Nghiên cứu từ trường bề mặt của vật liệu từ cứng cấu trúc micro-nano

- Kết quả: ảnh hưởng của số lượng nam châm lên sự phân bố của từ trường bề mặt.
- khảo sát ảnh hưởng của kìch thước nam châm lên sự phân bổ của từ trường bề mặt.
- khảo sát ảnh hưởng của chiều dày nam châm lên sự phân bổ của từ trường bề mặt.
- khảo sát ảnh hưởng khoảng cách các nam châm lên sự phân bổ của từ trường bề mặt.
- Luận văn này được thực hiện với mục đìch khảo sát sự phân bố của từ trường trên bề mặt của các nam châm từ cứng NdFeB có cấu trúc micro-nano sử dụng phần mềm mô phỏng..
- Các nam châm được sắp xếp theo một trật tự nhất định và công việc của chúng tôi là khảo sát từ trường trên bề mặt của nam châm..
- Trong luận văn này, chúng tôi sẽ khảo sát khả năng bắt giữ phần tử sinh học bằng việc sử dụng các vi nam châm NdFeB.
- 2b × 2h, miêu tả một nam châm hính lăng trụ từ hóa dọc theo trục z.
- Các vi nam châm NdFeB sử dụng trong thì nghiệm này có kìch thước 50×50 µm 2 , chiều dày h = 30 µm..
- 3.1 Ảnh hưởng của số lượng nam châm lên sự phân bố của từ trường bề mặt Mô hình 1 nam châm.
- Mô hính một nam châm vuông có kìch thước là 10×10 µm 2 , dày 4 µm được miêu tả trong hính 3.1a.
- Với mô hính này từ trường được khảo sát theo hai đường trên bề mặt của nam châm là đường màu đen (ở trung tâm của nam châm) và đường màu đỏ (ở mép của nam châm), với cảm ứng từ dư B r = 1 T..
- Kết quả khảo sát từ trường dọc theo đường màu đen (hính 3.1b) cho thấy từ trường giảm dần khi ta tăng khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm.
- Kết quả khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ (hính 3.1c) cũng cho thấy từ trường giảm dần khi ta tăng khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm.
- Chúng ta có thể thấy khi khảo sát theo đường màu đen và đường màu đỏ thí từ trường đạt cực đại tại vị trì y = 0 khi khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm tăng từ 2 µm đến 10 µm.
- Hình 3.1 a) Mô hình 1 nam châm, b) hình ảnh từ trường bề mặt của một nam châm khảo sát dọc theo đường màu đen, c)) hình ảnh từ trường bề mặt của một nam châm khảo sát dọc theo đường màu đỏ..
- Ta thấy ở cùng một khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm (cùng khoảng cách d) thí giá trị B zmax khảo sát theo đường màu đen lớn hơn đường màu đỏ, có nghĩa là từ trường ở trung tâm của nam châm lớn hơn từ trường ở mép của nam châm.
- Mô hình 2 nam châm.
- Hình 3.2 a) Mô hình 2 nam châm, b) hình ảnh từ trường của mô hình 2 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau..
- Kết quả khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ được thể hiện trên hính 3.2b, ta thấy giá trị B zmax giảm, giá trị B zmin tăng, khoảng cách từ đỉnh cực đại tới đỉnh cực tiểu giảm khi tăng khoảng cách từ đầu đo tới bề mặt nam châm..
- Mô hình 3 nam châm.
- Hình 3.3 a) Mô hình 3 nam châm, b) hình ảnh từ trường của mô hình 3 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau.
- Mô hính 3 nam châm vuông có kìch thước là 10×10 µm 2 , dày 4 µm, khoảng cách giữa 2 nam châm là 10 µm được miêu tả trên hính 3.3a và kết quả khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ của mô hính với cảm ứng từ dư B r = 1 T được thể hiện trên hính 3.3b.
- Với mô hính 3 nam châm ta thấy cũng giống như mô hính 2 nam châm là từ trường đều giảm khi tăng khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm.
- Bảng 3.1 Giá trị B zmax , B zmin khảo sát dọc theo đường màu đỏ của mô hình 2 nam châm và 3 nam châm..
- nam châm.
- Kích thước nam châm Khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm d.
- Mô hình 4 nam châm.
- Mô hính 4 nam châm vuông có kìch thước là 10×10 µm 2 , dày 4 µm, khoảng cách giữa 2 nam châm là 10 µm được thể hiện trên hính 3.4a, kết quả khảo sát từ trường trên bề mặt nam châm, với cảm ứng từ dư B r = 1 T được thể hiện trong hính 3.4b.
- Cũng giống như các mô hính 2 nam châm, 3 nam châm, từ trường khảo sát theo đường màu đen (từ trường trên bề mặt nam châm) giảm khi ta tăng khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm và đến khoảng cách d >.
- Hình 3.4 a) Mô hình 4 nam châm, b) hình ảnh từ trường của mô hình 4 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đen tại khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường của mô hình 4 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau..
- Hính 3.4c là kết quả khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ của mô hính, đây chình là hính ảnh từ trường tại vị trì giữa các nam châm.
- 3 µm từ trường đạt cực tiểu tại vị trì giữa 4 nam châm..
- Mô hình 6 nam châm.
- Hình 3.5 a) Mô hình 6 nam châm, b) hình ảnh từ trường của mô hình 6 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đen tại khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường của mô hình 6 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau..
- Mô hình 9 nam châm.
- Kết quả khảo sát từ trường bề mặt của mô hính 9 nam châm giống với kết quả của các mô hính trên.
- Sự khác biệt ở đây chỉ là sự xuất hiện thêm của các vùng từ trường biến thiên ví số lượng nam châm đã tăng lên..
- Hình 3.6 a) Mô hình 9 nam châm, b) hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đen tại khoảng cách d khác nhau, c) hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu xanh tại khoảng cách d khác nhau.
- Khi khảo sát dọc theo đường màu đen chúng ta cũng thấy từ trường trên bề mặt nam châm giảm dần khi tăng khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm.
- Kết quả khảo sát từ trường dọc theo đường chéo màu xanh của mô hính tương tự như khi chúng ta khảo sát theo đường màu đen, ví đây đều là hính ảnh từ trường trên bề mặt nam châm.
- 3 µm thí các phần tử sinh học sẽ tập chung nhiều tại vị trì giữa 4 nam châm.
- Kết quả khảo sát tương tự khi chúng ta tiếp tục tăng số lượng nam châm..
- Hình 3.7 Hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau..
- 3.2 Khảo sát ảnh hưởng của kích thước nam châm lên sự phân bố của từ trường bề mặt.
- Mô hính 9 nam châm vuông có kìch thước là 10×10 µm 2 , dày 4 µm, khoảng cách giữa 2 nam châm bằng với kìch thước nam châm, từ trường được khảo sát dọc theo đường màu đỏ của mô hính khi kìch thước nam châm thay đổi (hính 3.6a).
- Kết quả khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ của mô hính 9 nam châm có kìch thước 10×10 µm 2 được thể hiện trên hính 3.7.
- Chúng ta có thể thấy năng lượng từ trường tại vị trì trung tâm giữa 4 nam châm lớn hơn các vị trì giữa 2 nam châm tại khoảng cách d <.
- 3 µm năng lượng từ trường ở trung tâm của 4 nam châm trở lên nhỏ nhất..
- Với các nam châm có kìch thước 20×20 µm 2 (hính 3.8a) chúng ta có thể thấy cường độ từ trường tại vị trì trung tâm giữa 4 nam châm là lớn hơn các vị trì xung quanh tại khoảng cách d <.
- Tại vị trì cao hơn d >6 µm từ trường ở trung tâm của 4 nam châm lại trở lên nhỏ nhất..
- Đối với nam châm có kìch thước 30×30 µm 2 (hính 3.8b) cường độ từ trường tại vị trì trung tâm giữa 4 nam châm là lớn hơn các vị trì xung quanh tại khoảng cách d <.
- 10 µm từ trường ở trung tâm của 4 nam châm lại trở lên nhỏ nhất.
- Khi ở vị trì quá xa bề mặt nam châm d >50 µm thí từ trường sẽ giảm về 0..
- Khi kìch thước nam châm là 50×50 µm 2 (hính 3.8c), năng lượng từ trường tại vị trì trung tâm giữa 4 nam châm là lớn hơn các vị trì xung quanh tại khoảng cách d <.
- 20 µm từ trường ở trung tâm của 4 nam châm lại trở lên nhỏ nhất..
- Đối với nam châm có kìch thước 100×100 µm 2 (hính 3.8d) năng lượng từ trường tại vị trì trung tâm giữa 4 nam châm là lớn hơn các vị trì xung quanh tại khoảng cách d <.
- 40 µm từ trường ở trung tâm của 4 nam châm lại trở lên nhỏ nhất..
- Vậy khi tăng kìch thước của nam châm thí vị trì mà các phần tử sinh học tập trung ở giữa 4 nam châm sẽ xa bề mặt nam châm hơn..
- 3.3 Khảo sát ảnh hưởng của chiều dày nam châm lên sự phân bố của từ trường bề mặt Kết quả khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ của mô hính 9 nam châm có kìch thước 10×10 µm 2 khi độ dày nam châm là 4 µm được thể hiện trên hính 3.7.
- Hính 3.9 là kết quả khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ của mô hính 9 nam châm có kìch thước 10×10 µm 2 khi độ dày nam châm được tăng lên là 6 µm (hính 3.9a), 10 µm (hính 3.9b), 15 µm (hính 3.9c)..
- Chúng ta có thể thấy khi chiều dày của các nam châm là 6 µm thí tại khoảng cách d >.
- 2 µm các phần tử sinh học sẽ tập trung tại vị trì giữa 4 nam châm.
- Vậy là khi tăng độ dày của nam châm ta thấy khoảng cách mà từ trường đạt cực tiểu tại vị trì giữa 4 nam châm ở gần bề mặt nam châm hơn.
- Nghĩa là khi tăng chiều dày của các nam châm thí các phần tử sinh học sẽ tập trung chủ yếu tại vị trì giữa 4 nam châm ngay cả khi chúng ở sát bề mặt nam châm..
- Hình 3.9 a) hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm kích thước 10×10 µm 2 , chiều dày h.
- Hình 3.2 Hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm kích thước 10×10 µm 2 được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d = 5 µm với độ dày khác nhau.
- Hính 3.10 là kết quả khảo sát từ trường dọc theo đường màu đỏ của mô hính 9 nam châm ở khoảng cách d = 5 µm khi thay đổi độ dày của nam châm.
- Tương tự đối với mô hính 9 nam châm vuông có kìch thước là 50×50 µm 2 .
- Khi tăng chiều dày của các nam châm thí từ trường trên bề mặt nam châm tăng, vùng năng lượng từ trường đạt cực tiểu tại vị trì giữa 4 nam châm cũng giảm xuống gần bề mặt nam châm hơn.
- Khi chiều dày nam châm là 4 µm thí tại khoảng cách d >.
- 20 µm năng lượng từ trường đạt cực tiểu tại vị trì giữa 4 nam châm (hính 3.8c), khi chiều dày bằng 10 µm thí với d >.
- 15 năng lượng từ trường đã đạt cực tiểu tại vị trì giữa 4 nam châm (hính 3.11a)..
- Khi chiều dày bằng 30 µm và 50 µm thí từ trường đạt cực tiểu tại vị trì giữa 4 nam châm khi d >.
- Hình 3.11 a) hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm kích thước 50×50 µm 2 , chiều dày h = 10 µm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau, b) chiều dày h = 30 µm, c) chiều dày h = 50 µm..
- 3.4 Khảo sát ảnh hưởng của khoảng cách giữa các nam châm lên sự phân bố của từ trường bề mặt.
- Hính 3.12a là mô hính 9 nam châm có kìch thước 10×10 µm 2 , chiều dày của nam châm là 4 µm, khi khoảng cách giữa các nam châm là 1 µm.
- 7 µm trên bề mặt nam châm sẽ không còn tồn tại các vùng từ trường biến thiên.
- 7 µm thí từ trường tại vị trì giữa 4 nam châm luôn đạt cực tiểu, vậy là các phần tử sinh học sẽ bị bắt giữ tập trung ở vị trì giữa 4 nam châm tại khoảng cách d <.
- Khi khoảng cách giữa các nam châm quá nhỏ như vậy thí việc bắt giữ các phần tử sinh học sẽ trở lên rất khó khăn ví vùng từ trường biến thiên chỉ tồn tại ở khoảng cách rất ngắn trên bề mặt nam châm..
- Hình 3.12 a) Mô hình 9 nam châm có kích thước 10×10 µm 2 ,khoảng cách giữa các nam châm là g = 1µm, b) hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đen tại khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau..
- Với mô hính 9 nam châm có kìch thước 10×10 µm 2 , chiều dày của nam châm là 4 µm, khi khoảng cách giữa các nam châm là 5 µm (hính 3.13a).
- 15 µm trên bề mặt nam châm sẽ không còn tồn tại các vùng từ trường biến thiên.
- 12 µm thí từ trường tại vị trì giữa 4 nam châm luôn đạt cực tiểu, vậy là các phần tử sinh học sẽ bị bắt giữ tập trung ở vị trì giữa 4 nam châm tại khoảng cách d <.
- Hình 3.3 a) Mô hình 9 nam châm có kích thước 10×10 µm 2 ,khoảng cách giữa các nam châm là g = 5µm, b) hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đen tại khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau..
- Hình 3.4 a) Mô hình 9 nam châm có kích thước 10×10 µm 2 ,khoảng cách giữa các nam châm là g = 15µm, b) hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đen tại khoảng cách d khác nhau, c)hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d khác nhau..
- Mô hính 9 nam châm có kìch thước 10×10 µm 2 , chiều dày của nam châm là 4 µm, khoảng cách giữa các nam châm là 10 µm được thể hiện trên hính 3.6a.
- 3 µm thí từ trường đạt cực tiểu tại vị trì giữa 4 nam châm.
- Khi khoảng cách giữa các nam châm tăng lên 15 µm thí tại khoảng cách d >.
- 5 µm từ trường mới đạt cực tiểu tại vị trì giữa 4 nam châm.
- Vậy là khi khoảng cách giữa các nam châm càng xa thí vị trì mà từ trường giữa 4 nam châm đạt cực tiểu càng xa bề mặt nam châm..
- Hình 3.5 Hình ảnh từ trường của mô hình 9 nam châm được khảo sát dọc theo đường màu đỏ tại khoảng cách d = 5 µm khi khoảng cách giữa các nam châm g là khác nhau..
- Sau khi nhỏ các tế bào hồng cầu lên bề mặt của vi nam châm, chúng ta thấy hồng cầu phân bố đồng nhất và ổn định tại vị trì có năng lượng từ trường thấp, đó là khoảng cách giữa các vi nam châm [25].
- Điều này phù hợp với vị trì năng lượng cực tiểu tại vị trì giữa 4 nam châm khi d >.
- Hình 3.16 Sự phân bố của tế bào hồng cầu trên mảng vi nam châm.
- Trong luận văn này chúng tôi đã khảo sát được sự phân bố của từ trường trên bề mặt của các nam châm từ cứng NdFeB có cấu trúc micro-nano sử dụng phần mềm mô phỏng..
- Khi số lượng nam châm tăng thí sẽ có thêm các vùng từ trường biến thiên..
- Khi tăng độ dày của nam châm thí khi ở cùng 1 khoảng cách từ đầu đo đến bề mặt nam châm, từ trường trên bề mặt nam châm sẽ tăng..
- Khi khoảng cách giữa các nam châm tăng thí từ trường ở vị trì giữa các nam châm sẽ giảm.
- Khi khoảng cách giữa các nam châm bằng với kìch thước nam châm thí từ trường trên bề mặt nam châm sẽ đồng đều nhất.