Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm hệ thống phủ nano bề mặt bằng công nghệ plasma

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG PHỦ NANO BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA S K C 0 9 MÃ SỐ: T2014-01GVT S KC 0 9 Tp Hồ Chí Minh, 2014 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐƠN VỊ CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG DÀNH CHO GIẢNG VIÊN TRẺ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG PHỦ NANO BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA Mã số: T2014-01GVT Chủ nhiệm đề tài: ThS Thái Văn Phước Thành viên đề tài: TP HCM, tháng 12/2014 MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỀU iv DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT vii CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước 1.2 Tính cấp thiết đề tài 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.5 Phương pháp nghiên cứu Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nghiên cứu số loại vải thông dụng 2.1.1 Vải cotton – vải sợi 2.1.2 Vải từ sợi polyester 2.1.3 Lụa – tơ tằm 2.1.4 Vải tổng hợp 2.2 Sơ lược nano 2.2.1 Phương pháp chế tạo nano kim loại 2.2.2 Tính chất nano kim loại 2.2.3 Một số loại dung dịch nano để phun phủ 10 2.3 Các phương pháp phủ nano lên bề mặt 14 2.3.1 Phun trực tiếp lên bề mặt 14 2.3.2 Ngâm tẩm dung dịch nano 15 2.4 Giới thiệu Plasma 15 2.5 Nguyên lý tạo liên kết hóa học gốc nano vải công nghệ Plasma lạnh 18 i Chương THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN 19 3.1 Yêu cầu kỹ thuật mô hình 19 3.2 Các phương án thiết kế tạo Plasma 19 3.2.1 Phương án 19 3.2.2 Phương án 20 3.3 Thiết kế sơ 21 3.3.1 Phương án (sử dụng điện cực dương ngắn cực âm) 21 3.3.2 Phương án (sử dụng điện cực dương dài cực âm) 21 3.3.3 Phương án định vị điện cực 22 3.4 Hệ thống kết cấu mô hình 23 3.5 Thuyết minh sơ đồ thực nghiệm 25 3.6 Mô hình thử nghiệm ban đầu 25 3.7 Mạch điều chỉnh độ rộng xung 26 3.8 Mạch điều chỉnh tần số điện áp 27 3.9 Bộ biến áp 28 Chương CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 29 4.1 Trình tự công việc tiến hành 29 4.2 Chọn vật liệu cho hệ thống 29 4.3 Tính toán cho hệ thống 30 4.3.1 Tính toán chọn động 30 4.3.2 Tính toán thiết kế bánh đai 30 4.3.3 Tính toán thiết kế trục 32 4.3.4 Thiết kế mô hình 35 CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM 38 5.1 Chế tạo 38 5.1.1 Chế tạo giá đỡ 38 5.1.2 Chế tạo trục lăn 38 5.1.3 Gối đỡ trục 38 5.1.4 Chế tạo đỡ trục lăn 39 ii 5.1.5 Mô hình thực tế 39 5.2 Thử nghiệm 40 5.3 Kết thực nghiệm 40 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 iii DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình - Sơ đồ bước sản xuất dệt, nhuộm, may thành phẩm [9] Hình – Cấu trúc phân tử vải cotton (vải sợi bông) Hình – Hạt nano từ phương pháp siêu âm 11 Hình – Cấu trúc nano TiO2 12 Hình – Công thức cấu tạo nano Silane-TEOS 13 Hình – Phủ nano phương pháp phun trực tiếp 15 Hình – Chùm tia Plasma (a-Plasma tự nhiên; b-Plasma nhân tạo) 16 Hình – Phản ứng tạo liên kết phân tử nano-Silane sợi vải 18 Hình - Mô hình dạng 20 Hình 10 - Mô hình dạng ống phóng Plasma 20 Hình 11 – Mô hình vùng phản ứng Plasma phương án 21 Hình 12 - Mô hình vùng phản ứng Plasma phương án 22 Hình 13 – Định vị điện cực bên ống thạch anh 22 Hình 14 – Định vị điện cực bên 23 Hình 15 – Sơ đồ mô hình hệ thống phủ nano công nghệ Plasma lạnh 23 Hình 16 - Sơ đồ mô hình hệ thống phủ nano công nghệ Plasma lạnh 24 Hình 17 – Nano-Silane hóa đưa vào vùng 25 Hình 18 - Mô hình thí nghiệm xử lý phủ nano vải 26 Hình 19 – Thí nghiệm vải chống thấm nước 26 Hình 20 – Mạch điều chỉnh độ rộng xung 26 Hình 21 – Chu kỳ xung 27 Hình 22 – Mạch điều chỉnh tần sồ điện áp 27 Hình 23 – Bộ biến áp khuếch đại 28 Hình 24 – Sơ đồ phân bố lực trục chủ động 34 Hình 25 – Biểu đồ phân bố lực momen xoắn trục lăn 35 Hình 26 – Thân đế 35 iv Hình 27 - Giá đỡ trục vào giá đỡ trục 36 Hình 28 – Tấm đỡ trục lăn 36 Hình 29 – Thanh đỡ trục lăn 36 Hình 30 – Gối đỡ Plasma 36 Hình 31 – Tấm đỡ ống thạch anh 36 Hình 32 - Mô hình hóa dung dịch nano-Silane 37 Hình 33 – Chi tiết giá đỡ 38 Hình 34 – Chi tiết trục lăn 38 Hình 35 – Gối đỡ trục 38 Hình 36 – Tấm đỡ trục lăn 39 Hình 37 – Mô hình xử lý phủ nano vải 39 Hình 38- Ảnh thực tế: vải xử lý phủ nano(bên trái) vải không xử lý (bên phải), vải thun cotton 40 Hình 39 - Ảnh hưởng tốc độ xử lý đến góc tiếp xúc θc vải thun cotton 41 Hình 40 - Ảnh chụp sợi vải thun cotton sau xử lý nano máy SEM (110V, 1A, 0,8 m/ph) 41 Hình 41- Ảnh hưởng dòng điện đầu vào đến góc tiếp xúc θc vải thun cotton 41 Hình 42 - Ảnh hưởng điện áp đầu vào đến góc tiếp xúc θc vải thun cotton 41 Hình 43- Ảnh hưởng dòng điện đầu vào đến góc tiếp xúc θc vải sơ-mi polyester 42 Hình 44 - Ảnh hưởng điện áp đầu vào 42 Hình 45: Ảnh hưởng dòng điện đầu vào đến góc tiếp xúc θc vải thun tổng hợp 43 Hình 46: Ảnh hưởng điện áp đầu vào đến góc tiếp xúc θc vải thun tổng hợp 43 Hình 47 - Sự thay đổi góc tiếp xúc theo thời gian 43 v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng – Đặc tính loại vải sợi Bảng – Số nguyên tử lượng bề mặt hạt nano hình cầu Bảng – Sự suy giảm hàm lượng Ag theo số lần giặt [10] 11 Bảng – Các trình trao đổi lượng trạng thái Plasma [4] 17 Bảng - Một số trình va chạm trao đổi lượng hạt (Plasma) với bề mặt [4] 17 vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT nlc Năng lượng cao TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TN Thí nghiệm TNHH Trách nhiện hữu hạn vii TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Tp HCM, ngày 03 tháng 11 năm 2014 THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình thực nghiệm hệ thống phủ Nano bề mặt công nghệ Plasma” Mã số: T2014-01GVT Chủ nhiệm: ThS Thái Văn Phước Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP HCM Thời gian thực hiện: tháng 12/2013 đến tháng 12/2014 Mục tiêu: - Chế tạo mô hình thiết bị xử lý phủ nano vải công nghệ Plasma nhiệt độ thấp; Tìm thông số vận hành mô hình Tính sáng tạo: - Quá trình xử lý đơn giản, tiết kiệm lượng; Quy trình vận hành đơn giản; Dễ dàng lắp đặt dây chuyền sản xuất vải Kết nghiên cứu: - Thí nghiệm chứng minh khả phủ nano mô hình; Các thông số vận hành mô hình Sản phẩm: - Mô hình thực nghiệm hệ thống phủ nano vải công nghệ Plasma nhiệt độ thấp môi trường áp suất thường; Một báo đăng “Tạp chí Khoa học giáo dục kỹ thuật Tp HCM” Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: - Hoàn thiện phát triển thành hệ thống hoàn chỉnh chuyển giao cho sơ sản xuất vải Trưởng Đơn vị Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) (ký, họ tên) Thái Văn Phước INFORMATION ON RESEARCH RESULTS General information: Project title: “Research, design and manufacturing experimental coating-nano model by cold-plasma at atmospheric pressure” Code number: T2014-01GVT Coordinator: MSc Thai Van Phuoc Implementing institution: University of Technology and Education Ho Chi Minh City Duration: from December 2013 to December 2014 Objective(s): - Manufacturing model experimental coating-nano on fabric by cold-plasma at atmospheric pressure; - Find out operating parameters of model Creativeness and innovativeness: - The model has many advantages such as small size, simple operation, save energy; - Easy to install on fabric production line Research results: - Testing and demonstrating coating-Nano ability of the model on fabric; - The operating parameters of the model Products: - Experimental coating-nano model on fabric by cold-plasma at atmospheric pressure; - An article published on Journal of Technical Education Science Effects, transfer alternatives of research results and applicability: - The model should be improved and developed into a complete system that can be transferred to fabric factory CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài nước Plasma trạng thái thứ tư vật chất (các trạng thái khác rắn, lỏng khí) Ở trạng thái Plasma, electron chuyển động tương đối tự nhân nguyên tử Để đạt trạng thái này, electron cung cấp lượng lớn dạng nhiệt (mặt trời, sao) – Plasma nóng môi trường khác xạ điện từ, môi trường điện trường lớn nhằm ion hóa phân tử - Plasma nguội (Plasma nhiệt độ thấp, nhiệt độ từ 30-70°C) [1] Ở trạng thái Plasma electrons, ions hạt kích thích mang lượng lớn dạng động Khi hướng hạt mang lượng lên bề mặt hạt electrons, ions, hạt kích thích bắn phá lên bề mặt, làm bề mặt, tẩy khuẩn, bẽ gãy liên kết bề mặt, đồng thời lại tạo liên kết Với tính chất công nghệ Plasma ứng dụng nhằm làm bề mặt, làm tăng lượng bề mặt, tẩy khuẩn, phủ nano [1, 2] Ứng dụng công nghệ Plasma áp suất thấp để phủ nano lên bề mặt nghiên cứu ứng dụng vào sản xuất công nghiệp Tuy nhiên nhược điểm phương pháp điều kiện tiến hành phải áp suất thấp, dẫn đến chi phí thiết bị, vận hành đắt quy mô sản xuất bị hạn chế Hiện số nước phát triển ứng dụng thành công công nghệ Plasma áp suất thường vào việc phủ nano, ví dụ Công ty Fraunhofe Đức chế tạo thành công thiết bị Plasma Jet phủ nano điều kiện áp suất thường, Enercon Industries Corporation Mỹ, Courstesy of Dow Corning Plasma Solution Anh v.v… Qua tham khảo tài liệu thực tế nước, tác giả chưa thấy có nghiên cứu ứng dụng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp áp suất thường vào việc phủ nano bề mặt Trong phần nghiên cứu tác giả đưa mô hình xử lý phủ nano vải công nghệ Plasma nhiệt độ thấp áp suất thường 1.2 Tính cấp thiết đề tài Để tạo tính chất siêu chống thấm (góc tiếp xúc θc ≥1500), vải thường chế tạoxử lý sau: thứ nhất, vải dệt sợi có tính chất siêu chống thấm có nguồn gốc chủ yếu từ polymer; theo cách thứ hai, vải phun phủ vật liệu siêu chống thấm có kích thước cỡ nano từ vật liệu SiO2, ZnO, TiO2 v.v… làm cho sợi vải liên kết với hạt nano để tạo cho vải tính chất hiệu ứng sen Vải tạo theo cách thứ có giá trị sử dụng không cao, lý chế tạo từ vật liệu polymer nên vải thô-cứng, màu sắc bóng loáng, mặc có cảm giác nóng, không thoải mái Theo cách thứ hai vải ngâm hỗn hợp gồm dung dịch nano+dung môi thời gian dài, sau xử lý nhiệt Theo phương pháp này, chi phí sản xuất cao việc xử lý thời gian dài tốn nhiều lượng, quy trình vận hành cồng kềnh Với khả chống thấm, vải chống thấm có khả tự làm sạch, hạn chếngăn ngừa phát triển vi sinh vật gây mùi hôi vải, gây ảnh hưởng đến sức khỏe Vải chống thấm không ứng dụng vào lĩnh vực thời trang-may mặc, vật dụng gia đình (thảm chống thấm, divang bọc vải chống thấm, che cửa chống thấm…), mà lĩnh vực y tế (pra giường bệnh nhận, quần áo bệnh nhân, quần áo bác sỹ dung để phẫu thuật…) Trước vấn đề trên, việc nghiên cứu thiết kế thiết bị quy trình phủ nano vải công nghệ Plasma nhiệt độ thấp, áp suất thường trở thành đề tài mang tính ứng dụng thực tiễn cao 1.3 Mục tiêu nghiên cứu đề tài Đề tài thực theo mục tiêu sau: - Nghiên cứu, thiết kế chế tạo mô hình phủ nano vải công nghệ Plasma nhiệt độ thấp môi trường áp suất thường với kích thước nhỏ để tiến hành thử nghiệm; - Tìm thông số tối ưu vận hành mô hình; - Tìm yếu tố ảnh hưởng đến khả phủ nano vải 1.4 Đối tượng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu đề tài: - Môi trường tạo Plasma nhiệt độ thấp áp suất thường; Khả tạo liên kết sợi vải nano silane b Phạm vi nghiên cứu: Đề tài khảo sát khả phủ nano vải cotton, polyester, vải tổng hợp với dung dịch nano-silane 1.5 Phương pháp nghiên cứu - Nghiên cứu, phân tích lý thuyết; - Phân tích thực nghiệm Chương CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Nghiên cứu số loại vải thông dụng Vải sợi cấu trúc dạng phẳng, tạo thành từ loại tơ sợi đan lại với theo kiểu cách cho trước Những sợi có dạng sợi dài, xoắn vào tạo thành phần tử vải sợi Mỗi loại sợi cấu thành từ hàng triệu chuỗi phân tử hoá học đơn lẻ Hiện nay, quy trình sản xuất loại vải doanh nghiệp công ty lớn chủ yếu thực theo bước sau: Hình - Sơ đồ bước sản xuất dệt, nhuộm, may thành phẩm [9] Sợi vải chuyển qua công đoạn mắc sợi Sau chuyển sang hồ đưa qua hệ thống máy dệt để thực công đoạn dệt Công đoạn cuối trước sản phẩm dệt xuất xưởng công đoạn kiểm phẩm Tại đây, hệ thống vải dệt kiểm tra kỹ trước cho xuất kho để tránh lỗi sản phẩm 2.1.1 Vải cotton – vải sợi Vải cotton làm từ sợi vải, có cấu trúc phân tử hình Vải cotton có khả thấm nước đến 65% so với trọng lượng; có đến 86.8% có cấu trúc hóa học từ cenllulose, có khuynh hướng dính bẩn dính dầu mỡ, dù giặt Sợi thân thiện với da người (không làm ngứa) không tạo nguy dị ứng việc khiến cho sợi trở thành nguyên liệu quan trọng ngành dệt may Hình – Cấu trúc phân tử vải cotton (vải sợi bông) 2.1.2 Vải từ sợi polyester Polyester loại sợi tổng hợp với thành phần cấu tạo đặc trưng ethylene (nguồn gốc từ dầu mỏ) Quá trình hóa học tạo polyester hoàn chỉnh gọi trình trùng hợp Có bốn dạng sợi polyester sợi filament, xơ, sợi thô, fiberfill Vải chế tạo từ sợi polyester có tính chất chống thấm, không hút ẩm Nhờ đặc tính làm cho vải polyester vật liệu cho ứng dụng chống nước, chống bụi 2.1.3 Lụa – tơ tằm Đặc điểm chủ yếu tơ chiều dài tơ đơn độ mảnh tơ Sợi tơ hút ẩm, bị ảnh hưởng nước nóng, axit, bazơ, muối kim loại, chất nhuộm màu Mặt cắt ngang sợi tơ có hình dạng tam giác với góc tròn Vì có hình dạng tam giác nên ánh sáng rọi vào nhiều góc độ khác nhau, sợi tơ óng ánh tự nhiên Quần áo lụa thích hợp với thời tiết nóng hoạt động nhiều lụa dễ thấm mồ hôi Quần áo lụa thích hợp cho thời tiết lạnh lụa dẫn nhiệt làm cho người mặc ấm 2.1.4 Vải tổng hợp Vải tổng hợp từ sợi cotton polyester Vì tổng hợp từ cotton polyester nên vải có tính chất sợi cotton sợi polyester dễ thấm hút, thoáng mát chứa sợi cotton, mặt vải phẳng, dễ dàng giặt ủi Giá thành rẽ loại vải cotton Bảng – Đặc tính loại vải sợi Đặc tính Hình thức Mức độ hút ẩm Cotton Nylon Mượt sáng, Là dạng sợi thô nên ngăn chặn dễ dàng bị bám bẩn bám bẩnvà dễ giặt Không dễ hút ẩm Cotton hút ẩm dễ Nó ấm dàng nhanh mặc không thấm khô mồ hôi Polyester Bề mặt mượt không hấp thu chất bẩn giặt dễ dàng Hút ẩm so với loại sợi khác Là vật dẫn tốt giúp nhiệt tỏa thể giữ thể mát mẻ Dẫn nhiệt Dẫn nhiệt Độ bền sợi Bền ướt Có thể chà mạnh mà không bị hỏng giặt Bền tất loại sợi Chịu chà xát tốt, không giảm sức bền bị bịướt Là loại sợi cực bền không bền nylon Độ đàn hồi Nếp nhăn nếp gấp Sau giặt, vết nhăn cần phẳng Cần lại chút sau giặt để tránh nếp nhăn hay nếp gấp Có thể không cần phải sau giặt loại sợi polyester bị nhăn hay bị nếp gấp Trang phục mùa hè, trang phục thể thao, chăn, khăn ăn, khăn tắm Được dùng cho mặt hàng dệt kim tất, quần áo, thích hợp làm lớp lót cho áo khoác nặng Nguyên liệu may quần áo cho nam nữ Dẫn nhiệt Mục đích sử dụng 2.2 Sơ lược nano Công nghệ nano 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 nanomet (1nm = 10-9 m) Ở kích thước nano, vật liệu có tính đặc biệt mà vật liệu truyền thống thu nhỏ kích thước việc tăng diện tích mặt  - Phân loại theo hình dáng vật liệu: 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  Phân loại theo tính chất vật liệu thể khác biệt kích thước nano: - Vật liệu nano kim loại - Vật liệu nano bán dẫn - Vật liệu nano từ tính - Vật liệu nano sinh học Bảng – Số nguyên tử lượng bề mặt hạt nano hình cầu Đường kính hạt nano (nm) 10 Số nguyên tử Tỉ số nguyên tử bề mặt (%) Năng lượng bề mặt (erg/mol) Năng lượng bề mặt/ lượng tổng (%) 30.000 4.000 250 30 4,8.1011 8,6.1011 2,04.1011 9,23.1011 7,6 14,3 14,3 82,2 2.2.1 Phương pháp chế tạo nano kim loại Đối với hạt nano kim loại hạt nano vàng, nano bạc…thì phương pháp thường áp dụng từ lên Nguyên tắc khử ion kim loại Au+, Ag+ để tạo thành nguyên tử Au, Ag Các nguyên tử liên kết vơí tạo hạt nano Phương pháp khử hóa học: dùng tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại Thông thường dung dịch ban đầu muối kim loại như: HAuCl4 , H2PtCl6 , AgNO3 Tác nhân khử ion kim loại Ag+, Au+ thành AgO, AuO Phương pháp khử vật lý: dùng tác nhân điện tử,sóng điện từ lượng cao tia gama, tia tử ngoại, tia laser khử ion kim loại thành kim loại Dưới tác dụng tác nhân vật lí, có nhiều trình dung môi chất phụ gia dung môi để sinh có góc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại Phương pháp khử hóa lí: dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano Phương pháp điện phân thông thường tạo lớp màng mỏng kim loại Trước xảy hinh thành màng, nguyên tử kim loại sau điện hóa tạo thành hạt nano bám lên điện cực âm Lúc người ta tác dụng xung siêu âm đồng với xung điện phân hạt nano rời khỏi điện cực vào vào dung dịch Phương pháp xung laser sử dụng nhân tố kích thích lắng động từ pha khí kết tinh từ dung dịch Ví dụ: lắng động hạt nano silicon từ khí silane (Si(OR)4) kết tinh hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat (AgNO3) 2.2.2 Tính chất nano kim loại Tính chất quang học: tính chất quang hạt nano có dao động tập thể điện tử dẫn đến từ trình tương tác với xạ sóng điện từ Khi dao động vậy, điện tử phân bố lại hạt nano làm cho hạt nano bị phân cực điện tạo thành lưỡng cực điện Do vậy, xuất tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố yếu tố hình dáng, độ lớn hạt nano môi trường xung quanh yếu tố ảnh hưởng nhiều Ngoài ra, mật độ hạt nano ảnh hưởng đến tính chất quang Nếu mật độ loãng coi gần hạt tự do, nồng độ cao phải tính đến ảnh hưởng trình tương tác hạt Tính chất điện: tính dẫn điện kim loại tốt, hay điện trở kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự cao Tính chất từ: Các kim loại quý vàng, bạc, có tính nghịch từ trạng thái khối bù trừ cặp điện tử Khi vật liệu thu nhỏ kích thước bù trừ không toàn diện vật liệu có từ tính tương đối mạnh Các kim loại có tính sắt từ trang thái khối kim loại chuyển tiếp sắt, côban, niken kích thước nhỏ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ Vật liệu trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh có từ trường từ tính từ trường bị ngắt đi, tức từ dư lực kháng từ hoàn toàn không Tính chất nhiệt: Nhiệt độ nóng chảy Tm vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết nguyên tử mạng tinh thể Trong tinh thể, nguyên tử có số nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi số phối vị Các nguyên tử bề mặt vật liệu có số phối vị nhỏ số phối vị nguyên tử bên nên chúng dễ dàng tái xếp để rạng thái khác Như vậy, kích thước hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy giảm Ví dụ : hạt vàng nm cóTm = 500°C, kích thước nm có Tm = 950°C 2.2.3 Một số loại dung dịch nano để phun phủ 2.2.3.1 Nano Bạc (Ag2O) Bạc biết đến chất tự nhiên có tính kháng khuẩn cao độc không ảnh hưởng đến sức khỏe người Đặc biệt hạt nano có khích thước nanomet (1-100 nm) có khả kháng khuẩn vượt trội, có khả kháng 600 loại vi khuẩn virut có HIV Ngoài ứng dụng nghành công nghệ cao, y học, nano bạc sử dụng hiệu để sản suất vật dụng có tinh kháng khuẩn cao (quẩn áo, bít tất, lót giầy…) vừa có ý nghĩa bảo vệ môi trường vừa ngăn ngừa số vi khuẩn gây ảnh hưởng đến sức khỏe người  Điều chế nano Ag Thành phần hóa học: -50 ml dung dịch AgNO3 0.02N -3 ml Chitôsan 2% -100 ml dung dịch NaBH4 (20 mg/100 ml)  Bằng phương pháp hóa siêu âm Cho Chitôsan vào dung dịch AgNO3 siêu âm phút sau cho NaBH4 vào với tốc độ 2-3 giọt/giây Sau phản ứng kết thúc tiếp siêu âm thêm phút để phản ứng xảy hoàn toàn 10 Hình – Hạt nano từ phương pháp siêu âm  Bằng phương pháp khuấy từ - Cho chitôsan vào dung dịch AgNO3 khuấy từ phút sau cho NaBH4 vào với tốc độ 2-3 giọt/giây Sau phản ứng kết thúc tiếp khuấy từ thêm phút để phản ứng xảy hoàn toàn - Nano Ag điều chế có màu vàng đục, tượng kết tủa - Màu nano Ag khuấy từ có màu vàng đậm nano Ag siêu âm  Kỹ thuật tẩm nano Ag vải cotton Vải cotton 100% chưa qua hồ vải xô đươc hấp vô trùng 1200C 20 phút, để nguội sau nhúng vào dung dịch keo nano Bạc nhiều nồng độ khác Các mẫu vải sấy khô tủ sấy 700C khô, sau sấy nhiệt độ 1200C phút  Kỹ thuật đánh giá nano Bạc Được đánh giá phương pháp sinh đồ, phương pháp dựa kỹ thuật Kitby-Bauer Bảng – Sự suy giảm hàm lượng Ag theo số lần giặt [10] Số lần giặt 10 20 30 Siêu âm % 38 36 35 33 Khuấy từ % 32 28 25 22 11 2.2.3.2 Nano Titanium Dioxide (TiO2) TiO2 vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, suốt, chiết suất cao, từ lâu ứng dụng nhiều ngành công nghiệp như: Sơn, nhựa, giấy, mỹ phẩm, dược phẩm Ngoài TiO2 phủ lên vật liệu khác : gạch men, thiết bị vệ sinh, kính cửa sổ…bằng công nghệ sol-gel hay công nghệ khác có khả làm sạch, diệt vi khuẩn, nấm mốc, khử mùi hôi, phân hủy khí độc hại NOx, SOx… Hình – Cấu trúc nano TiO2  Đặc tính quang xúc tác nano TiO2 Chất xúc tác chất có tác dụng làm giảm lượng kích hoạt phản ứng hoá học không bị sau phản ứng Nếu trình xúc tác kích thích ánh sáng gọi quang xúc tác Chất có tính kích hoạt phản ứng hoá học chiếu sáng gọi chất quang xúc tác Khi chiếu ánh sáng, nano TiO2 trở thành chất oxy hoá khử mạnh số chất biết (gấp 1,5 lần O3, gấp lần clo - chất thông dụng dùng xử lý môi trường) Điều tạo cho vật liệu nhiều ứng dụng phong phú Nano TiO2 phân huỷ chất độc hại bền vững điôxin, thuốc trừ sâu, benzen… số loại virus, vi khuẩn gây bệnh với hiệu suất cao so với phương pháp khác Dưới tác dụng ánh sáng, nano TiO2 trở nên kỵ nước hay nước tuỳ thuộc vào công nghệ chế tạo Khả ứng dụng để tạo bề mặt tự tẩy rửa không cần hoá chất tác động học Nano TiO2 kháng khuẩn chế phân huỷ, tác động vào vi sinh vật phân huỷ hợp chất hữu Vì vậy, tránh tượng “nhờn thuốc” công cụ hữu hiệu chống lại biến đổi gen vi sinh vật gây bệnh Nano TiO2 hoạt động theo chế xúc tác nên thân không bị tiêu hao, nghĩa đầu tư lần sử 12 S K L 0 [...]... những vấn đề như trên, việc nghiên cứu và thiết kế thiết bị và quy trình phủ nano trên vải bằng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp, áp suất thường trở thành một đề tài mang tính ứng dụng thực tiễn cao 1.3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đề tài được thực hiện theo các mục tiêu sau: - Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano trên vải bằng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp trong môi trường áp suất thường... chưa thấy có nghiên cứu nào ứng dụng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp ở áp suất thường vào việc phủ nano bề mặt Trong phần nghiên cứu này tác giả đưa ra một mô hình xử lý và phủ nano trên vải bằng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp ở áp suất thường 1.2 Tính cấp thiết của đề tài Để tạo tính chất siêu chống thấm (góc tiếp xúc θc ≥1500), vải thường được chế tạoxử lý như sau: thứ nhất, vải được dệt bằng các sợi... thời lại tạo ra các liên kết mới Với những tính chất trên công nghệ Plasma được ứng dụng nhằm làm sạch bề mặt, làm tăng năng lượng bề mặt, tẩy khuẩn, phủ nano [1, 2] Ứng dụng công nghệ Plasma ở áp suất thấp để phủ nano lên bề mặt đã được nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất công nghiệp Tuy nhiên nhược điểm chính của phương pháp này là điều kiện tiến hành phải ở áp suất thấp, dẫn đến chi phí thiết bị,... cho cả nam và nữ Dẫn nhiệt Mục đích sử dụng 7 2.2 Sơ lược về nano Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên nanomet (1nm = 10-9 m) Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng... hành rất đắt và quy mô sản xuất cũng bị hạn chế Hiện nay tại một số nước phát triển đã ứng dụng thành công công nghệ Plasma ở áp suất thường vào việc phủ nano, ví dụ như Công ty Fraunhofe ở Đức đã chế tạo thành công thiết bị Plasma Jet phủ nano ở điều kiện áp suất thường, Enercon Industries Corporation ở Mỹ, Courstesy of Dow Corning Plasma Solution ở Anh v.v… Qua tham khảo tài liệu và thực tế trong... Bảng 2 – Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu Đường kính hạt nano (nm) 10 5 2 1 Số nguyên tử Tỉ số nguyên tử trên bề mặt (%) Năng lượng bề mặt (erg/mol) Năng lượng bề mặt/ năng lượng tổng (%) 30.000 4.000 250 30 2 4 8 9 4,8.1011 8,6.1011 2,04.1011 9,23.1011 7,6 14,3 14,3 82,2 8 2.2.1 Phương pháp chế tạo nano kim loại Đối với hạt nano kim loại như hạt nano vàng, nano bạc…thì phương... thước nhỏ để tiến hành thử nghiệm; - Tìm ra các thông số tối ưu của vận hành mô hình; - Tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phủ nano trên vải 1.4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a Đối tượng nghiên cứu của đề tài: - Môi trường tạo Plasma nhiệt độ thấp ở áp suất thường; Khả năng tạo liên kết giữa sợi vải và nano silane b Phạm vi nghiên cứu: Đề tài sẽ khảo sát khả năng phủ nano trên vải cotton, polyester,... độc hại bền vững như điôxin, thuốc trừ sâu, benzen… cũng như một số loại virus, vi khuẩn gây bệnh với hiệu suất cao hơn so với các phương pháp khác Dưới tác dụng của ánh sáng, nano TiO2 trở nên kỵ nước hay ái nước tuỳ thuộc vào công nghệ chế tạo Khả năng này được ứng dụng để tạo ra các bề mặt tự tẩy rửa không cần hoá chất và tác động cơ học Nano TiO2 kháng khuẩn bằng cơ chế phân huỷ, tác động vào vi... môi trường điện trường lớn nhằm ion hóa các phân tử - Plasma nguội (Plasma ở nhiệt độ thấp, nhiệt độ từ 30-70°C) [1] Ở trạng thái Plasma các electrons, ions và các hạt kích thích mang một năng lượng lớn dưới dạng động năng Khi hướng các hạt mang năng lượng trên lên một bề mặt thì các hạt electrons, ions, hạt kích thích sẽ bắn phá lên bề mặt, làm sạch bề mặt, tẩy khuẩn, bẽ gãy các liên kết trên bề mặt, ... ra TiO2 còn được phủ lên các vật liệu khác như : gạch men, các thiết bị vệ sinh, kính cửa sổ bằng công nghệ sol-gel hay công nghệ khác có khả năng làm sạch, diệt vi khuẩn, nấm mốc, khử mùi hôi, phân hủy các khí độc hại NOx, SOx… Hình 4 – Cấu trúc của nano TiO2  Đặc tính quang xúc tác của nano TiO2 Chất xúc tác là chất có tác dụng làm giảm năng lượng kích hoạt của phản ứng hoá học và không bị mất sau