Chương 1 - Tổng quan về vật liệu từ. Chương 2 - Các phương pháp thực nghiệm. Chương 3 - Kết quả và thảo luận. 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU TỪ 1.
Vật liệu từ có cấu trúc nano Cấu trúc nano nói chung và vật liệu từ tính có cấu trúc nano nói riêng thường là vật liệu đa pha, trong đó, đặc tính của vùng giáp ranh giữa các pha được qui định bởi tương tác trao đổi. Chính tương tác trao đổi giữa các hạt hoặc các lớp từ tính khác nhau, tiếp xúc nhau hoặc phân cách nhau một khoảng vài nano mét là nhân tố quan trọng tạo nên một số hiện tượng vật lý mới [3]. Nhờ các phương pháp khác nhau mà con người chế tạo ra một số cấu trúc vật liệu nano điển hình như: chuỗi hạt nano, băng nano, dây nano, ống nano, màng mỏng nano. Để chế tạo các cấu trúc nano vừa nêu trên, nói chung phải chuẩn bị khuôn đúc, mặt nạ, phải sử dụng kĩ thuật ăn mòn.
Một số dạng hình học của vật liệu nano [7] Rất nhiều thiết bị công nghệ hiện đại được chế tạo dựa trên các vật liệu từ bao gồm: các máy phát điện, biến áp, động cơ điện, máy tính và các thành phần của hệ thống âm thanh, video. Các vật liệu nano từ tính được quan tâm bởi mối liên hệ giữa các đặc trưng vi cấu trúc và các tính chất từ. Các đặc trưng đó bao gồm kích 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com thước hạt, sự phân bố, tính không đồng nhất hóa học, các sai lệch mạng tinh thể, kết cấu tinh thể học [7]. Dây nano từ tính 1.
Phân loại dây nano từ tính Đối với dây nano, các dây nano được chia làm 2 loại, đó là là mảng các dây nano và các dây nano phân tán.2(a) cho thấy một ví dụ về mảng các dây nano Ni với đường kính khoảng 200 nm.2 (b) cho thấy các dây nano phân tán với đường kính khoảng 70 nm. (a) Dây nano Ni được tạo mảng có đường kính 200nm; (b) Dây nano Co bị phân tán có đường kính khoảng 70nm. Để thỏa mãn yêu cầu thực hiện nhiều chức năng một lúc, dây nano cấu trúc nhiều đoạn đã được nghiên cứu và tính đa chức năng của dây cũng được khảo sát. 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
(a) Dây nano Ni một đoạn ; (b) Dây nano Ni-Au hai đoạn ; (c) Dây nano nhiều lớp Co-Cu. Tính chất từ của dây nano từ tính Một số tính chất từ của các dây nano từ tính, chẳng hạn như lực kháng từ, từ dư, độ từ hóa bão hòa,… phụ thuộc vào hướng của từ trường bên ngoài [25]. Trường khử từ Một vật chịu tác dụng của từ trường ngoài thì bên trong vật sinh ra một từ trường có tác dụng chống lại từ trường ngoài gọi là trường khử từ [6]. Trường khử từ Hd tỷ lệ với giá trị từ độ bão hòa của Ms, nhưng có hướng ngược lại, được cho bởi: Hd = -Nd Ms (1.1) Trong đó hằng số trường khử từ Nd phụ thuộc vào hình dạng của vật.
Đối với vật liệu từ, tính dị hướng từ của chúng bị ảnh hưởng đáng kể bởi hình dạng của các vật liệu [6]. Đường cong từ trễ Chu trình từ trễ của một mẫu bất kỳ có mối quan hệ mật thiết với từ trường ngoài đặt vào. Bằng tính toán lý thuyết, người ta có thể thu được chu trình từ trễ của mẫu bằng cách cực tiểu hóa năng lượng tự do khi có từ trường ngoài. Chu trình từ trễ của một vật bị ảnh hưởng bởi các thông số như vật liệu, cấu trúc vĩ mô, hình dạng và kích thước của vật, hướng của từ trường và quá trình từ hóa của mẫu [6].
Những chu trình trễ của một mảng dây nano Ni. Đường kính của các dây nano là 100 nm, chiều dài của chúng là 1 µm. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các thông số thường dùng trong mô tả đặc trưng của mỗi mẫu là từ độ bão hòa Ms, từ dư Mr, trường bão hòa Hsat và lực kháng từ Hc.4, trường bão hòa Hsat là trường phụ thuộc vào lực kháng từ để đạt tới từ độ bão hòa Ms; từ dư Mr là từ độ của mẫu khi từ trường ngoài mất đi [18]. Từ độ bão hòa Ms của một vật đạt được khi tất cả momen từ trong vật hoàn toàn song song với nhau.
Vì vậy, từ độ bão hòa Ms là tính chất bên trong của vật liệu từ tính, không liên quan tới hình dáng và kích thước của mẫu. Từ tính của một mảng dây nano chủ yếu được xác định bằng hai thông số. Thứ nhất là tính chất từ của các dây nano đơn. Thứ hai là tương tác giữa các dây nano đơn trong mảng các dây nano.
Một số ứng dung của dây nano từ tính Cho đến nay, các ứng dụng của công nghệ nano đã được tiến hành trong nhiều lĩnh vực, những ý tưởng mới và lạ đang hình thành ở khắp các công ty lớn và các viện nghiên cứu trên thế giới. Đối với dây nano từ tính, do có các tính chất đặc biệt nên thu hút được nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như y sinh, cảm biến, ghi từ. Phân phối gen Phân phối gen bằng cách sử dụng các dây nano từ tính nhiều đoạn có rất nhiều thuận lợi. Các tính chất của các hệ thống phân phối gen thông thường có thể không được kiểm soát trên quy mô nano, chúng bị giới hạn bởi hiệu quả chuyển nạp tương đối thấp của chúng, giới hạn khả năng của hệ thống để kết hợp DNA ngoại lai bên trong một tế bào mục tiêu [6].
Tuy nhiên, trong việc chế tạo dây nano nhiều đoạn, có thể kiểm soát chính xác vật liệu của mỗi đoạn và các tính chất của chúng ở quy mô kích thước nano. Hơn nữa, các dây nano nhiều đoạn có thể cung cấp các chức năng khác nhau trong khu vực không gian xác định, do đó có thể kiểm soát chính xác sự bố trí kháng nguyên và sự kích thích của các phản ứng miễn dịch nhiều lớp. 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Chức năng hóa các dây nano Au-Ni.5 cho thấy các phương pháp cho plastic DNA liên kết có chọn lọc và protein liên kết với các dây nano Au/Ni [11].
Sau khi các dây nano được di chuyển ra khỏi mẫu, đoạn Ni của dây có chức năng với 3-[(2-aminoethyl) dithiol] – axit propionic (AEDP) thông qua đuôi axit cacbonxylic. Plasmit DNA sau đó liên kết tĩnh điện với các nhóm amin có thêm một proton của AED. Đoạn Au của dây nano sau đó có chức năng với transferrin (transferring là một protein tế bào mục tiêu và bị biến đổi hoá học với thiol). Sự chuyển nạp bằng cách sử dụng các dây nano nhiều chức năng này được thực hiện trên phôi thận con người (HEK293), dòng tế bào động vật có vú.
Đã xác nhận được rằng các dây nano nhiều lớp có hiệu quả hơn trong sự chuyển nạp so với các dây nano thành phần đơn transferrindimodifi. Ghi từ vuông góc. Trong những năm gần đây, để tăng mật độ lưu trữ thông tin, giảm kích thước của thiết bị lưu trữ người ta sử dụng phương pháp ghi từ vuông góc, điều này có thể làm tăng mật độ tích luỹ từ 1 Tbit/in2 trên mỗi lớp. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
(a) Ghi từ song song; (b) Ghi từ vuông góc. Để thực hiện ghi từ vuông góc, chúng ta cần thiết phải có các màng mỏng chứa các hạt từ cứng đơn đômen, hoặc các hạt nano có tính dị hướng ở mật độ cao. Nói cách khác là mômen từ của các phần tử ghi riêng lẻ phải được sắp xếp thẳng hàng theo hướng vuông góc với mặt phẳng, sự dị hướng này có thể có được từ dị hướng từ tinh thể và dị hướng từ hình dạng. Như mô tả ở hình 1.6(a), đối với cách ghi từ song song và 1.6(b) là ghi từ vuông góc.
Màng mỏng từ tính Màng mỏng là một hay nhiều lớp vật liệu được chế tạo sao cho chiều dày nhỏ hơn rất nhiều so với các chiều còn lại. Khi chiều dày của màng mỏng đủ nhỏ so với quãng đường tự do trung bình của điện tử hoặc các chiều dài tương tác thì tính chất của màng mỏng hoàn toàn thay đổi so với tính chất của vật liệu khối [7]. Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nanomet, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nano mét khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
Ví dụ như trong các vật liệu sắt từ, ở vật liệu dạng khối, dị hướng từ tinh thể ảnh hưởng rất lớn đến tính chất từ, nhưng khi chế tạo ở các màng đủ mỏng, dị hướng từ tinh thể có thể biến mất mà thay vào đó là dị hướng từ bề mặt. 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Dị hướng từ bề mặt trong màng mỏng Dị hướng từ bề mặt của các màng mỏng có ý nghĩa rất quan trọng nhất là trong trường hợp dị hướng từ vuông góc với mặt phẳng màng để ứng dụng trong ghi từ mật độ cao. Có hai nguồn đóng góp vào dị hướng từ màng mỏng đó là dị hướng từ thể tích (Kv) và dị hướng từ bề mặt (hay bề mặt giữa các lớp) (Ks).Hai loại dị hướng này có thể tách ra khỏi dị hướng hiệu dụng đo được từ thực nghiệm Kef dựa vào biểu thức: Kef = Kv + 2Ks/t (1.2) Trong đó t là chiều dầy của màng, thừa số 2 xuất hiện trong biểu thức này là do mỗi lớp sắt từ có hai lớp bề mặt.
Về mặt thực nghiệm K v và Ks có thể xác định từ mối liên hệ: t.3) bằng cách vẽ đồ thị t.Kef phụ thuộc vào t, Kv sẽ xác định được hướng từ hệ số góc của đường thẳng và 2Ks là điểm cắt của đường thẳng và trục tung [7]. Vật liệu từ cứng 1. Khái niệm Vật liệu từ cứng là loại vật liệu từ có lực kháng từ cao (trên 150 Oe), chu trình từ trễ rộng, cảm ứng từ dư tương đối cao và bền vững. Một số đặc trưng quan trọng Đường cong từ trễ: Là cách thông dụng nhất để thể hiện tính chất vĩ mô của vật liệu (hình 1.
Đường cong từ trễ thuộc góc phần tư cung thứ hai gọi là đường cong khử từ [7]. 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.