ĐỀ CƯƠNG VẬT LIỆU NANO (2017) (HVKTQS) by Dạy Kèm Quy Nhơn Official

HIGHLEVEL CROWN 2017

MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN ............................................................................................................................ 3 Câu 1: Một số VD về nano tự nhiên .............................................................................................................. 3 Câu 2: Nguyên tắc phân loại vật liệu nano .................................................................................................... 3 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU NANO ......................................................... 4 *Các phương pháp: ...................................................................................................................................... 4 *Nguyên lý hoạt động cơ bản trong Electron Microscopy (EM): ............................................................ 4 *SEM: ............................................................................................................................................................ 4 *TEM: ........................................................................................................................................................... 5 *AFM: ........................................................................................................................................................... 6 CHƯƠNG III: TÍNH CHẤT VẬT LIỆU....................................................................................................... 7 Câu 1: Mối quan hệ giữa kích thước với diện tích bề mặt và với tỷ lệ nguyên tử trong khối/bề mặt ........... 7 Câu 2: Tính chất quang ................................................................................................................................. 7 Câu 3: Nhiệt dộ nóng chảy thay đổi ntn theo kích thước : ............................................................................ 9 Câu 4: Tính chất hóa học của vật liệu nano .................................................................................................. 9 CHƯƠNG IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO ................................................. 10 I. Nguyên tắc chung: .................................................................................................................................. 10 II. Phương pháp từ trên xuống: TOP DOWN ......................................................................................... 10 1. Phương pháp cơ học: ......................................................................................................................... 10 2. Phương pháp quang khắc : ............................................................................................................... 11 a. Quang khắc thường: ............................................................................................................................. 11 b. Quang khắc in nano: ............................................................................................................................. 12 c. Quang khắc chùm điện tử: ................................................................................................................... 14 d. Quang khắc tia UV ................................................................................................................................ 15 3. Phương pháp hóa học......................................................................................................................... 15 4. Ưu, nhược điểm của phương pháp TOP DOWN ............................................................................ 15 III. Phương pháp từ dưới lên: BOTTOM UP .......................................................................................... 16 1. Nguyên lý: ........................................................................................................................................... 16 2. Phân loại: ............................................................................................................................................ 16 3. Cơ chế tạo hạt nano: Gồm 2 giai đoạn............................................................................................... 20 4. Nguyên tắc ổn định vật liệu ............................................................................................................... 20 5. Phương pháp sol-gel:.......................................................................................................................... 20 6. Phương pháp đồng kết tủa: ............................................................................................................... 21 7. Phương pháp khử hóa học: ............................................................................................................... 22 8. Phương pháp nhiệt phân: .................................................................................................................. 23 1

HIGHLEVEL CROWN 2017 9. Phương pháp thủy luyện: .................................................................................................................. 23 CHƯƠNG V: VẬT LIỆU NANO KIM LOẠI ............................................................................................. 24 Câu 1: Phương pháp điều chế ...................................................................................................................... 24 Câu 2: Tính chất của vật liệu nano KL ........................................................................................................ 26 Câu 3: Ứng dụng của vật liệu nano KL ....................................................................................................... 27 CHƯƠNG VI(1): VẬT LIỆU NANO CARBON ......................................................................................... 27 1. Vật liệu nano cacbon ống: ..................................................................................................................... 29 *Tính chất: Có 5 tính chất: ......................................................................................................................... 29 *Phương pháp điều chế: Có 4 phương pháp điều chế cacbon nano ống: ................................................. 30 *Ứng dụng: .................................................................................................................................................. 33 2. Graphene: ............................................................................................................................................... 34 *Tính chất: ................................................................................................................................................... 34 *Các phương pháp tổng hợp: .................................................................................................................... 34 - Từ trên xuống (Top down) ..................................................................................................................... 34 - Từ dưới lên (bottom up) ......................................................................................................................... 35 *Ứng dụng: ................................................................................................................................................. 36 CHƯƠNG VII: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO ....................................................................................... 36 Ứng dụng của vật liệu nano ................................................................................................................... 36

1. •

Y học .................................................................................................................................................... 36

•

Sinh học ................................................................................................................................................ 37

•

Điện tử .................................................................................................................................................. 38

•

May mặc ............................................................................................................................................... 38

•

Nông nghiệp ......................................................................................................................................... 39

•

Công nghệ thực phẩm .......................................................................................................................... 39

•

Năng lượng: .......................................................................................................................................... 39 Ứng dụng của một số loại vật liệu nano tiêu biểu................................................................................ 40

2. •

Ứng dụng nano bạc: ............................................................................................................................. 40

•

Ứng dụng nano vàng ............................................................................................................................ 42

•

Ứng dụng vật liệu nano sử dụng ống nano cacbon .............................................................................. 42

•

Ứng dụng vật liệu nano bằng Graphene ............................................................................................... 43

•

Ứng dụng vật liệu nano sử dụng Nanocomposites ............................................................................... 43

•

Ứng dụng vật liệu nano sử dụng sợi nano ............................................................................................ 44

•

Ứng dụng vật liệu nano sử dụng hạt nano: ........................................................................................... 44

•

Ứng dụng vật liệu nano sử dụng dây nano: .......................................................................................... 45

•

Ứng dụng của nano TiO2 ...................................................................................................................... 46 2

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

ĐỀ CƯƠNG VẬT LIỆU NANO CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Câu 1: Một số VD về nano tự nhiên

ÁN

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-L

Í-

10 00

TR ẦN

- Theo chiều không gian: + 0D: chấm lượng tử (quantum dot) + 1D: dây lượng tử (quantum wire: NRs, NWs) + 2D: giếng lượng tử (quantum well, có chiều dài lớn hơn gấp n lần chiều rộng). + 3D: chất bán dẫn khối (bulk semiconductor) - Theo hình dạng: + Hạt, chùm + Sợi, thanh, ống, cột + Màng siêu mỏng, BM + Khối tấm phiên - Theo bản chất vật liệu; + Chấm lượng tử + Gốm nano + Hỗn hợp nano + Giọt nano + Chất dẻo nano + Chất lỏng nano - Theo tính chất: + VL nano từ tính: Fe3O4, MnFe2O4, Co3O4, NiO… + VL nano KL: Au, Ag, Pt, Pd … + VL nano bán dẫn: SiO2, TiO2, ZnO, Al2O3 … + VL nano oxit: Mn2O3, MnO2, Fe2O3 …

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

N H Ư

Câu 2: Nguyên tắc phân loại vật liệu nano

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- KN: + thuộc về thiên nhiên. + có tính chất đặc biệt do những cấu trúc nano tạo thành. + không thông qua sự biến đổi và xử lý bởi con người. - VD: + bề mặt không thấm ướt của lá sen + sự bám dính ở chi của thạch sùng + các họa tiết màu sắc trên cánh bướm … → mục đích nghiên cứu và chế tạo vật liệu nano nhân tạo đi từ các hiện tượng tự nhiên.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU NANO *Các phương pháp:

- SEM (Scanning Electron Microscopy): kính hiển vi điển tử quét

H .Q

ẠO

- DLS: Tán xạ ánh sáng động học

- UV-VIS: Phổ tử ngoại – khả kiến

*Nguyên lý hoạt động cơ bản trong Electron Microscopy (EM):

H Ư

- Dòng electron được định dạng và gia tốc về phía mẫu bằng một điện thế dương.

TR ẦN

- Dòng này sau đó bị hạn chế và tập trung lại bằng một khẩu độ kim lọai và thấu kính từ để tạo ra dòng nhỏ, hội tụ và đơn sắc.

- Dòng sau đó được hội tụ vào mẫu bằng cách dùng thấu kính từ.

10 00

- Các sự tương tác xảy ra bên trong mẫu khi dòng đập vào, tác động đến sóng electron.

- Các sự tương tác này được nhận biết và chuyển đổi thành hình ảnh.

*SEM:

ÁN

-L

Í-

- Nguyên lý hđ: Hiển vi điện tử sử dụng việc phóng chùm tia điện tử (phát xạ nhiệt hoặc thường) rồi tăng tốc dưới thế tăng tốc để tạo ảnh mẫu nghiên cứu, ảnh đó khi đến màng huỳnh quang có thể đạt độ phóng theo yêu cầu. Sự tạo ảnh và các phép phân tích được thực hiện thông qua các bức xạ:

ÀN

+ Điện tử thứ cấp (Secondary electrons): Đây là chế độ ghi ảnh thông dụng nhất của kính hiển vi điện tử quét, chùm điện tử thứ cấp có năng lượng thấp.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

- BET: Đo các thông số bề mặt.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

- XRD (X-ray Powder Diffraction): Nhiễu xạ tia X

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

- AFM (Automic Force Microscopy): Kính hiển vi lực nguyên tử

http://daykemquynhon.ucoz.com

- TEM (Transmision Electron Microscopy): kính hiển vi điện tử truyền qua

IỄ N

+ Điện tử tán xạ ngược (Backscattered electrons): Điện tử tán xạ ngược là chùm điện tử ban đầu khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường có năng lượng cao. - Đặc điểm kỹ thuật: + Phóng đại đến cỡ 1nm + Thế tăng tốc từ 10kV ÷ 50kV 4

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 - Ưu điểm: + Không có độ phân giải tốt như TEM nhưng SEM lại có điểm mạnh là phân tích mà không cần phá hủy mẫu vật và có thể hoạt động ở chân không thấp.

+ Tạo ảnh bằng phương pháp quét, do đó ảnh có chiều sâu và chi tiết tốt hơn.

- Nhược điểm:

H Ư

+ Mẫu quan sát phải đặt trong môi trường chân không và SEM chỉ chụp được ảnh các mẫu dẫn điện.

10 00

+ Năng suất phân giải kém hơn TEM.

TR ẦN

+ Ảnh dù có chiều sâu nhưng chỉ quan sát được bề mặt của vật mẫu, ảnh thu được dạng 2D.

*TEM:

Í-

- Nguyên lý hđ: sử dụng chùng điện tử có năng lượng cao vì các cấu kiện chính của TEM đều được đặt trong cột chân không siêu cao được tạo ra nhờ hệ thống bơm chân không. Điện tử được phát ra từ súng phóng, có 2 cơ chế phòng:

ÁN

-L

+ sử dụng nguồn phát xạ nhiệt điện tử + sử dụng súng phát xạ trường

Điện tử cũng thoát ra khỏi catot di truyển đến anot rỗng và được tăng tốc dưới thế tăng tốc để tạo ảnh qua thấu kính từ (do sử dụng nguồn sáng là điện từ, không phải là nguồn sáng khả kiến nên không dùng thấu kính thủy tinh). Ảnh của TEM được tạo nên nhờ độ tương phản xuất phát từ khả năng tán xạ điển tử (còn với kính hiển vi quang học truyền thống thì việc tạo ảnh đi từ độ tương phản do hiệu ứng hấp thụ ánh sáng). Các chế độ tương phản trong TEM:

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

+ Giá thành của SEM thấp hơn rất nhiều so với TEM, vì thế SEM phổ biến hơn rất nhiều so với TEM.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

+ Thao tác điều khiển đơn giản hơn rất nhiều so với TEM khiến cho nó rất dễ sử dụng.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

+ Có thể chụp nhiều kiểu ảnh trên cùng một mẫu mỗi kiểu thể hiện một đặc tính khác nhau bằng việc thay đổi đầu thu (detector).

+ Tương phản biên độ + Tương phản pha + Tương phản nhiễu xạ. 5

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 - Đặc điểm kỹ thuật:

+ Phóng đại đến cỡ vài chục nm. + Thế tăng tốc có thể lên tới 100kV hoặc 200kV. - Ưu điểm:

ÁN

-L

Í-

- Nguyên lý hđ: Bộ phận chính của AFM là một mũi nhọn được gắn trên thanh rung (cantilever). Khi mũi nhọn quét vần bề mặt mẫu vật, sẽ xuất hiện lực Van der Waals giữa các nguyên tử tại bề mặt mẫu và nguyên tử tại đầu mũi nhọn (lực nguyên tử) làm rung thanh cantilever. Lực này phụ thuộc vào khoảng cách giữa đầu mũi dò và bề mặt vật mẫu. Dao động của cantilever là do lực tương tác và được ghi lại nhờ một tia laser chiếu qua bề mặt của cantilever. Dao động làm thay đổi góc lệch của tia laser và được detector ghi lại. Việc ghi lại lực tương tác đó sẽ cho hình ảnh cấu trúc bề mặt vật.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

*AFM:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

10 00

TR ẦN

H Ư

+ Chi phí tốn kém. + Đòi hỏi các điều kiện làm việc cao do hầu hết các bộ phận của TEM được đặt trong cột chân không siêu cao nên yêu cầu sự ổn định về điện và các phụ kiện đi kèm. + Xử lý mẫu phức tạp, cần phải phá hủy mẫu (không thực hiện được với các tiêu bản sinh học). + Việc điều khiển TEM rất phức tạp và đòi hỏi nhiều bước thực hiện chính xác cao.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

+ Có thể tạo ra ảnh cấu trúc vật rắn với độ tương phản và phân giải cao. Dễ dàng thông địch các thông tin về cấu trúc. Khác với SEM, TEM cho ảnh thật của cấu trúc bên trong vật rắn nên đem lại nhiều thông tin hơn, dễ dàng tạo ra hình ảnh ở độ phân giải tới cấp nguyên tử. + Đưa ra nhiều phép phân tích hữu ích đem lại thông tin cho nghiên cứu vật liệu. - Nhược điểm:

IỄ N

Tùy thuộc vào chế độ và loại đầu dò sẽ cho ra các lực tương tác khác nhau và cho ảnh khác nhau. Có 3 chế độ ghi ảnh: + Chế độ tiếp xúc (chế độ tĩnh) + Chế độ không tiếp xúc (động) + Tapping mode. - Đặc điểm kỹ thuật: hoạt động dựa trên việc đo lực tác dung nên nó có một chế độ phân tích phổ. + Thời gian hồi đáp nhanh cỡ ps (1012 giây). 6

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 + Độ chính xác tới pN (1012 Newton) + Độ phân giải về khoảng cách lên tới 0,1nm. - Ưu điểm:

10 00

Câu 1: Mối quan hệ giữa kích thước với diện tích bề mặt và với tỷ lệ nguyên tử trong khối/bề mặt

-L

Í-

TL: ở quy mô nano, bề mặt được hiểu là các nguyên tử hay phân tử nằm ở ngoài cùng, còn bên trong lớp nguyên tử bề mặt này được hiểu là V. Khi kích thước càng giảm, số nguyên tử bị lộ ra bề mặt càng lớn hơn so với số nguyên tử nằm bên trong, do đó mà tính chất của vật liệu ngày càng phụ thuộc vào bề mặt

ÁN

Câu 2: Tính chất quang *Của nano kim loại

ÀN

 Plasmon bề mặt: Xảy ra đối với các kim loại (Au, Ag, Pt, Pd,…)

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

CHƯƠNG III: TÍNH CHẤT VẬT LIỆU

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

TR ẦN

H Ư

+ AFM chỉ quét trên một diện tích hẹp (≤ 150µm) + Tốc độ ghi ảnh chậm do hoạt động ở chế độ quét. + Chất lượng ảnh bị ảnh hưởng bởi quá trình trễ cảu bộ quét áp điện. + Đầu dò rung trên bề mặt nên kém an toàn, đồng thời đòi hỏi mẫu có bề mặt sạch và sự chống rung.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

+ Chụp được bề mặt của tất cả các loại mẫu kể cả mẫu không dẫn điện. + Không đòi hỏi môi trường làm việc chân không cao, có thể hoạt động ở môi trường bình thường. + Có thể tiến hành các thao tác di chuyển và xây dựng ở cấp độ từng nguyên tử. Đồng thời AFM cũng hoạt động mà không cần sự phá hủy mẫu hay cần dòng điện (thích hợp cho việc nghiên cứu tiêu bản sinh học). - Nhược điểm:

IỄ N

+ Là hiện tượng các e dao động tự do trên bề mặt các hạt nano với tần số ϑ. Khi có bức xạ điện từ kích thích chiếu tới hạt nano với tần số ϑ’ sẽ làm tăng dao động của các e này lên. Nếu kích thước hạt là đủ nhỏ so với bước song ánh sáng và ϑ ~ ϑ’ thì xảy ra hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt + Tần số ϑ của plasmon bề mặt phụ thuộc vào hàm điện môi của vật liệu và hình dạng của hạt nano  Anh hưởng của kích thước và hình dạng hạt: 7

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

+ vật liệu khối k cho ánh sáng đi qua, các màng mỏng cho ánh sáng đi qua 1 phần (màng vàng mỏng <100nm khi cho ánh sáng truyền qua thu được các tia màu xanh – tím). Đối với vàng và bạc, các hạt có kích thước <50nm thì không có sự tán xạ bên trong hạt mà tất cả tương tác đều xảy ra trên bề mặt

H Ư

*Của nano bán dẫn

TR ẦN

 Sự giảm kích thước hạt làm tăng khoảng cách giữa các mức năng lượng -> kéo dài vùng trống -> tăng năng lượng band gap -> hiệu ứng giam giữ lượng tử -> các vùng khác được lượng tử hóa

10 00

 Trạng thái bề mặt (trạng thái bẫy) mà nằm trong vùng trống trở nên quan trọng → thay đổi tính chất quang của vật liệu nano.

 Do tăng năng lượng vùng trống -> hấp thụ các song ngắn -> phổ hấp thụ cho thấy bước chuyển dịch xanh khi giảm kích thước hạt

-L

Í-

 Sự phát quang của vật liệu nano bán dẫn:

ÁN

+ Sự phát quang: Xảy ra ở các vật liệu phát quang, chúng được kích thích bởi bức xạ điện từ, sau đó quay trở lại trạng thái cơ bản bằng việc giải phóng các photon. Nếu năng lượng của photon nằm trong khoảng 1,8 – 3,1 eV thì bức xạ nằm trong vùng nhìn thấy -> phát quang.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

 sự kết hợp giữa các hạt nano và vật liệu polymer được dùng để điều chỉnh chỉ số khúc xạ của vật liệu; bổ sung hạt nano thêm vào vật liệu nền có thể tạo ra vật liệu nano mới với tính chất quang phi tuyến tính.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

 sự phát huỳnh quang phụ thuộc chặt chẽ vào kích thước của các chấm lượng tử

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

+ Khi quan sát trên phổ hấp thụ, các hạt có dạng bất đẳng hướng (VD: hình trụ) sẽ có nhiều hơn 1 peak hấp thụ plasmon quan sát được. Cụ thể với dạng hình trụ thì cả diện tích và chiều cao peak đều quan sát được rõ rang. Khi tăng chiều dài của hình trụ lên thì peak sẽ chuyển dịch tới vùng bước song dài hơn

IỄ N

+ Khi chất bán dẫn quay về trạng thái cơ bản nhờ sự tái tổ hợp của electron và lỗ trống, 1 photon được giải phóng. + Bằng việc thay đổi kích thước của hạt nano, năng lượng được giải phóng khi quay về trạng thái cơ bản có thể được điều chỉnh (do làm tăng khoảng cách giữa các mức năng lượng). Nếu kích thước hạt nano giảm -> dịch chuyển xanh.  Tính chất của vật liệu bán dẫn dạng core – shell 8

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 + Các tính chất phát quang là đặc tính của phần lõi. + Phần vỏ có thể dẫn tới sự tang cường tính phát quang của lõi.

U Y

TR ẦN

H Ư

- Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Như vậy, nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm. Ví dụ, hạt vàng 2 nm có Tm = 500°C, kích thước 6 nm có Tm = 950°C

10 00

Câu 4: Tính chất hóa học của vật liệu nano

Tính chất hóa học của vật liệu nano khác so với vật liệu thông thường do có sự thay đổi lớn diện tích về măt của vật liệu khối . Cụ thể:

-L

Í-

- Trong trường hợp có từ 50% các nguyên tử của hạt nano là các nguyên tử bề mặt thì tính dẫn điện không còn phụ thuộc vào trạng thái rắn như ở vật liệu dạng khối nữa mà liên quan trực tiếp tới tính chất hóa học.

ÁN

- Do tăng tỷ lệ các nguyên tử ở lớp bề mặt mà các nguyên tử trong hạt nano có năng lượng trung bình cao hơn hẳn so với các nguyên tử trong vật liệu khối

IỄ N

ÀN

- Sự tương tác giữa các hạt nano phụ thuộc vào bản chất hóa học bề mặt. Do có diện tích bề mặt lớn mà các tạp chất có thể dễ dàng tấn công vào bề mặt của các hạt nano, vì vậy bản chất hóa học bề mặt của chúng thay đổi đột ngột khi so sánh với vật liệu khối cùng loại.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

- Nhiệt độ nóng chảy (định nghĩa vi mô) là nhiệt độ mà tại đó các nguyên tử, ion, phân tử trong hợp chất đủ năng lượng để phá vỡ liên kết giữa chúng tại những vị trí nhất định trong chất rắn.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 3: Nhiệt dộ nóng chảy thay đổi ntn theo kích thước :

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

+ Việc phủ vật liệu bán dẫn với năng lượng vùng trống lớn hơn phần lõi thường cho kết quả là sự tang cường khả năng phát quang do sự ức chế phi bức xạ tái tổ hợp trung gian của trạng thái bề mặt.

- Tính chất bề mặt của các hạt nano và sự tương tác của chúng có thể thay đổi bằng sử dụng các đơn lớp phân tử - Do lượng lớn các nguyên tử bề mặt mà chúng dễ tham gia vào các phản ứng hóa học hơn (do các quá trình hóa học chủ yếu xảy ra trên bề mặt). Chúng cũng có hoạt tính 9

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

.Q D

ẠO

- Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên xuống (top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up).

TOP DOWN

TR ẦN

- Đặc điểm của từng phương pháp:

H Ư

- Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử.

10 00

“Đẽo gọt” từ các khối lớn xuống đến cấu trúc nano.

“Sắp xếp, lắp ráp” từ các khối có kích thước nano. Phương pháp: - Cô đặc từ bột, sol khí - Tổng hợp bằng pp hóa học (solgel, hoàn nguyên) - Lắng đọng bằng phương pháp vật lý( bốc bay, phún xạ..)

ÁN

-L

Í-

Phương pháp : - Bằng cơ học : nghiền, cán, đùn, ép mài… - Bằng vật lý: bằng các thuật khắc ánh sáng, chùm tia X, chùm điện tử, chùm ion… - Bằng hóa học: ăm mòn, tẩm thực…

BOTTOM UP

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

I. Nguyên tắc chung:

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

CHƯƠNG IV: CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

xúc tác cao hơn, các xúc tác quang học như TiO2, Fe2O3, Fe2O3/Au, Ag còn có khả năng tự làm sạch hoặc được dùng để khử mùi, khử trùng. Hoạt tính xúc tác và tính chọn lọc được tăng cường khi các hạt nano có bổ sung các cụm kim loại vàng hoặc bạch kim.

II. Phương pháp từ trên xuống: TOP DOWN 1. Phương pháp cơ học: Cơ chế: - Vật liệu ở dạng khối được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối. 10

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 - Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ khối đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt nano).

H Ư

- Mặt nạ là một tấm chắn sáng được in trên đó các chi tiết cần tạo (che sáng) để che không cho ánh sáng chiếu vào vùng cảm quang, tạo ra hình ảnh của chi tiết cần tạo trên cảm quang biến đổi.

TR ẦN

- Sau khi chiếu qua mặt nạ, bóng của chùm sáng sẽ có hình dạng của chi tiết cần tạo, sau đó nó được hội tụ trên bề mặt phiến đã phủ cảm quang nhờ một hệ thấu kính hội tụ.

10 00

Phân loại: (4 loại) a. Quang khắc thường:

Cơ chế:

Í-

- Làm sạch và khô bề mặt đế:

-L

+ Thổi khí hoặc dòng nước nitơ có áp suất cao, vệ sinh bằng hóa chất.

ÁN

+ Dùng cọ rửa. o

+ Sấy ở nhiệt độ từ 150 C đến 200 C trong 10 phút

IỄ N

ÀN

- Phủ lớp tăng độ bám dính (primer).

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

- Một hệ quang khắc bao gồm một nguồn phát tia tử ngoại, chùm tia tử ngoại này được khuếch đại rồi sau đó chiếu qua một mặt nạ (photomask).

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Cơ chế: Sử dụng bức xạ ánh sáng biến đổi chất cảm quang phủ trên bề mặt vật liệu.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Định nghĩa: Quang khắc hay photolithography là kỹ thsuật sử dụng trong công nghệ bán dẫn và công nghệ vật liệu nhằm tạo ra các chi tiết của vật liệu và linh kiện với hình dạng và kích thước xác định bằng cách sử dụng bức xạ ánh sáng làm biến đổi các chất cảm quang phủ trên bề mặt để tạo ra hình ảnh cần tạo.

2. Phương pháp quang khắc :

- Phủ lớp cản quang bằng PP quay li tâm: +Đế được quay trên máy quay li tâm trong môi trường chân không. + Loại lớp cản quang (photoresist types): Cản dương có trong poly methyl methacrylate (PMMA) và 2 thành phần dizoquinone ester thêm nhựa phenolic novolak. (nhựa phenol formandehit dư trong môi trường axit). 11

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 Cản âm có trong cao su bis(aryl)azid. - Sấy sơ bộ (Soft-Bake): bay hơi dm có trong chất cản quang (bằng cách dùng lò đối lưu nhiệt, tấm gia nhiệt, dùng sóng viba và đèn hồng ngoại)

- Tráng rửa:

+ Cản quang âm: chất rửa( xylen), chất xúc lại (n- butylacetate).

.Q TP

+ làm cho lớp cản quang cứng hoàn toàn.

- ổn định hình ảnh đã tạo thành.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

+ tách dung môi khỏi chất cản quang

H Ư

- công đoạn công nghệ tiếp theo.

TR ẦN

Vấn đề trong quang khắc thường: Tuy quang khắc là đơn giản nhưng thực tế rất phức tạp và tốn kém,vì: - Cấu trúc nano < 10nm rất khó sản xuất được do hiệu ứng nhiễu xạ.

10 00

- Mặt nạ quang cần phải phù hợp với mô hình trên phiến (đế, miếng bán dẫn).

- Mật độ khuyết tật cần được kiểm soát cẩn thận.

Í-

b. Quang khắc in nano:

- Các công cụ quang khắc rất tốn kém.

Quang khắc nano sử dụng trong chế tạo vi mạch nano tích hợp bán dẫn(nanocircuitry), cho các hệ thống cơ điện nano(nanoelectromechanical systems –NEMS) hoặc là cho các ứng dụng cơ bản khác nhau trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học nano.

ÁN

-L

- Quang khắc nano có mối liên quan đến việc nghiên cứu và ứng dụng quy mô của cấu trúc nano.

IỄ N

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

- Sấy sau khi hiện ảnh:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

+ Cản quang dương: chất rửa (NaOH,KOH, TMAH), chất súc lại(nước)

- Phương pháp này khác với kỹ thuật quang khắc nano có ở hiện nay như: + Quang khắc sử dụng tia X. + Quang khắc sử dụng kính hiển vị lực nguyên tử (Atomic Force Microscope (AFM) nanolithography). Cơ chế: 12

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

- Lớp đặc biệt có chứa các mẫu thiết kế có kích thước nano được chế tạo trên các chất nền fig a

- Quang khắc in nano(NIL) là một kỹ thuật quang khắc kết hợp với tốc độ quang học với độ phân giải của EBL, sử dụng NIL để làm chất nền có cấu trúc nano.

H Ư

- Khi cưỡng lại được gỡ bỏ, các cấu kiện kim loại có kích thước nano được để lại trên các chất nền vả: fig f).

TR ẦN

Ứng dụng:

- Nó có thể được sử dụng để làm cho các thiết bị quang học, quang tử, điện và sinh học.

10 00

- Những tiến bộ trong sản xuất khuôn sẽ có ứng dụng rộng rãi của NIL trong các thiết bị nhỏ hơn.

Phân loại:

-L

Í-

- Quang khắc mềm: đã được phát triển như là một thay thế cho quang khắc và một nghệ nhân rộng cho cả vi mô và vi chế tạo. Quang khắc mềm sử dụng các mẫu thiết kế trên một (poly dimethyl siloxane) lớp PDMS.

ÁN

+ Kỹ thuật này có nhiều ứng dụng trong sinh học tế bào, vi điện tử, hóa học bề mặt, công nghệ vi, thiết kế tế bào, thiết kế DNA và thiết kế protein.

ÀN

- Quang khắc in nano

IỄ N

- Quang khắc nano dip- pen(DPN):

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Một lớp kim loại có thể được gửi trên mẫu như trong fig: e)

ẠO

- Một lớp còn lại của kháng còn lại và có thể được gỡ bỏ fig d

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

- Khi lớp được làm đầy với polymer, nó được điều trị bằng ánh sáng tia cực tím thông qua con dấu, lấy vả lớp hình dạng fig c

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Các lớp được ép thành một vật liệu polime (chống) mà trước đây đã được lắng đọng trên bề mặt vả fig b

+ DPN là một AFM dựa trực tiếp ghi quang khắc mềm kỹ thuật mới, được sử dụng để tạo ra các cấu trúc nano trên bề mặt của lãi suất bằng cách cung cấp các sự tập hợp của các phân tử thiol (là tương đương với lưu huỳnh của rượu, và từ đó là một sự kết hợp của "thio" + " rượu, ") thông qua giao thông mao mạch từ một tip AFM để vàng bề mặt. + Ứng dụng:

DPN là đặc biệt thuận lợi để hướng dẫn phân tử sinh học. 13

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 Mảng DNA và protein đang được chế tạo như chip phát hiện.

Độ phân giải DPN là 4-5 chuỗi của các cường độ lớn hơn so với các kỹ thuật in thạch bản khác.

c. Quang khắc chùm điện tử:

ẠO

- Chùm tia điện tử :

+ truyền hình ảnh của mặt nạ lên đế bán dẫn.

+ chiếu thông qua các “mặt nạ” (được tạo ra nhờ các thấu kính điện từ).

H Ư

Ưu điểm:

TR ẦN

- Tạo các chi tiết có độ phân giải cao và kích thước nhỏ hơn rất nhiều so với photolithography.

- Dễ dàng tạo các chi tiết phức tạp.

10 00

- Có thể vẽ trực tiếp chi tiết mà không cần mặt nạ như photolithography.

Nhược điểm: Chậm hơn nhiều so với photolithography

Cơ chế:

ÁN

-L

Í-

• Phương pháp này sử dụng thiết bị EBL. Cấu tạo của nó gần giống như một kính hiển vi điện tử quét, có nghĩa là tạo chùm điện tử có năng lượng cao, sau đó khuếch đại và thu hẹp nhờ hệ thấu kính từ, rồi chiếu chùm điện tử trực tiếp lên mẫu cần tạo.

IỄ N

ÀN

• Khác với quang khắc truyền thống (photolithography), EBL sử dụng chùm điện tử nên không cần mặt nạ tạo hình mà chiếu trực tiếp chùm điện tử lên bề mặt mẫu, và dùng các cuộn dây để quét điện tử nhằm vẽ ra các chi tiết cần tạo. Chùm điện tử của các EBL mạnh có thể có kích thước từ vài nanomét đến hàng trăm nanomét.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

- tạo ra các chi tiết cực kỳ nhỏ trong mạch điện tử tích hợp (IC).

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

- một phương pháp công nghệ mới.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Định nghĩa:

• Bề mặt của phiến đươc phủ một hợp chất hữu cơ gọi là chất cản quang (resist), chất này nhạy cảm với điện tử chiếu vào, và bị thay đổi tính chất dưới tác dụng của chùm điện tử. Sự thay đổi có thể là nó sẽ bị hòa tan trong dung dịch tráng rửa (developer) hoặc không bị hòa tan trong dung dịch tráng rửa. 14

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 • Nguyên lý 2 phương pháp trong EBL: kỹ thuật liff-off (trái) và kỹ thuật ăn mòn (phải).

10 00

• Trong kỹ thuật ăn mòn (etching), cản quang sẽ có tác dụng bảo vệ phần vật liệu muốn tạo hình. Người ta phủ vật liệu cần tạo lên đế, sau đó phủ chất cản quang rồi đem chiếu điện tử. Cản quang sử dụng là cản quang âm, tức là thay đổi tính chất sao cho không bị rửa trôi sau khi qua dung dịch tráng rửa, có tác dụng bảo vệ phần vật liêu bên dưới.

ÁN

-L

Í-

• Sau đó cả mẫu sẽ được đưa vào buồng ăn mòn, phần vật liệu không có cản quang sẽ bị ăn mòn và giữ lại phần được bảo vệ, có hình dạng của cản quang. Cuối cùng là rửa cản quang bằng dung môi hữu cơ. Các kỹ thuật ăn mòn thường dùng là ăn mòn khô (dry etching), sử dụng các plasma hoặc hỗn hợp khí có tính phá hủy mạnh (CH4/O2/H2, F2...); hay ăn mòn hóa ướt (dùng các dung dịch hóa chất để hòa tan vật liệu...

d. Quang khắc tia UV

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

Kỹ thuật ăn mòn:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

H Ư

ẠO

• Sau khi tráng rửa, ta sẽ có các khe có hình dạng của chi tiết muốn tạo. Các vật liệu cần tạo sẽ được bay bốc lên đế bằng các kỹ thuật tạo màng mỏng khác nhau, một phần nằm trong các khe đã tạo hình và một phần nằm trên bề mặt cản quang. Dùng dung môi hữu cơ, hòa tan phần cản quang dư, sẽ loại bỏ cả vật liệu thừa bám trên bề mặt cản quang, chỉ còn lại phần vật liệu có hình dạng như đã tạo.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

• Phương pháp này tạo ra phần vật liệu sau khi được tạo hình. Có nghĩa là người ta phủ trực tiếp cản quang dương lên đế, sau đó chiếu điện tử, cản quang này bị biến đổi tính chất, và phần bị chiếu điện tử sẽ bị hòa tan trong dung dịch tráng rửa (developer), giống như quá trình tráng phim ảnh.

Kỹ thuật lift-off:

3. Phương pháp hóa học 4. Ưu, nhược điểm của phương pháp TOP DOWN Ưu điểm

Nhược điểm 15

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

- Một lợi thế duy nhất của phương pháp này là khả năng làm cho các hạt nano với độ tinh khiết rất cao. Vì phương pháp này sản xuất không có các sản phẩm hoặc dư lượng hóa chất.

- Vấn đề lớn nhất với cách tiếp cận từ trên xuống là không hoàn hảo của các cấu trúc bề mặt.

- Công cụ đẳt.

- Tái sản xuất

- Nhạy cảm với các khuyết tật như các tính năng để trở nên nhỏ hơn.

- Với cách tiếp cận từ trên xuống là các hạt nó tạo ra có kích thước phân bố khá rộng, và hình dạng hạt khác nhau. Ngoài ra chúng có thể chứa một lượng đáng kể các tạp chất từ các phương tiện phay và các khuyết tật trong đó

TR ẦN

H Ư

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

- Chế tạo vi mạch điện tử kích cỡ micromet

10 00

III. Phương pháp từ dưới lên: BOTTOM UP

1. Nguyên lý:

ÁN

-L

Í-

• Hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion tức là ghép các nguyên tử và phân tử thông thường thành các cấu trúc vật chất mới với kích thước nano • Phương pháp từ dưới lên được phát triển mạnh mẽ bởi tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. • -

2. Phân loại:

Khử Sinh học Dùng vi khuẩn là tác nhân khử ion kim loại Áp dụng công cụ ở kích thước nano vào hệ thống sinh học Sử dụng hệ thống sinh học làm khuôn mẫu để phát triển các sản phẩm mới cỡ nano. • Micell đảo - Khái niệm: Một số chất hoạt động bề mặt là các nguyên tử dạng que với đầu ưa nước và kị nước . Khi trộn dầu, nước và các chất hoạt động bề mặt với nhau theo tỷ lệ thích hợp, các phân tử hoạt động bề mặt tự sắp xếp tạo thành vỏ cầu

IỄ N

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

- Cung cấp điều khiển và độ chính xác khi khuôn mẫu các bề mặt qua quang khắc

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

• -

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ÁN

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

ẠO

IỄ N

ÀN

• -

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

• -

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

với nước choán đầy không gian trong vỏ . Kiểu sắp xếp hình học của các chất hoạt động bề mặt và nước như vậy gọi là micell đảo Có thể điều khiển được kích thước của micell đảo vì kích thước của nó phụ thuộc tuyến tính vào tỷ lệ của lượng nước trên lượng các chất hoạt động bề mặt Micell đảo chính là quá trình quá trình tạo thành hạt micell trong môi trường bởi các chất hoạt động bề mặt có nhân là pha nước có chứa các hạt vô cơ , hạt lai Phía ngoài lớp phủ là chất hoạt động bề mặt có phần đầu hấp thụ trên bề mặt kim loại theo lực hút tĩnh điện, phần đuôi khuếch tán ra ngoài tạo thành hình cầu với nước choán đầy trong không gian vỏ Các hạt nano mới sinh ra có khả năng kết tụ lại với nhau do đó có thể cho phân tử mũ ( chất gắn cộng hóa trị với bề mặt vật liệu) vào dung dịch để ngăn cản quá trình kết tụ của các hạt nano mới tạo thành. Solgel Sol-gel”: là kỹ thuật tổng hợp tạo ra các vật liệu có hình dạng mong muốn ở nhiệt độ thấp. Các phần tử huyền phù dạng keo rắn phân tán trong dạng lỏng (sol) và sau đó tạo thành nguyên liệu lưỡng pha của bộ khung chất rắn, được chứa đầy dung môi cho đến khi xảy ra quá trình chuyển tiếp sol-gel Trong quá trình sol-gel các phần tử trung tâm trải qua 2 phản ứng hóa học cơ bản là phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ (dưới xúc tác axit hoặc bazơ) để hình thành một mạng lưới trong toàn dung dịch từ các chất gốc (alkoxide precursor Từ các muối kim loại tương ứng ban đầu được tính toán theo tỷ lệ xác định và được hòa thành dung dịch. Từ dung dịch này hệ keo của các hạt rắn phân tán trong chất lỏng Trong quá trình sol-gel các precursor (hợp chất ban đầu ) được xử lí qua 1 loạt quá trình thủy phân và phản ứng polymer hóa tạo ra được keo huyền phù (sol). Lắng đọng pha hơi hóa học Vật liệu rắn được lắng đọng từ pha hơi thông qua các PƯHH xảy ra ở gần bề mặt đế được đun nóng Bao gồm các công đoạn, phun khí hoặc các khí tiền chất vào trong buồng chứa . Bản chất là quá trình lắng đọng màng mỏng trên đế từ PƯ giữa các khí mà sản phẩm là chất rắn lắng đọng trên đế với bề mặt liên tục. Chu trình phản ứng: Khí cung cấp → đối lưu→ khuếch tán khí →hấp phụ→ phản ứng bề mặt→hình thành màng. Thủy nhiệt Quá trình có sự tham gia của nước, xảy ra ở nhiệt độ cao (100 - 1500℃), áp suất cao (>1atm) và trong hệ kín.

HIGHLEVEL CROWN 2017

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ÀN

ÁN

-L

• Lắng đọng nhiệt phân phun phủ - SPD là một kỹ thuật lắng đọng aerosol cho các màng mỏng và bột liên quan tới CVD. - Phun phủ nhiệt sử dụng để phủ các vật liệu kim loại và phi kim loại ở dạng các giọt chất lỏng hoặc các hạt bán-nóng chảy hoặc rắn để tạo ra một lớp phủ bề mặt. - Nguyên liệu có thể được phun từ bột,dây, hoặc thanh sau khi được nung nóng gần điểm nóng chảy của chúng bằng ngọn lửa, hồ quang plasma hoặc hồ quang điện - Vật liệu nóng chảy sau đó được nguyên tử hóa bằng dòng cao tốc nhờ khí nén hoặc khí khác đẩy vật liệu lên trên bề mặt đã được chuẩn bị sẵn của vật gia công. - Nguyên liệu bột được cấp từ bộ cấp liệu hay phễu vào một máy nén khí hoặc khí gas dùng để phân bố nguyên liệu này vào ngọn lửa. Vật liệu được làm

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Việc thúc đẩy nhanh phản ứng dùng nước dưới nhiệt độ cao và áp suất cao hơn điểm sôi bình thường. - Nước thực hiện 2 chức năng: + Nó ở trạng thái lỏng hoặc hơi nên là môi trường truyền áp suất + Là một dung môi có thể hòa tan một phần chất phản ứng dưới áp suất cao - Chất lỏng thủy nhiệt gồm nước và các tiền chất rắn, các tiền chất này liên tục bị hòa tan, khiến cho nồng độ của chúng trong hỗn hợp ngày càng tăng lên - Hệ thủy nhiệt bao gồm hai bộ phận chính: Bình thủy nhiệt và bộ phận gia nhiệt. + Bình thủy nhiệt gồm: Bình chứa mẫu và bình bảo vệ. + Bình chứa mẫu được gia công từ vật liệu teflon chứa hỗn hợp các dung dịch phản ứng, giữ bình ở thể tích không đổi để phản ứng xảy ra ở nhiệt độ và áp suất cao. + Bình bảo vệ được làm từ vật liệu thép không gỉ có ren để khi vặn chặt sẽ nén nắp bình teflon bên trong. • Lắng đọng pha hơi vật lý (PVD): - Hai tiến trình PVD phổ biến nhất là bốc hơi nhiệt và phương pháp phún xạ. + Bốc hơi nhiệt là một kỹ thuật lắng đọng dựa trên sự bay hơi của nguồn nguyên liệu bằng cách nung nóng vật liệu sử dụng các phương pháp thích hợp trong chân không. + Phún xạ là một kỹ thuật plasma hỗ trợ tạo ra một hơi từ các mục tiêu nguồn qua bắn phá với các ion khí tăng tốc (thường Argon). - Các quá trình bao gồm sự phát ra các ion dương của nhiều kim loại khác nhau. Các ion kim loại này tác động với các ion của khí gas tạo ra các hỗn hợp khác nhau. Kết quả là tạo ra mối liên kết cơ học giữa lớp màng phủ với nền.

HIGHLEVEL CROWN 2017

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

Í-

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

IỄ N

ÀN

• -

ÁN

-L

• -

TR ẦN

H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

• -

•

nóng đến một trạng thái nóng chảy hoặc bán nóng chảy và đưa vào vật cần phủ, tại đó lực kết dính được tạo thành nhờ sự va đập. Dây được đưa vào ngọn lửa, hồ quang điện, nơi nó được nấu chảy. Tự lắp ghép phân tử: Tự lắp ráp là quá trình tự tổ chức của 2 hay nhiều thành phần thành một khối lớn thông qua các liên kết đồng hoặc phi đồng hóa trị để chế tạo các cấu trúc siêu phân tử. Mạ điện Phương pháp mạ điện : thường được sử dụng phổ biến để chế tạo các lớp kim loại mỏng trên bề mặt vật liệu điện. Ngoài ra phương pháp mạ điện còn được dùng để lấp lỗ nano trong màng polymer để tạo ra các điện cực nano nhằm điều khiển ion chuyển động. Đó là màng nhân tạo có các ion điều khiển được như nanocomposit kim loại chất dẻo. Trong quá trình mạ điện, vật cần mạ được gắn với cực âm catôt, kim loại mạ gắn với cực dương anôt của nguồn điện trong dung dịch điện môi. Cực dương của nguồn điện sẽ hút các electron e- trong quá trình ôxi hóa và giải phóng các ion kim loại dương, dưới tác dụng lực tĩnh điện các ion dương này sẽ di chuyển về cực âm, tại đây chúng nhận lại e- trong quá trình ôxi hóa khử hình thành lớp kim loại bám trên bề mặt của vật được mạ. Độ dày của lớp mạ tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện của nguồn và thời gian mạ. Hồ quang plasma Nguyên lý: Tạo ra điện hồ quang nhờ sự phóng điện giữa 2 điện cực graphit trong buồng chứa khí trơ He hoặc Ar với các điều kiện: cường độ dòng điện 100A, khoảng cách giữa 2 điện cực là 1mm dưới áp suất 500mmHg của He. Phương pháp này chủ yếu dung để chế tạo ra được các lớp bột mịn, hạt nhỏ trên catot, và chế tạo ống cacbon. Nhược điểm của phương pháp này là mẫu chứa thu được còn lẫn tạp chất, vì vậy cần tiến hành làm sạch sau khi thu mẫu. Ngoài ra phương pháp hồ quang plazma còn không tạo ra được vật liệu dạng khối Cắt tự động: Phương pháp cắt oxi- gas: Là một trong những cách đơn giản và hiệu quả những tấm thép rất dày, điều này phụ thuộc vào người sử dụng điều chỉnh van khí Oxy nhiều hay ít. Thép có độ dầy từ 1000mm, thậm chí lên đến 1500mm có thể cắt bằng phương pháp rất đơn giản này. Phương pháp cắt bằng Plasma : Kim loại nóng chảy bị đẩy ra xa bằng dòng khí nén hướng đến điểm nóng chảy, Dòng khí nén đẩy vật liệu nóng chảy ra khỏi thành cắt của vật liệu và tạo ra đường cắt Phương pháp cắt bằng điện cực Cacbon - Khí nén: Nhưng phươngpháp này tốn khá nhiều thời gian, sau khi phương pháp Plasma được phát hiện và đưa vào sử dụng thì phương pháp phổ biến và là giải pháp tuyệt vời cho cắt các tấm thép lá và thép tấm

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

ÁN

4. Nguyên tắc ổn định vật liệu

- Bao phủ nó bằng tĩnh điện - Che chắn không gian( tạo nguyên tử cồng kềnh để các nguyên tử kia khó tiếp cận) - Kết hợp cả 2 phương pháp trên - Đưa lên bề mặt nano những polymer tĩnh điện

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-L

Í-

- Tạo mầm: tăng tốc độ tạo mầm - Phát triển hạt

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

H Ư

TR ẦN

10 00

3. Cơ chế tạo hạt nano: Gồm 2 giai đoạn

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Ưu điểm của phương pháp cắt Plasma so với phương pháp cắt Oxy – Gas: + Tốc độ đường cắt rất nhanh. Điều này rất có lợi đối với các xưởng sản xuất đặc biệt các xưởng sản xuất lớn, giúp tiết kiệm chi phí do giảm thời gian cắt, giảm giá thành nhân công làm việc và đẩy nhanh quá trình hoàn thiện sản phẩm từ đó làm giảm giá thành sản phẩm. + Phương pháp cắt bằng Plasma tạo ít phôi vụn và bề mặt chế tạo chính xác hơn, sạch hơn. + Phương pháp cắt bằng Plasma có thể cắt được nhiều vật liệu và với độ dày mỏng vật liệu khác nhau. Có thể cắt vật liệu với độ dày rất lớn và đặc biệt các vật liệu không chứa sắt. + Máy cắt Plasma rất dễ dàng trong vận hành do nó không yêu cầu quá cao về kĩ thuật và tay nghề, điều này giúp việc đào tạo công nhân làm việc nhanh hơn, với các thao tác cắt đơn giản, không cần điều chỉnh quá nhiều khi đang cắt. + Đặc biệt điều khác hàng quan tâm nhất đến phương pháp cắt này đó là tính tiết kiệm, phương pháp cắt này tiết kiệm hơn rất nhiều khi cắt các tấm phôi với độ đày không quá 30mm • Nhiệt Phân: Lấy cảm hứng từ sự tổng hợp của các tinh thể nano bán dẫn chất lượng cao và oxit trong môi trường chứa nước bằng cách phân hủy nhiệt, hạt nano từ tính mono- phân tán có thể thông qua sự phân hủy nhiệt của các hợp chất kim loại,hữu cơ trong dung môi hữu cơ có chất hoạt động bề mặt. Tỷ lệ của chất phản ứng bao gồm kể cả các hợp chất hữu cơ hoạt động bề mặt cùng với dung môi, nhiệt độ phản ứng và thời gian là những thông sô chính để kiểm soát tổng hợp các hạt nano

HIGHLEVEL CROWN 2017

5. Phương pháp sol-gel: - Sol-gel”: là kỹ thuật tổng hợp tạo ra các vật liệu có hình dạng mong muốn ở nhiệt độ thấp. Các phần tử huyền phù dạng keo rắn phân tán trong dạng lỏng (sol) và sau đó tạo thành nguyên liệu lưỡng pha của bộ khung chất rắn, được chứa đầy dung môi cho đến khi xảy ra quá trình chuyển tiếp sol-gel 20

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

ÁN

- Đồng kết tủa là phương pháp lien quan đến mọc, kết tụ, tạo hạt, phát triển… - Phản ứng đồng kết tủa xảy ra nhờ các tính chất sau: + Sản phẩm thường là loại không tan được hình thành dưới điều kiện quá bão hòa. + Tạo hạt là bước chìa khóa , 1 lượng lớn các hạt nhỏ sẽ được tạo. + Các phản ứng thứ cấp như quá trình “Ostwald repending”

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

H Ư

TR ẦN

10 00

Í-

-L

6. Phương pháp đồng kết tủa:

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Trong quá trình sol-gel các phần tử trung tâm trải qua 2 phản ứng hóa học cơ bản là phản ứng thủy phân và phản ứng ngưng tụ (dưới xúc tác axit hoặc bazơ) để hình thành một mạng lưới trong toàn dung dịch từ các chất gốc (alkoxide precursor - Từ các muối kim loại tương ứng ban đầu được tính toán theo tỷ lệ xác định và được hòa thành dung dịch. - Từ dung dịch này hệ keo của các hạt rắn phân tán trong chất lỏng Trong quá trình sol-gel các precursor (hợp chất ban đầu ) được xử lí qua 1 loạt quá trình thủy phân và phản ứng polymer hóa tạo ra được keo huyền phù (sol). - Ưu điểm: + Có thể tạo ra màng phủ liên kết mỏng để mang đến sự dính chặt rất tốt giữa vật liệu kim loại và màng. + Có thể tạo ra màng dày cung cấp cho quá trình chống ăn mòn; + Có thể dễ dàng tạo các vật liệu có hình dạng khác nhau; + Có thể sản xuất được những sản phẩm có độ tinh khiết cao + Khả năng thiêu kết ở nhiệt độ thấp; + Có thể điều khiển được cấu trúc của vật liệu; + Tạo được hợp chất với độ pha tạp lớn; + Độ khuyếch tán đồng đều; + Làm việc ở nhiệt độ thấp cho hiệu quả kinh tế cao, đơn giản, để sản xuất những màng có chất lượng cao - Nhược điểm: +Khó duy trì độ tinh khiết +Gồm nhiều bước tiến hành phức tạp (hiệu suất thấp), tốn thời gian. +Chỉ có duy nhất đế có nhiệt độ cao

HIGHLEVEL CROWN 2017

VD: Hạt nano Kẽm sunfit (ZnS NPs) được tạo ra từ dd kẽm acetate và thioacetamit. S H3C

2H2O

→

H2S +

CH3COO¯

NH4¯ 21

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 + Zn2+

NH2

ZnS →

ZnS

7. Phương pháp khử hóa học:

U Y

- Tóm tắt: Chất khử + Chất phủ - Phản ứng: Mn+ + ne → M

Mn+: ion KL, nhân tố cho e

ẠO

e: cho đi phù hợp với tác nhân khử

HAuCl4 + Na3C6H5O7 (Sodium Citrate)

VD1: Hạt nano vàng (Au NPs):

TR ẦN

H Ư

- Tác nhân khử: các hợp chất có khả năng khử (Al, Fe2+, NaBH4, N2H4…) - Dung môi: (do thường xảy ra trong pha lỏng) H2O hoặc các hợp chất hidrocacbon thể lỏng từ C1 ÷ C4 (rượu đa chức, ete,…) - Chất bao bọc: các chất HĐBM (các chất có khả năng liên kết với BM) - Các thông số: nhiệt độ, thời gian, nồng độ, tỉ lệ số mol. - Vật liệu nano có thể tổng hợp: KL hiếm.

ÁN

-L

Í-

10 00

- Đầu tiên Citrate phân ly thành C6H5O73¯ , nó sẽ khử Au3+ thành hạt vàng thu được cỡ khoảng 30 – 40nm. - Bán phản ứng: Au3+(aq) + 3e → Au(s) C6H5O73¯(aq) + H2O(l) → C5H4O42¯(aq) + CO2(g) + 2e - Các bước: + Đun sôi HAuCl4 đến khi hồi lưu. HAuCl4 là muối vàng tan được trong nước. + Thêm tác nhân khử Citrate. + Khuấy và đun trong 10ph. Muối Citrate khử muối vàng Au3+ → Au0 Các hạt vàng kết tụ thành mầm tinh thể Mầm tinh thể tiếp tục phát triển và trở thành các hạt nano Au

TO ÀN Đ

IỄ N D

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

M: vật liệu nano cần tổng hợp

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

S2¯

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Zn2+ +

VD2: Hạt nano Molipden (Mo NPs) - Kích thước từ 1-5nm, xảy ra ở nhiệt độ phòng. - Sử dụng muối MoCl3 là chất khử, dung môi Toluene với NaBEt3H. - Phản ứng: MoCl3 + 3NaBEt3H → Mo + 3NaCl + …

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

VD: tổng hợp hạt nano BaTiO3

+ pứ: Ba(OH)2 + TiO2 → BaTiO3 (hạt nano)

Í-

+ ĐK: 300 – 450oC, thủy luyện

ÁN

-L

+ 2 cơ chế đề xuất:

i) Hòa tan và tái kết tinh ii) Kết tinh tại chỗ

i) Cơ chế hòa tan và tái kết tinh:

IỄ N

ÀN

+ BaTiO3 được hình thành ở 150oC

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

TR ẦN

- Thường theo sau một mô hình tạo mầm trong pha lỏng - Khác với cơ chế của phản ứng ở trạng thái rắn ở sự khuếch tán của nguyên tử hay ion giữa các chất phản ứng - Do sự tăng cường khả năng hòa tan: độ tan trong nước tăng theo nhiệt độ, nhưng độ tan trong kiềm tăng rất nhanh cùng với sự gia tăng của nhiệt độ

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

N H Ư

9. Phương pháp thủy luyện:

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Nhiệt phân phun: + Sử dụng ống phun để đưa các giọt rất nhỏ của dung dịch tiền chất vào. + Tương tự như phương pháp phân hủy sol – khí, các giọt sẽ được chuyển hóa thành các hạt phân tử nhỏ. + Phản ứng được diễn ra trong các giọt dung dịch, được cuốn theo hơi dung môi. - Nhiệt phân laser (phương pháp quang nhiệt): + Các tiền chất được làm nóng và hấp thụ năng lượng laser. + Cho phép làm nóng cục bộ và làm lạnh nhanh. + Laser hồng ngoại (CO2) được dùng là năng lượng hấp thụ cho các tiền chất, hoặc các chất quang trơ (SF6). + Laser xung rút ngắn thời gian phản ứng, cho phép tạo ra các hạt có kích thước nhỏ hơn.

8. Phương pháp nhiệt phân:

+ Khi thay đổi tỉ lệ nước/isopropanol trong quá trình tổng hợp ở 150oC, kích thước hạt BaTiO3 giảm khi lượng ancol tăng + Quan sát ảnh TEM của các bột chưa phản ứng hoàn toàn (??? Incompletely reacted powders) thấy rằng các hạt BaTiO3 hoặc kết tinh hoàn toàn hoặc ở dạng vô định hình, có nghĩa là sự tạo mầm là đồng nhất và đang phát triển hạt; thay thế cho quá tình tạo mầm bất đối xứng 23

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

+ Ảnh TEM độ phân giải cao của các bột đã phản ứng hoàn toàn cho thấy sự hiện diện của các chỗ thắt giữa các hạt nano. Đã có 3 thực nghiệm trong hệ phản ứng giống nhau đưa ra bằng chứng thuyết phục về cơ chết hòa tan –tái kết tinh như một cơ chế phản ứng căn bản

ii) Cơ chế kết tinh tại chỗ:

- Tổng kết

+ Ưu điểm: tạo ra các vật liệu mới; đơn giản; khá rẻ

10 00

+ Nhược điểm: khó điều khiển hình dạng & kích thước; không phù hợp cho tất cả các loại vật liệu; có thể thu được các hạt với kích thước thay đổi

+ Thủy luyện liên quan đến các phản ứng hóa học của vật liệu trong dung dịch được đun nóng (thường cao hơn nhiệt độ sôi) trong bình kín

-L

Í-

+ Dung dịch kiềm thường được dùng để tăng độ tan (cho phản ứng hòa tan – kt)

ÁN

+ khó có thể dự đoán được hình dạng của sản phẩm

ÀN

+ Thủy luyện dùng để tổng hợp các nano oxit mà có khả năng tan tốt trong môi trường kiềm

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

H Ư

+ Với phản ứng hòa tan – kết tủa, sự hòa tan (KQ là kết tủa) phải nhanh để đảm bảo dòng ổn định của các chất phản ứng

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

N U Y D

ẠO

+ Với chuyển hóa tại chỗ, sự hình thành của sản phẩm xốp tạo điều kiện cho sự chuyển giao giữa các loại phản ứng, dẫn tới phản ứng dễ dàng hơn

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

+ Các hạt TiO2 không tan phản ứng với ion Ba2+ và OH-

IỄ N

CHƯƠNG V: VẬT LIỆU NANO KIM LOẠI Câu 1: Phương pháp điều chế Đối với hạt nano kim loại như hạt nano vàng, bạc, bạch kim,… thì phương pháp thường được áp dụng là phương pháp từ dưới lên. Nguyên tắc là khử các ion kim loại như Ag+, Au+ để tạo thành các nguyên tử Ag và Au. Các nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo ra hạt nano 24

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ÁN

-L

Í-

- Phương pháp khử vật lý : Phương khử vật lí dùng các tác nhân vật lí như điện tử , sóng điện từ năng lượng cao như tia gamma , tia tử ngoại , tia laser khử ion kim loại thành kim loại. Dưới tác dụng của các tác nhân vật lí, có nhiều quá trình biến đổi của dung môi và các phụ gia trong dung môi để sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại. Ví dụ, dùng chùm laser xung có bước sóng 500 nm, độ dài xung 6ns, tần số 10 Hz, công suất 12-14 mJ chiếu vào dung dịch có chứa AgNO3 như là nguồn ion kim loại và Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) như là chất hoạt hóa bề mặt để thu được hạt nano bạc.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

- Phương pháp khử hóa học : dùng các tác nhân hóa học để khử ion KL thành KL. Các tác nhân hóa học thường ở dạng dung dịch lỏng nên còn gọi là phương pháp hóa ướt, là phương pháp từ dưới lên. Dung dịch ban đầu có chứa các muối của các kim loại như HAuCl4, H2PtCl6, AgNO3. Tác nhân khử ion kim loại Ag+, Au+ thành Ag0, Au0; là các chất hóa học như ax citric, vitamin C, Sodium Borohydride NaBH4, Ethanol (cồn), Ethylene Glycol (phương pháp sử dụng các nhóm rượu đa chức còn gọi là phương pháp polyol). Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc chất hoạt hóa bề mặt. Phương pháp tĩnh điện đơn giản nhưng bị giới hạn bởi một số chất khử. Phương pháp bao phủ phức tạp nhưng vạn năng hơn, hơn nữa phương pháp này có thể làm cho bề mặt hạt nano có các tính chất cần thiết cho các ứng dụng. Các hạt nano Ag, Au, Pt, Pd, Rh với kích thước từ 10 đến 100 nm có thể được chế tạo từ phương pháp này.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Phương pháp ăn mòn laser : là phương pháp từ trên xuống. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt trong một dung dịch có chứa một chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm Laser xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1-3 mm. Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001 đến 0,1 M.

IỄ N

- Phương pháp khử hóa lý : là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lí. Nguyên lí là dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. Phương pháp điện phân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại. Trước khi xảy ra sự hình thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bám lên điện cực âm. Khi tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch. 25

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

ÁN

- Tính chất điện : Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong đó. Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng (phonon). Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dưới tác dụng của điện trường (U) có liên hệ với nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại. Định luật Ohm cho thấy đường I-U là một đường tuyến tính. Khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả của quá trình lượng tử hóa này đối với hạt nano là I-U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường I-U bị nhảy bậc với giá

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

ẠO

- Tính chất quang học: tính chất quang học của hạt nano vàng, bạc trộn trong thủy tinh làm cho các sản phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau. Các hiện tượng đó bắt nguồn từ hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt; do điện tử tự do trong hạt nano hấp thụ ánh sáng chiếu vào. Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dưới tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng. Thông thường các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước. Nhưng khi kích thước của kim loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì hiện tượng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích. Do vậy, tính chất quang của hạt nano có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất. Ngoài ra, mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Câu 2: Tính chất của vật liệu nano KL

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

- Phương pháp khử sinh học: Dùng vi khuẩn là tác nhân khử ion kim loại . Người ta cấy vi khuẩn MKY3 vào trong dung dịch có chứa ion bạc để thu được hạt nano bạc. Phương pháp này đơn giản, thân thiện với môi trường và có thể tạo hạt với số lượng lớn.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C cho U và e/RC cho I, với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực

ÁN

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-L

Í-

10 00

Các ứng dụng đều liên quan đến những tính chất khác biệt của hạt nano. Những ứng dụng đầu tiên là liên quan đến tính chất quang của chúng. Người ta trộn hạt nano vàng, bạc vào thủy tinh để chúng có các màu sắc khác nhau. Gần đây người ta đã phát hiện ra rất nhiều ứng dụng khả dĩ của hạt nano vàng để tiêu diệt tế bào ung thư . Trong đó, hạt nano vàng được kích thích bằng ánh sáng laser xung, do hiện tượng hấp thụ cộng hưởng Plasmon mà hạt nano dao động trở nên nóng bỏng, có khi lên đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của vàng. Quá trình tăng nhiệt này gây ra một sóng xung kích tiêu diệt tế bào ung thư trong đường kính hàng mm. Hạt nano vàng bọc bởi các nguyên tử Gd (có mô men từ nguyên tử lớn nhất) còn được dùng để làm tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ hạt nhân (MRI). Rất gần đây, người ta còn tạo ra nguyên tử nhân tạo từ hai hạt nano vàng mở ra khả năng ứng dụng lớn trong tương lai.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Câu 3: Ứng dụng của vật liệu nano KL

TR ẦN

H Ư

ẠO

- Tính chất nhiệt : Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Như vậy, nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm. Ví dụ, hạt vàng 2 nm có Tm = 500°C, kích thước 6 nm có Tm = 950°C.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Tính chất từ: Các kim loại quý như vàng, bạc,… có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù trừ cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa và vật liệu có từ tính tương đối mạnh. Các kim loại có tính sắt từ ở trang thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, cô ban, ni ken thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường bị ngắt đi, tức là từ dư và lực kháng từ hoàn toàn bằng không.

IỄ N

CHƯƠNG VI(1): VẬT LIỆU NANO CARBON

Các dạng tồn tại và đặc điểm của vật liệu nano cacbon - Than chì: là dạng tồn tại phổ biến nhất của C, có màu đen, tỉ trọng nhỏ và thường gặp trong tự nhiên. Cấu trúc của than chì là các lớp mạng lục giác các nguyen tử C lai hóa sp2. Các lớp này liên kết với nhau bằng lực hút Van der Wall. Khoảng cách giữa 2 nguyên tử C là 1,42 A0. 27

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 - Kim cương: là dạng tinh thể được tạo thành từ các nguyên tử C, có cấu trúc tứ diện, trạng thái lai hóa là sp3. Với đặc tính đặc biệt như rất cứng, truyền nhiệt tốt, thẩm mỹ cao.. kim cương được sử dụng nhiều trong thực tế.

ÁN

-L

Í-

- Ống nano cacbon: Ống nano cacbon có dạng hình trụ rỗng với đường kính ở kích thước nm (1-20nm ). Ống nano cacbon có chiều dài từ vài nm đến µm. Liên kết hóa học của các ống nano được cấu thành từ các liên kết sp2, tương tự với than chì. Cấu trúc lên kết này mạnh hơn cấu trúc liên kết sp3 trong kim cương atjo ra những phân tử với độ bền đặc biệt. Các ống nano thường tự sắp xếp thành các sợi dây thừng được giữ với nhau bởi lực Van der Wall. Với cấu trúc tinh thể đặc biệt và các tính chất cơ học quý (nhẹ, độ cứng rất lớn), tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, tính chất phát xạ điện từ mạnh… Ống nano carbon đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

10 00

TR ẦN

H Ư

Bởi vậy, vật liệu này đã và đang được nghiên cứu mạnh mẽ cho nhiều lĩnh vực ứng dụng quan trọng như tích trữ năng lượng, pin mặt trời, transistors, xúc tác, cảm biến, vật liệu polymer tổ hợp. - Graphit là một trong những vật liệu mềm nhất, là chất bôi trơn rất tốt,là vật liệu dẫn điện. graphit thông thường mờ Trong than chì mỗi nguyên tử được liên kết theo kiểu tam giác với 3 nguyên tử khác, tạo thành các lưới 2 chiều của các vòng 6 thành viên ở dạng phẳng; các tấm phẳng này liên kết lỏng lẻo với nhau.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

- Graphene là một lớp các nguyên tử carbon được xắp xếp thành mạng lục giác hai chiều (mạng hình tổ ong). Graphene là vật liệu có nhiều tính chất đặc biệt như dẫn nhiệt, dẫn điện tốt, có độ cứng rất lớn (gấp hàng trăm lần so với thép) và nó gần như trong suốt.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Fullerene: là những phân tử cấu thành nên từ những nguyên tử C, chúng có dạng rỗng như mặt cầu, elipsoid. Fullerene có cấu trúc tương tự như than chì, là tổ hợp của lớp than chì có độ dày 1 nguyên tử (gọi là graphene) liên kết với nhau tạo thành vòng lục giác nhưng chúng có thể tạo thành vòng ngũ giác hoặc thất giác.

- Sợi nano cacbon:

IỄ N

+ Sợi nano cacbon là những ống nano cacbon có chiều dài đến 2 cm và gấp 900 lần đường kính. Những sợi nano cacbon này có thể trở thành những vật liệu và bền hơn so với đồng và các vật liệu khác. + Sợi nano cacbon có đường kính từ 7-10 µm, được cấu tạo từ 30.000 sợi đơn. Các sợi đơn gồm những tấm graphit mỏng thẳng, xoắn hoặc cuộn vào nhau. 28

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 → Tuy nhiên trong các dạng tồn tại của Nano cacbon ta chỉ xét vật liệu nano cacbon ống, graphene 1. Vật liệu nano cacbon ống:

*Phân loại: vật liệu nano cacbon ống được chia làm 2 loại chính:

10 00

TR ẦN

H Ư

- Tính chất cơ: Từ bảng các thông số ta thấy, suất Yuong của CNTs gấp khoảng 5 đến 6 lần và độ bền kéo gấp 375 lần so với thép. Trong khí đó khối lượng riêng của CNTs lại nhẹ hơn gấp 3 đến 6 lần so với thép.

Các thông số cơ tính của CNTs và thép Suất Yuong

Độ bền kéo

Mật độ khối lượng

(GPa)

(g/cm3)

1054

150

1,4

1200

150

2,6

208

0,4

7.8

Vật liệu

ÁN

MWCNT

-L

SWCNT

Í-

(GPa)

Steel

IỄ N

ÀN

→CNTs là vật liệu có tính chất cơ rất tốt, bền và nhẹ thích hợp cho việc gia cường các vật liệu như cao su, polymer, kim loại để tăng cường độ bền, độ chống mài mòn và ma sát cho các vật liệu này,

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

*Tính chất: Có 5 tính chất:

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

- Ống nano carbon đa tường (MWCNT)có cấu trúc như nhiều tấm graphene lồng vào nhau và cuộn lại hoặc một tấm graphene cuộn lại thành nhiều lớp

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Ống nano carbon đơn tường (SWCNT) có cấu trúc như một tấm graphene cuộn tròn lại thành hình trụ liền.

- Tính chất điện: Tính chất điện của CNTs phụ thuộc mạnh vào cấu trúc của nó. Tùy thuộc vào cặp chỉ số (n,m) mà nó có thể có tính dẫn điện của kim loại hoặc bán dẫn

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

ÁN

-L

Í-

- Tính chất phát xạ điện tử trường: Sự phát xạ trường là quá trình phát xạ điện tử từ bề mặt của một pha rắn vào chân không, dưới tác dụng của một điện trường tĩnh ( khoảng 108V/cm). Khi áp một điện trường đủ lớn tại bề mặt xuyên hầm qua hàng rào thế và thoát ra ngoài. Với CNTs, do tỷ lệ chiều dài/ đường kính lớn( hơn 1000 lần) cấu trúc dạng tip, độ ổn định hóa, nhiệt cao và độ dẫn điện, dẫn nhiệt cũng rất cao nên khả năng phát xạ điện tử là rất cao, ngay cả điện thế thấp. Do vậy chúng được ứng dụng trong các thiết bị phát xạ điện tử.

*Phương pháp điều chế: Có 4 phương pháp điều chế cacbon nano ống:

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

10 00

TR ẦN

H Ư

- Tính chất hóa học: CNTs có tính chất hóa học mạnh hơn graphene nhưng nó tương đối trơ về mặt hóa học. Do đó để tăng hoạt tính hóa học của CNTs ta phải tạo ra các defect trên bề mặt của ống gắn kết các phân tử hoạt động khác. Ống CNTs có kích thước đường kính càng nhỏ thì hoạt động hóa học càng mạnh. Để tăng hoạt tính hóa học của ống CNTs, người ta thường tạo các sai hỏng trên ống hoặc biến tính bề mặt của ống.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

- Tính chất nhiệt: Nhiều nghiên cứu cho thấy CNTs là vật liệu dẫn nhiệt rất tốt. Độ dẫn nhiệt của SWCNTs có giá trị trong khoảng từ 20-3000W/mK ở trên nhiệt độ phòng so với 400WW/mK của đồng. Vì khả năng dẫn nhiệt tốt này mà CNTs được sử dụng cho việc tản nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất cao.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Phân loại một số đặc trưng dẫn của CNTs

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

Các kỹ thuật chế tạo CNTs bằng phương pháp hồ quang khác:

-L

Í-

+ Chế tạo CNTs bằng hồ quang ngoài không khí

ÁN

+ Chế tạo CNTs bằng hồ quang trong nito lỏng

+ Chế tạo CNTs bằng hồ quang trong từ trường + Chế tạo CNTs bằng hồ quang với điện cực plasma quay

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

D G N H Ư TR ẦN B 10 00

Hệ thiết bị chế tạo CNTs bằng phương pháp hồ quang

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Phương pháp hồ quang: Trong phương pháp này hơi cacbon được tạo ra bằng cách phóng một luồng hồ quang điện giữa 2 điện cực làm bằng cacbon có hoặc không có chất xúc tác. CNTs tự mọc lên từ hơi cacbon. Hai điện cực cacbon đặt cách nhau 1mm trong buồng khí trơ (He hoặc Ar) ở áp suất thấp ( giữa 50 và 700 mbar). Một dòng điện có cường độ 50-100 A được điều khiển bởi thế khoảng 20V tạo ra sự phóng điện hồ quang nhiệt độ cao giữa hai điện cực cacbon. Luồng hồ quang này làm bay hơi 1 điện cực cacbon và lắng đọng trên điện cực còn lại tạo ra sản phẩm là SWCNTs hoặc MWCNTs tùy theo việc có chất xúc tác kim loại( thường là Fe, Co, Ni, Y, Mo) hay không. Hiệu suất tạo ra CNTs phụ thuộc vào môi trường plasma và nhiệt độ điện cực nơi cacbon lắng đọng. Với điện cực là cacbon tinh khiết ta thu được MWCNTs, còn khi có kim loại xúc tác ( Ni, Co, Fe) ta thu được SWCNTs.

IỄ N

- Phương pháp dùng nguồn laser: + Phương pháp này sử dụng nguồn laze năng lượng cao bắn phá bia graphite trong lò khoảng 12000C. Trong lò có chứa khí trơ He hoặc Ne nhằm mục đích giữ áp suất trong lò ở 500 torr và đóng vai trò của khí mang khi đưa hơi cacbon về phía cực lắng đọng + Các nguyên tử, phân tử cacbon lắng đọnglại tạo thành các đám fullerene và MWCNTs. Sản phẩm tạo thành có thể là SWCNT hoặc MWCNT phụ thuộc vào 31

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

IỄ N

ÀN

ÁN

-L

Í-

10 00

- Phương pháp lắng động pha hơi hóa học (CVD) : + Phương pháp này thường sử dụng nguồn cacbon là các hydrocacbon ( CH4, C2H2) hoặc CO và sử dụng năng lượng nhiệt hoặc plasma hay laser để phân ly các phan tử khí thành các nguyên tử cacbon hoạt hóa. Các nguyên tử cacbbon này khuếch tán xuống đế và lắng đọng lên các kim loại xúc tác (Fe, Co, Ni) và CNTs được tạo thành

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

Hệ thiết bị chế tạo CNTs bằng phương pháp nguồn laser

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

.Q H Ư

ẠO

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

có sử dụng hay không chất xúc tác kim loại ( Fe, Co, Ni, Y, Mo) . CNTs được chế tạo bằng phương pháp này có độ tinh khiết cao hơn so với phương pháp hồ quang điện.

Hệ thiết bị chế tạo CNTs bằng phương pháp CVD + Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học thường tạo ra ống nano cacbon đa lớp hoặc đơn lớp với độ sạch không cao. Tuy nhiên phương pháp này có ưu điểm là dễ chế tạo và rẻ tiền. Một số kỹ thuật CVD thường dùng để chế tạo CNTs: 32

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 Phương pháp CVD nhiệt Phương pháp CVD tăng cường plasma

Phương pháp CVD xúc tác alcohol

Phương pháp CVD nhiệt có laser hỗ trợ

TR ẦN

*Ứng dụng:

10 00

- Các ứng dụng tích trữ năng lượng: CNTs có khả năng tích trữ năng lượng cao và tốc độ truyền tải điện tử nhanh. Bởi vậy CNTs thường được nghiên cứu ứng dụng cho các pin nhiên liệu. Pin nhiên liệu loại này có hiệu suất rất cao . - Ứng dụng trong các linh kiện điện tử:

ÁN

-L

Í-

+ Thiết bị phát xạ điện tử trường: Yêu cầu chung là ngưỡng thế phát xạ của vật liệu phải thấp, mật độ dòng phải có độ ổn định cao, vật liệu phát xạ phải có đường kính nhỏ cỡ nanomet, cấu trúc tương đối hoàn hảo, độ dẫn điện cao, độ rộng khe năng lượng nhỏ và ổn định về mặt hóa học. Các điều kiện này, vật liệu CNTs đáp ứng đầy đủ. Hơn nữa, CNTs lại tương đối trơ về mặt hóa học nên có độ ổn định về mặt hóa học rất cao. Vì vậy CNTs được sử dụng cho các thiết bị phát xạ điện tử trường như: transistor hiệu ứng trường, các thiết bị hiển thị bản mỏng, tip STM, AFM + Đầu dò nano: Do tính dẻo dai và khả năng dẫn điên nên CNTs được sử dụng như các đầu dò quét trong các thiết bị kính hiển vi điện tử AFM và STM. Ưu điểm của các đầu dò loại này là độ phân giải được cải thiện hơn nhiều so với các tip Si hoặc các tip kim loại mà không phá mẫu (do CNTs độ đàn hồi cao). Các ống gắn các nhóm chức năng (COOH) để tăng các tương tác hóa, sinh. Các tip này có thể được sử dụng như các đầu dò phân tử, ứng dụng trong các lĩnh vực hoá học và y sinh.

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

ẠO

- Phương pháp nghiền bi và ủ nhiệt: Dùng bình thép không rỉ chứa các bi thép không rỉ với độ cứng cao sau đó đổ bột graphit với độ tinh khiết 98%. Bình thép được thổi khí Argon với áp suất 300 kPa. Quay bình để bi nghiền bột graphit trong khoảng 15h. Sau khi nghiền bột có rất nhiều ống cacbon đa tường. Quá trình nghiền các hạt graphit tạo ra mầm để phát triển ống nano cacbon và khi nung ủ nhiệt, các mầm đó phát triển thành các ống nano cacbon.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

Phương pháp CVD với xúc tác Co-Mo ( CoMoCat)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Phương pháp mọc pha hơi

+ Các ứng dụng sensor: Thông thường, vật liệu CNTs được biến đổi trước khi ứng dụng vào các sensor để tăng khả năng tương tác hóa học cũng như đặc tính tương 33

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

*Tính chất:

TR ẦN

H Ư

- Tính chất cơ: Graphene có cấu trúc bền vững ngay cả ở nhiệt độ bình thường. Độ cứng của graphene lớn hơn rất so với các vật liệu khác (Cứng hơn cả kim cương và gấp khoảng 200 lần so với thép). Đây là nhờ các liên kết cacbon- cacbon trong graphene cũng như sự vắng mặt của bất cứ khiếm khuyết nào trong phần căng cao độ nhất của màng graphene.

-L

Í-

10 00

- Tính chất điện và nhiệt: Ở dạng tinh khiết, graphene dẫn điện nhanh hơn bất cứ chất nào khác ở nhiệt độ bình thường. Graphene có thể truyền tải điện năng tốt hơn đồng gấp 1 triệu lần. Hơn nữa, các electron đi qua graphene hầu như không gặp điện trở nên ít sinh nhiệt. Bản thân graphene cũng là chất dẫn nhiệt, cho phép nhiệt đi qua và phát tán rất nhanh. Độ dẫn nhiệt của graphene cỡ 5000 W/m.K. Bên cạnh đó người ta còn quan sát được hiệu ứng Hall lượng tử của graphene ngay tại nhiệt độ phòng.

ÁN

- Một số tính chất khác: Graphene là vật liệu rất mỏng và gần như trong suốt với ánh sáng

ÀN

*Các phương pháp tổng hợp:

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO D

2. Graphene:

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Vật liệu gia cường: CNTs có độ cứng lớn, chống mài mòn tốt, nhẹ nên thường được sử dụng để gia cường trong các vật liệu composite như CNTs với polymer, CNTs với cao su, hoặc CNTs với kim loại. Các vật liệu composite thường có đặc tính cơ lý tốt, độ bền, dẻo cao và dẫn điện tốt.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

tác hay hấp thụ có chọn lọc, tùy theo yêu cầu của từng ứng dụng. Chẳng hạn với các sensor xác định nồng độ cồn cực thấp sử dụng vật liệu CNTs thì vật liệu CNTs phải được biến đổi trước để tạo các nhóm COOH trên bề mặt. Các nhóm này sẽ tương tác với phân tử ethanol (CH3CH2OH) và gắn các phân tử này lên bề mặt CNTs, làm thay đổi độ dẫn điện của vật hấp thụ. Từ sự thay đổi này, nồng độ cồn được hấp thụ có thể xác định được.

- Từ trên xuống (Top down)

IỄ N

+ Phương pháp cắt vi cơ (micromechanical cleavage): phương pháp này tách graphite thành những miếng mỏng bằng cách nạo hoặc chà graphite vào một mặt phẳng khác, từ đó có thể gỡ những miếng graphite với độ dày khoảng 100 nguyên tử. + Phương pháp sử dụng băng keo: Phương pháp này sử dụng băng keo để tách các lớp graphite thành graphene. Tấm graphite được gắn lên một miếng băng keo đặc biệt, dán hai đầu lại với nhau, rồi mở băng keo ra... Cứ làm như vậy nhiều lần cho đến 34

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 khi miếng graphite trở nên thật mỏng.Qua đó, mảnh graphite được tách ra từng lớp một, ngày càng mỏng, sau đó người ta hòa chúng vào acetone. Trong hỗn hợp thu được có cả những đơn lớp carbon chỉ dày 1 nguyên tử.

10 00

TR ẦN

+ Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học (CVD):Lắng đọng pha hơi hóa học là quá trình sử dụng để lắng đọng và phát triển màng mỏng, tinh thể từ các tiền chất dạng rắn, lỏng, khí của nhiều loại vật liệu. Có nhiều loại CVD khác nhau như lắng đọng pha hơi nhiệt hóa học, lắng đọng pha hơi hóa học tăng cường plasma…

ÁN

-L

Í-

+ Phương pháp lắng đọng pha hơi nhiệt hóa học ( thermal CVD) trên đế kim loại: Đây là một phương pháp mới, hiệu quả được sử dụng để tổng hợp graphene. Trong phương pháp này các tiền chất được sử dụng đều thân thiện với môi trường và có giá thành thấp.Các đế kim loại sử dụng ở đây thường là các lá Ni, Cu, Co .Ngoài ra graphene cũng có thể tổng hợp trên một số đế bán dẫn để phục vụ cho các ứng dụng trong lĩnh vực điện tử. Nhược điểm của phương pháp này là chất lượng sản phẩm thấp (do có nhiều sai hỏng trong mạng tinh thể) + Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học tăng cường plasma: Đây là một phương pháp hiệu quả dùng để tổng hợp graphene với diện tích lớn.Ưu điểm nổi trội của phương pháp này so với phương pháp thermal CVD là tổng hợp graphene tại nhiệt độ thấp. Graphene được tổng hợp từ methane ở nhiệt độ dưới 5000C .

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

- Từ dưới lên (bottom up)

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

Nhìn chung,các phương pháp này sử dụng năng lượng cơ học, năng lượng hóa học để tách các tấm graphite có độ tinh khiết cao thành các lớp đơn graphene riêng lẻ. Chúng có ưu điểm là chế tạo đơn giản, rẻ tiền và không cần các thiết bị đặc biệt.Tuy nhiên, nhược điểm của chúng là chất lượng màng không đồng đều, độ lặp lại thấp, không thể chế tạo với số lượng lớn và khó khống chế.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

+ Phương pháp bóc tách pha lỏng: Các phương pháp trên dùng để tạo graphene trong môi trường chân không hoặc môi trường khí trơ. Ở đây, chúng ta có thể sử dụng năng lượng hóa học để tách các lớp graphene từ graphite. Quá trình bóc tách pha lỏng bao gồm ba bước: (1) phân tán graphite trong dung môi, (2) bóc tách, (3) lọc lấy sản phẩm.

+ Phương pháp Epitaxy chùm phân tử: lá phương pháp sử dụng năng lượng của chùm phân tử tạo ra hơi carbon và lắng đọng chúng trên đơn tinh thể trong chân không siêu cao. Đây là một phương pháp đầy hứa hẹn dùng để chế tạo graphene với độ tinh khiết cao trên nhiều loại đế khác nhau. Graphene chế tạo theo phương pháp này phù hợp cho các thiết bị có yêu cầu cao về chất lượng và độ tinh khiết 35

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 *Ứng dụng:

ÁN

-L

- Ứng dụng trong cảm biến: Một trong những ứng dụng hứa hẹn của graphene là trong các cảm biến khí, cảm biến sinh học. Nguyên lý hoạt động của các cảm biến dựa trên sự thay đổi độ dẫn của graphene khi hấp thụ các nguyên tử, phân tử lên bề mặt của nó. Các cảm biến sử dụng graphene có độ nhạy cao và giới hạn phát hiện nhỏ.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

H Ư

Í-

10 00

TR ẦN

- Màn hình ti vi cảm ứng: Các nhà nghiên cứu người Anh đã chế tạo ra một màn hình tinh thể lỏng tí hon bằng cách sử dụng Graphene. Để tạo ra các màn hình tinh thể lỏng bằng graphene, các nhà nghiên cứu đã phân hủy các mảnh graphite thành graphene, và phun xịt các thể vẩn thu được lên một bề mặt thủy tinh. Khi bề mặt hòa tan được sấy khô, các nhà nghiên cứu đã lựa ra những mảnh nhỏ và sử dụng chúng như các cực điện cho màn hình tinh thể lỏng nhỏ.Màn hình tinh thể lỏng này rất nhỏ bé, chỉ bằng một độ phân giải pixel và kích cỡ khoảng bằng 1 micromet. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu cho biết, nếu như con số này được nâng cấp thì độ phân giải sẽ gần giống như màn hình điện thoại di động.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

- Chip máy tính: Các nhà nghiên cứu đã tạo ra được chiếc bóng bán dẫn nhỏ nhất trên thế giới- có bề dày chỉ bằng một nguyên tử và rộng 10 nguyên tử từ Graphene. Về bản chất nó là một công tắc bật tắt. Chiếc bóng bán dẫn là thiết bị quan trọng của một bảng vi mạch và là nền tảng của bất cứ thiết bị điện tử nào. Những chiếc bóng bán dẫn này sẽ làm việc với điều kiện nhiệt độ trong phòng - giống như yêu cầu đối với các thiết bị điện tử hiện đại khác. Bóng bán dẫn Graphene càng nhỏ lại càng hoạt động tốt. Bóng bán dẫn được chế tạo bằng cách lắp Graphene vào một mạch điện siêu nhỏ

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

- Dây dẫn và điện cực trong suốt: Graphene là vật liệu trong suốt và có tính dẫn điện tốt nên nó có tiềm năng dùng làm dây dẫn trong suốt trong các tấm pin mặt trời và các thiết bị điện tử gia dụng khác. Các dây dẫn hoặc điện cực graphene này sẽ là vật liệu thay thế rẻ hơn và mềm dẻo hơn nhiều so với các loại vật liệu hiện đang được sử dụng trong các tấm pin mặt trời và các thiết bị điện tử dẻo khác.

IỄ N

CHƯƠNG VII: ỨNG DỤNG VẬT LIỆU NANO 1. Ứng dụng của vật liệu nano •

Y học

 Trong việc điều trị bệnh ung thư: Nhiều phương pháp điều trị khác nhau đã được thử nghiệm để có thể hạn chế các khối u phát triển và tiêu diệt chúng ở cấp độ tế bào. 36

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

Nghiên cứu sử dụng các hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư đã cho kết quả rất khả quan. Các hạt nano này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ thể và được tăng nhiệt độ bằng tia laser hồng ngoại chiếu từ bên ngoài để có thể tiêu diệt các khối u.

ÁN

Trong sinh dược học, đôi khi người ta cần phải phân tách một loại tế bào đặc biệt nào đó ra khỏi các tế bào khác. Hạt từ nano có tính tương hợp sinh học (biocompatible) được dùng để làm điều đó. Quá trình này gồm hai giai đoạn: dán nhãn cho tế bào (labelling) bằng các hạt nano từ; và phân tách các tế bào được dán nhãn bằng các dụng cụ phân tách. Các hạt nano từ được phủ bởi một loại hóa chất, thường được dùng là chất hoạt hóa bề mặt (surfactant) để làm tăng độ tương hợp sinh học và làm tăng khả năng ổn định trong dung dịch của hạt nano. Cơ chế dán nhãn tế bào giống như cơ chế mà các kháng thể nhận ra các kháng nguyên trong cơ thể.

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-L

Í-

 Phân tách tế bào

10 00

TR ẦN

Vật liệu nano có khả năng ứng dụng trong sinh học vì kích thước của nano so sánh được với kích thước của tế bào (10-100 nm), virus (20-450 nm), protein (5-50 nm), gen (2 nm rộng và 10-100 nm chiều dài). Với kích thước nhỏ bé, cộng với việc “ngụy trang” giống như các thực thể sinh học khác và có thể thâm nhập vào các tế bào hoặc virus. Ứng dụng của vật liệu từ nano trong sinh học thì có rất nhiều, đó là phân tách tế bào (magnetic cell separation), dẫn truyền thuốc (drug delivery), thân nhiệt cao cục bộ (hyperthermia), tăng độ sắc nét hình ảnh trong cộng hưởng từ hạt nhân (MRI contrast enhancement). Vật liệu nano dùng trong các trường hợp này là các hạt nano.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Sinh học

H Ư

•

ẠO

 Trong tương lai không xa, công nghệ Nano sẽ giúp con người chống lại căn bênh ung thư quái ác, bao gồm cả căn bênh ung thư khó chữa nhất như ung thư não, các bác sĩ sẽ có thể dễ dàng điều trị mà không cần mở hộp sọ của bệnh nhân hay bất kỳ phương pháp hóa trị độc hại nào.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

 Không chỉ dừng lại ở đó, các nhà khoa học còn nghiên cứu một dự án nanorobot vô cùng đặc biệt. Với những chú robot có kích thước siêu nhỏ có thể đi vào bên trong cơ thể con người để đưa thuốc điều trị đến những bộ phận cần thiết. Việc cung cấp thuốc một cách trực tiếp như vậy sẽ làm tăng khả năng cũng như hiệu quả điều trị.

Ví dụ nếu ta phủ một lớp hóa chất miễn dịch đặc hiệu bên ngoài hạt nano thì chúng có thể bám vào các tế bào máu, các tế bào ung thư, vi khuẩn hoặc các thể golgi. Để phân tách các tế bào được đánh dấu, người ta dùng một dụng cụ tạo ra gradient từ trường bằng cách đặt một thanh nam châm chẳng hạn để hút các hạt nano từ đang liên 37

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 kết với các tế bào và bằng cách đó, các tế bào được tách khỏi các tế bào khác không được đánh dấu.

Í-

10 00

 Không chỉ dừng lại ở công dụng diệt khuẩn, khử mùi, công nghệ nano có thể biến chiếc áo bạn đang mặc thành một trạm phát điện di động. Sử dụng các nguồn năng lượng như năng lượng mặt trời, gió và với công nghệ nano bạn sẽ có thể sạc điện cho smartphone của mình mọi lúc mọi nơi. Ứng dụng này còn được sử dụng rộng rãi hơn với ý tưởng chế tạo những chiếc buồm bằng vật liệu nano, với khả năng chuyển hóa năng lượng tự nhiên thành điện năng. Tuy nhiên ứng dụng này vẫn đang trong quá trình thử nghiệm.

ÁN

-L

 Ứng dụng của công nghệ nano trên các loại vải khiến chúng không thấm nước và bụi bẩn, bạn có thể thấy điều tương tự khi những giọt nước lăn trên bề mặt của lá sen. Bề mặt của lá sen được bao phủ bởi một lớp lông đặc biệt có kích thước cỡ nanomet, khiến những giọt nước không thể ngấm hay bám vào bề mặt của lá. Mô phỏng điều này, các nhà khoa học đã tạo ra một lớp ống nano siêu nhỏ trên bề mặt của vải và từ đó tạo ra những bộ quần áo không thấm nước và chống bụi bẩn.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

TR ẦN

H Ư

ẠO

• May mặc  Việc áp dụng các hạt nano bạc vào ý tưởng vô cùng đặc biệt với loại quần áo có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong quần áo đã trở thành hiện thực. Các hạt nano bạc này có thể thu hút các vi khuẩn và tiêu diệt các tế bào của chúng. Và ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số mẫu quần áo thể thao, quần lót khử mùi, bít tất.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

 Pin nano trong tương lai sẽ có cấu tạo theo kiểu ống nanowhiskers, khiến các cực của pin có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều lần, từ đó giúp nó lưu trữ được nhiều điện năng hơn trong khi kích thước của pin sẽ ngày càng được thu nhỏ lại.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

• Điện tử  Công nghệ nano cũng được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử. Những bộ vi xử lý được làm từ vật liệu nano khá phổ biến trên thị trường, một số sản phẩm như bàn phím, chuột cũng được phủ một lớp nano kháng khuẩn.

IỄ N

 Một ví dụ khắc với loài tắc kè trong dự án nghiên cứu một thiết bị đi trên tường của nhóm nghiên cứu Robert Full tại đại học Berkeley. Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng, mỗi ngón chân của tắc kè được bao phủ bởi một lớp lông có kích thước siêu nhỏ, giúp chúng có thể bám dính vào các bề mặt mịn theo lực van der Waals (độ bám dính giữa các phân tử). Mô phỏng điều đó, các nhà khoa học cũng tạo ra những miếng 38

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 đệm với lớp ống nano siêu nhỏ mà có thể hỗ trợ những người leo núi bám tốt hơn trên các vách đá. • Nông nghiệp

10 00

TR ẦN

 Các nhà khoa học đã tiến hành thử nghiệm thay đổi các loại thực phẩm ở cấp độ nguyên tử và phân tử, khiến các loại thực phẩm này thay đổi hương vị cũng như giàu dinh dưỡng hơn. Điều này đồng nghĩa với việc chúng ta sẽ được thưởng thức những món ăn với hương vị vô cùng lạ mà giá trị dinh dưỡng vẫn cao nhờ công nghệ nano thực phẩm.

ÁN

-L

Í-

 Công nghệ nano cũng sẽ giúp lưu trữ thực phẩm được lâu hơn nhiều lần bằng cách tạo ra những vật liệu đựng thực phẩm có khả năng diệt khuẩn. Chúng ta có thể thấy nhiều loại tủ lạnh hiện nay được phủ một lớp nano bạc bên trong để tiêu diệt vi khuẩn. Thậm chí một số loại hộp thực phẩm cao cấp hiện nay cũng được phủ một lớp bạc nano bên trong. • Năng lượng:

ÀN

 Các nhà khoa học trường Đại học Công nghệ Eindhoven đang đề xuất dự án phát triển pin năng lượng mặt trời mới với hiệu suất hoạt động 65% bằng công nghệ nano.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

H Ư

Công nghệ nano sẽ làm thay đổi cách thức chúng ta ăn các món ăn hàng ngày.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Công nghệ thực phẩm

•

ẠO

Nano đồng có khả năng khử khuẩn, khử nấm giúp cây trồng quang hợp tốt; nano carbon làm tăng khả năng sinh trưởng của cây. Nano bạc tắm cho tôm giống, còn nano canxi, kẽm được dùng như các loại phân vi lượng và thức ăn chăn nuôi.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Ý tưởng ứng dụng vật liệu nano bạc với khả năng siêu diệt khuẩn vào việc phòng và trị các nguồn bệnh do vi khuẩn, vi rút và nấm gây ra trên cây trồng, vật nuôi, bảo quản nông sản đã được các nhà sáng chế nghiên cứu và sản xuất thành công. Những sản phẩm dung dịch – gel nano bạc đã mang đến giải pháp mới cho ngành nông nghiệp sạch.

IỄ N

 Các tấm phim năng lượng mặt trời mỏng hiện nay (loại III/V) có hiệu suất hoạt động khoảng 40%, tuy nhiên giá thành rất cao và chỉ được dùng cho panel mặt trời và vệ tinh. Nếu gắn thêm hệ thống gương, độ tập trung ánh sáng sẽ tăng lên gấp 1000 lần, nhờ đó pin năng lượng có thể sử dụng được cho các thiết bị thu mặt đất với giá thành hợp lý.

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017



Ứng dụng nano bạc trong các thiết bị gia dụng

U Y

Ứng dụng nano bạc:

Ứng dụng các phân tử bạc (công nghệ Nano Silver) để khử khuẩn trong đồ dùng gia đình đang được nhiều hãng sản xuất lựa chọn do đảm bảo được sự an toàn về sức khoẻ.

TR ẦN

H Ư

Ion bạc sử dụng cho dụng cụ đựng thực phẩm chỉ là một lớp tráng các phân tử bạc mỏng trên bề mặt của đồ dùng. Lớp bạc này sẽ chống lại sự xâm nhập và tiêu diệt các loại vi khuẩn. Tất nhiên điều này không có nghĩa là thức ăn sẽ được bảo vệ hoàn toàn 100% khỏi vi khuẩn khi sử dụng các thiết bị này.

ÁN

-L

Í-

10 00

Đối với các thiết bị gia dụng lớn như máy giặt và máy khử độc thực phẩm thường sử dụng những thanh bạc lớn nguyên chất, có khu vực để riêng biệt và được điện phân dung dịch thành hàng tỉ các ion bạc mỗi lần giặt/xả. Chúng sẽ theo dòng nước bám vào các bề mặt thực phẩm hay vải vóc để "tiêu diệt" vi khuẩn hoặc nấm mốc, ngăn ngừa sự xâm nhập trở lại sau nhiều ngày. Những thanh bạc này có tuổi thọ lên đến 10 năm sử dụng liên tục. Với tủ lạnh và điều hòa, máy lọc không khí, nguyên lý hoạt động của công nghệ phân tử bạc là như nhau vì các ion bạc không được điện phân ra ngoài như trong máy giặt mà chúng được khử trực tiếp khi không khí bị hút vào hệ thống lọc này.

IỄ N

ÀN

Hệ thống lọc sẽ không cho phép các ion bạc được thoát ra ngoài môi trường, chúng làm nhiệm vụ cô lập những phân tử bụi và vi khuẩn đi theo không khí vào trong, trả lại môi trường (tủ lạnh hay căn phòng) một làn không khí trong lành, có lợi cho sức khỏe hoặc giúp thực phẩm tươi ngon hơn.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

•

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

2. Ứng dụng của một số loại vật liệu nano tiêu biểu

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

 Trong thiết kế pin năng lượng mới, các tế bào năng lượng sẽ được tập hợp lại thành bó dây nano; chính thiết kế bó dây này giúp liên kết các subcell (vùng chuyển tiếp - junction) với nhau. Sau đó mỗi subcell sẽ có nhiệm vụ chuyển đổi 1 màu của ánh sáng mặt trời thành điện năng. Hiệu suất cao nhất đạt được của một tế bào năng lượng mặt trời dạng dây nano hiện nay là 8,4%. Tuy nhiên, nếu được thiết kế thêm 5-10 vùng chuyển tiếp, hiệu suất hoạt động của tế bào có thể lên tới 65%.

Ngoài ra thì một số dòng tủ lạnh không sử dụng hệ thống lọc khí khử khuẩn, mà dùng những lớp tráng ion bạc trực tiếp lên bề mặt bên trong tủ, cũng có tác dụng diệt khuẩn khi vi khuẩn "va chạm" với các bề mặt đó. 

Ứng dụng nano bạc trong sản suất hàng tiêu dùng 40

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

ÁN

Hiện nay, các nhà sản xuất đã sản xuất các hàng tiêu dùng sử dụng tính chất kháng khuẩn của các hạt nano bạc như tủ lạnh, điều hòa và máy giặt. Ngoài ra các loại đồ chơi, quần áo, hộp đựng thực phẩm, chất tẩy quần áo cũng đã sử dụng nano bạc. Một số ứng dụng tiềm năng khác của các hạt nano bạc cũng đang được xem xét áp dụng trong mô cấy sinh học, băng vết thương, v.v...

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-L

Í-

10 00

Thuốc kháng sinh có thể được dùng để tiêu diệt các mầm bệnh do các hạt nano bạc tấn công nhưng vi khuẩn và vi rút đang ngày càng trở nên kháng lại các điều trị bằng thuốc. Các hạt nano bạc tiêu diệt tất cả các bệnh nhiễm nấm, vi khuẩn và vi rút, kể cả các chủng kháng kháng sinh. Tuy nhiên, không phải các loại thuốc kháng sinh đều có hiệu quả đối với tất cả các loại vi khuẩn. Ngoài ra, nghiên cứu còn chỉ ra rằng, vi khuẩn không thể phát triển bất kỳ khả năng miễn dịch nào đối với bạc. Bạc xuất hiện một cách tự nhiên, không độc, không dị ứng, không tích tụ và vô hại đối với cả động vật hoang dã và môi trường.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

TR ẦN

H Ư

ẠO

Tất cả vi khuẩn sử dụng enzym như một lớp “phổi hóa học” để chuyển hóa oxy. Các ion bạc phân hủy enzym và ngăn chặn quá trình hút oxy. Tác động này làm chết tất cả các vi khuẩn, tiêu diệt chúng trong vòng 6 phút. Các vi rút phát triển bằng cách kí sinh trong tế bào sống khác và đưa vào nhân mới để tái tạo và nhân bản, còn tế bào sẽ bị bệnh. Các ion bạc còn ngăn oxy đưa vào tế bào sản sinh ra vi rút và chúng chết do nghẹt thở.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Việc sản xuất các mặt hàng tiêu dùng bằng kim loại bạc nguyên chất hoặc phủ chúng bằng bạc là rất đắt. Tuy nhiên, các nghiên cứu đã phát hiện ra rằng, pha các nguyên liệu khác với hạt nano bạc là một phương pháp thích hợp để khai thác tính chất của bạc. Các hạt nano siêu nhỏ thể hiện các tính chất khác biệt hoặc nổi bật hơn so với nguyên liệu dạng macro. Các hạt nano siêu nhỏ làm cho các hạt có diện tích bề mặt lớn cân đối với khối lượng của chúng. Trường hợp bạc ở dạng hạt nano, cho phép chúng tương tác dễ dàng với các hạt khác và tăng hiệu quả kháng khuẩn. Hiệu quả này lớn tới mức 1 gam hạt nano bạc có thể tạo tính chất kháng khuẩn tới hàng trăm mét vuông chất nền. Hiện nay, các sản phẩm làm bằng những hạt nano bạc đã được các cơ quan FDA, EPA của Mỹ, SIAA của Nhật Bản... chính thức phê chuẩn.

IỄ N

Ngoài ra, hiện nay nano bạc còn ứng dụng sản xuất sợi nhân tạo dùng dệt vải, khăn quần áo có chức năng kháng khuẩn, chống hôi. Trong lĩnh vực hóa học polimer để sản xuất PET, PP, PA, các hại nhựa sẽ được trộn chung vào các hạt nhựa không chứa Nano bạc khác trong quá trình sản xuất, kéo sợi. Nano bạc không chỉ tẩm, phủ lên bề mặt mà được đưa vào trong sản phẩm qua qui trình nóng chảy dùng sản xuất tấm ra trải giường, khăn lau chén, bát, thảm trải nền nhà, túi bọc tấm đệm giường, quần áo (tạp dề, vớ (tất), t-shirts … ) cũng như các sản phẩm vệ sinh khác như quần áo cho 41

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 bệnh viện, quần áo bảo vệ, khẩu trang. Ngoài ra, nano bạc còn dùng trong các qui trình sản xuất khác như sản xuất nhựa nhiệt dẻo, qui trình phun ép các bộ phận, các bình chứa, chai… •

Ứng dụng nano vàng

Í-

 Năng lượng:

Ứng dụng vật liệu nano sử dụng ống nano cacbon

ÁN

-L

Sử dụng cacbon nano ống làm catot của pin Sử dụng silicon bọc ống nano carbon ở cực dương cho pin Li-ion có thể tăng công suất của pin Li-ion lên đến 10 lần

IỄ N

ÀN

Sử dụng làm chất xúc tác thay thế các kim loại quý, bạch kim,… sử dụng trong pin Lithium – không khí có khả năng lưu trữ gấp 10 lần so với pin Lithium – ion, xúc tác trong tế bào nhiên liệu

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

•

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

H Ư

TR ẦN

10 00

Ở trạng thái phân tử Nano, vàng cũng có khả năng cố định các nguyên tử sinh học (kháng nguyên và kháng thể). Vì vậy, các phân tử vàng có thể sử dụng trong rất nhiều xét nghiệm sinh học hay chuẩn đoán y khoa.

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Lĩnh vực khác không kém phần ý nghĩa là sinh học và y học. Các phân tử Nano vàng có đặc tính tự phát nhiệt dưới tác dụng của bức xạ laser. Đặc tính này có thể được sử dụng luân phiên hay bổ sung cho liệu pháp tia X trong chữa trị một số bệnh ung thư. Các nhà khoa học tại viện nghiên cứu Max-Planck nghiên cứu sự phá huỷ của các mô khoẻ mạnh bằng cách sử dụng những viên thuốc trị ung thư bên trong khối u. Để đưa những chất này vào đúng vị trí, các nhà khoa học đã tạo ra những viên nhộng rất nhỏ với kích thước vài Nanomet. Vỏ ngoài viên nhộng được cấu tạo bởi nhiều lớp polyme rất mỏng đặt lên nhau, cho phép chúng vượt qua dễ dàng lớp màng bên ngoài màng tế bào. Trên bề mặt viên nhộng là những phân tử Nano được sử dụng từ những nguyên tử vàng và bạc. Khi đã hấp thụ vào những tế bào trong khối u, viên nhộng sẽ di chuyển bằng tia hồng ngoại. Sức nóng này sẽ đẩy những phân tử vàng và bạc di chuyển khiến viên nhộng vỡ ra và phá vỡ kết cấu những tế bào ác tính. Hiện các nghiên cứu trên chuột đã chứng minh được tính hiệu quả của công nghệ này.

 Chăm sóc sức khỏe:

Sử dụng các ống nano carbon làm cảm biến được nhúng trong một dd gel; có thể được tiêm dưới da để theo dõi mức độ oxit nitric trong máu

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 Cải thiện cấy ghép răng bằng cách thêm vật liệu nano cacbon vào vật liệu cấy ghép

Sử dụng trong chữa trị ung thư. Khi các ống nano kháng thể xâm nhập vào tế bào ung thu và gắn chặt vào chúng, khi ống nano hấp thụ ánh sáng từ một tia laser hồng ngoại, thì chúng sẽ bị tiêu hủy và các khối u kèm theo.

TR ẦN

H Ư

Sử dụng để sản xuất các cảm biến dùng để phát hiện các loại hơi hóa chất, hoạt động dựa trên các phản ứng thay đổi của nano cacbon khi có mặt các loại hơi đó…

10 00

• Ứng dụng vật liệu nano bằng Graphene  Sản xuất chất xúc tác làm từ graphene pha tạp với coban có thể được sử dụng để sản xuất hydro từ nước, có chi phí thấp hơn thay thế cho các chất xúc tác dựa platimum.

 Việc sử dụng graphene thay vì indium trong sản xuất màn hình OLED giúp tiết kiệm chi phí, loại bỏ việc sử dụng các kim loại, có thể làm cho thiết bị dễ dàng hơn để tái chế .

-L

Í-

 Pin sử dụng graphene làm bề mặt của anode giúp giúp ngắn thời gian sạc pin so với pin lithium ion thong thường.

ÁN

 Lưu trữ hydro cho các tế bào nhiên liệu xe: dùng các lớp graphene để tăng năng lượng liên kết hydro với bề mặt graphene trong một bồn chứa nhiên liệu, kết quả là khả năng lưu trữ hydro cao hơn, và do đó một thùng nhiên liệu trọng lượng nhẹ hơn

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Kết hợp với nano vàng để làm sạch môi trường nước sau khi bị tràn dầu.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Sản xuất vật liệu có khả năng hấp thụ dầu tràn trên biển với khối lượng gấp nhiều lần trọng lượng của nó

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

 Môi trường:

IỄ N

 Một cảm biến được hình thành bằng cách gắn các phân tử huỳnh quang lên DNA sợi đơn và sau đó gắn các DNA lên graphene. Khi một DNA sợi đơn giống hệt nhau kết hợp với sợi trên graphene tạo một sợi ADN kép ta có thể phát hiện các DNA giống cho một bệnh đặc biệt trong một mẫu. 

Ra cường cho vật liệu composite…

•

Ứng dụng vật liệu nano sử dụng Nanocomposites 43

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

TR ẦN

H Ư

 Sử dụng các sợi nano theo dõi các tế bào ung thư cá nhân lưu thông trong dòng máu. Họ sử dụng các sợi nano được phủ kháng thể bám vào các tế bào ung thư, bẫy các tế bào ung thư để phân tích. 

Các sợi nano có thể kích thích sản xuất sụn khớp bị hư hỏng

10 00

 Sử dụng các sợi nano carbon làm điện cực pin lithium ion, giúp khả năng lưu trữ tăng bốn lần so với pin lithium ion hiện tại 

Chống cháy cho đồ nội thất bằng cách phủ các lớp sợi nano cacbon.

-L

Í-

• Ứng dụng vật liệu nano sử dụng hạt nano:  Ứng dụng hạt nano trong y học

ÁN

Việc sử dụng các hạt nano mixen polyme để phân phối thuốc đến các khối u.

Việc sử dụng polymer bọc hạt nano oxit sắt để phá vỡ các cụm vi khuẩn, có thể cho phép điều trị hiệu quả hơn các bệnh nhiễm khuẩn mãn tính.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

 Kết hợp với hạt nano từ tính và các hạt nano huỳnh quang sử dụng trong chuẩn đoán và điều trị ung thư. • Ứng dụng vật liệu nano sử dụng sợi nano

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

 Làm cảm biết sử dụng trong cánh cối xay gió để đánh giá tác động của gió lên cối xay gió cho phép báo động cối xay gió ngừng hoạt động trước khi thiệt hại quá mức xảy ra.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

 Sản xuất vật liệu có vừa có tính đàn hồi tốt, chịu lực cao và trọng lượng tương đối nhẹ.

 Đẩy nhanh quá trình hồi phục cho xương bị gãy. Các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng sự tăng trưởng của xương thay thế luôn được đẩy lên khi một nanocomposite ống được đặt vào như là một loại giàn giáo có thế định hướng sự phát triển của xương thay thế

IỄ N

Sự thay đổi bề mặt của các hạt nano protein đã được chứng minh là ảnh hưởng đến khả năng của các hạt nano kích thích phản ứng miễn dịch. Các nhà nghiên cứu đang nghĩ rằng những hạt nano này có thể được sử dụng trong các loại vắc-xin. Sử dụng các loại thuốc hóa trị gắn kim cương nano để điều trị u não…  Ứng dụng trong sản xuất và vật liệu: Hạt nano gốm silic cacbua hạt nano phân tán trong magiê sản xuất một loại vật liệu nhẹ nhưng chịu lực tốt. 44

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017

Hạt nano Kẽm oxit có thể được phân tán trong sơn công nghiệp để bảo vệ gỗ, nhựa, dệt may và tránh tiếp xúc với tia UV

Hạt nano silicat có thể được sử dụng để cung cấp một rào cân đối với các khí (ví dụ oxy), hoặc độ ẩm trong chất hút ẩm được sử dụng cho bao bì. Điều này có thể làm chậm quá trình hư hay bị khô trong thực phẩm.

H Ư

Các hạt nano vàng được nhúng trong một oxit mangan xốp như một chất xúc tác nhiệt độ phòng để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ dễ bay hơi trong không khí.

TR ẦN

Sắt nano được sử dụng để làm sạch ô nhiễm carbon tetrachloride trong nước ngầm Sắt oxit hạt nano đang được sử dụng để làm sạch asen từ nước giếng khoan.

10 00

 Năng lượng và điện tử

Hạt nano gọi là nanotetrapods studded với hạt nano carbon để phát triển các điện cực chi phí thấp cho các tế bào nhiên liệu . Điện cực này có thể thay thế cho bạch kim đắt tiền cần thiết cho chất xúc tác pin nhiên liệu.

-L

Í-

Mực hạt nano bạc đã được sử dụng để tạo thành các đường dẫn cần thiết trong bảng mạch.

ÁN

Một lớp các hạt nano paladi đang được sử dụng trong một bộ cảm biến khí hydro.

Silicon hạt nano lớp phủ cực dương của pin lithium-ion có thể làm tăng năng lượng pin và giảm thời gian sạc.

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Sử dụng quang xúc tác nano vonfram đồng oxit để phá vỡ dầu thành các hợp chất phân hủy sinh học. Các hạt nano là trong một mạng lưới cung cấp diện tích bề mặt cao cho phản ứng, được kích hoạt bởi ánh sáng mặt trời và có thể làm việc trong nước, làm cho chúng hữu ích để làm sạch dầu tràn.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

 Môi trường:

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

U Y

Bạc hạt nano trong vải được sử dụng để diệt vi khuẩn.

IỄ N

• Ứng dụng vật liệu nano sử dụng dây nano:  Môi trường

Sử dụng các dây nano clorua bạc như một xúc tác quang để phân hủy các phân tử hữu cơ trong nước ô nhiễm. Sử dụng một bộ lọc điện gồm dây nano bạc, các ống nano carbon và bông để diệt vi khuẩn trong nước . 45

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 Sử dụng thảm dây nano để hấp thụ dầu.

H Ư

• Ứng dụng của nano TiO2

TR ẦN

 Đặc tính quang xúc tác:

10 00

Chất xúc tác là chất có tác dụng làm giảm năng lượng kích hoạt của phản ứng hoá học và không bị mất sau khi phản ứng. Nếu quá trình xúc tác được kích thích bằng ánh sáng thì được gọi là quang xúc tác. Chất có tính năng kích hoạt các phản ứng hoá học khi được chiếu sáng gọi là chất quang xúc tác. Nhiều hợp chất bán dẫn như TiO2, ZnO, In2O3 có tính năng quang xúc tác, nhưng nano TiO2 là một vật liệu quang xúc tác tiêu biểu:

ÁN

-L

Í-

+ Khi được chiếu ánh sáng, nano TiO2 trở thành một chất oxy hoá khử mạnh nhất trong số những chất đã biết (gấp 1,5 lần ozôn, gấp hơn 2 lần clo - là những chất thông dụng vẫn được dùng trong xử lý môi trường). Điều này tạo cho vật liệu nhiều ứng dụng phong phú, đa dạng và quý giá. Nano TiO2 có thể phân huỷ được các chất độc hại bền vững như điôxin, thuốc trừ sâu, benzen… cũng như một số loại virus, vi khuẩn gây bệnh với hiệu suất cao hơn so với các phương pháp khác. Dưới tác dụng của ánh sáng, nano TiO2 trở nên kỵ nước hay ái nước tuỳ thuộc vào công nghệ chế tạo. Khả năng này được ứng dụng để tạo ra các bề mặt tự tẩy rửa không cần hoá chất và tác động cơ học hoặc các thiết bị làm lạnh không cần điện. Khả năng quang xúc tác mạnh của nano TiO2 còn đang được nghiên cứu ứng dụng trong pin nhiên liệu và xử lý CO2 gây hiệu ứng nhà kính.

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

ẠO

Sử dụng các dây nano bạc nhúng trong một polyme để làm cho lớp dẫn điện có thể uốn cong, mà không làm hỏng các dây dẫn.

ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Sử dụng các dây nano làm bằng một hợp kim của sắt và niken để tạo ra các thiết bị bộ nhớ lớn. Bằng cách áp dụng một phần từ hóa hiện dọc theo chiều dài của dây. Như các phần từ hóa di chuyển dọc theo dây, dữ liệu được đọc bởi một cảm biến tĩnh. Phương pháp này được gọi là bộ nhớ racetrack .

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

Sử dụng các dây nano để xây dựng transistor mà không cần mối nối pn .

Sử dụng điện cực được làm từ dây nano sẽ cho phép màn hình phẳng được linh hoạt cũng như mỏng hơn so với màn hình phẳng hiện nay.

 Điện tử:

+ Nano TiO2 kháng khuẩn bằng cơ chế phân huỷ, tác động vào vi sinh vật như phân huỷ một hợp chất hữu cơ. Vì vậy, nó tránh được hiện tượng “nhờn thuốc” và là một công cụ hữu hiệu chống lại sự biến đổi gen của vi sinh vật gây bệnh. 46

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial

https://twitter.com/daykemquynhon plus.google.com/+DạyKèmQuyNhơn

www.facebook.com/daykem.quynhon http://daykemquynhon.blogspot.com

HIGHLEVEL CROWN 2017 + Nano TiO2 hoạt động theo cơ chế xúc tác nên bản thân không bị tiêu hao, nghĩa là đầu tư một lần và sử dụng lâu dài. 

Pin mặt trời điện hóa:

ÁN

IỄ N

Skype : daykemquynhon@hotmail.com https://daykemquynhonofficial.wordpress.com/blog/

-L

Í-

10 00

TR ẦN

H Ư

Với hằng số điện môi cao, trong suốt, chiết suất cao (chỉ thua kém kim cương) nano TiO2 có nhiều ứng dụng độc đáo trong lĩnh vực quang điện tử, quang tử (photonics) và điện tử học spin (spintronics). TiO2 được sử dụng như một cổng cách điện trong transistor trường; làm detector đo bức xạ hạt nhân; các cửa sổ đổi màu theo sự điều khiển của điện trường hoặc sử dụng làm các lớp chống phản xạ giúp tăng cường hiệu suất của khuyếch đại quang bán dẫn. TiO2 phù hợp cho việc chế tạo các linh kiện trong thông tin quang hoặc các cửa sổ quang học với các tổn hao nhỏ.

DẠY KÈM QUY NHƠN OFFICIAL ST&GT : Đ/C 1000B TRẦN HƯNG ĐẠO TP.QUY NHƠN

ẠO

Linh kiện điện tử:



ÀN

Nơi bồi dưỡng kiến thức Toán - Lý - Hóa cho học sinh cấp 2+3 / Diễn Đàn Toán - Lý - Hóa 1000B Trần Hưng Đạo Tp.Quy Nhơn Tỉnh Bình Định

http://daykemquynhon.ucoz.com

U Y

Đây là một loại dụng cụ điện tử có khả năng biến đổi trực tiếp năng lượng mặt trời thành điện. Khác với loại pin đã biết chế tạo từ vật liệu silic đắt tiền với công nghệ phức tạp, PQĐH hoạt động theo nguyên lý hoàn toàn khác, trong đó các hạt nano tinh thể TiO2 được sử dụng để chế tạo màng điện cực phát. Do khả năng chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng và cấu trúc xốp, thời gian sống của hạt tải cao tạo ra ưu điểm nổi bật của nano TiO2 trong việc chế tạo PQĐH. Điểm đặc biệt là cấu tạo của PQĐH đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp, dễ phổ cập rộng rã

Đóng góp PDF bởi GV. Nguyễn Thanh Tú

www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial