nghiên cứu chế tạo sol-gel chứa các hạt nano tio2 và ứng dụng phủ màng trên gốm sứ ceramic

Màng pha anatase là một chất bán dẫn có tính oxi hóa khử mạnh, là vật liệu quang xúc tác làm sạch môi trường, có tác dụng diệt khuẩn, khử mùi, làm các lớp sơn phủ chống mốc, chống bụi, c

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn TS.Nguyễn Văn Xá Thầy là người đã trực tiếp hướng dẫn em làm và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Thầy đó luụn bên cạnh và hướng dẫn cho em để quá trình nghiên cứu làm đồ án của em được thuận lợi và nhanh chóng

Em xin chân thành cảm ơn PGS.TS.Phạm Thu Nga, nghiên cứu viên cao cấp của viện vật liệu, viện khoa học công nghệ Việt Nam, người đã truyền đạt cho em những kiến thúc quý báu nhất và tận tình chỉ dẫn em trong công tác nghiên cứu khoa học để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn Ths.Cao Xuân Thắng, Ths.Vũ Đức Chính những người luôn ủng hộ và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho em khi học tập và nghiên cứu tại trung tâm sắc ký, trường Đại học Bách khoa Hà Nội cũng như tại viện công nghệ vật liệu, viện khoa học công nghệ việt nam

Cảm ơn gia đình và bạn bè đó luụn ủng hộ động viên em trong thời gian làm tốt nghiệp để em sớm hoàn thành được bản đồ án như ngày hôm nay

Sinh Viên

Nguyễn Hùng Mạnh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

MỞ ĐẦU 6

CHƯƠNG I 9

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ VẬT LIỆU 9

NANO TiO2 VÀ ỨNG DỤNG 9

1.1 ĐIOXIT TITAN (TiO2) [6,8] 9

1.2 VẬT LIỆU NANO ĐIOXIT TITAN (TiO2) 13

1.3 CÁC ỨNG DỤNG CỦA MÀNG PHỦ TiO2 19

1.3.1 Vật liệu tự làm sạch 19

1.3.2 Xử lý nước bị ô nhiễm 20

1.3.3 Xử lý không khí ô nhiễm 21

1.3.4 Diệt vi khuẩn, virus, nấm 21

1.3.5 Tiêu diệt các tế bào ung thư 22

1.3.6 Ứng dụng tính chất siêu thấm ướt 22

CHƯƠNG II 24

CHẾ TẠO SOL CHỨA CÁC HẠT NANO TiO2 24

VÀ CÁC LOẠI THIẾT BỊ TẠO MÀNG 24

2.1.CHẾ TẠO SOL CHỨA CÁC HẠT NANO TiO2 BẰNG ALKOXYDE TITAN [1,11,12] 24

2.1.1 Lý thuyết chung 24

2.1.2 Dùng alkoxyde titan 25

2.1.2.1.Cơ chế phản ứng 25

2.1.2.2.Quy trình tạo sol dùng để phủ màng sử dụng alkoxyde titan 27

2.2.THIẾT BỊ NHÚNG PHỦ [11,12] 28

2.2.1.Lý thuyết kỹ thuật nhúng phủ ( Dip-coating ) 28

2.2.2.Thiết bị 29

2.2 THIẾT BỊ PHUN PHỦ [11,12] 32

2.2.1 Lý thuyết kỹ thuật phun phủ ( Spray ) 32

2.2.2.Thiết bị 32

CHƯƠNG III 33

CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 33

3.1.SEM : KÍNH HIỂN VI ĐIỆN TỬ QUẫT 34

3.2 AFM : KÍNH HIỂN VI LỰC NGUYÊN TỬ 35

3.2.1 Nguyên lý của AFM: 35

3.2.2.Các chế độ ghi ảnh 36

3.2.2.1 Chế độ tiếp xúc (chế độ tĩnh) 36

3.2.2.2 Chế độ không tiếp xúc (chế độ động) 37

3.2.2.3 Tapping mode 37

3.2.3 Phân tích phổ AFM 37

3.2.4 Ưu điểm, nhược điểm và ứng dụng của AFM 37

3.2.4.1.Ưu điểm của AFM 38

3.2.4.2 Nhược điểm của AFM 38

3.2.4.3 Ứng dụng của AFM 38

3.3 XRD : NHIỄU XẠ TIA X 38

3.3.1.Phương trình Bragg 39

3.3.2.Ảnh hưởng của kích thước hạt nano tinh thể lên độ rộng của vạch nhiễu xạ tia X 41

3.3.3 Xác định kích thước hạt 42

3.4.PHỔ TÁN XẠ MICRO-RAMAN 45

CHƯƠNG IV 47

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 47

4.1 Kết quả chế tạo sol-gel 47

4.2 Kết quả tạo màng phủ trên gốm sứ Ceramic 48

4.4 Kết quả phân tích bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM): 52

4.5 Kết quả phân tích bằng phổ tán xạ Micro-Raman: 54

4.6 Kết quả phân tích bằng AFM (Kính hiển vi lực nguyên tử) 55

4.7 Kết quả về tớnh kỵ nước và ưa nước của màng TiO2 56

4.8 Kết quả về độ bỏm dớnh của màng TiO2 57

4.9 Kết quả về tớnh chất quang xúc tác 58

KẾT LUẬN 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61

PHỤ LỤC 63

1 Hóa chất sử dụng .63

2 Thiết bị sử dụng 63

MỞ ĐẦU

Sự tìm kiếm và phát triển vật liệu mới luôn là vấn đề quan tâm nhằm đáp ứng những nhu cầu của cuộc sống Trong mọi thời đại, các nhà khoa học không ngừng nghiên cứu chế tạo ra các vật liệu mới có tính chất cơ, lý, hóa như mong muốn Đặc biệt các nhà khoa học đi sâu và nghiên cứu những vật liệu tồn tại ở các kích thước giới hạn khác nhau Những vật liệu có kích thước

cỡ micro mét và nano mét càng ngày càng được quan tâm nghiên cứu Với những phép đo độ chính xác cao, các nhà khoa học phát hiện ra rằng cùng một vật liệu gốc nhưng khi kích thước của chúng được thu nhỏ đến giới hạn nào đó tính chất của chúng sẽ thay đổi so với tính chất của vật liệu khối [5] Những tính chất mới, những hiệu ứng mới được phát hiện làm phát

thước bề dày nano mét được nhiều nhà khoa học trong và ngoài nước quan tâm nhằm tối ưu hóa vật liệu cũng như nghiên cứu phát triển ứng dụng Màng

pha anatase là một chất bán dẫn có tính oxi hóa khử mạnh, là vật liệu quang xúc tác làm sạch môi trường, có tác dụng diệt khuẩn, khử mùi, làm các lớp sơn phủ chống mốc, chống bụi, chống bẩn, chống sương trờn kớnh, làm các thiết bị nhạy khí để chế tạo các sensor [5] Do đó, việc nghiên cứu khống chế

tạo bằng kỹ thuật sol-gel kết hợp quay spin, nhỳng kộo [14], phương pháp bốc bay bằng chùm tia laser hay phún xạ trong chân không được nhiều phòng thí nghiệm quan tâm

Theo công bố của tác giả W.F.Zhang và cộng sự nghiên cứu phổ tán xạ

thì pha anatase được hình thành trong quá trình chế tạo khi nhiệt độ ủ không

ưu thế hơn [13]

Sự quan tâm của các nhà nghiên cứu càng tăng sau công bố của

Coban (Co) trên nhiệt độ phòng (400K) [16] Kết quả này đã mở ra một hướng nghiên cứu mới thu hút sự quan tâm của nhiều phòng thí nghiệm [10]

từ lý tưởng cho công nghệ Spin từ

Do quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển đi kèm với nó là vấn đề ô nhiễm môi trường, nhiều loại khí độc xuất hiện ảnh hưởng đến sức

sensor nhạy khí nhằm phát hiện ra những khí độc này Đây là một trong

tính chất quang, điện và tính chất bề mặt rất quý Chính những điều này khiến cho nó được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

Đồ án tốt nghiệp này của em đươc thực hiện theo 2 hướng chinh :

2 Ứng dụng phủ màng trên gốm sứ Ceramic bằng cách

- Dùng phương pháp nhúng phủ (Dip-coating)

- Dùng phương pháp phun phủ (Spray)

Mục đích em hướng tới trong đồ án tốt nghiệp này là :

công nghệ đơn giản, vật liệu rẻ tiền

Bởi nước ta có nguồn nguyên liệu Titan dồi dào ở dọc bờ biển miền trung giúp có thể chủ động về nguồn nguyên liệu từ đó tiến tới sản xuất vật

Đồ án tốt nghiệp này của em được thực hiện và hoàn thành tại phòng

120, 121, 313A viện vật liệu, viện khoa học công nghệ Việt Nam và trung tâm sắc ký, trường đại học bách khoa Hà Nội

Các phép đo : Nhiễu xạ tia X, SEM, AFM, Raman đều được tiến hành tại viện khoa học công nghệ việt Nam với việc sử dụng các loại máy móc hiện đại và tiên tiến nhất hiện nay

Nội dung của đồ án bao gồm các phần sau :

- Mở đầu

loại thiết bị tạo màng

- Chương III : Các phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Chương IV : Kết quả nghiên cứu

- Kết luận

- Tài liệu tham khảo

- Phụ lục

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ VẬT LIỆU

Titan là kim loại màu trắng được phân bố rất rộng rãi trong tự nhiên dưới dạng các quặng Nó là nguyên tố đứng thứ 9 về số lượng trong các nguyên tố tạo nên lớp vỏ trái đất (khoảng 0,63% )

Titan (Ti) là kim loại chuyển tiếp thuộc nhóm IV chu kỳ IV trong bảng

hệ thống tuần hoàn của Mendeleep, có nguyên tử khối là 47,88 có bán kính

Titan là một kim loại nhẹ, cứng, bề mặt bóng láng, chống ăn mòn tốt,

có thể chống ăn mòn với cả dung dịch axit, khí clo và các dung dịch muối thông thường do kim loại này có thể tạo một lớp oxit bảo vệ bền phía ngoài

bề mặt trong môi truờng không khí

Ở trạng thái tinh khiết titan có thể được kéo sợi dễ dàng (nhất là trong môi trường không có oxy), dễ gia công Nhiệt độ nóng chảy của titan tương đối cao nờn nú có thể dùng làm kim loại chịu nhiệt Titan cứng như thép nhưng nhẹ hơn 40% và nó nặng hơn nhôm nhưng cứng gấp đôi

được ứng dụng rộng rãi trong các ngành kĩ thuật như công nghiệp sơn, giấy, xỳc tỏc…

anatase, rutile và brookit Hai dạng thự hỡnh chính thường gặp và thường

được sử dụng là anatase và rutile Dạng brookit ít gặp trong tự nhiên và không

có giá trị thương mại

anatase, là pha tinh thể có hoạt tính xác tác cao, thì ta cần công nghệ chế tạo

Hình 1.1 Cấu trúc tinh thể của anatase, rutile và brookit

Cấu trúc của dạng tinh thể anatase và rutile thuộc hệ tinh thể tetragonal

trúc theo kiểu bát diện, trong đó mỗi nguyên tử Titan nằm ở tâm của khối tám mặt bao quanh bởi sáu nguyên tử Oxi (hình 1.1), các đa diện phối trí này sắp xếp khác nhau trong không gian Trong anatase, mỗi khối tám mặt có bốn cạnh chung còn trong rutile chỉ có hai cạnh chung nghĩa là mạng cơ bản của

Trong tinh thể Anatase, các đa diện phối trí tám mặt bị biến dạng mạnh hơn so

với Rutile, khoảng cách Ti-Ti ngắn hơn và khoảng cách Ti-O dài hơn (hình 1.2), điều này ảnh hưởng đến cấu trúc điện tử của hai dạng tinh thể, kéo theo

sự khác nhau về các tính chất vật lý và hóa học Chớnh vì mật độ nộn cỏc ion cao hơn của tinh thể rutile đã làm tăng lực hút tương tác giữa chúng, làm giảm hoạt tính xúc tác quang

Hình 1.2 Cấu trúc tinh thể của anatase(a) và rutile (b)

mạnh các bức xạ trong vùng tử ngoại Bảng 1 trình bầy một số tính chất của

Sự chuyển hóa mạng tinh thể từ pha anatase thành rutile có năng lượng hoạt hóa là 7,5 kcal/mol nhưng tốc độ chuyển pha phụ thuộc vào nhiệt độ và

sự có mặt của các chất có tác dụng làm xúc tác hay kìm hãm quá trình Sự chuyển hóa thự hỡnh từ anatase sang rutile là không thuận nghịch và có ΔG

kiện xử lí nhiệt ta có thể thu được pha tinh thể khác nhau

như sơn, vật liệu che phủ, nhựa plastic, cao su, sản xuất giấy, mực in, thực phẩm, đồ gốm sứ…Tạp chất có ảnh hưởng lớn rất lớn tới màu sắc đioxit titan

tạp chất rất nhỏ

sáng tử ngoại ở nhiệt độ phòng Hạt có đường kính từ 200–300 nm phân tán mạnh mẽ trong vùng ánh sáng trông thấy bước sóng từ 400–600 nm, nhưng ngược lại, tinh thể có đường kính 20–50 nm tán xạ mạnh trong vùng ánh sáng

sáng bằng các ánh sáng tử ngoại (UV) có bước sóng > 390 nm (như trên hình 1.3), thì sẽ chuyển một điện tử từ mức cơ bản ở vùng dẫn, lên mức kích thích thuộc vùng hóa trị, để lại một lỗ trống tích điện dương ở vùng hóa trị Ngay lập tức, cả hai loại hạt điện tử và lỗ trống này sẽ di chuyển ra bờ biên của hạt,

này cũng được cho vào sơn, làm sơn trắng và có tính xúc tác cao

Hình 1.3 Minh hoạ hiện tượng quang xúc tác từ các hạt nano TiO2

khi chiếu tia tử ngoại UV

định bởi sự phân bố đối xứng và chắc chắn của nguyên tử trong mạng lưới

tinh thể anatase, có kích thước hạt đồng đều và có hàm lượng tạp chất là nhỏ nhất

Một trong các ứng dụng dân dụng quan trọng của công nghệ Nano chính là khả năng áp dụng chúng vào các bề mặt thuỷ tinh hoặc kính tự làm

chẳng có gì là công nghệ nano hơn là cỏc kớnh tự làm sạch! Ở đây, cỏc nột đặc trưng chính từ các triển vọng của công nghệ nano được thể hiện và đặc trưng rất quan trọng

là kích thước của chúng < 100 nm, chiều dầy của lớp tự làm sạch rất mỏng (20-50 nm), các tính chất của lớp nano TiO thay đổi theo bản chất kích thước.

Các màng tự làm sạch và có tính kháng khuẩn được chế tạo dựa trên cơ

nghiên cứu chế tạo và ứng dụng ở quy mô nhỏ của đề tài này Như vậy, điểm

vài chục nano một, có độ đồng đều về kích thước tốt, kết tinh ở pha tinh thể

màng trên đế là gốm sứ, cụ thể là gạch ốp lát xây dựng Đây là đề tài mang nội dung khoa học nano và tính ứng dụng cao

Trong thực tế, bề mặt của các vật liệu như gạch ốp lát hay cửa kính, trong quá trình sử dụng thì để làm sạch chúng, ta cần một lượng lớn hoá chất tẩy rửa và đôi khi còn gặp khó khăn, vì đa phần chúng đều là các cửa kính của nhà cao tầng Để giải quyết vấn đề này, cần tạo ra một bề mặt kị nước cho vật liệu cần làm sạch

màng này cú cỏc tính chất như chống phản xạ, tự làm sạch theo hiệu ứng lá

xỳc tác, làm sạch cho vật liệu được phủ màng Ví dụ về hiệu ứng nano xốp của lá sen để làm sạch chất bẩn được minh hoạ trờn hỡnh 1.4 dưới đây

Các nghiên cứu của chúng tôi bao gồm cả nghiên cứu các tính chất ưu

thuật phủ màng mỏng bằng toàn bộ các hạt nano (all-nanoparticle thin film

giới, ví dụ như viện Massachusetts Insitute of Technology (MIT), Mỹ và các nước khác quan tâm [1-3]

Hình 1.4 Cơ chế giọt nước tự chẩy trên một bề mặt lá cây thông thường (a)

và giọt nước chẩy theo hiệu ứng tự làm sạch chất bẩn theo kiểu lá sen (b)

làm cho chúng cực kỳ hấp dẫn đối với các ứng dụng như trong các tế bào quang điện, phủ trên gốm sứ, gạch men, vật liệu xây dựng, kính ô tô và kính cửa sổ cho các nhà cao tầng Việc tập hợp được các hạt nano thành các màng mỏng đồng đều với sự kiểm soát chính xác các tính chất hoá – lý, là các thách thức to lớn về kỹ thuật Các kỹ thuật đã được nghiên cứu và phát triển trong các năm gần đây nhằm chế tạo ra màng mỏng từ các hạt nano bền chắc hơn,

từ các màng này có thể dẫn đến các ứng dụng mới trong các lĩnh vực khác nhau Trong những năm gần đây, những nghiên cứu ứng dụng xử lí nước và không khí có sử dụng các tác nhân phân huỷ các chất hữu cơ, dựa vào hoạt tính oxy hoá khử mạnh của chất quang xúc tác đã được tiến hành rất nhiều, do

các vật liệu khác nhau như kính hoặc gạch lát, bề mặt vật liệu có khả năng tự làm sạch với việc sử dụng phản ứng quang xúc tác Hình 1.5 minh hoạ hiệu

Hình 1.5 Minh hoạ hiện tượng quang xúc tác từ bề mặt màng TiO2

khi chiếu tia tử ngoại UV

ra điện tử và lỗ trống Với sự có mặt của nước và oxy nằm trong không khí,

có hoạt tính oxy hoá rất mạnh và có hoạt tính hoá học cao, nó làm giảm lượng

oxy hoá mạnh sẽ làm phân huỷ các chất hữu cơ và cũng có tác dụng diệt các mầm bệnh và vi khuẩn

Hình 1.6 Minh hoạ màng TiO2 khi chiếu sáng UV

Khi kết hợp cơ chế quang xúc tác của các hạt TiO2 và hiệu ứng màng tự làm sạch, ta dễ dàng có thể nhận thấy là tác dụng làm sạch sẽ được nhân đôi Điều này có thể hiểu được và được minh hoạ trờn hỡnh 1.6.

Đối với các hạt nhỏ, khi chiếu sáng với ánh sáng tử ngoại UV thì sự tán xạ ánh sáng sẽ chiếm ưu thế đối với các hạt kích thước bằng cỡ 1/10 chiều dài

có kích thước đồng đều, các chất bẩn sẽ bị tách ra khỏi bề mặt vật liệu đã phủ

sóng > 390 nm (ví dụ ánh sáng mặt trời) Khi này, phản ứng quang xúc tác sẽ

Trong khuôn khổ nghiên cứu của đề tài đồ án, chúng tôi chế tạo ra màng

mà trong giai đoạn đầu được gọi là “gel film”, bao gồm các hạt oxit kim loại

bám đính vào bề mặt gốm sứ Phương pháp chế tạo này có thể dùng để chế tạo ra màng mỏng trong suốt mới, có hoạt tính quang xúc tác cao, có tính kỵ nước và do vậy, có tính tự làm sạch và diệt khuẩn tốt

Các màng mỏng phủ trên gốm này cần phải trong suốt, để bảo toàn mầu sắc gốc của gốm sứ sản phẩm ban đầu Các màng này được chế tạo từ các hạt

này được tạo ra bằng phương pháp nhỳng kộo (dip-coating) hoặc phun phủ (spray) trên bề mặt gốm sứ Các màng mỏng sau khi được chế tạo và xử lý

nhìn thấy (UV-VIS), xác định độ dầy màng và tính kỵ nước Hoạt tính quang

được so sánh khi màng này được chiếu đèn tử ngoại UV với phổ phát xạ có bước sóng cực đại cỡ 360 nm và đốn phỏt ánh sáng tự nhiên ban ngày Chúng tôi đã nghiên cứu và thấy rằng khi các màng này khi được nung ở nhiệt độ

nước cảm ứng do ánh sáng, và biểu lộ một sự chuyển đổi trạng thái từ ưa nước đến kỵ nước chậm

Trên cơ sở các thí nghiệm khảo sát, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu,

mua hoá chất, tự chế tạo thiết bị thử nghiệm, chế tạo chất lỏng “sol” chứa các

Ceramic Các kết quả thu được trờn cỏc tấm gốm cỡ nhỏ, cho thấy chất lượng

bề mặt gốm là tốt và khả quan

Như vậy, trong khuôn khổ các kết quả cần đạt được, chúng tôi cần chế

tinh ở pha tinh thể anatase Sau đó là các màng tạo ra phải trong suốt, so sánh với gốm chưa phủ các màng này có tính trơn, kỵ nước Chúng tôi sẽ lần lướt trình bầy các kết quả theo logic khoa học này

đang được khoa học quan tâm và nghiên cứu, bởi các tính chất cũng như

hiện và được thương mại hoá từ lâu, nhưng việc cải thiện những tính chất quan trọng của vật liệu dựa trên cơ sở giảm kích thước hạt, thay đổi cấu trúc…cho các mục tiêu ứng dụng cụ thể vẫn còn là vấn đề thời sự đối với các

thực tế rất lớn

1.3 CÁC ỨNG DỤNG CỦA MÀNG PHỦ TiO2

là một loại oxit sạch, đơn giản trong phương pháp tổng hợp và không độc hại

quang (bề mặt tự làm sạch, làm sạch không khí, phân hủy các hợp chất hữu

cơ, khử trùng, điều trị ung thư…) làm vật liệu siêu ưa nước (bề mặt tự làm sạch, chống sương mự…)

Hình 1.7 Những hướng ứng dụng chính TiO2

1.3.1 Vật liệu tự làm sạch

Một khía cạnh hết sức độc đáo và đầy triển vọng là chế tạo các vật liệu tự làm sạch ứng dụng cả hai tính chất xúc tác quang hóa và siêu thấm ướt Ý tưởng này bắt nguồn khi những vật liệu cũ như gạch lát nền, cửa kính các tòa nhà cao ốc, sơn tường thường bị bẩn chỉ sau một thời gian ngắn sử dụng Có những nơi dễ dàng lau chùi như gạch lát, sơn tường trong nhà của chúng ta nhưng có những nơi việc làm vệ sinh là rất khó khăn như của kớnh cỏc tòa

Tự làm sạch

Khử mùi, làm sạch không khí

TiO 2 +Ánh sáng

Điều trị ung thư

nhà cao ốc, mái vòm của các công trình công cộng kiểu như nhà hát Opera ở Sydney, hay như mái của các sân vận động hiện đại ngày nay

Chúng ta vẫn luôn luôn muốn cú các loại vật liệu tự làm sạch để một ngày nào đó chúng ta không còn phải làm các công việc đầy nguy hiểm là leo lên các công trình này, và giờ đây các loại vật liệu này đã được thử nghiệm

ánh sáng thường đi qua nhưng lại hấp thụ tia tử ngoại để phân hủy các hạt bụi nhỏ, các vết dầu mỡ do các phương tiện giao thông thải ra Các vết bẩn này cũng dễ dàng bị loại bỏ chỉ nhờ nước mưa, đó là do ái lực lớn của bề mặt với nước, sẽ tạo ra một lớp nước mỏng trên bề mặt và đẩy chất bẩn đi

1- Bụi bẩn, kính lớp màng chứa tinh thể TiO2

2- ánh mặt trời chiếu tia cực tím kích thích phản ứng quang hoá trong lớp TiO2, bẻ gẫy các phân tử bụi

3- Khi nước rơi trên mặt kính tạo ra hiệu ứng thấm nước Nước trải đều ra bề mặt, tạo ra hiệu ứng thấm nước Nước trải đều ra bề mặt thay vì thành giọt, cuốn theo chất bẩn đi xuống.

1.3.2 Xử lý nước bị ô nhiễm

Ô nhiễm nước ngày nay đã trở thành vấn đề nghiêm trọng toàn cầu chứ không chỉ riêng của bất kỳ quốc gia nào Các hội thảo khoa học đã được tổ

chức tại Nhật, Canada, Hoa kỳ với hy vọng sẽ nhanh chóng tìm ra hướng đi

Tại Nhật thậm chí người ta đã thử nghiệm các loại bồn tắm có thể làm

có vẻ rất khó khả thi khi áp dụng cho một thể tích nước lớn do vấn đề kinh tế

và thời gian cần thiết đủ để làm sạch

vậy bề mặt tiếp xúc sẽ lớn hơn và chúng ta sẽ thu hồi lại bằng từ trường

1.3.3 Xử lý không khí ô nhiễm

Chúng ta cần một bầu không khí trong lành hơn là bầu không khí mà chúng ta vẫn đang sống ở các thành phố lớn, một bầu không khí không có mùi thuốc lá, khói xe, bụi Bụi có thể ngăn chặn nhưng khói xe và khói thuốc lỏ thỡ rất khú vỡ mũi của chúng ta có khả năng nhận ra các phân tử mang mùi chỉ với nồng độ 0,00012 phần triệu

thì chúng ta sẽ có một loại giấy đặc biệt - giấy thông minh tự khử mùi Sử dụng các tờ giấy này tại nơi lưu thông không khí như cửa sổ, hệ thống lọc khí trong ụ tụ ,cỏc phân tử mùi, bụi bẩn sẽ bị giữ lại và phân hủy chỉ nhờ ánh sáng thường hoặc ánh sáng từ một đèn tử ngoại Ngoài ra loại giấy này cũng

có tác dụng diệt vi khuẩn gây bệnh có trong không khí và chúng ta sẽ có một bầu không khí lý tưởng

1.3.4 Diệt vi khuẩn, virus, nấm

có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ, bao gồm cả nấm, vi khuẩn, virus

Môi trường như phòng vô trùng, phòng mổ bệnh viện là những nơi yêu cầu về độ vô trùng rất cao, công tác khử trùng cho các căn phòng này thường được tiến hành kỹ lưỡng và khá mất thì giờ Nếu trong các căn phòng này

đèn chiếu tử ngoại và chừng 30’ là căn phòng đã hoàn toàn vô trùng

1.3.5 Tiêu diệt các tế bào ung thư

Ung thư ngày nay vẫn là căn bệnh gây tử vong nhiều nhất Việc điều trị bằng các phương pháp nhiễu xạ, truyền hóa chất, phẫu thuật thường tốn kém

hướng đi khả thi cho việc điều trị ung thư Người ta đang thử ngiệm trên chuột bằng cách cấy các tế bào để tạo nên các khối ung thư trên chuột, sau đó

trên và chiếu sáng vào khối u, thời gian 3’ là đủ để tiêu diệt các tế bào ung thư Với các khối u sâu trong cơ thể thì một đèn nội soi sẽ được sử dụng để cung cấp ánh sáng

1.3.6 Ứng dụng tính chất siêu thấm ướt

Khi đi trong mưa thỡ cỏc giọt nước đọng lại trên cửa kính là nguyên nhân gây nên hiện tượng khúc xạ ánh sáng làm cho chúng ta rất khó quan sát mọi vật Trong một thời gian dài người ta cứ đi theo hướng chế tạo ra các vật liệu không ưa nước để giọt nước dễ dàng gạt bỏ Thực tế thì bề mặt này lại tạo

ra các hạt nước nhỏ và chớnh chỳng là nguyên nhân làm cho mọi vật nhạt nhòa đi khi quan sát

khám phá ra một hướng đi mới ngược lại hoàn toàn với cách làm trên Với

trải dàn ra thành một mặt phẳng đều và ánh sáng có thể truyền qua mà không gây biến dạng hình ảnh

Những thử nghiệm trờn cỏc cửa kính ụtụ đó cú những kết quả rất khả quan Thời tiết nồm ẩm sẽ làm cho kính, gương soi thường bị mờ đi rất nhanh

Đó là do các giọt nước nhỏ liti đọng lại trên bề mặt gương Nếu gương được

mờ của bề mặt gương hay kính phụ thuộc vào khả năng thấm ướt của bề mặt

tốt

thấm ướt tốt, khi dựng thỡ chỳng có thể ngăn cản các chất bẩn bỏm lờn bề mặt đồng thời bề mặt có ái lực mạnh với nước hơn là với chất bẩn sẽ giúp gốm sứ dễ dàng rửa trôi chất bẩn đi chỉ bằng động tác xả nước

nhanh làm việc trong điều kiện ẩm ướt Do tính chất thấm ướt tốt, giọt chất

CHƯƠNG II

VÀ CÁC LOẠI THIẾT BỊ TẠO MÀNG

TITAN [1,11,12]

2.1.1 Lý thuyết chung

Phương pháp sol-gel do R.Roy đề xuất năm 1956 sử dụng trong tổng hợp vật liệu, chế tạo màng mỏng có rất nhiều ưu điểm và ngày càng được sử dụng rộng rãi :

nên sản phẩm sinh ra có độ tinh khiết hóa học cao, chế tạo ở điều kiện nhiệt độ thường, hạt sinh ra nhỏ, có phân bố kích thước hạt hẹp

hình dạng mong muốn như dạng hạt, màng mỏng, dạng que

bằng phương pháp tập hợp hóa học, thiết bị đơn giản, tiết kiệm được rất nhiều năng lượng, mang tính kinh tế hơn so với các phương pháp khác

mịn có tính đồng nhất và độ tinh khiết cao mà còn có thể tổng hợp được các tinh thể có kích thước cỡ nanomet, các pha thuỷ tinh, thuỷ tinh-gốm, mà bằng phương pháp nóng chảy thường không thể tổng hợp được

Do những ưu điểm trên mà trong những năm gần đây, phương pháp gel đã trở thành một trong những phương pháp tổng hợp quan trọng nhất trong lĩnh vực khoa học vật liệu

sol-Sol-gel là danh từ viết tắt của solution (dung dịch) và gelation (sự đặc lại)

rắn từ d =1ữ100 nm

phân tán trong lỏng, trong đó:

- Rắn: tạo khung ba chiều

- Lỏng: nằm trong lỗ hổng của khung đó

Tuỳ thuộc vào dạng của khung không gian của gel mà nó có thể là gel keo hoặc là gel polymer Thông thường thì sol keo sẽ cho ta gel keo, còn sol polymer sẽ cho ta gel polymer

Hình 2.1 Dạng gel keo và gel polymer

Alkoxide titan có công thức tổng quát là M(OR)n, có phản ứng mạnh với nước theo phương trình sau:

Tùy theo hàm lượng của nước có mặt trong dung dịch và sự có mặt của xúc tác, phản ứng thuỷ phân có thể tiếp diễn đến khi thay thế hết tất cả cỏc nhúm

OR bằng nhóm OH Các sản phẩm của phản ứng thuỷ phân này (toàn bộ hay từng phần) lại tiếp tục được nối kết với nhau bằng phản ứng ngưng tụ Các phản ứng này sinh ra nước và cồn

MH

Theo như tài liệu đã được cấp bằng sáng chế phát minh của Mỹ (số US 2006/0019028 A1) thì chúng tôi được biết khi sử dụng alkoxyde titan, quá

anatase ứng dụng để phủ màng

2.1.2.2.Quy trình tạo sol dùng để phủ màng sử dụng alkoxyde titan

( tuyệt đối 98% )

Iso propanol( tuyệt đối 99%)

Hình 2.2 Quy trình tạo màng TiO2 sử dụng alkoxyde titan

Hình 2.3 Sơ đồ thí nghiệm tạo sol chứa các hat nano TiO2

2.2.THIẾT BỊ NHÚNG PHỦ [11,12]

2.2.1.Lý thuyết kỹ thuật nhúng phủ ( Dip-coating )

Kỹ thuật nhúng phủ (Dip-coating) là một quá trình mà các bề mặt được nhúng từ từ trong một chất lỏng và sau đó kéo ra với một tốc độ xác định ở nhiệt độ và điều kiện khí quyển để thu được một lớp màng phủ thống nhất

Độ dày lớp phủ chủ yếu được xác định bởi tốc độ bay hơi và độ nhớt của chất lỏng

Độ dày lớp phủ có thể được tính toán bằng phương trình Landau-Levich

g : trọng lực γLV : Độ bay hơi trên bề mặt

những ảnh hưởng xấu này chúng tôi đã lau bằng cồn C2H5OH và rửa sạch lại bằng nước cất mặt cần nhúng phủ, cũn cỏc mặt không cần thiết khác đều được dán kín bằng băng dính

Tuy nhiên việc làm này cũng không loại

bỏ được hoàn toàn các yếu tố bất lợi kể trên mà

chỉ hạn chế chỳng đờn mức thấp nhất (ảnh

chụp)

Ngoài ra chúng tôi cũng nhận thấy rằng khi dán

băng dớnh lờn cỏc mặt như vậy thì sẽ tạo ra hiện

tượng các bề mặt mấp mô không đều nhau từ đó

có thể sẽ làm thay đổi chế độ thủy động và dòng

chảy bao quanh gốm sứ ceramic làm quá trình

tạo màng thay dổi theo

Ở đây, chúng tôi nhúng phủ tạo màng trên gốm ceramic theo hai loại kích thước và tương ứng với nó cũng là hai loại thiết bị khác nhau

thiết bị nhúng phủ loại nhỏ ( ảnh chụp )

Thiết bị loại nhỏ có vận tốc nhúng phủ là 4cm/phỳt

thiết bị nhúng phủ loại lớn (ảnh chụp)

Thiết bị nhúng phủ laọi lớn có vận tốc nhúng phủ là 15cm/phỳt

2.2 THIẾT BỊ PHUN PHỦ [11,12]

2.2.1 Lý thuyết kỹ thuật phun phủ ( Spray )

Do nhược điểm lớn nhất khi nhúng phủ gốm ceramic loại có kích thước lớn là cần lượng dung dịch nhiều nên thay vì nhúng phủ ta dùng phương pháp phun phủ

Phun phủ có ưu điểm lớn là có thể chủ động phun lên bề mặt ta cần mà không tốn quá nhiều dung dịch hoặc làm bẩn dung dịch Ngoài ra do khi nhúng phủ thì mỗi giai đoạn khác nhau đều cần có một khoảng thời gian xác định nên khi đem vào sản xuất thì phun phủ lại có ưu điểm lớn hơn rất nhiều

vỡ nú có thể làm việc một cách liên tục

Kỹ thuật phun phủ được chia làm 3 giai đoạn :