Vật liệu từ nói chung và vật liệu từ cứng được sử dụng để chế tạo nam châm nói riêng có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày của chúng ta. Những vật liệu này là nhân tố chủ chốt trong một số công nghệ kì diệu được áp dụng trong các lĩnh vực giao thông, y tế, khoa học kỹ thuật. Một số ứng dụng điển hình của vật liệu từ có thể kể đến như sau.

1. Ứng dụng của hạt nano từ trong việc chẩn đoán, dẫn truyền thuốc và điều trị ung thư

Việc kết hợp sử dụng giữa kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh bằng cộng hưởng từ MRI (magnetic resonance imaging) và các hạt nano từ tính được sử dụng là chất tương phản cho kỹ thuật này giúp cho việc phát hiện được các tế bào ung thư [1]. 

Với kỹ thuật MRI, các nhà nghiên cứu thuộc khoa hóa và hóa sinh, trường đại học California, đã phát hiện ra các tổn thương sớm của bé trai 6 tuổi với khối u nguyên bào đệm nhờ có độ nhạy ảnh của các hạt nano siêu thuận từ [2]

Việc dẫn truyền thuốc bằng các hạt nano từ tính có các ưu điểm như thu hẹp phạm vi phân bố của các thuốc trong cơ thể nên sẽ làm giảm tác dụng phụ của thuốc và đồng thời giảm lượng thuốc điều trị cũng như tăng khả năng điều trị của thuốc (hình 1).

​

Hình 1. Tính hiệu quả của việc dẫn truyền thuốc bằng các hạt nanô từ tính. Các hạt nano từ tính có kích thước lớn (> 200 nm) sẽ dễ dàng được phát hiện bằng hệ thống miễn dịch và được loại bỏ khỏi máu và tập trung ở phổi và lá lách. Các hạt có kích thước rất nhỏ (< 5.5 nm) được bài tiết thông qua thận.

Các hạt nanô từ tính sau khi được hoạt hóa bề mặt có tính tương hợp sinh học được gắn kết với thuốc điều trị [3]. Lúc này hạt nanô có tác dụng như một hạt mang. Thông thường hệ thuốc/hạt tạo ra một chất lỏng từ và đi vào cơ thể thông qua hệ tuần hoàn. Khi các hệ thuốc/hạt đi vào mạch máu, người ta sử dụng một từ trường ngoài đủ mạnh để tập trung các hạt vào một vị trí nào đó trên cơ thể. Khi hệ thuốc/hạt được tập trung tại vị trí cần thiết thì quá trình nhả thuốc có thể diễn ra thông qua cơ chế hoạt động của các enzym hoặc các tính chất sinh lý học do các tế bào ung thư gây ra như độ pH, quá trình khuyếch tán hoặc sự thay đổi của nhiệt độ. Hiệu quả của việc dẫn truyền thuốc phụ thuộc vào cường độ từ trường, thể tích và tính chất từ của hạt nanô. Kích thước tối ưu của các hạt nanô từ tính cho việc dẫn truyền thuốc đạt hiệu quả cao là trong khoảng 10 đến 100 nm.

2. Ứng dụng của vật liệu từ trong tích trữ và chuyển đổi năng lượng

Trong tình trạng khủng hoảng về năng lượng và ô nhiễm môi trường như hiện nay, vấn đề sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo lại đang được toàn thế giới đặc biệt quan tâm và phát triển mạnh mẽ. Các vật liệu từ cứng dùng để chế tạo nam châm vĩnh cửu đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các thiết bị chuyển đổi các dạng năng lượng đó thành năng lượng điện. Ví dụ như việc sử dụng nam châm trong các máy phát điện giúp chuyển đổi năng lượng cơ thành năng lượng điện.

3. Ứng dụng của vật liệu từ trong lưu trữ thông tin

Các nam châm vĩnh cửu được sử dụng trong các linh kiện công nghệ cao như các cảm biến, đĩa ghi từ mật độ cao, vi khởi động điện từ, các ổ nhớ máy tính, camera bằng từ.

4. Ứng dụng của vật liệu từ trong lĩnh vực giao thông vận tải

Tàu đệm từ (magnetic levitation transport hay Maglev, hình 2) là một phương tiện chuyên chở được nâng lên, dẫn lái và đẩy tới bởi lực từ hoặc lực điện từ. Công nghệ Maglev này sẽ mở ra một tương lai mới cho ngành đường sắt thế giới. Do không có sự tiếp xúc trực tiếp giữa đường ray và tàu, nên chỉ có lực ma sát giữa con tàu và không khí, điều này cho phép tàu đệm từ có khả năng di chuyển với vận tốc rất cao, tiêu tốn ít năng lượng và có thể gây ra ít tiếng ồn. Tàu MLX01 của Nhật Bản trong cuộc chạy thử nghiệm vào năm 2003 đạt vận tốc 581 km/h (trong khi vận tốc trung bình của tàu Shinkansen chỉ đạt 213 km/h. Công nghệ này được áp dụng theo hai cách khác nhau là cách treo bằng điện từ lực (Electromagnetic Suspension, EMS) và cách treo bằng điện động lực (Electrodynamic Suspension, EDS). Đối với tàu điện áp dụng hệ thống EMS thì nam châm điện được điều khiển bằng điện từ trong tàu để hút nó vào đường ray có từ tính (thường là thép). Với hệ thống EDS, sử dụng nam châm siêu dẫn hoặc nam châm vĩnh cửu mạnh để tạo ra một từ trường gây ra dòng điện trong dây dẫn kim loại gần đó, khi có sự chuyển động tương đối với việc đẩy và kéo tàu chạy cùng với việc bay lên dựa trên thiết kế của đường dẫn

​

Hình 3. Tàu đệm từ của Nhật Bản

Tài liệu tham khảo

[1] Yadollahpour A, Hosseini SA, Rashidi S and Farhadi F: Applications of magnetic nanoparticles as contrast agents in MRI: Recent advances and clinical challenges, Int J Pharm Res Allied Sci, (2016) 251.

[2] Li Z, Hsu CH, Dimitrov N, Hwang DW, Chang HW, Hwang LP and Lin YY: Sensitive imaging of magnetic nanoparticles for cancer detection by active feedback MR, Magn Reson Med (2015) 33.

[3] W. Meijia, H. Shengwu, Magnetic nanoparticles in cancer diagnosis, drug delivery and treatment, Molecular and clinical oncology (2017) 738.