Đặc trưng cấu trúc, hình thái, tính chất hạt nano từ tính Fe3O4 tổng hợp bằng phương pháp phân hủy nhiệt

a mẫu lớn chứng tỏ mẫu có kích thước nhỏ. 
Hình 1: Giản đồ XRD của hạt nano Fe3O4 tổng hợp bằng phương pháp phân hủy nhiệt 
N. Q. Thắng, H. Đ. Quang, T. C. Lệ, L. T. T. Hiền, Đ. T. K. Quyên, H. Y. Nhi, L. T. T. Hiệp, L. T. Tâm 
 58 
Hình thái và sự phân bố của các mẫu hạt Fe3O4 chưa chuyển pha và sau khi 
chuyển pha và bọc bằng poly (acrylic acid) (PAA) được nghiên cứu bằng kỹ thuật kính 
hiển vi điện tử truyền qua (TEM), thể hiện trong hình 2. Kết quả cho thấy, các hạt nano 
từ phân tán tốt với kích thước hạt khá đồng đều. Giá trị kích thước hạt trung bình (DTEM) 
được xác định từ ảnh hiển vi điện tử là 6,5 nm đối với mẫu Fe3O4@OA,OLA và 10 nm 
đối với mẫu Fe3O4@PAA. 
3 4 5 6 7 8 9 10
0
5
10
15
20
25
30
35
40
F
re
q
u
e
n
c
y
D (nm)
 Fe3O4@OA,OLA
N=100
D = 6,46 nm
(a)
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
F
re
q
u
e
n
c
y
D (nm)
 Fe3O4@PAA
N=100
D = 9,38 nm
(b)
Hình 2: Ảnh TEM và phân phối kích thước hạt của u 3O4@OA,OLA (a) và 
Fe3O4@PAA sau khi chuyển pha và bọc bằng PAA (b) 
3.2. Đặc trưng cấu trúc lõi vỏ, độ bền và độ phân tán 
Trong phương pháp phân hủy nhiệt, muốn thu được các hạt nano từ Fe3O4 có kích 
thước nhỏ và đồng đều thì trong quá trình chế tạo mẫu phải sử dụng hỗn hợp chất hoạt 
động bề mặt là axit oleic (OA) và olaylamine (OLA). Để biết được các hạt tạo thành có 
được bọc bởi các chất hoạt động bề mặt hay không, mẫu chứa hạt nano từ sau khi chế tạo 
được đo trên phổ phân tích hồng ngoại FT-IR. Kết quả phổ phân tích hồng ngoại FT-IR 
của mẫu Fe3O4@OA,OLA được thể hiện trong hình 3. 
Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 47, Số 4A (2018), tr. 55-62 
 59 
4000 3600 3200 2800 2400 2000 1600 1200 800 400
85.0
87.5
90.0
92.5
95.0
97.5
100.0 Fe3O4@OA,OLA
T
ra
n
sm
it
ta
n
ce
 (
%
)
Wavenumber (cm
-1
)
4
4
6
5
7
3
.8
6
6
9
8
.2
3
8
2
9
.3
9
9
1
4
.2
6
1
0
0
6
.8
4
1
0
6
4
.7
1
1
1
4
9
.5
7
1
2
0
7
.4
4
1
3
7
5
.2
5
1
4
0
0
.3
2
1
5
1
9
.9
1
1
6
0
8
.6
3
1
6
7
6
.1
4
1
7
4
9
.4
4
1
9
8
6
.6
8
2
1
1
7
.8
4
2
1
8
9
.2
1
2
8
4
8
.8
6
2
9
1
4
.4
4
2
9
5
1
.0
9
3
3
4
0
.7
1
Hình 3: Phổ FT-IR Fe3O4@OA,OLA chế tạo bằng phương pháp phân hủy nhiệt 
Để biết rõ sự liên kết giữa lớp chất bề mặt OA, OLA và hạt từ, chúng tôi tiến 
hành đo phổ phân tích hồng ngoại FT-IR. Kết quả cho thấy, phổ hồng ngoại có sự xuất 
hiện của các dao động đặc trưng liên quan đến các nhóm chức của OA, OLA và Fe3O4. 
Theo các tác giả [6], [7], các đỉnh hấp thụ nhỏ hơn 800 cm-1 là của hạt Fe3O4 trong khi 
các đỉnh hấp thụ lớn hơn 800 cm-1 là của lớp vỏ bọc OA và OLA. Các đỉnh tại vị trí 2915 
cm
-1
 và 2848 cm
-1
 là dao động của nhóm C-H. Hai đỉnh tại các vị trí 1520 cm-1 và 1400 
cm
-1
 là do đóng góp của dao động hóa trị bất đối xứng và dao động hóa trị đối xứng của 
nhóm chức (COO-) trên bề mặt hạt. Các đỉnh này xuất hiện là do trên bề mặt xuất hiện 
lớp vỏ bọc của OA và OLA. Ngoài ra, có thể thấy rằng khoảng cách giữa 2 đỉnh ∆ (1520 
cm
-1
 - 1400 cm
-1
 = 120 cm
-1
) nằm trong khoảng 120 - 190 cm-1 đã quan sát được chứng 
tỏ liên kết giữa các phân tử OA với bề mặt hạt Fe3O4 là liên kết dạng cầu nối (bridging 
bidentate) [8]. Hơn nữa, dải hấp thụ mạnh tại vị trí 573 cm-1 là của nhóm Fe-O, dao động 
này xuất hiện do sự có mặt của hạt nano từ Fe3O4. Các nhóm dao động này hoàn toàn 
phù hợp với kết quả nghiên cứu của nhóm tác giả [9]. Hạt Fe3O4 có kích thước hạt nhỏ 
và phân bố đồng đều trong dung môi hữu cơ là do lớp vỏ bọc bao gồm OA và OLA. Để 
khẳng định thêm về tỉ phần đóng góp của lớp vỏ đến sự suy giảm về giá trị từ độ bão 
hòa, sự suy giảm khối lượng của mẫu chứa hạt nano từ sau khi chế tạo đã được khảo sát 
bằng phương pháp phân tích nhiệt TGA. Kết quả phân tích nhiệt mẫu Fe3O4@OA, OLA 
được thể hiện trong hình 4. 
N. Q. Thắng, H. Đ. Quang, T. C. Lệ, L. T. T. Hiền, Đ. T. K. Quyên, H. Y. Nhi, L. T. T. Hiệp, L. T. Tâm 
 60 
-100 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
- 15,73%
 §
é
 g
i¶
m
 k
h
è
i 
l-
î
n
g
(%
)
 Fe
3
O
4
@OA,OLA
NhiÖt ®é (
O
C)
BiÕn ®æi khèi l-îng
Hình 4: Giản đồ TGA của Fe3O4 với lớp vỏ bọc OA, OLA chế tạo 
bằng phương pháp phân hủy nhiệt 
Giản đồ hình 4 cho thấy, mẫu Fe3O4@OA, OLA mất khối ở 3 giai đoạn. Giai 
đoạn 1, mất khối từ 25oC đến 200oC với khoảng 0,96%. Nguyên nhân là do một lượng 
nước rất nhỏ bị bay hơi. Giai đoạn 2 từ nhiệt độ 200oC đến 450oC với sự mất khối 
khoảng 3,52 % và 8,44%. Có thể giải thích điều này là do dung môi hữu cơ hấp thụ trên 
bề mặt hạt nano từ Fe3O4 thể hiện thông qua đỉnh thu nhiệt ở 236
o
C và sự phân hủy một 
phần của các hợp chất hữu cơ (OA và OLA) để loại bỏ nhóm chức (như NH2) thể hiện 
trên đỉnh thu nhiệt ở 389oC. Giai đoạn 3 từ 500 - 800oC, mẫu mất khối khoảng 2,81%, có 
thể là do mẫu được đo trong khí quyển không khí nên khí CO sinh ra do sự phân hủy 
chất hoạt động bề mặt đã khử một phần nhỏ các hạt nano Fe3O4. Như vậy, dựa vào quá 
trình mất khối trên đường TGA ta có thể trừ được lớp vỏ (OLA và OA) đã bị đốt cháy ở 
giai đoạn (25 - 450oC) để xác định được giá trị từ độ thực của lớp lõi Fe3O4. Lượng hạt từ 
trong mẫu chế tạo bằng phương pháp phân hủy nhiệt chiếm 84,27%. 
3.3. Khảo sát tính chất từ 
Quá trình thay đổi bề mặt hạt nano từ Fe3O4 có thể làm thay đổi tính chất từ của 
hạt. Độ bão hòa từ (Ms) của mẫu Fe3O4 trước và sau khi chuyển pha Fe3O4@PAA có thể 
giảm đi hay tăng lên phụ thuộc vào độ dày lớp PAA và sự tương tác bề mặt các hạt nano 
với PAA. Hình 5 cho thấy mẫu Fe3O4 sau khi chuyển pha bởi PAA (Fe3O4@PAA) làm 
tăng giá trị từ độ từ 61,50 emu/g lên 64,01 emu/g. Quá trình chuyển pha bằng PAA đã 
làm tăng từ độ của mẫu lên khoảng 4%. Điều này có thể được giải thích do nhóm chức 
COOH, OH đã làm thay đổi định hướng các spin trên bề mặt hạt theo hướng của lõi 
hạt tương tự như ảnh hưởng của nhóm chức dopamin (DPA) trong công bố của Sridhar 
và cộng sự [10]. 
Trường Đại học Vinh Tạp chí khoa học, Tập 47, Số 4A (2018), tr. 55-62 
 61 
Hình 5: Đường cong từ hóa của các m u M1 (Fe3O4 lớp vỏ bọc OA, OLA) và M2 (Fe3O4 
sau khi chuyển pha và bọc bằng PAA) 
4. Kết luận 
Chúng tôi đã tổng hợp thành công hạt nano từ Fe3O4 bọc PAA bằng phương pháp 
phân hủy nhiệt. Vật liệu Fe3O4@PAA thu được có kích thước trung bình 10 nm, từ độ 
bão hòa 64,01 emu/g. Tỷ lệ hạt từ Fe3O4 trong mẫu Fe3O4@PAA chế tạo bằng phương 
pháp phân hủy nhiệt chiếm 84,27% khối lượng. Vật liệu có kích thước đồng đều, phân 
tán tốt trong pha nước và có triển vọng ứng dụng trong y sinh. 
Lời cảm ơn: Công trình này được hỗ trợ kinh phí bởi đề tài cấp Bộ, mã số: 
B2018-HHT-05 (NQT). 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] M. Karrina, A. M. T. Syed, Nanoparticles in biomedical applications, Advances in 
Physics:X, 2(1), 2017, pp. 55-88. 
[2] W. Wei, H. Quanguo, J. Changzhong, Magnetic Iron Oxide Nanoparticles: Synthesis 
and Surface Functionalization Strategies, Nanoscale Res Lett 3, 2008, pp. 397-415. 
[3] A. H. Lu, E. L. Salabas, F. Schuth, Magnetic nanoparticles: synthesis, protection, 
functionalization, and application, Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 46, 2007, p. 1222. 
[4] X. Yin-Yin, Z. Min, G. Hui-Juan, H. A. Jun-Jie, O. Qian-Qian, Q. Sheng-Da, C. 
Hong-Li, C. Xing-Guo, A simplified method for synthesis of Fe3O4@PAA 
nanoparticles and its application for the removal of basic dyes, Applied Surface 
Science 258, 2012, pp. 3897-3902. 
[5] V. T. K. Oanh, T. D. Lam, L. T. Lu, D. H. Manh, N. X. Phuc, Synthesis of high 
magnetization and monodisperse Fe3O4 nanoparticles via thermal decomposition, 
Materials Chemistry and Physics, 163, 2015, pp. 537-544. 
N. Q. Thắng, H. Đ. Quang, T. C. Lệ, L. T. T. Hiền, Đ. T. K. Quyên, H. Y. Nhi, L. T. T. Hiệp, L. T. Tâm 
 62 
[6] D. Maity, D. C. Agrawal, Synthesis of iron oxide nanoparticles under oxidizing 
environment and their stabilization in aqueous and non-aqueous media, Journal of 
Magnetism and Magnetic Materials, 308, 2007, pp. 46-55. 
[7] R. M. Cornell, U. Schwertmann, The iron oxides: Structure, Properties, Reactions, 
Occurrences, and Uses, 2nd ed., Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 
Weinheim, 2003. 
[8] N. Wu, L. Fu, M. Su, M. Aslam, K. C. Wong, V. P. Dravid, Interaction of Fatty Acid 
Monolayers with Cobalt Nanoparticles, Nano Letters 4, 2004, pp. 383-386. 
[9] M. Dipak, C. Shi-Guang, Y. Jiabao, D. Jun, X. J. Min, Synthesis of magnetite 
nanoparticles via a solvent-free thermal decomposition route, Journal of Magnetism 
and Magnetic Materials, 321, 2009, pp. 1256-1259. 
[10] K. N. Dattatri, D. P. Brian, P. Minh, H. L. Laura, S. Srinivas, K. M. Shashi, 
Functionalization-induced improvement in magnetic properties of Fe3O4 
nanoparticles for biomedical applications, Journal of Applied Physics, 105, 2009, 
07B317. 
SUMMARY 
STRUCTURAL, MORPHOLOGICAL CHARACTERISTICS 
 AND PROPERTIES OF Fe3O4 NANOPARTICLES SYNTHESIZED 
VIA THEMAL DECOMPOSITION 
Magnetite (Fe3O4) nanoparticles were synthesized by thermal decomposition 
method of iron (III) acetylacetonate (Fe(acac)3) in organic solvent, then, was performed 
phase transfer and coated with poly acrylic acid (PAA). The crystalline structure, 
morphology and magnetic properties of samples were characterized by X-ray diffraction 
patterns (XRD), transmission electron microscope (TEM), fourier-transform infrared 
spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA) and vibrating sample 
magnetometer (VSM). The PAA-cappped Fe3O4 nanoparticles has spinel single phase 
structure with average size of 10 nm and high saturation magnetization (up to 64 emu/g). 
The amounts of Fe3O4 magnetic particles in the samples were 84.27% weight for the 
sample Fe3O4@PAA. The magnetic Fe3O4 nano material was formed in liquid phase with 
high homogeneity, mono-dispersion, as well as good stability promised a potential 
application in biomedical.