Để đạt được sự hiểu biết toàn diện và sâu sắc về các hạt nano hai pha từ tính, Tiến sĩ Trần Thị Việt Nga cùng các cộng sự tại Viện Đào tạo Quốc tế về Khoa học Vật liệu (ITIMS), Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu vi cấu trúc và cơ chế từ hóa của các hạt có cấu trúc nano kết hợp hai pha từ cứng và từ mềm dạng composit và lõi vỏ”. Mục tiêu chính của nghiên cứu là:

- Phát triển và hoàn thiện các phương pháp chế tạo đặc thù cho từng loại cấu trúc nano từ tính (composit hoặc lõi-vỏ), nhằm làm chủ công nghệ sản xuất.

- Giải mã ảnh hưởng của quy trình sản xuất, cụ thể là cách các thông số công nghệ tác động đến vi cấu trúc, tính chất từ, thành phần pha, kích thước hạt, và độ dày lớp lõi/vỏ, từ đó tối ưu hóa quá trình chế tạo.

- Đánh giá chuyên sâu ảnh hưởng của tương tác cặp trao đổi lên các tính chất từ cơ bản của vật liệu, thông qua việc phân tích mối liên hệ chặt chẽ giữa tương tác này với vi cấu trúc và sự phân bố của các pha từ, qua đó khám phá những cơ chế từ hóa độc đáo ở cấp độ nano.

 

Những khám phá từ đề tài này không chỉ làm giàu thêm kiến thức khoa học mà còn đặt nền móng vững chắc cho việc phát triển các vật liệu từ nano thế hệ mới, ứng dụng trong nhiều lĩnh vực công nghệ cao và góp phần vào sự phát triển của nền công nghiệp hiện đại.

1. Đối với hệ hạt nano composit SrFe12O19 /CoFe2O4

Kết quả nghiên cứu cho thấy: Trong các mẫu tồn tại hai loại hạt: các hạt có cấu trúc hình lục giác có kích thước lớn hơn các hạt có cấu trúc hình lập phương. Tỉ lệ các hạt có cấu trúc hình lục giác giảm khi tăng nồng độ pha CoFe2O4. Hạt có cấu trúc hình lục giác và lập phương có kích thước tương đương nhau, nằm xen kẽ nhau. Kích thước của các hạt này nằm trong khoảng từ 50 nm đến 100 nm. Trong khi đó với hệ mẫu RV2, các hạt lục giác và lập phương phân bố không đồng đều. Khi tỉ lệ RV=1/7, ta có thể thấy mẫu gồm các hạt lục giác với bán kính lớn cỡ 100 nm và các hạt lập phương có kích thước nhỏ kết thành từng đám phân bố trên bề mặt của các hạt lập phương. Từ độ của các mẫu RV1 tăng khi tăng nồng độ pha CoFe2O4 và đạt giá trị lớn nhất 71,81 emu/g ở mẫu RV117.

Sự phân bố kích thước hạt đồng đều và tương tác cặp trao đổi tốt giữa các pha trong hệ mẫu này là nguyên nhân làm tăng từ độ khi tăng nồng độ pha CoFe2O4 .

Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí VNU journal of Science MathematicsPhysics, Vol.35, No.2 (2019)1-11 và đã đào tạo một học viên cao học (đã bảo vệ ngày 30/10/2018)

2. Đối với hệ hạt có cấu trúc lõi vỏ CoFe2O4/CoFe2/SiO2

Các hạt thu được có kích thước nằm trong khoảng từ 80 nm đến 120 nm. Sau khi nung ở 600oC trong mẫu tồn tại 2 pha CoFe2O4 và CoFe2. Sau khi nung ở 900oC chỉ tồn tại một pha duy nhất CoFe2.

Kết quả nghiên cứu tính chất từ cho thấy trong mẫu nung ở 600oC hai pha từ đã tương tác với nhau, do đó đường cong từ hóa phẳng. Từ độ của các mẫu tăng từ 34.6 emu/g đến 50.51 emu/g đối với mẫu ủ 600oC và từ 99.39 emu/g đến 140.37 emu/g đối với mẫu ủ 900oC.

Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí VNU journal of Science MathematicsPhysics.

3. Hệ nano composit SrFe12O19/ Fe3O4

 Lực kháng từ giảm từ 1,43 kOe xuống 0,88 kOe khi nhiệt độ nung lõi tăng từ 850 oC đến 950 oC trong 2 giờ. Sự giảm của lực kháng từ trong hệ mẫu này có thể do: sự phát triển kích thước các hạt SrFe12O19 khi nhiệt độ nung tăng do đó lực kháng từ của mẫu này giảm và phân bố không đồng đều giữa hai pha từ có trong mẫu khi kích thước hạt các hạt SrFe12O19  tăng. Hệ nano core- shell SrFe12O19/ Fe3O4.

Các hạt lớn có cấu trúc hình cầu với kích thước hạt phân bố trong khoảng từ 100 nm đến 150 nm, bề mặt gồ ghề. Đặc biệt, chúng ta dễ dàng quan sát thấy các hạt lớn có cấu trúc hình lục giác ở các mẫu SF- 950 2h và SF- 850 5h. Trên bề mặt của các hạt lớn gồm các hạt nhỏ có kích thước nhỏ hơn, phân bố trong khoảng từ 5 nm đến 15 nm. Giá trị lực kháng từ và từ độ của hệ mẫu có cấu trúc lõi vỏ với lõi nung ở các nhiệt độ khác nhau trong thời gian 2 giờ cao hơn hệ mẫu nano composit chế tạo bằng phương pháp trộn vật lý. Lực kháng từ của mẫu SF-950 2h đạt 90% giá trị lực kháng từ của lõi tương ứng.

Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Materials Chemistry and Physics.

4. Hệ composite GO/Fe3O4

Vật liệu nano composit GO/ Fe3O4 có kích thước d = 11 nm và có khả năng loại bỏ As(V) đạt hiệu suất tương đối cao 99.37% với thaoif gian 60 phút, các hoạt động hấp phụ của chúng được so sánh với các hạt Fe3O4 tinh khiết và GO. Ngoài ra, chúng tôi đã khảo sát được khả năng hấp thụ của vật liệu lai GO/ Fe3O4 tuân theo mô hình động học bậc 2 và mô hình đẳng nhiệt Langmuir đạt giá trị tương ứng của qmax = 14,1 mg/g và kL = 0,055 với hệ số tương quan R2 ~ 1.

Chứng tỏ rằng, vật liệu GO/ Fe3O4 hấp phụ As(V) xảy ra trên bề mặt đồng nhất, hấp phụ đơn lớp trong đó cơ chế hấp phụ các ion arsenic (V) trong dung dịch nước có tính axit có liên quan đến (i) sự tăng cường tương tác van der waals, tĩnh điện và lưỡng cực ion giữa tích điện dương -OH2 + và đấm COOH2+các nhóm chức năng trên GO, Fe3O4 và các ion arsenic (V ) tích điện âm (H 2 AsO 4 -) và (ii) tác dụng đồng thời của cả các hạt nano Fe3O4 và các hạt GO trong từng giai đoạn để hình thành phức trên bề mặt. góp phần làm tăng hiệu suất hấp phụ và giảm thời gian hấp phụ. Tại thời gian bão hòa là thời điểm thu hồi GFO tốt nhất (tránh quá trình giải hấp).

Các kết quả này giúp chúng ta có thể hiểu rõ và khai thác hiệu quả GFO trong các úng dụng xử lý nước bị ô nhiễm. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí Analytical Sciences .

Đề tài đã mang lại những đóng góp quan trọng về mặt kiến thức và kết quả mới, làm rõ vai trò của tương tác cặp trao đổi, dị hướng từ và hiệu ứng giảm kích thước lên các tính chất từ của vật liệu hạt nano.

Những phát hiện này mở ra nhiều tiềm năng ứng dụng vật liệu nano từ trong đời sống, đặc biệt góp phần làm phong phú thêm các sản phẩm công nghiệp sử dụng công nghệ mới, công nghệ cao và công nghệ nano – những lĩnh vực đang được đẩy mạnh nghiên cứu trên toàn cầu.

Có thể tìm đọc toàn văn báo cáo kết quả nghiên cứu (mã số 20779/2022) tại Cục Thông tin, Thống kê.

P.T.T (NASTIS)