(TIỂU LUẬN) báo cáo đồ án CHUYÊN NGÀNH CNHH tìm HIỂU vật LIỆU NANOPHOTONICS

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANOPHOTONICS

Tổng quan về công nghệ và vật liệu nano

2.1.1 Khái quát về công nghệ nano

Công nghệ nano là việc sử dụng các loại vật chất ở quy mô nguyên tử, phân tử và siêu phân tử cho các mục đích sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau Thông tin phổ biến sớm nhất về công nghệ nano đề cập đến mục tiêu công nghệ cụ thể là thao tác chính xác các nguyên tử và phân tử để chế tạo các sản phẩm có quy mô vĩ mô, ngày nay còn được gọi là công nghệ nano phân tử Sau này, các mô tả khái quát hơn về công nghệ nano đã được thiết lập định nghĩa công nghệ nano là sự điều khiển vật chất với ít nhất một kích thước có kích thước từ 1 đến 100 nanomet Định nghĩa này phản ánh thực tế rằng các hiệu ứng cơ lượng tử rất quan trọng ở quy mô lĩnh vực lượng tử này, và do đó định nghĩa đã chuyển từ một mục tiêu công nghệ cụ thể sang một hạng mục nghiên cứu bao gồm tất cả các loại nghiên cứu và công nghệ xử lý các tính chất đặc biệt của vật chất dưới ngưỡng kích thước đã cho "Công nghệ nano" cũng như

"công nghệ kích thước nano" để chỉ phạm vi rộng của các nghiên cứu và ứng dụng có đặc điểm chung là kích thước

Công nghệ nano được xác định theo kích thước là rộng lớn một cách tự nhiên, bao gồm rất nhiều các lĩnh vực khoa học đa dạng như: hóa học hữu cơ, sinh học phân tử, vật lý bán dẫn, lưu trữ năng lượng, kỹ thuật, chế tạo vi mô, và kỹ thuật phân tử. Các nghiên cứu và ứng dụng liên quan cũng đa dạng như nhau, từ mở rộng của thiết bị vật lý thông thường đến các cách tiếp cận hoàn toàn mới dựa trên quá trình tự lắp ráp phân tử, từ việc phát triển các vật liệu mới với kích thước trên quy mô nano đến điều khiển trực tiếp vật chất ở quy mô nguyên tử.

Những tác động của công nghệ nano trong tương lai được thể hiện rất rõ ràng. Công nghệ nano có thể tạo ra nhiều vật liệu và thiết bị mới với rất nhiều ứng dụng, chẳng hạn như trong y học nano, điện tử nano, sản xuất vật liệu sinh học, năng lượng và các sản phẩm tiêu dùng

2.1.2 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

Phương pháp từ trên xuống

Nguyên lý: phương pháp này dùng kỹ thuật nghiền, các kỹ thuật xử lý cơ học để làm biến đổi vật liệu ở dạng khối kích thước lớn thành các hạt có kích thước nano.

Chương 2: Tổng quan về vật liệu nanophotonics

Phương pháp này được đánh giá đơn giản và chi phí thấp nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng vào vật liệu kết cấu) Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong một cái cối Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm) Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano

Phương pháp từ dưới lên

Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử ion Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, phương pháp hóa học hoặc kết hợp cả hai.

Phương pháp vật lý: là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang) Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh) Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính.

Phương pháp hóa học: là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại các phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel ) và từ pha khí (nhiệt phân ) Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano

Phương pháp kết hợp: là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano [3]

2.1.3 Các thiết bị và kỹ thuật trong nghiên cứu cấu trúc nano

Kính hiển vi quét xuyên hầm (Scanning Tunneling Microscope – STM) Thiết bị này giúp máy tính có thể thể xây dựng và phóng đại những hình ảnh của nguyên tử và phân tử từ vật chất

Kính hiển vi điện tử tinh thể bằng tia X (Electron microscope X-ray crystallography) Độ tương phản và khả năng xuyên thấu được tạo ra từ tia X khi chúng tương tác các dạng vật chất cần nghiên cứu có kích thước 1-2 micromet Có thể áp dụng trong việc chụp ảnh tổng thể các tế bào nhỏ hoặc cấu trúc dưới tế bào trong các tế bào sinh học

Quang phổ cộng hưởng từ hạt nhân (Nuclear magnetic resonance - NMR) Thiết bị này giúp điều khiển máy tính của máy quang phổ làm cho các thí nghiệm có thể thực hiện được chẳng hạn như phổ NMR có hai chu kỳ, và đơn giản hóa các thí nghiệm khác Ngày nay máy quang phổ từ hạt nhân là công cụ sử dụng nhiều trong nghiên cứu phân tích các loại hóa chất và có mặt trong các phòng thí nghiệm

Kính hiển vi lực nguyên tử (Atomic Force Microscopy - AFM) Quang phổ lực nguyên tử là phép đo lực so với khoảng cách khi sử dụng AFM Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) đã đóng một vai trò quan trọng trong khoa học và công nghệ nghiên cứu các kích thước nano cũng như công nghệ sinh học

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscopy - SEM) là một trong những dụng cụ linh hoạt nhất dễ dàng để kiểm tra và phân tích hình thái cấu trúc vi mô và đặc điểm thành phần hóa học Thiết bị này đã và đang tiếp tục có tầm quan trọng lớn đối với nghiên cứu khoa học cũng như ứng dụng rất phổ biến trong đời sống hiện nay

Kính hiển vi truyền qua điện tử Kỹ thuật TEM đã được áp dụng để phân tích và nghiên cứu các cấu trúc mịn hay làm rõ các nguyên tố của nguồn mẫu vật Nó cung cấp độ phân giải siêu cao so với kính hiển vi ánh sáng

Vật liệu nanophotonics

2.2.1 Sơ lược về vật liệu nanophotonics

2.2.1.1 Giới thiệu về vật liệu photonics

Việc nghiên cứu ánh sáng ở quy mô nano đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu sôi nổi, khi các nhà nghiên cứu bây giờ đã có thể làm chủ ánh sáng ở các thang đo thấp hơn nhiều sao với bước sóng quang học, phần lớn vượt qua các giới hạn do nhiễu xạ ánh sáng áp đặt mà ở các thiết bị truyền thống cổ điển không thể làm được Sử dụng kim loại và điện môi cấu trúc nano được mô phỏng một cách chính xác thành kiến trúc nano hai chiều 2D và 3D, ánh sáng có thể bị phân tán, khúc xạ, hạn chế, lọc và xử lý theo kiểu mới hấp dẫn hơn những cách không thể đạt được với vật liệu tự nhiên và hình học thông thường.

Việc kiểm soát ánh sáng ở quy mô nano không chỉ tiết lộ rất nhiều hiện tượng mới mà còn dẫn đến nhiều ứng dụng có liên quan, bao gồm cả các địa điểm mới để tích hợp công nghệ vi mạch, điện toán quang học, năng lượng mặt trời và lĩnh vực y tế, đặt ra kỳ vọng cao cho nhiều khám phá mới lạ trong những năm tới [12].

Nanophotonics hay quang học nano là lĩnh vực nghiên cứu về hành vi của ánh sáng trên quy mô nanomet và về sự tương tác của các vật thể quy mô nanomet với ánh

Chương 2: Tổng quan về vật liệu nanophotonics sáng Nó là một nhánh của quang học, kỹ thuật quang học, kỹ thuật điện và công nghệ nano.

Nó thường liên quan đến các cấu trúc điện môi như nanoantenna, hoặc các thành phần kim loại, có thể vận chuyển và tập trung ánh sáng thông qua các phân cực plasmon bề mặt.

2.2.1.2 Tìm hiểu vật liệu nanophotonics

Nanophptonics (quang âm nano) hay nano quang học là nghiên cứu về các đặc điểm về kích thước của ánh sáng trên quy mô nanomet và về sự tương tác của các vật thể quy mô nanomet với ánh sáng Nó là một nhánh của quang học, kỹ thuật quang học, kỹ thuật điện và công nghệ nano Nó thường liên quan đến các cấu trúc điện môi như nanoanten, hoặc các thành phần kim loại, có thể vận chuyển và tập trung ánh sáng thông qua các phân cực plasmon bề mặt [13].

Do những giới hạn của các thiết bị quang học truyền thống như kính hiển vi quang học quét trường gần (NSOM), kính hiển vi xuyên hầm được kích thích quang (photoassisted scanning tunnelling microscopy), và quang học Plasmon bề mặt Kính hiển vi truyền thống sử dụng những thành phần phát sinh nhiễu xạ để tăng độ phân giải Nhưng do giới hạn nhiễu xạ (thường gọi là tiêu chuẩn Rayleigh), ánh sáng chỉ có thể hội tụ lại thành một vết với đường kớnh khoảng ẵ bước súng ỏnh sỏng Nờn hiện nay nhiều công bố nghiên cứu đã và đang quan tâm đến đặc tính của những vật liệu và hiện tượng ở kích thước vài nanomet, vì vậy cần phải sử dụng những kỹ thuật khác với kỹ thuật truyền thống Thật vậy trong thời gian gần đây ngành nanophotonics được thúc đẩy phát triển.

Phạm vi nghiên cứu của nanophotonics bao gồm hai chủ đề chính:

Nghiên cứu tính chất kỳ lạ của ánh sáng ở kích thước nano

Chế tạo ra những thiết bị có hiệu suất cao cho các ứng dụng trong kĩ thuật.

Những nghiên cứu này đã tạo ra tiềm năng to lớn để cách mạng hóa ngành viễn thông qua việc cung cấp những thiết bị không có hiệu ứng giao thoa, vận tốc cao, tiêu tốn năng lượng thấp chẳng hạn như các công tắc điện quang hoặc công tắc quang học trên chip Đây được xem là một trong những lĩnh vực thuộc công nghệ nano mới và có tiềm năng phát triển trong tương lai [14].

Một số hình ảnh về hệ thống nanophotonic:

Hình 2-2 Một nguyên mẫu chip quang tử silicon do tập đoàn IBM phát triển [15]

Hình 2-3 Những mạng lưới thần kinh bằng chip quang tử tận dụng các nền tảng chip silicon quang tử, để có thể truy cập vào những khả năng mới của việc xử lý thông tin siêu nhanh cho radio, tín hiệu điều khiển, và các tính toán khoa học [15]

Hình 2-4 Laser tinh thể quang tử công suất cao [16]

Chương 2: Tổng quan về vật liệu nanophotonics

Hình 2-5 Đèn LED không có (bên trái) và có (bên phải) sự tăng cường phát xạ vì có sự tán xạ ánh sáng từ các hạt nano Ag được nhúng [16]

Hình 2-6 Tấm silicon đen với bề mặt quang học điện môi (bên phải) và (bên trái) không có bề mặt quang điện môi để tăng cường ghép và bẫy ánh sáng trong năng lượng mặt trời [16]

2.2.2 Tính chất, cấu trúc của nanophotonics

Một số cấu trúc có nanophotonic như các vật liệu tinh thể quang tử (Photonic crystals - PC) hoặc vùng cấm quang tử (photonic band gap - PBG) là những cấu trúc có cấu hình hằng số điện môi thay đổi định kỳ trên thang khoảng cách xấp xỉ bằng một bước sóng ánh sáng cụ thể là Các PC có thể được chế tạo với các cấu trúc không gian một chiều (1D), hai chiều (2D) hoặc ba chiều (3D) Hiệu ứng khi ánh sáng truyền qua môi trường của PC khác hoàn toàn hiệu ứng khi ánh sáng truyền qua một môi trường đồng chất khác nhau ở đây là do giao thoa triệt tiêu thông qua tán xạ Bragg của cấu trúc tuần hoàn tối đa hóa sự phản xạ tổng thể của ánh sáng ở bề mặt PC với không khí vì thế tinh thể quang tử được xem là vật liệu dùng để điều khiển áng sáng [17].

Một cấu trúc khác nữa là cấu trúc nano lai Cấu trúc nano lai là một hệ thống của các hạt nano có bản chất khác nhau (chất keo kim loại hạt nano, chấm lượng tử bán dẫn, oxit hoặc các hạt nano polymer, v.v.) và các phân tử chức năng (photochromic,photoluminescent, electroluminescent, hoạt động từ tính, v.v.) (Hình 2-1) Cấu trúc đối tượng nano phụ thuộc nhiều vào khoảng cách giữa chúng và khoảng cách này có thể thay đổi bằng cách miếng đệm với các kích thước tuyến tính khác nhau Do đó, một miếng đệm với một hình dạng xác định có thể xác định các thông số hóa lý của cấu trúc lai Vật liệu có đặc tính được điều khiển động có thể được tạo ra bằng cách sử dụng quang, điện, nhiệt, và các chất nhạy cảm với pH làm chất đệm Ví dụ, các phân tử quang sắc có khả năng thay đổi các kích thước tuyến tính dưới sự chiếu xạ ánh sáng đã được đề xuất như chất đệm [18].

Hình 2-7 Cấu trúc phân tử nanophotonic [19]

Các cấu trúc nano lai có thể tạo thành 3D theo thứ tự hoặc hệ thống fractal (cấu trúc nano Х chiều có cấu trúc nhiều lớp) với thuộc tính điều khiển động (Hình 2-7).

Hình 2-8 Cấu trúc 3D của phân tử nano và định hướng nguyên tố [20]

2.2.2.2 Tính chất tổng hợp ổn định và chức năng hoạt hóa hạt nano Đặc điểm cấu trúc miếng đệm: Đối với một hợp chất để làm việc như một bộ đệm, nó phải bao gồm ít nhất hai nhóm thế để liên kết nó với cả bề mặt của các hạt nano và với phân tử chức năng Liên kết có thể là do tương tác Van der Waals, hydro liên kết, tương tác ion và affine, cộng hóa trị liên kết, và sự hình thành phức tạp; hơn nữa, một số cơ chế ràng buộc có thể được tham gia Các hợp chất phân tử thấp được liên kết tốt nhất với bề mặt của một vật liệu vô cơ bởi các nhóm thay thế dễ bị tương tác cộng hóa trị, affine, tĩnh điện hoặc ion Các chất thay thế có bản chất khác nhau có

Chương 2: Tổng quan về vật liệu nanophotonics thể cung cấp liên kết có chọn lọc: ví dụ như nếu một trong số chúng tương tác với các hạt nano và hạt khác, với phân tử chức năng Một cách tiếp cận như vậy hình thành cơ sở của sự tự tổ chức của các cấu trúc.

Ứng dụng của vật liệu nanophotonics

2.3.1 Ứng dụng trong quang học

2.3.1.1 Cấu trúc định kỳ chống phản xạ

Lấy cảm hứng từ các đặc tính AR của mắt bướm đêm, các cấu trúc bề mặt đã được nghiên cứu để giảm phản xạ trên dải bước sóng lớn Như một cấu trúc nano cũng có thể được tìm thấy trên cánh ve sầu làm cho chúng rất trong suốt (Hình 2.12) Cấu trúc không chỉ giúp ve sầu lẩn trốn những kẻ săn mồi mà còn thể hiện đặc tính ưa nước, kháng khuẩn và tự làm sạch Bề mặt nanophotonics có hệ số phản xạ khoảng 30% trong hồng ngoại gần và trung bình Lớp phủ có thể được lắng đọng để giảm sự phản xạ này, nhưng hiệu quả được giới hạn ở một mức độ nhỏ dải quang phổ Một cấu trúc nhân tạo được tạo thành từ một dãy các kim tự tháp nano có kích thước 1 μm; (B)m tính lưỡng tính đã được nghiên cứu, bởi vì nó khá dễ dàng để có được bằng cách thông thường ăn mòn hóa học [25].

Hình 2-9 (a) Độ trong suốt của cánh ve sầu (b) Cấu trúc nano của cánh ve sầu [26]

AR ảnh hưởng của cấu trúc được giới hạn trong dải hồng ngoại II, trong khoảng từ 3 đến 5 μm; (B)m Trong bản chất, như quan sát được trong mắt bướm đêm, các bề mặt chống phản xạ thể hiện hai mức độ kết cấu Một cấu trúc được tạo ra từ mẫu tuần hoàn lục giác bước sóng ngắn và sắp xếp ngẫu nhiên "bán tinh thể" của mẫu lục giác Tính toán cho thấy rằng, trong trường hợp, hiệu ứng AR được mở rộng dưới 3 μm; (B)m, xuống mức có thể nhìn thấy Từ quan điểm thực nghiệm, các kết quả tuyệt vời thu được với

Chương 2: Tổng quan về vật liệu nanophotonics cấu trúc hình nón phẳng và phẳng trên cùng được tạo ra bằng phương pháp in thạch bản cực tím sâu và khắc plasma trên silicon (Hình 2-9 a và b) Thay vì tạo mẫu trên đỉnh của hình nón bằng cấu trúc tuần hoàn, bề mặt có thể được làm thô (Hình 2-9 c).

Hình 2 -10 (a) Ảnh chụp TEM đầu phẳng được cắt ngắn (b) Chi tiết trên đầu phẳng (c) Bề mặt gồ ghề [27]

2.3.1.2 Kiểm soát bề mặt gồ ghề với số liệu thống kê

Trong các hệ thống quang học, độ nhám bề mặt tạo ra sự tán xạ ánh sáng nói chung giảm hiệu suất của hệ thống, khi kiểm soát độ nhám bề mặt, các hàm quang học thống kê có thể thu được Các bề mặt quang học thô ngẫu nhiên cũng đã được sử dụng để nâng cao độ sâu tiêu điểm của hệ thống hình ảnh, cho thấy tính khả thi của việc chế tạo các bề mặt gồ ghề với các số liệu thống kê xác định có thể kiểm soát sự phân bố ánh sáng phân tán dựa tên tính chất vật liệu nanophotonics [28].

Chủ yếu ứng dụng trong truyền thông quang học, đặc biệt trong mạng trục viễn thông và mạng lưới tàu điện ngầm Có tiềm năng về chip thu phát công suất thấp và chi phí thấp đã mở ra các ứng dụng kết nối tầm ngắn hơn trong tính toán hiệu năng cao và trung tâm dữ liệu Ứng dụng hiệu quả trong hệ thống cảm biến và quang phổ.

2.3.1.4 Chức năng quang học khác

Các chức năng phổ biến nhất liên quan đến vận chuyển ánh sáng, lọc bước sóng và ghép nối với off-chip các phần tử và sợi Chúng được gọi là các chức năng thụ động, vì ánh sáng thường không bị thay đổi trong quá trình Các chức năng hoạt động liên quan đến các yếu tố quang điện như nguồn sáng, bộ điều chế tín hiệu và bộ tách sóng quang.

Các thiết bị nanophotonics phổ biến liên quan vận chuyển ánh sáng: Ống dẫn truyền và định tuyến, lọc bước sóng, khớp nối với các sợi quang, chuyển đổi quang điện và quang điện tử, Lasers [29]

2.3.2 Pin năng lượng mặt trời

Việc sử dụng năng lượng mặt trời hiện nay có nhiều hạn chế khác nhau đối với việc thu nhiệt thải xung quanh bao gồm việc thiếu vật liệu có hiệu quả về mặt kinh tế và các tính năng thiết kế sáng tạo có thể thu hồi hiệu quả nhiệt cấp thấp để chuyển đổi thành năng lượng hữu ích Một sơ đồ nhiệt điện nanophotonic (TNPh-pyro) bao gồm một siêu vật liệu nhiều lớp và vật liệu pyroelectric đã được nghiên cứu và chế tạo để thực hiện đồng thời việc loại bỏ nhiệt thải và chuyển đổi quang nhiệt thành điện năng. Không giống với bất kỳ cấu hình nhiệt điện nào khác, khái niệm thiết kế này khác với thông thường bằng cách cố ý sử dụng bức xạ cận hồng ngoại (NIR) phản xạ ngược để cho phép tái sử dụng và thu hồi nhiệt thải để tăng cường sản xuất nhiệt điện, tránh hấp thụ nhiệt mặt trời quá mức và cũng giữ được độ trong suốt trực quan của thiết bị Khả năng làm mát phản xạ năng lượng mặt trời lên đến 4,1 o C đã được chứng minh trong nghiên cứu này Trong khi đó, hiệu suất nhiệt điện tử tận dụng từ hiệu ứng phản xạ ngược cho thấy mức tăng điện áp mạch hở (V OC ) và dòng điện ngắn mạch (I SC ) lần lượt là 152 % và 146 % Ngoài ra, thành phần quang hoạt được thiết kế (TiO 2 /Cu) bên trong siêu vật liệu nhiều lớp cung cấp cho hệ thống TNPh-pyro chức năng phân hủy quang chất ô nhiễm không khí hiệu quả [30].

Hình 2-11 a) Sơ đồ khái niệm nanophotonic-ferroelectric cho TNPh, b) Con đường lắng đọng dẫn đến TNPh, c) Ảnh chụp nguyên mẫu TNPh-pyro [31]

Chương 2: Tổng quan về vật liệu nanophotonics

Hình 2 -12 a) Sơ đồ ba chiều của thiết kế nanophotonic cho TNPh, b) Ảnh SEM của mặt cắt TNPh, c) Bề mặt của TiO 2 /Cu trung tính, d) Hình ảnh TEM của SiO 2 [32]

Hình 2-13 a) Mẫu nhà có mái che được lắp đặt TNPh (trái) và cửa sổ kính (phải) c) Hình ảnh hồng ngoại của hai nhà chụp lúc 11:30 [33]

Trong lịch sử, quang học được coi là một trong những cách nhạy cảm nhất và ít xáo trộn nhất để cảm nhận môi trường xung quanh Các đặc tính này đã được chuyển sang các thiết bị và các hệ thống cảm biến hiện đại ngày nay với trọng tâm là độ nhạy.Nhu cầu gần đây đòi hỏi các các thiết bị cảm biến có độ nhạy cao và sự nhiễu loạn tối thiểu đối với hệ thống cảm biến được đòi hỏi phải phát triển các nền tảng và hệ thống mới vượt xa hiệu suất của các loại cảm biến hiện nay Đặc biệt, đối với các ứng dụng như cảm biến môi trường phân tán, phát hiện nguy cơ hóa chất và độc tố cũng như các cảm biến sinh học để chẩn đoán và theo dõi sức khỏe đòi hỏi hệ thống cảm biến có chi phí thấp, tiêu thụ điện năng thấp nhỏ gọn và đa mục đích Những yêu cầu này là động lực thúc đẩy cho sự phát triển các phương pháp cảm biến tích hợp nhỏ gọn Từ độ nhạy cảm của các giải pháp quang học, tính nhỏ gọn và hiệu quả của các giải pháp tích hợp đã mang lại một nền tảng quang học tích hợp là nền tảng được lựa chọn để triển khai các thiết bị và hệ thống cảm biến hiện đại [34].

Những tiềm năng của nền tảng nanophotonic bao gồm tính nhỏ gọn, khả năng tiêu thụ điện năng thấp, khả năng tích hợp với các chức năng khác nhau và độ nhạy cao khiến chúng trở thành một ứng cử viên thích hợp cho các ứng dụng cảm biến Việc tương tác vật chất ánh sáng mạnh mẽ trong một nền tảng như vậy cho phép nó thực hiện nhiều cơ chế cảm nhận khác nhau bao gồm thay đổi chiết suất, phát xạ huỳnh quang và tán xạ Raman.

Hình 2-14 Các thành phần cơ bản của một nền tảng cảm biến quang tử tích hợp được biểu diễn dưới dạng giản đồ Tín hiệu quang bị ảnh hưởng trong vùng tương tác bởi cơ chế cảm biến và đầu ra từ giai đoạn này được phân tích trong một loạt các phổ bằng cách sử dụng quang phổ kế trên chip để nhận ra các dấu hiệu nhất định do quá trình cảm biến để lại [35]

2.3.4 Sản xuất chip với mạng lưới thần kinh nhân tạo quang học

Mạng lưới thần kinh nhân tạo

Mạng lưới thần kinh nhân tạo đang là cơn bão cuốn theo cả thế giới điện toán. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng chúng để tạo ra những máy tính có khả năng học được vô số những kỹ năng, vốn trước đây chỉ dành riêng cho con người – như nhận diện đối tượng, khuôn mặt, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, máy dịch Tất cả các kỹ năng này, và nhiều hơn nữa giờ đang trở thành công việc của máy móc Do vậy, người ta đang rất quan tâm đến việc tạo ra các mạng lưới thần kinh với sức mạnh lớn hơn, để có thể đẩy những giới hạn về trí tuệ nhân tạo đi xa hơn Trọng tâm của việc này là tạo ra các

Chương 2: Tổng quan về vật liệu nanophotonics mạch điện hoạt động giống như các tế bào thần kinh, vì vậy nó còn được gọi là các chip neuromorphic (chip mô phỏng não người) [36].

Alexander Tait và các đồng nghiệp tại Đại học Princeton ở New Jersey, Mỹ đã tạo ra một con chip neuromorphic tích hợp quang tử silicon (integrated silicon photonic neuromorphic chip), và cho thấy tốc độ tính toán của nó siêu nhanh.

Mạng lưới thần kinh đang mở ra một cơ hội mới cho các chip quang tử này.

“Những mạng lưới thần kinh bằng chip quang tử tận dụng các nền tảng chip silicon quang tử, để có thể truy cập vào những khả năng mới của việc xử lý thông tin siêu nhanh cho radio, tín hiệu điều khiển, và các tính toán khoa học”. Điện toán quang học từ lâu đã là một giấc mơ vĩ đại của khoa học máy tính Các lượng tử ánh sáng có băng thông nhiều hơn đáng kể so với các electron (các điện tử) vì vậy nó có thể xử lý nhiều dữ liệu hơn và nhanh hơn Nhưng những ưu điểm của các hệ thống xử lý dữ liệu quang học chưa bao giờ đủ bù đắp những chi phí tăng thêm khi làm ra chúng, vì vậy chúng chưa bao giờ được chấp nhận rộng rãi Tuy nhiên, điều này đã bắt đầu thay đổi trong một vài lĩnh vực của điện toán, ví dụ xử lý tín hiệu analog, vốn luôn đòi hỏi tốc độ xử lý đặc biệt nhanh mà chỉ có các chip quang tử mới đáp ứng được Không những vậy, giờ các mạng lưới thần kinh đang mở ra một cơ hội mới cho các chip quang tử này “Những mạng lưới thần kinh bằng chip quang tử tận dụng các nền tảng chip silicon quang tử, để có thể truy cập vào những khả năng mới của việc xử lý thông tin siêu nhanh cho radio, tín hiệu điều khiển, và các tính toán khoa học.” Tait và đồng nghiệp cho biết. Điện toán quang học từ lâu đã là một giấc mơ vĩ đại của khoa học máy tính Các lượng tử ánh sáng có băng thông nhiều hơn đáng kể so với các electron (các điện tử) vì vậy nó có thể xử lý nhiều dữ liệu hơn và nhanh hơn Ví dụ: xử lý tín hiệu analog, vốn luôn đòi hỏi tốc độ xử lý đặc biệt nhanh mà chỉ có các chip quang tử mới đáp ứng được [36].

PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANOPHOTONICS

Phương pháp mẫu

Việc sử dụng các mẫu cứng đại diện cho một cách tiếp cận linh hoạt trong việc tổng hợp các vật liệu nano 1D, bao gồm thanh nano, dây nano và ống nano Có thể kiểm soát tốt độ dài đường kính với các mẫu cứng vì hình dạng và hình thái của các vật liệu nano tạo thành trên cơ sở mẫu đó Hơn thế, việc kiểm soát mật độ lỗ trên khuôn mẫu cho phép sản xuất các mảng dây nano (thanh nano, ống nano) sẽ được căn chỉnh với mật độ và năng suất mong muốn Trong một tổng hợp mẫu cứng điển hình, các lỗ rỗng được lấp đầy bằng dung dịch đơn chất hoặc tiền chất và tiếp theo là quá trình điện trùng hợp (hoặc lắng đọng điện) trong các kênh nano của mẫu sẽ tạo ra các cấu trúc nano polymer mô phỏng kích thước các lỗ rỗng Sau đó, khuôn mẫu được loại bỏ bằng acid hoặc base để giải phóng các cấu trúc nano tự do Đề tài này sẽ tập chung vào màng khắc theo dõi hạt (PTMs), Màng Anodic Aluminum (AAO) [39].

3.1.1.1 Màng khắc theo dõi hạt (PTMs)

Màng polymer xốp, đặc biệt là màng polycarbonate, thường được sử dụng làm khuôn mẫu cứng cho sự tổng hợp các dây nano Những màng xốp này, được gọi là màng khắc theo vết hạt (PTMs), được thương mại hóa có sẵn ở nhiều kích cỡ lỗ chân không khác nhau (hình A, B cho thấy ảnh hiển vi electron của PTMs; đường kính lỗ của mẫu A và B lần lượt là 1μm; (B)m và 30nm PTMs đã được sử dụng rộng rãi trong quá trình tổng hợp sợi nano và ống nano Hình 3-1 F cho thấy sơ đồ quy trình của các quá trình tổng hợp sợi nano và ống nano bằng mẫu polycarbonate khắc theo dõi [39].

Hình 3-1 (A-D) Hình ảnh kính hiển vi điện tử của mẫu cứng: (A) Hình ảnh SEM của màng khắc theo vết hạt (PTM) với đường kính lỗ rỗng 1 μm; (B) Hình ảnh TEM của bản sao than chì củam; (B) Hình ảnh TEM của bản sao than chì của PTM có lỗ rỗng đường kính 30 nm; (F) Sơ đồ tổng hợp các dây nano và ống nano với sự hỗ trợ của các mẫu cứng polycarbonate khắc rãnh (PC) [40]

Sự trùng hợp của một monome diễn ra trong màng lỗ chân không và do đó, đường kính của cấu trúc nano 1D được tạo ra phụ thuộc vào kích thước của lỗ tiêu bản Tuy nhiên, các mẫu PTMs này thường được tạo ra một cách ngẫu nhiên bắn phá các ion, và do đó cấu trúc xốp không được kiểm soát và tổ chức tốt.

3.1.1.2 Màng Anodic Aluminum Oxide (AAO)

Mẫu AAO với các lỗ rỗng hình trụ có đường kính từ 5 đến 270 nm được sản xuất theo quy trình anode hóa gồm hai bước Trước hết một tấm nhôm được đánh bóng bằng điện để loại bỏ oxide và sau đó được trải qua quá trình anode hóa trong dung dịch điện phân có tính acid Sau đó bất kỳ oxide nào được tạo ra đều được loại bỏ trong dung dịch chromate và quá trình anode hóa thứ hai được thực hiện để tạo ra cấu trúc tổ ong trong alumina Ngoài ra kích thước lỗ chân lông có thể được kiểm soát bằng cách điều chỉnh thành phần, nồng độ và nhiệt độ của dung dịch điện phân có tính acid và điện áp đặt vào, ngược lại chiều dài của lỗ hình trụ có thể được điều chỉnh theo thời gian anode hóa Hình 4C, D cho thấy hình ảnh SEM và TEM của mẫu AAO có lỗ chân lông 70 và 10 nm "Các lỗ chân lông có hoa văn hình lục giác, được căn chỉnh tốt với đường kính đồng nhất có thể thu được ở mật độ lỗ chân lông cao (tăng 1×10 11 / cm 2 ).Vật liệu hữu cơ có thể xâm nhập vào lỗ hình trụ của AAO mẫu và được đông đặc từ pha hơi, dung dịch, hoặc trạng thái chất lỏng tiền thân để tạo ra dây nano hoặc ống nano Sau khi tổng hợp, mẫu AAO bị loại bỏ bởi nhúng và hòa tan mẫu trong dung dịch NaOH [39].

Chương 3: Phương pháp tổng hợp vật liệu nanophotonics

Hình 3-2 (C) Hình ảnh SEM của oxit nhôm anốt (AAO) màng có đường kính lỗ 70 nm và (D) TEM hình ảnh của Màng AAO cắt đoạn với đường kính lỗ 10 nm [40]

3.1.2.1 khối Copolymer làm khuôn mẫu

Copolymer khối thích hợp làm mẫu để tổng hợp các vật liệu nano khác nhau do khả năng nội tại của chúng để lắp ráp các phân tử thành các cấu trúc có trật tự với các miền phân cách pha ở kích thước nano Bằng cách điều chỉnh thành phần khối, hình thái kích thước nano của các tổ hợp đồng trùng hợp khi đó khối có thể được điều chỉnh từ hình cầu, hình trụ, lamellae, đến kim cương đôi có thứ tự hai lần liên tục Ngoài ra, để tổng hợp vật liệu nano 1D, các copolymer khối sẽ tạo thành một dạng hình trụ Sử dụng cách khắc ion phản ứng, chiếu xạ UV và xử lý base nhẹ thì có thể loại bỏ một cách có chọn lọc một khối cụ thể của copolymer khối Như vậy với cách ưu tiên loại bỏ các miền hình trụ nên các vật liệu nano hoặc kênh nano rỗng được tạo ra như thế có thể thấy màng copolymer khối có thể đóng vai trò như một khuôn mẫu [39].

Hình 3-3 (A) Minh họa việc chế tạo khối copolymer mẫu của mảng mật độ siêu cao của các thanh nano polymer dẫn điện (B) Hình ảnh SEM của khuôn mẫu nano xốp và thanh nano PPy: (a) mặt trên và (b) hình ảnh mặt cắt của màng hỗn hợp polystyrene-block-poly (methyl methacrylate) (PS-b-PMMA) PS-b-PMMA / Poly(methyl methacrylate) PMMA trên kính ITO; và (c) trên cùng và (d) hình ảnh mặt cắt ngang của thanh nano PPy sau khi loại bỏ mẫu [41]

3.1.2.2 Chất hoạt động bề mặt và chất kết tụ dưới dạng mẫu

Chất hoạt động bề mặt là các phân tử lưỡng tính có thể tự tập hợp trong dung dịch tạo thành các cấu trúc nano khác nhau như các micelle (hoặc các micelle nghịch đảo) có nhiều hình dạng khác nhau, khi nồng độ của chất hoạt động bề mặt cao hơn nồng độ tới hạn của micelle (CMC) Và các micelle có thể cung cấp một môi trường vi mô cho quá trình trùng hợp khi đó kích thước và hình thái của cấu trúc nano polymer tạo thành nó sẽ bổ sung cho cấu trúc của tổ hợp chất hoạt động bề mặt Ví dụ trùng hợp hóa học Polypyrrole (Ppy) trong dung dịch sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate (AOT) sẽ tạo ra các sợi dây nano và ống nano với đường kính từ 40 đến

Chương 3: Phương pháp tổng hợp vật liệu nanophotonics

Hình 3-4 (A) Minh họa quá trình tổng hợp ống nano PPy (2) được hỗ trợ bởi chất hoạt động bề mặt (B) (a) Ảnh SEM và (b) TEM của ống nano PPy (2) [42]

3.1.2.3 Tinh thể lỏng làm mẫu

Sử dụng chất lỏng tinh thể (LC) làm khuôn mẫu mềm để tạo ra vật liệu nano hữu cơ 1D đã được chứng minh từ nhiều năm Tinh thể lỏng nematic, có trật tự định hướng, có thể chỉ đạo sự tự lắp ráp của các phân tử nhỏ và polymer trong quá trình tổng hợp cấu trúc nano [39].

Electrospun sợi nano của polyme cách điện đã được chứng minh là hoạt động làm khuôn mẫu mềm để tổng hợp sợi nano và ống nano bằng nhiều vật liệu khác nhau. Một số yêu cầu chính cần được đáp ứng để phù hợp với phương pháp này là hình thái và kích thước của sợi lõi quan trọng trong việc xác định hình thái ống nano và kích thước Để chế tạo ống nano, vật liệu sợi lõi phải có thể quay điện thành sợi nano siêu mịn [39].

3.1.2.5 Các phân tử sinh học làm mẫu

Các phân tử sinh học, chẳng hạn như dưới dạng DNA, protein và các túi lipid, và vi sinh vật, nấm đã được khám phá như một mẫu mềm để tổng hợp các cấu trúc nano hữu cơ và vô cơ Trong số những mẫu đó, ADN là một trong những mẫu đầu tiên và thường được nghiên cứu Ví dụ về các mẫu phân tử sinh học được sử dụng để sản xuất dây nano hữu cơ dẫn và bán dẫn DNA tương đối ổn định, nó có thể lập trình được độ dài và dễ dàng về các chức năng hóa học Phương pháp tổng hợp sử dụng các tương tác không cộng hóa trị giữa DNA và các phân tử khác (monome và oligome), dẫn đến việc hình thành nên các vật liệu lai [39].

Phương pháp Electrospining

Phương pháp electrospinning là một trong những phương pháp đang rất phổ biến trong việc chế tạo sợi nano Phương pháp electrospinning là kỹ thuật sử dụng lực điện để kéo ra những sợi rất mảnh từ một chất lỏng nhớt Khi đặt điện áp cao vào đầu phun và khối thu sợi (được nối đất) để tạo một điện trường lớn Một dòng điện rất nhỏ tạo ra, làm đầu phun bị nhiễm điện Sau đó, dung dịch đi qua đầu phun này cũng bị nhiễm điện và các hạt mang điện được gia tốc bởi điện trường, kéo dung dịch chuyển động theo chiều của điện trường Kết quả là dung dịch được tăng tốc đều và hình thành sợi mỏng với bán kính nhỏ từ micromet đến nanomet [43].

Hình 3-5 Mô tả các khối cơ bản của thiết bị quay điện [44]

Bằng cách thay đổi nồng độ dung dịch, độ nhớt, dung môi, cường độ điện trường, chúng ta sẽ kiểm soát được hình dạng, kích thước của sợi Vì không sử dụng nhiệt độ cao nên phương pháp này phù hợp để dùng với các loại phân tử kém bền nhiệt Sự tạo thành từng giọt tại đầu kim phun với ảnh hưởng của sức căng bề mặt và điện áp thích hợp đã tạo ra được các sợi nano khác nhau để phù hợp với từng ứng dụng khác nhau Điện áp cao gây ra một lực lớn làm phá vỡ sức căng mặt ngoài của giọt chất lỏng, khi đó sợi kéo ra dài liên tục (chuỗi liên tục) Do vậy, với phương pháp này cho phép dễ dàng điều khiển được đường kính và chiều dài của các sợi [45].

Có thể chế tạo được vật liệu cấu trúc nano dạng sợi có hình thái khác nhau Sản phẩm sợi phụ thuộc vào các thông số của dung dịch và lực tĩnh điện Các thông số đó bao gồm: độ nhớt, sức căng bề mặt, nồng độ dung dịch, lưu lượng dung dịch và điện áp

Kỹ thuật Nanolithography

Một trong những phương pháp phổ biến nhất để chế tạo tấm tinh thể quang tử phẳng2D Là phương pháp in thạch bản chùm điện tử trong đó một chùm điện tử hội tụ

Chương 3: Phương pháp tổng hợp vật liệu nanophotonics được quét xuyên qua một chất nền kháng để tạo ra một khuôn mẫu Độ phân giải của các lỗ trống được tạo ra (10–20 nm) về cơ bản bị giới hạn bởi sự tán xạ của điện tử bên trong và từ điện trở của chất nền Sau đó, các mẫu được chuyển lên chất bán dẫn bằng cách khắc khô (ion phản ứng) khắc Khắc khô có thể được xem là có cơ sở vật lý và hóa học; cái trước liên quan đến sự bắn phá của các ion trong khi cái sau liên quan đến các phản ứng hóa học giữa chất bán dẫn được khắc và các ion Ngoài ra, hạn chế chính của kỹ thuật in thạch bản chùm điện tử là một quá trình nối tiếp nên nó hạn chế cho việc sản xuất khối lượng lớn [17].

Kỹ thuật Nanolithography là quy trình in tạo ra được nhiều bản sao từ một bản gốc với các tính ở quy mô nanomet Các phương pháp khác nhau đã được phát triển để thực hiện phép in thạch bản ở quy mô kích thước nano Ví dụ về kỹ thuật nanolithographic đã được áp dụng để tổng hợp các dây nano hữu cơ bán dẫn bao gồm in thạch bản chùm điện tử (EBL), in thạch bản đầu dò quét (SPL), in thạch bản mềm, và những phương pháp khác Ngoài ra, không giống như các chiến lược khác cho việc tổng hợp các dây nano, phương pháp tiếp cận nanolithographic có thể tạo ra các mẫu 1D và 2D trên một màng mỏng bán dẫn hữu cơ với việc hướng, kích thước, tỷ lệ co và chu kỳ được kiểm soát một cách chính xác Các mẫu có thể hoặc không thể trở thành các dây nano riêng biệt vào cuối tiến trình Nói chung, các cấu trúc nano hữu cơ được chế tạo ra bằng phương pháp in nanolithographic có xu hướng vô định hình ngoài trừ một số trường hợp mà sự tự láp ráp của các phân tử được định hướng [39].

3.3.1 Quang khắc chùm điện tử (EBL)

Phương pháp in khắc chùm tia điện tử (EBL) là một phương pháp tạo mẫu có cấu trúc nano mà không có mặt nạ mà các kỹ thuật quang khắc thông thường không thể tiếp cận được bởi vì giới hạn nhiễu xạ của ánh sáng EBL quét chùm tia điện tử để tạo ra một đã được thiết kế lên một màng mỏng Đặc biệt hơn EBL có thể tạo các mẫu có độ phân giải cao với kích thước nhỏ hơn hơn 100 nm [39].

3.3.2 Phương pháp in bản đầu dò quét (SPL)

Kỹ thuật in thạch bản đầu dò quét (SPL) là một kỹ thuật rất mạnh mẽ nó có thể xử lí các vị trí có độ phân giải không gian nhỏ hơn 10 nm Quét quang khắc trường gần, quét phân tán nano hóa nhiệt, quét kỹ thuật in thạch bản điện hóa và kỹ thuật in nano bút nhúng là những ví dụ về kỹ thuật SPL đã được được sử dụng để tổng hợp các dây nano bán dẫn hữu cơ Vì kính hiển vi thăm dò quét (SPM) có nhiều biến thể tùy thuộc vào cơ chế tác động lẫn nhau nên đã dẫn đến kỹ thuật phân tích nano dựa trênPSL đã phát triển theo nhiều hướng [39].

3.3.3 In Nanoimprint và kỹ thuật in bản mềm

Kỹ thuật in thạch bản mềm là một kỹ thuật không phổ biến trong đó một con tem đàn hồi∼được sử dụng để tạo cấu trúc bên trong vật liệu có kích thước bên trong vật liệu từ 30 nm đến 500 μm; (B)m Con tem được thực hiện bằng cách đúc một tiền chất đàn hồi lên mặt một bản gốc có hoa văn được chế tạo bằng phương pháp in thạch bản quang học, quang khắc điện tử hay vi gia công [17].

In Nanoimprint còn được gọi là in nổi là phương pháp được nghiên cứu rộng rãi nhất trong số các phương pháp in mềm là một phương pháp chế tạo các mẫu quy mô nanomet Đây là một quy trình in Nanolithography đơn giản với chi phí thấp, thông lượng cao và độ phân giải cao Nó tạo ra các mẫu bằng cách biến dạng cơ học của điện trở in và các quá trình tiếp theo [43].

Kỹ thuật in nanoimprint và in thạch bản mềm thường được coi là các phương pháp hứa hẹn nhất có thể thay thế các phương pháp quang khắc thông thường nhờ sự kết hợp của độ phân giải cao, hiệu quả về chi phí có thông lượng cao và khả năng tạo mẫu diện tích lớn [39].

3.3.4 Kỹ thuật in bản giao thoa

Kỹ thuật in thạch bản giao thoa không có mặt nạ (IL) hoặc in thạch bản ba chiều là một phương pháp tạo ra các mẫu trong một bộ quang học khi các đường đi tối ưu của hai hoặc nhiều sóng điện từ xếp chồng lên nhau trong không gian Mô hình giao thoa 3D cũng có thể được thực hiện bằng cách sử dụng một phần tử nhiễu xạ duy nhất thay vì bộ tách chùm Giống như tinh thể keo, các cấu trúc 2D và 3D có thể được sử dụng làm mẫu có thể kết hợp các vật liệu tương phản có chỉ số khúc xạ cao hơn cho các ứng dụng PC Ngoài ra, IL có thể được sử dụng để chế tạo trực tiếp PC 3D từ chất cảm quang kính chalcogenide chỉ số cảm quang cao [17].

Kỹ thuật ghi trực tiếp bằng laser (DLW)

Sự sẵn có của laser cực nhanh đã cho phép chế tạo các mẫu PC bằng cách ghi laser trực tiếp (DLW) Tại đây, đầu ra của một tia laser cực nhanh được tập trung bên trong chất cản quang hoặc nhựa lỏng để bắt đầu hấp thụ phi tuyến hai photon hoặc cao hơn tại một vị trí không gian cụ thể Sự hấp thụ có thể gây ra hư hỏng quang học hoặc phản ứng quang phân tử Chất cản quang được chọn để trong suốt đối với bước sóng laser ở mức một photon nhưng quang hoạt khi hấp thụ phi tuyến Điều này đảm bảo rằng sửa đổi cảm ứng quang học xảy ra ở mặt phẳng tiêu điểm đã chọn [17].

Các loại khác của Photonic crystals (PCs)

Chương 3: Phương pháp tổng hợp vật liệu nanophotonics

Hầu hết các Photonic crystal (PC) được làm bằng vật liệu điện môi nhưng vẫn có một số ưu điểm trong việc xây dựng các cấu trúc tuần hoàn khi sử dụng vật liệu kim loại để chế tạo PC Đặc biệt là những PC như vậy được cho là tương đối rẻ hơn so với các cụm điện môi và còn có cân nặng nhẹ hơn [17].

3.5.2 PCs có thể điều chỉnh được

Hiện nay nhiều người quan tâm đến việc chế tạo Photonic crystal (PC) có các đặc tính có thể thay đổi để thích ứng với các kích thích bên ngoài vì vậy chúng có tiềm năng trong ứng dụng của chuyển mạch quang học và cảm biến PCs có thể điều chỉnh thể hiện các bước sóng hoặc cường độ nhiễu xạ khác nhau khi tiếp xúc với kích thích vật lý hoặc kích thích hóa học Một cách để tiếp cận được đề cập ở đây là chế tạo cấu trúc quang tử bằng cách sử dụng các khối xây dựng tự đáp ứng và cách tiếp cận thứ hai là giới thiệu một tài liệu đáp ứng vào các khoảng trống của PC để tạo ra một cấu trúc tổng hợp Các vật liệu được sử dụng trong hoặc cho PC sẽ quyết định phần lớn đến sự phù hợp nhất với các kích thích bên ngoài [17].

Kích thích vật lý: Sự thay đổi nhiệt độ là một kích thích phổ biến có thể được áp dụng bằng cách đốt nóng hoặc bằng cách chiếu tia laser.

Kích thích hóa học: Một trong những cách tiếp cận hóa học đơn giản nhất để điều chỉnh được các đặc tính của PC là xâm nhập vào các cấu trúc xốp với dung môi và hơi dẫn đến sự thay đổi trong chỉ số khúc xạ của tổ hợp Các PCs làm bằng hydrogel và được chức năng hóa bằng hợp chất crown ethers để liên kết có chọn lọc Pb 2+ , Ba 2+ và

K + vao mạng lưới gel được phát hiện là sưng lên do sự gia tăng áp suất thẩm thấu là kết quả của thế Donnan phát sinh từ các ion ngược chiều tương tác với các cation [17].