Tính chất quang của chất keo Fe3O4 chức năng hóa bề mặt trong từ trường

Hình 3.5. Hình ảnh thực tế bố trí thí nghiệm

Nguồn sáng được sử dụng trong thí nghiệm là nguồn Laser He-Cd phân cực, bước sóng 325 nm. Cường độ ánh sáng tán xạ được đo bởi detector CCD 1064x256 pixel có độ nhạy gấp 100 lần detector PDA, năng lượng phơi sáng bão hoà: 250 pico Jun/cm2, vùng phổ làm việc từ 180 - 1100 nm. (Máy quang phổ MS-257 của Hãng Oriel-Newport/ USA).

Giá trị từ trường được giữ cố định tại 270 Gauss hoặc 200 Gauss, các phép đo được lặp lại cứ sau khoảng thời gian 5 phút. Sự suy giảm ánh sáng tán xạ được nhận thấy sau mỗi phép đo.

3.3. Kết quả và thảo luận

Trong phần này, chúng tôi xin trình bày chi tiết các kết quả thí nghiệm mà chúng tôi đã đạt được. Kèm theo đó là phần giải thích và biện luận các kết quả thu được. Thí nghiệm được thực hiện trên 4 mẫu đã chuẩn bị sẵn ở phần trước.

Hướng đi ban đầu của thí nghiệm là nghiên cứu sự suy giảm huỳnh quang của ánh sáng tán xạ qua dung dịch nano từ tính khi thay đổi giá trị từ trường ngoài. Lúc đó cường độ ánh sáng tán xạ suy giảm theo một hàm của từ trường ngoài.

Hình 3.6. Phổ phát xạ của dung dịch nano sắt từ Fe3O4 suy giảm khi từ trường tăng dần.

Chúng tôi tiến hành thí nghiệm đo cường độ ánh sáng tán xạ sau mỗi lần tăng giá trị từ trường (từ 100 G lên 270 G), hướng của từ trường không thay đổi trong suốt quá trình đo. Kết quả được thể hiện trên Hình 3.6. Các phép đo được thực hiện tức thời, ngay sau khi thay đổi cường độ từ trường. Ta nhận thấy, khi từ trường tăng dần, cường độ ánh sáng tán xạ bị suy giảm, sau đó tắt từ trường, cường độ ánh sáng tán xạ vẫn tiếp tục suy giảm.

Hình 3.7. Phổ phát xạ của dung dịch nano sắt từ Fe3O4 suy giảm khi từ trường giảm dần

Các phép đo phổ phát xạ cũng được thực hiện tương tự khi từ trường giảm dần từ 270 G về 100 G. Các phép đo được thực hiện tức thời, ngay sau khi thay đổi cường độ từ trường. Kết quả thể hiện trên Hình 3.7 cho ta thấy, từ trường được điều chỉnh giảm dần và kéo theo đó, cường độ ánh sáng tán xạ cũng suy giảm dần!

Ta có thể dễ dàng nhận thấy rằng mặc dù sự suy giảm chưa đạt tới giá trị bão hòa nhưng có sự suy giảm không theo quy luật nhất định.

Sự suy giảm cường độ ánh sáng tán xạ xảy ra trong cả hai trường hợp tăng và giảm từ trường. Không những thế, sự suy giảm còn tiếp tục xảy ra khi chúng tôi điều chỉnh những giá trị từ trường khác nhau, cũng như tắt hẳn từ trường ngoài. Chính điều này dẫn tới một ý tưởng về sự từ hóa theo thời gian khi dung dịch chứa các hạt nano sắt từ được đặt trong từ trường. Khi có từ trường đặt vào, moment của các hạt từ bắt đầu tự sắp xếp dọc theo hướng của từ trường. Sự sắp xếp của các moment từ càng chính xác và độ dài của chuỗi tăng lên khi thời gian từ hóa tăng dần.

Để giải đáp cho ý tưởng này, chúng tôi quyết định thực hiện thí nghiệm khi từ trường được đặt cố định tại một giá trị và đo cường độ ánh sáng tán xạ theo từng khoảng thời gian (cứ sau 5 phút, phép đo lại được thực hiện) cho đến khi đạt giá trị bão hòa.

Chúng tôi tiến hành thí nghiệm trên từng mẫu như sau:

Mẫu số 1 (Fe3O4 nồng độ 1-4), từ trường được đặt cố định tại 270 Gauss, hiện tượng suy giảm ánh sáng xảy ra cho đến phút thứ 65 thì bắt đầu bão hòa, cường độ ánh sáng suy giảm chậm dần và dừng lại hầu như không suy giảm nữa. Độ suy giảm bão hòa là 35% giá trị ban đầu. Cường độ ánh sáng tán xạ bị suy giảm theo thời gian được thể hiện trên Hình 3.8 và Hình 3.9.

Mẫu số 1 (Fe3O4 nồng độ 1-4)

Hình 3.8. Phát xạ của dung dịch Fe3O4 suy giảm theo thời gian trong môi trường từ tính 270G (Mẫu số 1)

Mẫu số 1 (Fe3O4 nồng độ 1-4)

Độ suy giảm bão hòa ca 35% giá trị ban đầu

Hình 3.9. Cực đại phổ phát xạ suy giảm theo thời gian khi đặt trong môi trường từ tính 270G (Mẫu số 1)

Mẫu số 2 (Fe3O4 nồng độ 1-2), từ trường được đặt cố định tại 270 Gauss, hiện tượng suy giảm ánh sáng xảy ra cho đến phút thứ 50 thì bắt đầu bão hòa,

cường độ ánh sáng suy giảm chậm dần và dừng lại hầu như không suy giảm nữa. Độ suy giảm bão hòa là 30% giá trị ban đầu. Cường độ ánh sáng tán xạ bị suy giảm theo thời gian được thể hiện trên Hình 3.10 và Hình 3.11.

Mẫu số 2 (Fe3O4 nồng độ 1-2)

Hình 3.10. Phát xạ của dung dịch Fe3O4 suy giảm theo thời gian trong môi trường từ tính 270G (Mẫu số 2)

Mẫu số 2 (Fe3O4 nồng độ 1-2)

Độ suy giảm bão hòa ca 30% giá trị ban đầu

Hình 3.11. Cực đại phổ phát xạ suy giảm theo thời gian khi đặt trong môi trường từ tính 270G (Mẫu số 2)

Đối với mẫu số 3 (CaFexMn1-xO3 nồng độ 1-8), từ trường được đặt cố định tại 270 Gauss, hiện tượng suy giảm ánh sáng xảy ra cho đến phút thứ 60 thì bắt đầu bão hòa, cường độ ánh sáng suy giảm chậm dần và dừng lại hầu như không suy giảm nữa. Độ suy giảm bão hòa là 50% giá trị ban đầu. Cường độ ánh sáng tán xạ bị suy giảm theo thời gian được thể hiện trên Hình 3.12 và Hình 3.13.

Mẫu số 3 (CaFexMn1-xO3 nồng độ 1-8)

Hình 3.12. Phát xạ của dung dịch CaFexMn1-xO3 suy giảm theo thời gian trong môi trường từ tính 270G (Mẫu số 3)

Mẫu số 3 (CaFexMn1-xO3 nồng độ 1-8)

Độ suy giảm bão hòa ca 50% giá trị ban đầu

Hình 3.13. Cực đại phổ phát xạ suy giảm theo thời gian khi đặt trong môi trường từ tính 270G (Mẫu số 3)

Mẫu số 4 được pha loãng hơn (CaFexMn1-xO3 nồng độ 1-16), từ trường được đặt cố định tại 200 Gauss, hiện tượng suy giảm xảy ra đến phút 45 thì bắt đầu bão hòa, cường độ ánh sáng tán xạ không suy giảm nữa. Độ suy giảm bão hòa là 25% giá trị ban đầu. Cường độ ánh sáng tán xạ bị suy giảm theo thời gian được thể hiện trên Hình 3.14 và Hình 3.15.

Mẫu số 4 (CaFexMn1-xO3 nồng độ 1-16)

Hình 3.14. Phát xạ của dung dịch CaFexMn1-xO3 suy giảm theo thời gian trong môi trường từ tính 200G (Mẫu số 4)

Mẫu số 4 (CaFexMn1-xO3 nồng độ 1-16)

Độ suy giảm bão hòa ca 25% giá trị ban đầu

Hình 3.15. Cực đại phổ phát xạ suy giảm theo thời gian khi đặt trong môi trường từ tính 200G (Mẫu số 4)

Thời gian bão hòa	Cường độ suy giảm
Mẫu 1 Fe3O4 nồng độ 1-4	65 phút	35% giá trị ban đầu
Mẫu 2 Fe3O4 nồng độ 1-2	50 phút	30% giá trị ban đầu
Mẫu 3 CaFexMn1-xO3 nồng độ 1-8	60 phút	50% giá trị ban đầu
Mẫu 4 CaFexMn1-xO3 nồng độ 1-16	45 phút	25% giá trị ban đầu