tong quan Nano oxyt sat tu

Nano oxyt sắt từ
magnetic iron oxide nanoparticle
SVTH: Phạm Văn Hiển | GVHD: PGS.TS Nguyễn Ngọc Hạnh


NỘI DUNG

I

. TỔNG QUAN VỀ NANO OXYT SẮT TỪ

II
III

. ỨNG DỤNG

. PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP




Một số khái niệm cơ bản
Là moment từ trung bình cúa mẫu vật
Độ từ hóa

Nếu từ trường không thật lớn thì độ từ hóa M tỷ lệ với cường độ từ trường H

M=χH

Là tỷ số của độ từ hóa và từ trường, biêu hiện sự hướng ứng của vật liệu với từ trường ngoài
Độ từ cảm

Χ=M/H




Một số khái niệm cơ bản

Vật liệu từ

Vật liệu từ là loại vật liệu mà dưới tác dụng của từ trường ngoài có thể bị từ hóa




Một số khái niệm cơ bản

Vật liệu từ
 Vật liệu thuận từ

χ>0

Là những vật liệu mà khi không có từ trường ngoài tác dụng thì các moment từ nguyên tử
định hướng hỗn loạn

Momen từ =0

Định hướng các momen từ trong vật liệu thuận từ

Khi có từ trường ngoài tác dụng thì các moment từ nguyên tử sẽ định hướng theo từ trường ngoài và xuất hiện độ từ hóa cùng chiều với từ trường ngoài.



Một số khái niệm cơ bản

Vật liệu từ
 Vật liệu nghịch từ

χ<0

Chất nghịch từ là chất bị từ hóa ngược chiều từ trường ngoài.

Tính nghịch từ có liên quan với xu hướng của các điện tích muốn chắn phần trong của vật thê khởi từ trường ngoài




Một số khái niệm cơ bản

Vật liệu từ
 Các chất trật tự từ
vật liệu có khả năng cảm ứng dưới từ trường ngoài mạnh.

Dưới nhiệt độ nào đó (tùy từng chất) tồn tại moment từ trung bình một cách tự phát (gọi là độ từ hóa tự phát) ngay khi
không có từ trường ngoài.

Giá trị của độ từ cảm X của các chất từ trật tự này lớn hơn nhiều so với chất thuận từ và chất nghịch từ.

Các chất trật tự từ bao gồm: sắt từ, phản sắt từ, feri từ, sắt từ yếu



Một số khái niệm cơ bản

Vật liệu từ
 Các chất trật tự từ

Định hướng các mômen từ

Định hướng của các mômen từ

Định hướng của các mômen từ

trong vật liệu sắt từ

của vật liệu phản sắt từ

của vật liệu ferri từ




Một số khái niệm cơ bản

Vật liệu siêu thuận từ
 Domain từ ???
Weiss giải thích rằng vật được chia thành các domain.

Trong mỗi domain vectơ độ từ hoá tự phát có hướng xác định.
Nhưng các domain khác nhau thì vectơ độ từ' hóa tự phát sẽ có hướng khác nhau.

Các domain lân cận phân cách nhau bởi vách domain.

Qua vách domain, hướng của mômen từ thay đổi dần.

Vách domain




Một số khái niệm cơ bản

Vật liệu siêu thuận từ
 Tính chất siêu thuận từ

Một vật liệu sắt từ được cấu tạo bới một hệ các hạt các hạt này tương tác và liên
kết với nhau.

Giả sử nếu ta giảm dần kích thước các hạt thì năng lượng dị hướng KV giảm
dần, nếu ta tiếp tục giảm thì đến một lúc nào đó KV << kT, năng lượng nhiệt sẽ
thắng năng lượng dị hướng và vật sẽ mang đặc trưng của một chất thuận từ.

TC: nhiệt độ
Củie




Một số khái niệm cơ bản

Vật liệu siêu thuận từ
 Tính chất siêu thuận từ
Tính siêu thuận từ có được khi kích thước nhỏ đến mức năng lượng nhiệt phá vỡ trạng thái trật tự từ. Kích thước chuyển sắt từ - siêu thuận từ được
xác định bởi công thức sau:

KV < 25 kBT
Trong đó, K là hằng số dị hướng từ tinh thể, V là thê tích hạt nanô, k B là hằng số Boltzman, T là nhiệt độ. Với một kích thước nhất định thì khi nhiệt độ thấp hạt nanô thể hiện tính sắt từ, khi
nhiệt độ cao hạt nanô thể hiện tính siêu thuận từ. Nhiệt độ mà ở đó hạt nanô chuyển từ sắt từ sang siêu thuận từ gọi là nhiệt độ chuyển T B.




Một số khái niệm cơ bản

Vật liệu siêu thuận từ
 Tính chất siêu thuận từ

Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ và đường cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ




Một số khái niệm cơ bản

Đường cong từ trễ của vật liệu sắt từ




Một số khái niệm cơ bản

đường cong từ hóa của vật liệu siêu thuận từ




Một số khái niệm cơ bản

Cấu trúc miền quan sát thấy trong các hạt từ tính: a) siêu thuận từ; b) hạt đơn domain; c) hạt bao gồm nhiều domain


 Các hiệu ứng đặc biệt
 Hiệu ứng bề mặt
Tỉ số giừa số nguyên tử bề mặt và số nguyên tử trong cả hạt nanô trở nên rất lớn

Nmặtngoài /N~3a/R
hạt nanô hình cầu bán kính R cấu tạo từ các nguyên tử có kích thước trung bình a

tàng trữ khí

Nhiệt độ nóng chảy thấp

Ứng dụng:
xúc tác


 Các hiệu ứng đặc biệt
Hiệu ứng lượng tử

Trước hết chúng ta hãy mô tả một cách sơ lược hiệu ứng giam giữ lượng tử. Thí dụ, trong vật liệu bán dẫn khối, các electron trong vùng dẫn và các lồ
trống trong vùng hóa trị chuyên động tự do khăp tinh thê, do lưỡng tính sóng hạt, chuyên động của các hạt tải điện có thế được mô tả bằng tố họp
tuyến tính của các sóng phắng có bước sóng vào cỡ nanô mét. Nếu kích thước của khối bán dẫn giảm xuống, xấp xỉ giá trị của các bước sóng này, thì
hạt tải điện bị giảm trong khối này sẽ thể hiện tính chất giống như một hạt chuyến động trong hộp thế. Nghiệm của phương trình Schrodinger trong
trường hợp này là các sóng dừng (sóng đứng) bị giam trong giếng thế và năng lượng tương ứng với hai sóng riêng biệt, nói chung là khác nhau và gián
đoạn. Những chuyên dời của hạt tải điện giữa hai mức năng lượng gián đoạn nêu trên sẽ gây ra quang phô vạch. Hệ hạt khi đó được gọi là hệ bị giam
giữ lượng tử.


 Các hiệu ứng đặc biệt
Hiệu ứng lượng tử

Các trạng thái bị lượng tử hóa trong cấu trúc nanô sẽ quyết định tính chất điện và quang nói riêng, tính chất vật lý và hóa học nói
chung của cấu trúc đó.


 Các hiệu ứng đặc biệt
 Hiệu ứng kích thước

Độ dài tới hạn của một số tính chất vật liệu


 Thành phần và cấu trúc
Sắt oxit tồn tại trong một loạt các thành phần hóa học và tính
chất với từ trường khác nhau. Vật liệu được quan tâm là các oxit
sắt như γ-Fe2O3, Fe3O4 và MO.Fe2O3 ( khi M là Mn, Co, Ni,
hoặc Cu) bởi vì chúng thể hiện từ tính.

Oxit sắt ít nhạy cảm với quá trình oxy hóa, ít độc hại và
do đó duy trì phản ứng từ ổn định

1.

Các loại oxit sắt


 Thành phần và cấu trúc

Tính chất vật lý của magnetite và maghemite


 Thành phần và cấu trúc
 Magnetite (Fe3O4)
Fe304 là một ôxit hỗn hợp FeO.Fe2O3 có cấu trúc tinh thể spinel ngược

ô đơn vị lập phương tâm mặt
23+
Fe2+
Ô đơn vị gồm 56 nguyên tử: 32 anion O , 16 cation Fe , 8 cation

Dựa vào cấu trúc Fe3O4, các spin của 8 ion Fe

3+

khác nhau về độ lớn so với các spin của 8 ion Fe

chiếm các vị trí tứ diện, sắp xếp ngược chiều và

3+

và 8 ion Fe

mômen từ tổng cộng là do tổng mômen từ của các iôn Fe

2+

2+

ở vị trí bát diện.

ở vị trí bát diện gây ra
Cấu trúc tinh thể spinel nghịch đảo của magnetite


 Thành phần và cấu trúc
 Magnetite (Fe3O4)

Sự sắp xếp các spin trong một phân tử sắt từ


 Tính chất vật lý
Hiệu ứng bề mặt

Nhiệt độ nóng chảy thấp
Tăng khả năng hấp phụ
Độ tan tăng
Khả năng nén tăng

Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt hình cầu

 Tính chất hóa học

o Hạt nano oxit sắt từ vẫn mang phần lớn tính chất của oxit sắt
o Nhưng vì kích thước nhỏ và hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước làm cho hoạt tính hóa học, hoạt tính xúc tác của
chúng không còn giống như những tính chất của oxit sắt nữa.