TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO ÔXÍT SẮT (Fe2O3) NHẰM ỨNG DỤNG TRONG SINH HỌC

1. TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNHTỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH
CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO ÔXÍT SẮTCHẤT TỪ CỦA HẠT NANO ÔXÍT SẮT
(Fe(Fe22 OO33 ) NHẰM ỨNG DỤNG TRONG SINH) NHẰM ỨNG DỤNG TRONG SINH
HỌCHỌC

2. Dịch anh-việt
http://www.mientayvn.com/dich_tieng_anh_chuyen_nghanh.html
Liên hệ: thanhlam1910_2006@yahoo.com hoặc frbwrthes@gmail.com

3. Nội dung
1. Giới thiệu hạt nanô và ứng dụng
2. Mục tiêu của đề tài và Qui trình tổng hợp mẫu
3. Kết quả và thảo luận
4. Kết luận

4. 1. Giới thiệu hạt nanô và ứng dụng
Khoa học và Công nghệ Nanô
Spherical iron nanocrystals
J. Phys. Chem. 1996, Vol. 100, p. 12142
 tính chất quang, tính chất điện, tính chất từ thay đổi nhiều so
với dạng khối
Sự thay đổi về màu sắc của các hạt nano
CdSe ở kích thước khác nhau khi chiếu
ánh sáng tử ngoại

5. Hạt nanô Từ
Đồ thị M(H) của chất sắt từ Đồ thị M(H) của chất siêu thuận
từ .
1. Giới thiệu hạt nanô và ứng dụng

6. Một số ứng dụng của hạt nanô từ
Xử lý môi trường: Loại bỏ các tạp
chất hữu cơ, vô cơ trong nước…
Dẫn truyền thuốc, đánh dấu: Tế
bào bệnh/vi khuẩn sẽ được định vị và
tiêu diệt
1. Giới thiệu hạt nanô và ứng dụng

7. 2. Mục tiêu và quy trình tổng hợp
Mục tiêu của đề tài
TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNHTỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH
CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO ÔXÍT SẮTCHẤT TỪ CỦA HẠT NANO ÔXÍT SẮT
(Fe(Fe22 OO33 ) NHẰM ỨNG DỤNG TRONG SINH) NHẰM ỨNG DỤNG TRONG SINH
HỌCHỌC

8. Hạt ôxít sắt Fe2O3
T< TM=260K : phản sắt từ
260K < T< 950K : sắt từ yếu
T>TC= 950K : thuận từ
2 3Fe Oα −
T > TC = 853K: thuận từ
T < 853K: sắt từ
2 3Fe Oγ −
T> TC = 470K : thuận từ
T < 460K : sắt từ phi cộng tuyến2 3Fe Oε −
TC = 115 K : thuận từ
T< 115K: thuận từ
2 3Fe Oβ −
Fe2O3

9. Thực nghiệm
Sau khi thử nghiệm nhiều công
thức và qui trình khác nhau, chúng
tôi tìm được qui trình tạo mẫu như
sau:

10. 2. Mục tiêu và quy trình tổng hợp
Qui trình tổng hợp mẫu
.
Khuấy tạo dung dịch đồng nhất
Fe(NO3)3.9H2O + Ethanol + H2O+ HNO3
Bột màu đỏ nâu
Dung dịch gel lại
Nghiền thành bột (màu vàng cam)
Khuấy trong 60 phút  Sol màu vàng nhạt
TEO
S
Sau 6 ngày
Nung ở 1100
C
Nung ở
2500
C
Nung ở
7000
C, 9000
C
Phủ màng theo phương pháp phủ nhúng
Sau 3 ngày
Màng
Nung ở
2500
C, 120 phút

11. 2. Mục tiêu và quy trình tổng hợp
Qúa trình hình thành hạt nanô và các yếu tố hảnh hưởng
3
3 3 2 2 6 3Fe(NO ) + 6H O [Fe(OH ) ] 3NO+ −
→ +
3 2
2 6 2 2 5 3[Fe(OH ) ] + H O [Fe(OH)(OH ) ] + H O+ + +
→
2 3 5
2 5 2 6 2 5 2 5 2
[Fe(OH)(OH ) ] [Fe(OH ) ] [(H O) Fe(OH)Fe(OH ) ] + H O+ + +
+ ↔
2 4
2 5 2 4 2 2 4 22[Fe(OH)(OH ) ] [(H O) Fe(OH) Fe(OH ) ] + 2H O+ +
↔
2 4
2 5 2 5 2 5 22[Fe(OH)(OH ) ] [(H O) Fe-O-Fe(OH ) ] H O+ +
↔ +
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
Khuấy tạo dung dịch đồng nhất
Fe(NO3)3.9H2O + Ethanol + H2O+ HNO3
Khuấy trong 1 giờ -> Sol màu vàng nhạt
TEOS
Trong quá trình này diễn ra
các phản ứng:
 Phân ly
 Thuỷ phân
 Ngưng tụ

12. 2. Mục tiêu và quy trình tổng hợp
Qui trình Phân tích mẫu
.
Bột Màu đỏ nâu
Dung dịch gel lại
Nghiền thành bột (màu vàng cam)
Nung ở 1100
C
Nung ở
2500 C
Nung ở
7000 C, 9000 C
FTIR TEMRama
n
XRD SQUID
Raman FTIR
Màng
UV-VIS

13. Để khảo sát trong mẫu tạo thành đã hình thành
Fe2O3 hay chưa chúng tôi tiến hành chụp phổ
XRD để xác định cấu trúc của hạt.
Fe2O3???

14. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
ε ε
ε
ε α
α
αα
(012)
(104)
(110)
α
α
α
900o
C
700o
C
Intensity(a.u)
2θ [
ο
]
250o
C
ε
 Cả 3 mẫu bột nung ở 2500
C, 7000
C, 9000
C đều xuất hiện các peak
2θ = 240
, 33.20
và 35.70
ứng với pha α - Fe2O3
 Đối với mẫu nung ở 9000
C có thêm các peak mới ứng với pha ε - Fe2O3
.
3. Kết quả và Thảo luận
Phổ XRD
Hình 3.3: Phổ XRD của mẫu bột Fe2O3 –SiO2 nung ở nhiệt độ 2500
C, 7000
C và 9000
C

15. Để khẳng định thêm về sự hình thành của Fe2O3 cũng
như xem xét có sự xen lẫn hay không của các ôxít sắt
khác chúng tôi tiến hành chụp phổ Raman
Fe2O3???

16.  Các đỉnh phổ xuất hiện ở các số sóng 225, 293, 410, 495, 610 cm-1
 có sự tồn tại của pha α - Fe2O3
 Peak ở vị trí 660 cm-1
cho thấy mẫu bột ở 2500
C và 7000
C có lẫn Fe3O4
.
3. Kết quả và Thảo luận
Phổ Raman
Hình 3.4: Phổ Raman của mẫu bột nung ở 1100
C, 2500
C, 7000
C và
9000
C.

17. Phổ XRD và Raman chưa khẳng định chắc chắn về sự
tồn tại của SiO2 do đó chúng tôi tiến hành chụp phổ
hồng ngoại FTIR nhằm xác định các liên kết Si-O trong
mẫu.
SiO2???

18.  Khi tăng nhiệt độ nung mẫu:
 NO3
-
biến mất
 Xuất hiện các peak đặc trưng Si-O-Sii và Fe-O  hình thành SiO2 và Fe2O3
.
3. Kết quả và Thảo luận
Phổ FTIR
Hình 3.5: Phổ FTIR của các mẫu bột theo nhiệt độ nung ở 1100
C, 2500
C, 7000
C và 9000
C.
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
110
0
C
250
0
C
700
0
C
(O H)
(Si-O-Si)
(Si-O H)
(NO
-
3)
(Fe-O -Fe)
Transmittance(a.u)
Wavenumber(cm-1)
900
0
C
(O-Si-O)

19.  Sau khi đã xác định được mẫu tạo thành là hạt Fe2O3 để
xác định rõ hạt đã ở kích thước nano hay chưa chúng tôi
sử dụng phương pháp chụp ảnh TEM
Nano???

20.  Fe2O3 là các hạt sẫm màu phân tán trên nền SiO2.
 Fe2O3 phân bố không đều, có nhiều hạt nằm riêng rẽ nhưng cũng có nhiều hạt
kết dính lại thành đám.
 Với những hạt nằm riêng rẽ thì kích thước trong khoảng 12-19 nm.
.
3. Kết quả và Thảo luận
Ảnh TEM
Hình 3.6: Ảnh chụp TEM của mẫu bột nung ở 2500
C

21.  Bên cạnh phép chụp ảnh TEM, một phương pháp khác
để kiểm tra kích thước xem hạt có kích thước nano hay
chưa là sử dụng phổ UV-VIS để xác định hiệu ứng giam
cầm lượng tử có xuất hiện hay không.
Giam cầm
lượng
tử???

22.  Màng có độ truyền qua khá cao trong vùng bước sóng 500 - 800nm (T ~ 90%).
 Ở vùng có bước sóng ngắn hơn (300 nm – 500 nm) độ truyền qua giảm.
 Sử dụng phương pháp bình phương tối thiểu tính được năng lượng vùng cấm:
Eg = 2.45 eV > Eg khối = 2.2eV  do hiệu ứng giam cầm lượng tử  Hạt ở kích thước nano
3. Kết quả và Thảo luận
Phổ UV-VIS
Hình 3.7: Phổ UV-VIS của màng mỏng Fe2O3/SiO2
300 400 500 600 700 800
0
20
40
60
80
100
1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
αhω1/2
eV
Thin film Fe2
O3
/SiO2
at 400
0
C
Transmitance(%)
Wavelenght(nm)
màng Fe2O3/SiO2

23.  Sau khi đã khảo sát cấu trúc nano của hạt nano
Fe2O3/SiO2 chúng tôi tiếp tục khảo sát một đặc trưng
khác của vật liệu này: tính chất từ của Fe2O3/SiO2. bằng
cách sử dụng phương pháp từ kế mẫu rung để đo
đường cong từ trễ của mẫu.
Từ tính???

24. .
3. Kết quả và Thảo luận
Tính chất Từ
Hình 3.8: Đường cong từ trễ của các mẫu bột nung ở 2500
C, 7000
C và 9000
C.
-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000
-0.25
-0.20
-0.15
-0.10
-0.05
0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
M(emu/g)
H(Oe)
Hysteresis loop
-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000
-0.10
-0.08
-0.06
-0.04
-0.02
0.00
0.02
0.04
0.06
0.08
0.10
M(emu/g)
H(Oe)
Hysteris loop
-15000 -10000 -5000 0 5000 10000 15000
-1.2
-1.0
-0.8
-0.6
-0.4
-0.2
0.0
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
M(emu/g)
H(Oe)
Hysteresis loop
Nhiệt độ nung mẫu
Fe2
O3
/SiO2
Độ từ dư Mr
(emu/g)
Độ từ hoá cực đại
Mmax
(emu/g)
Mr
/Mmax
Độ kháng từ
HC
(Oe)
2500
C 11.66 x 10-3
86 x 10-3
0.134 558.759
7000
C 3.85 x 10-3
216 x 10-3
0.018 49.604
9000
C 260.35 x 10-3
1150 x 10-3
0.229 1705.314

25. .
3. Kết quả và Thảo luận
Tính chất Từ
Hình 3.9: Đường cong từ trễ của mẫu bột nung ở 2500
C và 7000
C
Mẫu nung ở 2500
C có Mr/Mmax lớn hơn MR/Mmax của mẫu nung ở 7000
C
mẫu 2500
C có tính sắt từ mạnh hơn là do sự tồn tại của Fe3O4 trong mẫu.

26. 3. Kết quả và Thảo luận
RamanFTIR
XRD
Tổng hợp được hạt
nanô Fe2O3/SiO2 bắt
đầu có hiệu ứng siêu
thuận từ

27. .
4. Kết luận
Kết quả
Các kết quả chính được trình bày trong luận văn này là:
1. Tìm ra qui trình tổng hợp thành công vật liệu Fe2O3 trên
nền SiO2 ở kích thước nano bằng phương pháp sol gel.
2. Khảo sát và biện luận ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hình
thành, sự tinh thể hoá và chuyển pha của Fe2O3.
3. Khảo sát và biện luận tính chất từ của Fe2O3 theo nhiệt độ
xử lý nhiệt.

28. .
4. Kết luận
Hướng phát triển
1. Tìm các thông số để điều khiển kích thước và sự phân bố
Fe2O3 trong SiO2 đồng đều và tinh khiết hơn.
2. Tìm điều kiện để hình thành thêm một pha khác của pha
Fe2O3 là pha
3. Ứng dụng Fe2O3 vào sinh học và một số lĩnh vực khác.
2 3Fe Oγ −

29. .
C M N CÁC TH Y CÔ VÀ CÁC B NẢ Ơ Ầ Ạ
à CHÚ Ý THEO DÕI!Đ

31. Phổ XRD của α-Fe2O3 của nhóm tác giả Tadic [25]

32. Phổ Raman của α - Fe2O3 của nhóm tác giả chourpa [16]

33. Phổ FTIR của α-Fe2O3 của nhóm tác giả Barick [10]

34. Ảnh chụp TEM Fe2O3/SiO2 của nhóm tác
giả Ortega [22]

35. Ảnh chụp TEM Fe2O3/SiO2 của nhóm tác giả Tardic [7]