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, v…v. 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.
