Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
Luận văn ThS. Vật liệu và Linh kiện Nano (Chuyên ngành đào tạo thí điểm) -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Tổng hợp thành công hạt nano bạc bằng phương pháp vi nhũ tương. Các hạt nano bạc sau khi tạo thành có cấu trúc hình cầu khá đồng nhất, kích thước nhỏ (chỉ trên dưới 5nm), phân bố đồng đều trong dung dịch, và có độ ổn định tốt và có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng trong vài tháng. Nhờ có kích thước nhỏ và phân tán đều trong dung dịch nên diện tích bề mặt của các hạt nano bạc tăng lên rất nhiều và do đó có khả năng diệt khuẩn rất tốt. Chỉ với nồng độ 3.37 pPhần mềm (với dung môi cyclohexane), dung dịch nano bạc đã có thể diệt đến gần 100% lượng vi khuẩn Escherichia coli trong thí nghiệm chỉ sau 3 phút tiếp xúc. Bước đầu chế tạo được vật liệu TiO2:Ag, đặc biệt là đưa ra được quy trình chế tạo màng TiO2:Ag
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................1
1.1. Giới thiệu về vật liệu nano.................................................................................1
1.1.1. Các khái niệm cơ bản ..................................................................................1
1.1.2. Tính chất vật liệu nano................................................................................1
1.1.3. Phân loại vật liệu nano ................................................................................3
1.1.4. Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano ......................................................4
1.2. Tổng quan về hạt nano bạc và hợp chất TiO2....................................................6
1.2.1. Hạt nano bạc................................................................................................6
1.2.2. Hợp chất TiO2 ...........................................................................................15
1.3. Giới thiệu về phƣơng pháp tổng hợp nano bạc và hợp chất TiO2 ...................18
1.3.1. Phƣơng pháp vi nhũ tƣơng ........................................................................18
1.3.2. Phƣơng pháp Sol-gel.................................................................................26
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM.....................................................................................32
2.1. Chuẩn bị hóa chất và công cụ thí nghiệm........................................................32
2.1.1. Hoá chất.....................................................................................................32
2.1.2. công cụ và thiết bị đƣợc sử dụng để tiến hành thí nghiệm ......................35
2.1.3. Các thiết bị đƣợc sử dụng trong việc phân tích mẫu.................................37
2.2. Quy trình thí nghiệm........................................................................................37
2.2.1. Quy trình tổng hợp dung dịch nano bạc....................................................37
2.2.2. Quy trình tổng hợp sol TiO2:Ag................................................................38
2.2.3. Quy trình tạo mẫu màng và bột TiO2:Ag..................................................39 2.3. Các phƣơng pháp phân tích mẫu......................................................................40
2.3.1. Phổ tử ngoại và khả kiến UV-Vis (Ultraviolet – Visible).........................40
2.3.2. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD).........................................................................41
2.3.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ....................................................43
2.3.4. Phƣơng pháp khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc....43
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN...................................................................45
3.1. Tổng hợp dung dịch nano bạc..........................................................................45
3.1.1. Kết quả phân tích UV-Vis.........................................................................46
3.1.2. Kết quả phân tích TEM .............................................................................50
3.1.3. Kết quả kiểm tra hàm lƣợng bạc thực tế trong mẫu..................................52
3.1.4. Kết quả phân tích khả năng diệt khuẩn .....................................................52
3.2. Kết quả tạo màng và bột TiO2:Ag....................................................................54
3.2.1. Kết quả phân tích mẫu màng.....................................................................54
3.2.2. Kết quả phân tích mẫu bột ........................................................................56
CHƢƠNG 4...................................................................................................................58
4.1. Kết luận ...............................................................................................................58
4.2. Hƣớng phát triển của đề tài.................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................59
PHỤ LỤC ......................................................................................................................62 LỜI MỞ ĐẦU
Từ xƣa đến nay, bạc đã đƣợc biết đến nhƣ một chất có khả năng kháng độc, diệt
khuẩn. Ngày nay, cùng với sự ra đời và phát triển nhanh chóng của khoa học và công
nghệ nano, bạc đã và đang trở thành đề tài đáng quan tâm, chú ý của các nhà nghiên
cứu khoa học.
Chức năng và đặc trƣng chính của nano bạc [15]:
Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng
ngoại đi xa, chống tĩnh.
Không có hại cho sức khỏe con ngƣời với liều lƣợng tƣơng đối cao,
không có phụ gia hóa chất.
Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong
các dung môi phân cực nhƣ nƣớc và trong các dung môi không phân cực
nhƣ benzene, toluene).
Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dƣới tác dụng của ánh sáng và các
tác nhân oxy hóa khử thông thƣờng.
Ổn định ở nhiệt độ cao.
Chính nhờ các chức năng và đặc trƣng trên mà nano bạc đƣợc ứng dụng rộng
rãi trong cuộc sống nhƣ ứng dụng cho vật liệu kháng khuẩn, vật liệu chống tĩnh điện,
vật liệu cảm biến sinh học,…
Có rất nhiều phƣơng pháp khác nhau để tổng hợp nano bạc nhƣ:
Phƣơng pháp hóa học [28]: chủ yếu sử dụng các hóa chất có khả năng khử
ion bạc thành nguyên tử bạc, sau đó các nguyên tử này sẽ kết hợp lại với
nhau để tạo ra các hạt nano bạc. Điển hình điều chế các hạt nano bạc từ
chất khử ascorbic axit, Citric axit, Sodium Borohydride NaBH4, Ethanol,
Ethylene Glycol…
Phƣơng pháp vật lý: phƣơng pháp này thƣờng sử dụng các tác nhân vật
lý nhƣ điện tử [17], sóng điện từ năng lƣợng cao nhƣ tia gamma [41], tia tử
ngoại [26], tia laser [16],… để khử ion bạc thành các hạt nano bạc. Một thí
dụ sử dụng phƣơng pháp vật lý để chế tạo hạt nano bạc là dùng các tia
laser xung có bƣớc sóng 500nm, độ rộng xung 8sn, tần số 10Hz, công
suất 12-17mJ [16].
Phƣơng pháp khử hóa lí: đây là phƣơng pháp trung gian giữa phƣơng
pháp hóa học và phƣơng pháp vật lý. Để tạo hạt nano bạc, ta sẽ sử dụng
phƣơng pháp điện phân kết hợp với siêu âm [46] .
Phƣơng pháp sinh học: đối với phƣơng pháp này ta sẽ dùng vi khuẩn,
virus (vi khuẩn Fusarium oxysporum PTCC 5115, vi khuẩn MKY3,…)
làm tác nhân để khử ion kim loại [44] . Mỗi phƣơng pháp đều có các ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng. Chẳng hạn, đối với
phƣơng pháp hóa học để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành
đám, ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng
điện tích và đẩy nhau. Phƣơng pháp này đơn giản nhƣng bị giới hạn bởi một số chất
khử. Còn đối với phƣơng pháp sinh học thì đơn giản, thân thiện với môi trƣờng và có
thể tạo hạt với số lƣợng lớn.
Nhƣng nhìn chung, phần lớn các phƣơng pháp ấy không cho kết quả hạt nano
đồng nhất về kích thƣớc và hình dạng. Gần đây, phƣơng pháp vi nhũ tƣơng đƣợc sử
dụng nhiều trên thế giới để chế tạo hạt nano bạc do khả năng điều khiển kích thƣớc hạt
dễ dàng của nó nhƣng ở Việt Nam lại có rất ít nhóm nghiên cứu theo hƣớng này.
Mục tiêu của luận văn này là tổng hợp nano bạc bằng phƣơng pháp vi nhũ
tƣơng và ứng dụng để kháng khuẩn, thứ nhất nhằm khắc phục nhƣợc điểm của các
phƣơng pháp trên - đạt đƣợc các hạt nano bạc có kích thƣớc nhỏ cỡ vài nanomet và
đồng đều, thứ hai để làm bƣớc đệm cho những nghiên cứu tiếp theo về phƣơng pháp vi
nhũ tƣơng.
Đồng thời, bƣớc đầu chúng tui còn khảo sát thêm chức năng pha tạp của nano
bạc trong chất nền TiO2. Đây là một đề tài nghiên cứu mới và vô cùng hấp dẫn, chứng
tỏ vai trò quan trọng của nano bạc trong việc tăng cƣờng khả năng tự làm sạch và diệt
khuẩn của TiO2 mà không cần đòi hỏi đến sự chiếu xạ UV.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về vật liệu nano
1.1.1. Các khái niệm cơ bản
Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nano, chúng ta cần biết hai khái niệm có liên quan
là khoa học nano và công nghệ nano. Theo Viện hàn lâm hoàng gia Anh quốc:
Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tƣợng và sự can thiệp
vào vật liệu theo các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Với quy mô
này, tính chất của vật liệu khác hẳn so với tính chất của chúng ở các quy mô lớn
hơn.
Công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trƣng, chế tạo và ứng dụng các
cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thƣớc trên
quy mô nanomét.
Vật liệu nano là đối tƣợng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ
nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Kích thƣớc của vật liệu nano từ 0,1 nm
đến 100 nm.
Hình 1.1: Thang đo nano
1.1.2. Tính chất vật liệu nano [8][34]
Vật liệu nano có những tính chất rất đặc biệt khác hẳn với tính chất của các
nguyên tố cùng loại ở kích thƣớc khối. Sự khác biệt về tính chất của vật liệu nano so
với vật liệu khối bắt nguồn từ hai hiệu ứng sau đây:
2
1.1.2.1. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thƣớc 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 hạt 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 = 4/n1/3 = 4r0/r, trong đó r0 là bán kính của nguyên tử và r là
bán kính của hạt nano. Nhƣ vậy, nếu kích thƣớc của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ 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 thƣớc 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
tỉ số f tăng. Khi kích thƣớc của vật liệu giảm đến 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 thƣớc vì f tỉ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục.
Khác với hiệu ứng thứ hai mà ta sẽ đề cập đến sau, hiệu ứng bề mặt luôn có tác
dụng với tất cả các giá trị của kích thƣớc, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngƣợc
lại. Bảng 1.1 cho biết một số giá trị điển hình của hạt nano hình cầu.
Bảng 1.1: Số nguyên tử và năng lƣợng bề mặt của hạt nano hình cầu.
Đƣờng kính
hạt nano
(nm)
Số
nguyên tử
Tỉ số nguyên tử
trên bề mặt
(%)
Năng lƣợng
bề mặt
(erg/mol)
Năng lƣợng bề
mặt trên năng
lƣợng tổng (%)
10 30.000 20 4,08×1011 7,6
5 4.000 40 8,16×1011 14,3
2 250 80 2,04×1012 35,3
1 30 90 9,23×1012 82,2
1.1.2.2. Hiệu ứng kích thƣớc [8]
Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thƣớc của vật liệu nano đã làm cho
vật liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều 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 trƣng. Độ dài đặc trƣng
của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thƣớc nm. Chính điều này đã
làm nên cái tên “vật liệu nano” mà ta thƣờng nghe đến ngày nay. Ở vật liệu khối, kích
thƣớc vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trƣng này dẫn đến các tính chất vật lí đã
biết. Nhƣng khi kích thƣớc của vật liệu có thể so sánh đƣợc với độ dài đặc trƣng đó thì
tính chất có liên quan đến độ dài đặc trƣng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính
chất đã biết trƣớc 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. Cùng một vật liệu, cùng một kích thƣớc, khi xem xét
tính chất này thì thấy khác lạ so với vật liệu khối nhƣng cũng có thể xem xét tính chất
khác thì lại không có gì khác biệt cả. Tuy nhiên, chúng ta cũng may mắn là hiệu ứng
bề mặt luôn luôn thể hiện dù ở bất cứ kích thƣớc nào. Ví dụ, đối với kim loại, quãng
đƣờng 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 thƣớc của dây rất lớn so với quãng đƣờng 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 tỉ lệ tuyến tính của dòng và thế đặt ở hai đầu sợi dây. Bây
giờ chúng ta thu nhỏ kích thƣớc của sợi dây cho đến khi nhỏ hơn độ dài quãng đƣờng
tự do trung mình của điện tử trong kim loại thì sự tỉ lệ liên tục giữa dòng và thế không
còn nữa mà tỉ lệ gián đoạn với một lƣợng tử độ dẫn là e2/ħ, trong đó e là điện tích của
điện tử, ħ là hằng đó Planck. Lúc này hiệu ứng lƣợng tử xuất hiện. Có rất nhiều tính
chất bị thay đổi giống nhƣ độ dẫn, tức là bị lƣợng tử hóa do kích thƣớc giảm đi. Hiện
tƣợng này đƣợc gọi là hiệu ứng chuyển tiếp cổ điển-lƣợng tử trong các vật liệu nano
do việc giam hãm các vật thể trong một không gian hẹp mang lại (giam hãm lƣợng tử).
Bảng 1.2 cho thấy giá trị độ dài đặc trƣng của một số tính chất của vật liệu.
1.1.3. Phân loại vật liệu nano
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thƣớc nanomét. Về
trạng thái của vật liệu, ngƣời ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu
nano đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất
lỏng và khí.
Về hình dáng vật liệu, ngƣời ta phân ra thành các loại sau:
Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thƣớc nano), ví dụ đám
nano, hạt nano...
Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thƣớc nano, cụ
thể là dây nano, ống nano ,...
Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thƣớc nano nhƣ
màng mỏng (có chiều dày kích thƣớc nano),...
Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có
một phần của vật liệu có kích thƣớc nm, hay cấu trúc của nó có nano không chiều,
một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thƣớc nano:
Vật liệu nano kim loại
Vật liệu nano bán dẫn
Vật liệu nano từ tính
Vật liệu nano sinh học
…
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 Nano (Chuyên ngành đào tạo thí điểm) -- Trường Đại học Công nghệ. Đại học Quốc gia Hà Nội, 2012
Tổng hợp thành công hạt nano bạc bằng phương pháp vi nhũ tương. Các hạt nano bạc sau khi tạo thành có cấu trúc hình cầu khá đồng nhất, kích thước nhỏ (chỉ trên dưới 5nm), phân bố đồng đều trong dung dịch, và có độ ổn định tốt và có thể bảo quản ở nhiệt độ phòng trong vài tháng. Nhờ có kích thước nhỏ và phân tán đều trong dung dịch nên diện tích bề mặt của các hạt nano bạc tăng lên rất nhiều và do đó có khả năng diệt khuẩn rất tốt. Chỉ với nồng độ 3.37 pPhần mềm (với dung môi cyclohexane), dung dịch nano bạc đã có thể diệt đến gần 100% lượng vi khuẩn Escherichia coli trong thí nghiệm chỉ sau 3 phút tiếp xúc. Bước đầu chế tạo được vật liệu TiO2:Ag, đặc biệt là đưa ra được quy trình chế tạo màng TiO2:Ag
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................1
1.1. Giới thiệu về vật liệu nano.................................................................................1
1.1.1. Các khái niệm cơ bản ..................................................................................1
1.1.2. Tính chất vật liệu nano................................................................................1
1.1.3. Phân loại vật liệu nano ................................................................................3
1.1.4. Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano ......................................................4
1.2. Tổng quan về hạt nano bạc và hợp chất TiO2....................................................6
1.2.1. Hạt nano bạc................................................................................................6
1.2.2. Hợp chất TiO2 ...........................................................................................15
1.3. Giới thiệu về phƣơng pháp tổng hợp nano bạc và hợp chất TiO2 ...................18
1.3.1. Phƣơng pháp vi nhũ tƣơng ........................................................................18
1.3.2. Phƣơng pháp Sol-gel.................................................................................26
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM.....................................................................................32
2.1. Chuẩn bị hóa chất và công cụ thí nghiệm........................................................32
2.1.1. Hoá chất.....................................................................................................32
2.1.2. công cụ và thiết bị đƣợc sử dụng để tiến hành thí nghiệm ......................35
2.1.3. Các thiết bị đƣợc sử dụng trong việc phân tích mẫu.................................37
2.2. Quy trình thí nghiệm........................................................................................37
2.2.1. Quy trình tổng hợp dung dịch nano bạc....................................................37
2.2.2. Quy trình tổng hợp sol TiO2:Ag................................................................38
2.2.3. Quy trình tạo mẫu màng và bột TiO2:Ag..................................................39 2.3. Các phƣơng pháp phân tích mẫu......................................................................40
2.3.1. Phổ tử ngoại và khả kiến UV-Vis (Ultraviolet – Visible).........................40
2.3.2. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD).........................................................................41
2.3.3. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ....................................................43
2.3.4. Phƣơng pháp khảo sát hoạt tính kháng khuẩn của dung dịch nano bạc....43
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN...................................................................45
3.1. Tổng hợp dung dịch nano bạc..........................................................................45
3.1.1. Kết quả phân tích UV-Vis.........................................................................46
3.1.2. Kết quả phân tích TEM .............................................................................50
3.1.3. Kết quả kiểm tra hàm lƣợng bạc thực tế trong mẫu..................................52
3.1.4. Kết quả phân tích khả năng diệt khuẩn .....................................................52
3.2. Kết quả tạo màng và bột TiO2:Ag....................................................................54
3.2.1. Kết quả phân tích mẫu màng.....................................................................54
3.2.2. Kết quả phân tích mẫu bột ........................................................................56
CHƢƠNG 4...................................................................................................................58
4.1. Kết luận ...............................................................................................................58
4.2. Hƣớng phát triển của đề tài.................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................59
PHỤ LỤC ......................................................................................................................62 LỜI MỞ ĐẦU
Từ xƣa đến nay, bạc đã đƣợc biết đến nhƣ một chất có khả năng kháng độc, diệt
khuẩn. Ngày nay, cùng với sự ra đời và phát triển nhanh chóng của khoa học và công
nghệ nano, bạc đã và đang trở thành đề tài đáng quan tâm, chú ý của các nhà nghiên
cứu khoa học.
Chức năng và đặc trƣng chính của nano bạc [15]:
Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng
ngoại đi xa, chống tĩnh.
Không có hại cho sức khỏe con ngƣời với liều lƣợng tƣơng đối cao,
không có phụ gia hóa chất.
Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong
các dung môi phân cực nhƣ nƣớc và trong các dung môi không phân cực
nhƣ benzene, toluene).
Độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dƣới tác dụng của ánh sáng và các
tác nhân oxy hóa khử thông thƣờng.
Ổn định ở nhiệt độ cao.
Chính nhờ các chức năng và đặc trƣng trên mà nano bạc đƣợc ứng dụng rộng
rãi trong cuộc sống nhƣ ứng dụng cho vật liệu kháng khuẩn, vật liệu chống tĩnh điện,
vật liệu cảm biến sinh học,…
Có rất nhiều phƣơng pháp khác nhau để tổng hợp nano bạc nhƣ:
Phƣơng pháp hóa học [28]: chủ yếu sử dụng các hóa chất có khả năng khử
ion bạc thành nguyên tử bạc, sau đó các nguyên tử này sẽ kết hợp lại với
nhau để tạo ra các hạt nano bạc. Điển hình điều chế các hạt nano bạc từ
chất khử ascorbic axit, Citric axit, Sodium Borohydride NaBH4, Ethanol,
Ethylene Glycol…
Phƣơng pháp vật lý: phƣơng pháp này thƣờng sử dụng các tác nhân vật
lý nhƣ điện tử [17], sóng điện từ năng lƣợng cao nhƣ tia gamma [41], tia tử
ngoại [26], tia laser [16],… để khử ion bạc thành các hạt nano bạc. Một thí
dụ sử dụng phƣơng pháp vật lý để chế tạo hạt nano bạc là dùng các tia
laser xung có bƣớc sóng 500nm, độ rộng xung 8sn, tần số 10Hz, công
suất 12-17mJ [16].
Phƣơng pháp khử hóa lí: đây là phƣơng pháp trung gian giữa phƣơng
pháp hóa học và phƣơng pháp vật lý. Để tạo hạt nano bạc, ta sẽ sử dụng
phƣơng pháp điện phân kết hợp với siêu âm [46] .
Phƣơng pháp sinh học: đối với phƣơng pháp này ta sẽ dùng vi khuẩn,
virus (vi khuẩn Fusarium oxysporum PTCC 5115, vi khuẩn MKY3,…)
làm tác nhân để khử ion kim loại [44] . Mỗi phƣơng pháp đều có các ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng. Chẳng hạn, đối với
phƣơng pháp hóa học để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành
đám, ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng
điện tích và đẩy nhau. Phƣơng pháp này đơn giản nhƣng bị giới hạn bởi một số chất
khử. Còn đối với phƣơng pháp sinh học thì đơn giản, thân thiện với môi trƣờng và có
thể tạo hạt với số lƣợng lớn.
Nhƣng nhìn chung, phần lớn các phƣơng pháp ấy không cho kết quả hạt nano
đồng nhất về kích thƣớc và hình dạng. Gần đây, phƣơng pháp vi nhũ tƣơng đƣợc sử
dụng nhiều trên thế giới để chế tạo hạt nano bạc do khả năng điều khiển kích thƣớc hạt
dễ dàng của nó nhƣng ở Việt Nam lại có rất ít nhóm nghiên cứu theo hƣớng này.
Mục tiêu của luận văn này là tổng hợp nano bạc bằng phƣơng pháp vi nhũ
tƣơng và ứng dụng để kháng khuẩn, thứ nhất nhằm khắc phục nhƣợc điểm của các
phƣơng pháp trên - đạt đƣợc các hạt nano bạc có kích thƣớc nhỏ cỡ vài nanomet và
đồng đều, thứ hai để làm bƣớc đệm cho những nghiên cứu tiếp theo về phƣơng pháp vi
nhũ tƣơng.
Đồng thời, bƣớc đầu chúng tui còn khảo sát thêm chức năng pha tạp của nano
bạc trong chất nền TiO2. Đây là một đề tài nghiên cứu mới và vô cùng hấp dẫn, chứng
tỏ vai trò quan trọng của nano bạc trong việc tăng cƣờng khả năng tự làm sạch và diệt
khuẩn của TiO2 mà không cần đòi hỏi đến sự chiếu xạ UV.
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về vật liệu nano
1.1.1. Các khái niệm cơ bản
Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nano, chúng ta cần biết hai khái niệm có liên quan
là khoa học nano và công nghệ nano. Theo Viện hàn lâm hoàng gia Anh quốc:
Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tƣợng và sự can thiệp
vào vật liệu theo các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Với quy mô
này, tính chất của vật liệu khác hẳn so với tính chất của chúng ở các quy mô lớn
hơn.
Công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trƣng, chế tạo và ứng dụng các
cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích thƣớc trên
quy mô nanomét.
Vật liệu nano là đối tƣợng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ
nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Kích thƣớc của vật liệu nano từ 0,1 nm
đến 100 nm.
Hình 1.1: Thang đo nano
1.1.2. Tính chất vật liệu nano [8][34]
Vật liệu nano có những tính chất rất đặc biệt khác hẳn với tính chất của các
nguyên tố cùng loại ở kích thƣớc khối. Sự khác biệt về tính chất của vật liệu nano so
với vật liệu khối bắt nguồn từ hai hiệu ứng sau đây:
2
1.1.2.1. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thƣớc 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 hạt 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 = 4/n1/3 = 4r0/r, trong đó r0 là bán kính của nguyên tử và r là
bán kính của hạt nano. Nhƣ vậy, nếu kích thƣớc của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ 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 thƣớc 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
tỉ số f tăng. Khi kích thƣớc của vật liệu giảm đến 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 thƣớc vì f tỉ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục.
Khác với hiệu ứng thứ hai mà ta sẽ đề cập đến sau, hiệu ứng bề mặt luôn có tác
dụng với tất cả các giá trị của kích thƣớc, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngƣợc
lại. Bảng 1.1 cho biết một số giá trị điển hình của hạt nano hình cầu.
Bảng 1.1: Số nguyên tử và năng lƣợng bề mặt của hạt nano hình cầu.
Đƣờng kính
hạt nano
(nm)
Số
nguyên tử
Tỉ số nguyên tử
trên bề mặt
(%)
Năng lƣợng
bề mặt
(erg/mol)
Năng lƣợng bề
mặt trên năng
lƣợng tổng (%)
10 30.000 20 4,08×1011 7,6
5 4.000 40 8,16×1011 14,3
2 250 80 2,04×1012 35,3
1 30 90 9,23×1012 82,2
1.1.2.2. Hiệu ứng kích thƣớc [8]
Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thƣớc của vật liệu nano đã làm cho
vật liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều 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 trƣng. Độ dài đặc trƣng
của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thƣớc nm. Chính điều này đã
làm nên cái tên “vật liệu nano” mà ta thƣờng nghe đến ngày nay. Ở vật liệu khối, kích
thƣớc vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trƣng này dẫn đến các tính chất vật lí đã
biết. Nhƣng khi kích thƣớc của vật liệu có thể so sánh đƣợc với độ dài đặc trƣng đó thì
tính chất có liên quan đến độ dài đặc trƣng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính
chất đã biết trƣớc 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. Cùng một vật liệu, cùng một kích thƣớc, khi xem xét
tính chất này thì thấy khác lạ so với vật liệu khối nhƣng cũng có thể xem xét tính chất
khác thì lại không có gì khác biệt cả. Tuy nhiên, chúng ta cũng may mắn là hiệu ứng
bề mặt luôn luôn thể hiện dù ở bất cứ kích thƣớc nào. Ví dụ, đối với kim loại, quãng
đƣờng 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 thƣớc của dây rất lớn so với quãng đƣờng 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 tỉ lệ tuyến tính của dòng và thế đặt ở hai đầu sợi dây. Bây
giờ chúng ta thu nhỏ kích thƣớc của sợi dây cho đến khi nhỏ hơn độ dài quãng đƣờng
tự do trung mình của điện tử trong kim loại thì sự tỉ lệ liên tục giữa dòng và thế không
còn nữa mà tỉ lệ gián đoạn với một lƣợng tử độ dẫn là e2/ħ, trong đó e là điện tích của
điện tử, ħ là hằng đó Planck. Lúc này hiệu ứng lƣợng tử xuất hiện. Có rất nhiều tính
chất bị thay đổi giống nhƣ độ dẫn, tức là bị lƣợng tử hóa do kích thƣớc giảm đi. Hiện
tƣợng này đƣợc gọi là hiệu ứng chuyển tiếp cổ điển-lƣợng tử trong các vật liệu nano
do việc giam hãm các vật thể trong một không gian hẹp mang lại (giam hãm lƣợng tử).
Bảng 1.2 cho thấy giá trị độ dài đặc trƣng của một số tính chất của vật liệu.
1.1.3. Phân loại vật liệu nano
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thƣớc nanomét. Về
trạng thái của vật liệu, ngƣời ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu
nano đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới đến chất
lỏng và khí.
Về hình dáng vật liệu, ngƣời ta phân ra thành các loại sau:
Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thƣớc nano), ví dụ đám
nano, hạt nano...
Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thƣớc nano, cụ
thể là dây nano, ống nano ,...
Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thƣớc nano nhƣ
màng mỏng (có chiều dày kích thƣớc nano),...
Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có
một phần của vật liệu có kích thƣớc nm, hay cấu trúc của nó có nano không chiều,
một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thƣớc nano:
Vật liệu nano kim loại
Vật liệu nano bán dẫn
Vật liệu nano từ tính
Vật liệu nano sinh học
…
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