Luận án nghiên cứu sự hình thành kẽm pherit znfe2o4 từ các hỗn hợp bột (fe2o3 – zno) và (fe3o4 – zn) dưới tác dụng của nghiền năng lượng cao

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, vật liệu nanô từ nói chung và vật liệu pherit spinen có kích
thước nanơ mét nói riêng thu hút được sự quan tâm lớn của các nhà khoa học. Loại vật liệu này
được quan tâm nghiên cứu vì chúng thể hiện những tính chất vật lý đặc biệt và có khả năng ứng
dụng cao trong các lĩnh vực: điện-điện tử, môi trường, năng lượng, y sinh, ...
Hạt nanơ từ tính có thể được chế tạo theo hai nguyên tắc: vật liệu khối được nghiền nhỏ
đến kích thước nanơ và hình thành hạt nanơ từ các nguyên tử. Phương pháp thứ nhất gồm các
phương pháp nghiền và biến dạng như nghiền hành tinh, nghiền rung. Phương pháp thứ hai
được phân thành hai loại là phương pháp vật lý (phún xạ, bốc bay, ...) và phương pháp hóa học
(phương pháp kết tủa từ dung dịch, sol-gel, hình thành từ pha khí).
Chế tạo bột bằng phương pháp nghiền được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp luyện
kim bột. Ngun lý của q trình là làm nhỏ kích thước ban đầu của vật liệu nhờ tác động cơ
học giữa bi nghiền và vật liệu nghiền, làm phá vỡ lực liên kết bên trong vật liệu. Đến những
năm 70 của thế kỷ 20, phương pháp này đã được nghiên cứu và trở thành phương pháp tổng
hợp vật liệu đầy triển vọng khi phát hiện ra sự tạo thành một vật liệu mới với những tính chất
đặc biệt từ hỗn hợp bột ban đầu qua quá trình nghiền năng lượng cao. Bằng phương pháp này,
đã được tổng hợp thành công nhiều loại vật liệu mà các phương pháp truyền thống khơng thể
chế tạo được như: vật liệu hóa bền phân tán oxit, compozit, hợp kim vơ định hình, nanơ tinh
thể, hợp chất liên kim loại, vật liệu không cân bằng và ceramic, ...
Các nghiên cứu về nghiền cơ học để tổng hợp pherit spinen nói chung cho thấy q trình
nghiền giúp làm nhỏ kích thước hạt, phân tán các cấu tử ban đầu, kết hợp ủ nhiệt mới hình
thành pherit spinen có tính chất từ. Cơ chế q trình hình thành pherit spinen khi nghiền cơ học
chưa được nghiên cứu, giải thích một cách đầy đủ.Tại Việt Nam, chưa có cơng trình nghiên cứu
nào về tổng hợp vật liệu pherit spinen bằng phương pháp nghiền cơ học. Vì vậy, đề tài nghiên
cứu của luận án được lựa chọn với tên gọi “Nghiên cứu sự hình thành kẽm pherit ZnFe2O4

từ các hỗn hợp bột (Fe2O3 – ZnO) và (Fe3O4 – Zn) dưới tác dụng của nghiền năng
lượng cao” nhằm nghiên cứu hành vi của các cấu tử ban đầu theo thời gian nghiền và cách
kết hợp giữa chúng để tạo ra pha mới. Sản phẩm của quá trình nghiền là pherit spinen ZnFe2O4
có tính chất từ và nanơ compozit nền Fe cốt ZnO tuỳ thuộc vào môi trường nghiền khác nhau.

1


Mục tiêu của luận án:
-

Khảo sát khả năng hình thành pherit spinen ZnFe2O4 từ hỗn hợp bột (Fe2O3 - ZnO) và
(Fe3O4 – Zn).

-

Đánh giá ảnh hưởng của nghiền năng lượng cao đến tổ chức và tính chất của sản phầm.

Đối tượng và phương pháp nghiên cứu:
-

Đối tượng nghiên cứu là pherit spinen ZnFe2O4. Trong luận án này nghiên cứu hành vi
của các bột Fe3O4, Zn, Fe2O3, ZnO trong quá trình nghiền cơ học.

-

Luận án đã sử dụng phương pháp nghiên cứu sau đây để thực hiện: tổng quan về vật liệu
pherit spinen và các phương pháp chế tạo, thực nghiệm và đánh giá kết quả.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án:
-

Đây là cơng trình nghiên cứu đầu tiên ở nước ta về tổng hợp ZnFe2O4 từ các bột Fe3O4
và Zn cũng như từ Fe2O3 và ZnO bằng nghiền năng lượng cao.

-

Đã giải thích và biện luận về sự hình thành ZnFe2O4 dưới tác dụng của nghiền năng
lượng cao.

-

Luận án đã đưa ra quy trình cơng nghệ tổng hợp vật liêu kẽm pherit spinen có kích thước
nano met bằng phương pháp nghiền năng lượng cao.

Nội dung và bố cục của luận án:
Ngoài phần mở đầu và phần kết luận chung, nội dung của luận án được trình bày trong 3 chương.
-

Chương 1: Tổng quan

-

Chương 2. Thực nghiệm

-

Chương 3. Kết quả và thảo luận

2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Khái niệm, cấu trúc pherit spinen

Pherit spinen là các hợp chất được tổng hợp nhân tạo có cơng thức hố học chung là:
M.Fe2O4
Ở đây M là các kim loại hoá trị II như: Mn2+, Fe2+, Co2+, Zn2+, Mg2+, Cu2+, Ni2+… Bán
kính các ion Me2+ có giá trị từ 0,4 đến 1Å. Tên gọi của pherit mang tên ion hóa trị hai. Ví dụ
như NiFe2O4 - pherit niken, MnFe2O4 - pherit mangan, CoFe2O4 - pherit coban…
Cấu trúc spinen được nghiên cứu đầu tiên bởi hai nhà khoa học Bragg và Nishikawa từ
năm 1915 [10,61] có nguồn gốc từ khống tự nhiên với cơng thức hố học là MgO.Al2O3. Cấu
trúc hoàn thiện của spinen tự nhiên bao gồm 8 phân tử MgO.Al2O3. Tổng số ion trong cấu trúc
này là 56 ion trong đó 32 ion ơxy và 24 ion kim loại trong một ô mạng cơ sở.
Cấu trúc spinen cấu tạo bởi các ion ơxy có bán kính lớn nhất (1,3 Å) và các ion kim loại
có bán kính nhỏ hơn tạo thành mạng lập phương tâm mặt (fcc) có hằng số mạng a = 8,4 Å [134]
(Hình 1.1). Tám phân tử hóa học trong cấu trúc spinen có 32 ion ơxy tạo nên 64 lỗ trống bốn
mặt và 32 lỗ trống tám mặt nhưng chỉ có 8 lỗ trống bốn mặt và 16 lỗ trống tám mặt có các ion
kim loại chiếm chỗ [10]. Các ion kim loại chiếm các vị trí bên trong và được phân thành hai
nhóm (Hình 1.1a và 1.1b) [2].
Nhóm A gọi là phân mạng bốn mặt (phân mạng A), mỗi ion kim loại được bao quanh
bởi 4 ion ơxy (Hình 1.1a). Nhóm B gọi là phân mạng tám mặt (phân mạng B), mỗi ion kim loại
được bao quanh bởi 6 ion ôxy (Hình 1.1).
Hình 1.1c mơ phỏng một ơ cơ bản của pherit spinen có cấu trúc lập phương với hằng số
mạng là a được chia thành 8 ô nhỏ, mỗi ô có chiều dài là a/2. Hình 1.1d mơ tả vị trí của các ion
kim loại và ion ơxy ở hai phân mạng A và B tương ứng.

3


Formatted: Centered

Hình 1.1. Cấu trúc tinh thể của pherit spinen a) vị trí bốn mặt, b) vị trí tám mặt, c) cấu trúc
lập phương của pherit spinen [15]

Hình 1.2 thể hiện sự phân bố các cation kim loại ở phân mạng B và Hình 1.3 biểu diễn
vị trí của ion ôxy trong cấu trúc spinen. Theo đó ta thấy, ion kim loại vị trí B được bao quanh
bởi các ion ôxy ở hai ô liên kề nhau thuộc phân mạng A.

Formatted: Centered

Hình 1.2. Vị trí các ion kim loại (hình tròn nhỏ) ở phân mạng B trong cấu trúc spinen.
Tham số tọa độ của ion ôxy được ký hiệu là u, đóng vai trị quan trọng trong cấu trúc
spinen. Tham số u lý tưởng được xác định theo đường chéo của hình lập phương tương ứng
(Hình 1.3). Từ tham số này kết hợp với hằng số mạng ta có thể xác định được tọa độ của ion
kim loại vị trí A và B.
4


Formatted: Centered

Hình 1.3. Ion ơxy trong cấu trúc spinen (hình trịn trắng lớn). Hình trịn nhỏ gạch chéo là ion
kim loại ở phân mạng B. Hình trịn nhỏ màu đen là các ion kim loại ở phân mạng A

Với các mạng lý tưởng xếp chặt thì u = 3/8 nhưng thực tế u ~3/8. Các vị trí định xứ của
cation trong phân mạng A và B trong khối lập phương tạo thành các tam giác, cạnh của các tam
giác này là đường chéo của các mặt lập phương (Hình 1.3).
Bảng 1.1 trình bày giá trị một số bán kính ion kim loại và bán kính lỗ trống ở phân mạng
A và B. Ta thấy bán kính của các lỗ trống bốn mặt nhỏ hơn bán kính lỗ trống tám mặt đồng thời
bán kính các kim loại ở phân mạng tám mặt luôn lớn hơn ở phân mạng bốn mặt. Kết quả này
là do ảnh hưởng của tương tác điện trường giữa các ion kim loại với 4 ion ôxy trong phân mạng
A và 6 ion ôxy trong phân mạng B.
Bảng 1.1 Bán kính ion và bán kính lỗ trống của một số pherit spinen điển hình [41]

5

Bảng 1.2 trình bày các giá trị tham số ơxy và hằng số mạng a thu được từ kết quả nhiễu
xạ tia X và nhiễu xạ nơtron của một số pherit spinen. Nhận thấy rằng, thông số ôxy (u) của các
pherit đều lớn hơn giá trị mạng lý tưởng (u = 3/8).

Bảng 1.2 Hằng số mạng (a) và tham số ôxy (u) của một số pherit spinen [41]

Tùy thuộc vào sự phân bố cation, có ba dạng cấu trúc spinen:
− Spinen thường: Các ion Me2+nằm ở vị trí A. Các pherit này được viết dưới dạng:
Me2+[Fe23+]O42–. Đó là các pherit ZnFe2O4, CdFe2O4…
− Spinen đảo: Các ion Me2+nằm ở vị trí B, các ion Fe3+còn lại phân chia đều ở vị trí A
và B. Dạng cấu trúc của pherit spinen đảo là Fe3+[Me2+Fe3+]O42–. Đó là pherit Ni, Co...
− Spinen hỗn hợp: các cation Me2+ và Fe3+ có thể đồng thời phân bố ở vị trí A và vị trí

Commented [DNB1]: Cái gì đây?
Formatted: Font: Superscript
Formatted: Font: Superscript
Formatted: Font: Subscript
Formatted: Font: Superscript
Formatted: Font: Subscript
Formatted: Font: Superscript
Formatted: Font: Subscript
Formatted: Font: Subscript

B.

Formatted: Font: Subscript

Xác định phân bố cation trong pherit spinen có một tầm quan trọng đặc biệt để có thể

dự đốn trước các tính chất từ của pherit (theo mẫu Néel) ở vùng nhiệt độ thấp. Hầu hết các
pherit ứng dụng trên thực tế đều là pherit spinen hỗn hợp.
Bảng 1.3 đưa ra sự phân bố ion kim loại trong spinen thường và spinen đảo ta thấy ở

Formatted: Font: Subscript
Formatted: Font: Superscript
Formatted: Font: Superscript
Formatted: Font: Superscript
Formatted: Font: Superscript
Formatted: Font: Superscript

phân mạng A vị trí bị chiếm bằng 1/8 vị trí trí có sẵn và ít hơn ở phân mạng B với vị trí bị hiếm

Formatted: Font: Subscript

bằng 1/2 vị trí có sẵn do đó cả hai loại spinen thường và spinen đảo đều có thể có 8 ion kim loại

Formatted: Font: Superscript
Formatted: Font: Superscript
Formatted: Font: Superscript

6


hoặc 8 ion Fe3+ chiếm chỗ. Ở phân mạng B, spinen có 16 ion Fe3+, cịn ở spinen ảo có 8 ion
Fe3+ và 8 ion Me2+ chiếm chỗ.

Bảng 1.3. Phân bố các ion kim loại trong ô cơ sở của pherit spinen MeO.Fe2O3[15]

Hai yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới sự phân bố ion trong spinen như sau:

▪

Độ lớn của bán kính ion: Do lỗ trống bốn mặt nhỏ hơn lỗ trống tám mặt, cho nên
các ion có bán kính nhỏ, có xu hướng chiếm vị trí A.

▪

Điều kiện cơng nghệ chế tạo: Sự phân bố ion phụ thuộc vào công nghệ chế tạo vật
liệu như nhiệt độ ủ mẫu, môi trường tạo mẫu và chế độ hạ nhiệt độ mẫu.

Bảng 1.4. Bán kính ion của ơxy và một số ion kim loại [41] [22]
Ion

Bán kính (Å)

O2+

1,32

Li2+

0,68

Fe2+

0,74

Fe3+

0,64

Co2+

0,72

Mn2+

0,80

Zn2+

0,74

7


1.2. Tính chất, ứng dụng của pherit spinen
1.2.1. Tính chất của pherit spinen
1.2.1.1. Từ tính
Tính chất đặc trưng của pherit spinen là từ tính. Tương tự như sắt từ, pherit spinen cũng
có những tính chất như: mơmen từ phụ thuộc phi tuyến vào từ trường ngồi, có hiện tượng trễ
từ, độ cảm từ dưới nhiệt độ Curie là dương và có giá trị lớn. Pherit spinen thường được cấu tạo
bởi các ion kim loại 3d liên kết với ion ôxy bằng các liên kết đồng hóa trị. Các ion từ tính trong
pherit bị ngăn cách bởi các ion ơxy có đường kính lớn, trật tự từ trong các pherit là do tương
tác trao đổi gián tiếp (siêu tương tác) giữa các ion từ tính qua ion ơxy quyết định.
Tương tác trao đổi là hiệu ứng lượng tử xảy ra khi hàm sóng của hai hay nhiều điện tử
phủ nhau. Do đó năng lượng tự do của hệ tăng hay giảm tùy thuộc vào các spin song song hoặc
đối song song với nhau. Theo quan điểm của cơ học lượng tử, tương tác trao đổi là tương tác
giữa các spin của các nguyên tử qua đó năng lượng tự do của hệ sẽ tăng hay giảm tùy thuộc vào
các spin. Hiệu ứng này được phát hiện một cách độc lập bởi Werner Heisenberg và Paul Dirac

vào năm 1926 [15]. Giá trị của nhiệt độ trật tự từ (TC) được quyết định bởi loại tương tác này.
Tương tác trao đổi phụ thuộc vào môi trường không gian xung quanh các nguyên tử và
chỉ tồn tại trong một khoảng cách ngắn nhất định và cường độ của tương tác trao đổi giảm
nhanh khi khoảng cách giữa các nguyên tử tăng lên.
Theo lý thuyết trường phân tử của Néel, trong pherit spinen có 3 loại tương tác trao đổi
giữa các ion từ là tương tác trong cùng một phân mạng A-A, B-B và giữa hai phân mạng A-B
với nhau. Tuy nhiên, thông thường tương tác giữa hai phân mạng A-B là lớn hơn tương tác của
các ion trong cùng một phân mạng A-A và B-B. Do đó, thực tế là các mơmen từ trong cùng
một phân mạng định hướng song song với nhau. Hình 1.4 thể hiện cấu trúc từ lý tưởng ở hai
phân mạng A và B của các pherit spinen.

8


Hình 1.4. Cấu trúc từ lý tưởng của pherit spinen ở phân mạng A và B [15]

1.2.1.2. Một số tính chất khác của nano pherit spinen
Vật liệu nano từ hiện nay đang được nghiên cứu và ứng dụng mạnh mẽ trong kỹ thuật
và đời sống. Nếu kích thước các hạt mang từ tính giảm đến một giá trị nào đó (thông thường từ
vài cho đến vài chục nano mét, phụ thuộc vào từng vật liệu cụ thể) thì tính chất từ của vật liệu
sẽ thay đổi mạnh, khi ấy năng lượng ứng với chuyển động hỗn loạn nhiệt thắng thế năng lượng
dị hướng từ và làm cho vật liệu có tính chất siêu thuận từ. Đối với vật liệu có tính chất siêu
thuận từ, từ dư và lực kháng từ bằng khơng. Điều đó có nghĩa là, khi khơng có tác động của từ
trường ngồi, vật liệu sẽ khơng cịn từ tính nữa.
a). Dị hướng bề mặt
Dị hướng từ bề mặt là hệ quả của hiện tượng sụt giảm số lân cận của các ion từ ở lớp
ngoài của các hạt nano và dẫn đến sự phá vỡ tính đối xứng tinh thể địa phương. Khi giảm kích
thước hạt xuống thang nano, dị hướng từ bề mặt chiếm tỷ lệ lớn trong dị ướng từ chung. Sự mất
trật tự của cấu trúc từ bề mặt dẫn đến dị hướng từ bề mặt có giá trị khác nhau và tính đối xứng
khác nhau (Hình 1.5).

9


Hình 1.5. Mơ phỏng cấu trúc bề mặt dị hướng từ của hạt nano [21]

Các nghiên cứu chỉ ra rằng, trường tinh thể của các nguyên tử bề mặt và các nguyên tử
phía trong trao đổi tưởng tác từ nên các spin trên bề mặt thường nghiêng hoặc bị mất trật tự. Dị
hướng bề mặt phụ thuộc vào kích thước của hạt nano.
b). Mơ hình lõi-vỏ

Hình 1.6. Cấu trúc lõi – vỏ của một hạt nano từ [92]

10


Mơ hình lõi –vỏ dùng để giải thích hiện tượng giảm mơmen từ khi vật liệu từ có kích
thước nano, mơ hình này bao gồm phần lõi sắt từ (gồm các spin sắp xếp theo cùng một thướng)
và một lớp spin sắp xếp hỗn loạn ở bề mặt của hạt nano (có mơmen từ bằng khơng - Hình 1.6).
Ảnh hưởng của lớp phi từ này phụ thuộc vào kích thước của hạt từ, hạt càng nhỏ thì tỉ lệ của
lớp phi từ này so với đường kính hạt càng lớn.

c). Ảnh hưởng của kích thước hạt tới lực kháng từ
Kích thước hạt từ đóng vai trị quyết định đến giá trị lực kháng từ của vật liệu. Bằng
thực nghiệm với các vật liệu từ khác nhau người ta đã đưa ra đồ thị sự phụ thuộc Hc vào đường
kính các hạt tạo nên vật liệu. Hình 1.7 biểu diễn sự phụ thuộc của lực kháng từ vào kích thước
hạt [5].
- Vùng đa đơmen (M – D): kích thước hạt lớn, chứa nhiều đơmen, q trình từ hóa do việc dịch
chuyển vách (chủ yếu) và quay mômen từ. Lực kháng từ giảm khi d tăng.
- Vùng đơn đômen và đa đômen chồng lẫn nhau, nhưng đơn đômen là chủ yếu (Ds). Tại vùng

này, Hc có giá trị cực đại.
- Vùng đơn đơmen (S – D): với trạng thái bền, kích thước đơn đômen giảm và Hc giảm.
- Tại vùng (S – P): kích thước hạt thỏa mãn tiêu chí siêu thuận từ và Hc bằng khơng.

Hình 1.7. Sự phụ thuộc lực kháng từ Hc vào kích thước hạt; M–D: đa đơmen; S–D: đơn
đômen; S–P: siêu thuận từ

11


d). Tính chất siêu thuận từ
Theo nguyên tắc cực tiểu năng lượng, khi vật liệu đạt đến một kích thước tới hạn (Dc)
thì hạt có xu hướng tồn tại ở dạng đơn đơ men. Các hạt có dạng đơn đơ men khi kích thước của
chúng là d < Dc, khi đó các spin từ định hướng thống nhất theo cùng một hướng (Hình 1.8).

Hình 1.8. a) Cấu trúc đa đơ men và b) đơn đô men (D < Dc) của hạt từ [32]

Năm 1949 Néel đã chỉ ra rằng, nếu các hạt đơn đơmen có kích thước đủ nhỏ thỏa mãn
điều kiện K.V < kBT (K là hằng số dị hướng, V là thể tích của mẫu - năng lượng dị hướng, năng
lượng dao động nhiệt - kBT) thì có hiện tượng đảo từ tự phát từ hướng từ hóa dễ này sang hướng
từ hóa dễ khác, ngay cả khi khơng có từ trường ngồi đặt vào. Cơ chế đảo từ của Néel được
minh họa ở Hình 1.9.

12


Hình 1.9. Cơ chế xuất hiện hiện tượng siêu thuận từ ở hạt nhỏ [5]

1.2.2. Ứng dụng của pherit spinen
Pherit spinen dạng nano tinh thể được biết đến với rất nhiều tính chất từ và tính chất

điện thú vị nhờ sự ổn định hóa học và nhiệt cao. Những loại vật liệu này đã được ứng dụng rộng
rãi trong các ngành công nghệ quan trọng như ghi âm, chất lỏng từ, lưu trữ và phục hồi thông
tin, nâng cao chất lượng ảnh chụp cộng hưởng từ, xúc tác, dẫn truyền thuốc, hấp thụ sóng điện
từ và cảm biến [57, 14, 75].
Trong những năm gần đây, rất nhiều nghiên cứu đã được thực hiện trên vật liệu tinh thể
nanơ bởi tính chất đặc biệt của nó so với vật liệu khối. Các hạt nanơ có đường kính nhỏ hơn
100 nm bị ảnh hưởng mạnh hơn bởi hiệu ứng kích thước so với các hạt lớn hơn cùng một vật
liệu như đã nêu ở trên. Các hạt nanơ cũng có thể được sắp sếp xếp thành lớn trên bề mặt cung
cấp một diện tích bề mặt lớn. Sự thay đổi tính chất của vật liệu phụ thuộc vào kích thước được
trình bầy trong bảng 1.5.

13


Bảng 1.5 Sự thay đổi tính chất từ của vật liệu từ kích thước giảm từ thể khối đến nguyên
tử [35]
Đối tượng

Kích thước

nghiên cứu

vật liệu

Tính chất từ

≥ 1µm

Vật liệu khối

Các mô men từ tự phát nhiệt độ Curie. Mô men từ
khác khơng, hình thành cấu trúc đơ men.

Vật liệu có kích

50-1000 nm

thước siêu mịn

Tính chất từ phụ thuộc mạnh vào công nghệ chế tạo
và cách gia công vật liệu

Vật liệu có kích

1-30 nm

thước đơn đơ men

Xuất hiện nhiệt độ khố TB < TC, mô men từ của
hạt vẫn giữ định hướng trong không gian trong khi
tập hợp các hạt của vật liệu có hiện tượng trễ từ. Ở
nhiệt độ cao hơn TB hạt chuyển sang trạng thái siêu
thuận từ. Trong khoảng TB < T < TC, mô men từ tự
phát và mô men từ tổng khác không và định hướng
theo hướng của từ trường ngồi.

Kích

thước

cỡ

~ 0,2 nm

Thường có tính chất thuận từ

nguyên tử, ion

Hiệu ứng giảm kích thước hạt trong hạt nano pherit spinen còn ảnh hưởng đến sự phân
bố ion giữa hai phân mạng A và B. Tỷ lệ ion giữa hai phân mạng quyết định tính chất từ của
vật liệu. Với pherit spinen Zn dạng khối, cấu trúc tinh thể dạng spinen thường; nhưng khi kích
thước hạt giảm xuống cỡ nano, ion Zn2+ lại phân bố sang cả vị trí B làm thay đổi tính chất từ
(phản sắt từ sang feri từ), xuất hiện nhiệt độ khoá trong vật liệu.
Với ứng dụng nâng cao chất lượng loa điện động, chất lỏng từ giảm năng lượng tiêu thụ
đến 35%. Hệ thống treo cuộn dây rung bằng chất lỏng từ làm tăng chất lượng âm, tăng hiệu
suất biến âm và tuổi thọ cũng được nâng cao hơn, hình 1.10 [15].

14


Hình 1.10. Ứng dụng chất lỏng từ trong loa điện động

Chất lỏng từ cịn có thể dùng làm kín trục quay của các động cơ có tốc độ cao như bơm turbo
phân tử. Với chất lỏng này, nó vừa có tác dụng bơi trơn như dầu lại vừa có tác dụng làm kín ổ
trục của động cơ khi hoạt động nhờ vào các tính chất của hạt nano từ là siêu nhỏ và với tính
chất siêu thuận từ có thể giảm tối đa ma sát giữa trục và ổ trục của động cơ (Hình 1.11) [15].

Hình 1.11. Chất lỏng từ làm kín ổ trục quay trong bơm chân khơng turbo

Bên cạnh những ứng dụng phổ biến như trên, hạt nano pherit còn nhiều tiềm năng ứng dụng

trong y sinh như phân tách và chọn lọc tế bào, truyền dẫn thuốc, tăng nhiệt cục bộ và tăng độ
tương phản cho ảnh chụp cộng hưởng từ (MRI - Magnetic Resonance Image) [15].

15


Phân tách tế bào sử dụng các hạt nano từ là một trong những phương pháp thường được sử
dụng. Các hạt từ tính được bao phủ bởi các chất hoạt hóa tương tự các phân tử trong hệ miễn
dịch đã có thể tạo ra các liên kết với các tế bào hồng cầu, tế bào ung thư, vi khuẩn … [15] (Hình
1.12).

Hình 1.12. Sơ đồ phân tách tế bào bằng hạt nano từ

Hạt nano từ tính có ứng dụng khi tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc điều
trị. Lúc này hạt nano có tác dụng như một hạt mang. Thông thường hệ thuốc/hạt tạo ra một chất
lỏng từ và đi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn. Khi các hạt đi vào mạch máu, người ta dùng
một từ trường ngoài rất mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào đó trên cơ thể. Hình 1.13
mơ tả cơ chế truyền dẫn thuốc bằng các hạt nano từ đến tế bào [15].

Hình 1.13. Cơ chế truyền dẫn thuốc và ADN đến tế bào [15]
16


Mỗi ứng dụng yêu cầu các tính chất khác nhau. Trong lưu trữ dữ liệu, các hạt cần tính
ổn định, lực kháng từ lớn để tách hiệu ứng khử từ khi ghi bit thơng tin, mơ men từ bão hồ cao
để đưa ra một vùng tín hiệu lớn trong quá trình đọc từ, tính ổn định khơng bị ảnh hưởng bởi
biến đổi nhiệt độ. Đối với các úng dụng ngành y-sinh, vật liệu phải có tính siêu thuận từ ở nhiệt
độ phịng (khơng có cảm ứng từ dư và tính ổn định thay đổi nhanh chóng từ trường) được ưu
tiên. Khi đó, tồn bộ hạt là một thể tự do có thể thay đổi theo năng lượng nhiệt, trong khi các
spin nơi tại duy trì trạng thái ngun tử giữ chúng ở vị trí tương đối. Như vậy, các hạt nano siêu

thuận từ chỉ có thể được từ hố khi có từ trường bên ngồi và khơng giữ lại bất kỳ tính chất từ
sau khi bỏ từ trường, điều này khiến chúng có khả năng tạo thành chất keo ổn định trong môi
trường vật lý sinh học.

1.3. Các phương pháp chế tạo pherit spinen
Như chúng ta đã biết tính chất của vật liệu ngoài sự phụ thuộc và thành phần, bản chất
liên kết, cấu trúc tinh thể còn phụ thuộc vào độ đồng nhất, độ tinh khiết và kích thước hạt. Tất
cả những yếu tố này đều do công nghệ chế tạo vật liệu quyết định bao gồm: các thiết bị, hố
chất ban đầu, quy trình chế tạo … khi chế tạo vật liệu. Vì vậy, khi tổng hợp vật liệu cần nghiên
cứu xem nên dùng phương pháp công nghệ nào để thu được kết quả mong muốn.
Hạt nano từ tính có thể được chế tạo theo hai ngun tắc: vật liệu khối được nghiền nhỏ
đến kích thước nano (top-down) và hình thành hạt nano từ các nguyên tử (bottom-up). Phương
pháp thứ nhất gồm các phương pháp nghiền và biến dạng như nghiền hành tinh, nghiền rung.
Phương pháp thứ hai được phân thành hai loại là phương pháp vật lý (phún xạ, bốc bay…) và
phương pháp hoá học (phương pháp kết tủa từ dung dịch và kết tủa từ khí hơi, vi nhũ tương,
thuỷ nhiệt, sol-gel…) [15]. Trong thực tế, người ta thường sử dụng các phương pháp sau để chế
tạo bột pherit spinen.

1.3.1. Phương pháp đồng kết tủa
Trong phương pháp kết tủa từ dung dịch, khi nồng độ của chất đạt đến một trạng thái
bão hòa hạn, trong dung dịch sẽ xuất hiện đột ngột những mầm kết tụ. Các mầm kết tụ đó sẽ
phát triển thơng qua q trình khuếch tán của vật chất từ dung dịch lên bề mặt của các mầm cho
tới khi mầm trở thành hạt nano. Để thu được hạt có độ đồng nhất cao, người ta cần phân tách
17


hai giai đoạn hình thành mầm và phát triển mầm. Trong quá trình phát triển mầm, cần hạn chế
sự hình thành của những mầm mới.

Hình 1.14 Cơ chế hình thành và phát triển hạt nanô trong dung dịch [37]

Phương pháp đồng kết tủa từ dung dịch là một trong những phương pháp thường được
dùng để chế tạo các hạt oxit sắt. Có hai cách để chế tạo oxit sắt bằng phương pháp này đó là
hydroxit sắt bị oxi hóa một phần bằng một chất oxi hóa nào đó và giá hòa hỗn hợp dung dịch
tỷ phần hợp chức dung dịch Fe2+ và Fe3+ trong dung môi nước. Phương pháp thứ nhất để thu
được hạt nano có kích thước 30 - 100 nm. Phương pháp thứ hai có thể thu được hạt nano có
kích thước từ 2 - 15nm. Bằng cách thay đổi pH và nồng độ ion trong dung dịch mà người ta có
kích thước hạt như mong muốn đồng thời làm thay đổi diện tích bề mặt của hạt đã được hình
thành.
•

Ưu điểm: Phương pháp này đơn giản khi các hạt hình thành kết tụ mạnh. Sản phẩm thu
được trong phương pháp này có tính đồng nhất cao hơn, bề mặt riêng lớn hơn, độ tinh
khiết lớn hơn và tiết kiệm được nhiều năng lượng hơn so với phương pháp gốm cổ
truyền. Chính vì những lý do này mà hiện nay phương pháp này mà đồng kết tủa là sự
lựa chọn của nhiều phịng thí nghiệm để tổng hợp hạt nanơ.

•

Nhược điểm: Trong phương pháp này phản ứng đồng kết tủa phụ thuộc rất nhiều vào
tham số, khó khăn trong việc xác định điều kiện kết tủa của phản ứng (phụ thuộc vào
tích số tan, nhiệt độ, lực ion, độ pH ….). Thành phần của sản phẩm cũng khác trong
dung dịch. Mặt khác các hạt thu được có dải phân bố khá rộng.

18


1.3.2. Phương pháp sol-gel
Phương pháp sol-gen do R.Roy đề xuất năm 1956 và trong những năm gần đây sol-gen
đã trở thành một trong những phương pháp tổng hợp oxit phức được sử dụng rất nhiều trong

lĩnh vực khoa học vật liệu, hình 1.15 [40].

Hình 1.15 Sơ đồ chế tạo vật liệu nanơ bằng cơng nghệ sol-gel [40]

Sol-gel là q trình tổng hợp vật liệu gồm hai phần: sol và gel.
-

Sol là hệ phân tán vi dị thể của rắn trong lỏng, với kích thước hạt rắn có đường kích cỡ
10-9  10-7m. Những hạt rắn này nặng hơn chất lỏng xung quanh nhưng nó đủ nhỏ để
lực phân tán chúng lớn hơn trọng lực của nó. Nếu hạt keo quá nhỏ thì có thể gọi nó một
cách chính xác là phân tử trong chất lỏng.

-

Gel là hệ phân tán vi dị thể lỏng trong rắn và rắn phân tán trong lỏng.
+ Rắn: Tạo thành khung ba chiều.
+ Lỏng (dung môi): Nằm trong lỗ hổng, các mao quản của khung rắn.
Công nghệ sol-gel là công nghệ bao gồm các phản ứng hoá học ở pha lỏng và sự xử lý

nhiệt đối với gel. Sự gel hố là hiện tượng trong đó có một dung dịch keo sol hay một dung
dịch chuyển thành gel. Q trình gel hố chính là sự thiết lập liên kết giữa các hạt keo hoặc
giữa các phân tử của dung dịch để tạo thành một khung ba chiều [40,19].
19


Phương pháp sol-gel trong những năm gần đây pháp triển rất đa dạng, tập trung vào ba
hướng chính:
•

Thuỷ phân các muối,

•

Thuỷ phân các alkoxide,

•

Theo con đường tạo phức.

Ưu điểm:
▪

Vật liệu được tổng hợp ở nhiệt độ thấp hơn so với phương pháp gốm truyền thống
do đó tiết kiệm được nhiều năng lượng.

▪

Quá trình chế tạo bằng phương pháp sol-gen cho phép hòa trộn một cách đồng đều
nhiều oxit với nhau. Trong phương pháp này cho phép chế tạo các vật liệu lai hóa
giữa vơ cơ và hữu cơ khơng tồn tại trong tự nhiên.

▪

Có thể chế tạo được vật liệu có tính tinh khiết cao, hình dạng khác nhau như bột,
khối, màng, sợi và vật liệu có cấu trúc nanơ.

▪

Có thể điều khiển được độ xốp và độ bền cơ học thơng qua q trình xử lý nhiệt gel.

Nhược điểm:
▪

Hóa chất ban đầu có giá thành cao và yêu cầu phải bảo quản tốt nhất là hơi ẩm.

▪

Vấn đề thay đổi hình dạng khi ngưng tụ, co ngót và xuất hiện ứng xuất khi xử lý
nhiệt, địi hỏi q trình chế tạo phải hết sức cẩn thận.

▪

Sol-gel không tiện lợi cho việc tổng hợp vật liệu khối lượng và hình dạng lớn.

1.3.3. Phương pháp nghiền cơ học
Trộn, nghiền là phương pháp tạo hợp kim bằng phương pháp cơ học được sử dụng để
tạo sự phân tán oxit nhằm tăng cường sự pha trộn [12]. Quy trình này liên quan đến sự trộn rất
mạnh các vật liệu ban đầu dạng bột trong một bình kín khoảng vài giờ. Sự tác động mạnh cho
phép vật liệu ban đầu nằm giữa các viên bi nghiền để tạo va đập trong suốt quá trình va chạm
của các viên bi. Sự va đập này có sự lặp đi lặp lại sinh ra năng lượng đủ để tạo ra cấu trúc hạt
nano không cân bằng, thông thường trong trạng thái vơ định hình hay giả định hình. Trong
những nghiên cứu đầu tiên, vật liệu từ tính ơ-xít sắt Fe3O4, được nghiền cùng với chất hoạt hố
bề mặt (a-xít Oleic) và dung mơi (dầu, hexane). Các phụ gia giúp cho quá trình nghiền được dễ
dàng và đồng thời tránh các hạt kết tụ với nhau. Sau khi nghiền, sản phẩm phải trải qua một
quá trình phân tách hạt để có được các hạt tương đối đồng nhất.
20


Phương pháp truyền thống tổng hợp bột pherit nói chung và pherit kẽm nói riêng là lặp
đi lặp lại quá trình nghiền trộn, ép và xử lý nhiệt ở nhiệt độ cao (1300 oC) các oxit kim loại

thành phần (Fe2O3 và ZnO). Trong phương pháp này, kẽm pherit được tạo thành thơng qua
phản ứng pha rắn trong q trình xử lý nhiệt. Q trình nghiền trộn và ép đóng vai trò quan
trọng trong việc tạo nên sự đồng đều về kích thước, cấu trúc và tính chất của sản phẩm kẽm
pherit nhận được.
Ngồi ra, bột pherit cịn được chế tạo từ phản ứng pha rắn từ các oxit kim loại thành
phần theo qui trình một bước thơng qua phương pháp nghiền năng lượng cao. Phương pháp
nghiền năng lượng cao, hay còn gọi là phương pháp tổng hợp pha rắn bằng năng lượng cơ học,
bao gồm nhiều giai đoạn như quá trình nghiền trộn các tiền chất ở cấp độ nguyên tử, quá trình
khuếch tán, quá trình tạo mầm và phát triển mầm pha tạo thành. Hiện nay, nó được xem như là
sự thay thế tiềm năng cho phương pháp truyền thống nhằm tổng hợp các vật liệu pherit có kích
thước và cấu trúc nano ở nhiệt độ thường.

Hình 1.16 Sơ đồ chế tạo vật liệu nanô bằng công nghệ nghiền cơ học

•

Ưu điểm: phương pháp nghiền có ưu điểm là đơn giản và chế tạo được vật liệu với khối
lượng lớn. Việc thay đổi chất hoạt hoá bề mặt và dung mơi khơng ảnh hưởng nhiều đến
q trình chế tạo.

•

Nhược điểm: tính đồng nhất của các hạt nanơ khơng cao vì khó có thể khống chế q
trình hình thành hạt nanơ, có thể lẫn tạp chất từ vật liệu làm bi và tang nghiền.
21


So với phương pháp truyền thống nêu trên, ưu điểm của phương pháp này là nguyên
công đơn giản, nhiệt độ quá trình thấp, thời gian tổng hợp ngắn. Mục tiêu của các nghiên cứu
đều nhằm làm rõ cơ chế hình thành pherit kẽm thông qua các phản ứng pha rắn xảy ra trong

quá trình nghiền và ảnh hưởng của các thơng số của q trình đến cấu trúc và tính chất vật lý
của sản phẩm nhận được.

1.4. Tình hình nghiên cứu pherit spinen
•

Trên thế giới:
Pherit spinen dạng nano tinh thể đươc biết đến với rất nhiều tính chất từ và tính chất

điện thú vị nhờ sự ổn định hóa học và nhiệt cao. Những loại vật liệu này đã đươc ứng dụng rộng
rãi trong các ngành công nghệ quan trọng như ghi âm, chất lỏng từ, lưu trữ và phục hồi thông
tin, nâng cao chất lương ảnh chụp cộng hưởng từ, xúc tác, dẫn truyền thuốc, hấp thụ sóng điện
từ và cảm biến [14].
Vào năm 1978, Lefelshtel và các cộng sự [60] là nhóm nghiên cứu đầu tiên cơng bố kết
quả nghiên cứu tổng hợp kẽm pherit bằng phương pháp nghiền năng lượng cao từ bột ZnO và
α-Fe2O3 hoặc ZnCO3 + α-Fe2O3. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự khác biệt về cơ chế và thời
gian hình thành pha khi sử dụng bột ban đầu khác nhau. Trong trường hợp bột ban đầu là ZnO
và α-Fe2O3, pherit kẽm bắt đầu xuất hiện sau 240 giờ nghiền. Tuy nhiên, khi sử dụng ZnCO3
thay thế ZnO, ZnCO3 bị phân hủy (ZnCO3 → ZnO +CO2) sau 50 giờ nghiền và kẽm pherit
được hình thành sau chỉ 100 giờ nghiền. Thông qua việc nghiên cứu cấu trúc của ZnO ban đầu
và ZnO tạo thành sau phản ứng phân hủy ZnCO3, nhóm nghiên cứu rút ra kết luận: cấu trúc hạt
ban đầu càng gần dạng vơ định hình, phản ứng tạo pherit diễn ra càng sớm và tốc độ càng
nhanh.
Năm 1996, K. Tkacova và các cộng sự [42] công bố về sự ảnh hưởng của Fe tạp chất
đến phản ứng pha rắn ZnO và α-Fe2O3 tạo pherit kẽm trong quá trình nghiền năng lượng cao.
Tạp chất Fe xuất hiện từ sự mài mòn của bi và tang trong quá trình nghiền. Sự xuất hiện của Fe
giúp rút ngắn quá trình hình thành pha kẽm pherit. Tuy nhiên, kéo dài thời gian nghiền sẽ tạo
thành các pha dung dịch rắn (Fe,Zn)O khơng mong muốn. Sự hình thành các pha dung dịch rắn
này cũng được khẳng định trong các nghiên cứu sau đó.
R.E. Ayala và D.W. Marsh [73] cho thấy quá trình nghiền cơ học giữa ZnO và α-Fe2O3

tạo thành pha pherit kẽm cấu trúc gần vô định hình sau 8 giờ nghiền. Kích thước tinh thể của

22


kẽm pherit bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ ủ kết tinh lại và nằm trong khoảng 19 đến 35 nm tương
ứng với nhiệt độ ủ từ 550 đến 800oC.
Năm 2008, Malick Jean và các cộng sự [53] nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ nghiền
đến khả năng tổng hợp kẽm pherit từ ZnO và α-Fe2O3. Kết quả cho thấy, khi tăng tốc độ của
máy nghiền và tang nghiền, thời gian tổng hợp pherit kẽm càng giảm từ 36 xuống còn 12 giờ.
Bột pherit kẽm kích thước nanomet được tạo thành sau 12 giờ nghiền với tốc độ máy nghiền
500 vòng/phút và tang nghiền 900 vòng/phút.
Năm 2011, nghiên cứu của Marinca và các cộng sự [78] cho thấy phản ứng pha rắn giữa
ZnO và Fe2O3 tạo thành pherit kẽm trong quá trình nghiền năng lượng cao xảy ra hồn tồn sau
8 giờ nghiền. Kích thước tinh thể của kẽm pherit khoảng 20 nm. Hằng số mạng của pherit kẽm
tăng theo thời gian nghiền và giảm sau khi ủ nhờ hiện tượng hồn thiện mạng tinh thể trong q
trình ủ.
Kim và Saito (2001) [40] đã nghiên cứu phản ứng hóa học của ferrite kẽm (ZnFe2O4)
từ hỗn hợp bột kẽm oxit (ZnO) và hematit (-Fe2O3) theo nhiệt độ phòng bằng cách sử dụng
một máy nghiền bi hành tinh. Mài được kích hoạt để có được hỗn hợp vơ định hình của ngun
liệu ban đầu. Hầu hết ZnO được phản ứng với -Fe2O3 to chuyển đổi thành các hợp chất kẽm
và sắt vô định hình khơng hịa tan trong vịng 2 giờ nghiền. Kéo thời gian nghiền làm tăng
cường sự kết tinh của ZnFe2O4 từ vơ định hình. Các hợp chất ZnFe2O4 được kết tinh bằng cách
nghiền trong 3 giờ hoặc hơn bao gồm các hạt nano tinh thể có diện tích bề mặt đặc biệt cao.
Zoricaz. Lazarevic và các cộng sự [95] đã nghiên cứu cho thấy, ZnFe2O4 được tổng hợp
từ hỗn hợp (1) Zn(OH)2/α-Fe2O3 and (2) Zn(OH)2/Fe(OH)3 bằng phương pháp cơ-hoá
(mechanochemical route) sử dụng máy nghiền bi. ZnFe2O4 bắt đầu hình thành sau 4 giờ nghiền
và phản ứng hoàn thành sau 18 giờ nghiền. Kích thước nano-tinh thể của ZnFe2O4 được hình
thành từ hỗn hợp (1) và (2) lần lượt là 20.3 nm và 17.6 nm. Phổ Raman cho thấy mẫu tổng hợp
tồn tại cấu trúc hỗn hợp. Để khẳng định sự tồn tại của các pha và sự sắp xếp của cation, phương

pháp đo Mossbauer được thực hiện. Các tính chất từ của ZnFe2O4 cũng được nghiên . Các kết
quả cho thấy các mẫu có hành vi siêu thuận từ ở nhiệt độ phịng. Các tính chất từ của mẫu 2 cao
hơn.
Malick Jean và cộng sự [51] cho rằng, ZnFe2O4 được tổng hợp bằng phương pháp
nghiền cơ học từ hỗn hợp bột α-Fe2O3 and ZnO. Phương pháp nhiễu xạ tia X và phổ Mossbauer
được sử dụng để phân tích cấu trúc và từ tính của bột nghiền. Ảnh hưởng của các thông số
nghiền tới độ sạch của ZnFe2O4 được nghiên cứu.
23


F. J. Guaita và các cộng sự [19] đã nghiên cứu pha ZnFe2O4, có cấu trúc spinel, được
tổng hợp bằng phản ứng rắn từ nghiền cơ học từ các muối. Tuy nhiên phương pháp này cần xử
lý ở nhiệt độ cao trong vài tiếng để đạt được pha đơn chất và đồng nhất. ZnFe2O4 cũng được
tổng hợp thông qua các muối của axit citric (citrate route) với độ đồng đều cao hơn, thời gian
ngắn hơn. Phương pháp này cho phép tổng hợp được ZnFe2O4 ở 600oC/2h.
J.P. Muñoz Mendoza và các cộng sự [37] nghiên cứu bột từ Fe3O4 và Zn được nghiền
cơ học tạo composite với mục đích cải thiện điện kháng (Hc). Hc = 449.1 Oe đạt được cho mẫu
nghiền ở 540 phút. Từ độ bão hồ (Ms) có giá trị 50.35 và 43.7 emu/g lần lượt ở mẫu nghiền
300, 540 phút. Từ dư (Mr) đạt 3.976 và 9.507 emu/g đạt được lần lượt cho các mẫu nghiền 60
và 540 phút.
L.takacs và Robert C. Reno [43] đã nghiền hỗn hợp bột sắt từ Fe3O4 và Zn tới 540 phút.
Sau đó bột được phân tích, đánh giá sử dụng các phương pháp XRD, phổ Mossbauer, đo từ
tính. Trong 2 giờ nghiền đầu tiên, hỗn hợp oxit tạo thành vào bị phân huỷ thành ZnO và Fe. Fe
mới tạo thành quá bão hoà Zn.
Z.H. Zhou và các cộng sự [97] đã được tổng hợp thành công compozit từ trong suốt
chứa các hạt nano ZnFe2O4 phân bố đồng đều trong nền silica. Do sự đồng đều thành phần của
các nguyên liệu ban đầu, nhiệt độ tạo ZnFe2O4 trong nanocompozit rất thấp so với phương pháp
tổng hợp ceramic truyền thống. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ sấy tới kích thước hạt
ZnFe2O4 chỉ ra rằng việc hình thành mạng lưới Silica có thể khống chế việc phát triển của hạt
ZnFe2O4. Các tính chất từ thể hiện sự phụ thuộc mạnh mẽ vào kích thước hạt như một hệ quả

của việc phân bố bất bình thường của cation và hiệu ứng bề mặt. Các tính chất quang của
nanocompozit có thể điều chỉnh bằng cách thay đổi nồng độ ZnFe2O4 trong nền silica vơ định
hình. Rìa (cạnh) hấp thụ khoảng 600 nm là màu xanh dương xô lệch 0.65 eV khi hàm lượng
ZnFe2O4 giảm từ 30 xuống 5% khối lượng.
Các nghiên cứu trên thế giới đều cho thấy việc nghiền trộn các kim loại, ô xit hay các
muối trên cơ sở Fe và Zn có thể hình thành pha ZnFe2O4. Sự hình thành pha ZnFe2O4 hầu hết
xảy ra ở tốc độ nghiền cao (500-900 v/ph), kèm theo quá trình xử lý nhiệt (4-10 giờ ở 600-1000
0C)

với kích thước tinh thể khoảng 18-20 nm và lực kháng từ cịn khá lớn (449 Oe). Việc nghiền

tồn phần để tạo đơn pha ZnFe2O4 cũng như hạ thấp lực kháng từ của sản phẩm còn tiếp tục
được nghiên cứu.

24


•

Ở Việt Nam:
Các hạt từ nano pherit spinel đã thu hút được sự quan tâm của các cơ sở nghiên cứu đặc

biệt là Viện Khoa học Vật liệu (Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và Trung tâm Khoa
học Vật liệu (Khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội). Các nghiên
cứu tại các đơn vị nêu trên tập trung mạnh vào việc ứng dụng các hạt nano trong y-sinh học để
nhiệt trị ung thư, dẫn thuốc, xử lý chất thải hóa học và sinh học và đã đạt nhiều kết quả khả
quan trong việc đưa các hạt nano vào các ứng dụng. Nhóm nghiên cứu về hạt từ nano tại Viện
Vật lý Thành phố Hồ Chí Minh đang tiến hành các nghiên cứu về vai trị của sự phân bố kích
thước và tương tác giữa các hạt lên tính chất từ dựa trên mơ phỏng mơ hình Monte-Carlo. Tại
Viện ITIMS – Trường ĐHBK HN cũng đã có những nhiên cứu về các hạt pherit spinen Mn,

Co và Li. Những nghiên cứu này mới chủ yếu giải quyết về vấn đề công nghệ chế tạo và những
nghiên cứu về tính chất từ cịn phân bố cation chưa được làm sáng tỏ trên các hệ mẫu.

1.5. Tổng hợp pherit spinen ZnFe2O4 bằng phương pháp nghiền
năng lượng cao
1.5.1. Cơ chế hình thành ZnFe2O4 bằng phương pháp nghiền năng lượng cao
Trong suốt quá trình nghiền năng lượng cao các hạt bột được dát mỏng, hàn nguội, vỡ
và hàn nguội lặp lại nhiều lần. Khi hai vật nghiền va chạm, một lượng bột bị giữ ở giữa (hình
1.17).

Hình 1.17. Va chạm bi-bột của hỗn hợp bột trong quá trình nghiền [12]

25