Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

CHÀO MỪNG CÔ VÀ CÁC BẠN ĐẾN VỚI BÀI THUYẾT TRÌNH CỦA NHÓM Thành viên nhóm Đào Thị Nga Lê Thị Vân Anh Nguyễn Ngọc Linh Võ Khánh Nguyên CHỦ ĐỀ: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO 3.1 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano 3.1.1 Phương pháp từ xuống - Tạo hạt có kích thước nano từ hạt có kích thước lớn - Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền biến dạng để biến vật liệu khối thành vật liệu có kích thước nano Nghiền Biến dạng - VL dạng bột trộn với - Sử dụng với kỹ thuật đặc biệt tạo viên bi cứng đặt cối Máy biến dạng cực lớn mà không nghiền nghiền lắc, nghiền rung làm phá huỷ vật liệu T0 điều nghiền quay Các viên bi cứng chỉnh tùy trường hợp cụ thể va chạm vào nhau, phá vỡ bột đến - Kết thu vật liệu nano kích thước nano chiều (dây nano) hai chiều - Kết thu vật liệu nano (lớp có chiều dày nm) không chiều (các hạt nano) 3.1.2 Phương pháp từ lên - Tạo hạt nano từ nguyên tử ion - Đang phát triển mạnh mẽ 3.1.2 Phương pháp từ lên Phương pháp vật lý: - Tạo vật liệu nano từ nguyên tử chuyển pha • Nguyên tử: bốc bay nhiệt (đốt, phóng điện hồ quang) • Chuyển pha: đun nóng vật liệu làm nguội cực nhanh để thu trạng thái vô định hình  xử lý nhiệt để xảy chuyển pha vô định hình – tinh thể - Chế tạo hạt nano, màng nano 3.1.2 Phương pháp từ lên Phương pháp hóa học: - Tạo hạt nano từ ion - Dung dịch đầu chứa muối KL + tác nhân khử (Sodium Borohydride,…) - Để hạt ko bị kết tụ dùng phương pháp tĩnh điện chất bảo vệ bao phủ lên bề mặt nano - Tùy thuộc vào kích thước mong muốn mà sử dụng chất bảo vệ khác - Tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, 3.1.2 Phương pháp từ lên Phương pháp kết hợp: - Tạo hạt nano dựa nguyên tắc vật lý hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, - Tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, Phương pháp sinh học: - Sử dụng vi sinh vật nấm, vi khuẩn, vi rút có khả khử để khử ion dạng kim loại Dưới tác dụng tác nhân này, ion bị chuyển thành hạt nano Phương pháp vi nhũ: (giới thiệu 3.3.3) 3.4 Phương pháp lắng đọng hóa học ( Chemical Vapour Deposition – CVD ) 3.4.1 Định nghĩa 3.4.2 Đặc điểm 3.4.3 Phân loại NỘI DUNG 3.4.4 Cơ chế 3.4.5 Hóa học CVD 3.4.6 Ưu- nhược điểm 3.6.7 Ứng dụng 3.4.1 Định nghĩa Là phương pháp mà vật liệu rắn lắng đọng từ pha thông qua phản ứng hóa học xảy gần bề mặt đế nung nóng 3.4.2 Đặc điểm Trong CVD, vật liệu rắn thu dạng lớp phủ, bột đơn tinh thể Điểm đặc biệt chế tạo màng với độ dày đồng bị xốp hình dạng đế phức tạp, lắng đọng chọn lọc 3.4.3 Phân loại • Thermal CVD: CVD kích hoạt phản ứng nhiệt, thường thực to cao (trên 900oC)  phương pháp cổ điển • MOCVD (Metal organic chemical vapor deposition): CVD nhiệt sử dụng precursor hợp chất hữu kim loại • PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition): sử dụng lượng plasma để kích hoạt phản ứng, to thấp nhiều • HDPCVD (lắng đọng hóa học plasma mật độ cao) • ALCVD (lắng đọng hóa học lớp nguyên tử ) • MOMBE (epitaxy chùm phân tử hữu kim loại): sử dụng precursor hữu kim loại dễ bay precursor bay từ thể rắn • APCVD (lắng đọng hóa học áp suất khí quyển) • CBE (epitaxy chùm hóa học): phương pháp CVD chân không cao, sử dụng precursor hữu kim loại dễ bay precursor thể khí 3.4.4 Cơ chế Khuếch tán chất phản ứng tới bề mặt đế ( theo dòng khí precursor ) Sự hấp phụ chất phản ứng vào bề mặt đế Xảy phản ứng hóa học Giải hấp sản phẩm khí sau phản ứng Khuếch tán sản phẩm phụ bên - Khí precursor từ dòng đối lưu vận chuyển đến môi trường to cao (plasma) va chạm electron với ion (electron - notron electron – electron) tạo gốc tự - Các phân tử gốc tự khuếch tán xuống đế, gặp môi trường to cao đế, xảy phản ứng tạo màng bề mặt đế - Sản phẩm phụ sinh sau phản ứng khuếch tán ngược vào dòng chất lưu, dòng chất lưu đưa khí precursor dư, sản phẩm phụ, khí độc khỏi buồng 3.4.5 Hóa học CVD Hấp phụ Gồm hấp phụ vật lý hấp phụ hóa hoc, để tạo màng nguyên tử phải hấp phụ hóa học lên đế Ngưng tụ Đầu tiên tạo nguồn cung cấp pha từ vật liệu gốc Hơi ngưng tụ bề mặt đế tồn pha bão hòa đế Độ bao phủ bề mặt Mức độ bao phủ tỷ số chỗ hấp phụ tổng số chỗ bề mặt, phụ thuộc vào nồng độ pha khí Ảnh hưởng áp suất đến chất lượng màng Áp suất toàn phần khuếch tán tăng áp suất toàn phần hạ thấp T3.4.6 Ưu- nhược điểm - Hệ thiết bị đơn giản - Tốc độ lắng đọng cao IÊU ĐỀ - Có khả lắng đọng hợp kim nhiều thành phần - Có thể tạo màng cấu trúc hoàn thiện, độ cao - Đế xử lý trước lắng đọng trình ăn mòn hóa học - Có thể lắng đọng lên đế có cấu hình đa dạng, phức tạp - Cơ chế phản ứng phức tạp - Đòi hỏi nhiệt độ đế cao phương pháp khác - Đế dụng cụ thiết bị bị ăn mòn dòng - Khó tạo hình linh kiện màng mỏng thông qua kỹ thuật mặt nạ Ưu điểm Nhược điểm 3.4.7 Ứng dụng Phương pháp CVD dùng để chế tạo màng mỏng: chất bán dẫn như: S i, màng mỏng oxit dẫn điện suốt SnO2, màng mỏng điện môi SiO2, Si3N4, BN, Al2O3, màng mỏng kim loại… 3.5 Các phương pháp khác 3.5.1 Phóng điện hồ quang hay hồ quang plazma Nguyên lí làm việc Tạo điện hồ quang nhờ phóng điện điện cực graphit buồng chứa khí trơ He Ar với điều kiện: I= 100A, khoảng cách điện cực 1mm áp suất 500mmHg (He) Bản chất hồ quang điện Là tượng phóng xạ với mật độ dòng điện lớn thường kèm theo tượng phát sáng 3.5.1 Phóng điện hồ quang hay hồ quang plazma Ưu điểm - Rẻ tiền, đơn giản - Kim loại bảo vệ tính chất thuốc bọc nên không cần khí phụ trợ - Phù hợp với hầu hết kim loại - Có thể thực không gian hẹp Nhược điểm - Khó tạo vật liệu khối - Mẫu chứa thu lẫn tạp chất 3.5.2 Phương pháp mạ điện Khái niệm - Là phương pháp điện phân để kết tủa lớp kim loại lớp kim loại mỏng, để chống ăn mòn, trang sức bề mặt tăng tính dẫn điện, tăng kích thước, tăng độ cứng bề mặt 3.5.2 Phương pháp mạ điện Nguyên lí Dòng điện chạy qua bình điện phân, anot hòa tan di chuyển vào dd giải phóng oxi Các ion cđ: (+) theo chiều dòng điện chạy catot nhận điện tử bị khử, (-) chạy anot điện tử bị oxi hóa - Tại catot: xảy lắng đọng kim loại giải phóng Hiđro - Tại anot: Khi tiếp xúc với điện cực, ion biến thành nguyên tử trung hòa làm cho lượng ion dd giảm xuống nên chúng phải thường xuyên bổ sung ion anot hoàn tan vào hay bổ sung dd 3.5.3 Phương pháp nghiền bi Nguyên lý cấu tạo hoạt động Nhờ vỏ máy quay tròn qua phận truyền động, bi đạn chịu lực ly tâm nâng lên đến độ cao định rơi xuống đập vào vật liệu Mặt khác, vật liệu bị chà sát bi đạn với lót, bi đạn với bi đạn nhỏ Nguyên tắc tác dụng lực: đập mài Hiệu suất tính máy nghiền bi - Cấu trúc đơn giản, thuận tiện bảo dưỡng, dung lượng cao - Dễ dàng lắp đặt, thời gian hoạt động liên tục dài - Bộ phận dễ hỏng có sức chịu kháng cao, chu kỳ thay dài TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Công nghệ mạ điện- Nguyễn Văn Lộc- NXB Giáo Dục [2] Công nghệ nano, Điều khiển đến phân tử, nguyên tử, Vũ Đình Cự - Nguyễn Xuân Chánh, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [3] Hóa học nano, Công nghệ vật liệu nguồn, Nguyễn Đức Nghĩa, NXB Khoa học- Công nghệ Hà Nội, Hà Nội, 2007 [4] http://vietsciences.free.fr/thuctap_khoahoc/thanhtuukhoahoc/chetaohatnanooxytsattutinh.htm [5] https://vi.wikipedia.org/wiki/C%C3%B4ng_ngh%E1%BB %87_nano#Ph.C6.B0.C6.A1ng_ph.C3.A1p_t.E1.BB.AB_tr.C3.AAn_xu.E1.BB.91ng [6] http://thuanvinh.vn/may-nghien-bi-sp219.html [7] http://mayxaydungcongtrinh.com/cau-tao-cua-vo-may-nghien-bi.html [8] Khóa luận Xây dựng hệ nhiệt CVD chế tạo mặt nạ nano-Micro phương pháp NS CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE [...]... nhau - Do sự giới hạn về không gian của các phân tử CHĐBM, sự hình thành, phát triển các hạt nano bị hạn chế và tạo nên các hạt nano rất đồng nhất 3.3.3 Công nghệ hạt Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano Tổng hợp hạt nano trong vi nhũ tương: - Do sự giới hạn về không gian của các phân tử CHĐBM, sự hình thành, phát triển các hạt nano bị hạn chế và tạo nên các hạt nano rất đồng nhất - Kích thước hạt có... ly): - Đóng vai trò quan trọng trong công nghệ nano như công nghệ nhân vỏ (coreshell), công nghệ chế tạo màng mỏng nano, … 3.3.3 Công nghệ hạt Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano Micelle thuận: hạt nano có kích thước nhỏ từ vài nanomet đến vài micromet tùy điều kiện chế tạo và môi trường khác nhau - Cấu tạo hạt Micelle hình thành từ CHĐBM:  Hạt nhân được tạo bởi tổ hợp nguyên tử, có thể là vô cơ, hữu... điều khiển kích thước hạt dễ dàng Cơ chế hoạt động của phương pháp vi nhũ tương 3.4 Phương pháp lắng đọng hơi hóa học ( Chemical Vapour Deposition – CVD ) 3.4.1 Định nghĩa 3.4.2 Đặc điểm 3.4.3 Phân loại NỘI DUNG 3.4.4 Cơ chế 3.4.5 Hóa học trong CVD 3.4.6 Ưu- nhược điểm 3.6.7 Ứng dụng 3.4.1 Định nghĩa Là phương pháp mà vật liệu rắn được lắng đọng từ pha hơi thông qua các phản ứng hóa học xảy ra ở gần bề... Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano Micelle đảo: quá trình tạo hạt Micelle trong môi trường dầu bởi CHĐBM có nhân là pha nước chứa các hạt vô cơ Lúc này, các hạt pha phân tán (pha nước) khuếch tán trong dung môi hữu cơ ưa dầu là pha liên tục - Các hạt Micelle đảo có kích thước từ 10-100 nm - Quá trình hình thành hạt Micelle đảo: 3.3.3 Công nghệ hạt Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano Hệ nhũ tương:... hóa tạo huyền phù,đó là sol 5.Điều chỉnh độ nhớt của sol thích hợp để tạo ra sợi nung sợi gốm 4.Tiếp tục đun nóng gel khô  gốm đặc 2.Đổ sol vào khuôn do chuyển hóa từ sol ta được gel ướt bay hơi hết nước  gel khô 3.Dùng phương pháp thủ quay hay phủ nhúng để tạo màng gel khô 3.2.2 Công nghệ Sol-Gel và sản phẩm từ Sol-Gel Vật liệu tạo sol: muối kim loại vô cơ hoặc là hợp chất kim loại hữu cơ Phương. ..  Trên bề mặt nhân tồn tại những gốc hoạt tính tạo thể liên kết với gốc ngoài theo lực Vander Vahl  Xung quanh nhân có 1 lớp chất lỏng bám trên bề mặt keo gọi là Stern 3.3.3 Công nghệ hạt Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano Micelle thuận: Sự hình thành Micelle trong nước của các hạt kim loại: 3.3.3 Công nghệ hạt Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano Micele thuận: Quá trình hình thành hạt Micelle... kim loại hữu cơ Phương pháp: phủ quay (spin coating) hay phủ Hiện nay là phương pháp hữu hiệu nhất để nhúng (dip coating) chế tạo nhiều loại bột nano với cấu trúc, thành phần mong muốn, dễ điều khiển kích thước.Đặc biệt là giá thành hạ 3.2.3 Ứng dụng Quá trình sol-gel dùng để làm bột mịn với các hạt bột có dạng hính cầu Làm gốm sứ thủy tinh Làm màng mỏng để phủ lên bề mặt Làm các màng xốp có nhiều... các màng xốp có nhiều lỗ 3.2.3 Ứng dụng 3.3 Các phương pháp micelle nano 3.3.1 Một số khái niệm cơ bản Hệ phân tán hạt micelle : hệ gồm 2 hay nhiều pha: 1 pha liên tục và các pha khác là những tiểu phần (hạt) có kích thước nhỏ gọi là pha phân tán, phân tán đều trên pha liên tục Ví dụ: Hệ phân tán sữa: + Hạt sữa: pha phân tán (micelle) + Nước: pha liên tục Cấu tạo hạt micelle: Ví dụ: hạt micelle AgI trong... nung nóng 3.4.2 Đặc điểm Trong CVD, vật liệu rắn thu được là dạng lớp phủ, bột hoặc đơn tinh thể Điểm đặc biệt là có thể chế tạo được màng với độ dày đồng đều và ít bị xốp ngay cả khi hình dạng đế phức tạp, cũng như là có thể lắng đọng chọn lọc 3.4.3 Phân loại • Thermal CVD: CVD kích hoạt phản ứng bằng nhiệt, thường được thực hiện ở to cao (trên 900oC)  phương pháp đầu tiên và cổ điển • MOCVD (Metal... học: - Trong dung dich phân tán, các hạt Micelle khuếch tán và chuyển động không định hướng theo thuyết Brown - Tốc độ chuyển động của các hạt Micelle ở trong hệ phân tán ... Ngọc Linh Võ Khánh Nguyên CHỦ ĐỀ: CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO 3.1 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano 3.1.1 Phương pháp từ xuống - Tạo hạt có kích thước nano từ hạt có kích thước lớn... liệu nano (lớp có chiều dày nm) không chiều (các hạt nano) 3.1.2 Phương pháp từ lên - Tạo hạt nano từ nguyên tử ion - Đang phát triển mạnh mẽ 3.1.2 Phương pháp từ lên Phương pháp vật lý: - Tạo vật. .. Phương pháp từ lên Phương pháp kết hợp: - Tạo hạt nano dựa nguyên tắc vật lý hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, - Tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, Phương pháp