Khóa luận tốt nghiệp: Tìm hiểu về hạt nano từ và ứng dụng trong đời sống, y học

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:47

Thêm vào BST

Báo xấu

49
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài "Tìm hiểu về hạt nano từ và ứng dụng trong đời sống, y học" là tìm hiểu về lí thuyết và tính chất (tính từ) của hạt nano từ, ứng dụng của hạt nano từ vào trong cuộc sống và y học. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khóa luận tốt nghiệp: Tìm hiểu về hạt nano từ và ứng dụng trong đời sống, y học

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 KHOA VẬT LÝ ĐINH THỊ QUỲNH TÌM HIỂU VỀ HẠT NANO TỪ VÀ ỨNG DỤNG TRONG ĐỜI SỐNG, Y HỌC Chuyên ngành: Vật lý chất rắn KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Người hướng dẫn khoa học ThS LÊ KHẮC QUYNH HÀ NỘI - 2018
LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện khóa luận này, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của các quý thầy cô, anh chị và bạn bè. Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô trong khoa Vật lý- Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 đã dạy dỗ, chỉ bảo và truyền đạt kiến thức cho em trong suôt quá trình học tập và rèn luyện tại trường cũng như trong quá trình thực hiện khóa luận này. Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS Lê Khắc Quynh đã tận tình hướng dẫn giúp em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận của này. Là một sinh viên lần đầu nghiên cứu khoa học, khóa luận của em không tránh khỏi những thiếu sót, vì vậy rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến thêm từ bạn bè và thầy cô để khóa luận được hoàn thiện hơn. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến gia đình em, những người thân luôn bên em, hết lòng ủng hộ em cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt quá trình học tập. Cuối cùng em xin kính chúc thầy cô khoa Vật lý – Trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 dồi dào sức khỏe, thành công trong công việc. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 05 tháng 5 năm 2018 SINH VIÊN ĐINH THỊ QUỲNH
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu củ a riêng tôi dưới sự hướng dẫn của ThS Lê Khắc Quynh. Những kết quả nghiên cứu khoa học trong khóa luận là hoàn toàn trung thực và chưa từng công bố ở bất kì nơi nào khác. Trong quá trình nghiên cứu hoàn thành bản khóa luận em có tham khảo một số tài liệu của một số tác giả đã ghi trong phần tài liệu tham khảo. Nếu có vấn đề gì không đúng tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Hà Nội, ngày 05 tháng 5 năm 2017 SINH VIÊN ĐINH THỊ QUỲNH
DANH SÁCH HÌNH ẢNH Hình 1.1. Mô tả quỹ đạo e chuyển động trong nguyên tử .............................. 3 Hình 1.2. Mô tả chuyển động tự quay của e trong nguyên tử ........................ 6 Hình 1.3. (a) Mô hình sắp xếp mômen từ nguyên tử; (b) Sự phụ thuộc -1 vào nhiệt độ.............................................................................................7 Hình 1.4. (a) Sự sắp xếp các mômen từ; (b) ) Sự phụ thuộc -1 vào nhiệt độ..................................................................................................... 9 Hình 1.5. (a) Sự sắp xếp các mômen từ; (b) ) Sự phụ thuộc -1 vào nhiệt độ................................................................................................... 10 Hình 1.6. Đường cong từ hóa ....................................................................... 11 Hình 1.7. Sự phụ thuộc của  vào H ............................................................ 12 Hình 1.8. Sự phụ thuộc của từ độ (I) và -1 vào nhiệt độ ............................. 13 Hình 1.9. So sánh đường cong từ trễ của vật liệu từ cứng và từ mềm ......... 14 Hình 2.1. (a) Bình sữa làm bằng nhựa có pha thêm nano bạc; (b) Dược phẩm có sử dụng nano bạc; (c) Thiết bị điện tử có sử dụng nano bạc ................................................................................................. 18 Hình 2.2. (a) Hạt nano vàng sử dụng trong truyền dẫn thuốc; (b) Hạt nano vàng trong làm đẹp........................................................................ 19 Hình 2.3. Các vị trí tứ diện và bát diện ........................................................ 19 Hình 2.4. Cấu trúc spinel đảo của Fe3O4 ...................................................... 20 Hình 2.5. Sự định hướng của các lưỡng cực từ: (a) Thuận từ; (b) Sắt từ; (c) Phản sắt từ; (d) Ferit từ ............................................................ 22 Hình 2.6. Đường cong từ hóa của vật liệu từ phụ thuộc vào kích thước ..... 22 Hình 2.7. Sự phụ thuộc của độ kháng từ vào đường kính hạt nano từ......... 23 Hình 2.8. Đồ thị năng lượng dị hướng phụ thuộc vào góc  ....................... 24 Hình 2.9. Sơ đồ biển diễn phương pháp phun nung ..................................... 25 Hình 2.10. Sơ đồ thiết bị tổng hợp hạt nano bằng Laze ............................... 26
Hình 3.1. Ảnh chụp bit thông tin trên đĩa mềm và đĩa cứng: (a) Chụp thường; (b) Chụp bằng hạt từ nano Fe3O4 .................................... 28 Hình 3.2. Một số ứng dụng chất lỏng từ trong việc khảo sát nhiệt độ trong loa điện động bởi nhóm Nguyễn Phúc Dương, Lữ Hà Anh viện ITIMS ĐH Bách khoa Hà Nội: (a) Loa điện động; (b) Bộ dẫn từ; (c) Lõi âm ................................................................................ 31 Hình 3.3. Đường thanh áp của loa treble màng giấy loại 1007.................... 32 Hình 3.4. Mô hình vận chuyển thuốc bằng các hạt nano từ ......................... 33 Hình 3.5. (a) Quá trình đốt nhiệt bằng từ trường xoay chiều; (b) Công suất đốt nhiệt phụ thuộc vào bán kính của hạt ..................................... 34 Hình 3.6. Quá trình quay đảo và hồi phục của mômen từ hạt nhân ............. 35
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ......................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu .................................................................................. 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.............................................................. 2 4.Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................. 2 5. Phương pháp nghiên cứu............................................................................ 2 6. Cấu trúc của đề tài ...................................................................................... 2 CHƯƠNG 1. TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT RẮN ........................................ 3 1.1. Mômen từ nguyên tử ............................................................................... 3 1.1.1. Mômen từ nguyên tử khi chưa có từ trường ngoài .............................. 7 1.2. Các trạng thái từ của vật chất .................................................................. 7 1.2.1. Trạng thái nghịch từ ............................................................................. 7 1.2.3 Trạng thái sắt từ ................................................................................... 9 1.3. Đặc điểm của vật liệu sắt từ .................................................................. 10 1.3.1. Đường cong từ hóa ............................................................................. 11 1.3.2. Sự phụ thuộc độ cảm từ theo độ từ hóa của vật liệu sắt từ ................ 11 1.3.3. Từ dư .................................................................................................. 12 1.3.4. Nhiệt độ Curie .................................................................................... 12 1.3.5. Một vài đặc tính của khác của chất sắt từ .......................................... 13 1.4. Phân loại vật liệu sắt từ ......................................................................... 14 1.4.1. Vật liệu từ mềm .................................................................................. 14 1.4.2. Vật liệu từ cứng .................................................................................. 14 1.4.3. Vật liệu ghi từ..................................................................................... 15 CHƯƠNG 2. HẠT NANO TỪ TÍNH ........................................................ 16 2.1. Công nghệ nano..................................................................................... 16 2.1.1. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano ................................... 16
2.1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano .................................................. 16 2.1.3. Phân loại vật liệu theo kích thước ...................................................... 17 2.1.4. Ứng dụng của một số nano ................................................................ 18 2.2. Hạt nano sắt từ....................................................................................... 19 2.2.1. Cấu trúc tinh thể và tính chất của Fe3O ............................................. 19 2.2.1.1 Cấu trúc tinh thể của Fe3O4 ........................................................... 19 2.2.1.2. Tính chất của Fe3O4 ....................................................................... 20 2.2.2.Các phương pháp chế tạo hạt từ nano ................................................. 25 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA HẠT NANO TỪ ................................... 28 3.1. Ứng dụng trong đời sống ...................................................................... 28 3.1.1. Chất lỏng từ ........................................................................................ 28 3.1.2. Tăng tuổi thọ trục quay ...................................................................... 29 3.1.3. Bôi trơn và truyền nhiệt ..................................................................... 29 3.1.4. Máy in phun ....................................................................................... 29 3.1.5. Gia tốc kế ........................................................................................... 30 3.1.6. Làm bóng bề mặt ................................................................................ 30 3.1.7. Ứng dụng trong quốc phòng hàng không. ......................................... 30 3.1.8. Loa điện động..................................................................................... 31 3.2. Ứng dụng trong y học ........................................................................... 32 3.2.1. Phân tách và chọn lọc tế bào .............................................................. 33 3.2.2. Dẫn truyền thuốc ................................................................................ 33 3.2.3. Hiệu ứng đốt nhiệt .............................................................................. 33 3.2.4. Tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ hạt nhân........................... 34 3.2.5. Một số ứng dụng trong tương lai ....................................................... 35 KẾT LUẬN ................................................................................................. 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................... 38
MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Vật liệu từ có cấu trúc nano là một lĩnh vực rất mới mẻ của ngành khoa học vật liệu trong hiện đại. Các hạt từ kích thước cỡ nanomét (10-9m) và micromet (10-6m) đại diện cho một lớp vật liệu từ mới, thu hút được sự quan tâm đặc biệt trên cả hai phương diện, khoa học và công nghệ. So với các vật liệu khối tương ứng, các hạt nano từ có tính chất từ phong phú, đa dạng khác thường. Các tính chất này là hệ quả của các hiệu ứng liên quan đến sự hạn chế kích thước và sự phá vỡ tính đối xứng của cấu trúc tinh thể tại các biên hạt. Các hạt nano từ thể hiện một thuộc tính từ độc nhất là tính siêu thuận từ. Sự đa dạng về tính chất làm cho các hạt nanô từ có ứng dụng rất phong phú. Các hạt nano từ hội tụ đầy đủ những yếu tố cần thiết cho các ứng dụng trong cuộc sống và trong lĩnh vực y sinh học. Thứ nhất: các hạt nanô từ có kích thước gần với kích thước của các thực thể sinh học như virus (20-500nm), protein (5-50nm) và gen (đường kính 2nm, dài (10-100nm)) vì vậy chúng có thể dễ dàng tiếp cận mà không ảnh hưởng nhiều đến hoạt động của các thực thể sinh học đó. Thứ hai: các hạt nano từ có diện tích bề mặt lớn, có thể được chức năng hoá bề mặt làm tăng khả năng hấp phụ và nhả thuốc trong cơ thể. Đặc biệt các hạt nano từ có từ tính lớn và có khả năng điều khiển được bằng từ trường ngoài nên phạm vi ứng dụng rất lớn. Tuy nhiên các ứng dụng trong y học đòi hỏi vật liệu phải đáp ứng được các yêu cầu khắt khe về các tính chất dược lý, hoá học, vật lý cũng như độ đồng nhất, cấu trúc tinh thể, thuộc tính từ, cấu trúc bề mặt, các tính chất hút bám, khả năng hoà tan của hạt và đặc biệt phải có tính độc thấp. Chính vì những lí do trên nên khi nghiên cứu về nano từ tôi đã chọn đề tài “Tìm hiểu về hạt nano từ và ứng dụng của nó trong đời sống, y học” làm đề tài nghiên cứu. 2. Mục đích nghiên cứu 1
- Tìm hiểu về lí thuyết và tính chất ( tính từ) của hạt nano từ - Ứng dụng của hạt nano từ vào trong cuộc sống và y học 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Các hạt nano từ và ứng dụng của nó 4.Nhiệm vụ nghiên cứu - Các tính chất từ và ứng dụng của hạt từ nano 5. Phương pháp nghiên cứu - Tra cứu, đọc và tổng hợp tài liệu 6. Cấu trúc của đề tài - Phần 1: Mở đầu - Phần 2: Nội dung Chương 1: Tính chất từ của vật rắn Chương 2: Hạt nano từ tính Chương 3: Ứng dụng của hạt nano từ - Phần 3 : Kết luận 2
CHƯƠNG 1 TÍNH CHẤT TỪ CỦA VẬT RẮN 1.1. Mô men từ nguyên tử Chúng ta đã đã được tiếp xúc với định nghĩa nguyên tử ngay khi học cấp II, nhưng mãi cho đến cấp III chúng ta mới đi sâu tìm hiểu về cấu tạo hạt của nguyên tử. Có thể nói tất cả các nguyên tử đều gồm hạt nhân mang điện dương và các electron mang điện âm. Các electron này chuyển động không ngừng quanh hạt nhân. Để giải thích nhiều hiện tượng, đặc biệt có các hiện tượng từ, chúng ta có thể coi gần đúng rằng các electron chuyển động quanh hạt nhân theo những quỹ đạo tròn hoặc elip tương tự như chuyển động của các hành tinh trong hệ mặt trời. Các electron của nguyên tử (hay phân tử) quay theo những quỹ đạo (hình elip hoặc hình tròn) như vậy với tần số rất lớn vào cỡ ≈ 1015 vòng/giây, nó sẽ tạo ra dòng điện khép kín. Dòng điện vừa được tạo ra này sẽ sinh ra quanh nó một từ trường và sẽ tương tác với từ trường ngoài. Do đó, tùy thuộc vào từ trường ngoài như thế nào mà mômen từ sẽ có sự định hướng khác nhau. Trước hết chúng ta cần biết thế nào là mômen từ nguyên tử? Đi trả lời cho câu hỏi này, chúng ta có thể giả sử quỹ đạo của electron chuyển động quanh hạt nhân trong nguyên tử là một đường tròn, bán kính r, có tâm nằm ở hạt nhân nguyên tử ( hình 1.1) Hình 1.1. Mô tả quỹ đạo e chuyển động trong nguyên tử [9] 3
⃗ là vận tốc của electron, f là tần số quay của electron trên quỹ đạo thì: Gọi v v f 2 r Dòng điện do chuyển động của electron quanh quỹ đạo có chiều ngược lại với chiều chuyển động của electron quanh quỹ đạo (bởi vì e
Dấu trừ biểu thị cho L ngược chiều với P m e   : được gọi là hệ số từ cơ của electron. 2m e : điện tích riêng của electron. m Trong cơ học lượng tử đã chứng minh rằng electron nguyên tử chỉ chuyển động theo những quỹ đạo dừng nhất định với mômen động lượng: h Lk  k k  Z , h: hằng số Plăng. 2 Do đó ta có thể viết: e h eh Pm  k k 2m 2 4 m 1,6.1019 0,662.1034 n  n.0,927 23 4,91.1031  eh Với  B  : manheton Bohr (J/T). 4m Manheton Bohr là mômen từ nguyên tố ứng với chuyển động của electron theo quỹ đạo gần hạt nhân nhất của nguyên tử đơn giản nhất là hydro. Thực nghiệm và lý thuyết đã chứng tỏ rằng, khi electron chuyển động trên quỹ đạo ngoài mômen từ quỹ đạo và mômen xung lượng quỹ đạo, electron còn có mômen từ riêng P ms và L s mômen động lượng riêng (còn gọi là spin của electron). Trong cơ học lượng tử chúng có mối liên hệ: Pms e s     2 Ls m 5
Chính vì vậy mà ngoài chuyển động quay, electron còn tham gia chuyển động tự quay quanh trục của nó giống như sự tự quay của trái đất (hình 1.2). Hình 1.2. Mô tả chuyển động tự quay của e trong nguyên tử 9 Khi nghiên cứu cấu trúc phân tử và các hạt tạo thành chúng thì người ta đã chỉ ra rằng các hạt proton và notron cũng có mômen từ. Tuy nhiên mômen từ của chúng rất nhỏ so với mômen từ của electron. Ta có thể coi mômen từ của hạt nhân có đóng góp không đáng kể vào mômen từ nguyên tử, mà chủ yếu là đóng góp của mômen từ của electron. Vậy khi tính mômen từ nguyên tử (hay phân tử) ta tính tổng vector của tất cả các mômen từ quỹ đạo P m và mômen từ riêng P ms của tất cả các electron : z P m   ( P mi  P msi ) i 1 Trong đó: P m : mômen từ nguyên tử. z : số thứ tự của nguyên tử trong bảng hệ thống tuần hoàn. Như vậy, mômen từ nguyên tử nói lên bản chất của từ học, có thể coi như đặc trưng cho tác dụng của một dòng điện khép kín trong nguyên tử (hay phân tử). Với mỗi nguyên tố khác nhau thì giá trị mômen từ nguyên tử của chúng là khác nhau. Độ lớn của mômen từ nguyên tử quyết định bởi số lượng spin “down” và spin “up” trong lớp chuyển tiếp – lớp điện tử không điền đầy trong cấu hình điện tử của nguyên tố.[9] 6
1.1.1. Mômen từ nguyên tử khi chưa có từ trường ngoài - Đối với các chất thuận từ, nghịch từ Khi chưa có từ trường ngoài, do chuyển động nhiệt nên các mômen từ nguyên tử sắp xếp hoàn toàn hỗn loạn, không có phương ưu tiên. Vì vậy, mômen từ tổng hợp trong toàn vật bằng không và vật không có từ tính hay nó còn được gọi là nhóm phi từ. - Đối với các chất sắt từ Khi không có từ trường, mômen từ của vật khác không và chính là mômen từ tự phát. Tổng mômen từ của vật liệu đã bị từ hóa trên một đơn vị thể tích gọi là độ nhiễm từ hay độ từ hóa hay từ độ M của vật liệu. Gọi là độ từ cảm hay hệ số từ hóa của vật liệu. 1.2. Các trạng thái từ của vật chất 1.2.1. Trạng thái nghịch từ Vật liệu từ ở trạng thái nghịch từ là vật liệu từ có độ cảm từ âm(   0 ), độ lớn nhỏ (cỡ 10-6 0 ), ít phụ thuộc vào nhiệt độ. Trong một vật liệu (a ) (b) nghịch từ, các nguyên tử Hình 1.3.(a) Mô hình sắp xếp mômen từ không có môment từ riêng khi 1 không có từ trường ngoài đặt nguyên tử; (b) Sự phụ thuộc của  vào vào. nhiệt độ.[9] Điều này được giải thích do chất nghịch từ có nguyên tử mà trong đó mặt phẳng quỹ đạo của các electron song song với nhau và có qũy đạo giống nhau. Trên các quỹ đạo ấy, các electron đều chuyển động 7
cùng vận tốc nhưng ngược chiều nhau và do đó làm mômen từ quỹ đạo của chúng luôn trực đối nhau. Do đó tổng mômen từ quỹ đạo luôn bằng không. Dưới tác dụng củatừ trường ngoài, các electron đều có mômen từ cảm ứng cùng chiều nhau và ngược chiều với từ trường ngoài. Kết quả là mômen từ của mỗi nguyên tử khác không thì làm cho toàn bộ chất nghịch từ có mômen từ khác không và ngược chiều từ trường ngoài. Tất cả vật liệu đều có hiện tượng nghịch từ xuất hiện nhưng thường bị bao phủ bởi các hiệu ứng như hiện tượng thuận từ, sắt từ… lớn hơn. Giá trị của độ cảm từ là độc lập với nhiệt độ.. Ví dụ về một số chất thể hiện rõ tính nghịch tư như: khí trơ, hợp chất hữu cơ, một số kim loại: Cu, Zn, Au, Ag, … Vật liệu nghịch từ lý tưởng là vật liệu siêu dẫn (là vật mà ở dưới nhiệt 1 độ Tc , điện trở của vật bằng không) vì nó có   0 và    , lớn gấp nhiều 4 lần so với các chất nghịch từ khác. 1.2.2. Trạng thái thuận từ Là vật liệu từ có độ cảm từ dương   0 , giá trị nhỏ (cỡ 10 10 ).  5 3 phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phụ thuộc này tuân theo định luật Curie[9] C  T T: nhiệt độ tuyệt đối. C: nhiệt độ Curie Khi chưa có từ trường ngoài, các electron định xứ không tương tác với nhau, ở các trạng thái mà mỗi nguyên tử có một mômen từ định hướng hỗn loạn do sự chuyển động nhiệt. Vì vậy, mômen từ tổng hợp toàn vật thuận từ bằng không và vật không có từ tính. 8
Việc áp đặt một từ trường ngoài đã tạo ra một sự sắp xếp một ít các mômen này, do đó toàn bộ vật thuận từ có mômen từ khác không và mômen từ tổng hợp sẽ cùng chiều với từ trường ngoài. Đây là hiệu ứng thuận từ. Khi tăng nhiệt độ, do sự chuyển động nhiệt sẽ tăng lên, nó sẽ trở nên khó sắp xếp các mômen từ nguyên tử, vì vậy độ cảm từ sẽ giảm xuống. Tuy nhiên đối với kim loại kiềm thì độ cảm thuận từ hầu như không phụ thuộc nhiệt độ.[7] (a) (b) Hình 1.4. (a) Sự sắp xếp các mômen từ; (b) Sự phụ thuộc của  vào nhiệt độ [9] Một số chất thuận từ: Các nguyên tử, phân tử sai hỏng mạng có số điện tử lẻ: Na tự do, ôxit nitơ dạng khí (NO), … Các nguyên tử tự do với lớp vỏ không đầy: các nguyên tố chuyển tiếp, các nguyên tố nhóm Uran, … Các kim loại: thuộc nhóm 3d (nhóm sắt) : Cr, Mn, Co, …; nhóm kim loại thuộc nhóm 4f (nhóm đất hiếm): Sm, Pm, Pr, … 1.2.3 Trạng thái sắt từ Là vật liệu có   0 , có giá trị lớn (cỡ hàng vạn, có một vài chất sắt từ chế tạo đặc biệt có thể lên tới hàng triệu). 9
Trong các vật sắt từ, khi nhiệt độ của vật thấp hơn một nhiệt độ xác định nào đó thì tồn tại độ từ hóa tự I 1 Is  phát. Tức là chất sắt từ tồn tại mômen từ tự phát ngay cả khi không có từ trường ngoài. Khi từ trường ngoài O bằng không và ta tiếp tục tăng (a) Tc (b) T nhiệt độ, thì độ từ hóa tự phát Hình 7a Hình 7b giảm đi và giảm tới nhiệt độ Hình 1.5. (a) Sự sắp xếp các mômen từ xác định nói đến ở trên. Với nguyên tử; (b) Sự phụ thuộc của  vào 1 mỗi chất sắt từ sẽ có một nhiệt nhiệt độ [9] độ xác định mà tại đó tính chất từ của nó biến mất hay độ từ hóa bằng không. Nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ Curie ( Tc ).Ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ Curie, chất sắt từ trở thành chất thuận từ. Ở nhiệt này sẽ có sự thay đổi một số tính chất của vật liệu như: hệ số giãn nở nhiệt, nhiệt dung của vật liệu, biến dạng từ giảo,..... Sự phụ thuộc của  vào T được biểu thị qua định luật Curie - Weiss: C  T  Tc Một số chất sắt từ: Fe, Ni, Co,…, một số hợp kim, kim loại đất hiếm. 1.3. Đặc điểm của vật liệu sắt từ Chất sắt từ là những chất ở những nhiệt độ thấp hơn một nhiệt độ xác định nào đó đã tồn tại độ từ hóa M 0 , ( M 0  0 ), ngay cả khi không tác dụng từ trường ngoài. Độ từ hóa này gọi là độ từ hóa tự phát. 10
Cũng giống như chất thuận từ, chất sắt từ có độ cảm từ  m  0 , nhưng chất sắt từ có những tính chất từ rất mạnh. Độ từ thẩm của chúng rất lớn (có thể lên tới hàng vạn, hàng triệu). Để đặc trưng cho vật liệu sắt từ, ta thường dùng từ độ (I), cảm ứng từ ( B ), độ cảm từ (  ) và độ từ thẩm (  ). Liên hệ giữa các đại lượng: B   H  0  I  (0   ) H (hệ SI) B   H  H  4 I  (1  4 ) H (hệ CGS) 1.3.1. Đường cong từ hóa Là đường biểu diễn sự phụ thuộc của I vào H. Sự phụ thuộc này là phi tuyến. Đoạn đầu OA, quá trình từ hóa hầu như thuận nghịch và tăng chậm. Đoạn AB tăng nhanh hơn và là quá trình không thuận nghịch. Hình 1.6. Đường cong từ hóa [9] Đoạn BC tăng chậm cho đến giá trị bão [9]cơ bản hòa (trong chất sắt từ xảy ra hiện tượng bão hòa từ). Từ độ ứng với đoạn này là từ độ bão hòa kĩ thuật, kí hiệu I s . 1.3.2. Sự phụ thuộc độ cảm từ theo độ từ hóa của vật liệu sắt từ Sự phụ thuộc được biểu diễn trên đường Xtêlêtôp (hình 1.7). Ở vùng từ trường thấp,  tăng nhanh và đạt gái trị cực đại  max . Tiếp tục tăng H,  giảm ứng với giá trị bão hòa từ. Sự biến đổi của  phản ánh sự phụ thuộc phi tuyến của từ độ I vào H. Sở dĩ chất sắt từ dễ dàng từ hóa là trong chất sắt từ ở dưới nhiệt độ đặc trưng là nhiệt độ Curie ( Tc ), trật tự từ tự phát ( M S  0 ) 11
ngay cả khi không có từ trường ngoài.Trật tự từ tự phát tồn tại trong các miền (đômen) với các đômen từ định hướng khác nhau ở các đômen khác nhau. Hình 1.7. Sự phụ thuộc của  vào H Các số liệu thực nghiệm chỉ ra rằng chỉ nên dùng chất sắt từ khi cần có từ trường ngoài không quá vài Tesla (T). 1.3.3. Từ dư Các chất sắt từ đều có tính từ dư, nghĩa là khi không còn từ trường ngoài, các chất sắt từ vẫn còn từ tính. Nguyên nhân là do sự liên kết giữa các mômen từ và các đômen từ. Khi H = 0, các mômen từ không lập tức bị quay trở lại trở lại trạng thái hỗn độn như chất thuận từ mà còn giữ được từ độ (I) ở giá trị khác không. Có nghĩa là đường cong đảo từ sẽ không khớp với đường cong từ hóa ban đầu. Nếu ta từ hóa và khử từ theo một chu trình kín của từ trường ngoài, ta sẽ có đường cong khép kín gọi là đường cong từ trễ. 1.3.4. Nhiệt độ Curie Thực nghiệm chứng tỏ rằng, khi tăng nhiệt độ của các vật liệu sắt từ thì từ dư của nó giảm. Khi nhiệt độ đạt tới giá trị Tc nào đó thì tính từ dư bị mất hẳn. Nhiệt độ đó gọi là nhiệt độ Curie (hay điểm Curie). Trên nhiệt độ Curie, 12