Tổng hợp và chế tạo vật liệu nano 3.1 TIẾP CẬN VỚI CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NANO ⚫ 3.1.1 Khái niệm ⚫ Một nanomet là một phần tỉ mét. Để so sánh chúng ta hãy tưởng tượng một sợi tóc cũng có kích thước là 80 000 nm, đường kính hồng cầu khoảng 7 000 nm và phân tử nước có đường kính chừng 0,3 nm. Đường kính nguyên tử và đường kính các lỗ hổng trong ô mạng kim loại là vài angtron mét tức là vài chục nanomet. Nghiên cứu vật liệu nano tức là nghiên cứu đến phạm vi nguyên tử và cụm nguyên tử của vật liệu. Ở trạng thái nano thì các tính chất điện và điện tử cũng như lượng tử đã bắt đầu hoạt động. Bởi vậy, vật liệu có cấu trúc nano có những tính chất rất đặc biệt và đang thu hút nhiều nghiên cứu cơ bản cũng như các nghiên cứu ứng dụng
Vật liệu nano 3.1 TIẾP CẬN VỚI CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU NANO ⚫ ⚫ 3.1.1 Khái niệm Một nanomet phần tỉ mét Để so sánh tưởng tượng sợi tóc có kích thước 80 000 nm, đường kính hồng cầu khoảng 000 nm phân tử nước có đường kính chừng 0,3 nm Đường kính nguyên tử đường kính lỗ hổng ô mạng kim loại vài angtron mét tức vài chục nanomet Nghiên cứu vật liệu nano tức nghiên cứu đến phạm vi nguyên tử cụm nguyên tử vật liệu Ở trạng thái nano tính chất điện điện tử lượng tử bắt đầu hoạt động Bởi vậy, vật liệu có cấu trúc nano có tính chất đặc biệt thu hút nhiều nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng ⚫ phạm vi nanomet, vật liệu có tính chất khác hẳn so với trạng thái khối đặc hai lý sau Thứ nhất, vật liệu nano có diện tích bề mặt lớn nhiều so với khối lượng vật liệu dạng khối Điều làm cho vật liệu có hoạt tính hố học mạnh (có trường hợp vật liệu trơ hố học dạng khối lại có hoạt tính hố học trạng thái nano), đồng thời tính chất khác tính chất học, hố học, lý học, điện học vật liệu thay đổi ⚫ Thứ hai, kích thước nano, hiệu ứng lượng tử bắt đầu chi phối thuộc tính vật chất qui mơ nano, thí dụ tính chất quang, tính chất từ, tính chất điện, lượng vật liệu Vật liệu nano sử dụng dạng chiều (lớp phủ mỏng bề mặt), hai chiều (dây ống nano) ba chiều (hạt kích cỡ nano) 3.1.2 Phân loại Cần phân biệt hai khái niệm, vật liệu có cấu trúc nano vật liệu nano tinh thể Vật liệu cấu trúc nano: kỹ thuật vật liệu chia làm ba loại sau: ⚫ Vật liệu có cấu trúc khơng chiều ba chiều đo có kích cỡ chiều dài nhỏ 100nm ⚫ Vật liệu mà cấu tạo nguyên tử xắp xếp thành cụm có kích thước nano Các cụm phát triển thành hạt khối vật liệu liên tục ⚫ Vật liệu có chiều có kích thước khoảng đến 100 nm ⚫ Vật liệu nano tinh thể loại vật liệu có kích cỡ cấu trúc nhỏ 100nm chi làm ba nhóm Nhóm một: Những vật liệu chiều đo có kích thước kích cỡ nano, lớp, màng mỏng lớp phủ bề mặt Một số linh kiện máy tính thuộc nhóm Nhóm hai: Những vật liệu mà khoảng cách hai chiều đo có kích thước nano, dây nano ống nano Nhóm ba: Những vật liệu mà kích thước ba chiều đo có kích cỡ nano dạng hạt, thí dụ, hạt mịn, hạt keo chấm lượng tử Các vật liệu nano tinh thể tạo thành từ hạt kích thước nano thuộc nhóm a) Vật liệu nano dạng chiều: Màng mỏng, lớp mỏng bề mặt ⚫ Trong cơng nghiệp chế tạo mạch tích hợp silicon, có nhiều thiết bị vận hành dựa sở lý thuyết màng mỏng Việc khống chế chiều dày màng đến mức vài nguyên tử chuyện bình thường Vật liệu nhiều lớp (mỗi lớp lớp nguyên tử phân tử) chế tạo sử dụng nhiều cơng nghiệp hố học, cơng nhgiệp điện tử ⚫ Bề mặt kỹ thuật với tính đặc biệt diện tích bề mặt lớn, hoạt độ hoá học đặc trưng sử dụng hàng loạt công nghệ pin lượng, chất xúc tác, bán dẫn, quang học b) Vật liệu nano hai chiều: dạng ống +) Ống nanocacbon (nanotube) ⚫ Ống nanocacbon loại vật liệu nano đặc biệt, cấu tạo lưới ngun tử cacbon cuộn lại thành hình ống Có hai loại ống nano, loại lớp - Single Wall Nanotube (SWNT) loại nhiều lớp - Multi Wall Nanotube (MWNT) Vật liệu nanotube có độ bền cực cao: mơđun đàn hồi đạt tetapascal, độ cứng tương đương kim cương; độ dẻo theo chiều dọc trục, dẫn điện cực tốt Vật liệu nano ống cacbon vật dẫn điện vật bán dẫn, tuỳ thuộc vào độ xoắn lưới graphit Những đặc tính đặc biệt nói làm cho ống nano cacbon có nhiều ứng dụng: thí dụ, vật liệu tăng cường cho compozit, cảm biến, thiết bị hiển thị điện tử nano c) Vật liệu nano ba chiều ⚫ ⚫ Vật liệu dạng hạt Hạt nano hạt có đường kính nhỏ 100 nm Vật liệu nano tồn giới tự nhiên, thí dụ, sản phẩm phản ứng quang hoá hay phản ứng núi lửa, thảm thực vật hay tảo hình thành nên Các sản phẩm cháy, nấu nướng thức ăn, khói bụi xe cộ… tạo phần tử có kích cỡ nano Phương pháp ăn mịn laze Trong phương pháp này, xung laze nung nhanh lớp mỏng (