) ซงเกดจากโมเลกลทเคลอบอยบนพนผวของอนภาค ดงนนการท าใหอนภาคเกดการเสถยร และสามารถกระจายในน าไดจะใชการเพมแรงผลกกนของหมเกะกะโดยการเคลอบดวยพอลเมอร เชน เดกซทราน หรอ พอลไวนล การเคลอบดวยวสดอนนทรย เชน ซลกา หรอ ทอง การเคลอบดวยวสดอนทรย เชน หมคารบอกซล หมฟอสเฟต และเคลอบดวยโมเลกลทางชววทยา เชน ลมโซโซม หรอ เพปไทด เปนตน (Lu, A. H. et al., 2007; Tomitaka, A. et al., 2011)

1.2.4 กระบวนการเกดความรอนของอนภาคแมเหลกระดบนาโน (Heating processes)

การเกดความรอนของอนภาคเหลกออกไซด เมออยในสนามแมเหลกสลบ (Alternating magnetic field) จะเกดจากการสญเสยสภาพแมเหลกซงเปนผลมาจากการกลบทศของอนภาค โดยอนภาคเหลกออกไซดซงเกดจากการกอตวของโมเลกลแมเหลกขนาดเลกมากท าใหความสงของก าแพงพลงงาน หรอ Energy barrier มคานอยกวาพลงงานความรอนจากสงแวดลอมเปนผลใหทศทางของสปนแมเหลกมความผนผวนในลกษณะเดยวกบลกษณะของแมเหลกพาราจะ

11 เรยกสภาพนวา สภาพแมเหลกพารายงยวด (Superparamagnetic effect) ดงไดกลาวมาแลวขางตน ดงนนสามารถจะประมาณคา Energy barrier และพลงงานความรอนจากสงแวดลอมไดดงสมการท 1 และ 2 ตามล าดบ

(1)

(2)

เมอ Ebarrier คอความสงของก าแพงพลงงาน หรอ Energy barrier K คอ anisotropy constant V คอปรมาตรของอนภาค Ethermal คอพลงงานความรอนจากสงแวดลอม kb คอคาคงทของโบลทซมานน T คออณหภม (K)

เมอสปนแมเหลกมการกลบทศจะท าใหเกดการหนวงของคา เวลาผอนคลาย หรอ Relaxation time (Fannin, P. C., 1991; Fannin, P. C. and S. W. Charles, 1989) ซงประกอบดวยเวลาผอนคลายนล หรอ Nèel relaxation time เกดขนเนองจากผลกระทบของพลงงานความรอนจากสงแวดลอมท าใหทศสปนแมเหลกมความผนผวน คอ

√

( ⁄ )

√ ⁄

, ⁄ (3)

หรอ

,

⁄ (4)

เมอ คอ Nèel relaxation time คอมคาประมาณ 10-9 วนาท

12

และเวลาผอนคลายแบบบราวเนยน หรอ Brownian relaxation time เกดขนเนองจากการเคลอนทของอนภาคท าใหอนภาคเกดการหมน Brownian relaxation time ทเกดขนจะไมขนกบพารามเตอรทางแมเหลกแตจะขนกบพารามเตอรตาง ๆ เชน ความหนด (Viscosity; ) และปรมาตรทเคลอนทของอนภาค (Hydrodynamic volume; ) เชน เมออนภาคแมเหลกทมการปรบปรงพนผวใหตดกบแอนตบอด-แอนตเจน (Antibody-antigen) หรอประกอบดวย DNA ซงคานจะมผลตอการเปลยนแปลงของคา Brownian relaxation time (Mamiya, H. and B. Jeyadevan, 2011) นนคอ

(5)

เมอ คอ Brownian relaxation time k คอคา shape factor ซงจะเปลยนแปลงตามรปรางของอนภาค

ดงนนเมอตองการค านวณคา Relaxation time ของอนภาคจะค านวณไดจากคาเวลาผอนคลายประสทธผลของอนภาค (Effective relaxation time; τeff) นนคอ

(6)

ถาน าคาเวลาผอนคลายประสทธผลของอนภาคมาพจารณาพบวาเมอ จะไดวาคา ในทางตรงกนขามถา จะไดวาคา และจดวกฤตจะเกดเมอคา

จากกฎขอท 1 ของเทอรโมไดนามกสพลงงานภายในของระบบทมคาเทากบความรอนทเพมใหกบระบบลบดวยงานทกระท าโดยระบบนนคอ

(7)

เมอ คอพลงงานภายในระบบ คอความรอนทเพมขน คองานทกระท าโดยระบบของแมเหลก

13

ในกรณทระบบมผนงแบบ adiabatic คอผนงระบบทไมมการแลกเปลยนทงพลงงาน และมวลสารกบสงแวดลอมจะมคา และงานทกระท าโดยระบบของแมเหลกคอ (Hergt, R. et al., 2008; Krishnan, K. M., 2010; Laurent, S. et al., 2011; Rosensweig, R. E., 2002) ดงนน

(8)

เมอ คอความเขมสนามแมเหลก (A/m) B คอสนามแมเหลกเหนยวน า (T)

จาก (9)

เมอ คอ สภาพแมเหลก (A/m) คอ คาสภาพใหซมผานไดเชงแมเหลกของสญญากาศ (Permeability of free space )

มคาเทากบ (T.m/A) ดงนนเมอน าสมการท 9 ไปแทนในสมการท 8 แลวท าการ Cyclic integral จะได

∮ (10)

เมอใหสนามแมเหลกสลบกบอนภาคเหลกออกไซดจะท าใหสปนแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดเกดการกลบทศเนองจากสนาม (Reversal time) มคานอยกวาคาเวลาผอนคลายของอนภาค จะแสดงถงการเปลยนแปลงของงานทกระท าโดยระบบของแมเหลกเปนพลงงานภายในท าใหสนามแมเหลก (H) มเฟสน าแมกนไทเซชน (M) และสามารถเขยนคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก ( ) ในรปของจ านวนเชงซอนไดเปน

– (11)

เมอ

(12)

14 และ

(13)

เมอสนามแมเหลกทใหคอ

[ ] (14)

จะไดสภาพแมเหลกเปน

[ ] (15)

ดงนนเมอน าสมการท 14 และ 15 ไปแทนในสมการท 10 จะได

∫

⁄

(16)

ส าหรบอนภาคแมเหลกพารายงยวดทมการกระจายขนาดอยางสม าเสมอจะใหคาความสญเสยความรอนจ าเพาะ (Specific loss power ; SLP) ดงสมการ

(17)

ซงเปนผลจากสวนจนตภาพ (Imaginary part) ของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก ( ) อยางไรกตามกรณทอนภาคแมเหลกพารายงยวดทมการกระจายขนาดอยางไมสม าเสมอสามารถเขยนการกระจายตวแบบ Lognormal ไดเปน

√ (

( (

))

) (18)

เมอ คอรศมของอนภาค (m) คอคามธยฐานของรศมของอนภาค (m) คอสวนเบยงเบนมาตรฐานของ ln R

15

ดงนนจะไดปรมาณอตราการปลอยความรอนจากอนภาคแมเหลกพารายงยวดทมการกระจายขนาดอยางไมสม าเสมอคอ

∫

(19)

จากการพจารณาคาความสญเสยความรอนจ าเพาะ (Specific loss power; SLP) ของอนภาคแมเหลกพารายงยวดจะขนกบขนาด ความถ และการกระจายขนาดของอนภาค ถาอนภาคมการกระจายขนาดของอนภาคแคบจะใหคาความสญเสยความรอนจ าเพาะสงกวาอนภาคทมการกระจายขนาดของอนภาคกวาง

1.2.5 สภาพแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก (Anisotropy of Magnetic Susceptibility; AMS)

การไมเทากนในแตละทศทางของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกจะขนอยกบหลาย

สาเหต เชน ธรรมชาตของโครงสรางผลกแมเหลก (Magnetocrystalline) ซงเปนสมบตหนงของสารแมเหลก เกดจากสภาพเบยงเบนไปจากทรงกลมของรปรางอนภาค (Shape anisotropy) หรอเกดจากการวางตวของอนภาคทมลกษณะทรงกลมทไมสมบรณ ซงอาจจะมลกษณะทเปลยนแปลงไปในลกษณะของทรงกลมร (Ellipsoid) โดยขนาด และทศทางทตางกนของสภาพรบไวไดทางแมเหลกน สามารถทจะอธบายไดโดยการใชแบบจ าลองรปทรงกลมรดงภาพประกอบ 1-5 ภาพประกอบ 1-5 แบบจ าลองสภาพแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก

kmaximum

Y

kminimum

X

Z

kintermediate

16 แบบจ าลองนจะประกอบดวยคาสภาพรบไวไดใน 3 ทศทาง คอคาสภาพรบไวไดทมคามากทสด (kmax) คาสภาพรบไวไดทมคาปานกลาง (kint) และคาสภาพรบไวไดทมคานอยทสด (kmin) ซงจะเปนคา k1 , k2 และ k3 ตามล าดบ

คาสภาพรบไวไดทางแมเหลกจะขนอยกบแมกนไทเซชนเหนยวน า (Induced magnetization) ขนาด และทศทางของสนามแมเหลกภายนอกทใหซงสามารถอธบายไดดวย Second-order tensor แสดงดงสมการท 20 (Winkler, A. et al., 1997)

[

] [

] (20)

เมอ คอแมกนไทเซชนเหนยวน า (Induced magnetization) คอสนามแมเหลกภายนอก (External magnetic field)

คอเทนเซอรของสภาพรบไวไดทางแมเหลก (Magnetic susceptibility tensor)

ส าหรบคาพารามเตอรทใชในการพจารณาความเปน AMS ของอนภาค โดยทวไปจะประกอบดวยพารามเตอรตาง ๆ ดงตอไปน Foliation (F), Lineation (L), Anisotropy Degree (P), Shape factor (T), Eccentricity of the ellipsoid (E) และ Corrected anisotropy Degree (Pj) ซงคาพารามเตอรตาง ๆ สามารถค านวณไดจากสมการดงตอไปน (Jelinek, V., 1981; Tarling, D. and F. Hrouda, 1993; Winkler, A. et al., 1997)

(21)

(22)

(23)

(24)

17 หรอ

(25)

(26)

√{ [ ]} (27)

เมอ ; ;

√

ถา หรอ แสดงวาสภาพ AMS จะมลกษณะเปนทรงรแบบแบนขว

(Oblate shape or plate-like ellipsoid) หรอ แสดงวาสภาพ AMS จะมลกษณะเปนทรงรแบบยาวร

(Prolate shape or rod-like ellipsoid) (Jelinek, V., 1981; Tarling, D. and F. Hrouda, 1993)

1.3 วตถประสงค

งานวจยนเปนการศกษาการเตรยมอนภาคนาโนแมกนไทต (Fe3O4) ดวยวธการตกตะกอนรวมทอณหภมหอง และมการปรบปรงวธการสงเคราะหอนภาคเพอใหอนภาคทสงเคราะหไดมลกษณะทางสณฐานวทยาทเปลยนแปลงไป นอกจากนยงศกษาสมบตของอนภาคทสงเคราะหขนทงทางกายภาพ และทางแมเหลกเพอน ามาค านวณพารามเตอรตาง ๆ ทเกยวของกบการน ามาประยกตใชงานดานไฮเปอรเทอรเมยโดยงานวจยนจะมวตถประสงคในการศกษาแบงเปน 2 แนวทาง ไดแก

1) ศกษาการเตรยมอนภาคนาโนแมกนไทตดวยปฏกรยาตกตะกอนรวมทอณหภมหองใหมลกษณะทางสณฐานวทยาเปนลกษณะทเปลยนแปลงจากอนภาคทรงกลม

18

2) ศกษาสมบตเฉพาะทางแมเหลกของอนภาคทสงเคราะหขน เชน สมบตความเปนแมเหลก ขนาด และโครงสรางของอนภาค พรอมกบค านวณหาพารามเตอรตาง ๆ ทเกยวของกบการน าอนภาคทเตรยมไดไปประยกตใชในงานดานไฮเปอรเทอรเมย

บทท 2

วธการวจย

ในการวจยครงนจะแบงเปนออกเปนสองสวนทส าคญ คอสวนการสงเคราะหอนภาค และสวนของการศกษาสมบตของอนภาคโดยมขนตอนการด าเนนการวจยดงน ภาพประกอบ 2-1 ขนตอนการด าเนนการศกษาวจยโดยสรป

Literature Review

Experimental Design

Synthetic Particles

Sample MNP 1 Sample MNP 2 Sample MNP 3

Sample MNP 4 Sample MNP 5

Morphological Study Structure Study Magnetic Properties Study Hyperthermia Feasibility Study

Morphological Study Structure Study Magnetic Properties Study Hyperthermia Feasibility Study

Morphological Study Structure Study Magnetic Properties Study Hyperthermia Feasibility Study

19

20

2.1 วสดอปกรณ

วสดอปกรณทใชในการด าเนนการวจยในครงนไดแบงออกเปน 2 สวน ดงน

2.1.1 วสดและอปกรณส าหรบการสงเคราะหอนภาค

สารเคม 1) เฟอรรกคลอไรดเฮกซะไฮเดรต (Iron (III) chloride hexahydrate :

FeCl36H2O) ความบรสทธ 99 % ยหอ Ridel-deHaën 2) เฟอรรสคลอไรดเตตระไฮเดรต (Iron (II) chloride tatrahydrate : FeCl24H2O)

ความบรสทธ 99 % ยหอ BDH PROLABO 3) โซเดยมไฮดรอกไซด (Sodium hydroxide : NaOH) ความบรสทธ 97 % ยหอ

Lab-Scan อปกรณและเครองมอ

1) เครองชงทศนยม 3 และ 4 ต าแหนง รน PL303 และ รน AB204S ตามล าดบ ยหอ Mettler

2) น ากลน (Distilled Water) 3) ชดจบ-ยดอปกรณ (Stand Clamp) 4) เครองกวนผสมสาร 5) เครองวดความเปนกรดเบส (pH-Meter) รน 713 ยหอ Metrohm 6) กระดาษกรอง Whatman เบอร 42 7) กระดาษกรองใยแกว Whatman GF-F 8) กรวยกรองบคเนอร (Buchner funnel) 9) ถวยกรอง (Gooch crucible) 10) ชดกรอง (Suction Pump) 11) ตอบความรอน (Drying oven) รน 200 ยหอ Memmert 12) ครกบดสารท าดวยอะลมนา 13) เครองจายไฟกระแสตรง (DC power supply) ยหอ GW instek รน GPR

1810HD ประเทศไตหวน

21

14) เครองจายไฟ (Power supply) รน 79551 ยหอ CENCO 15) เครอง Electromagnet รน 79641-002 ยหอ CENCO 16) อปกรณทจ าเปนอน ๆ เชน ชอนตกสาร กระดาษชงสาร บกเกอร กระบอกตวง

กระบอกฉดยา ขวดวดปรมาตร แทงแกวคน เปนตน

2.1.2 วสดอปกรณส าหรบการศกษาสมบตของอนภาค

ศกษาลกษณะทางสณฐานวทยาและโครงสราง 1) เครองเอกซเรยดฟแฟรกชน (Powder X-Ray Diffractometer : XRD) รน

D/Max-RA ยหอ Rigaku ประเทศญปน 2) กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (Transmission Electron

Microscopy : TEM รน JEM 2010 ยหอ JEOL

ศกษาดานสมบตความเปนแมเหลก 1) ทอน าพวซ ขนาดเสนผานศนยกลาง 2.5 เซนตเมตร 2) ปนปลาสเตอร 3) หลอดดดน า ขนาดเสนผานศนยกลาง 0.5 เซนตเมตร 4) ปายสตกเกอร 5) เทปใส 6) ชดเหนยวน าอ านาจแมเหลก ประกอบดวยเครอง Electromagnet รน 79641-

002 ยหอ CENCO Power supply รน 79551 ยหอ CENCO 7) เครองวดสภาพรบไวไดทางแมเหลก Spinning Specimen Magnetic

Susceptibility Anisotropy รน KLY-3 Kappabridge ยหอ AGICO ประเทศสาธารณรฐเชก

8) เครองจายไฟฟากระแสตรง (DC power supply) รน GPR-1810HD ยหอ GW instek ประเทศไตหวน

9) เครอง Vibrating Sample Magnetometer (VSM) รน 7400 ยหอ Lakeshore ประเทศสหรฐอเมรกา

22

2.1.3 อปกรณอน ๆ ทใชรวมในการวจย

1) เครองไมโครคอมพวเตอร 2) โปรแกรมคอมพวเตอรทน ามาใชในการวเคราะหขอมลและแปลผลขอมล

ประกอบดวย 2.1) โปรแกรม Microsoft Excel 2010 และโปรแกรม gnuplot 4.4.2 ส าหรบ

เขยนกราฟ และวเคราะหขอมล 2.2) โปรแกรม Susam ส าหรบวดคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกของตวอยาง 2.3) โปรแกรม Anisoft 4.2 ส าหรบวดคาและวเคราะหขอมลแอนไอโซทรอ-

ปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกของตวอยาง 2.4) โปรแกรม ImageJ ส าหรบใชในการวเคราะหภาพถาย TEM 2.5) โปรแกรม RockMag Analyser version 1.0 ใชส าหรบการวเคราะห

ขอมลฮสเทอรซสเชงแมเหลก

2.2 วธด าเนนการวจย

การด าเนนการวจยไดแบงออกเปนขนตอนตาง ๆ ดงน

2.2.1 การสงเคราะหอนภาค

ในงานวจยนจะเลอกสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดโดยการประยกตจากวธการตกตะกอนรวม (Co-precipitation method) ของสารละลาย Fe2+ กบ Fe3+ ดวยอตราสวน Fe2+: Fe3+ เทากบ 1 : 2 ซงจะใชเฟอรรกคลอไรดเฮกซะไฮเดรต (FeCl36H2O) และเฟอรรสคลอไรดเตตระไฮเดรต (FeCl24H2O) เปนสารตงตนท าปฏกรยารวมกนในน ากลนและปรบปรมาตรสารละลายเปน 10 มลลลตร ตกตะกอนในสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซดเขมขน 2.5 โมลาร โดยมขนตอนการเตรยมดงน

1) ผสมสารระหวางสารละลายเฟอรรสคลอไรดเตตระไฮเดรต (FeCl24H2O) 0.0596 กรม (0.3 มลลโมล) และเฟอรรกคลอไรดเฮกซะไฮเดรต (FeCl36H2O) 0.1622 กรม (0.6 มลลโมล) ในน ากลน 10 มลลลตร วดคาความเปนกรด-เบส (pH) ของสารละลาย

23

2) เตรยมสารละลาย NaOH ความเขมขน 2.5 โมลาร โดยชง NaOH 0.1000 กรม ปรบปรมาตรสารละลายเปน 1 มลลลตร โดยน ากลน

3) น าสารละลายทเตรยมไดจากขอท 1 วางในบรเวณควบคมสนามแมเหลกดวยเครอง Electromagnet ดงภาพประกอบ 2-2 ทอณหภมหองแบงเปน 5 ตวอยางดงน ตวอยาง MNP 1 ไมใหสนามแมเหลก ตวอยาง MNP 2 ควบคมสนามแมเหลกคงทความเขม 100 มลลเทสลา ตวอยาง MNP 3 ควบคมสนามแมเหลกคงทความเขม 200 มลลเทสลา ตวอยาง MNP 4 ควบคมสนามแมเหลกสลบความเขม 2.5 มลลเทสลา ตวอยาง MNP 5 ควบคมสนามแมเหลกสลบความเขม 4.5 มลลเทสลา

4) หยดสารละลาย NaOH ความเขมขน 2.5 โมลาร ปรมาตร 1 มลลลตร ลงในสารละลายในขอท 3 ดวยอตราการหยด 1 มลลลตรตอนาท คนสารละลายอยางสม าเสมอดวยมอเตอรกวนผสมสารพรอมวดคา pH ของสารละลาย

5) ตงสารละลายทงไวทอณหภมหอง เพอใหเกดตะกอนอยางสมบรณประมาณ 30 นาท

ภาพประกอบ 2-2 ชดการสงเคราะหอนภาคและชดควบสนามแมเหลกประกอบดวยเครอง Electromagnet รน 79641-002 ยหอ CENCO Power supply รน 79551 ยหอ CENCO

24

ขนตอนสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดโดยวธตกตะกอนรวมสรปไดดงสมการตอไปน

FeCl2 + 2FeCl3 + 8NaOH Fe3O4 + 8NaCl + 4H2O

และสามารถสรปวธการสงเคราะหอนภาคไดดงภาพประกอบ 2-3 ภาพประกอบ 2-3 ขนตอนสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดโดยวธตกตะกอนรวม

2.2.2 การเตรยมตวอยาง ประกอบดวย

การเตรยมตวอยางเพอศกษาลกษณะทางสณฐานวทยาและโครงสราง 1. น าตวอยางทไดจากขนตอนการสงเคราะหอนภาคซงตวอยางทไดมานนจะม

ลกษณะเปนสารละลายทมตะกอนตกอยดานลางกรองตะกอนทไดดวยกระดาษกรอง Whatman เบอร 42 ลางตะกอนดวยน ากลนหลาย ๆ ครง เพอก าจดไอออนทไมตองการออกจากตะกอน

หยด 2.5M NaOH ปรมาตร 1 ml ทอณหภมหอง

ตงทงไวทอณหภมหอง 30 นาท

ละลาย FeCl24H2O 0.3 มลลโมล และ FeCl36H2O 0.6 มลลโมล ในน ากลน 10 มลลลตร

สารละลายใส สแดงอฐ

คอลลอยดสด า

ตะกอนสด า

ควบคมสนามแมเหลก

25

2. น าตะกอนไปอบทอณหภม 80 oC เปนเวลา 3 ชวโมง บนทกน าหนกสารหลงอบ

3. น าสารภายหลงการอบมาบดใหละเอยดเพอไมใหสารเกาะกนจะไดเปนผงตะกอนดงภาพประกอบ 2-4 เพอใชในการศกษาลกษณะทางสณฐานวทยาและโครงสรางดวยเครอง XRD และ TEM

ภาพประกอบ 2-4 สารละลายทมตะกอนอนภาคและผงตะกอนภายหลงการอบ

การเตรยมตวอยางเพอศกษาดานสมบตความเปนแมเหลก 1. น าตวอยางทไดจากขนตอนการเตรยมตวอยางเพอศกษาลกษณะทางสณฐาน

วทยา และโครงสรางซงตวอยางทไดมานนจะมลกษณะเปนผงตะกอนตกมา 0.05 กรม (ภาพประกอบ 2-5 A)

2. ตดหลอดดดน าซงมเสนผานศนยกลาง 0.5 เซนตเมตร ยาว 0.47 เซนตเมตร 3. น าตวอยางทไดมาในขอท 1 ผสมกบปนปลาสเตอร(ภาพประกอบ 2-5 B)

และน าในสดสวนทพอเหมาะแลวเทลงในหลอดดดน าทเตรยมไวใหเตม น าไปวางบรเวณทควบคมสนามแมเหลกคงทความเขม 200 มลลเทสลา เพอเหนยวน าทศทางแมกนไทเซชนของอนภาค (ภาพประกอบ 2-6) ในระหวางรอใหปนปลาสเตอรแขงตว

4. น าตวอยางทแขงตวเรยบรอยแลวมาศกษาสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกดวยเครอง VSM

5. ทอน าพวซซงมขนาดเสนผานศนยกลาง 2.5 เซนตเมตร ยาว 2.3 เซนตเมตร ใหเทากบตวอยางมาตรฐานทอน าพวซตามดานยาวของทอเพอแบงทอออกเปน 2 สวนเทา ๆ กน

26

6. ตดแผนฟอยลเปนแผนสเหลยมใหมขนาดใหญกวาขนาดของทอเลกนอยแลวน ามาหอชนตวอยางใหแนบสนทกบชนตวอยางพอด น าแผนฟอยลทหอชนตวอยางแลวมากนระหวางทอพลาสตกทงสองสวนใหชนตวอยางอยระหวางกลาง

7. ผสมปนปลาสเตอร กบน าแลวเทลงในทอพลาสตกทงสองดานจนเตมแผนฟอยลจะเปนตวแบงใหปนปลาสเตอร แยกเปนสองดานตงทงไวใหปนปลาสเตอร แหงน าแผนฟอยลออกจะไดแบบส าหรบใสตวอยางเพอวดคาแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก (ภาพประกอบ 2-5 C)

ภาพประกอบ 2-5 การเตรยมตวอยางและแบบส าหรบใสตวอยางเพอใชในการวดสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกดวยเครอง VSM และเพอวดคาแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก

ภาพประกอบ 2-6 ชดเหนยวน าอ านาจแมเหลก Electromagnet รน 79641-002 ยหอ CENCO

Power supply รน 79551 ยหอ CENCO

A

B

C

27

2.2.3 การศกษาลกษณะทางสณฐานวทยาและโครงสราง

2.2.3.1 ส และสถานะของสาร

ส และลกษณะของอนภาคจะใชการวเคราะหโดยการสงเกต

2.2.3.2 การวเคราะหลกษณะและขนาดของอนภาค

ภาพประกอบ 2-7 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (TEM) รน JEM-2010 ยหอ JEOL

ตงอยทศนยเครองมอวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร

การวเคราะหลกษณะรปราง และขนาดของอนภาคจะใชวธการวเคราะหดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (Transmission Electron Microscopy : TEM) รน JEM-2010 ยหอ JEOL เปนกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผานทมความแยกชดของ lattice image ในระดบ 0.14 นาโนเมตร ความตางศกยไฟฟาเรงอเลกตรอนสงทสดทากบ 200 กโลโวลต โดยงานวจยในครงนจะใชกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (TEM) ทตงอยทศนยเครองมอวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร จงหวดสงขลา (ภาพประกอบ 2-7) เพอใหทราบผลทางสณฐานวทยา

28 ของแตละอนภาค หลกการท างานของเครอง TEM จะประกอบดวยแหลงก าเนดอเลกตรอน (Electron gun) ซงท าหนาทผลตอเลกตรอนเพอน ามาใชในระบบ โดยกลมอเลกตรอนทไดจากแหลงก าเนดจะถกเรงดวยสนามไฟฟาใหผาน Condenser lens เพอรวมแสงใหตกกระทบมายงตวอยางทเปนแผนบาง ๆ ล าอเลกตรอนจะผานตวอยางไปยง Objective lens และ Intermediate lens ซงท าหนาทในการขยายภาพ จากนนภาพจะถกขยายตอโดย Projector lens และฉายภาพขยายลงบนฉากเรองแสง (Screen) หรอแผนฟลม เครอง TEM จะเหมาะส าหรบศกษารายละเอยดขององคประกอบภายในของตวอยางทตองการศกษา และลกษณะทางสณฐานวทยาของอนภาคทสงเคราะหขน

2.2.3.3 การวเคราะหลกษณะโครงสรางของอนภาค

การวเคราะหลกษณะโครงสรางผลกของอนภาคโดยใชเครองเอกซ เรยดฟแฟรกชน (Powder X-Ray Diffractometer : XRD) รน X'Pert MPD ยหอ Philips ประเทศญปน และใชเปาทองแดง (Cu, K1 ) เปนแหลงก าเนดรงสเอกซใหรงสเอกซความยาวคลน 1.5405 องสตรอม ใชความตางศกยระหวางขวแคโทด และเปาทองแดงในการก าเนดรงสเอกซเทากบ 50 กโลโวลต ใชกระแสเทากบ 300 มลลแอมแปร โดยท าการวดมม 2 ในชวง 15 – 80 องศา ความละเอยดในการวดรงสเอกซของการหมนวสดตวอยางคอ เทากบ 0.02 องศา โดยในงานวจยนใชเครองทตงอยทศนยเครองมอวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร จงหวดสงขลา (ภาพประกอบ 2-8) เพอใหเหนถงรปแบบการเลยวแบนรงสเอกซ (X-ray spectra) ของอนภาค หลกการท างานของเครอง XRD จะประกอบดวยรงสเอกซทถกสรางขนภายในหลอดสญญากาศโดยใหกระแสไฟฟากบเสนลวดฟลา-เมนท (Filament) ทอยภายในหลอดก าเนดรงสเอกซซงจะท าใหเสนลวดรอนขน และกอใหเกดการปลดปลอยอเลกตรอนออกจากเสนลวด อเลกตรอนเหลานจะถกเรงดวยความตางศกยสง ท าใหเคลอนทดวยความเรวสงเขาชนขวแอโนด ซงโดยทวไปท าจากโลหะทองแดง อเลกตรอนทพงเขาชนจะท าใหวงในสด (K-shell) ของอะตอมทองแดงหลดออกไปจงเกดเปนชองวางขน เปนผลใหอเลกตรอนวงนอกทอยถดมา (L- และ M-shell) เกดการเปลยนระดบพลงงานลงมาแทนทชองวางนน โดยการคายรงสเอกซออกมา รงสเอกซทคายออกมาจะผานออกจากหลอดก าเนดรงสเอกซไปยงสารตวอยาง และรงสเอกซทเลยวเบนออกจากสารตวอยางจะถกตรวจจบดวยอปกรณตรวจจบรงสเอกซ (Detector)

29

ภาพประกอบ 2-8 เครองเอกซเรยดฟแฟรกชน (XRD) รน X'Pert MPD ยหอ Philips ตงอยทศนยเครองมอวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร

ภาพประกอบ 2-9 กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (TEM รน JEM-2010 ยหอ JEOL

ต งอย ท ศนยบ รการวทยาศาสตร และ เทคโนโลย คณะวทยาศาสต ร มหาวทยาลยเชยงใหม

30

การวเคราะหลกษณะโครงสรางผลกของอนภาคดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (Transmission Electron Microscopy : TEM) รน JEM-2010 ยหอ JEOL เปนกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผานทสามารถหมนเอยงชนงานเพอศกษาแบบรปการเลยวเบนของอเลกตรอนไดในชวงกวางถง 80 องศา ขนาดของล าอเลกตรอนสามารถปรบเปลยนไดในชวง 1.5 – 35 นาโนเมตร และปรบเปลยนมมสอบ (Convergent angle) ไดในชวง 1.5 – 20 mrad ตดตงพรอมกบ Energy-dispersive X-ray microanalyser ส าหรบวเคราะหสวนประกอบเคมในระดบจลภาค โดยในงานวจยนใชเครองทตงอยทศนยบรการวทยาศาสตรและเทคโนโลย คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม (ศวท-มช.) จงหวดเชยงใหม (ภาพประกอบ 2-9) เพอใหเหนถง Selected Area Electron Diffraction (SAED) pattern ของอนภาค

2.2.3.4 การวเคราะหสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลก

ภาพประกอบ 2-10 เครอง Vibrating Sample Magnetometer (VSM) ตงอยทภาควชาฟสกส คณะ

วทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร

การศกษาสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกโดยใชเครองแมกนโตมเตอรแบบสนตวอยาง (Vibrating Sample Magnetometer : VSM) ทอาศยหลกการเหนยวน าทางแมเหลกซงสารตวอยางทถกแมกนไตซจะสรางฟลกซแมเหลกตดผานขดลวดดวยวธการสนตวอยางในบรเวณใกล ๆ กบขดลวดตรวจวดเพอท าใหเกดความตางศกยไฟฟา ซงผลทไดจากการวดดวยเทคนคนจะแสดง

31 ในรปความสมพนธระหวางคาโมเมนตแมเหลก (Magnetic moment) กบสนามแมเหลกทใหเขาไป (Applied field) โดยงานวจยในครงนจะควบคมคาสนามแมเหลกภายนอกใหกบสารตวอยางสงสดท H = 8 กโลเกาส ท าการวดทอณหภมหอง และในงานวจยนใชเครอง VSM ทตงอยทภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยเกษตรศาสตร (ภาพประกอบ 2-10)

2.2.3.5 การวดคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก

การวดคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก (Magnetic susceptibility) ของอนภาคตวอยางดวยเครอง Spinning Specimen Magnetic Susceptibility Anisotropy Meter รน KLY-3S Kappabridge ผลตโดยบรษท AGICO INC ประเทศสาธารณรฐเชก

ภาพประกอบ 2-11 เครองวดสภาพรบไวไดทางแมเหลกชนดสนามต า Kappabridge

มความไวในระดบ 10-8 SI ความถกตอง 3 % ตวเครองใชความถ 875 เฮรตซ เครองมอจะประกอบดวยตวเครอง อปกรณตวจายพลงงานไฟฟาใหกบเครองวด และสวนทเปนภาชนะส าหรบวางตวอยางทใชในการวด (Holder) เพอท าการวดคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก อาศยหลกการวดดวยระบบวงจรบรดจเชอมตอกบเครองคอมพวเตอรประมวลผลโดยใชโปรแกรม SUSAM โดยชนตวอยางบรรจใน Holder ทท าขนใหมขนาดพอดกบอปกรณส าหรบวด ในงานวจย

32 นใชเครองทตงอยทภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร จงหวดสงขลา (ภาพประกอบ 2-11)

2.2.3.6 การศกษาสภาพแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก

การวดคาสภาพแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกของอนภาค (Anisotropy of magnetic susceptibility; AMS) จะใชเครอง Spinning Specimen Magnetic Susceptibility Anisotropy Meter เชนเดยวกบการวดคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกใชงานโดยการเชอมตอกบเครองคอมพวเตอร และประมวลผลโดยใชโปรแกรม SUSAM ซงมขนตอนดงน

1) กอนเรมท าการวดใหเปดเครองทงไวอยางนอย 30 นาท เพอใหเครองมอมความเสถยรภาพ

2) เปดโปรแกรม SUSAM และท าการปรบเทยบ Holder โดยการวด 3 ครง 3) ท าการวดโดยเลอกการวดแบบ 15 ทศทาง จากนนใสตวอยางใน Holder โดย

ใหทศทางแมกนไทเซชนของอนภาคบนชนตวอยางชไปตามทศทางตาง ๆ คอ ทศทางในแนวแกน X แกน Y แกน Z จนครบทง 15 ทศทาง

4) จากนนเครองมอจะท าการประมวลผลคาพารามเตอรแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก

บทท 3

ผลการศกษาและการอภปรายผล วตถประสงคหลกของการท าวจยในครงนคอเพอพฒนาศกยภาพของอนภาคเหลก

ออกไซดระดบนาโนโดยจะท าการสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดระดบนาโนใหอนภาคมลกษณะเปลยนแปลงไปจากอนภาคทรงกลมเพอเพมคา Shape Anisotropy ของอนภาคใหมคามากยงขน แนวทางในการสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดจะใชวธการปรบปรงวธสงเคราะหแบบตกตะกอนรวม (Co-precipitation method) โดยปกตการสงเคราะหดวยวธการนจะใหอนภาคทมลกษณะกลมจงท าใหอนภาคมคา Shape Anisotropy ต า ดงนนจงมการปรบปรงวธการสงเคราะหใหอนภาคทสงเคราะหไดมลกษณะเปนแทงซงจะมคา Shape Anisotropy ทสงกวาจากนนจะท าการวเคราะหอนภาคทสงเคราะหขนเพอทดสอบสมบตของอนภาค โดยจะท าการศกษาขอมลในหลาย ๆ ดาน เชน การวเคราะห TEM, XRD, VSM และศกษาคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก ซงจะท าใหเขาใจในสมบตดานตาง ๆ ของอนภาค เชน ขนาด รปราง องคประกอบทางเคม และสมบตความเปนแมเหลกของอนภาค

ผลการศกษา และการอภปรายผลการศกษาการสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซด ซงมแนวทางในการสงเคราะหยอย 3 แนวทาง ดงน 1. การสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดดวยวธการตกตะกอนรวมทอณหภมหองโดย

วธการปกต (ตวอยาง MNP 1) 2. การสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดดวยวธการตกตะกอนรวมทอณหภมหองโดย

ปรบปรงวธการสงเคราะหดวยการใหสนามแมเหลกคงทในขณะทอนภาคตกตะกอนควบคมความเขมสนามแมเหลก 100 มลลเทสลา (ตวอยาง MNP 2)

ควบคมความเขมสนามแมเหลก 200 มลลเทสลา (ตวอยาง MNP 3) 3. การสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดดวยวธการตกตะกอนรวมทอณหภมหองโดย

ปรบปรงวธการสงเคราะหดวยการใหสนามแมเหลกสลบในขณะทอนภาคตกตะกอนควบคมความเขมสนามแมเหลก 2.5 มลลเทสลา (ตวอยาง MNP 4)

ควบคมความเขมสนามแมเหลก 4.5 มลลเทสลา (ตวอยาง MNP 5) 33

34 จากผลการทดลองไดแบงการรายงานผลออกเปน 3 แนวทาง ดงน

1. การศกษาสมบตของอนภาคทสงเคราะหขนทงทางดานสณฐานวทยาและทางดานโครงสราง

2. การศกษาสมบตของอนภาคทสงเคราะหขนทางดานแมเหลก 3. การค านวณสมบตของอนภาคทสงเคราะหขนเพอน ามาพจารณาความเหมาะสมใน

การน ามาประยกตใชในงานดานไฮเปอรเทอรเมย

3.1 ผลการศกษาลกษณะทางสณฐานวทยาและโครงสราง

3.1.1 ลกษณะทางสณฐานวทยา

อนภาคทสงเคราะหดวยวธการตกตะกอนรวมทอณหภมหองตวอยาง MNP 1, MNP 2, MNP 3, MNP 4 และ MNP 5 ซงทง 5 ตวอยาง มขนตอนการสงเคราะหทแตกตางกน จากการสงเกตพบวาอนภาคทสงเคราะหขนทกตวอยางจะมลกษณะเปนตะกอน สตะกอนเปนสด าเขม ซงเปนสของอนภาคแมกนไทต ดงแสดงในภาพประกอบ 3-1 จากผลการทดลองนซงเปนการศกษาขนตนถงผลของการปรบปรงวธการสงเคราะหดวยวธการตกตะกอนรวมทอณหภมหองโดยการใหสนามแมเหลกคงท และการใหสนามแมเหลกสลบบงชไดวาการปรบปรงวธการสงเคราะหไมสงผลตอส และสถานะของอนภาคเนองจากอนภาคตวอยางทกตวอยางมส และสถานะของอนภาคทมลกษณะใกลเคยงกน ภาพประกอบ 3-1 สและลกษณะของอนภาคตวอยาง MNP 1 – MNP 5

35

เนองจากอนภาคทสงเคราะหไดดวยวธการดงกลาวมาแลวขางตนจะมขนาดเลกมากจงจ าเปนตองน ามาวเคราะหดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (TEM) เพอใหทราบผลทางสณฐานวทยาของแตละอนภาค จากผลการวเคราะหดวยเครอง TEM แสดงใหเหนวาอนภาคตวอยาง MNP 1 ทสงเคราะหไดดวยวธการนมลกษณะเปนทรงกลมทมขนาดเสนผานศนยกลางเฉลย 10.40 นาโนเมตร และมการกระจายขนาดของอนภาคเทากบ 3.2 นาโนเมตร ดงภาพประกอบ 3-2 ซงสอดคลองกบงานวจยของนชรย และคณะ (2553) คออนภาคทสงเคราะหดวยวธการตกตะกอนรวมจะมลกษณะเปนทรงกลม และมขนาดอนภาคอยในชวง 10 – 15 นาโนเมตร ภาพประกอบ 3-2 (A) ภาพถาย TEM ของอนภาคตวอยาง MNP 1 ทสงเคราะหไดดวยวธการ

ตกตะกอนรวมทอณหภมหองแบบปกตโดยไมใหสนามแมเหลกขณะสงเคราะห (B) การวเคราะหการกระจายขนาดของอนภาคค านวณจากภาพถาย TEM ของอนภาคตวอยาง MNP 1

เมอมการปรบปรงวธการสงเคราะหดวยการใหสนามแมเหลกคงทในขณะทท าการ

สงเคราะหซงจะควบคมความเขมสนามแมเหลก 100 มลลเทสลา (MNP 2) และ 200 มลลเทสลา (MNP 3) ผลการวเคราะหจากเครอง TEM ของอนภาคทสงเคราะหดวยวธการนพบวาอนภาคทสงเคราะหขนจะมรปรางทแตกตางกนออกไปมทงอนภาคทมลกษณะเปนแทง และอนภาคทมลกษณะเปนทรงกลมผสมอยรวมกนดงแสดงในภาพประกอบ 3-3 ซงจะแตกตางจากอนภาคตวอยาง MNP 1 ซงมเฉพาะอนภาคทมลกษณะเปนทรงกลมเทานน และจากการวดขนาดอนภาคจากภาพถาย TEM พบวาอนภาคตวอยาง MNP 2 และ MNP 3 ทมลกษณะเปนแทงจะมความยาวเฉลย 123 นาโนเมตร และ 80 นาโนเมตร ตามล าดบมขนาดเสนผานศนยกลางเฉลย 10 นาโนเมตร

Particle size, d (nm)

Freq

uenc

y (%

)

0

5

10

15

20

6 8 10 12 14 16 18

𝐗 = 𝟏𝟎.𝟒 𝐧𝐦

𝛔 = 𝟑.𝟐 𝐧𝐦

B A

36 และ 7 นาโนเมตร ตามล าดบ และอนภาคทมสณฐานเปนทรงกลมของทงสองตวอยางจะมขนาดทใกลเคยงกนโดยจะมขนาดเสนผานศนยกลางเฉลย 10 นาโนเมตร ดงแสดงในตาราง 3-1 ซงจะสอดคลองกบการศกษากอนหนานของ Zhang ซงจะใชวธการสงเคราะหอนภาคแบบตกตะกอนรวมแบบยอนกลบ (Reverse co-precipitation) ทอณหภม 60 ๐C (Zhang, W. et al., 2011)

ภาพประกอบ 3-3 ภาพถาย TEM ของอนภาคทสงเคราะหไดดวยวธการตกตะกอนรวมท

อณหภมหองโดยใหสนามแมเหลกคงทขณะสงเคราะห (A) อนภาคตวอยาง MNP 2 ควบคมความเขมสนามแมเหลก 100 มลลเทสลา และ (B) อนภาคตวอยาง MNP 3 ควบคมความเขมสนามแมเหลก 200 มลลเทสลา

ตาราง 3-1 การวเคราะหการกระจายขนาดของอนภาคค านวณจากภาพถาย TEM ของอนภาค

ตวอยาง MNP 2 และ MNP 3

Sample Particle shape

Diameter (nm)

Length (nm) Volume (m3)

Volume average

(m3)

MNP 2 Sphere 10.01 1.40 - - 5.244 x 10-25

5.02 x 10-24 Rods 10.63 1.16 126.36 10.16 1.120 x 10-23

MNP 3 Sphere 10.66 1.53 - - 6.343 x 10-25

1.70 x 10-24 Rods 7.09 0.81 80.18 10.15 3.166 x 10-24

37

และเมอมการปรบปรงวธการสงเคราะหดวยการใหสนามแมเหลกสลบในขณะทท าการสงเคราะหผลการวเคราะหจากเครอง TEM ของอนภาคทสงเคราะหดวยวธการนซงจะควบคมความเขมสนามแมเหลก 2.5 มลลเทสลา (MNP 4) และ 4.5 มลลเทสลา (MNP 5) แสดงใหเหนวาอนภาคทสงเคราะหไดจะมรปรางทแตกตางกนออกไปมทงอนภาคทมลกษณะเปนทรงกลม และอนภาคทมลกษณะเปนทรงแปดหนาผสมอยรวมกนดงแสดงในภาพประกอบ 3-4 นอกจากนอนภาคตวอยาง MNP 5 ยงพบอนภาคทมลกษณะเปนแทงผสมอย และจากการวดขนาดอนภาคจากภาพถาย TEM พบวาอนภาคตวอยาง MNP 4 และ MNP 5 ทมลกษณะเปนทรงกลมจะมเสนผานศนยกลางเฉลย 9 นาโนเมตร และ 8 นาโนเมตร ตามล าดบ และทมลกษณะเปนทรงแปดหนาจะมความยาวดานเฉลย 23 นาโนเมตร และ 30 นาโนเมตร ตามล าดบ และอนภาคทมสณฐานเปนแทงซงจะพบเฉพาะอนภาคตวอยาง MNP 5 เทานน จะมความยาวเฉลย 37 นาโนเมตร และมขนาดเสนผานศนยกลางเฉลย 3 นาโนเมตร ภาพประกอบ 3-4 ภาพถาย TEM ของอนภาคตวอยาง (A) อนภาค MNP 4 และ (B) , (C) อนภาค

MNP 5

38 ตาราง 3-2 การวเคราะหการกระจายขนาดของอนภาคค านวณจากภาพถาย TEM ของอนภาค

ตวอยาง MNP 4 และ MNP 5

Sample Particle Shape

Diameter (nm) Length (nm)

(or edge length of octahedron)

Volume (m3)

Average volume

(m3)

MNP 4 Sphere 8.74 1.60 - - 3.496 x 10-25

5.76 x 10-25 Rods - - - - - Octahedral - - 23.00 2.47 7.167 x 10-25

MNP 5 Sphere 8.15 1.25 - - 2.839 x 10-25

9.50 x 10-25 Rods 3.26 0.80 36.56 6.59 3.054 x 10-25 Octahedral - - 30.03 2.86 1.595 x 10-24

ผลการวเคราะหโครงสรางดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (TEM)

ของอนภาคทสงเคราะหไดทง 5 ตวอยาง MNP 1, MNP 2, MNP 3, MNP 4 และ MNP 5 แสดงใหเหนวาอนภาคทสงเคราะหไดทง 5 ตวอยางนนมอตราการเตบโตของรปทรงเรขาคณตของผลกทแตกตางกน โดยอนภาคมการปรบปรงวธการสงเคราะหดวยวธการใหสนามแมเหลกทง 2 รปแบบคอใหสนามแมเหลกคงทในตวอยาง MNP 2 และ MNP 3 และใหสนามแมเหลกสลบในตวอยาง MNP 4 และ MNP 5 จะมการเตบโตของรปผลกทแตกตางออกไปมทงลกษณะทเปนแทง และทรงแปดหนาเมอเทยบกบอนภาคทสงเคราะหโดยการไมใหสนามแมเหลกในขณะท าการสงเคราะหในตวอยาง MNP 1 ซงจะมเฉพาะรปผลกทเปนทรงกลมเทานน และจากการวเคราะหโครงสรางผลกพบวาในทก ๆ ตวอยางจะมอนภาคทมรปผลกเปนทรงกลม และมขนาดทใกลเคยงกน

3.1.2 ลกษณะโครงสราง

อนภาคเหลกออกไซดจะเปนสารประกอบทมหลายสตรโครงสรางอาท Fe3O4 , α-Fe2O3 , γ-Fe2O3 , FeO เปนตน ดงนนเพอทดสอบลกษณะโครงสราง และสตรโครงสรางของอนภาคทสงเคราะหขนจงน ามาวเคราะหดวยเครองเอกซเรยดฟแฟรกชน (Powder X-Ray Diffractometer; XRD) และดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (Transmission Electron

39 Microscopy; TEM) พบวาผลการวเคราะหโดยใชเครอง XRD ดงแสดงในภาพประกอบ 3-5 แสดงใหเหนอนภาคทสงเคราะหขนทง 2 ตวอยาง (MNP 1 และ MNP 5) มรปแบบการเลยวเบนรงสเอกซ (X-ray spectra) ทคลายคลงกนโดยมยอด peaks ของอนภาคตรงกบ (220), (311), (400), (422), (511) และ (440) ซงจะสอดคลองกบรปแบบ XRD มาตรฐาน International Centre for Diffraction Data (ICDD) หมายเลข 019-0629 ของเหลกออกไซดชนดแมกนไทต (Fe3O4) ทมโครงสรางผลกในระบบลกบาศก และจากการศกษายงพบวาอนภาคเหลกออกไซดชนดแมกฮไมต (γ-Fe2O3) จะมโครงสรางผลกทใกลเคยงกบอนภาคเหลกออกไซดชนดแมกนไทต ซงจะมยอด peaks เพมเตมท (213), (210), (113) ดงนนมความเปนไปไดทอนภาคตวอยางจะมอนภาคแมกฮไมตผสมอยดวย เนองจากการวเคราะหโครงสรางผลกดวยเทคนค XRD มขดจ ากดทไมสามารถวเคราะหแยกสารทมแบบฉบบ XRD เหมอนกนได

ภาพประกอบ 3-5 รปแบบการเลยวเบนรงสเอกซของอนภาคนาโนตวอยาง MNP 1 และ MNP 5

การค านวณลกษณะของโครงสรางผลกดวยวธการค านวณระนาบผลก (hkl) โดยใชรปแบบ Selected area electron diffraction (SAED Pattern) ทไดจากการวเคราะหดวยเครอง

40 TEM ดงแสดงในภาพประกอบ 3-7 ในการวเคราะหระนาบผลก SAED Pattern ของอนภาคจะใชสมการตามกฎของแบรกกดงน

= (1)

เมอ คอระยะหางระหวางระนาบผลก (d-spacing) คอมมทล าอเลกตรอนกวาดตามแนวระนาบ คอความยาวคลนของล าอเลกตรอน คอเลขจ านวนเตมทบอกล าดบการเลยวเบนผานอะตอมในแตละระนาบผลก

โดยทวไปแลวมคาเทากบ 1

ภาพประกอบ 3-6 การสะทอนของล าอเลกตรอนทมม θ ในระนาบผลกทขนานกนและมระยะหาง

ระหวางระนาบเทากบ d

จากภาพประกอบ 3-6 ถามม θ เปนมมนอย ๆ ดงนนจะได

=

(2)

Film plate

41 เมอ คอรศมของวงกลมในรปแบบการเลยวเบน (SAED Pattern)

คอ Camera length เมอน าสมการท 2 แทนในสมการท 1 จะได

=

(3)

ผลการค านวณพบวาอนภาคทสงเคราะหขนโดยการให และไมใหสนามแมเหลกขณะสงเคราะหของตวอยาง MNP 1 , MNP 2 และ MNP 3 ดงแสดงในตาราง 3-3 สามารถค านวณไดตามสมการท 3 ซงจะมคา จากเครอง TEM เทากบ 20.2530 มลลเมตรองสตรอม ตาราง 3-3 d-spacing ของอนภาค MNP 1 , MNP 2 และ MNP 3

Sample Ring Radius

(cm) d-spacing

Magnetite (Fe3O4) Reference code 00-019-0629

d-spacing Plane (hkl)

MNP 1

1 0.678 2.98717 2.967 220 2 0.793 2.55397 2.532 311 3 0.97 2.08794 2.0993 400 4 1.252 1.61765 1.615 511 5 1.361 1.48810 1.4845 440

MNP 2

1 0.684 2.96096 2.967 220 2 0.804 2.51903 2.532 311 3 0.969 2.09009 2.0993 400 4 1.259 1.60866 1.615 511 5 1.379 1.46867 1.4845 440

MNP 3

1 0.682 2.96965 2.967 220 2 0.803 2.52217 2.532 311 3 0.973 2.08150 2.0993 400 4 1.266 1.59976 1.615 511 5 1.376 1.47188 1.4845 440

42

จากผลการค านวณพบวาอนภาคตวอยางทสงเคราะหขนทง 3 ตวอยาง มคาระยะหางระหวางระนาบผลก (d-spacing) ตรงกบ d-spacing ของระนาบผลกแมกนไทตตามมาตรฐาน ICDD หมายเลข 019-0629 และสามารถค านวณหาคา Lattice parameter ไดดงสมการท 4

⟨ ⟩ =

√ (4)

การค านวณหาคา Lattice parameter จะเปนการค านวณเพอยนยนผลการค านวณระนาบผลกตามกฎของแบรกก ซงจะมผลการค านวณดงแสดงในตาราง 3-4 แสดงใหเหนวาคาทไดจากการทดลองมคาใกลเคยงกบ Lattice parameter ของแมกนไทต (Fe3O4) มาตรฐาน ICDD หมายเลข 019-0629 ซงมคา Lattice parameter a = 8.3967 องสตรอม ตาราง 3-4 lattice parameter (a) calculated for the experimental data

Sample d-spacing Plane (hkl) a (Å)

MNP 1

2.98717 220 8.449 2.55397 311 8.471 2.08794 400 8.352 1.61765 511 8.406 1.48810 440 8.418

MNP 2

2.96096 220 8.375 2.51903 311 8.355 2.09009 400 8.360 1.60866 511 8.359 1.46867 440 8.308

MNP 3

2.96965 220 8.399 2.52217 311 8.365 2.08150 400 8.326 1.59976 511 8.313 1.47188 440 8.326

43

ดงนนจงสามารถสรปไดวาอนภาคทสงเคราะหขนคอ อนภาคแมกนไทต (Fe3O4) ทมความบรสทธสงเนองจากไมพบวงแหวน SAED Pattern ของเหลกออกไซดเฟสอนผสมอย ทงนจากผลการทดลองยงพบวาอนภาคทสงเคราะหไดจะมโครงสรางเปนแบบพหผลก (Polycrystalline) เนองจากขณะทใชก าลงขยายของ TEM ท 200 kV ยงใหผล SAED Pattern เปนแบบวงแหวนดงภาพประกอบ 3-7 เนองจากอนภาคทมโครงสรางเปนแบบโครงสรางแบบผลกเดยว (Single Crystalline) เมอถายดวยกลอง TEM ทมก าลงขยายสง ๆ จะท าใหรปแบบ SAED Pattern เปนแบบจด

ภาพประกอบ 3-7 SAED Pattern ของอนภาคตวอยาง (A) อนภาค MNP 1 (B) อนภาค MNP 2 และ

(C) อนภาค MNP 3

(220)

(311) (400) (511)

(440)

B

(220)

(311) (400) (511)

(440)

A

(220)

(311) (400) (511)

(440)

C

44

3.2 ผลการศกษาดานสมบตความเปนแมเหลก

3.2.1 สมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลก

อนภาคเหลกออกไซดทไดจากกระบวนการสงเคราะหทง 5 ตวอยาง สามารถดดตดไดโดยแทงแมเหลกบงชวาอนภาคทสงเคราะหไดมสมบตเปนสารแมเหลก และสมบตทางแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดทสงเคราะหขนจะตรวจสอบโดยการศกษาสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกดวยเครอง Vibrating Sample Magnetometer (VSM) (ภาพประกอบ 3-8) พบวาทอณหภมหองอนภาคเหลกออกไซดทสงเคราะหขนทง 5 ตวอยาง คอ MNP 1, MNP 2, MNP 3, MNP 4 และ MNP 5 แสดงใหเหนวงฮสเทอรซสเชงแมเหลก (Hysteresis loops) ของอนภาคมวงทแคบแสดงพฤตกรรมเชงแมเหลกของอนภาคเปนเฟรโรแมกเนตกแบบออน

ภาพประกอบ 3-8 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดอนภาค MNP 1 – MNP 5

ทอณหภมหอง

และเมอพจารณาวงฮส เทอรซสเช งแม เหลกของอนภาคเหลกออก ไซด (ภาพประกอบ 3-8) บรเวณทใหสนามแมเหลกสงพบวาวงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคม

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 1

MNP 2

MNP 3

MNP 4

MNP 5

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

45

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 1

ลกษณะคลายเสนตรง (ภาพประกอบ 3-9) แสดงใหเหนวาอาจมสดสวนของวสดทเปนพาราแมกเนตก (paramagnetic) ผสมอยเลกนอยซงนาจะเปนผลมาจากปนปลาสเตอร ทใชในขนตอนการเตรยมอนภาคเพอวเคราะหตวอยางดวยเครอง VSM ภาพประกอบ 3-9 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดทอณหภมหองของอนภาค

ตวอยาง MNP 1

ดงนนจงท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction) อนเนองมาจากวสดทเปนพาราแมกเนตกในแตละอนภาคโดยการค านวณความชนของกราฟในชวงทเปนผลมาจากวสดพาราแมกเนตกแลวน ามาลบออกจากกราฟวงฮสเทอรซสเชงแมเหลกจะไดผลการปรบแกความชนของกราฟดงแสดงในภาพประกอบ 3-10 ถงภาพประกอบ 3-14 พบวาการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction) อนเนองมาจากวสดทเปนพาราแมกเนตกมผลใหพารามเตอรตาง ๆ ของวงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเปลยนแปลงเลกนอย

Slope

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

46

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 1 Before slope-correctionMNP 1 After solpe-correction

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 2 Before slope-correction

MNP 2 After slope-correction

ภาพประกอบ 3-10 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 1 ภายหลง

ท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction)

ภาพประกอบ 3-11 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 2 ภายหลง

ท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction)

Paramagnetic slope-correction Slope = 6.83 x 10-3 Am2/kg.mT

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

Slope

Slope

Paramagnetic slope-correction Slope = 9.09 x 10-3 Am2/kg.mT Slope

Slope

47

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 3 Before slope-correctionMNP 3 After slope-correction

-30

-20

-10

0

10

20

30

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 4 Before slope-correctionMNP 4 After slope-correction

ภาพประกอบ 3-12 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 3 ภายหลง

ท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction)

ภาพประกอบ 3-13 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 4 ภายหลง

ท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction)

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

Paramagnetic slope-correction Slope = 5.14 x 10-3 Am2/kg.mT

Slope

Slope

Paramagnetic slope-correction Slope = 8.25 x 10-3 Am2/kg.mT

Slope

Slope

48

-30

-20

-10

0

10

20

30

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 5 Before slope-correction

MNP 5 After slope-correction

ภาพประกอบ 3-14 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 5 ภายหลง

ท าการปรบแกความชนของกราฟ (Slope-correction)

เมอน ากราฟทปรบแกความชนแลวมาค านวณหาอตราสวนระหวางคาแมกนไทเซ-ซนตกคางอมตว (Retentivity; Mr) ตอคาแมกนไทเซชนอมตว (Saturation Magnetization; Ms) ดงแสดงในตาราง 3-5 พบวาคาทไดต า และมคาใกลเคยงกนดงนนอนภาคทสงเคราะหขนนาจะมลกษณะของโดเมนแมเหลกชนดโดเมนแมเหลกพารายงยวด (Super Paramagnetic; SP) เปนสวนใหญ และโดเมนแมเหลกชนดโดเมนเดยวเสถยร (Stable Single Domain; SSP) ผสมอยบางเลกนอย ซงสมพนธกบคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) ทมคาต า และพบวาอนภาค MNP 2 นาจะมสดสวนของโดเมนแมเหลกชนด SSP ผสมอยดวยมากทสดเนองจากมอตราสวนระหวาง Mr/Ms มากทสด ซงมคาเทากบ 0.0129 หรอกลาวไดวาการปรบปรงวธการสงเคราะหอนภาคเหลกออกไซดจะท าใหมสดสวนของโดเมนแมเหลกชนดโดเมนเดยวเสถยร (SSP) เพมมากขนซงจะสอดคลองกบงานวจยของ McNab และคณะ (1968) และ Dunlop (1973) พบวา Critical size ของโดเมนแมเหลกชนด SP มขนาดต ากวา 30 นาโนเมตร

และจากการพจารณาคาแมกนไทเซชนอมตว (Ms) ของอนภาคทสงเคราะหขนพบวาอนภาคตวอยาง MNP 1 ซงสงเคราะหดวยวธการตกตะกอนรวมทอณหภมหองแบบไมใหสนามแมเหลกภายนอกขณะสงเคราะห มคาแมกนไทเซชนอมตวมากทสด 38.4 Am2/kg และ

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

Paramagnetic slope-correction Slope = 5.05 x 10-3 Am2/kg.mT

Slope

Slope

49 อนภาคตวอยาง MNP 2 และ MNP 3 ซงใหสนามแมเหลกคงทขณะสงเคราะหจะท าใหคาแมกนไทเซชนอมตวลดลงเลกนอย แตอนภาค MNP 4 และ MNP 5 ซงใหสนามแมเหลกสลบขณะสงเคราะหจะท าใหคาแมกนไทเซชนอมตวลดลงเหลอเพยง 21.5 และ 18.7 Am2/kg ตามล าดบซงจะลดลงมากกวาอนภาคทใหสนามแมเหลกคงทขณะท าการสงเคราะห ตาราง 3-5 สมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดทสงเคราะหขน

Sample Hc (mT) Ms (Am2/kg) Mr (Am2/kg) Mr/Ms

MNP 1 4.4 38.4 0.310 0.0081 MNP 2 5.8 35.9 0.463 0.0129 MNP 3 5.9 34.5 0.416 0.0121 MNP 4 5.4 21.5 0.231 0.0107 MNP 5 2.0 18.7 0.174 0.0093

และจากกราฟวงฮสเทอรซสเชงแมเหลก (ภาพประกอบ 3-15) พบวาอนภาคเหลก

ออกไซดตวอยาง MNP 1 , MNP 2 , MNP 3 , MNP 4 และ MNP 5 สามารถถกแมกนไทเซซนจนถงอมตวหรอ saturation magnetization ไดงายดวยคาสนามแมเหลกเหนยวน าไมเกน 0.34 T แสดงถงความเปนสารแมเหลกชนดเฟรโรแมกเนตกชนดออน (Soft magnetic) โดยคาแมกนไทเซซนอมตวมคา 38.4 Am2/kg , 35.9 Am2/kg , 34.5 Am2/kg , 21.5 Am2/kg และ 18.7 Am2/kg ส าหรบอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 1 , MNP 2 , MNP 3 , MNP 4 และ MNP 5 ตามล าดบ และพบวาคาสภาพแมกนไทเซซนอมตวของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 1, MNP 2 และ MNP 3 มคาใกลเคยงกน และสงกวาเมอเทยบกบคาคาสภาพแมกนไทเซซนอมตวของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 4 และ MNP 5 แสดงใหเหนวาอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 1, MNP 2 และ MNP 3 มปรมาณอนภาคเหลกออกไซดชนดแมกนไทตสงกวาอนภาคตวอยาง MNP 4 และ MNP 5 และเมอพจารณาคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Coercivity; Hc) ของอนภาคพบวาการปรบปรงวธการสงเคราะหโดยการใหสนามแมเหลกขณะท าการสงเคราะหจะท าใหอนภาคมสภาพ ลบลางทางแมเหลก (Hc) ทสงขนยกเวนในอนภาคตวอยาง MNP 5 ทจะมคา Hc ต าทสดเมอเปรยบเทยบกบตวอยางอน ๆ ซงจะมคาเทากบ 2.0 มลลเทสลา และอนภาคตวอยาง MNP 3 จะมคา Hc สงทสดเทากบ 5.9 มลลเทสลา

50 ภาพประกอบ 3-15 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดทสงเคราะหไดทง

5 ตวอยาง คอ MNP 1, MNP 2, MNP 3, MNP 4 และ MNP 5 ภายหลงการปรบแกความชน

เมอพจารณาวงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดทกตวอยางโดย

การใหสนามแมเหลกเหนยวน าอนภาคในสองแนวแกนคอใหสนามแมเหลกเหนยวน าในทศขนานและตงฉากกบแกนของอนภาคดงภาพประกอบ 3-16 แสดงใหเหนวงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 1 ซงจะมทงใหสนามแมเหลกขนาน และใหสนามแมเหลกตงฉากกบแกนของอนภาค พบวามคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) เทากบ 4.2 มลลเทสลา คดเปน 0.55 % ของสนามแมเหลกทใหขนานกบทศของอนภาค และมคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) เทากบ 4.4 มลลเทสลา คดเปน 0.57 % ของสนามแมเหลกทใหตงฉากกบทศของอนภาคซงจะเหนไดวาคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) ของอนภาคตวอยางมคานอยมากบงชไดวาอนภาคเปนสารแมเหลกชนดเฟรโรแมกเนตกชนดออน และมคาสภาพลบลางทางแมเหลกในแตละแนวแกนทแตกตางกนเลกนอย

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 1MNP 2MNP 3MNP 4

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

51

ภาพประกอบ 3-16 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 1 ภายใต

สนามแมเหลกทใหขนาน และตงฉากกบแกนของอนภาค

ภาพประกอบ 3-17a แสดงใหเหนวงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซด ตวอยาง MNP 2 ซงจะใหสนามแมเหลกขนาน และตงฉากกบทศของอนภาคพบวามคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) เทากน และมคาเทากบ 5.8 มลลเทสลา คดเปน 0.76 % ของสนามแมเหลกขนานทใหกบอนภาค และจากภาพประกอบ 3-17b แสดงใหเหนวงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 3 ซงจะใหสนามแมเหลกขนาน และตงฉากกบทศทางของอนภาคพบวามคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) เทากบ 6.1 มลลเทสลา คดเปน 0.80 % ของสนามแมเหลกทใหขนานกบทศของอนภาค และมคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) เทากบ 5.9 มลลเทสลา คดเปน 0.77 % ของสนามแมเหลกทใหตงฉากกบทศของอนภาคซงจะเหนไดวาคา สภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) ของอนภาคตวอยาง MNP 2 และ MNP 3 มคานอยมากบงชไดวาอนภาคเปนสารแมเหลกชนดเฟรโรแมกเนตกชนดออน และมคาสภาพลบลางทางแมเหลกในแตละแนวแกนของทงสองอนภาคทแตกตางกนเลกนอย

Applied parallel (H (//)) Applied perpendicular (H (┴)) Ms = 37.7 Am2/kg Ms = 38.4 Am2/kg Mr = 0.296 Am2/kg Mr = 0.310 Am2/kg Hc = 0.42 mT Hc = 0.44 mT

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 1 - H (//)

MNP 1 - H ( )

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

MNP 1 – H (//) MNP 1 – H (┴)

52

ภาพประกอบ 3-17 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาค (a) อนภาค MNP 2 (b) อนภาค MNP 3

ภายใตสนามแมเหลกทใหขนานและตงฉากกบแกนของอนภาค

Applied parallel (H(// )) Applied perpendicular (H( ┴)) Ms = 35.4 Am2/kg Ms = 35.9 Am2/kg Mr = 0.382 Am2/kg Mr = 0.463 Am2/kg Hc = 0.58 mT Hc = 0.58 mT

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 2 - H (//)MNP 2 - H ( )

a

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

Applied parallel (H( //)) Applied perpendicular (H( ┴)) Ms = 34.0 Am2/kg Ms = 34.5 Am2/kg Mr = 0.385 Am2/kg Mr = 0.416 Am2/kg Hc = 0.61 mT Hc = 0.59 mT

b

-50

-40

-30

-20

-10

0

10

20

30

40

50

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 3 - H (//)

MNP 3 - H ( )

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

MNP 2 – H (//) MNP 2 – H (┴)

MNP 3 – H (//) MNP 3 – H (┴)

53

ภาพประกอบ 3-18 วงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาค (a) อนภาค MNP 4 (b) อนภาค MNP 5

ภายใตสนามแมเหลกทใหขนานและตงฉากกบแกนของอนภาค

Applied parallel (H( //)) Applied perpendicular (H(┴)) Ms = 18.5 Am2/kg Ms = 18.7 Am2/kg Mr = 0.149 Am2/kg Mr = 0.174 Am2/kg Hc = 0.17 mT Hc = 0.20 mT

b

-30

-20

-10

0

10

20

30

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 5 - H (//)

MNP 5 - H ( )

Applied parallel (H (//)) Applied perpendicular (H (┴)) Ms = 22.0 Am2/kg Ms = 21.5 Am2/kg Mr = 0.208 Am2/kg Mr = 0.231 Am2/kg Hc = 0.53 mT Hc = 0.54 G

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

-30

-20

-10

0

10

20

30

-8000 -6000 -4000 -2000 0 2000 4000 6000 8000

Mag

netiz

ation

(Am2 /kg

)

Magnetic field (mT)

MNP 4 - H (//)

MNP 4 - H ( )

-800 -600 -400 -200 0 200 400 600 800

a

MNP 4 – H (//) MNP 4 – H (┴)

MNP 5 – H (//) MNP 5 – H (┴)

54

ภาพประกอบ 3-18a แสดงใหเหนวงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 4 ทอณหภมหองซงใหสนามแมเหลกขนาน และตงฉากกบแกนของอนภาคพบวาคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) มคาเทากบ 5.4 มลลเทสลา คดเปน 0.70 % ของสนามแมเหลกทใหตงฉากกบทศของอนภาค และมคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) เทากบ 5.3 มลลเทสลา คดเปน 0.69 % ของสนามแมเหลกทใหขนานกบทศของอนภาค และจากภาพประกอบ 3-18b แสดงใหเหนวงฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดตวอยาง MNP 5 ทอณหภมหองซงใหสนามแมเหลกขนาน และตงฉากกบแกนของอนภาคพบวาคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) มคาเทากบ 2.0 มลลเทสลา คดเปน 0.26 % ของสนามแมเหลกทใหตงฉากกบทศของอนภาค และมคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) เทากบ 1.7 มลลเทสลา คดเปน 0.22 % ของสนามแมเหลกทใหขนานกบทศของอนภาคซงจะเหนไดวาคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) ของอนภาคตวอยาง MNP 4 และ MNP 5 มคานอยมากบงชไดวาอนภาคเปนสารแมเหลกชนดเฟรโรแมกเนตกชนดออน และมคาสภาพลบลางทางแมเหลกในแตละแนวแกนของทงสองอนภาคทแตกตางกนเลกนอย

3.2.2 คาสภาพรบไวไดทางแมเหลกและสภาพแอนไอโซทรอป (AMS)

ตวอยางอนภาคแมเหลกทสงเคราะหขนในแตละวธจะน ามาวดคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก (Magnetic Susceptibility; k) และสภาพความเปนแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกหรอทเรยกวา Anisotropy of Magnetic Susceptibility; AMS โดยใชเครองวดสภาพรบไวไดทางแมเหลก Spinning Specimen Magnetic Susceptibility Anisotropy Meter ไดผลดงแสดงในตาราง 3-6 พบวาอนภาคตวอยาง MNP 1 มคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก (k) สงทสดมคาเทากบ 53,400 µSI และทกตวอยางจะมคาสภาพรบไวไดทางแมเหลก (k) สงกวา 26,000 µSI ยนยนไดวาอนภาคทสงเคราะหขนมสมบตความเปนแมเหลก และอาจจดอยในกลมพาราแมกเนตกหรอเฟรโรแมกเนตกเพราะอนภาคทง 2 กลมน มคา k มากกวาศนยจงจ าเปนตองอาศยขอมลจากการทดสอบสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาพดงภาพประกอบ 3-15 พบวาอนภาคทสงเคราะหขนมาไดนนเปนอนภาคในกลมเฟรโรแมกเนตกทมโดเมนแมเหลกไมเสถยร (Super Paramagnetic; SP) เนองจากอนภาคทสงเคราะหขนมานนมคา k ทสงแตเมอพจารณาจากสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคพบวามคาอ านาจแมเหลกตกคาง (Relaxation time; τ ) นอยกวาวสดประเภทเฟรโรแมกเนตกทวไปมาก

55 ตาราง 3-6 คาสภาพรบไวไดทางแมเหลก (k ) และคาแอนไอโซทรอปพารามเตอรตาง ๆ ของอนภาคตวอยางแมเหลกระดบนาโนตวอยาง MNP 1 – MNP 5

Sample คา k (µSI)

Lineation (L)

Foliation (F)

Anisotropy degree (P)

Corrected anisotropy

(Pj)

Shape factor

(T)

Eccentricity of the

ellipsoid (E = F/L)

MNP 1 53400 1.005 1.014 1.019 1.020 0.441 1.009 MNP 2 46600 1.151 1.022 1.176 1.192 -0.733 0.888 MNP 3 42600 1.081 1.014 1.096 1.104 -0.696 0.938 MNP 4 28200 1.125 1.010 1.136 1.153 -0.848 0.898 MNP 5 26200 1.136 1.008 1.145 1.164 -0.877 0.887

เมอพจารณาในสวนของวธการสงเคราะหโดยการใหสนามแมเหลกจะสงผลตอคา

แอนไอโซทรอปของอนภาคหรอไมพบวาแอนไอโซทรอปของอนภาคทสงเคราะหดวยการใหสนามแมเหลกไมวาจะเปนสนามแมเหลกคงทหรอสนามแมเหลกสลบในขณะท าการสงเคราะหจะมผลตอคาแอนไอโซทรอปพารามเตอรชนด Corrected anisotropy (Pj) ของอนภาคโดยอนภาคทท าการปรบปรงวธการสงเคราะหดวยการใหสนามแมเหลกคงทอนภาคตวอยาง MNP 2 จะมคา Corrected anisotropy มากทสดมคาเทากบ 1.192 หรอ 19.2 % และมคา 1.104, 1.153 และ 1.164 ส าหรบตวอยาง MNP 3, MNP 4 และ MNP 5 ตามล าดบซงบงชไดวาวธการปรบปรงวธการสงเคราะหมผลตอคาแอนไอโซทรอปพารามเตอรชนด Corrected anisotropy และทกตวอยางมคา Pj > 1.10 หรอมากกวา 10 % โดยตวอยางทสงเคราะหดวยวธการตกตะกอนรวมแบบปกตตวอยาง MNP 1 จะมคา Pj เพยง 1.020 หรอ 2 %

เมอน ามาพจารณาคาแอนไอโซทรอปพารามเตอรชนด Eccentricity of the ellipsoid (E) พบวาอนภาคตวอยางทท าการปรบปรงวธการสงเคราะหในตวอยาง MNP 2, MNP 3, MNP 4 และ MNP 5 มคา Eccentricity of the ellipsoid เทากบ 0.888, 0.938, 0.898 และ 0.887 ตามล าดบซงมคา E < 1 แสดงวามลกษณะ AMS เปนทรงยาวรเลกนอย (Prolate) และส าหรบอนภาคตวอยาง MNP 1 มคา E เทากบ 1.009 ซงคา E > 1 แสดงวามลกษณะ AMS เปนทรงแบนรเลกนอย (Oblate) ดงแสดงในภาพประกอบ 3-19

56

Foliation (P3 = kint/kmin)

Prolate

Oblat

e

1.20

1.18

1.16

1.14

1.12

1.10

1.08

1.06

1.04

1.02

1.00 1.00 1.04 1.08 1.12 1.16 1.20

Line

ation

(P1 =

k max/k

int) MNP2

MNP1

MNP4 MNP5

MNP3

ภาพประกอบ 3-19 กราฟ Flinn-type plot ของตวอยางอนภาคนาโนแมเหลก

จากผลการศกษาสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลก ขนาดผลก (crystallite size)

โครงสรางผลก และคาสภาพไวไดทางแมเหลกของอนภาคทสงเคราะหขนบงชไดวาการปรบปรงวธการสงเคราะหโดยการใหสนามแมเหลกขณะท าการสงเคราะหจะสงผลโดยตรงตอสมบตของอนภาคแมเหลกทงทางกายภาพ และสมบตทางแมเหลกของอนภาคแตไมสงผลกระทบถงสตรโครงสรางของอนภาค

3.3 การประยกตใชดานไฮเปอรเทอรเมย

การน าอนภาคเหลกออกไซดมาประยกตใชในงานดานไฮเปอรเทอรเมยจะเปนการใชประโยชนจากสมบตของอนภาคแมเหลกในเรองการเกดความรอนของอนภาคเมออยในสนามแมเหลกสลบ (Alternating magnetic field) ซงเกดจากการสญเสยสภาพแมเหลกเปนผลมาจากการกลบทศของอนภาคนนสามารถค านวณคา anisotropy constant ไดจากสมการท 5 (Martin-Hernandez, F. and M. M. García-Hernández, 2010) ซงจะสรปไดดงตาราง 3-7 โดยก าหนดใหอนภาคอยในสภาพแวดลอมทอณหภมหอง 300 เคลวน

57

=

(5)

เมอ คอ anisotropy constant คอคาแมกนไทเซชนอมตว (Am2/kg) คอคา Coercive (mT)

ตาราง 3-7 คา anisotropy constant ของอนภาคเหลกออกไซดระดบนาโนของอนภาคตวอยาง MNP 1 – MNP 5

Sample Ms

(Am2/kg) Bc

(mT)

ρ (kg/m3) K (J/m3)

MNP 1 38.4 0.44 5200 43929.6 MNP 2 35.9 0.58 5200 54137.2 MNP 3 34.5 0.59 5200 52923.0 MNP 4 21.5 0.64 5200 35776.0 MNP 5 18.7 0.2 5200 9724.0

Note : saturation magnetization (Ms), Coercive force (Bc), density of magnetite (ρ), anisotropy constant (K)

จากผลการค านวณคา anisotropy constant ของแตละอนภาคพบวาอนภาคตวอยาง

MNP 2 ใหคา anisotropy constant สงทสดมคาเทากบ 54137.2 จลตอลกบาศกเมตร ซงจะสอดคลองกบผลการศกษาสภาพความเปนแอนไอโซทรอปของคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกหรอทเรยกวา AMS ของอนภาคตวอยาง MNP 2 ทมคา AMS ชนด Pj สงสด และผลจากการวเคราะห TEM ยงพบวาอนภาคตวอยางนจะใหอนภาคทมลกษณะเปนแทงมความยาวมากทสดแตในตวอยางอน ๆ ไมสอดคลองกนเนองจากในอนภาคตวอยาง MNP 1 พบวาคา AMS ชนด Pj ของอนภาคตวอยางมคาเปลยนแปลงจากทรงกลมเพยง 2 % แตจากผลการค านวณคา anisotropy constant มคา 43929.6 จลตอลกบาศกเมตร ซงมคาสงกวาคาทไดจากอนภาคตวอยาง MNP 4 และ MNP 5 ซงมคา anisotropy constant 35776.0 และ 9724.0 จลตอลกบาศกเมตร ตามล าดบ และมคา Corrected anisotropy (Pj) 15 % และ 16 % ตามล าดบ ดงนนเมอน ามาพจารณาในทก ๆ ตวอยางพบวาคา anisotropy constant ของอนภาคจะมคาอยในชวง 9,700 – 54,000 จลตอลกบาศกเมตร ซงอยในชวงคา anisotropy constant ของแมกนไทต และแมกฮไทต (Rosensweig, R. E., 2002) นอกเหนอจากน

58 ยงสามารถน าผลการค านวณคา anisotropy constant ของแตละอนภาคมาค านวณหาคา Nèel relaxation time เปรยบเทยบระหวางอนภาคทไดรบการปรบปรงคาแอนไอโซทรอป และอนภาคทรงกลมปกตได (Fannin, P. C., 1991; Fannin, P. C. and S. W. Charles, 1989; Gonzales-Weimuller, M. et al., 2009; Hergt, R. et al., 2006; Rudolf, H. et al., 2010; Venkatasubramaniam, S. K. et al., 2005) ดงสมการตอไปน

=√

( ⁄ )

√ ⁄

(6)

หรอ (Mamiya, H. and B. Jeyadevan, 2011)

[ ( )] = (

){( ) *(

) ( ) +

( ) *(

) ( ) +

} (7)

และ =

( ) (8)

เมอ คอคาเวลาผอนคลายนล หรอ Nèel relaxation time คอมคาประมาณ 10-9 วนาท K คอ anisotropy constant (J/m3) V คอปรมาตรของอนภาค (m3) kb คอคาคงทของโบลทซมนน (J/K หรอ m2·kg/(s2·K)) T คออณหภม (K)

โดยผลการค านวณ Nèel relaxation time ของอนภาคจะแสดงดงตาราง 3-8 พบวา

อนภาคทไดรบการปรบปรงแอนไอโซทรอปของสภาพรบไวไดทางแมเหลกโดยใชสนามแมเหลกคงทคออนภาคตวอยาง MNP 2 และ MNP 3 จะแสดงคา Nèel relaxation time ทสงมาก และคา Nèel relaxation time สามารถเปลยนแปลงไดขนกบรปรางและขนาดของอนภาคโดยอนภาคตวอยาง MNP 2 ทมลกษณะเปนแทงจะแสดงคา Nèel relaxation time สงทสดซงมคาเทากบ 2.67 x 1051 วนาท ซงจะสอดคลองกบผลการศกษา AMS ชนด Pj ของอนภาคตวอยางนทมคาเปลยนแปลงรปรางจากทรงกลมถง 19 %

59

เมอน าคา Nèel relaxation time; τN ของแตละอนภาคมาพจารณาพบวาอนภาคทมลกษณะเปนทรงกลมในทก ๆ ตวอยางจะมคา τN ใกลเคยงกนอยในชวง 10

-9 – 10-7 วนาท ดงแสดงในตาราง 3-8 และอนภาคตวอยาง MNP 3 ทมลกษณะเปนแทงจะมคา τN ทเหมาะสมส าหรบการน ามาประยกตใชงานดานไฮเปอรเทอรเมยมากทสดซงมคาเทากบ 1.45 x 107 วนาท เนองจากอนภาคทเหมาะสมในการประยกตใชงานดานไฮเปอรเทอรเมยจะตองมคา (2f)-1 ประมาณ 1 s (Mamiya, H. and B. Jeyadevan, 2011) ตาราง 3-8 ผลการวเคราะหคา Nèel relaxation time ของอนภาคตวอยาง MNP 1 – MNP 5

Sample Particle Shape

Volume ; V (m3)

anisotropy K (J/m3)

τ0

(s) Nèel relaxation time;

τN (s)

MNP 1 Sphere 5.817 x 10-25 43929.6 10-9 1.42 x 10-7

MNP 2 Sphere 5.244 x 10-25

54137.2 10-9 2.62 x 10-7

Rods 1.120 x 10-23 2.67 x 1051 Average 2.13 x 10-23 4.37 x 1017

MNP 3 Sphere 6.343 x 10-25

52923.0 10-9 8.09 x 10-7

Rods 3.166 x 10-24 1.45 x 107 Average 8.27 x 10-24 0.263

MNP 4 Sphere 3.496 x 10-25

35776.0 10-9 9.64 x 10-9

Octahedral 7.167 x 10-25 1.45 x 10-7 Average 5.76 x 10-25 4.97 x 10-8

MNP 5

Sphere 2.839 x 10-25

9724.0 10-9

2.10 x 10-9 Rods 3.054 x 10-25 2.13 x 10-9

Octahedral 1.595 x 10-24 1.75 x 10-8 Average 6.78 x 10-25 5.23 x 10-9

และสามารถค านวณหาคา Brownian relaxation time ไดจากสมการท 9

=( ( . . ))

(9)

60 เมอ คอคา Brownian relaxation time (s)

คอคา shape factor ซงจะเปลยนแปลงตามรปรางของอนภาค คอคาความหนดของตวกลาง (Pa.s) คอคา hydrodynamic volume

และ = (

)

, =

(10)

เมอ คอ hydrodynamic volume of the particle คอความหนาของพนผวทหอหมอนภาค คอรศมของอนภาค

ผลการค านวณคา Brownian relaxation time ( ) จะแสดงดงตาราง 3-9 พบวา

อนภาคทมลกษณะรปรางเปนทรงกลมจะมคา Brownian relaxation time นอยทสด ตาราง 3-9 ผลการวเคราะหคา Brownian relaxation time ของอนภาคตวอยาง MNP 1 – MNP5

Sample Particle Shape

R (m) VH (m3) η (mPa.s) k (s)

MNP 1 Sphere 5.20 x 10-9 5.89 x 10-25 1 1.00 4.13 x 10-7

MNP 2 Sphere 5.00 x 10-9 5.24 x 10-25 1 1.00 3.68 x 10-7 Rods 6.32 x 10-8 1.06 x 10-21 1 1.40 7.41 x 10-4

MNP 3 Sphere 5.33 x 10-9 6.34 x 10-25 1 1.00 4.45 x 10-7 Rods 4.01 x 10-8 2.70 x 10-22 1 1.40 1.89 x 10-4

MNP 4 Sphere 4.37 x 10-9 3.50 x 10-25 1 1.00 2.45 x 10-7

Octahedral 1.15 x 10-8 6.37 x 10-24 1 1.18 4.47 x 10-6

MNP 5 Sphere 4.08 x10-9 2.84 x 10-25 1 1.00 1.99 x 10-7 Rods 1.83 x 10-8 2.56 x 10-23 1 1.40 1.79 x 10-5

Octahedral 1.50 x 10-8 1.42 x 10-23 1 1.18 9.94 x 10-6 Note : Shape factor (k) (Mamiya, H. and B. Jeyadevan, 2011; Qi, W. H. et al., 2005)

61 และพบวาเมอมการเปลยนแปลงรปรางของอนภาคคา Brownian relaxation time จะมคาเปลยนแปลงไปเนองมาจากคา Shape factor ทแตกตางกนของแตละอนภาคอนภาค โดยอนภาค MNP 2 ทมลกษณะเปนแทงจะมคา สงทสดเทากบ 7.41 x 10-4 วนาท และมคานอยในอนภาคทมลกษณะเปนทรงกลมในทก ๆ ตวอยางซงจะมคาอยในชวง 2 x 10-7 วนาท ถง 4.5 x 10-7 วนาท

ดงนน Relaxation time ของอนภาคจะสามารถค านวณไดจากคาเวลาผอนคลายประสทธผลของอนภาค (Effective relaxation time ,τeff) นนคอ

=

(11)

ตาราง 3-10 ผลการวเคราะหคาเวลาผอนคลายประสทธผลของอนภาค (Effective relaxation time) ของอนภาคตวอยาง MNP 1 – MNP 5

Sample Particle Shape

Nèel relaxation time τN (s)

Brownian relaxation time

τB (s)

Effective relaxation time τeff (s)

MNP 1 Sphere 1.42 x 10-7 4.13 x 10-7 1.06 x 10-7

MNP 2 Sphere 2.62 x 10-7 3.68 x 10-7 1.53 x 10-7 Rods 2.67 x 1051 7.41 x 10-4 7.41 x 10-4

MNP 3 Sphere 8.09 x 10-7 4.45 x 10-7 2.87 x 10-7 Rods 1.45 x 107 1.89 x 10-4 1.89 x 10-4

MNP 4 Sphere 9.64 x 10-9 2.45 x 10-7 9.23 x 10-9

Octahedral 1.45 x 10-7 4.47 x 10-6 1.41 x 10-7

MNP 5 Sphere 2.10 x 10-9 1.99 x 10-7 2.08 x 10-9 Rods 2.13 x 10-9 1.79 x 10-5 2.13 x 10-9

Octahedral 1.75 x 10-8 9.94 x 10-6 1.74 x 10-8

ผลการค านวณคาเวลาผอนคลายประสทธผลดงแสดงในตาราง 3-10 พบวาอนภาคทไดรบการปรบปรงรปรางทงจากสนามแมเหลกคงท และสนามแมเหลกสลบจะใหคาเวลาผอนคลายประสทธผลของอนภาค หรอ Relaxation time (τeff) ของอนภาคเพมสงขน และจะมคามากทสดในอนภาคตวอยาง MNP 2 และ MNP 3 ซงมลกษณะเปนแทงและมคา τeff เทากบ 7.41 x 10-4

62 วนาท และ1.89 x 10-4 วนาท ตามล าดบในสวนของอนภาคทมลกษณะเปนทรงกลมของทก ๆ ตวอยางจะใหคา τeff ทใกลเคยงกนอยในชวง 10

-9 ถง 10-7 วนาท โดยทวไปกระบวนการเกดความรอนของอนภาคนาโนแมเหลกซงเกดจากการ

สญเสยสภาพแมเหลกทเปนผลมาจากการกลบทศของอนภาคเมอใหสนามแมเหลกสลบแกอนภาคเหลกออกไซดจะท าใหสปนแมเหลกของอนภาคเหลกออกไซดเกดการกลบทศเนองจากสนาม (Reversal time) เมอคา Reversal time มคานอยกวาคา Relaxation time ของอนภาคจะท าใหอนภาคแมเหลกเกดความรอนขน เมอคา Relaxation time ของอนภาคทสงเคราะหไดมคาเพมมากขนจะท าใหอนภาคสามารถเกดความรอนไดในสนามแมเหลกทมความถต าลง และจากผลการค านวณพบวาอนภาคตวอยาง MNP 2 และ MNP 3 มคา Relaxation time สงกวาคา Relaxation time ของอนภาคตวอยาง MNP 1 ทสงเคราะหดวยวธการตกตะกอนรวมปกตบงชไดวาวธการปรบปรงวธการสงเคราะหโดยการใหสนามแมเหลกคงทขณะอนภาคตกตะกอนในอนภาคตวอยาง MNP 2 และ MNP 3 มผลท าใหอนภาคสามารถเกดความรอนไดในสนามแมเหลกทมความถต าลง

บทท 4

สรปและอภปลายผล

4.1 สรปผล งานวจยนจะเปนการศกษาการเตรยมอนภาคแมเหลกดวยปฏกรยาการตกตะกอน

รวมทอณหภมหอง และการปรบปรงวธการสงเคราะหเพอสงเคราะหอนภาคทเปลยนแปลงจากอนภาคทรงกลมพรอมทงศกษาสมบตดานตาง ๆ ของอนภาคทสงเคราะหขนพบวาอนภาคทสงเคราะหดวยวธการตกตะกอนรวมแบบปกตจะใหอนภาคทมลกษณะเปนทรงกลม และการปรบปรงวธการสงเคราะหโดยการใหสนามแมเหลกคงท และสนามแมเหลกสลบขณะท าการสงเคราะหจะใหอนภาคทมลกษณะเปนแทง และทรงแปดหนาตามล าดบ และพบวาอนภาคทกตวอยางทสงเคราะหขนเปนอนภาคเหลกออกไซดชนดแมกนไทตทมโดเมนแมเหลกชนดซปเปอรพาราแมกเนตก และมคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกทสง

ผลจากการศกษาสภาพแอนไอโซทรอป (AMS) ของอนภาคพบวาอนภาคทสงเคราะหดวยวธการตกตะกอนรวมแบบปกตมผลท าใหคาแอนไอโซทรอปพารามเตอรชนด Corrected anisotropy มคาเทากบ 2 % และการปรบปรงวธการสงเคราะหโดยการใหสนามแมเหลกคงท และสนามแมเหลกสลบขณะท าการสงเคราะหมผลท าใหคาแอนไอโซทรอปพารามเตอรชนด Corrected anisotropy สงกวา 10 % และ สงกวา 14 % ตามล าดบ โดยอนภาคทสงเคราะหดวยวธการตกตะกอนรวมแบบปกตจะมลกษณะสภาพแอนไอโซทรอปเปนทรงกลมแบบร (Oblate) และการปรบปรงวธการสงเคราะหทงจากการใหสนามแมเหลกคงท และสนามแมเหลกสลบขณะท าการสงเคราะหจะมลกษณะสภาพแอนไอโซทรอปเปนทรงกลมยาวร (Prolate)

และผลจากการน าพารามเตอรตาง ๆ มาค านวณคา Relaxation time ของอนภาค พบวาการปรบปรงวธการสงเคราะหโดยการใหสนามแมเหลกคงทขณะท าการสงเคราะหจะท าใหคา Nèel relaxation time ของอนภาคเพมสงขน และการปรบปรงวธการสงเคราะหทงสองวธมผลท าใหคา Brownian relaxation time เพมสงขน และผลจากการค านวณคา Effective relaxation timeพบวาอนภาคทไดรบการปรบวธการสงเคราะหโดยการใหสนามแมเหลกคงทในขณะท าการสงเคราะหจะท าใหคา Effective relaxation time เพมสงขน ดงนนผลการค านวณพบวาอนภาค

63

64 ตวอยางทไดรบการปรบปรงวธการสงเคราะหโดยการใหสนามแมเหลกคงทในขณะท าการสงเคราะหมสมบตทดขนใกลเคยงอนภาคทจะน ามาประยกตใชงานในดานนมากขน

4.2 ขอเสนอแนะ การศกษาครงนยงเปนเพยงการศกษาเบองตนถงผลกระทบของสนามแมเหลกในการปรบปรงอนภาคใหมคาสภาพแอนไอโซทรอป (AMS) และสมบตทางแมเหลกอน ๆ ใหเหมาะสมในการน ามาประยกตใชในงานดานไฮเปอรเทอรเมยซงพบวาสนามแมเหลกทงสนามแมเหลกคงท และสนามแมเหลกสลบมผลตอขนาด รปราง และสภาพสภาพแอนไอโซทรอป (AMS) ดงนนจงควรศกษาผลกระทบจากสนามแมเหลกทความเขมตาง ๆ ในชวงทกวางขนจะท าใหไดความสมพนธระหวางความเขมของสนามแมเหลกกบการเปลยนแปลงคาสภาพแอนไอโซทรอป (AMS) เพอน ามาวเคราะหความสมพนธในโอกาสตอไป

65

บรรณานกรม

นชรย ชมเชย. 2553. การพฒนาและศกษาลกษณะสมบตเฉพาะของวสดรวมเคลย-อนภาคแมเหลกนาโน. วทยาศาสตรมหาบณฑต, มหาวทยาลยสงขลานครนทร.

นชรย ชมเชย, ไตรภพ ผองสวรรณ และดรณ ผองสวรรณ. 2552. ลกษณะเฉพาะดานอ านาจแมเหลกตกคางของอนภาคแมเหลกนาโนสงเคราะห. ลกษณะเฉพาะดานอ านาจแมเหลกตกคางของอนภาคแมเหลกนาโนสงเคราะห

ปรดา พมพขาวข า. 2539. เซรามกส. จฬาลงกรณมหาวทยาลย: กรงเทพ. ยงยทธ เหลาศรถาวร, จฑารพ เรองยศ, อาจารย ทองออน และอจฉรา ปญญา. 2552. การจ าลอง

สถานการณมอนตคารโลผลของอนตรกรยาไดโพลตอสมบตและเสถยรภาพทางแมเหลกในโครงสรางระดบนาโน. มหาวทยาลยเชยงใหม.

Apostolova, I. and J.M. Wesselinowa. 2009. Possible Low-Nanoparticles for Use in Magnetic Hyperthermia Treatments. Solid State Communications. 149 (25–26): 986-990.

Armijo, L.M., Y.I. Brandt, D. Mathew, S. Yadav, S. Maestas, A.C. Rivera, N.C. Cook, N.J. Withers, G.A. Smolyakov, N.L. Adolphi, T.C. Monson, D.L. Huber, H.D.C. Smyth and M. Osiński. 2012. Iron Oxide Nanocrystals for Magnetic Hyperthermia Applications. Nanomaterials. 2 (2): 134-146.

Balivada, S., R.S. Rachakatla, H. Wang, T.N. Samarakoon, R.K. Dani, M. Pyle, F.O. Kroh, B. Walker, X. Leaym, O.B. Koper, M. Tamura, V. Chikan, S.H. Bossmann and D.L. Troyer. 2010. A/C Magnetic Hyperthermia of Melanoma Mediated by Iron(0)/Iron Oxide Core/Shell Magnetic Nanoparticles: A Mouse Study. BMC Cancer. 10: 119.

Cornell, R.M. and U. Schwertmann. 2004. Crystal Structure. in The Iron Oxides. Secondary, eds. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 365-407.

Del Pino, P. and B. Pelaz. 2012. Chapter 13 - Hyperthermia Using Inorganic Nanoparticles. in Frontiers of Nanoscience. Secondary M. d. l. F. Jesus and V. Grazu, eds. Elsevier. 309-335.

Dhar, P., R. Dhar and R. Dhar. 2012. Analytical Study on Optimal Distribution of Heating Power in Hyperthermia. International Communications in Heat and Mass Transfer. 39 (3): 419-423.

66 Dorniani, D., M.Z. Hussein, A.U. Kura, S. Fakurazi, A.H. Shaari and Z. Ahmad. 2012.

Preparation of Fe3O4 Magnetic Nanoparticles Coated with Gallic Acid for Drug Delivery. Int J Nanomedicine. 7: 5745-5756.

Dunlop, D.J. 1973. Superparamagnetic and Single-Domain Threshold Sizes in Magnetite. Journal of Geophysical Research. 78 (11): 1780-1793.

Dunlop, D.J. and Ö. Özdemir. 1997. Rock Magnetism. Cambridge University. New York. Fannin, P.C. 1991. Measurement of the Neel Relaxation of Magnetic Particles in the Frequency

Range 1 kHz to 160 MHz. Journal of Physics D: Applied Physics. 24 (1): 76. Fannin, P.C. and S.W. Charles. 1989. Study of a Ferrofluid Exhibiting Both Brownian and Neel

Relaxation. Journal of Physics D: Applied Physics. 22 (1): 187-191. Foner, S. 1959. Versatile and Sensitive Vibrating-Sample Magnetometer. Review of Scientific

Instruments. 30 (7): 548-557. Gonzales-Weimuller, M., M. Zeisberger and K.M. Krishnan. 2009. Size-Dependant Heating

Rates of Iron Oxide Nanoparticles for Magnetic Fluid Hyperthermia. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 321 (13): 1947-1950.

Gupta, A.K. and M. Gupta. 2005. Synthesis and Surface Engineering of Iron Oxide Nanoparticles for Biomedical Applications. Biomaterials. 26 (18): 3995-4021.

Gupta, P.K., J. Singh and K.N. Rai. 2011. A Numerical Study on Heat Transfer in Tissues During Hyperthermia. Mathematical and Computer Modelling.

Hatch, G.P. and R.E. Stelter. 2001. Magnetic Design Considerations for Devices and Particles Used for Biological High-Gradient Magnetic Separation (Hgms) Systems. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 225 (1–2): 262-276.

Hergt, R., S. Dutz and M. Roder. 2008. Effects of Size Distribution on Hysteresis Losses of Magnetic Nanoparticles for Hyperthermia. J Phys Condens Matter. 20 (38): 385214.

Hergt, R., S. Dutz, R. Müller and M. Zeisberger. 2006. Magnetic Particle Hyperthermia: Nanoparticle Magnetism and Materials Development for Cancer Therapy. Journal of Physics Condensed Matter. 18 (38): S2919-S2934.

Hosono, T., H. Takahashi, A. Fujita, R.J. Joseyphus, K. Tohji and B. Jeyadevan. 2009. Synthesis of Magnetite Nanoparticles for Ac Magnetic Heating. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 321 (19): 3019-3023.

67 Huang, J., X. Zhong, L. Wang, L. Yang and H. Mao. 2012. Improving the Magnetic Resonance

Imaging Contrast and Detection Methods with Engineered Magnetic Nanoparticles. Theranostics. 2 (1): 86-102.

Jelinek, V. 1981. Characterization of the Magnetic Fabric of Rocks. Tectonophysics. 79 (3–4): T63-T67.

Jolivet, J.-P., C. Chaneac and E. Tronc. 2004. Iron Oxide Chemistry. From Molecular Clusters to Extended Solid Networks. Chemical Communications. 0 (5): 481-483.

Jordan, A., R. Scholz, P. Wust, H. Fähling and F. Roland. 1999. Magnetic Fluid Hyperthermia (Mfh): Cancer Treatment with Ac Magnetic Field Induced Excitation of Biocompatible Superparamagnetic Nanoparticles. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 201 (1–3): 413-419.

Kim, D.K., M. Mikhaylova, Y. Zhang and M. Muhammed. 2003. Protective Coating of Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. Chemistry of Materials. 15 (8): 1617-1627.

Krahne, R., G. Morello, A. Figuerola, C. George, S. Deka and L. Manna. 2011. Physical Properties of Elongated Inorganic Nanoparticles. Physics Reports. 501 (3–5): 75-221.

Krishnan, K.M. 2010. Biomedical Nanomagnetics: A Spin through Possibilities in Imaging, Diagnostics, and Therapy. IEEE Trans Magn. 46 (7): 2523-2558.

Landi, G.T. 2013. Simple Models for the Heating Curve in Magnetic Hyperthermia Experiments. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 326: 14-21.

Laurent, S., S. Dutz, U.O. Häfeli and M. Mahmoudi. 2011. Magnetic Fluid Hyperthermia: Focus on Superparamagnetic Iron Oxide Nanoparticles. Advances in Colloid and Interface Science. 166 (1–2): 8-23.

Li, Z., M. Kawashita, N. Araki, M. Mitsumori, M. Hiraoka and M. Doi. 2010. Magnetite Nanoparticles with High Heating Efficiencies for Application in the Hyperthermia of Cancer. Materials Science and Engineering: C. 30 (7): 990-996.

Liong, S. 2005. A Multifunctional Approach to Development, Fabrication, and Characterization of Fe3O4 Composites. PH.D., Georgia Institute of Technology.

Lu, A.H., E.L. Salabas and F. Schuth. 2007. Magnetic Nanoparticles: Synthesis, Protection, Functionalization, and Application. Angew Chem Int Ed Engl. 46 (8): 1222-1244.

68 Mahmoudi, M., S. Sant, B. Wang, S. Laurent and T. Sen. 2011. Superparamagnetic Iron Oxide

Nanoparticles (Spions): Development, Surface Modification and Applications in Chemotherapy. Adv Drug Deliv Rev. 63 (1-2): 24-46.

Mamiya, H. and B. Jeyadevan. 2011. Hyperthermic Effects of Dissipative Structures of Magnetic Nanoparticles in Large Alternating Magnetic Fields. Sci Rep. 1 157.

Martin-Hernandez, F. and M.M. García-Hernández. 2010. Magnetic Properties and Anisotropy Constant of Goethite Single Crystals at Saturating High Fields. Geophysical Journal International. 181 (2): 756-761.

McNab, T.K., R.A. Fox and A.J.F. Boyle. 1968. Some Magnetic Properties of Magnetite (Fe3O4) Microcrystals. Journal of Applied Physics. 39 (12): 5703-5711.

Mohapatra, M. and S. Anand. 2010. Synthesis and Applications of Nano-Structured Iron Oxides/Hydroxides. International Journal of Engineering, Science and Technology 2(8): 127-146.

Murase, K., H. Takata, Y. Takeuchi and S. Saito. 2012. Control of the Temperature Rise in Magnetic Hyperthermia with Use of an External Static Magnetic Field. Physica Medica.

Natelson, D., J. Wei, J. Herzog, P. Wheeler, W. Hardy, K. Evans, A. Dodd, J. Tussel, J. Li, R. Chen and H. Ji. 2013. Strongly Correlated Nanostructures. Available Source: http://www.ruf.rice.edu/~natelson/research.html.

Pankhurst, Q.A., J. Connolly, S.K. Jones and J. Dobson. 2003. Applications of Magnetic Nanoparticles in Biomedicine. Journal of Physics D: Applied Physics. 36 R167-R181.

Pinna, N., S. Grancharov, P. Beato, P. Bonville, M. Antonietti and M. Niederberger. 2005. Magnetite Nanocrystals: Nonaqueous Synthesis, Characterization, and Solubility†. Chemistry of Materials. 17 (11): 3044-3049.

Qi, W.H., M.P. Wang and Q.H. Liu. 2005. Shape Factor of Nonspherical Nanoparticles. Journal of Materials Science. 40 (9-10): 2737-2739.

Rosensweig, R.E. 2002. Heating Magnetic Fluid with Alternating Magnetic Field. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 252 (0): 370-374.

Rudolf, H., D. Silvio and Z. Matthias. 2010. Validity Limits of the Néel Relaxation Model of Magnetic Nanoparticles for Hyperthermia. Nanotechnology. 21 (1): 015706.

69 Sahoo, Y., A. Goodarzi, M.T. Swihart, T.Y. Ohulchanskyy, N. Kaur, E.P. Furlani and P.N.

Prasad. 2005. Aqueous Ferrofluid of Magnetite Nanoparticles:  Fluorescence Labeling and Magnetophoretic Control. The Journal of Physical Chemistry B. 109 (9): 3879-3885.

Sohn, H. and R.H. Victora. 2010. Optimization of Magnetic Anisotropy and Applied Fields for Hyperthermia Applications. Journal of Applied Physics. 107 (9): 09B312-313.

Sun, Y., L. Duan, Z. Guo, Y. DuanMu, M. Ma, L. Xu, Y. Zhang and N. Gu. 2005. An Improved Way to Prepare Superparamagnetic Magnetite-Silica Core-Shell Nanoparticles for Possible Biological Application. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 285 (1-2): 65-70.

Suto, M., Y. Hirota, H. Mamiya, A. Fujita, R. Kasuya, K. Tohji and B. Jeyadevan. 2009. Heat Dissipation Mechanism of Magnetite Nanoparticles in Magnetic Fluid Hyperthermia. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 321 (10): 1493-1496.

Tarling, D. and F. Hrouda. 1993. Magnetic Anisotropy of Rocks. London. Tartaj, P., M.d.P. Morales, S. Veintemillas-Verdaguer, T. González-Carreño and C.J. Serna.

2003. The Preparation of Magnetic Nanoparticles for Applications in Biomedicine. Journal of Physics D: Applied Physics. 36 (13): R182-R197.

Tartaj, P., M.P. Morales, T. González-Carreño, S. Veintemillas-Verdaguer and C.J. Serna. 2005. Advances in Magnetic Nanoparticles for Biotechnology Applications. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 290–291, Part 1 (0): 28-34.

Tomitaka, A., T. Koshi, S. Hatsugai, T. Yamada and Y. Takemura. 2011. Magnetic Characterization of Surface-Coated Magnetic Nanoparticles for Biomedical Application. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 323 (10): 1398-1403.

Venkatasubramaniam, S.K., H. Bumsoo, E.H. Bruce, W.S. Thomas and C.B. John. 2005. In Vitro Characterization of Movement, Heating and Visualization of Magnetic Nanoparticles for Biomedical Applications. Nanotechnology. 16 (8): 1221.

Winkler, A., L. Alfonsi, F. Florindo, L. Sagnotti and F. Speranza. 1997. The Magnetic Anisotropy of Rocks: Principles, Techniques and Geodynamic Applications in the Italian Peninsula. Annali Di Geofisica. XL (3): 729-740.

70 Wu, S., A. Sun, F. Zhai, J. Wang, W. Xu, Q. Zhang and A.A. Volinsky. 2011. Fe3O4 Magnetic

Nanoparticles Synthesis from Tailings by Ultrasonic Chemical Co-Precipitation. Materials Letters. 65 (12): 1882-1884.

Yigit, M.V., A. Moore and Z. Medarova. 2012. Magnetic Nanoparticles for Cancer Diagnosis and Therapy. Pharm Res. 29 (5): 1180-1188.

Zhang, W., S. Jia, Q. Wu, J. Ran, S. Wu and Y. Liu. 2011. Convenient Synthesis of Anisotropic Fe3O4 Nanorods by Reverse Co-Precipitation Method with Magnetic Field-Assisted. Mater Lett. 65 (12): 3-3.

71

ภาคผนวก

72

ภาคผนวก ก

ทฤษฎทเกยวของกบงานวจย

1.1 ทฤษฎพนฐาน

1.1.1 สภาพรบไวไดทางแมเหลก

สภาพรบไวไดทางแมเหลกเปนปรมาณทบอกใหทราบวาวสดนนจะสามารถท าใหเปนแมเหลกไดหรอไม คาสภาพรบไวไดทางแมเหลกสามารถแบงออกไดเปน 2 ชนด คอ

1. สภาพรบไวไดทางแมเหลกตอปรมาตร (Volume magnetic susceptibility; k) คอคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกเทยบตอปรมาตรของตวอยางซงคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกตอปรมาตรสามารถนยามไดดงสมการท 1

(1)

เมอ คอ ความเขมของแมกนไทเซชนตอปรมาตร (Volume magnetization) (A/m) คอ ความเขมสนามแมเหลกทให (Applied magnetic field) (A/m) คอ สภาพรบไวไดทางแมเหลกของสารไมมหนวยในระบบ SI

2. สภาพรบไวไดทางแมเหลกตอมวล (Mass magnetic susceptibility; χ) คอคาสภาพรบ

ไวไดทางแมเหลกเทยบตอมวลของตวอยางซงคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกตอมวลสามารถนยามไดดงสมการท 2

(2)

เมอ

(3)

73

จะได

(4)

เมอ คอ ความเขมของแมกนไทเซชนตอมวล (Mass magnetization) (Am2/kg) คอ สนามแมเหลกทให (Applied magnetic field) (Wb/m2) คอ สภาพใหซมไดทางแมเหลก (magnetic permeability) คอ สภาพรบไวไดทางแมเหลกของสาร (m3/kg)

1.1.2 โดเมนแมเหลกและผนงโดเมน (Domain and Domain wall)

อนภาคแมเหลกซงในงานวจยนประกอบดวยอนภาคเหลกออกไซด เชน แมกน-ไทต (Fe3O4) แมกฮไมต (γ-Fe2O3) และฮมาไทต (Fe2O3) โดยอนภาคเหลานประกอบดวยหนวยแมเหลกเลก ๆ เรยกวา ไดโพลแมเหลก (Magnetic dipole) และอาจจบตวเปนกลมกอน แตละกอน แตละกลมนนเรยกวา โดเมนแมเหลก (Magnetic domain) จากการศกษาวงฮสเทอรซส (hysteresis loop) ของวสดเฟรโรแมกเนตก ซงเปนกราฟแสดงการเปลยนแปลงคาแมกนไทเซชนเนองจากการเหนยวน าดวยสนามแมเหลกภายนอกพบวาโดเมนแมเหลกมผลตอการเปลยนแปลงลกษณะเสนกราฟ และเปนสวนส าคญในการควบคมสมบตแมเหลกตาง ๆ ตามธรรมชาตของอนภาคนน หลกการของโดเมนแมเหลกสามารถอธบายไดจากการเกดขนเองของแทกนไทเซชนในอนภาค โดยแตละอนภาคอาจจะมการแบงแยกขอบเขตของไดโพลแมเหลกภายในอนภาคออกเปนโดเมนแมเหลกเดยวหรอเปนโดเมนแมเหลกจ านวนมาก ภาพประกอบ 1 โดเมนแมเหลกและผนงโดเมนในวสดเฟรโรแมกเนตก a) ทศทางของแมกนไทเซ-

ชนตกคางรวมในวสด b) ทศทางแมกนไทเซชนตกคางในแตละโดเมน ซงมผนงโดเมนกนอย (Butler, 1992)

a b

74 ซงโดเมนแมเหลกทพบอาจมองคประกอบของไดโพลแมเหลกทมการวางตวในทศเดยว หรออาจจะมการวางตวในทศทางแบบสม (ภาพประกอบ 1)โดยผลรวมของแมกนไทเซชนของโดเมนจะเทากบศนยเนองจากการหกลางกนหมดทางเวกเตอรของคาแมกนไทเซชนทเกดขน ความหนาของผนงโดเมน (ภาพประกอบ 2) จะขนอยกบจ านวนไดโพลแมเหลกในอะตอมทมการสรางอ านาจชกจงของโมเมนตแมเหลกในแตละโดเมนทอยตดกนท าใหเกดการเปลยนแปลงการหมนของอนภาคแมเหลก ภาพประกอบ 2 แบบผนงโดเมนแมเหลก a) การกลบทศของแมกนไทเซชนตกคางในโดเมน

แมเหลกของอะตอมทอยตดกน b) การกลบทศภายในผนงโดเมน (Tauxe, 2005) โดยทวไปสมบตตาง ๆ ทางแมเหลกของอนภาคแมเหลกระดบนาโนรวมทงการ

เกดวงฮสเทอรซส และแมกนไทเซชนตกคางในวสดใด ๆ จะขนอยกบขนาดของอนภาค ซงจะเกยวของโดยตรงกบโดเมนแมเหลกของวสดจงสามารถน ามาจ าแนกประเภทของโดเมนแมเหลกออกเปนลกษณะตาง ๆ ดงน

1) ซปเปอรพาราแมกเนตกโดเมน (Super-paramagnetic; SPM) เกดจากการกอตวของโมเลกลแมเหลกเพยง 1 โมเลกล เกดเปนวสดแมเหลกซงมคาแมกนไทเซชนตกคางทไมเสถยร มพฤตกรรมการวางตวในสนามแมเหลกคลายกบวสดเฟรโรแมกเนตก แตมคา Relaxation time (เวลาทคาอ านาจแมเหลกตกคางลดลง 1/e จากคาเดม) นอยกวาวสดทเปนเฟรโรแมกเนตกมากรวมทงมคาแมกนไทเซชน และมคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกสงกวาวสดพาราแมกเนตก เมออนภาคมขนาดใหญขนจนถงระดบหนงจะมการเปลยนแปลงจากซปเปอรพาราแมกเนตกไปเปนโดเมนเดยว

W W

a b

75

2) โดเมนเดยว (Single domain; SD) ซงเกดจากการเปลยนแปลงขนาดอนภาคแมเหลกจาก SPM ใหขนาดอนภาคใหญขน และมการเกดขวไดโพลขนในโดเมน โดยไดโพลโมเมนตแมเหลกทเกดขนจะมเพยงทศทางเดยว และมคาแมกนไทเซชนตกคางเรมมความเสถยรมากขน

3) โดเมนเทยม (Pseudo-single domain; PSD) เกดจากการโตขนของอนภาคในกลม SD เปนคโดเมนเทยมทมทศทางของโมเมนตไดโพลแมเหลกทตรงขามกนโดยผนงโดเมนเปนตวกนระหวางไดโพลทงสองโดยอนภาคประเภทนจะมคาความเปนแมเหลกทมคานอยมากเนอง จากเกดการหกลางกนของไดโพลโมเมนตแมเหลกทมทศทางตรงขามกน

4) มลตโดเมน (Multi-domain; MD) เกดจากการโตขนของอนภาคค PSD แลวมการจบรวมตวกนเปนหลาย ๆ โดเมนซงมการวางตวของคไดโพลทเปนระเบยบและไมเปนระเบยบปะบนกน และมผนงโดเมนเปนตวกนระหวางไดโพลทงหมดคาความเปนแมเหลกจะขนกบคาลพธของไดโพลทงระบบ

โดยทวไปอนภาคแมเหลกกอตวจากสารแมเหลก 1 โมเลกล หรอ 1 ไดโพล และขยายเปนหลาย ๆ โมเลกล หรอหลาย ๆ ไดโพล จนเขาสสภาวะ SPD คอมคาสภาพรบไวไดทางแมเหลกสงแตไมมคาแมกนไทเซชนตกคางจนเมอขนาดอนภาคมโดเมนทโตขนจนเขาสยานโดเมนเดยว โดเมนเทยม และมลตโดเมน ตามล าดบ ภาพประกอบ 3 ขนาดของโดเมนประเภทตาง ๆ และลกศรแสดงลกษณะของโมเมนตแมเหลกใน

แตละโดเมน

Superparamagnetic Single domain Pseudo-Single domain

Multi-domain

76 ภาพประกอบ 4 การเปลยนแปลงคาสภาพลบลางทางแมเหลก (Hc) ทขนกบขนาดของอนภาค

(Krahne, R. et al., 2011)

1.2 หลกการของเครองมอและเทคนคทใชในการศกษาโครงสรางและสมบตทางแมเหลก

1.2.1 เทคนคการเลยวเบนรงสเอกซ

การศกษาโครงสรางเพอดการจดเรยงตวของอะตอมหรอโมเลกลของสารประกอบนน ๆ โดยเทคนคการเลยวเบนรงสเอกซ หรอเทคนค XRD โดยอาศยปรากฏการณเลยวเบนของรงสเอกซจากวตถใด ๆ (X-ray diffraction) ในการศกษาโดยเทคนค XRD นใชกฎของแบรกกซงกลาววา “รงสเอกซทสะทอนออกจากระนาบกนนนมความแตกตางกนเปนจ านวนเตมเทาของความยาวคลนของรงสเอกซ ตามความสมพนธดงสมการ

(5)

77 เมอ คอระยะหางระหวางระนาบ คอมมสะทอนจากระนาบของอะตอมซงเทากบมมตกกระทบ คอความยาวคลนของรงสเอกซทใช

เนองจากอะตอมในผลกมการจดเรยงตวอยางเปนระเบยบดงนนการเกดปรากฏการณเลยวเบนของรงสเอกซโดยอะตอมในผลกเปนลกษณะเดยวกนกบการสะทอนของแสงบนกระจกเงาระนาบ ในการศกษาโครงสรางผลกของอนภาคเกดจากการใหกระแสไฟฟากบหลอดก าเนดรงสเอกซทขวแคโทดเพอใหอเลกตรอนหลดออกจากขวแคโทดวงเขาชนเปาทขวแอโนดเพอใหเกดเปนรงสเอกซแผออกมา น ารงสเอกซฉายลงบนผลกทตองการศกษา รงสสวนใหญผานผลกโดยไมมการเปลยนแปลง มเฉพาะบางสวนทจะสะทอนและกระจายออกไปในหลายทศทาง มมของรงสทสะทอนออกมาจะใหขอมลเกยวกบขนาด รปราง และสมมาตรของหนวยเซลล (Unit cell)

นอกจากนเทคนค XRD ยงสามารถใชค านวณหาขนาดผลก (crystallite size) โดยใชสมการเชอรเรอร (Scherer equation) ดวยวธ X-ray line broadening ซงอาศยขอมลทไดจากการเลยวเบนของรงสเอกซ ทงมมการเลยวเบน ( ) และความกวางทต าแหนงครงหนงของความสงของยอดกราฟการเลยวเบนหรอ full width at half maximum (FWHM) ดงสมการ

(6)

เมอ คอขนาดของผลก คอมมเลยวเบน คอความยาวของรงสเอกซ คอ full width at half maximum (FWHM) คอคาคงทขนกบขนาและรปรางของผลกอยในชวง

และจากการหาระยะหางระหวางระนาบหรอคา dhkl ไดจากสมการของแบรกกคอ

(7)

78 สามารถใหน ามาค านวณคาคงทแลตทช (lattice parameter) ไดโดยถาอนภาคอยในกลมทมโครงสรางผลกแบบลกบาศก จะใชสมการส าหรบระบบลกบาศก (a = b = c) ดงสมการ

√( ) (8)

เมอ คอระยะหางระหวางระนาบ คอคาคงทแลตทช (lattic parameter) คอชดระนาบ hkl ทจดเรยงตวในทศทางทแตกตางกน 1.2.2 เทคนคการถายภาพดวยกลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน

กลองจลทรรศนอเลกตรอนแบบสองผาน (Transmission Electron Microscopy; TEM) เปนเทคนคทนยมใชในการศกษาลกษณะรปรางและโครงสรางของอนภาคตวอยาง กลองจลทรรศนอเลกตรอนชนดนจะประกอบดวย ปนอเลกตรอนท าหนาทเปนแหลงก าเนดอเลกตรอน Condenser lens ท าหนาทรวบรวมประจอเลกตรอนทเกดขนใหเปนล าอเลกตรอนโดยใชสนามแมเหลก คาความยาวคลนของอเลกตรอนสามารถปรบไดโดยการใชกระแสไฟฟาถาใหกระแสมากขน คาความยาวคลนของอเลกตรอนจะสนลงจะท าใหสามารถแสดงรายละเอยดของภาพไดดขน และในสวนของการเกดภาพจะประกอบดวยเลนสสนามแมเหลกไฟฟาทงหมด 3 ชนด คอเลนสใกลวตถ (Objective lens) เลนสกลาง (Intermediate lens) และเลนสฉาย (Projector lens) ในสวนนจะเรมจากการรบล าอเลกตรอนทผานมาจากอนภาคตวอยางไปยงเลนสใกลวตถซงจะอยในต าแหนงใตชองใสตวอยางและ Condenser lens เลนสใกลวตถจะท าหนาทขยายภาพ จากนนล าอเลกตรอนจะผานไปยงเลนสกลางเพอขยายภาพเพมขน และผานไปยงเลนสฉายทท าหนาทน าภาพทขยายไปปรากฏบนจอซงสามารถมองไดจากซองมองภาพ และสามารถบนทกภาพโดยใชชดเตอรปดหรอเปดล าอเลกตรอนใหล าอเลกตรอนไปตกกระทบบนแผนรบภาพเรองแสงหรอแผนฟลม

ในขณะทฉายล าอเลกตรอนลงบนอนภาคตวอยางนนจะมล าอเลกตรอนบางสวนเลยวเบนจากบรเวณทเลอกไวซงจะสามารถน ามาวเคราะหหาโครงสรางทางจลภาคของอนภาคตวอยาง และระยะหางระหวางระนาบไดเชนเดยวกบเทคนค XRD โดยการศกษารปแบบการเลยวเบนของอเลกตรอนจากบรเวณทเลอกไว (Selected area electron diffraction; SAED) จะไดรปแบบการเลยวเบนของอเลกตรอนใน 2 ลกษณะ คอแบบจดเดยว ๆ หลายจดเรยงกนเปนเสนตรงทหางกนอยางสม าเสมอซงแสดงโครงสรางภายในทเปนแบบผลกเดยว และแบบจดเรยงตอกนเปน

79 วงกลม (Ring pattern) ซงแสดงโครงสรางภายในเปนแบบพหผลก (Polycrystal) ถาลกษณะของ Ring pattern มลกษณะเปนเสนคมชดประกอบดวยจดเลก ๆ เรยงกนเปนวง (Shape discrete ring) แสดงใหเหนวาผลกมขนาดคอนขางใหญ และถาเปนวงเสนทไมชดเจนกวางและไมคมชด (Broad continuous ring) แสดงวาผลกนนมขนาดเลก โดยความกวางของวงเปนอตราสวนผกผนกบขนาดของผลกและสามารถค านวณระยะหางระหวางระนาบผลกไดจากสมการท 9

(9)

เมอ คอระยะหางระหวางระนาบ คอความยาวคลนของอเลกตรอนทใช คอความยาวกลอง คอระยะจากจดศนยกลางถงจดเลยวเบน

โดยคาระยะหางระหวางระนาบหรอคา d ทค านวณไดจากสมการสามารถน ามา

เปรยบเทยบกบคา d จากฐานขอมลอางอง JCPDS เพอระบโครงสรางเฟสทเกดขนตรงกบอนภาคในกลมใด

1.2.3 เทคนค Vibrating Sample Magnetometer (VSM)

การศกษาสมบตฮสเทอรซสเชงแมเหลกของอนภาคตวอยางดวยเทคนค VSM เปนเทคนคทใชหลกการทเมออนภาคสารตวอยางถกวางในบรเวณทมสนามแมเหลกซงสนามแมเหลกควบคมโดยแทงแมเหลกไฟฟา (Electromagnet) เมออนภาคตวอยางอยในสนามแมเหลกอนภาคจะถกแมกนไตซอนภาคตวอยางทถกแมกนไตซจะสรางฟลกซแมเหลกตดผาน Pick-up coil ดงแสดงในภาพประกอบ 5 และความตางศกยทไดจะสามารถน ามาค านวณคาโมเมนตแมเหลก (Magnetic moment) ดงนนเทคนค VSM จงเปนเทคนคหนงทไดรบการยอมรบในการหาคาแมกนไตเซชนของสารตวอยางโดยอาศยการสนของสารตวอยาง นอกจากนสญญาณทไดจากขดลวดซงเปนสดสวนกบแมกนไตเซชนของวสดแมเหลกซงอยระหวางขดลวดตรวจวด และสนามแมเหลกจะถกตรวจวดโดยใชเครองวด และขยายสญญาณแบบลอก-อน เมอสนามแมเหลกทผานตวอยางมคาตางๆ กน และเพอใหการประมวลและแสดงผลเกดขนแบบ real time ระบบเครองวดจะถกควบคมผานคอมพวเตอร โดยสมบตทางแมเหลกของวสดจะถกแสดงในรปของกราฟฮทเทอรซสเชงแมเหลก

80

ภาพประกอบ 5 โครงสรางหลกของ VSM (Vibrating Sample magnetometer

81

ภาคผนวก ข

การเผยแพรผลงานและการตพมพ

82

Siam Physics Congress SPC2012

Past, Present and Future of Physics 9-12 May 2012

174

The influence of external AC/DC magnetic field on the morphology and

magnetic properties of magnetic nanorod

Thitirat Charoenta

1, Darunee Bhongsuwan

2, and Tripob Bhongsuwan

3*

1M.Sc. student in Physics, Department of Physics, Faculty of Science,

Prince of Songkla University, Hat Yai, 90112 2Department of Material Science and Technology, Faculty of Science,

Prince of Songkla University, Hat Yai, 90112 3Department of Physics, Faculty of Science, Prince of Songkla University, Hat Yai, 90112

*Corresponding author. E-mail: tripop.b@psu.ac.th

Abstract

The development of anisotropic magnetite (Fe3O4) nanorods was prepared in the presence of external

AC/DC magnetic fields at room temperature by a co-precipitation method. This magnetic nanorod had

the average diameter of 10 nm and 100 – 150 nm in length with superparamagnetic behavior.

Especially, shape anisotropy can be employed to tune or modify several magnetic parameters mainly to

characterizing the behavior of both ferro- and ferrimagnets. Therefore, the control over the magnetic

properties by the fine engineering of the morphology of nanocrystals could become a key factor for the

use of nanostructured magnetic particles with improved performance in biomedicine. However,

saturation magnetization of the nanorod structures is greater than that of the spherical magnetite

nanoparticles. This study presents the influence of the external AC/DC magnetic field in the

morphology of these nanostructures. The results imply that the intensity of magnetic field directly

impacts on the productive rate and anisotropy degree of the nanorods.

Keywords: Magnetic, Nanorod, Anisotropic, Co-precipitation, Iron oxide

Introduction

Magnetic nanoparticles (MNP) have attracted

much attention due to their unique properties and

potential applications. Magnetic induction heating

behavior of magnetic particles provides a benefit for

biomedicine applications such as, drug delivery,

magnetic separation, magnetic resonance imaging

(MRI), and hyperthermia. Several methods have been

reported to synthesis of magnetic nanoparticles,

including hydrothermal synthesis, microemulsion, co-

precipitation, sol–gel syntheses etc [1-7]. Co-precipi-

tation method is a simple, time saving and economical

way for synthesizing magnetic nanoparticles. The

magnetic nanoparticles have synthesis by co-

precipitation method indicates that properties of the

particles is likely unstable single domain (USD). In

addition, novel properties of nanomaterial depend

upon the structure and morphology. Thus, the

development of a potential particles such as the small

size, faster magnetic response and high anisotropic

constant of magnetite nanostructure is the result of the

development the structure and morphology. Especially,

shape aniso- tropy can therefore be employed to tune

or modify several magnetic parameters characterizing

the behavior of mainly ferro- and ferrimagnets.

Therefore, the control over the magnetic properties by

the fine engineering of the morphology of nano-

crystals could become a key factor for the use of

nanostructured magnetic particles with improved

performance in biomedicine [8-11]. In this study, a

simple approach to prepare magnetic nanorods using

co-precipitation method at roomtemperture is reported.

The magnetic nanorods with specific shape has been

prepared under an external AC/DC magnetic field and

characterized by transmission electron micro- scopy

(TEM), vibrating sample magnetometry (VSM), and

spinning specimen magnetic susceptibility aniso-

tropy meter.

Materials and Methods

Magnetic nanostructure was prepared for

biomedical use by the applied co-precipitation

method.

Materials

All reagents were used in the work of an analytic

grade from commercial sources, and were used

without further purification. Sodium hydroxide

(NaOH) was purchased from Lab-Scan, iron (Ⅲ)

chloride hexahydrate (FeCl3·6H2O) was purchased

from Ridel-de Haën and iron (Ⅱ) chloride

tetrahydrate (FeCl2·4H2O) was purchased from BDH

Prolabo.

Siam Physics Congress SPC2012

Past, Present and Future of Physics 9-12 May 2012

175

Methods

In general, the magnetic nanostructure can be

prepared easily by co-precipitation method. In

a typical reaction, 0.162 g of ferric chloride (FeCl3)

and 0.060 g of ferrous chloride (FeCl2) were mixed in

9 mL of water. After that, sodium hydroxide aqueous

solution (2.5 M) volume of 1 mL was dropped in

reaction and was stirred in conjunction with the

presence of external AC/DC magnetic fields (0, 0.025

and 0.045 T / 0.1 and 0.2 T) at room temperature.

During the experiment, the external AC/DC magnetic

field (0, 0.025 and 0.045 T / 0.1 and 0.2 T) was

applied on the solution at the room temperature for 30

min. The resulting black solid powders were dried in

an oven at 80 °C for 3 h.

Results and Discussion

The particle sizes and morphology of magnetic

nanoparticles derived by co-precipitation process

under AC/DC magnetic fields (0, 0.025 and 0.045 T /

0.1 and 0.2 T) at room temperature have been

examined. The TEM pictures are shown in Fig. 1. It is

clear that the nanostructures synthesized without

applied magnetic field appearing as nanoparticles

(Fig. 1a) are different from one obtained under AC/DC

magnetic fields (Fig. 1b), that look like nanorod

structure. Sizes of the particles in Fig. 1a range from 5

to 20 nm different from particles without magnetic

field, which appear as rod-like structures. Average

diameter of the rod-like structures is 10 nm and 100 –

150 nm in length. Although the rod-like structures

were significantly induced by the intensity of

magnetic field and type of magnetic field, the

diameters of nanostructures were unchanged (about

10 nm). The consequence was also consistent with the

magnetic susceptibility of the MNPs shown in Fig. 2.

From Fig.2, Flinn-type plot shows relation between

the degree of lineation and foliation. It has been

shown that the nanostructures derived by preparation

process under AC/DC magnetic fields appeared as

prolate shapes different from those produced without

magnetic field that was slightly oblate. However, the

degree of anisotropy (Pj) changed drastically when an

external magnetic field was applied. In addition, the

shape parameter (T) is negative values when external

magnetic field was applied and positive values when

without applied magnetic field.

The magnetic properties of magnetic nanostruc-

tures at different preparation condition are compared

in Table 1. The magnetic nanostructures forms is

magnetite or its oxidized form maghemite because the

mass magnetic susceptibility (χ) of 26.20 – 53.40

(mSI) (usually ranging in magnetite and maghemite

from 4 – 20 × 10-4

[12])

Fig. 3 shows the room-temperature hysteresis

properties of magnetic nanostructures examined on

VSM at room temperature of different samples shown

in Fig. 2a where synthesized under the AC/DC

external magnetic field of 0.025 and 0.045 T / 0, 0.1

and 0.2 T have the saturation magnetization (Ms) of

23.3 emu/g and 18.7 emu/g / 38.4 emu/g, 35.9 emu/g

and 34.5 emu/g respectively. It shows that saturation

magnetization of the magnetic nanostructure

synthesized by co-precipitation process under AC

magnetic fields at room temperature is less than that

one synthesized under DC magnetic field. However,

all samples have superparamagnetic behavior because

the size of the nanostructure was below the critical

size of iron oxide single domain.

Fig. 1 TEM images of magnetic nanoparticles with

different synthesized: (a) synthesized without

magnetic field appeared; (b) synthesized under DC

magnetic fields (0.2 T (MNP 4)) at room temperature

a

b

Siam Physics Congress SPC2012

Past, Present and Future of Physics 9-12 May 2012

176

Fig. 3 Hysteresis loops of magnetic nanostructures measured at room temperature: (a) synthesized under the

DC external magnetic field at 0 T (MNP 1), 0.1 T (MNP 2), 0.2 T (MNP 3) and AC external magnetic field

at 0.025 T (MNP 4), 0.045 T (MNP 5). (b) Hysteresis loops of sample MNP4 where the magnetic field is

applied parallel (H(//)) and perpendicular (H(⊥)).

Table 1: The magnetic properties of magnetic nanostructures measured at room temperature: (a) synthesized

under the DC external magnetic field at 0 T (MNP 1), 0.1 T (MNP 2), 0.2 T (MNP 3) and AC external magnetic

field at 0.025 T (MNP 4), 0.045 T (MNP 5).

Sample χ (mSI) Ms (emu/g) Mrs(emu/g) Mr/Ms

MNP 1 53.40 38.4 0.382 0.01

MNP 2 46.60 35.9 0.463 0.01

MNP 3 42.60 34.5 0.416 0.01

MNP 4 28.20 21.3 0.231 0.01

MNP 5 26.20 18.7 0.174 0.01

Note: χ = mass magnetic susceptibility; Ms = saturation magnetization; Mrs = remament magnetization

Foliation (P3 = kint/kmin)

Prolate

Ob

late

1.20

1.18

1.16

1.14

1.12

1.10

1.08

1.06

1.04

1.02

1.00

1.00 1.02 1.04 1.06 1.08 1.10 1.12 1.14 1.16 1.18 1.20

Lin

eati

on

(P

1 =

km

ax/k

int)

MNP2

MNP1

MNP4

MNP5

MNP3

Fig 2. Flinn-type plot of the degree of lineation and foliation of nanostructures synthesized under the DC external

magnetic field at 0 T (MNP 1), 0.1 T (MNP 2), 0.2 T (MNP 3) and AC external magnetic field at 0.025 T (MNP

4), 0.045 T (MNP 5).

H (//) H (⊥)

a

b

Siam Physics Congress SPC2012

Past, Present and Future of Physics 9-12 May 2012

177

Conclusions

In summary, the shape transformation of

the magnetic nanostructure at various magnetic

fields was investigated, based on TEM images and

magnetic susceptibility of the MNPs. It was found

that the nanostucture was changed by both the

intensity and type of the applied magnetic field. The

saturation magnetization of magnetite nanorods

synthesized under DC magnetic induction was

greater than that derived by the co-precipitation

process under AC magnetic . All the products of our

experiment at room temperature show the

superparamagnetic behavior. The magnetic

nanostructure prepared in the presence of external

AC/DC magnetic field at room temperature by a co-

precipitation method has high anisotropic degree

and shape parameter is negative values. It is clear

that the influence of external AC/DC magnetic field

magnetic nanorods effect on the shape and magnetic

properties of magnetic nanoparticle

Acknowledgments Authors would like to acknowledge the

Graduate School and Department of Physics,

Faculty of Science, Prince of Songkla University to

support research grant and all necessary facilities.

The authors also would like to thank Assist. Prof.

Dr. Pongsakorn Jantaratana and Department of

Physics, Kasetsart University for supporting all

necessary facilities for VSM experiment.

References 1. C. Kumar, and F. Mohammad, “Magnetic

Nanomaterials for Hyperthermia-based

Therapy and Controlled Drug Delivery”,

Advanced Drug Delivery Reviews 63 (2011),

789-808.

2. K. Krishnan, “Biomedical Nanomagnetics: A

spin Through Possibilities in Imaging

Diagnos- tics, and Therapy”, Advances in

Magnetics 46(2010), 7.

3. R. Krahne, G. Morello, A. Figuerola, C.

George, S. Deka, and L. Manna, “Physical

properties of elongated inorganic

nanoparticles”, Physics Reports 501(2011),

75–221.

4. P. Tartaj, M. P. Morales, T. González-Carreño,

S. Veintemillas-Verdaguer, and C.J. Serna,

“Advances in magnetic nanoparticles for

biotechnology applications”, Journal of

Magne- tism and Magnetic Materials 290-

291(2005), 28-34.

5. Q. A. Pankhurst, J. Connolly, S. K. Jones, and

J. Dobson, “Applications of magnetic nanopar-

ticles in biomedicine”, Journal of Physics D:

Applied Physics 36(2003), R167-R181.

6. P. Tartaj, M. P. Morales, S. Veintemillas-

Verdaguer, T. González-Carreño, and C. J.

Serna, “The preparation of magnetic nano-

particles for applications in biomedicine”,

Journal of Physics D: Applied Physics

36(2003), R182-R197.

7. A. H. Lu, E. L. Salabas, F. Schüth, “Magnetic

Nanoparticles:Synthesis, Protection,

Functionali- zation, and Application”,

Angewandte Chemie 46(2007), 1222–1244.

8. W. Zhang, S. Jia, Q. Wu, J. Ran, S. Wu, and

Y. Liu, “Convenient synthesis of anisotropic

Fe3O4 nanorods by reverse co-precipitation

method with magnetic field-assisted”,

Materials Letters 65(2011), 1973–1975.

9. D.H. Tarling, and F. Hrouda, “The magnetic

anisotropy of rocks”, Chapman and Hall,

London, 1993, 7-26.

10. L. Zhang, and Y. Zhang, “Fabrication and

magnetic properties of Fe3O4 nanowire arrays

in different diameters”, Journal of Magnetism

and Magnetic Materials 321 (2009), L15-L20.

11. G. Hatch, R. Stelter, “Magnetic design consi-

derations for devices and particles used for

biological high-gradient magnetic separation

(HGMS) systems”, Journal of Magnetism and

Magnetic Materials 225(2001), 262-276.

12. R. M. Cornell, U. Schwertmann, “The Iron

Oxides”, WILEY-VCH Verlag Gmbh & Co.

KGaA(2003), 1-94.

13. R. Leonhardt, “Analyzing rock magnetic

measurements: The RockMagAnalyzer 1.0

software”, Computers & Geosciences 32

(2006), 1420-1431.

14. J. P. Jolivet, C. Chanéac, E. Tronc, “Iron oxide

chemistry From molecular clusters to extended

solid networks”, Chem Comm 5(2004), 481-

485.

15. Y. Sahoo, A. Goodarzi, “Aqueous ferrofluid of

magnetite nanoparticles: fluorescence labeling

and magnrtophoretic control”, The Journal of

Physical Chemistry B 109(2005), 3879–3885.

16. N. Chomchoey, “Development and

Characterization of Magnetic Nanoparticles-

Clay Composite”, Master of Science Thesis,

Prince of Songkla University, 2553.

17. N. Chomchoey, T. Bhongsuwan, and D. Bhongsuwan, “Remanent Magnetization Characteristics of Synthetic Magnetic Nanoparticles”, KKU Journal Graduate

Studies, 9 (2552) 48-56. 18. P. Tartaj, M. P. Morales, S. Veintemillas-

Verdaguer, T. González-Carreño, and C. J.

Serna, “The preparation of magnetic nano-

particles for applications in biomedicine”,

Journal of Physics D: Applied Physics

36(2003), R182-R197.

20 nm

87

ประวตผเขยน

ชอ สกล นางสาวฐตรตน เจรญตา รหสประจ าตวนกศกษา 5310220027 วฒการศกษา

วฒ วทยาศาสตรบณฑต

ประกาศนยบตรบณฑต

ชอสถาบน มหาวทยาลยสงขลานครนทร

มหาวทยาลยศลปากร

ปทส าเรจการศกษา 2550 2551

ทนการศกษา

รบทนสนบสนนนกศกษาระดบบณฑตศกษา เปนผชวยนกวจย (Research Assistant) ปการศกษา 2553 โดยคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร วทยาเขตหาดใหญ ต าแหนงและสถานทท างาน

คร โรงเรยนควนพระสาครนทร ต าบลฝาละม อ าเภอปากพะยน จงหวดพทลง 93120 การตพมพเผยแพรผลงาน Charoendta, T., Bhongsuwan, D. and Bhongsuwan, T. 2555. The influence of external AC/DC

magnetic field on the morphology and magnetic properties of magnetic nanorod. Proceeding of the 7th Siam Physics Congress SPC 2012 Past, Present and Future of Physics 2012. Phranakhon Si Ayutthaya, Thailand, May 9-12, 2012. pp.160.