Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Công nghê vật liệu nano ngày nay đã khẳng định những ứng dụng rộng lớn của nó
trong rất nhiều lĩnh vực. Trong các cấu trúc nano, cấu trúc hạt nano kim loại thu hút
rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới do tính chất ưu việt của nó
mà khi ở dạng khối kim loại không thể có. Các đặc tính của hạt nano kim loại có thể
cho ra những sản phẩm đa năng hoàn toàn mới lạ ứng dụng trong y, dược, bảo vệ
môi trường, công nghệ điện tử... [1].
Các hạt nano đã được nghiên cứu chế tạo bằng nhiều phương pháp khác
nhau. Những phương pháp này được phân nhóm theo kích thước của vật liệu ban
đầu (gồm 2 nhóm: các phương pháp từ trên xuống và các phương pháp từ dưới lên)
hay theo trạng thái của vật liệu chế tạo (gồm 4 nhóm: các phương pháp đối với vật
liệu ở trạng thái rắn, trạng thái hơi, các phương pháp tổng hợp hóa học/đối với các
chất ở trạng thái dung dịch và các phương pháp với tổng hợp ở pha khí ). Mỗi
phương pháp đều có những ưu điểm riêng, tuỳ theo mục đích chế tạo mà có sự chọn
lựa phương pháp phù hợp [2].
Trong số các phương pháp chế tạo, phương pháp ăn mòn laser đang giành
được sự quan tâm và đầu tư lớn ở nhiều nước trên thế giới . Đây là một trong những
phương pháp đơn giản song mang lại hiệu quả, có thể chế tạo được các hạt có kích
thước vài nano với độ tinh khiết cao. Ở Việt Nam, đây vẫn còn là một phương pháp
hoàn toàn mới. Dựa trên các tài liệu tham khảo, đánh giá khả năng thực hiện nghiên
cứu, cũng như xu hướng pháp triển nghiên cứu chúng tui quyết định thực hiện đề
tài: ‘‘Nghiên cứu phương pháp ăn mòn laser để chế tạo các hạt nano kim loại ’’.
Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của phương pháp chế tạo hạt
nano kim loại quý bằng ăn mòn laser. Thiết kế, xây dựng một hệ thiết bị chế tạo hạt
nano kim loại quý trên cơ sở sử dụng laser Nd:YAG tại phòng thí nghiệm. Khảo sát
ảnh hưởng của thông lượng laser, thời gian ăn mòn laser và nồng độ dung dịch chất
hoạt hoá bề mặt lên kích thước trung bình của hạt nano kim loại. Từ đó xác lập một
quy trình chế tạo hạt nano kim loại. Đồng thời có sự so sánh phương pháp ăn mòn
laser với các phương pháp khác.
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm ba chương:
Chương 1: Tổng quan về phương pháp ăn mòn laser
Chương 2: Thực nghiệm chế tạo và các phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĂN MÒN LASER
1.1. Khái niệm phương pháp ăn mòn laser
Phương pháp ăn mòn laser là một quá trình loại bỏ các vật liệu từ một vật
liệu rắn (hay đôi khi ở dạng lỏng) khi chiếu lên bề mặt của nó một tia laser. Một
điểm đặc biệt của ánh sáng laser là nó có thể tập trung năng lượng với cường độ rất
cao trên một vùng giới hạn của vật liệu. Khi ánh sáng laser chiếu tới vật liệu, do
cường độ laser lớn sẽ gây bùng nổ và dẫn đến sự phát tán hỗn hợp của nguyên tử,
các phân tử và ion (plasma) hay các đám hơi vật chất từ bề mặt của vật liệu.
Hình 1.1: Nguyên lý ăn mòn laser
Một xung laser năng lượng cao tập trung chiếu vào vật liệu. Khi dòng năng
lượng của laser vượt giá trị ngưỡng ăn mòn của vật liệu, các liên kết hóa học của nó
bị phá vỡ và vật liệu bị “vỡ” thành các mảnh nhỏ, thường các mảnh này là hỗn hợp
của nguyên tử, các phân tử và ion. Hỗn hợp các mảnh nhỏ ở trạng thái rắn, khí và
plasma thoát khỏi vùng tương tác, quá trình ăn mòn tương tự với sự bay hơi nhanh
chóng của lớp bề mặt vật liệu.
Khi xung lượng laser thấp, mẫu bị nung nóng bởi hấp thụ năng lượng laser
và bốc bay hay thăng hoa. Khi xung lượng laser cao, mẫu thường được chuyển đổi
sang dạng plasma.
Thông thường, phương pháp ăn mòn laser thường dùng laser xung, nhưng
với một số vật liệu có thể dùng laser liên tục nếu laser có cường độ đủ lớn.
Xung LASER
Đám hơi vật chất
Miếng kim loại
1.2. Cơ chế phương pháp ăn mòn laser
Có hai quá trình chi phối gây ra quá trình ăn mòn [7]:
- Quá trình ăn mòn nhiệt: Đó là quá trình đốt nóng vật liệu do sự hấp thụ
photon.
- Quá trình ăn mòn quang hoá: Đó là quá trình hấp thụ photon để phá vỡ liên
kết hoá học trong phân tử.
Đối với laser hoạt động ở vùng hồng ngoại hay khả kiến, quá trình quang
nhiệt chiếm ưu thế hơn.Với bức xạ laser vùng tử ngoại xa, khi năng lượng photon
lớn hơn năng lượng liên kết hóa học trong phân tử thì quá trình quang hoá chiếm ưu
thế hơn. Hai quá trình này đều là nguyên nhân gây ra quá trình ăn mòn. Trên thực tế
hai quá trình này không tách riêng rẽ mà có mối liên hệ chặt chẽ với nhau.
1.2.1 Ăn mòn nhiệt
Quá trình ăn mòn nhiệt là quá trình xung laser được hấp thụ trong một thể
tích của mẫu rắn, quá trình nung nóng sau đó xảy ra theo thời gian, dẫn đến phần
mẫu được định xứ nóng chảy, sôi, và cuối cùng là hóa hơi. Nhiệt lượng ăn mòn là
không cố định vì liên quan đến các quy trình biến đổi hiệu suất và tỷ lệ theo các
biến đổi của vùng dẫn nhiệt, điểm nóng chảy, điểm sôi, và nhiệt độ hóa hơi cho các
loại mẫu khác nhau, và thậm chí liên quan tới các thành phần và hợp chất khác nhau
trong cùng một mẫu. Một phần nóng chảy và một phần hóa hơi tạo thành các hố
hiệu ứng, trong đó sẽ có sự ngưng tụ đáng kể các hạt trong các khí vận chuyển lạnh
được thổi qua bề mặt. Nên kích thước các hạt là khá đa dạng [8].
1.2.2 Ăn mòn quang hóa
Ăn mòn quang hóa là quá trình có tính ưu tiên vì trên lý thuyết độc lập nó
với tính chất nhiệt, chẳng hạn như điểm nóng chảy và sôi của các yếu tố khác nhau
và các hợp chất trong các mẫu. Trong ăn mòn quang hóa, xung laser được hấp thụ
vào một thể tích nhỏ của các mẫu rắn, với tốc độ nhanh và mật độ năng lượng lớn
có thể làm mất ổn định trong một vùng xác định, gây ra sự bùng nổ trên bề mặt vật
liệu. Như vậy ăn mòn quang hóa xảy ra trước khi hiệu ứng nhiệt có thời gian để thể
hiện một cách mạnh mẽ. Dưới điều kiện thuận lợi, việc kiểm soát sự phát các hạt
nhỏ như là sự phun hạt từ một hố ăn mòn. Ăn mòn quang hóa trong thời gian ngắn
đòi hỏi một bước sóng ngắn, độ rộng xung laser nhỏ với năng lượng phải đủ lớn cho
một loại vật liệu. Trong thực tế, nó không phải là hoàn toàn có thể loại bỏ ăn mòn
nhiệt, do đó một sự kết hợp của ăn mòn nhiệt và ăn mòn quang hóa sẽ thường xảy
ra. Chìa khóa để kiểm soát hai quá trình trên là điều kiện để ăn mòn quang hóa là
cao hơn.
Đồng thời để kích thước hạt nhỏ và đồng đều thì có một quá trình kiểm soát
sự bùng nổ trên bề mặt vật liệu. Sự bùng nổ không cần bắt nguồn từ sâu bên trong
khối mẫu lớn. Một sự bùng nổ quang hóa xuất hiện sâu quá mức ở dưới bề mặt mẫu
sẽ là sự bùng nổ “ Thô ”. Đó là hiệu ứng gãy vỡ cảm ứng, và nổ ra các “sỏi lớn” rải
từ miệng hố, thay vì phun những hạt nhỏ. Để giữ sự bùng nổ quang hóa gần bề mặt
mẫu, thì các xung laser phải là độc lập, riêng lẻ. Một xung laser độc lập sẽ không
cho phép xung đi sâu vào trong bề mặt mẫu trước khi nó được hấp thụ để gây ra
hiện tượng ăn mòn quang hóa [8].
1.3. Mô hình hoá cơ chế phương pháp ăn mòn laser
Việc khảo sát mô hình của cơ chế phương pháp ăn mòn laser đóng một vai
trò quan trọng trong sự hoàn thiện nhận thức về cơ chế vi mô gây ra sự phát tán
mạnh vật chất ( material ejection) và mối liên hệ giữa các thông số của quá trình ăn
mòn. Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về vấn đề
này, với nhiều mô hình khác nhau về cơ chế phương pháp ăn mòn laser như: mô
hình động lực học phân tử, mô hình Monte Carlo…
Trong khoá luận, chúng tui xin giới thiệu về mô hình hoá cơ chế phương
pháp ăn mòn laser theo mô hình động lực học phân tử.
Phương pháp mô hình động lực học phân tử (MD) cho phép thực hiện phân
tích chi tiết quá trình phương pháp ăn mòn laser trong đó các thông số nhiệt động
lực học của hệ có thể được xác định theo động lực học vi mô ở mức độ phân tử.
Khả năng này của mô hình động lực học phân tử sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện về
cơ chế phát tán mạnh vật chất trong quá trình phương pháp ăn mòn laser. Leonid V.
Zhigilei và Barbara J. Garrison cùng các cộng sự đã xây dựng thành công mô hình
động lực học phân tử để mô tả cơ chế phương pháp ăn mòn laser [9].
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:
Công nghê vật liệu nano ngày nay đã khẳng định những ứng dụng rộng lớn của nó
trong rất nhiều lĩnh vực. Trong các cấu trúc nano, cấu trúc hạt nano kim loại thu hút
rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới do tính chất ưu việt của nó
mà khi ở dạng khối kim loại không thể có. Các đặc tính của hạt nano kim loại có thể
cho ra những sản phẩm đa năng hoàn toàn mới lạ ứng dụng trong y, dược, bảo vệ
môi trường, công nghệ điện tử... [1].
Các hạt nano đã được nghiên cứu chế tạo bằng nhiều phương pháp khác
nhau. Những phương pháp này được phân nhóm theo kích thước của vật liệu ban
đầu (gồm 2 nhóm: các phương pháp từ trên xuống và các phương pháp từ dưới lên)
hay theo trạng thái của vật liệu chế tạo (gồm 4 nhóm: các phương pháp đối với vật
liệu ở trạng thái rắn, trạng thái hơi, các phương pháp tổng hợp hóa học/đối với các
chất ở trạng thái dung dịch và các phương pháp với tổng hợp ở pha khí ). Mỗi
phương pháp đều có những ưu điểm riêng, tuỳ theo mục đích chế tạo mà có sự chọn
lựa phương pháp phù hợp [2].
Trong số các phương pháp chế tạo, phương pháp ăn mòn laser đang giành
được sự quan tâm và đầu tư lớn ở nhiều nước trên thế giới . Đây là một trong những
phương pháp đơn giản song mang lại hiệu quả, có thể chế tạo được các hạt có kích
thước vài nano với độ tinh khiết cao. Ở Việt Nam, đây vẫn còn là một phương pháp
hoàn toàn mới. Dựa trên các tài liệu tham khảo, đánh giá khả năng thực hiện nghiên
cứu, cũng như xu hướng pháp triển nghiên cứu chúng tui quyết định thực hiện đề
tài: ‘‘Nghiên cứu phương pháp ăn mòn laser để chế tạo các hạt nano kim loại ’’.
Mục đích của đề tài:
Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và thực nghiệm của phương pháp chế tạo hạt
nano kim loại quý bằng ăn mòn laser. Thiết kế, xây dựng một hệ thiết bị chế tạo hạt
nano kim loại quý trên cơ sở sử dụng laser Nd:YAG tại phòng thí nghiệm. Khảo sát
ảnh hưởng của thông lượng laser, thời gian ăn mòn laser và nồng độ dung dịch chất
hoạt hoá bề mặt lên kích thước trung bình của hạt nano kim loại. Từ đó xác lập một
quy trình chế tạo hạt nano kim loại. Đồng thời có sự so sánh phương pháp ăn mòn
laser với các phương pháp khác.
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm ba chương:
Chương 1: Tổng quan về phương pháp ăn mòn laser
Chương 2: Thực nghiệm chế tạo và các phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĂN MÒN LASER
1.1. Khái niệm phương pháp ăn mòn laser
Phương pháp ăn mòn laser là một quá trình loại bỏ các vật liệu từ một vật
liệu rắn (hay đôi khi ở dạng lỏng) khi chiếu lên bề mặt của nó một tia laser. Một
điểm đặc biệt của ánh sáng laser là nó có thể tập trung năng lượng với cường độ rất
cao trên một vùng giới hạn của vật liệu. Khi ánh sáng laser chiếu tới vật liệu, do
cường độ laser lớn sẽ gây bùng nổ và dẫn đến sự phát tán hỗn hợp của nguyên tử,
các phân tử và ion (plasma) hay các đám hơi vật chất từ bề mặt của vật liệu.
Hình 1.1: Nguyên lý ăn mòn laser
Một xung laser năng lượng cao tập trung chiếu vào vật liệu. Khi dòng năng
lượng của laser vượt giá trị ngưỡng ăn mòn của vật liệu, các liên kết hóa học của nó
bị phá vỡ và vật liệu bị “vỡ” thành các mảnh nhỏ, thường các mảnh này là hỗn hợp
của nguyên tử, các phân tử và ion. Hỗn hợp các mảnh nhỏ ở trạng thái rắn, khí và
plasma thoát khỏi vùng tương tác, quá trình ăn mòn tương tự với sự bay hơi nhanh
chóng của lớp bề mặt vật liệu.
Khi xung lượng laser thấp, mẫu bị nung nóng bởi hấp thụ năng lượng laser
và bốc bay hay thăng hoa. Khi xung lượng laser cao, mẫu thường được chuyển đổi
sang dạng plasma.
Thông thường, phương pháp ăn mòn laser thường dùng laser xung, nhưng
với một số vật liệu có thể dùng laser liên tục nếu laser có cường độ đủ lớn.
Xung LASER
Đám hơi vật chất
Miếng kim loại
1.2. Cơ chế phương pháp ăn mòn laser
Có hai quá trình chi phối gây ra quá trình ăn mòn [7]:
- Quá trình ăn mòn nhiệt: Đó là quá trình đốt nóng vật liệu do sự hấp thụ
photon.
- Quá trình ăn mòn quang hoá: Đó là quá trình hấp thụ photon để phá vỡ liên
kết hoá học trong phân tử.
Đối với laser hoạt động ở vùng hồng ngoại hay khả kiến, quá trình quang
nhiệt chiếm ưu thế hơn.Với bức xạ laser vùng tử ngoại xa, khi năng lượng photon
lớn hơn năng lượng liên kết hóa học trong phân tử thì quá trình quang hoá chiếm ưu
thế hơn. Hai quá trình này đều là nguyên nhân gây ra quá trình ăn mòn. Trên thực tế
hai quá trình này không tách riêng rẽ mà có mối liên hệ chặt chẽ với nhau.
1.2.1 Ăn mòn nhiệt
Quá trình ăn mòn nhiệt là quá trình xung laser được hấp thụ trong một thể
tích của mẫu rắn, quá trình nung nóng sau đó xảy ra theo thời gian, dẫn đến phần
mẫu được định xứ nóng chảy, sôi, và cuối cùng là hóa hơi. Nhiệt lượng ăn mòn là
không cố định vì liên quan đến các quy trình biến đổi hiệu suất và tỷ lệ theo các
biến đổi của vùng dẫn nhiệt, điểm nóng chảy, điểm sôi, và nhiệt độ hóa hơi cho các
loại mẫu khác nhau, và thậm chí liên quan tới các thành phần và hợp chất khác nhau
trong cùng một mẫu. Một phần nóng chảy và một phần hóa hơi tạo thành các hố
hiệu ứng, trong đó sẽ có sự ngưng tụ đáng kể các hạt trong các khí vận chuyển lạnh
được thổi qua bề mặt. Nên kích thước các hạt là khá đa dạng [8].
1.2.2 Ăn mòn quang hóa
Ăn mòn quang hóa là quá trình có tính ưu tiên vì trên lý thuyết độc lập nó
với tính chất nhiệt, chẳng hạn như điểm nóng chảy và sôi của các yếu tố khác nhau
và các hợp chất trong các mẫu. Trong ăn mòn quang hóa, xung laser được hấp thụ
vào một thể tích nhỏ của các mẫu rắn, với tốc độ nhanh và mật độ năng lượng lớn
có thể làm mất ổn định trong một vùng xác định, gây ra sự bùng nổ trên bề mặt vật
liệu. Như vậy ăn mòn quang hóa xảy ra trước khi hiệu ứng nhiệt có thời gian để thể
hiện một cách mạnh mẽ. Dưới điều kiện thuận lợi, việc kiểm soát sự phát các hạt
nhỏ như là sự phun hạt từ một hố ăn mòn. Ăn mòn quang hóa trong thời gian ngắn
đòi hỏi một bước sóng ngắn, độ rộng xung laser nhỏ với năng lượng phải đủ lớn cho
một loại vật liệu. Trong thực tế, nó không phải là hoàn toàn có thể loại bỏ ăn mòn
nhiệt, do đó một sự kết hợp của ăn mòn nhiệt và ăn mòn quang hóa sẽ thường xảy
ra. Chìa khóa để kiểm soát hai quá trình trên là điều kiện để ăn mòn quang hóa là
cao hơn.
Đồng thời để kích thước hạt nhỏ và đồng đều thì có một quá trình kiểm soát
sự bùng nổ trên bề mặt vật liệu. Sự bùng nổ không cần bắt nguồn từ sâu bên trong
khối mẫu lớn. Một sự bùng nổ quang hóa xuất hiện sâu quá mức ở dưới bề mặt mẫu
sẽ là sự bùng nổ “ Thô ”. Đó là hiệu ứng gãy vỡ cảm ứng, và nổ ra các “sỏi lớn” rải
từ miệng hố, thay vì phun những hạt nhỏ. Để giữ sự bùng nổ quang hóa gần bề mặt
mẫu, thì các xung laser phải là độc lập, riêng lẻ. Một xung laser độc lập sẽ không
cho phép xung đi sâu vào trong bề mặt mẫu trước khi nó được hấp thụ để gây ra
hiện tượng ăn mòn quang hóa [8].
1.3. Mô hình hoá cơ chế phương pháp ăn mòn laser
Việc khảo sát mô hình của cơ chế phương pháp ăn mòn laser đóng một vai
trò quan trọng trong sự hoàn thiện nhận thức về cơ chế vi mô gây ra sự phát tán
mạnh vật chất ( material ejection) và mối liên hệ giữa các thông số của quá trình ăn
mòn. Hiện nay trên thế giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về vấn đề
này, với nhiều mô hình khác nhau về cơ chế phương pháp ăn mòn laser như: mô
hình động lực học phân tử, mô hình Monte Carlo…
Trong khoá luận, chúng tui xin giới thiệu về mô hình hoá cơ chế phương
pháp ăn mòn laser theo mô hình động lực học phân tử.
Phương pháp mô hình động lực học phân tử (MD) cho phép thực hiện phân
tích chi tiết quá trình phương pháp ăn mòn laser trong đó các thông số nhiệt động
lực học của hệ có thể được xác định theo động lực học vi mô ở mức độ phân tử.
Khả năng này của mô hình động lực học phân tử sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện về
cơ chế phát tán mạnh vật chất trong quá trình phương pháp ăn mòn laser. Leonid V.
Zhigilei và Barbara J. Garrison cùng các cộng sự đã xây dựng thành công mô hình
động lực học phân tử để mô tả cơ chế phương pháp ăn mòn laser [9].
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