TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HẠT NANO

Mở đầu2TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HẠT NANO3PHẦN I: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN31.1.Phương pháp tiếp cận từ trên xuống “Topdown”31.2.Phương pháp tiếp cận từ dưới lên “Bottom –up”4PHẦN II : PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NHIỆT ĐỘNG HỌC52.1. Phản ứng pha lỏng52.1.1 Hình thành hệ siêu bão hòa52.1.2.Tăng trưởng kích thước hạt nhân.62.1.3.Các tác nhân khử72.1.4.Chất ổn định polymer8Hạt nano Kim loại10Hạt nano bán dẫn11Hạt nano oxit12Vật liệu đa thành phần12Hạt nano lai hữu cơvô cơ13Phương pháp solgel132.2.Phản ứng pha hơi152.3.Phản ứng pha rắn16Quá trình tạo mầm dị thể17Hạt nano polymer18PHẦN III PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP GIỚI HẠN ĐỘNG HỌC183.1.Tổng hợp Aerosol183.2.Phương pháp phún xạ183.3.Phương pháp mixen (đảo)193.4.Kích thước kiểm soát bởi chấm dứt213.5.Tổng hợp nano trên nguyên tắc chất mang.223.6.Hạt nano lõi vỏ22Kết luận22

MỤC LỤC Mở đầu Công nghệ Nano (Nano Technology) ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dáng, kích thước quy mô nanomet (nm, nm = 10 −9 m) Ranh giới công nghệ nano khoa học nano không rõ ràng, nhiên chúng có chung đối tượng vật liệu nano Công nghệ nano bao gồm vấn đề sau đây: Cơ sở khoa học nano; Phương pháp quan sát can thiệp quy mô nanomet; Chế tạo vật liệu nano; Ứng dụng vật liệu nano Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nanomet Về trạng thái vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng khí Vật liệu nano tập trung nghiên cứu nay, chủ yếu vật liệu rắn, sau đến chất lỏng khí Về hình dáng vật liệu, người ta phân thành loại sau: Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều có kích thước nano, không chiều tự cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano Vật liệu nano chiều vật liệu hai chiều có kích thước nano, điện tử tự chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano Vật liệu nano hai chiều vật liệu chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng Ngoài có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano không chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Tổng hợp hạt Nano đối tượng nghiên cứu ngành vật liệu Nano Trong phạm vi nhỏ hẹp tiểu luận em xin giới thiệu phương pháp tiếp cận tổng hợp hạt nano, giới thiệu số nhóm vật liệu nano phổ biến số phương pháp tổng hợp hạt nano đặc trưng TỔNG QUAN PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP HẠT NANO PHẦN I: PHƯƠNG PHÁP TIẾP CẬN Các phương pháp chế tạo vật liệu nói chung hạt nano nói riêng phong phú đa dạng Mỗi cách tổng hợp có ưu nhược điểm khác Tùy mục đích sử dụng loại vật liệu nano mà người ta chọn cách tổng hợp thích hợp có hiệu cao Có hai hướng tiếp cận để tổng hợp hạt nano: Hướng tiếp cận từ xuống (Top down) hướng tiếp cận từ lên (Bottom- up) 1.1 Phương pháp tiếp cận từ xuống “Top-down” “Top-down” nghĩa chia nhỏ hệ thống lớn để tạo đơn vị kích thước nano phương pháp nghiền, biến dạng … Ưu điểm phương pháp từ xuống tổng hợp lượng lớn hạt nano, đồng kích thước hạt không cao phân bố kích thước hạt rộng, từ 10 ~ 1000 nm, khó điểu khiển kích thước hạt Hạt nano có hình dạng hạt đa dạng (vô định) cấu trúc hình học, dễ chứa tạp chất Các vật liệu nanocomposite vật liệu rời nanograin (nhiệt độ thiêu kết thấp hơn) thường chế tạo cách Một nhóm phương pháp sol-khí (aerosol) vật lý đưa để tổng hợp hạt vật liệu oxit kích thước nanomet Nhóm phương pháp bao gồm công nghệ ngưng tụ từ pha hơi, phương pháp phún xạ, lắng đọng hóa nhiệt tiền chất kim buồng phản ứng lửa trình aerosol khác đặt tên theo nguồn lượng sử dụng để cung cấp nhiệt độ cao biến đổi khí-hạt Phương pháp tiếp cận từ lên “Bottom –up” Phương pháp tiếp cận từ lên “Bottom –up” phương thức lắp ghép 1.2 nguyên tử, phân tử để thu hạt có kích thước nano gồm phương pháp hóa học sol-gel, lắng đọng hóa học, phương pháp tự lắp ghép (selfassembly), kết tủa, khử, phun nóng phân hủy nhiệt, mixen (đảo), trình sol-gel, keo tụ trực tiếp dung môi, thủy nhiệt… Trong phương pháp tiếp cận từ lên lại phân loại thành hai phương pháp:  Phương pháp cân nhiệt động học gồm giai đoạn:  Hình thành hệ siêu bão hòa  Tạo mầm  Tăng trưởng kích thước hạt  Phương pháp động học  Hạn chế lượng tiền chất cho phát triển  Nhốt không gian hạn chế Các phương pháp tiếp cận từ lên tiến hành phản ứng pha lỏng, pha khí pha Đặc biệt, phản ứng tổng hợp từ hợp chất pha lỏng thu hút nhiều nhà khoa học khả điều khiển kích thước hạt, thu hạt nano đồng Ngoài ra, hạt nano có hình dạng đa dạng nano dạng hạt, dạng thanh, dạng sợi, dạng đĩa … tổng hợp từ điều kiện phản ứng khác (như sử dụng hỗn hợp chất hoạt động bề mặt khác nhau…) Hiện nay, phương pháp hóa học ta tạo hạt nano đồng có kích thước hình dạng đa dạng PHẦN II : PHƯƠNG PHÁP CÂN BẰNG NHIỆT ĐỘNG HỌC 2.1 Phản ứng pha lỏng 2.1.1 Hình thành hệ siêu bão hòa Hình thành trạng thái siêu bão hòa tổng hợp hạt nano từ môi trường trạng thái lỏng, rắn, dung dịch đưa trạng thái siêu bão hòa phương pháp giảm nhiệt độ, tạo chấm lượng tử mạng thủy tinh phương pháp ủ; thực phản ứng hóa học in situ (chuyển hóa chất hòa tan cao vào hóa chất tan) Các tiểu phân môi trường có lượng bề mặt lớn, có xu hướng kết hợp với để giảm sức căng bề mặt Tại trạng thái bão hòa tiểu phân có nồng độ Cc, đưa lên trạng thái siêu bão hòa, hệ có nồng độ Co, từ làm tăng lượng tự Gibbs củe hệ ΔGv Hệ có xu hướng giảm lượng tự Gibbs dung dịch siêu bão hòa cách hình thành trạng thái rắn trì cân nồng độ dung dịch Cs Hình 1:Giản đồ trạng thái dung dịch trạng thái siêu bão hòa Các tiểu phân có xu hướng giảm sức căng bề mặt cách tích tụ với để thành hạt lớn, nhiên đến thời điềm mà lực đẩy nguyên tử ion bên hạt lớn lượng bề mặt, hạt hình thành hàng rào lượng, đảm bảo hạt có kích thước định Hình 2: Giản đồ biến thiên lượng tự Gibbs Hàng rào lượng: ∆G * = 16πγ (3∆Gv ) r * = −2 γ ∆Gv Năng lượng bề mặt: Mầm hạt nano hình thành thuận lợi khi: Nồng độ ban đầu cao siêu bão hòa Độ nhớt dung dịch thấp Hàng rào lượng tới hạn thấp Sự thống kích thước hạt nano hạt hình thành - lúc Trạng thái siêu bão hòa cao đột ngột nhanh chóng đưa hệ đến trạng thái nồng độ mầm tối thiểu 2.1.2 Tăng trưởng kích thước hạt nhân Hạt nhân tăng trưởng theo bước: 1- Hình thành tâm tăng trưởng 2- Khuếch tán từ môi trường đến bề mặt tăng trưởng 3- Sự hấp phụ bề mặt 4- Phát triển bề mặt 5- Phân bố kích thước Quá trình tăng trưởng kích thước hạt phụ thuộc chủ yếu vào trình tăng trưởng khuếch tán giới hạn trình tăng trưởng giới hạn Khuếch tán giới hạn kiểm soát thông qua trình: Nồng độ chất cung cấp thấp kiểm soát; làm tăng độ nhớt dung dịch Từ hình thành hàng rào khuếch tán Điều đảm bảo hạt lớn dần đến kích thước định mà ta kiểm soát 2.1.3 Các tác nhân khử Các tác nhân khử có ảnh hưởng đến kích thước hạt phân bố kích thước hạt Tác nhân khử yếu hình thành hạt lớn, phân bố kích thước rộng hẹp phụ thuộc vàon“giới hạn khuếch tán" Tác nhân khử ảnh hưởng đến hình thái hạt nano tùy thuộc vào loại tác nhân, nồng độ giá trị pH khác Ví dụ: tổng hợp hạt nano vàng, sử dụng tác nhân khử Natri citrate cho hạt nano vàng có dạng hạt tròn hơn, kích thước đồng hơn, nhỏ Trong sử dụng tác nhân khử axit citric cho hạt có kích thước lớn, hình dạng đa dạng, đồng đều, vậy, loại tác nhân ảnh hưởng trực tiếp đến hình thái hạt nano, hình Trong nghiên cứu khác nồng độ tác nhân khử ảnh hưởng đến kích thước hạt nano Tổng hợp hạt nano Bạc từ dung dịch AgNO 3, nồng độ AgNO3 0.005 M, [HCHO] / [AgNO3 ] = 4, [NaOH] / [AgNO3]= 1, PVP / [AgNO3 ]= 9.27 Khi ta thay đổi tỉ lệ [Na2CO3] / [AgNO3 ] cho kích thước hạt trung bình khác nhau, xem hình Hình :Ảnh SEM hạt nano vàng trổng hợp với Natri citrate (a) axit citric (b) tác nhân khử Hình 4: Phân bố kích thước hạt Nano Bạc theo tỉ lệ chất khử [Na2CO3] / [AgNO3 ] khác 2.1.4 Chất ổn định polymer Mục đích chất ổn định Polymer để ngăn ngừa kết tụ hạt nano thành hạt lớn Chất ổn định hấp thụ mạnh chiếm lĩnh vị trí tăng trưởng giảm tỷ lệ tăng Khi thêm polymer hình thành tương tác bề mặt: Hóa học bề mặt chất rắn, chất polymer, dung môi Tỉ lệ chất ổn định polymer nhiệt độ ảnh hưởng đến hình thái kích thước hạt nano Hình 5: ảnh hưởng chất ổn định Polymer lên hạt nano Pt tổng hợp dung dịch keo ( trái 11 nm, phải 7nm) Tổng hợp hạt nano Platin (Pt) dung dịch keo, tỉ lệ chất hoạt động bề mặt 1:1 1: 5, thu hạt vàng kích thước trung bình 11 nm dạng lập phương nm dạng tứ phương Thí nghiệm minh chứng chất hoạt động bề mặt ảnh hưởng đến hình dạng kích thước vật liệu nano Một thí nghiệm tổng hợp hạt nano Bạc nhiệt độ khác nhau: 27, 30 35 oC, thu hạt nano bạc có kích thước trung bình 20, 30 40 nm Như tăng đần nhiệt độ phản ứng, hạt nano bạc tổng hợp có xu hướng kích thước tăng dần Hình : ảnh TEM hạt nano Bạc sản phẩm phản ứng xảy Nitơ (A) 27, (B) 30, (C) 35 oC Kích thước hạt trung bình 20, 30 40 nm Hạt nano Kim loại Hạt nano kim loại được chế tạo cách khử phức kim loại dung dịch loãng, có trì trình khuếch tán giới hạn Ví dụ, tổng hợp hạt nano vàng: dung dịch axit chlorauric (2,5 x 10-4 M) 20 ml sôi + 1ml dung dịch natri citrate (0,5%), gia nhiệt giữ 100 ° C thay đổi màu, trình giữ nhiệt có bổ sung nước để trì thể tích, kết thu hạt nano vàng kích thước hạt thống ổn định 20 nm Tương tự, để tổng hợp hạt nano kim loại khác người ta dùng tiền chất muối kim loại tương ứngthông qua trình khử kiểm soát tăng trưởng thu hạt nano có kích thước mong muốn bảng giới thiệu số tiền chất chất khử thường xuyên sử dụng Bảng 1: Một số tiền chất, chất khử chất polymer ổn định dùng tổng hợp hạt nano kim loại Hạt nano bán dẫn Hạt nano bán dẫn dược tổng hợp phương pháp: Nhiệt phân tiền chất hợp chất kim (s) hòa tan dung môi khan nhiệt độ cao môi trường không khí diện chất ổn định polymer (ví dụ, vật liệu kín có nắp đậy) Quá trình tổng hợp phối hợp nhiều loại dung môi dung môi với vật liệu đóng nắp kết hợp kiểm soát trình tăng trưởng kiểm soát trình tăng trưởng, ổn định phân tán keo thụ động điện tử bề mặt Các mầm rời rạc gia tăng nhanh chóng tăng nồng độ thuốc thử Làm chín trình già hóa nhiệt độ tăng (hạt lớn dần lên) -> chọn lọc kích thước Quá trình già hóa trình hòa tan tăng trưởng kích thước hạt xảy đồng thời, hạt lớn bị hòa tan hạt nhỏ hình thành, từ hạt nano có kích thước nhỏ đồng Sản phẩm thu chất keo độ phân tán cao Một ví dụ tổng hợp tinh thể nano bán dẫn: Dimethylcadmium (Me2Cd) + bis (trimetylsilyl) sulfide ((TMS) 2S) trioctylphosphine selenua (TOPSe) Trioctylphosphine telua (TOPTe) + dung môi (Tri-n-octylphosphine, TOP) + vật liệu đóng nắp (tri-n-octylphosphine oxit, TOPO) Trước già hóa hạt có kích thước trung bình 440 ~ 460 nm, sau già hóa 230-260°C hạt có kích thước trung bình 1,5 ~ 11,5 nm Sau sử dụng trình lắng đọng chọn lọc hạt có kích thước phù hợp Hạt nano oxit Hạt oxít kim loại vật liệu nano phổ biến, nghiên cứu nhiều Vì có nhiều phương pháp để tổng hợp hạt nano kim loại, thường tuân thủ theo nguyên tắc: đốt cháy mầm đồng kết hợp khuếch tán kiểm soát tăng trưởng Trong phương pháp tổng hợp hạt nano kim loại phương pháp phổ biến phương pháp sol-gel 10 Vật liệu đa thành phần Vật liệu đa thành phần chủ yếu tổng hợp phương pháp sol-gel, tiến hành phản ứng dị ngưng tụ tiền chất thành phần khác nhau, từ kết hợp thành vật liệu thành phần có độ âm điện khác số kết hợp khác bán kính ion khác Để tổng hợp vật liệu đa thành phần thông thường người ta tiến hành trình sol-gel nhiều bước Hạt nano lai hữu cơ-vô Kết hợp thành phần hữu thành hệ thống oxit trình solgel phương pháp đồng trùng hợp đồng ngưng tụ bẫy thành phần hữu (sinh học) mong muốn mạng lưới Như ta thấy loạt vật liệu nano giới thiệu bên phương pháp sol gel phương pháp phổ biến sử dụng để tổng hợp vật liệu nano Phương pháp sol-gel Mặc dù nghiên cứu vào năm 30 kỉ trước, gần đây, với đời phát triển kĩ thuật nano, phương pháp sol-gel lại quan tâm nhiều thành công tổng hợp vật liệu cấp hạt nano Sol trạng thái tồn ổn định hạt rắn tướng colloide bên chất lỏng, hạt rắn tồn trạng thái ổn định kích thước, hạt phải đủ nhỏ để lực cần phân tán phải lớn trọng lực Colloide hạt có kích thước phạm vi mm đến 0,2 μm hạt tồn khoảng 10 đến 109 phân tử Gel chất rắn rỗ xốp có cấu tạo mạng liên kết ba chiều bên môi trường phân tán chất lỏng, gel hình thành từ hạt keo (collolide) gọi colloide gel, trường hợp tạo thành từ đơn vị hoá học nhỏ hạt colloide gọi gel cao phân tử 11 Trong trình sol-gel, giai đoạn thuỷ phân đông tụ tiền chất để hình thành sol, dạng đồng hạt oxit siêu nhỏ chất lỏng Chất đầu để tổng hợp sol hợp chất hoạt động kim loại alkoxide silic, nhôm, titan… Giai đoạn điều khiển thay đổi pH, nhiệt độ thời gian phản ứng xúc tác, nồng độ tác nhân, tỷ lệ nước… Các hạt sol lớn lên đông tụ để hình thành mạng polime liên tục hay gel chứa bẫy dung môi Phương pháp làm khô xác định tính chất sản phẩm cuối cùng: gel nung nóng để loại trừ phân tử dung môi, gây áp lực lên mao quản làm sụp đổ mạng gel, làm khô siêu tới hạn, cho phép loại bỏ phân tử dung môi mà không sụp đổ mạng gel Sản phẩm cuối thu từ phương pháp làm khô siêu tới hạn gọi aerogel, theo phương pháp nung gọi xerogel Bên cạnh gel thu nhiều loại sản phẩm khác [32] 12 Hình 7: Sơ đồ phân loại phương pháp tổng hợp vật liệu nano thông qua trình sol hóa Một số nano oxit thu phương pháp sol-gel đưa bảng sau Bảng 2: Một số oxít kim loại tổng hợp phương pháp sol-gel Từ bảng cho thấy, tổng hợp oxit hỗn hợp oxit phương pháp sol-gel thu vật liệu có kích thước hạt nhỏ, diện tích bề mặt lớn, tiền chất dễ kiếm, nhiệt độ nung thấp 2.2 Phản ứng pha Trong phản ứng pha hơi, qua trình tổng hợp hạt diễn môi trường không khí chất trơ Nitơ, Neon, Heli môi trường chân không Các tiền chất nung nóng nhiệt độ cao nhờ lượng điện, hồ quang tia laser Ở nhiệt độ cao, tiền chất bị nóng chảy sau bay vào môi trường Các tiểu phân khí mang dẫn vào môi trường khí trơ, tiểu phân va chạm lẫn hình thành hạt nhóm hạt có kich thước lớn Bằng tác 13 dụng trọng lực tăng dần hạt lớn có xu hướng rơi xuống bề mặt nhẵn, thu hạt nano Hạt thu chủ yếu hình cầu,một số có dạng hình kim Hạt có kích thước ổn định, không phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ nồng độ tiền chất Kích thước hạt chịu ảnh hưởng trình phản ứng nhiệt độ tạo mầm Hình 8: Sơ đồ nguyên lý trình tổng hợp hạt nano pha khí 2.3 Phản ứng pha rắn Hạt nano tổng hợp pha rắn chủ yếu hạt nano kim loại hạt bán dẫn ma trận thủy tinh, theo quy trình: mầm đồng hình thành môi trường thủy tinh nóng chảy nhiệt độ cao Sau làm nguội thủy tinh đến nhiệt độ phòng Ủ thủy tinh nhiệt độ hóa thủy tinh Tg Quá trình khuếch tán xảy hình thành hạt nano trạng thái rắn chất rắn chủ yếu ma trận thủy tinh, thông qua sol-gel, trùng hợp tạo thành mạng ion kim loại Quá 14 trình làm nóng lại sử dụng tia cực tím, tia X tia gamma tác động lên nguyên tử kim loại Quá trình tăng trưởng kích thước hạt nhân cách khuếch tán trạng thái rắn xảy chậm Hình 9: Ảnh TEM hạt nano Cu Ag thủy tinh BaO-P2O5: 50P2O5-50BaO-6SnO-6Cu2O (a) 50P2O5-50BaO-4SnO-4Cu2O Quá trình tạo mầm dị thể Quá trình tạo mầm dị thể trình hình thành pha bề mặt vật liệu khác thông qua trình oxy hóa nhiệt, xạ trình oxy hóa nhiệt, Ar plasma oxy hóa nhiệt kín Mầm tinh thể hình thành khuyết tật bề mặt (hoặc cạnh) vật liệu Hình 10: Ảnh vi điện tử quét hạt nano bạc vật liệu Graphite HOGP-298: (a) tăng trưởng xảy vị trí khuyết tật chất graphit (b) tăng trưởng xảy khuyết tật bề mặt graphite 15 Hạt nano polymer Hạt nano Polymer tổng hợp thông qua phản ứng trùng ngưng monomer với chất hoạt động bề mặt dung môi nước Các hạt monomer giọt có kích thước 0,5 – 10 μm Thông qua phản ứng trùng ngưng tạo thành hạt nano polymer kích thước 50-200 nm PHẦN III PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP GIỚI HẠN ĐỘNG HỌC Phương pháp tổng hợp giới hạn động học đa phần phương pháp tiếp cận từ lên số tiếp cận từ xuống Quá trình tạo mầm tăng trưởng kích thước hạt nano khống chế thông qua hạn chế không gian tăng trưởng xảy không gian hẹp, môi trường phân tán Mixen keo; hạn chế nguồn nguyên liệu không gian trống lấp đầy từ tạo trở lực khuếch tán Các phương pháp sử dụng như:  Chất lỏng nhỏ giọt pha khí (aerosol & phun)  Các giọt chất lỏng chất lỏng (micelle & microemulsion)  Trên sở chất (chất mang)  Tự chấm dứt 3.1 Tổng hợp Aerosol Phương pháp tổng hợp Aerosol Có thể coi phương pháp tổng hợp tiếp cận từ xuống Sản phẩm thu dạng đa tinh thể Quá trình tổng hợp Aerosol gồm bước: tiền chất hòa tan dung môi hình thành dạng lỏng aerosol, sau sử dụng trình bốc phản ứng pha khí thu hạt kích thước nano 3.2 Phương pháp phún xạ Là phương pháp tiếp cận từ xuống, chuyển đổi giọt chất lỏng kích thước micro tiền chất hỗn hợp tiền chất thành hạt rắn thông qua 16 hệ thống nhiệt sản phẩm trình chủ yếu hạt nano kim loại (Cu, Ni ) bột oxit kim loại Quá trinh phún xạ bao gồm bước: xử lý dung dịch, ion kim loại tiền chất hòa tan vào dung môi tạo thành dạng đồng nhất; sau phu qua lửa nhiệt độ cao, chất tan bốc hơi, ngưng tụ lại, phân hủy phản ứng với nhau, nhiệt độ cao hình thành hạt nano Ví dụ bạc hạt: Ag2CO3, Ag2O and AgNO3 với NH4HCO3 nhiệt độ 400°C Hình 11: Chi tiết lửa phương pháp phún xạ 3.3 Phương pháp mixen (đảo) Phương pháp mixen đảo có thuận lợi đáng kể so với phương pháp khác Tất vật liệu ban đầu trộn lẫn mức phân tử dung dịch nên có độ đồng cao Phương pháp cho phép chế tạo hạt nhỏ có khả điều khiển kích thước hạt đồng thời chế tạo hạt nano với độ độ đồng hóa học cao Tuy nhiên, phương pháp cho hiệu suất tổng hợp thấp, phải sử dụng lượng lớn chất lỏng (dầu, chất HĐBM…) mixen (đảo), phương pháp đầy hứa hẹn vật liệu nano tinh thể Những năm gần minh chứng ứng cử tiềm tàng việc chế tạo nano tinh thể với hạt xác định, điều khiển tốt Chất hoạt động bề mặt (HĐBM) hoà tan dung môi hữu tạo thành kết hợp tựa cầu gọi mixen đảo Với diện nước, nhóm đầu phân cực phân tử chất HĐBM 17 thiết lập bao quanh vùng nước nhỏ (10nm), dẫn đến phân tán cách liên tục pha nước pha dầu, hình 12 Hình 12: Mixen đảo Mixen đảo sử dụng để chế tạo hạt nano dung dịch nước tiền chất Hạt nano mixen nhận nhiều phương pháp, bao gồm thuỷ phân tiền chất (như alcoxit) phản ứng tạo kết tủa từ muối Sau trình loại dung môi nung để nhận sản phẩm cuối Nhiều chất HĐBM sử dụng trình như: pentadecaoxyetylen nonyl phenyl ether (TNP-35), decaoxietylen nonyl phenyl ether (TNT-10), poly(oxyetylen)5 nonyl phenyl ether (NP5), poly(oxyetylen)9 nonyl phenyl ether (NP9) Nhiều thông số nồng độ tiền chất mixen, phần trăm khối lượng pha nước pha vi nhũ tương, nhiệt độ ảnh hưởng tới tính chất bao gồm kích thước hạt, phân bố kích thước hạt, kích thước tích tụ pha bột sản phẩm cuối Một số hạn chế sử dụng phương pháp sau: Thứ nhất, hạt nano thường tạo dạng tinh thể phản ứng thường tiến hành nhiệt độ thấp Thứ hai, diện tích bề mặt thường thấp Thứ ba thường tạo hạt nano đa pha 18 Một số vật liệu nano điều chế theo phương pháp đưa bảng sau Bảng 3: Một số vật liệu nano điều chế theo phương pháp mixen keo 3.4 Kích thước kiểm soát chấm dứt Quá trình tự chấm dứt thành phần hữu ion bên chiếm đóng 3.5 Tổng hợp nano nguyên tắc chất mang Các hạt nano đưa lên vật liệu có sẵn nhựa trao đổi cation với vi mao quản, zeolite, thuỷ tinh silicat thông qua phương pháp trao đổi ion lắng đọng khí bề mặt rắn (tấm mẫu) 3.6 Hạt nano lõi - vỏ 19 Việc kiểm soát trình tăng trưởng mầm đồng xảy phát triển bề mặt vật liệu ban đầu gọi lõi Kiểm soát tập trung: không đủ cao cho mầm hình thành đủ cao cho phát triển bề mặt, vật liêu trộn lẫn theo tỉ lệ xác định ta thu vật liệu hợp kim, nhiên xếp lớp mỏng chất bế mặt tạo thành nhóm nhỏ vị trí khuyết tật bề mặt lại thu vật liệu hạt nano Hợp kim lõi-vỏ nhóm Kết luận Ngành khoa học vật liệu nói chung ngành khoa tổng hợp hạt nano nói riêng ngành rộng lớn, việc phân chia phương pháp, cách thức tiếp cận loại vật liệu khác dễ dẫn đến chồng chéo, trùng lặp Vì vậy, tổng hợp loại vật liệu, ta cần xét chúng khía cạnh khác để có nhìn từ bao quát đến chi tiết, từ có định hướng phương pháp tổng hợp đúng, nhanh chóng hiệu 20 [...]... cùng thu được từ phương pháp làm khô siêu tới hạn gọi là aerogel, theo phương pháp nung gọi là xerogel Bên cạnh gel còn có thể thu được nhiều loại sản phẩm khác [32] 12 Hình 7: Sơ đồ phân loại phương pháp tổng hợp vật liệu nano thông qua quá trình sol hóa Một số nano oxit thu được bằng phương pháp sol-gel được đưa ra trong bảng sau Bảng 2: Một số oxít kim loại được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel Từ... giọt có kích thước 0,5 – 10 μm Thông qua phản ứng trùng ngưng tạo thành các hạt nano polymer kích thước 50-200 nm PHẦN III PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP GIỚI HẠN ĐỘNG HỌC Phương pháp tổng hợp giới hạn động học đa phần là phương pháp tiếp cận từ dưới lên chỉ một số ít là tiếp cận từ trên xuống Quá trình tạo mầm và tăng trưởng kích thước hạt nano được khống chế thông qua hạn chế không gian tăng trưởng như xảy ra... lực khuếch tán Các phương pháp được sử dụng như:  Chất lỏng nhỏ giọt trong pha khí (aerosol & phun)  Các giọt chất lỏng trong chất lỏng (micelle & microemulsion)  Trên cơ sở chất nền (chất mang)  Tự chấm dứt 3.1 Tổng hợp Aerosol Phương pháp tổng hợp Aerosol Có thể được coi như là phương pháp tổng hợp tiếp cận từ trên xuống Sản phẩm có thể thu được dạng đa tinh thể Quá trình tổng hợp Aerosol gồm các... cao hình thành các hạt nano Ví dụ bạc hạt: Ag2CO3, Ag2O and AgNO3 với NH4HCO3 tại nhiệt độ 400°C Hình 11: Chi tiết ngọn lửa trong phương pháp phún xạ 3.3 Phương pháp mixen (đảo) Phương pháp mixen đảo có thuận lợi đáng kể so với các phương pháp khác Tất cả các vật liệu ban đầu được trộn lẫn ở mức phân tử trong dung dịch nên có độ đồng nhất cao Phương pháp này cho phép chế tạo các hạt rất nhỏ và có khả... chủ yếu hình cầu,một số có dạng hình kim Hạt có kích thước ổn định, không phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ và nồng độ của tiền chất Kích thước của hạt chịu ảnh hưởng bởi quá trình phản ứng và nhiệt độ tạo mầm Hình 8: Sơ đồ nguyên lý quá trình tổng hợp hạt nano pha khí 2.3 Phản ứng pha rắn Hạt nano được tổng hợp trong pha rắn chủ yếu là hạt nano kim loại và các hạt bán dẫn trong ma trận thủy tinh, theo... hữu cơ thành một hệ thống oxit bằng quá trình solgel bằng phương pháp đồng trùng hợp hoặc đồng ngưng tụ hoặc bẫy các thành phần hữu cơ (sinh học) mong muốn trong một mạng lưới Như ta thấy trong một loạt các vật liệu nano được giới thiệu bên trên thì phương pháp sol gel là phương pháp phổ biến nhất được sử dụng để tổng hợp vật liệu nano Phương pháp sol-gel Mặc dù đã được nghiên cứu vào những năm 30 của... đời và phát triển của kĩ thuật nano, phương pháp sol-gel lại được quan tâm rất nhiều vì nó rất thành công trong tổng hợp vật liệu cấp hạt nano Sol là trạng thái tồn tại ổn định của các hạt rắn tướng colloide bên trong chất lỏng, và để cho các hạt rắn tồn tại ở trạng thái ổn định kích thước, các hạt phải đủ nhỏ để lực cần phân tán phải lớn hơn trọng lực Colloide là các hạt có kích thước trong phạm vi... kích thước hạt đồng thời có thể chế tạo các hạt nano với độ sạch và độ đồng nhất hóa học cao Tuy nhiên, phương pháp này cho hiệu suất tổng hợp thấp, phải sử dụng lượng lớn chất lỏng (dầu, chất HĐBM…) mixen (đảo), là một trong những phương pháp đầy hứa hẹn đối với các vật liệu nano tinh thể Những năm gần đây đã minh chứng rằng đó là một ứng cử tiềm tàng trong việc chế tạo nano tinh thể với các hạt được... thành phần chủ yếu được tổng hợp bằng phương pháp sol-gel, tiến hành phản ứng dị ngưng tụ giữa tiền chất thành phần khác nhau, từ đó kết hợp thành vật liệu của các thành phần có độ âm điện khác nhau hoặc số kết hợp khác nhau hoặc bán kính ion khác nhau Để tổng hợp vật liệu đa thành phần thông thường người ta tiến hành quá trình sol-gel nhiều bước Hạt nano lai hữu cơ-vô cơ Kết hợp các thành phần hữu... gồm kích thước hạt, sự phân bố kích thước hạt, kích thước tích tụ và các pha của bột sản phẩm cuối cùng Một số hạn chế khi sử dụng phương pháp này như sau: Thứ nhất, các hạt nano thường tạo dạng kém tinh thể vì phản ứng thường được tiến hành ở nhiệt độ thấp Thứ hai, diện tích bề mặt thường rất thấp Thứ ba thường tạo ra các hạt nano đa pha 18 Một số vật liệu nano được điều chế theo phương pháp này được