Polyme chức năng và vật liệu lai cấu trúc nano phần 2

Phn II VT LIU LAI CU TRÚC NANO (Nanostructured Hybrid Materials) 267 Chng 1 VT LIU LAI HN TÍNH CU TRÚC NANO 1. Vt liu lai h!n tính h#u c-vô c Vt liu lai hn tính hu c - vô c gi là th hn tính hu c - vô c và ng thi bng cách k"t h#p thành ph%n hu c (phân t( hu c, oligome ho-c l.#ng phân t( th/p c0a ch/t cao phân t() v2i các thành ph%n vô c có th thu .#c 4 c5ng, tính 6n 7nh và tính trong su:t c0a ch/t vô c, các -c tính công o;n nhit 4 th/p, tính d=o và tính àn hi c0a ch/t cao phân t( hu c. Nói chung có th 7nh ngh@a là vt liu mà thành ph%n hu c có ch5a trong thành ph%n vô c t;o nên c/u trúc 3 chiDu do t.2ng phân ly F quy mô nanomet hay supermicro. Thành ph%n hu c .# c .a vào không C¸c h¹t ®ång nhÊt So Gel NhiÖt Mng Xerogel Mng máng mËt ®é cao Gel ho¸ Bay h¬i Sîi Bay h¬i dung m«i Aerogel Xerogel Gèm mËt ®é cao Ng'ng tô dung Hình 201: S  công on Sol - Gel. Nguyn c Ngha 268 chJ làm thay 6i áng k tính ch/t c khí c0a vt liu vô c mà còn có th dL dàng làm thành d;ng màng mMng hay s#i. Ngoài ra, phân ly t.2ng F quy mô nano trF nên có khN nOng và cPng có th iDu chJnh .#c tQ l l khí  có vt liu không màu, trong su:t, ng nh/t m4t cách tùy ý, mF ra khN nOng ch" t;o vt ch/t có tính ch/t quang in m2i. T-c bit, ORMCER (ORganically Modified CERamic: silicate bi"n tính hu c) ho-c CERAMER (CERAmic polymer: polyme g:m) là silicate bi"n tính bng h#p ch/t hu c giNi quy"t .#c nh.#c im c0a màng silicate, có th t;o thành màng dày F nhit 4 th/ p (~120°C) nh. F hình 203 mà không t;o thành v"t nên ang .#c 5ng dang r4ng rãi. Vt liu lai hn tính tùy theo m5c 4 k"t h#p gia hai thành ph%n có th phân thành hai v2i các ph.ng pháp ch" t;o nh. sau. Hình 202: Công ngh! ch" to v%t li!u lai nano lai MMA/ silic. Alcogel Alcogel Xerogel monolith Careful slow drying / Several days to months MMA infiltrated xerogel monolith Polymerization Composite Solvent exchange to MMA/ Drying step skipped Composite “Organogel” Polymerization Alcogel Phn II. Chng 1. V%t li!u lai h,n tính c.u trúc nano 269 1.1. Vt liu lai hn tính s dng lc liên kt vt lý Vt liu lo;i này .#c ch" t;o s( dang phân ly t.2ng c0a thành ph%n hu c - vô c nh ldc hút vt lý len nhau nh. liên k"t hydro hay ldc hút Van-der-Waals và tug theo hình thái có th chia thành vt liu lai hn tính có c/u t;o không quy thc và có quy thc. Vt liu lai hn tính có c/u t;o không quy thc có th ch" t;o bng ph.ng pháp sau ây: Hình 203: V%t li!u lai h,n tính cao phân t4 h5u c / vô c (Polyvinylpirolidol) – Silicate. Si Si Si O H O O O Si H H O O O O O H H Si O C C C N C C C N Si Si Si O H O O O Si H H O O O O O O H H Si Si Si Si O H O O O Si O H O O O O O O O H H Si O O • Ph.ng pháp thuQ phân alcoxide trong ch/t cao phân t( hu c và trùng ng. ng. • Ph.ng pháp hn h#p alcoxide và h#p ch/t hu c trong dung môi. • Ph.ng pháp k"t t0a gel h#p ch/t oxit x:p trong m;ch h#p ch/t hu c. Nguyn c Ngha 270 Ph.ng pháp th5 nh/t là t;o ra m4t th hn tính gm có cao phân t( hu c bên trong matrix vô c nh ldc hút gia g:c hydroxyl c0a sol-gel vô c và các nhóm amid ho-c cacbonyl tn t;i bên trong cao phân t(, và ng.#c l;i cPng có khN nOng t;o .#c th lai hn tính các h;t vô c bên trong gel cao phân t( hu c (hình 203). Ph.ng pháp th5 hai nh. F hình 205 t;o ra vt liu lai hn tính có c/u t;o m;ng không gian 3 chiDu an chéo len nhau bng cách gel hoá ng thi h#p ch/t hu c và h#p ch/t vô c. Ph.ng pháp này nói chung trong tr.ng h#p trùng h#p xNy ra trong dung môi chung là n.2c và alcohol, vì t.2ng hu c k"t t0a t:t nên c%n phNi lda chn ch/t  n v7 hu c phù h#p và bi"n 6ónilicon alcoxid bng ch/t n v7 hu c ã lda chn. Thí da, nh ng trùng ng.ng gia TEOS và PDMS (polydimethylsiloxan) có silanol ghn F cu:i chui, có th t;o .#c c/u trúc gel có c/u t;o ông ta len c0a polypyrol (PPy), PANi (polyanilin) hay c0a c-p phân t( có tính den in nh. poly(phenylenvinylen)… Hình 204: Silicat ông t< l=n polyme (V%t li!u lai h,n tính có c.u trúc mng c@a gel h5u c). Ph.ng pháp th5 ba là ph.ng pháp t;o gel bng cách trong tr.ng h#p không có dung môi chung, %u tiên t;o ra gel vô c có các l x:p ng Du, sau khi làm k"t t0a len bng ch/t hu c có th ch" t;o .#c vt liu hn tính PMMA – Silicate, cPng có th ch" t;o .#c vt liu lai hn tính MMA-silicat- phenylen tiêu biu nh. ORMOCER ho-c CERAMER. M-t khác, khi s( dang vt liu vô c có c/u t;o trt td (/t sét, oxit kim lo;i d;ng l2p, các halogenua, ho-c calcocanide) .a h#p ch/t hu c vào ken trong các l2p, có th ch" t;o .#c các vt liu M¹ng Silicagel M¹ng gel h÷u c¬ Phn II. Chng 1. V%t li!u lai h,n tính c.u trúc nano 271 lai hn tính có c/u t;o trt td. Thí da nh. F hình 205 khi h#p ch/t hu c .#c .a vào ken gia các l2p c0a oxit vanadi (V 2 O 5 ) tùy theo 4 dài c0a h#p ch/t hu c có th iDu chJnh h.2ng song song ho-c vuông góc v2i các l2p. Hình 205: S  Ba ch.t h5u c vào ken gi5a các lFp oxit vanadi. M4t nghiên c5u khác cho th/y, do vanadi có ái ldc oxy hóa-kh( có th thdc hin trùng h#p oxy hoá h#p ch/t hu c, nên khi s( dang conducting polyme thì 4 den in c0a vt liu lai tOng lên hn 10.000 l%n và ng.i ta hy vng rng conducting polyme .#c .a vào không chJ là dây den phân t( mà còn có th s( dang làm ch/t âm cdc c0a pin th5 c/p. 1.2 Vt liu lai hn tính s dng lc liên kt hoá hc T có .#c liên k"t hoá hc m;nh gia các thành ph%n hu c - vô c, có th ghn g:c ho;t tính vào ch/t n phân hu c l2n hay nhóm c kim, ho-c s( dang ch/t n phân hu c - vô c có g:c ho;t tính  t;o vt liu lai hn tính có c/u trúc m;ng. Thí da, các polyimide nói chung do phân ly t.2ng gia các thành ph%n hu c-vô c F m5c micro dL xNy ra. Nên  có .#c lý tính c hc mong mu:n vic kh:ng ch" din tích ti"p xúc gia hai t.2ng r/t quan trng. Thí da, bng cách phNn 5ng tr tr.2c Ti(OEt) 4 hay Si(OEt) 4 F v7 trí carboxyl c0a polyacitamit khi phân ly t.2ng có th kh:ng ch" 4 l2n c0a h;t Silicate F m5c nanomet. N"u phNn 5ng n phân l2n polyimide a ch5c nOng hóa bng g:c ethoxycillin v2i TEOS trong dung d7ch nh. F hình 206, có th t;o .#c ch/t lai hn tính có t2i khoNng 70% silicate. n nhá N + C n H 2n+1 NH 3 + N + N + n trung gian n lín V 2 O 5. nH 2 O V 2 O 5. nH 2 O POE Nguyn c Ngha 272 Hình 206: n phân h5 u c lFp ghép gJc chc nKng BLc s4 d<ng trong v%t li!u h,n tính PI-Silicat. Hình 207: V%t li!u nano xJp. Tr.ng h#p c0a cluster c kim có 4 l2n t.ng :i, nó 6n 7nh hn F môi tr.ng th0y phân, còn tr.ng h#p có ligand hu c trên bD m-t thì càng 6n 7nh. Nh. trong hình 207, do các h;t TiO 2 bi"n tính bng MMA có th phân tán m4t cách 6n 7nh trong dung d7ch t;o micelle, nên nh trùng h#p nhP t.ng có th thu .#c vt liu lai hn tính d;ng core-cell. HO O O OH NH O O HO O O OH NH O O NH CO NH Si OC 2 H 5 OC 2 H 5 OC 80 20 ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt SDS + + Micell Monome Trïng hîp PMMA TiO 2 2 TiO 2 TiO 2 TiO 2 Phn II. Chng 1. V%t li!u lai h,n tính c.u trúc nano 273 2. H)t nano mao qu-n 2.1. H!t nano mao qu$n là gì ? 2.1.1. nh ngha ht nano mao qun Ng.i ta gi vt ch/t x:p có nhiDu l v2i 4 l2n cv nanomet là vt ch/t nano mao quNn. Trong m/y nOm qua, do khN nOng ti"p nhn (host) và tính h/p pha cao c0a các h;t nano mao quNn, nó .#c 5ng dang  ch" t;o các ch/t xúc tác có tính chn lc, hình thái c/u trúc c0a cao phân t( hu c, vt liu nanocomposit hu c / vô c. Cho nên ã có nhiDu nghiên c5u vD h;t nano mao quNn ã .#c ti"n hành. Theo 7nh ngh@a c0a Hip h4i Hóa hc Qu:c t" (IUPAC) thì tùy theo .ng kính c0a l mao quNn (d) .#c phân lo;i thành micro x:p v2i .ng kính d.2i 2 nm, meso x:p v2i 2 - 50 nm và macro x:p v2i .ng kính trên 50nm, nhng vt liu nano x:p v2i .ng kính l x:p trong khoNng 1 nm "n 100 nm thì bao gm t/t cN micro x:p, meso x:p trong ó thì vt liu meso x:p là vt liu in hình. Phân lo;i theo IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry): CO ht BPng kính (d) Micro xJp < 2 nm Meso xJp 2nm < d < 50 nm Macro xJp d > 50 nm Nano xJp 1 nm < d < 100 nm 2.1.2. Zeolite Cho "n nay vt liu micro x:p in hình nh/t .#c dùng nhiDu và bi"t "n r4ng rãi nh/t là zeolite. Zeolite .#c s( dang thành công làm xúc tác tinh ch" d%u, trong hoá d%u và t6ng h#p hu c. Zeolite là tr k"t h#p g:c tr Hy L;p “Zein” và “Lithos” có ngh@a là “á sôi” do n"u gia nhit bng bình c6 cong cho sôi nó s€ nF ra và to lên cho nên mang tên ó. NOm 1756 nhà khoáng vt hc Thay Tin là F A F Cronstedt ã phát hin ra %u tiên và gi g4p nh. vy t/t cN các khoáng [...]... 30 C, 20 h 30 C, 20 h 30 C, 20 h 30 C, 20 h 30 C, 20 h 0 80 C, 24 h EO20PO70 EO20 0 30 C, 20 h 0 80 C, 48 h EO20PO70 EO20 0 30 C, 20 h 0 90 C, 24 h EO20PO70 EO20 0 30 C, 20 h 0 EO17PO85 EO17 100 C, 24 h EO20PO30 EO20 30 C, 20 h EO26PO38 EO26 EO13PO70 EO13 PO19EO33 PO19 EO80PO30 EO80 30 C, 20 h 30 C, 20 h 30 C, 20 h 30 C, 20 h 30 C, 20 h 29 2 Nguy n c Ngh a Silica meso xp c to ra trong mụi trng axớt mnh... 49.1 C12EO23 RT EO5PO70 EO5 EO5PO70 EO5 EO106PO70 EO106 EO100PO39 EO100 EO20PO70 EO20 EO20PO70 EO20 Cubic 54.8 0 Lamellar 116 0 Hexagonal 118 0 Cubic 124 0 Cubic 118 0 Hexagonal 104 0 Hexagonal 105 Hexagonal 103 Hexagonal 108 Hexagonal 105 0 Hexagonal 97.5 0 Hexagonal 77.6 0 Hexagonal 92. 6 0 Hexagonal 80.6 0 Hexagonal 74.5 0 Cubic 91.6 30 C, 20 h 30 C, 20 h 30 C, 20 h 30 C, 20 h 30 C, 20 h 30 C, 20 h... th cú c Th nhng h flo, nu pH vt quỏ mc 2, 7 thỡ tớnh quy tc gim i v cht bt quy tc c to thnh Cỏc oxit kim loi xp a dng bao gm cỏc cht nh l TiO2, ZnO2, Al2O3, Nb2O5, WO3, Ta2O5, HFO2, SnO2; cỏc oxide hn hp nh l SiAlO3,5, SiTiO4, ZrTiO4, Al2TiO5 v ZrW2O3 cú th tng hp c nh s dng cht ng trựng hp khi khụ nh PEO - PPO - PEO lm cht dn xut to hỡnh Trong vic to ra vt liu nano xp mi thỡ vic nghiờn cu cỏc cht ng... conducting polypyrrol cú dn Nguy n 29 8 c Ngh a khong 500 750 S/cm Bng hai phng phỏp ny ta ch nhn c polypyrrol cú cu to thng Cu trỳc nhỏnh tiờu biu: oxi hóa n N H n + N H n N H N H R4NClO 4 (ClO 4)0.33 n + 2H + FeCl3 (hoặc CuCl2) (1) + HCl (2) H 2O (3) n CuCl/ AlCl3 n n/2O2 / 2 O2 2e - + N H + + N H n H N H N NH NH H N N H NH H H NH N H N H H N H HN NH NH HN HN Hỡnh 21 9: Trựng hLp pyrrol v c.u trỳc nhỏnh... thnh cỏc l xp 2 chng loi hay khụng BUng 16: Nano mao quUn s4 d . HO O O OH NH O O HO O O OH NH O O NH CO NH Si OC 2 H 5 OC 2 H 5 OC 80 20 ChÊt ho¹t ®éng bÒ mÆt SDS + + Micell Monome Trïng hîp PMMA TiO 2 2 TiO 2 TiO 2 TiO 2 Phn II. Chng 1. V%t li!u lai h,n tính c.u trúc nano 27 3 2. H)t nano mao. Phn II VT LIU LAI CU TRÚC NANO (Nanostructured Hybrid Materials) 26 7 Chng 1 VT LIU LAI HN TÍNH CU TRÚC NANO 1. Vt liu lai h!n tính h#u c-vô c Vt liu lai hn tính hu. ethoxycillin v2i TEOS trong dung d7ch nh. F hình 20 6, có th t;o .#c ch/t lai hn tính có t2i khoNng 70% silicate. n nhá N + C n H 2n+1 NH 3 + N + N + n trung gian n lín V 2 O 5. nH 2 O V 2 O 5. nH 2 O POE