Tóm tắt Luận án Các đặc trưng đốt nóng cảm ứng của chất lỏng hạt nano từ và các yếu tố ảnh hưởng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ  Lưu Hữu Nguyên CÁC ĐẶC TRƯNG ĐỐT NÓNG CẢM ỨNG CỦA CHẤT LỎNG HẠT NANO TỪ VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG Chuyên ngành: Vật liệu điện tử Mã số: 9.44.01.23 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU Hà Nội – 2019 Luận án được hoàn thành tại: Phòng Vật lý vật liệu từ - siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Người hướng dẫn khoa học: GS. TSKH. Nguyễn Xuân Phúc PGS. TS. Phạm Thanh Phong Phản biện 1: ............................................... Phản biện 2: ............................................... Phản biện 3: ............................................... Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Học viện tại Học Viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam vào hồi ... giờ ... ngày ... tháng ... năm 2018 Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc gia Hà Nội, Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ, Thư viện Viện Khoa học vật liệu, Thư viện Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. 1 MỞ ĐẦU Trong vài thập kỷ gần đây, khoa học và công nghệ nano đã và đang tạo ra nhiều điều kỳ diệu đến nỗi người ta xem nó như một cuộc cách mạng trong thế kỷ 21. Công nghệ nano là các công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nano mét. Đối tượng của các công nghệ này chính là các vật liệu nano. Vật liệu nano với kích thước rất nhỏ trong khoảng 1-100 nm có những tính chất thú vị khác hẳn so với vật liệu khối cùng thành phần. Điều này là do ảnh hưởng của hiệu ứng kích thước. Các vật liệu nano đã mở ra những ứng dụng mới trong điện tử, cơ khí, xử lý môi trường, và đặc biệt trong y sinh. Đối với các vật liệu điện – từ, đốt nóng cảm ứng (Induction Heating – IH) là hiệu ứng vật lý mà các vật liệu này trở thành các nguồn sinh nhiệt khi chúng được đặt trong một điện-từ trường xoay chiều. Đối với các vật liệu từ, hiệu ứng IH trở thành hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ (MIH); quá trình sinh nhiệt khi đó liên quan đến tổn hao do hiệu ứng Joule và tổn hao liên quan đến tính chất từ của hạt nano. Khi kích thước của vật liệu cỡ nanomét, hiệu ứng đốt nóng cảm ứng chủ yếu do các cơ chế tổn hao liên quan đến tính chất như tổn hao từ trễ, tổn hao hồi phục, vv. Trong các ứng dụng y sinh, các hạt nano từ thường được phân tán trong một dung môi có khả năng hoà tan để tạo thành một chất lỏng hạt nano từ (chất lỏng từ). Một chất hoạt động bề mặt sẽ bao phủ bên ngoài các hạt nano từ có tác dụng ngăn cản việc kết tụ, và giữ cho chúng phân tán tốt trong nhiều năm. Do đó, một chất lỏng từ thường gồm lõi, vỏ và dung môi. Vật liệu được sử dụng để làm lõi, vỏ hay dung môi trong chế tạo chất lỏng từ rất đa dạng. Các hạt nano từ dạng kim loại, hợp kim, oxit kim loại hoặc các hỗn hợp oxit từ 2 thành phần có thể được dùng làm lõi trong chất lỏng từ. Lớp vỏ của các hạt này có thể là các polyme, copolyme hoặc các oxit kim loại. Quá trình tổng hợp chất lỏng từ được thực hiện trong môi trường nước hay các dung môi khác như benzyl ether, phenyl ether. Có rất nhiều phương pháp tổng hợp hạt nano từ khác nhau như đồng kết tủa, sol-gel, thủy nhiệt và phương pháp phân hủy nhiệt (tổng hợp trong dung môi hữu cơ ở nhiệt độ sôi cao). Tùy vào phương pháp chế tạo và vật liệu sử dụng, hạt nano từ có chất lượng khác nhau về kích thước và phân bố kích thước hạt, độ hoàn hảo tinh thể hay tính chất từ của chúng. Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng của một hay nhiều thông số của chất lỏng hạt nano từ đến một hiệu ứng vật lý cụ thể gặp rất nhiều khó khăn trong thực nghiệm. Ngoài ra, thực tiễn ứng dụng hiệu ứng MIH của chất lỏng hạt nano từ trong y sinh phải đảm bảo một số yêu cầu như: lượng hạt nano từ đưa vào cơ thể sống phải tối thiểu song vẫn đảm bảo lượng nhiệt sinh ra đủ lớn, chất lỏng từ ổn định trong thời gian dài, không kết đám, và tương thích sinh học trong môi trường y sinh. Để giải quyết các vấn đề này, các nghiên cứu tập trung vào hướng nâng cao công suất tổn hao của chất lỏng hạt nano từ. Đến nay, các kết quả nghiên cứu cho thấy đại lượng này phụ thuộc vào nhiều tham số vật lý như kích thước hạt (D) – phân bố kích thước hạt, từ độ bão hòa (MS), dị hướng từ (K), độ nhớt chất lỏng từ (η), cũng như các thông số của từ trường ngoài xoay chiều (H và f). Vì có quá nhiều thông số ảnh hưởng đến công suất nên các nghiên cứu thực nghiệm về tối ưu hóa hiệu ứng MIH gặp nhiều khó khăn. Vì thế, việc nghiên cứu vai trò của các tham số vật lý lên các loại vật liệu khác nhau ở khía cạnh lý thuyết không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn giúp cho quá trình thực nghiệm được dễ dàng hơn vì nó chính là “thực nghiệm số” góp phần dự đoán được kết quả thực nghiệm, từ đó có thể điều chỉnh các thông số thực nghiệm để tìm kiếm các vật liệu phù hợp theo mong muốn của nhà nghiên cứu. Tại Việt Nam, các nghiên cứu cơ bản và ứng dụng liên quan đến vật liệu nano từ được nhiều nhóm quan tâm như nhóm nghiên cứu ở Viện Khoa học vật liệu, Viện Kỹ thuật nhiệt đới, Viện Vật lý thành phố Hồ Chí Minh - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Khoa Vật lý của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Đại học Quốc gia Hà Nội ... Tuy nhiên, chỉ có nhóm của GS. 2 TSKH. Nguyễn Xuân Phúc ở Viện Khoa học Vật liệu nghiên cứu sâu về cơ chế vật lý và thực nghiệm liên quan đến hiệu ứng MIH, cụ thể là các nghiên cứu tập trung vào cả hai khía cạnh: một là công nghệ chế tạo các hạt nano kim loại (như Fe), các hạt oxit kim loại Fe3O4, các hệ nano pha tạp Mn0.3Zn0.7Fe2O4, Mn0.5Zn0.5Fe2O4, La0.7Sr0.3MnO3 hay các hệ nano từ theo cấu trúc lõi – vỏ Fe3O4@ poly(styrene-co-acrylic acid), Fe3O4@ poly (Nisopropylacrylamide-co-acrylic acid) và hai là làm sáng tỏ các cơ chế vật lý liên quan đến hiệu ứng MIH trên cả hai phương diện thực nghiệm và lý thuyết. Đến nay, thành tựu về nghiên cứu thực nghiệm về hiệu ứng MIH khá phong phú và đa dạng. Các kết quả đã thể hiện được các ưu điểm của từng loại vật liệu được dùng làm lõi hoặc chất mang của chất lỏng từ trong ứng dụng y sinh. Bên cạnh đó, các nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của tham số vật lý lên hiệu ứng MIH đã góp phần đáng kể vào việc làm sáng tỏ cơ chế vật lý của hiệu ứng này. Mặc dù vậy, các nghiên cứu thực nghiệm về ảnh hưởng của từng tham số vật lý đến hiệu ứng MIH chưa được đề cập đến một cách chi tiết và hệ thống. Ngay cả các nghiên cứu lý thuyết gần đây cũng chưa được phân tích kỹ vấn đề này. Do đó, hàng loạt câu hỏi đặt ra trong quá trình nghiên cứu cần phải có câu trả lời thỏa đáng. Các câu hỏi đó là: với kích thước hạt (tới hạn) nào trong từng vật liệu cụ thể, hiệu ứng MIH là tối ưu. Cũng câu hỏi như thế cho từ độ, đường kính động học và quan trọng hơn là dị hướng từ của hạt nano từ. Các chất lỏng từ chứa hạt nano có dị hướng từ thấp và cao sẽ ảnh hưởng lên các tham số đặc trưng của hiệu ứng MIH như thế nào? Nói cách khác, liệu trong hiệu ứng MIH, chúng ta có thể phân lớp vật liệu dựa trên đặc tính này hay dựa trên các yếu tố vật lý khác. Ngoài ra, độ phân tán hạt hay độ nhớt thay đổi ảnh hưởng như thế nào đến hiệu ứng MIH? Giải quyết tốt vấn đề này sẽ góp phần tối ưu hóa hiệu ứng MIH trong từng vật liệu cụ thể và định hướng khả năng ứng dụng của các hệ vật liệu này. Rõ ràng việc giải quyết bài toán này là một thách thức không chỉ cho nhóm nghiên cứu của chúng tôi mà còn cho các nhóm nghiên cứu khác trên thế giới. Với những lý do đã nêu, chúng tôi đã thực hiện đề tài nghiên cứu của luận án là: “Các đặc trưng đốt nóng cảm ứng của chất lỏng hạt nano từ và các yếu tố ảnh hưởng”. Mục tiêu của luận án tập trung vào hai vấn đề sau: (i) Nghiên cứu các đặc trưng đốt nóng của chất lỏng hạt nano từ và các yếu tố ảnh hưởng lên chúng dựa trên kỹ thuật tính toán bằng số, (ii) Từ các kết quả tính toán, thực hiện nghiên cứu bằng thực nghiệm để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố vật lý lên đặc trưng hiệu ứng MIH trên hai hệ mẫu CoFe2O4 và MnFe2O4 nhằm so sánh với các tính toán lý thuyết thu được. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án: Áp dụng lý thuyết đáp ứng tuyến tính (LRT) tìm thấy sự cạnh tranh đóng góp giữa tổn hao hồi phục Brown và Néel đối với hiệu ứng MIH giúp làm nổi bật vai trò của dị hướng từ đối với tối ưu hóa hiệu ứng này. Các phương pháp nghiên cứu sau đã được sử dụng trong Luận án: phương pháp mô phỏng bằng số kết hợp với thực nghiệm để làm sáng tỏ ảnh hưởng của các tham số vật lý và vật liệu lên hiệu ứng MIH. Các tính toán lý thuyết thực chất là “thực nghiệm số” dựa trên phần mềm MATLAB. Các mẫu CoFe2O4 và MnFe2O4 sử dụng trong luận án đều là mẫu ferit được chế tạo bằng phương pháp thủy nhiệt tại Phòng thí nghiệm Vật lý vật liệu từ và siêu dẫn, Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các đặc trưng cấu trúc, hình thái và thành phần của mẫu được kiểm tra bằng phương pháp nhiễu xạ tia X và ảnh hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM). Các phép đo đường kính động học bằng kỹ thuật tán xạ ánh sáng động (DLS), độ nhớt của chất lỏng từ bằng hệ máy Sine wave Vibro Viscometer SV 10 tại Viện Khoa học Vật liệu. Các phép đo từ tính được thực hiện trên hệ từ kế mẫu rung (VSM) của Phòng thí nghiệm vật lý vật liệu từ và siêu dẫn, phép đo đốt nóng cảm ứng từ thực hiện trên hệ đo dùng máy phát thương mại Model: RDO-HFI, công suất 5 kW đặt tại Phòng Vật liệu Nano y sinh, thuộc Viện Khoa học vật liệu. 3 Nội dung của luận án bao gồm ba phần: (i) Phần tổng quan về hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ của chất lỏng hạt nano từ. (ii) Tiếp theo là các kết quả tính toán công suất đốt nóng cảm ứng từ theo mô hình lý thuyết đáp ứng tuyến tính. (iii) Cuối cùng, các kết quả tính toán được kiểm chứng bằng thực nghiệm trên hai hệ hạt nano từ CoFe2O4 và MnFe2O4. Bố cục của luận án: Luận án bao gồm phần mở đầu, 3 chương nội dung cùng phần mở đầu và kết luận. Cụ thể như sau: • Mở đầu • Chương 1. Hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ của chất lỏng hạt nano từ • Chương 2. Kết quả tính toán công suất đốt nóng cảm ứng từ theo mô hình lý thuyết đáp ứng tuyến tính • Chương 3. Thực nghiệm kiểm chứng kết quả tính toán • Kết luận Các kết quả chính của luận án đã được công bố trong 06 công trình khoa học, bao gồm 02 bài báo trên các tạp chí quốc tế (ISI), 03 bài báo trên các tạp chí trong nước và 01 bài báo cáo tại Hội nghị quốc tế. CHƯƠNG 1 HIỆU ỨNG ĐỐT NÓNG CẢM ỨNG TỪ CỦA CHẤT LỎNG HẠT NANO TỪ 1.1. Tổng quan về hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ 1.1.1. Hạt nano từ và hạt siêu thuận từ: những đặc tính cơ bản 1.1.1.1. Đô men của các hạt nano từ Mô men từ không hoàn toàn trật tự thống nhất trong toàn thể tích của mẫu mà chỉ tồn tại trật tự trong từng vùng có kích thước xác định. Các vùng này được gọi là đô men từ. Cùng với sự giảm kích thước của khối vật liệu, kích thước của đô men sẽ giảm và cấu trúc đô men cũng như độ rộng của vách đô men sẽ thay đổi. Và, khi kích thước nhỏ hơn một kích thước tới hạn nào đó, sự tồn tại vách đô men trở nên không thuận lợi về năng lượng, các hạt lúc này trở thành đơn đô men. Giới hạn đơn đô men phụ thuộc vào từng loại vật liệu từ khác nhau. 1.1.1.2. Trạng thái siêu thuận từ Dưới kích thước hạt đặc trưng, kích thích nhiệt gây ra sự thăng giáng nhanh của mô men từ và quá trình đảo chiều từ độ có thể xảy ra, tương tự như của một spin riêng lẻ trong vật liệu thuận từ. Toàn bộ hệ spin có thể bị quay đồng bộ và trạng thái từ của tập hợp các hạt từ kích thước rất nhỏ, không tương tác sẽ được gọi là siêu thuận từ. Nhiệt độ bắt đầu chuyển từ trạng thái spin bị khóa ngẫu nhiên sang trạng thái siêu thuận từ được gọi là nhiệt độ khóa TB (Blocking temperature). Nhiệt độ khóa TB phụ thuộc vào dị hướng từ, kích thước hạt và thời gian đặc trưng của phép đo (τm). Với một vật liệu cho trước, TB phụ thuộc vào kích thước hạt và τm. Như vậy, kích thước đơn đô men cực đại được xác định bởi sự cân bằng của các dạng năng lượng, còn ngưỡng siêu thuận từ phụ thuộc vào khoảng thời gian đo. 1.1.1.3. Sự phụ thuộc của dị hướng từ theo kích thước hạt Năng lượng dị hướng từ là năng lượng cần thiết do từ trường ngoài cung cấp để chuyển dời momen từ hướng từ hóa dễ sang hướng từ hóa khó. Đó chính là năng lượng dự trữ trong tinh thể từ tính nếu vectơ từ độ MS không định hướng theo hướng từ hóa dễ. Năng lượng này gắn với dị hướng tinh thể và có tính đối xứng tinh thể gọi là năng lượng dị hướng từ tinh thể. 4 Đối với các hệ hạt từ mịn và các màng mỏng từ, dị hướng bề mặt sẽ có đóng góp thêm vào dị hướng từ tinh thể. Dị hướng bề mặt được tạo ra do tính đối xứng tại bề mặt bị phá vỡ và sự suy giảm của số tọa độ lân cận gần nhất. Năng lượng dị hướng hiệu dụng cho mỗi đơn vị thể tích Keff được tính thông qua biểu thức: 6eff V SK K KD = + (1.8) 1.1.2. Chất lỏng từ: chế tạo và ứng dụng Các hạt nano từ “lơ lửng” trong chất lỏng mang tạo thành một dung dịch được gọi là chất lỏng từ - một khái niệm được dùng phổ biến trong các ứng dụng trong y sinh. Khi tồn tại ở dạng lỏng, chất lỏng từ không những mang đầy đủ tính chất của hệ hạt keo mà còn thể hiện tính chất của chất lỏng. Thí dụ, đối với chất lỏng hạt nano siêu thuận từ, quá trình tổn hao hồi phục của hệ chất lỏng từ diễn ra theo hai cơ chế: cơ chế Neél và cơ chế quay Brown. Vì vậy, các hiệu ứng vật lý của hệ chất lỏng hạt nano từ chịu sự ảnh hưởng của các vật liệu được dùng làm hạt keo (lõi), lớp vỏ và dung môi và phương pháp tổng hợp chất lỏng từ. 1.1.3. Hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ và ứng dụng Đốt nóng cảm ứng là hiệu ứng vật lý liên quan đến hiện tượng cảm ứng điện từ: các vật liệu trở thành các nguồn sinh nhiệt khi chúng được đặt trong một điện từ trường xoay chiều. Khi kích thước của vật liệu cỡ nano mét, công suất đốt nóng cảm ứng chủ yếu do các cơ chế tổn hao liên quan đến tính chất từ như tổn hao từ trễ, tổn hao hồi phục Hiệu ứng IH trở thành hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ đối với các vật liệu nano từ. Đến nay, hiệu ứng này được ứng dụng trên nhiều lĩnh vực như (i) giải hấp tái tạo vật liệu hấp phụ, (ii) gia công tế bào để điều chỉnh độ insulin, (iii) đánh giá nồng độ hạt nano từ tích tụ tại các nội quan, (iv) rã đông trong y sinh, (v) nhả thuốc bằng kích nhiệt từ và (vi) nhiệt từ trị ung thư. 1.2. Các cơ chế vật lý của hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ 1.2.1. Các yếu tố đóng góp cho công suất đốt nóng cảm ứng từ Hiệu ứng MIH của hệ hạt nano từ bắt nguồn từ quá trình hấp thụ năng lượng từ từ trường xoay chiều của hệ hạt nano từ. Tổng năng lượng được hấp thụ của quá trình này bao gồm tổn hao bề mặt (PF), tổn hao từ trễ (PH), tổn hao hồi phục Néel (PN) và tổn hao hồi phục Brown (PB). Đối với các hạt nano từ, tổn hao do dòng điện bề mặt không gây được hiệu ứng đốt nhiệt đáng kể vì kích thước các hạt rất nhỏ và độ dẫn điện của chúng thấp. Vậy, đóng góp chính vào hiệu ứng MIH của các hạt nano từ chính là tổn hao từ trễ, tổn hao hồi phục Néel và Brown. Tổn hao từ trễ là do quá trình từ hóa bất thuận nghịch theo hai chiều tăng và giảm của từ trường. Đây là nguyên nhân sinh nhiệt chủ yếu đối với các hạt sắt từ hoặc feri từ đa đô men. Đối với các hạt nano siêu thuận từ, tổn hao hồi phục Néel và Brown đóng góp chính cho hiệu ứng MIH của vật liệu. Trong khi tổn hao hồi phục Néel là do quá trình lật đảo các mômen từ thì quá trình tổn hao hồi phục Brown là do quá trình quay của hạt nano từ trong chất lỏng từ. Đến nay, các mô hình lý thuyết về hiệu ứng này được xây dựng tùy thuộc vào các điều kiện áp dụng, bao gồm: mô hình Rayleigh, lý thuyết dựa trên mô hình Stoner – Wohlfarth (Stoner – Wohlfarth Model Based Theories, SWMBTs) và lý thuyết đáp ứng tuyến tính (Linear Response Theory – LRT). Tham số ξ được sử dụng để phân biệt điều kiện áp dụng mỗi mô hình lý thuyết. 0 S B M VH k T µ ξ = (1.9) Khi tham số ξ < 1, nghĩa là μ0MSVH nhỏ hơn kBT thì các hạt nano ở trạng thái siêu thuận từ hoặc từ trường ngoài không đủ lớn (H<<HC). Do đó, các mô men từ đáp ứng gần như tuyến tính theo từ trường 5 ngoài. Vì vậy, mô hình LRT được áp dụng để phân tích hiệu ứng MIH ứng với điều kiện này. Mô hình này được xây dựng dựa vào hai cơ chế tổn hao hồi phục Néel và tổn hao hồi phục Brown. Ngược lại khi tham số ξ > 1, tổn hao từ trễ chính là nguyên nhân sinh nhiệt chủ yếu đối với các hạt sắt từ hoặc ferit từ đa đô men nên mô hình Rayleigh và SWMBTs được sử dụng tùy vào cường độ từ trường của từ trường ngoài. 1.2.2. Tổn hao từ trễ Mô hình SW là mô hình lý thuyết để tính toán năng lượng diện tích từ trễ của một hệ trong quá trình đảo từ sau khi vật liệu được từ hóa đến bão hòa, được mô tả bằng quá trình quay đồng bộ (quay kết hợp hay cùng pha) của tất cả các mômen từ. Trong từ trường nhỏ, chuyển động của các vách đômen bị ngăn trở bởi các tâm ghim và tổn hao sẽ tỉ lệ với cường độ từ trường theo hàm bậc ba - tổn hao Reyleigh. Mô hình lý thuyết SWMBTs được xây dựng bởi giả thuyết: các hạt sắt từ đơn đô men với dị hướng đơn trục không tương tác và định hướng một cách ngẫu nhiên. Theo mô hình SWMBTs, công suất tổn hao từ trễ thu được có giá trị bằng hai lần mật độ năng lượng dị hướng từ K. Thực tế, J. Carey và các cộng sự nhận thấy công suất này chỉ bằng 1,92 lần mật độ năng lượng dị hướng từ. 1.2.3. Tổn hao hồi phục Néel Khi hạt có kích thước đơn đômen, năng lượng dị hướng có thể nhỏ hơn năng lượng nhiệt, các spin của hạt có thể xoay theo tất cả các hướng ngay cả khi không có từ trường ngoài. Trong quá trình tổn hao hồi phục Néel, từ trường xoay chiều cung cấp năng lượng và giúp các mômen từ vượt qua rào năng lượng dị hướng từ. Năng lượng này được giải phóng dưới dạng nhiệt năng khi mômen từ của các hạt hồi phục về hướng cân bằng. 1.2.4. Tổn hao hồi phục Brown Tổn hao hồi phục Brown được sinh ra do quá trình quay các hạt trong dung dịch chất lỏng từ. Năng lượng nhiệt sinh bởi hiệu ứng này là đáng kể khi hướng của mômen từ được gắn chặt với hạt (hạt có dị hướng từ lớn) đồng thời môi trường có độ nhớt thấp, tạo điều kiện các hạt tái định hướng một cách dễ dàng. 1.2.5. Lý thuyết đáp ứng tuyến tính LRT Mô hình lý thuyết đáp ứng tuyến tính là mô hình mô tả khả năng đáp ứng tuyến tính của các mômen từ theo từ trường ngoài. Dựa vào kết quả mô phỏng quá trình từ hóa theo từ trường, J. Carey và các cộng sự nhận thấy từ độ tuyến tính với từ trường ứng với các giá trị tham số ξ < 1. Mô hình lý thuyết LRT được xây dựng dựa vào các cơ chế tổn hao hồi phục Néel và Brown của các hệ hạt nano siêu thuận từ hoặc ở vùng từ trường xoay chiều cường độ thấp thỏa mãn điều kiện CH H<< . Công suất đốt nóng cảm ứng từ của các quá trình tổn hao hồi phục được xác định bởi biểu thức: ( ) ,, 2 0LRTP f H fµ πχ= (1.20.) 1. 3. Các khó khăn, thách thức trong nghiên cứu thực nghiệm tối ưu hóa hiệu ứng đốt nóng cảm ứng từ của hệ chất lỏng hạt nano từ Trong thực tiễn ứng dụng y sinh, các hạt nano từ (hạt lõi) có đường kính trong khoảng 10 – 50 nm, từ độ bão hòa đủ lớn và thỏa mãn điều kiện: ổn định trong chất lỏng từ, lượng hạt nano từ đưa vào cơ thể người phải tối thiểu nhưng nhiệt sinh ra từ hiệu ứng MIH phải đủ lớn [6]. Do đó, các nghiên cứu về hiệu ứng MIH của hệ chất lỏng hạt nano từ đều tập trung vào giải quyết vấn đề tối ưu hóa hiệu ứng này. Đến nay, hai đại lượng công suất tổn hao riêng (Specific Loss Power – SLP) và/hoăc tốc độ hấp thụ riêng (Specific Absorption Rate – SAR) được đưa ra nhằm phản ánh khả năng hấp thụ năng lượng của hệ hạt nano từ trong từ trường xoay chiều: / PSLP SAR ρ = (1.23.) 6 1.3.1. Kích thước hạt và vấn đề khống chế kích thước hạt, độ hẹp phân bố kích thước Hạt nano từ được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau như đồng kết tủa, sol-gel, thủy nhiệt, micel, nghiên cơ năng lượng cao và phương pháp phân hủy nhiệt Mỗi phương pháp tổng hợp đều có ưu nhược điểm khác nhau và tạo ra những sản