Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp và ổn định phân tán chất lỏng từ Fe3O4

Nghiên cứu điều chế và ổn định phân tán hệ chất lỏng oxit sắt từ trong nước. Kiểm soát các thông số của quá trình điều chế để hệ chất lỏng từ đạt được các yêu cầu sau: Kích thước hạt trung bình nằm trong khoảng 5 nm – 20 nm. Hàm phân bố kích thước hẹp, gần với dạng đơn phân tán, chất lỏng từ có độ bền phân tán cao và đạt các tính chất từ phù hợp trong các ứng dụng y sinh học.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Hóa học: Nghiên cứu tổng hợp và ổn định phân tán chất lỏng từ Fe3O41MỞ ĐẦUChất lỏng từ (Ferrofluid - FF) có rất nhiều ứng dụng quan trọng trongcác lĩnh vực công nghiệp và y sinh. Chất lỏng từ được biết đến như là chấtngăn cách động cho ổ đĩa máy tính, chất tản nhiệt, chất lọc nhiễu trong loa,chất tăng độ tương phản ảnh cộng hưởng từ,...Đặc biệt chất lỏng từ đangđược xem là giải pháp có tính đột phá trong y học để điều trị các bệnhhiểm nghèo khi nó được sử dụng làm chất dẫn thuốc, chất tăng thân nhiệtcục bộ, phân tách tế bào,…Chất lỏng từ là hệ phân tán keo của các hạt hạt siêu thuận từ có nănglượng bề mặt cao (kích thước khoảng 5 nm – 20 nm) trong môi trường chấtlỏng phù hợp. Do vậy các hạt từ sẽ có xu hướng tập hợp lại với nhau đểgiảm năng lượng bề mặt. Kết quả là hệ phân tán keo bị phá vỡ, tính chất từkhông đồng nhất và giảm hiệu quả sử dụng.Để ngăn cản các hạt từ tập hợpvới nhau, rất nhiều nghiên cứu đã được triển khai. Kết quả thu được chođến nay đã chỉ ra rằng khả năng bền keo được đảm bảo bằng cách dùng cácchất hoạt động bề mặt dạng phi từ để hình thành lớp vỏ bọc quanh hạt từtính. Lớp vỏ này sẽ tạo ra các hiệu ứng không gian chống lại sự tập hợp hạtdo lực tương tác Van der Waals và tương tác điện từ gây ra. Tuy nhiên lớpvỏ này có những ảnh hưởng tiêu cực đến tính chất từ của vật liệu. Để cóthể tạo ra hệ chất lỏng từ ổn định phù hợp với yêu cầu của thực tiễn, rất cầncác giải pháp mới cùng với quá nghiên cứu toàn diện. Đó cũng là nhiệmvụ của luận án “Nghiên cứu tổng hợp và ổn định phân tán chất lỏng từFe3O4”Mục tiêu nghiên cứuNghiên cứu điều chế và ổn định phân tán hệ chất lỏng oxit sắt từ trongnước. Kiểm soát các thông số của quá trình điều chế để hệ chất lỏng từ đạtđược các yêu cầu sau:- Kích thước hạt trung bình nằm trong khoảng 5 nm – 20 nm. Hàm phânbố kích thước hẹp, gần với dạng đơn phân tán- Chất lỏng từ có độ bền phân tán cao và đạt các tính chất từ phù hợptrong các ứng dụng y sinh học.Nội dung nghiên cứu- Điều chế oxit sắt từ bằng phương pháp đồng kết tủa hóa học. Kiểm soátcác yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng kết tủa để có thể điều khiển được cấutrúc và kích thước hạt tùy theo mục đích sử dụng.- Chế tạo các hạt polyme từ có trúc lõi hạt – vỏ polyme. Lớp vỏ polymebao quanh hạt từ được tạo ra nhờ phương pháp trùng hợp nhũ tương khôngsử dụng chất nhũ hóa. Lớp vỏ polyme có tính ưa nước bao xung quanh hạttừ sẽ nâng cao khả năng phân tán của chúng trong môi trường nước. Các2thông số của quá trình trùng hợp cũng được khảo sát để tạo ra các hạtpolyme từ có khả năng phân tán tốt trong nước nhưng vẫn đảm bảo tínhchất từ+ Các lớp vỏ polyme khác nhau được nghiên cứu nhằm tăng tính ưanước của bề mặt hạt từ.+ Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều dày lớp vỏ polyme tạo thành và hiệusuất quá trình kết vỏ cũng được khảo sát.- Tạo hệ phân tán hạt polyme từ trong nước và khảo sát độ bền phân táncủa các hệ chất lỏng từ với hàm lượng rắn khác nhau. Đánh giá khả năngnâng cao tính ổn định phân tán của lớp vỏ polymeÝ nghĩa khoa học, thực tiễn và những đóng góp mới của luận án- Quá trình điều chế oxit sắt từ bằng phương pháp kết tủa hóa học đãđược khảo sát một cách toàn diện. Những dữ liệu thu được cho phép nângcao hiểu biết về cơ chế phản ứng để từ đó kiểm soát kích thước và phân bốkích thước kết tủa tạo thành, đáp ứng các mục đích ứng dụng khác nhau.Kết quả nghiên cứu cũng xác định được điều kiện thích hợp để tạo ra hệđơn phân tán của các hạt nano oxit sắt từ, khắc phục nhược điểm lớn nhấtcủa phương pháp điều chế bằng kết tủa hóa học thông thường.- Trong luận án này, các hạt polyme từ có cấu trúc lõi oxit sắt từ và vỏpolyme đã được chế tạo bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương không sửdụng chất nhũ hóa. Đây là kỹ thuật được phát triển hoàn toàn mới trongluận án này cho phép tạo ra lớp polyme mỏng, đồng đều, hàm lượng lõi sắtcao và không để lại dư chất làm ảnh hưởng đến độ từ của vật liệu.- Quá trình trùng hợp polyme được kiểm soát thông qua các thông sốcông nghệ cho phép điều chỉnh chiều dày lớp vỏ polyme tùy ý và điềuchỉnh cấu trúc lõi đa hạt, đơn hạt theo yêu cầu ứng dụng.- Độ ổn định phân tán của hạt polyme từ trong nước được nâng cao rõ rệtso với các chất lỏng từ thương mại. Trong khi đó, độ bão hòa từ được duytrì ở mức khá cao so với vật liệu từ khối.Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG TỪ Fe3O41.1 Khái niệm về chất lỏng từ (Ferrofluid)Chất lỏng từ là hệ phân tán keo của các hạt từ tính có kích thước từ 5– 20 nm trong các môi trường chất lỏng phù hợp. Chất lỏng từ thôngthường có 3 thành phần chính: hạt nano từ tính, chất mang và chất ổn địnhphân tán.Chất lỏng từ thường được điều chế theo 2 cách:- Các hạt từ nano được tổng hợp trước và sau đó được phân tán vào trongmôi trường chất mang- Hệ chất lỏng từ được chế tạo cùng với quá trình tạo ra hạt nano. Dung3dịch từ tạo thành theo cách 2 có độ phân tán cao hơn. Tuy nhiên, dư chấthoạt động bề mặt có thể khiến vật liệu có độ từ tính giảm Do đó, cách điềuchế thứ nhất vẫn đang được nghiên cứu và áp dụng rông rãi trên toàn thếgiới.1.2 Ứng dụng của chất lỏng từChất lỏng từ có nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực công nghiệp, ysinh học, xử lý môi trường và phân tích1.3 Một số phương pháp điều chế chất lỏng từ Fe3O4Các phương pháp điều chế oxit sắt từ Fe3O4Oxit sắt từ có thể được điều chế bằng các phương pháp khác nhau như:nghiền, đồng kết tủa, vi nhũ tương, polyol, phân ly các tiền chất hữu cơ ởnhiệt độ cao, phỏng sinh học, hóa siêu âm, điện hóa, nhiệt phân. Trongđó phương pháp đồng kết tủa hóa học được sử dụng phổ biến bởi tương đốidễ thực hiệnCác phương pháp tạo hệ phân tán Fe3O4Các hạt Fe3O4 có thể phân tán trong nước nhờ các quá trình thông dụng:khuấy cơ học, đảo pha hay siêu âm1.4 Quá trình mất ổn định của hệ phân tánChất lỏng từ là hệ phân tán của các hạt siêu thuận từ có xu hướng tập hợpđể giảm năng lượng bề mặt. Sự mất ổn định phân tán của hệ xảy ra do 2hiện tượng chính:Sa lắng: phụ thu ...