emvancho_anh1997
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Luận văn ThS. Vật liệu và Linh kiện Nanô -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010
Tổng quan về vật liệu Nanô nói chung và Nanô bạc. Tiến hành thực nghiệm: giới thiệu về thiết bị và hóa chất, phân tích mẫu. Trình bày những kết quả đã đạt được và biện luận những kết quả đó
LỜI MỞ ĐẦU
Bắt đầu từ thập kỷ 80 của thế kỷ trước, khoa học và công nghệ Nano ra đời với
sự quan tâm của cả thế giới. Qua gần 30 năm phát triển, khoa học và công nghệ Nano
đã có những sự phát triển thần kỳ, Nano trở thành một thuật ngữ quen thuộc không
những trong giới khoa học mà còn đối với xã hội. Với những đặc điểm độc đáo và khả
năng ứng dụng dường như là vô tận của mình, các vật liệu Nano với kích thước siêu
nhỏ đã và đang mang đến những thay đổi vô cùng lớn trên toàn thế giới. Công nghệ
Nano đã biến những thứ trong trí tưởng tượng của con người thành hiện thực, biến
những giấc mơ về những món bửu bối thần kì trong truyện tranh Doreamon ngày nào
của trẻ thơ thành những vật dụng hữu ích ngày nay. Những thư viện lớn của thế
giới có thể thu gọn lại bằng một chiếc thẻ nhớ nằm gọn trên ngón tay, những chiếc phi
thuyền có thể du hành trong cơ thể của con người, những chiếc áo tàng hình, những
viên thuốc biết đi tới chính xác chỗ bị thương trong cơ thể để chữa bệnh, những cổ
máy siêu nhỏ,… mọi thứ dường như đều có thể với công nghệ Nano.
Nano bạc là một trong những loại vật liệu được chú ý đến nhiều nhất vì những
đặc tính đặc biệt của mình khi ở kích thước Nano: tính chất quang, điện, và đặc biệt là
đặc tính diệt khuẩn của bạc đã tăng lên rất nhiều so với bạc ở kích cỡ thông thường.
Có nhiều phương pháp chế tạo Nano bạc như khử hóa học [9, 10, 25], phân hủy nhiệt,
điện hóa, nhiệt vi sóng [5], chiếu xạ UV-VIS [4, 8], dùng vi khuẩn [15],… Trong quá
trình chế tạo Nano bạc, một vấn đề được quan tâm đến là sự kết tụ của các hạt Nano
sau khi tạo thành. Nếu không có biện pháp ngăn chặn điều này, các hạt Nano sẽ gắn
kết lại với nhau, gia tăng kích thước, đồng nghĩa với việc giảm đi các đặc tính của nó
khi ở kích thước Nano. Có nhiều phương pháp đã được đưa ra để bảo vệ các hạt Nano
bạc khỏi sự kết tụ, thông dụng nhất là dùng các polymer hay polysacarit đã được sử
dụng làm chất ổn định như poly vinylalcohol (PVA) [33], poly vinylpyrrolidone (PVP)
[33, 34], Poly Ethylene glycol (PEG) [20], Montmorillonite (MMT) [9, 10, 25]….
Mặc dù vậy, việc lựa chọn kết hợp các chất ổn định này vẫn đang tiếp tục được nghiên
cứu để tìm ra chất tối ưu nhất về kích thước, độ ổn định, sự phân bố của các hạt Nano
bạc. Trong đề tài này, chúng tui đã sử dụng khoáng sét Montmorillonite, một loại
khoáng sét có cấu trúc lớp khá đặc biệt với khoảng cách giữa các lớp vào khoảng 1
nm. Các hạt Nano bạc sẽ được hình thành trên bề mặt và ngay cả trong những khoang
sét, điều này sẽ bảo vệ các hạt bạc kết tụ lại với nhau, giữ được kích thước Nano của
chúng. Ngoài ra, chất bảo vệ PEG cũng được sử dụng để làm tăng tính bền vững cũng
như sự phân tán của Nano bạc trên MMT. Đất sét là một loại vật liệu khá phổ biến
trong nước ta, cũng như tính ứng dụng của nó trong đời sống là rất cao. Việc kết hợp
Nano bạc với khoáng sét Montmorillonite sẽ mở ra những ứng dụng vô cùng thiết thực
trong đời sống, đặc biệt là khả năng diệt khuẩn của Nano bạc.
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu vật liệu Nano:
1.1.1 Khái niệm về công nghệ, khoa học và vật liệu Nano:
Khoa học Nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự tương tác
vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó,
tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô thông
thường.
Công nghệ Nano là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu
trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy mô
Nano mét.
Vật liệu Nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học Nano và công nghệ Nano,
nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Kích thước của vật liệu Nano nằm trong
khoảng từ 0,1nm đến 100nm.
Hình 1. So sánh các kích thước khác nhau
1.1.2 Tính chất của vật liệu Nano:
Vật liệu Nano có những tính chất đặc biệt khác hẳn với các tính chất của vật liệu
khối mà người ta nghiên cứu trước đó. Sự khác biệt về tính chất của vật liệu Nano so
với vật liệu khối bằt nguồn từ hai hiện tượng sau đây [3]:
Hiệu ứng bề mặt :
Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số
nguyên tử của vật liệu gia tăng. Ví dụ: xét vật liệu tạo thành từ các vật liệu Nano hình
cầu. Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử thì mối liên hệ
giữa hai con số trên sẽ là ns = 4n2/3. Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số
nguyên tử sẽ là f = ns/n = 4n2/3 = 4r0/r, trong đó r0 là bán kính của nguyên tử và r là bán
kính của hạt Nano. Như vậy, nếu kích thước của vật liệu giảm (r giảm) thì tỷ số f tăng
lên. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các
nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có
liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỷ số f
tăng. Khi kích thước của vật liệu giảm đến kích thước nm thì giá trị f này tăng lên
đáng kể. Sự thay đổi về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính đột
biến theo sự thay đổi về kích thước và f tỷ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục. Khác
với hiệu ứng thứ hai mà ta sẽ đề cập sau, hiệu ứng bề mặt luôn có tác dụng với tất cả
các giá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại. Ở đây không
có giới hạn nào cả, ngay cả vật liệu khối truyền thống cũng có hiệu ứng bề mặt, chỉ có
điều hiệu ứng này nhỏ thường bỏ qua. Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt của vật
liệu Nano tương đối dễ dàng.
Bảng 1. Các giá trị điển hình của hạt Nano hình cầu
Đường kính
hạt Nano (nm)
Số nguyên tử Tỷ số nguyên
tử trên bề mặt
(%)
Năng lượng bề
mặt (erg/mol)
Năng lượng bề
mặt/năng lượng
tổng(%)
10 30.000 20 4.8x1011 7,6
5 4.000 40 8.6x1011 14,3
2 250 80 2.04x1012 35,3
1 30 90 9.23x1012 82,2
Bảng 1 cho biết một số giá trị điển hình của hạt Nano hình cầu. Với một hạt
Nano có đường kính 5nm thì số nguyên tử mà hạt đó chứa là 4.000 nguyên tử, tỷ số f
là 40% năng lượng bề mặt là 8,6x1011 và tỷ số năng lượng bề mặt trên năng lượng toàn
phần là 14,3%. Tuy nhiên, các giá trị vật lý giảm đi một nửa khi kích thước của hạt
Nano tăng gấp hai lần lên 10nm.
Hình 2. Khi kích thước nhỏ đi, thì diện tích bề mặt tăng lên rất nhiều lần
Hiệu ứng kích thước:
Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước của vật liệu Nano đã làm cho
vật liệu này trở nên kì lạ nhiều hơn so với các vật liệu truyền thống. Đối với một vật
liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một độ dài đặc trưng. Độ dài đặc trưng
của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thước nm. Chính điều này đã
làm nên cái tên “Vật liệu Nano” mà ta thường nghe đến ngày nay.
Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trưng này dẫn
đến các tính chất vật lý đã biết. Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so sánh được
với độ dài đặc trưng đó, thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột
ngột, khác hẳn so với tính chất đã biết trước đó. Ở đây không có sự chuyển tiếp một
cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu Nano. Chính vì vậy, khi
nói đến vật liệu Nano, chúng ta phải nhắc đến tính chất đi kèm của vật liệu đó.
Ví dụ: đối với kim loại, quãng đường tự do trung bình của điện tử có giá trị vài
chục nm. Khi chúng ta cho dòng điện chạy qua một dây dẫn kim loại, nếu kích thước
của dây rất lớn so với quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại này thì
chúng ta sẽ có định luật Ohm cho dây dẫn. Định luật cho thấy sự tỷ lệ tuyến tính của
dòng và thế đặt ở hai đầu sợi dây.
ây giờ kích thước của sợi dây được thu nhỏ cho đến khi nhỏ hơn độ dài quãng
đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại thì tỷ lệ liên tục giữa dòng và thế
không còn nữa mà tỷ lệ gián đoạn với một lượng tử độ dẫn e2/ħ, trong đó e là điện tích
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
Luận văn ThS. Vật liệu và Linh kiện Nanô -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2010
Tổng quan về vật liệu Nanô nói chung và Nanô bạc. Tiến hành thực nghiệm: giới thiệu về thiết bị và hóa chất, phân tích mẫu. Trình bày những kết quả đã đạt được và biện luận những kết quả đó
LỜI MỞ ĐẦU
Bắt đầu từ thập kỷ 80 của thế kỷ trước, khoa học và công nghệ Nano ra đời với
sự quan tâm của cả thế giới. Qua gần 30 năm phát triển, khoa học và công nghệ Nano
đã có những sự phát triển thần kỳ, Nano trở thành một thuật ngữ quen thuộc không
những trong giới khoa học mà còn đối với xã hội. Với những đặc điểm độc đáo và khả
năng ứng dụng dường như là vô tận của mình, các vật liệu Nano với kích thước siêu
nhỏ đã và đang mang đến những thay đổi vô cùng lớn trên toàn thế giới. Công nghệ
Nano đã biến những thứ trong trí tưởng tượng của con người thành hiện thực, biến
những giấc mơ về những món bửu bối thần kì trong truyện tranh Doreamon ngày nào
của trẻ thơ thành những vật dụng hữu ích ngày nay. Những thư viện lớn của thế
giới có thể thu gọn lại bằng một chiếc thẻ nhớ nằm gọn trên ngón tay, những chiếc phi
thuyền có thể du hành trong cơ thể của con người, những chiếc áo tàng hình, những
viên thuốc biết đi tới chính xác chỗ bị thương trong cơ thể để chữa bệnh, những cổ
máy siêu nhỏ,… mọi thứ dường như đều có thể với công nghệ Nano.
Nano bạc là một trong những loại vật liệu được chú ý đến nhiều nhất vì những
đặc tính đặc biệt của mình khi ở kích thước Nano: tính chất quang, điện, và đặc biệt là
đặc tính diệt khuẩn của bạc đã tăng lên rất nhiều so với bạc ở kích cỡ thông thường.
Có nhiều phương pháp chế tạo Nano bạc như khử hóa học [9, 10, 25], phân hủy nhiệt,
điện hóa, nhiệt vi sóng [5], chiếu xạ UV-VIS [4, 8], dùng vi khuẩn [15],… Trong quá
trình chế tạo Nano bạc, một vấn đề được quan tâm đến là sự kết tụ của các hạt Nano
sau khi tạo thành. Nếu không có biện pháp ngăn chặn điều này, các hạt Nano sẽ gắn
kết lại với nhau, gia tăng kích thước, đồng nghĩa với việc giảm đi các đặc tính của nó
khi ở kích thước Nano. Có nhiều phương pháp đã được đưa ra để bảo vệ các hạt Nano
bạc khỏi sự kết tụ, thông dụng nhất là dùng các polymer hay polysacarit đã được sử
dụng làm chất ổn định như poly vinylalcohol (PVA) [33], poly vinylpyrrolidone (PVP)
[33, 34], Poly Ethylene glycol (PEG) [20], Montmorillonite (MMT) [9, 10, 25]….
Mặc dù vậy, việc lựa chọn kết hợp các chất ổn định này vẫn đang tiếp tục được nghiên
cứu để tìm ra chất tối ưu nhất về kích thước, độ ổn định, sự phân bố của các hạt Nano
bạc. Trong đề tài này, chúng tui đã sử dụng khoáng sét Montmorillonite, một loại
khoáng sét có cấu trúc lớp khá đặc biệt với khoảng cách giữa các lớp vào khoảng 1
nm. Các hạt Nano bạc sẽ được hình thành trên bề mặt và ngay cả trong những khoang
sét, điều này sẽ bảo vệ các hạt bạc kết tụ lại với nhau, giữ được kích thước Nano của
chúng. Ngoài ra, chất bảo vệ PEG cũng được sử dụng để làm tăng tính bền vững cũng
như sự phân tán của Nano bạc trên MMT. Đất sét là một loại vật liệu khá phổ biến
trong nước ta, cũng như tính ứng dụng của nó trong đời sống là rất cao. Việc kết hợp
Nano bạc với khoáng sét Montmorillonite sẽ mở ra những ứng dụng vô cùng thiết thực
trong đời sống, đặc biệt là khả năng diệt khuẩn của Nano bạc.
Chương 1: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu vật liệu Nano:
1.1.1 Khái niệm về công nghệ, khoa học và vật liệu Nano:
Khoa học Nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng và sự tương tác
vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó,
tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô thông
thường.
Công nghệ Nano là việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu
trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thước trên quy mô
Nano mét.
Vật liệu Nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học Nano và công nghệ Nano,
nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Kích thước của vật liệu Nano nằm trong
khoảng từ 0,1nm đến 100nm.
Hình 1. So sánh các kích thước khác nhau
1.1.2 Tính chất của vật liệu Nano:
Vật liệu Nano có những tính chất đặc biệt khác hẳn với các tính chất của vật liệu
khối mà người ta nghiên cứu trước đó. Sự khác biệt về tính chất của vật liệu Nano so
với vật liệu khối bằt nguồn từ hai hiện tượng sau đây [3]:
Hiệu ứng bề mặt :
Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số
nguyên tử của vật liệu gia tăng. Ví dụ: xét vật liệu tạo thành từ các vật liệu Nano hình
cầu. Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử thì mối liên hệ
giữa hai con số trên sẽ là ns = 4n2/3. Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số
nguyên tử sẽ là f = ns/n = 4n2/3 = 4r0/r, trong đó r0 là bán kính của nguyên tử và r là bán
kính của hạt Nano. Như vậy, nếu kích thước của vật liệu giảm (r giảm) thì tỷ số f tăng
lên. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các
nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có
liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỷ số f
tăng. Khi kích thước của vật liệu giảm đến kích thước nm thì giá trị f này tăng lên
đáng kể. Sự thay đổi về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính đột
biến theo sự thay đổi về kích thước và f tỷ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục. Khác
với hiệu ứng thứ hai mà ta sẽ đề cập sau, hiệu ứng bề mặt luôn có tác dụng với tất cả
các giá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại. Ở đây không
có giới hạn nào cả, ngay cả vật liệu khối truyền thống cũng có hiệu ứng bề mặt, chỉ có
điều hiệu ứng này nhỏ thường bỏ qua. Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt của vật
liệu Nano tương đối dễ dàng.
Bảng 1. Các giá trị điển hình của hạt Nano hình cầu
Đường kính
hạt Nano (nm)
Số nguyên tử Tỷ số nguyên
tử trên bề mặt
(%)
Năng lượng bề
mặt (erg/mol)
Năng lượng bề
mặt/năng lượng
tổng(%)
10 30.000 20 4.8x1011 7,6
5 4.000 40 8.6x1011 14,3
2 250 80 2.04x1012 35,3
1 30 90 9.23x1012 82,2
Bảng 1 cho biết một số giá trị điển hình của hạt Nano hình cầu. Với một hạt
Nano có đường kính 5nm thì số nguyên tử mà hạt đó chứa là 4.000 nguyên tử, tỷ số f
là 40% năng lượng bề mặt là 8,6x1011 và tỷ số năng lượng bề mặt trên năng lượng toàn
phần là 14,3%. Tuy nhiên, các giá trị vật lý giảm đi một nửa khi kích thước của hạt
Nano tăng gấp hai lần lên 10nm.
Hình 2. Khi kích thước nhỏ đi, thì diện tích bề mặt tăng lên rất nhiều lần
Hiệu ứng kích thước:
Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước của vật liệu Nano đã làm cho
vật liệu này trở nên kì lạ nhiều hơn so với các vật liệu truyền thống. Đối với một vật
liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một độ dài đặc trưng. Độ dài đặc trưng
của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thước nm. Chính điều này đã
làm nên cái tên “Vật liệu Nano” mà ta thường nghe đến ngày nay.
Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trưng này dẫn
đến các tính chất vật lý đã biết. Nhưng khi kích thước của vật liệu có thể so sánh được
với độ dài đặc trưng đó, thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột
ngột, khác hẳn so với tính chất đã biết trước đó. Ở đây không có sự chuyển tiếp một
cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu Nano. Chính vì vậy, khi
nói đến vật liệu Nano, chúng ta phải nhắc đến tính chất đi kèm của vật liệu đó.
Ví dụ: đối với kim loại, quãng đường tự do trung bình của điện tử có giá trị vài
chục nm. Khi chúng ta cho dòng điện chạy qua một dây dẫn kim loại, nếu kích thước
của dây rất lớn so với quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại này thì
chúng ta sẽ có định luật Ohm cho dây dẫn. Định luật cho thấy sự tỷ lệ tuyến tính của
dòng và thế đặt ở hai đầu sợi dây.
ây giờ kích thước của sợi dây được thu nhỏ cho đến khi nhỏ hơn độ dài quãng
đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại thì tỷ lệ liên tục giữa dòng và thế
không còn nữa mà tỷ lệ gián đoạn với một lượng tử độ dẫn e2/ħ, trong đó e là điện tích
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links