ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ VÀ VẬT LIỆU HÓA DỆT NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO BẠC DÙNG CHO VẢI LÀM LÓT GIẦY BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHỬ ION BẠC TRONG DUNG DỊCH CHIẾT TỪ LÁ DÂU TẰM VIỆT NAM

Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan tài liệu về nano bạc, công nghệ tổng hợp nano bạc, tổng hợp nanobạc có sử dụng dịch chiết từ thực vật và từ lá dâu tằm; các phương pháp phân tí

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN DỆT MAY – DA GIẦY & THỜI TRANG

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ VÀ VẬT LIỆU HÓA DỆT

DỊCH CHIẾT TỪ LÁ DÂU TẰM VIỆT NAM

Giáo viên hướng dẫn : TS Nguyễn Ngọc Thắng

Sinh viên thực hiện : Phạm Thị Ngọc

Hà Nội, 12/2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPHọc và tên sinh viên: Phạm Thị Ngọc Số hiệu sinh viên: 20132797

Viện: Dệt may – Da giầy & Thời Trang Khoá: 58 Ngành: CN Nhuộm & Hoàn tất

1 Đề tài nghiên cứu

“Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc dùng cho vải làm lót giầy bằng phương pháp khử

ion bạc trong dung dịch chiết từ lá dâu tằm Việt Nam”

2 Các số liệu ban đầu

- Nguyên liệu lá dâu tằm thu gom, làm sạch, bảo quản theo quy trình xác định

- Các hóa chất dùng trong các thí nghiệm là loại hóa chất phân tích

- Nguyên liệu vải bông làm lót giầy đã làm sạch, có đủ thông số kỹ thuật

3 Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu tổng quan tài liệu về nano bạc, công nghệ tổng hợp nano bạc, tổng hợp nanobạc có sử dụng dịch chiết từ thực vật và từ lá dâu tằm; các phương pháp phân tích hạt nanobạc; các ứng dụng của nano bạc trên vật liệu dệt và vật liệu da

- Nghiên cứu quy trình tổng hợp nano bạc bằng phương pháp tổng hợp xanh có sử dụngdung dịch chiết từ lá dâu tằm để khử ion bạc; quy trình ngấm ép để đưa nano bạc lên vảicotton dệt thoi dùng làm vải lót đế giầy

- Phân tích đặc tính kỹ thuật của hạt nano bạc (hình dạng, kích thước, sự phân bố kích thướchạt), hiệu suất của quá trình tổng hợp, hiệu quả qúa trình ngấm ép đưa nano bạc lên vảidùng làm vải lót đế giầy

4 Các bản vẽ, đồ thị (kích thước bản vẽ A0):

- Các kết quả nghiên cứu trình bày trên khổ giấy A0

5 Họ tên cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Thắng

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 21/09/2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Những nội dung trong bản đồ án tốt nghiệp kỹ sư này là do tôi thực hiện dưới sự

hướng dẫn trực tiếp của thầy TS Nguyễn Ngọc Thắng.

Mọi tham khảo dùng trong bản đồ án này đều được trích dẫn rõ ràng, tên, tác giả,tên công trình, thời gian, địa điểm công bố

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá tôi xin chịuhoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2017

Sinh viên

Phạm Thị Ngọc

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả các thầy cô trong Viện

Dệt may – Da giầy & Thời trang cùng toàn thể thầy cô trong Bộ môn Vật liệu & Công nghệ Hóa dệt của trường đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình truyền đạt kiến

thức cho chúng em Các thầy cô không những truyền đạt cho chúng em những kiếnthức sách vở mà còn chỉ bảo cho chúng em những kinh nghiệm cuộc sống quý báu.Với vốn kiến thức tiếp thu được đã là nền tảng cho chúng em học tập và thực hiện đồ

án tốt nghiệp kỹ sư này

Em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Ngọc Thắng, người thầy đã

trực tiếp hướng dẫn, dành rất nhiều thời gian và tâm huyết giúp em hoàn thành đồ án

tốt nghiệp kỹ sư này Đồng thời em cũng gửi lời cảm ơn tới Nghiên cứu sinh Vũ Tiến

Hiếu đã hướng dẫn và giúp đỡ trong việc thực hiện đồ án này.

Đồng thời, em cũng xin cảm ơn đến các thầy, cô, anh, chị công tác tại Trung tâm

thí nghiệm Vật liệu Dệt may - Da giầy, PTN dự án JST - JICA ESCANBER, PTN Công nghệ lọc hóa dầu và Vật liệu xúc tác hấp phụ, PTN Viện tiên tiến Khoa học

và Công nghệ (AIST) của trường đại học Bách Khoa Hà Nội và Viện Khoa học Vật liệu của Viện Hàn lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam đã giúp đỡ em rất nhiều

trong quá trình nghiên cứu và thí nghiệm để có số liệu chính xác cho bản đồ án này.Tuy đã nỗ lực và cố gắng nhưng do thời gian có hạn vì vậy bản đồ án này khôngthể tránh khỏi những thiếu xót Kính mong các quý thầy cô và các bạn đóng gópnhững ý kiến quý báu giúp cho đồ án cũng như kiến thức của em được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên

Phạm Thị Ngọc

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 6

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT 9

LỜI NÓI ĐẦU 10

1 Lý do chọn đề tài 10

2 Mục đích nghiên cứu 11

3 Đối tượng và nội dung nghiên cứu 11

4 Phương pháp nghiên cứu 11

4.1 Nghiên cứu lý thuyết 11

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm 11

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 12

6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp kỹ sư 12

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 13

1.1 Tổng quan về công nghệ nano 13

1.1.1 Nguồn gốc của công nghệ nano 13

1.1.2 Khái niệm về công nghệ nano 13

1.1.3 Quá trình phát triển của công nghệ nano trên thế giới và tại Việt Nam 14

a Trên thế giới 14

b Tại Việt Nam 15

1.1.4 Vật liệu nano 16

1.1.5 Cơ sở khoa học của vật liệu nano 16

1.1.6 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano 18

a Phương pháp từ trên xuống (top - down) [6] 18

b Phương pháp đi từ dưới lên (bottom - up) [6] 19

1.1.7 Ứng dụng của vật liệu nano 20

a Y học 21

b Điện tử 22

c May mặc 22

d Nông nghiệp 22

1.1.8 Ý nghĩa của công nghệ nano và khoa học nano 23

1.2 Tổng quan về hạt nano bạc 23

1.2.1 Giới thiệu về kim loại bạc [10] 23

1.2.2 Giới thiệu về nano bạc 24

1.2.3 Tính chất cơ bản của hạt nano bạc 25

a Cấu trúc tinh thể 25

b Hình dạng hạt 25

c Tính chất quang 26

d Tính chất điện 26

e Tính chất nhiệt 27

f Đặc tính diệt khuẩn 27

1.2.4 Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc 29

a Phương pháp ăn mòn laze [18] 29

b Phương pháp khử hóa học 29

c Phương pháp vật lý 31

d Phương pháp hóa lý 31

e Phương pháp sinh học 31

1.2.5 Ứng dụng của hạt nano bạc trong đời sống 31

1.2.6 Ảnh hưởng của nano bạc đến sức khỏe của con người 36

1.3 Tổng quan về tình hình tổng hợp hạt nano bạc trong nước và trên thế giới 36

1.3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 36

1.3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 43

1.3.3 Kết luận 46

1.4 Tổng quan về quá trình tạo nano bạc từ bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết từ thực vật 46

1.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình tạo hạt nano bạc 46

1.4.2 Ảnh hưởng của thời gian tới quá trình tạo hạt nano bạc 47

1.4.3 Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 tới quá trình tạo hạt nano bạc 47

1.4.4 Ảnh hưởng của pH môi trường tới quá trình tạo hạt nano bạc 47

1.4.5 Ảnh hưởng của dịch chiết tới quá trình tạo nano bạc 48

a Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 48

b Ảnh hưởng của điều kiện chiết tách chất khử tới quá trình tổng hợp nano bạc 48

1.5 Tổng quan về lá dâu tằm 49

1.5.1 Đặc điểm chung của cây dâu tằm [51,52,53] 49

a Đặc điểm chung 49

b Một số giống dâu chính được trồng ở Việt Nam 49

1.5.2 Tình hình trồng trọt và sử dụng lá dâu ở một số tỉnh của Việt Nam hiện nay [51,52,53] 51

1.5.3 Thành phần hóa học của lá dâu tằm [55] 52

1.5.4 Ứng dụng của lá dâu tằm 54

1.6 Tổng quan về vải cotton dệt thoi [60,61,62] 54

1.6.1 Khái niệm vải cotton dệt thoi 54

1.6.2 Đặc điểm cấu tạo của xơ bông 55

1.6.3 Thành phần hóa học [61] 55

1.6.4 Tính chất của xơ bông 56

1.7 Kết luận 57

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 58 2.1 Đối tượng nghiên cứu 58

2.1.1 Vật liệu 58

2.1.2 Hóa chất 58

2.1.3 Dụng cụ và thiết bị 59

2.2 Nội dung nghiên cứu 60

2.3 Phương pháp nghiên cứu 60

2.3.1 Phương pháp chiết tách chất khử 60

2.3.2 Phương pháp đo phổ hồng ngoại biến đổi (FT-IR) 61

2.3.3 Phương pháp tổng hợp nano bạc 63

2.3.4 Phương pháp quang phổ tử ngoại – khả kiến (UV-Vis) [65,68] 64

2.3.5 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) [64,65,68] 66

2.3.6 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) [69] 67

2.3.7 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) và phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) 68

a Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) [65] 68

b Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDS) [64,68] 69

2.3.8 Phương pháp định lượng và phân tích nhiệt trọng (TGA) 70

2.3.9 Phương pháp đưa nano bạc lên vải lót đế giầy và phương pháp đánh giá khả

năng kháng khuẩn của vật liệu 73

2.3.10 Phương pháp đo màu 73

a Lý thuyết đo màu quang phổ [71] 73

b Phương pháp tiến hành 74

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 75

3.1 Kết quả khảo sát một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp nano bạc 75

3.1.1 Sự biến đổi màu của dung dịch trong quá trình tổng hợp nano bạc 75

3.1.2 Ảnh hưởng của thời gian khử tới quá trình tổng hợp nano bạc 76

3.1.3 Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 tới quá trình tổng hợp nano bạc 78

3.2 Kết quả khảo sát đặc tính của hạt nano bạc 79

3.3 Hiệu suất của quá trình tổng hợp nano bạc 80

3.4 Kết quả đo phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) và cơ chế phản ứng chung .82

3.5 Kết quả quá trình gắn hạt nano bạc lên trên vải cotton làm lót đế giầy 85

3.5.1 Đánh giá màu và kết quả đo màu 85

3.5.2 Kết quả đo phân tích bề mặt vải sau khi xử lý với nano bạc 86

KẾT LUẬN 88

HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO 89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 90

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 So sánh kích thước của một số vật [3] 14

Bảng 1.2 Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu [6] 17

Bảng 1.3 Số loại sản phẩm vật liệu nano và tỷ lệ sử dụng trên thị trường 21

Bảng 1.4 Một số hằng số vật lý của bạc 24

Bảng 1.5 Diện tích dâu tằm chia theo vùng sinh thái [54] 51

Bảng 1.6 Thành phần hóa học chính của lá dâu tằm (% chất khô) [51,53] 53

Bảng 2.1 Thông số vải 100% cotton dệt thoi 58

Bảng 2.2 Thống kê các dung môi và hóa chất sử dụng 58

Bảng 2.3 Thống kê các nhóm chức và số sóng tương ứng [66,67] 63

Bảng 3.1 Kết quả đo màu của các mẫu vải trước và sau khi tẩm nano bạc 86

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Biểu đồ phân bố công nghệ nano trên thế giới (2005) [4] 14

Hình 1.2 Biểu đồ tổng số vốn đầu tư vào công nghệ nano một số quốc gia (2003) [5] 15

Hình 1.3 Một số phương pháp chính để tổng hợp hạt nano kim loại [7] 18

Hình 1.4 Những chú robot nano [8] 21

Hình 1.5 Bít tất than tre nano bạc [8] 22

Hình 1.7 Phổ nhiễu xạ tia X của hạt bạc có cấu trúc lập phương tâm mặt 25

Hình 1.6 Cấu trúc mạng tinh thể bạc 25

Hình 1.8 Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc 28

Hình 1.9 Công nghệ nano trong dệt may [35] 32

Hình 1.10 Một số sản phẩm trong dệt may có chứa nano bạc [36] 33

Hình 1.11 Một số sản phẩm có chứa nano bạc 34

Hình 1.12 Bình sữa và tủ lạnh ứng dụng công nghệ nano bạc 35

Hình 1.13 Các sản phẩm ứng dụng nano bạc cho nông nghiệp sạch 36

Hình 1.14 Hoạt động kháng khuẩn của AgNP với khuẩn E Coli và S aureus 37

Hình 1.15 Hoạt động kháng khuẩn của AgNP với khuẩn S aureus và Shigella 38

Hình 1.16 Hình ảnh FE-SEM của các mẫu da thuộc và vải cotton trước và sau khi xử lý với AgNP 38

Hình 1.17 Hiệu quả kháng khuẩn của vải và da đã được phủ với ion Ag+, AgNP, và dịch chiết hoa cúc với AgNP chống lại khuẩn B lines 39

Hình 1.18 FE-SEM của mẫu vải cotton, da thuộc và tơ tằm xử lý với AgNP 40

Hình 1.19 Hình ảnh của mẫu vải cotton, da thuộc và tơ tằm xử lý với AgNP 41

Hình 1.20 Hoạt động kháng khuẩn của các mẫu xử lý với lượng AgNP khác nhau 41

Hình 1.21 Hình ảnh minh họa vải cotton trước và sau khi được phủ AgNP 42

Hình 1.22 Hình ảnh mô tả vùng ức chế vi khuẩn của vải cotton đã tẩm AgNP 42

Hình 1.23 Hình FE-SEM của các mẫu vải kháng khuẩn được ngâm trong dung dịch keo nano bạc với các nồng độ khác nhau 43

Hình 1.24 Vật liệu Ag-nano/CNTs-funct/Cotton 44

Hình 1.25 Sự phát triển của khuẩn lạc trên mẫu nước trước khi lọc (trái) và sau khi lọc (phải) 44

Hình 1.26 Hình dạng và kích thước của AgNP (ảnh TEM) 45

Hình 1.27 Dâu tằm Việt Nam 49

Hình 1.26 Cấu trúc một số nhóm chất thuộc nhóm Flavon và Flavon glycozit [55] 52

Hình 1.29 Cấu trúc protein [55] 52

Hình 1.30 Cấu trúc một nhóm vitamin có trong lá dâu tằm Việt Nam [55] 53

Hình 1.31 Cấu trúc một số nhóm caroten trong lá dâu tằm [55] 53

Hình 1.32 Cấu trúc DNJ [55] 53

Hình 1.33 Xơ bông và thành phần có trong xơ bông 55

Hình 1.34 Công thức cấu tạo của xenlulo [63] 55

Hình 2.1 Nguyên liệu, hóa chất, thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 59

Hình 2.2 Sơ đồ quy trình chiết tách chất khử từ lá dâu tằm 61

Hình 2.3 Cấu tạo giao thoa kế Michelson 61

Hình 2.4 Thiết bị đo FTIR 6700 NRX Raman Module Thermo Nicolet -ThermoElectro 62

Hình 2.5 Quy trình tổng hợp AgNP từ dịch chiết lá dâu tằm 64

Hình 2.6 Thiết bị đo UV-Vis của hãng Shimadzu (UV 1800) 65

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 65

Hình 2.8 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị hiển vi điện tử truyền qua 66

Hình 2.9 Hệ kính hiển vi điện tử truyền qua HR-TEM 67

Hình 2.10 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường 68

Hình 2.11 Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) 68

Hình 2.12 Nhiễu xạ tia X trên mặt tinh thể chất rắn 69

Hình 2.13 AgNP khô 70

Hình 2.14 Các nguyên lý đo và phân tích mẫu của phương pháp TG 70

Hình 2.15 Máy phân tích nhiệt vi sai STA 409PC - NETZCH 71

Hình 2.16 Đồ thị phân tích TG 71

Hình 2.17 Một số đồ thị phân tích TG/DTA điển hình 72

Hình 2.18 Sơ đồ quy trình đưa nano bạc lên vải lót đế giầy 73

Hình 2.19 Không gian màu CIELab 74

Hình 2.20 Máy đo màu Ci 7800 74

Hình 3.1 Sự biến đổi màu sắc của dung dịch trong quá trình tổng hợp nano bạc (AgNP) 75

Hình 3.2 Phổ hấp thụ phân tử UV-Vis của dịch chiết từ lá dâu tằm (DDT), nano bạc trong dịch chiết dâu tằm (AgNP-DDT) và nano bạc (AgNP) 76

Hình 3.3 Phổ UV-Vis của AgNP tại các thời gian khử 1, 2, 4, 6 và 24 giờ 77

Hình 3.4 Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị hấp thụ cực đại vào thời gian 77

Hình 3.5 AgNP để một thời gian 78

Hình 3.6 Phổ UV-Vis của AgNP tại các nồng độ AgNO3 khác nhau 78

Hình 3.7 Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc của Abs cực đại vào nồng độ AgNO3 79

Hình 3.8 Kết quả đo HR-TEM của AgNP ở mức độ phóng đại 50K và 400K 80

Hình 3.9 Kết quả phân tích nhiệt TG/DTA của AgNP 80

Hình 3.10 Phổ hồng ngoại biến đổi FT-IR của dịch chiết từ lá dâu tằm 82

Hình 3.11 Cơ chế nhường e của một số axit amin có trong protein [77] 83

Hình 3.12 Cơ chế nhường e của chất khử rutin trong nhóm flavonoid [78] 83

Hình 3.13 Cơ chế nhường e của axit ascorbic (vitamin C) [76] 84

Hình 3.14 Cơ chế nhận e của ion bạc để tạo ra nano bạc [76] 84

Hình 3.15 Cơ chế khử ion bạc chung của protein 85

Hình 3.16 Mẫu vải trước và sau khi tẩm nano bạc 85

Hình 3.18 Kết quả đo SEM của mẫu vải sau khi xử lý với nano bạc 86

Hình 3.19 Kết quả đo EDS của mẫu vải sau khi được xử lý với nano bạc 87

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ADN : Acid deoxyribonucleic – Chuỗi phân tử DNA, hay axit nucleic

AgNP : Hạt nano bạc

AgNP : nano bạc

AgNP-DDT : Hạt nano bạc trong dung dịch chiết dâu tằm

Co : Mẫu vải cotton 100% làm lót đế giầy

Co-AgNP : Mẫu vải cotton có chứa nano bạc

CTT : Công nghệ thông tin

DDT : Dịch chiết lá dâu tằm

EDX : Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy - Phổ tán sắc năng lượng tia X

FAO : Food and Agriculture Organization of the United Nations – Tổ chức

Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc FT-IR : Fourier Transform Infrared Spectrometer - Phổ hồng ngoại biến đổi

Fourier

ha : Héc ta (1 ha = 100 a = 1 hm² = 0,01 km² = 10.000 m²)

HR-TEM : High-resolution Transmission Electron Microscopy - Kính hiển vi điện

tử truyền qua độ phân giải cao

nm : Nano mét

ppm : Parts per million – một phần một triệu (1 ppm = 1 μl/l = 1 mg/kg)l/l = 1 mg/kg)

ppm : Parts per million – một phần một triệu, là đơn vị đo nồng độ

PTN : Phòng thí nghiệm

SEM : Scanning Electron Microscope – Kính hiển vi điện tử quét

TEM : Transmission Electron Microscopy - Kính hiển vi điện tử truyền qua TGA (TG) : Thermogravimetry analysis – phân tích nhiệt trọng lượng

UV-Vis : Ultraviolet-Visible – Phổ hấp thụ phân tử

XRD : X-Ray Difraction - Phổ nhiễu xạ tia X

ε : Mức ép

LỜI NÓI ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Khoa học, công nghệ nano là một lĩnh vực khoa học và công nghệ mới đã vàđang cuốn hút không chỉ các nhà nghiên cứu khoa học mà còn cả các ngành côngnghiệp vì tính ứng dụng cao của nó đối với cuộc sống của con người Các sản phẩmcủa công nghệ nano đã được thương mại hóa và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khácnhau như điện tử, y học, sinh học, hóa học, môi trường, dệt may, mỹ phẩm, thực phẩm

và nhiều lĩnh vực khác Một trong những ứng dụng rộng rãi nhất của công nghệ nano

đó là hạt nano bạc

Từ xa xưa bạc đã được con người dùng để phòng bệnh do có đặc tính kháng lạimột số chủng vi khuẩn, vi rút, tảo, nấm… Tuy nhiên, khi chúng ở kích thước nano thìcác tính chất vật lý, hóa học, sinh học khác hẳn so với dạng khối, đặc biệt khả năng sátkhuẩn của bạc ở kích thước nano (từ 1 – 100 nm) tăng lên gấp 50.000 lần so với kíchthước bạc dạng khối Như vậy, 1 gam bạc nano có thể sát khuẩn cho hàng trăm métvuông chất nền Mặt khác, khi bạc có kích thước phân tử từ 3 - 5 nm, với kích thước

cỡ vĩ mô này nano bạc có khả năng bao bọc và phá vỡ cấu trúc tế bào của vi khuẩn, từ

đó vô hiệu hóa sự phát triển của chúng Từ năm 1973, các nghiên cứu đều cho thấyrằng dưới tác dụng của các hạt nano bạc, tế bào của hơn 650 loài vi khuẩn bị phá hủy

và tiêu diệt Ngoài ra, nano bạc còn có tính năng ngăn mùi hôi, kháng khuẩn và ngănngừa vi khuẩn phát sinh tới 99,99%, ích lợi hơn gấp nhiều lần so với các sản phẩmkháng khuẩn khác Đồng thời không gây tác dụng phụ cho người sử dụng, không gâyđộc cho con người, vật nuôi và không gây ô nhiễm môi trường

Hiện nay, trong nước và trên thế giới có rất nhiều phương pháp khác nhau để tạo

ra nano bạc, trong đó phương pháp hóa học vẫn được sử dụng chủ yếu, tuy nhiênphương pháp này thường có nhiều các chất thải độc hại cho con người cũng như môitrường sinh thái Do đó, một công nghệ mới đang được khá nhiều người quan tâm đó

là tổng hợp nano bạc sử dụng các hợp chất tách chiết từ thực vật, phương pháp này cótính ưu việt hơn phương pháp hóa học, quy trình, thao tác thực hiện khá đơn giản, chiphí thấp và giảm được đáng kể các chất thải độc hại ra môi trường Hơn thế nữa, giầy

và đặc biệt là các vải lót đế giầy là một sản phẩm của ngành dệt may nhưng nó lại làmột sản phẩm không được giặt giũ và vệ sinh thường xuyên như quần áo Chính vìvậy, vi khuẩn và nấm mốc trong quá trình sử dụng do sự thoát mồ hôi của con ngườigây ra thường sinh sôi và phát triển rất mạnh mẽ, đặc biệt là vào những ngày thời tiếtnắng nóng, oi bức của mùa hè

Trên thị trường hiện cũng có rất nhiều các sản phẩm lót giầy mát xa, lót giầyđược làm từ than hoạt tính, hoặc được làm từ các sợi nano để khử mùi và khángkhuẩn, nấm mốc Thế nhưng cho đến nay chưa có công trình nào trong nước công bốứng dụng dịch chiết từ lá dâu tằm Việt Nam để tổng hợp nano bạc và đưa chúng lênvải làm lót đế giầy nhằm mục đích kháng khuẩn, khử mùi… Chính vì vậy, em quyết

định lựa chọn đề tài “Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc dùng cho vải làm lót giầy

bằng phương pháp khử ion bạc trong dung dịch chiết từ lá dâu tằm Việt Nam”.

2 Mục đích nghiên cứu

- Tổng hợp được hạt nano bạc từ bạc nitrat, có sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằmViệt Nam

- Đưa hạt nano bạc lên trên vải làm lót đế giầy

3 Đối tượng và nội dung nghiên cứu

 Đối tượng

- Lá dâu tằm của Việt Nam, được cung cấp tại địa bàn thành phố Hưng Yên

- Vải cotton dệt thoi làm lớp dán trên đế trong của giầy

- Sử dụng phương pháp ngấm ép để đưa nano bạc lên vải cotton dệt thoi

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu lý thuyết

- Thu thập các tài liệu, bài báo, các công trình nghiên cứu của các nhà khoa họctrong và ngoài nước có liên quan tới đề tài nghiên cứu

- Tìm hiểu phương pháp thực nghiệm có thể ứng dụng trong quá trình nghiên cứu

4.2 Nghiên cứu thực nghiệm

Chiết tách hợp chất từ lá dâu tằm

- Phương pháp xử lý mẫu: thu thập, làm sạch, sấy khô

- Phương pháp chiết tách: sử dụng phương pháp ninh chiết lá dâu tằm Việt Namtrong môi trường nước

- Sử dụng phương pháp đo phổ hồng ngoại (FT-IR) để xác định các nhóm chức cótrong hợp chất được chiết từ lá dâu tằm

Tổng hợp nano bạc

- Phương pháp tổng hợp hạt nano bạc: sử dụng dịch chiết từ lá dâu tằm để khử ionbạc có trong bạc nitrat (AgNO3) về dạng nano bạc.

- Sử dụng quang phổ hấp thụ phân tử (UV-Vis) để khảo sát và xác định điều kiệntổng hợp hạt nano bạc

- Sử dụng phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để xác định kíchthước, hình dạng và sự phân bố kích thước của hạt nano bạc tạo thành

- Xác định hiệu suất tổng hợp nano bạc bằng phương pháp nhiệt trọng (TGA)

Đưa hạt nano bạc lên vải

- Sử dụng phương pháp ngấm ép để đưa hạt nano bạc lên vải làm lót đế giầy

- Đánh giá sự thay đổi màu sắc của vật liệu trước và sau khi được gắn nano bạcbằng phương pháp đo màu quang phổ

- Sử dụng phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) để phân tích chi tiết bềmặt mẫu vải sau khi gắn nano bạc và sử dụng phương pháp đo phổ tán xạ nănglượng tia X (EDS) để xác định thành phần hóa học của chất rắn trên vải

5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu này giúp chúng ta có thể hiểu rõ hơn về quy trình tạo nano bạc bằngphương pháp tổng hợp xanh, thân thiện với môi trường, ít độc hại và ít tốn kém

- Tận dụng nguồn nguyên liệu xanh có sẵn trong tự nhiên là lá cây dâu tằm để tổnghợp hạt nano bạc

- Cung cấp thông tin khoa học, quy trình, điều kiện và các đặc tính kỹ thuật của hạtnano bạc tạo được

- Đồng thời cung cấp quy trình đưa nano bạc lên vải nhằm mục đích kháng khuẩn,khử mùi trên các loại vải làm lót đế giầy

6 Kết cấu của đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Kết cấu của bản đồ án tốt nghiệp kỹ sư này bao gồm:

Mục Lục và các phụ lục;

Lời nói đầu;

Chương 1: Tổng quan;

Chương 2: Đối tượng, nội dung và phương pháp nghiên cứu;

Chương 3: Kết quả và thảo luận;

Kết luận;

Hướng nghiên cứu tiếp theo;

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về công nghệ nano

1.1.1 Nguồn gốc của công nghệ nano

Công nghệ nano được bắt nguồn từ bài thuyết trình có tính chất tiên tri của nhà

vật lý nổi tiếng Richard Feynman vào năm 1959 là “There’s plenty of room at the

bottom” (Còn nhiều chỗ trống ở cấp dưới vi mô), tại California Institute of Technology

(Caltech, Mỹ) Trong đó, ông bày tỏ quan điểm về khả năng nghiên cứu và thao tác ởcấp độ nguyên tử Với tầm nhìn tương lai chúng ta có thể hình thành nên một nền côngnghệ mới, mà ở đó con người có thể di chuyển, chồng chập các loại nguyên tử, phân tử

để thiết kế một dụng cụ cực kỳ nhỏ ở thang vĩ mô (microscopic) hay thiết kế một dụng

cụ ngay từ cấu trúc phân tử của nó Chính Feynman cũng là người đặt nền móng chocông nghệ nanorobot trong bài tiểu luận sau đó của ông, ông có đề cập tới khái niệm

“Swallowing the doctor” với một đội ngũ robot siêu nhỏ để có thể đưa vào cơ thể

người bệnh và tiến hành phẫu thuật hoặc điều trị ngay từ bên trong Mặc dù chínhFeynman là người đề xướng ra lý thuyết công nghệ nano, nhưng vào lúc đó Feynmanvẫn chưa thể tiến hành nghiên cứu và ứng dụng nó vào thực tiễn [CITATION 1 \l 1033

]1.

Mãi đến năm 1974, thuật ngữ “công nghệ nano” mới được giáo sư Norio

Taniguchi của Đại học Khoa học Tokyo định nghĩa và sử dụng để đề cập tới khả năng

chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử, tuy nhiên ở giai đoạn này công nghệ nano

vẫn chưa được biết đến rộng rãi [CITATION 1 \l 1033 ]1

Dựa trên tiền đề về công nghệ nano của Richard Feynman, định nghĩa về công

nghệ nano được khai thác sâu hơn trong cuốn sách “Engines of Creation: The Coming

Era of Nanotechnology” (1986) và cuốn “Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation” Từ đây, thuật ngữ công nghệ nano đã bắt đầu trở

nên phổ biến, nhiều phát minh lớn đã ra đời và được ứng dụng rộng rãi trong cuộcsống

1.1.2 Khái niệm về công nghệ nano

Công nghệ nano (nanotechnology) là ngành công nghiệp liên quan đến việc thiết

kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điềukhiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1nm = 10-9m) từ 1-100 nm.Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiênchúng đều có chung đối tượng là vật liệu nano Công nghệ nano bao gồm các vấn đềchính sau: cơ sở khoa học nano; Phương pháp quan sát và can thiệp ở quy mô nano

mét; Chế tạo vật liệu nano; Ứng dụng vật liệu nano [ CITATION 2 \l 1033 ]2 Kích thước của một số vật được so sánh và thể hiện trên bảng 1.1[ CITATION 3 \l 1033 ]3.

Bảng 1.1 So sánh kích thước của một số vật [CITATION 3 \l 1033 ]3

1 nano = 10-9 m = một phần tỷ của mét = 10-6 mm = một phần triệu mm

1 nano = 10 Å ≈ kích thước 10 nguyên tử

Hầu hết các quốc gia và các khu vực kinh tế trên thế giới đã và đang khôngngừng chi ra những khoản tài chính khổng lồ để có thể đạt được những mục tiêunghiên cứu và ứng dụng nền công nghệ nano mới này Cùng với sự phát triển của côngnghệ thông tin và công nghệ sinh học, công nghệ nano sẽ là công nghệ của thế kỷ XXI,

nó được xem là đòn bẩy để thay đổi nền kinh tế trên thế giới Sự phân bố công nghệ

nano trên thế giới được trình bày trên hình 1.1 [ CITATION 11 \l 1033 ]4

Tại Châu Á cũng có rất nhiều nước tham gia đầu tư vào công nghệ này, trong đóNhật Bản và Trung Quốc là các quốc gia dẫn đầu trong khu vực các nước Châu Átham gia Trong khi đó các quốc gia như Hàn Quốc, Ấn Độ, Đài Loan… cũng đã vàđang không ngừng đầu tư và phát triển công nghệ nano trong nhiều lĩnh vực khácnhau Biểu đồ thống kê tổng số vốn đầu tư vào công nghệ nano tại một số quốc gia

trên thế giớ năm 2013 được thể hiện trên hình 1.2 [ CITATION 12 \l 1033 ]5.

b Tại Việt Nam

Tiềm năng của công nghệ nano rất lớn, do đó theo như hầu hết các nước kháctrên thế giới thì Việt Nam cũng coi công nghệ nano là một trong những lĩnh vực cầnđầu tư và phát triển Hiện nay, nước ta có một số phòng thí nghiệm chuyên nghiên cứukhoa học và công nghệ nano: Viện Vật lý và Điện tử, Viện Khoa học vật liệu, ViệnHóa học, Viện Khoa học và Công nghệ, Viện Đào tạo quốc tế về khoa học vật liệu,Viện Vật lý kỹ thuật… và một số trường như Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại họcKhoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh,Đại học Huế… Sản phẩm ống than nano lỏng, bằng sáng chế thuộc về TS NguyễnChánh Khuê đã giúp Việt Nam ghi tên mình lên bản đồ công nghệ thế giới Con số cáclĩnh vực và các nhà máy có ứng dụng công nghệ nano đang không ngừng tăng lên Cóthể nói công nghệ nano ở Việt Nam bắt đầu hơi muộn hơn so với thế giới những cũng

đã bắt kịp các nước phát triển và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vựckhác nhau của cuộc sống Một trong số lĩnh vực ứng dụng công nghệ nano này đangđược Việt Nam đầu tư phát triển phải kể tới đó là lĩnh vực dệt may – da giầy với côngnghệ này hứa hẹn sẽ đem lại nhiều tiềm năng phát triển hơn cho lĩnh vực dệt may – dagiầy hơn trong tương lại

1.1.4 Vật liệu nano

Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc hạt, các sợi, các ống, các tấm mỏng… có

kích thước đặc trưng khoảng từ 1 nm đến 100 nm [ CITATION 2 \l 1033 ]2 Đây là

đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công nghệ nano, nó liên kết hai lĩnh vựctrên với nhau

Tính chất của các vật liệu nano được bắt nguồn từ việc kích thước của chúng rấtnhỏ có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu

Hình 1.2 Biểu đồ tổng số vốn đầu tư vào

công nghệ nano một số quốc gia (2003) [].

Do đặc điểm về kính thước mà vật liệu nano nano nằm giữa tính chất lượng tử củanguyên tử và tính chất khối của vật liệu Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của cáctính chất rất nhỏ so với độ lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đókhông đúng nữa nên các tính chất đặc trưng mới bắt đầu từ nguyên nhân này.

Vật liệu nano được phân ra làm ba trạng thái rắn, lỏng và khí nếu xét về trạngthái của vật liệu Nếu xét về hình dạng của vật liệu thì được phân ra làm 3 loại: Vậtliệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều nào chođiện tử như đám nano, hạt nano); Vật liệu nano một chiều (là vật liệu trong đó haichiều có kích thước nano, có một chiều có điện tử tự do như dây nano, ống nano); Vậtliệu nano hai chiều (là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều cóđiện tử tự do như màng nano) Ngoài ra, còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nano, hoặc là cấu trúccủa nó có sự đan xen lẫn nhau của nano không chiều, một chiều và hai chiều

1.1.5 Cơ sở khoa học của vật liệu nano

Cơ sở khoa học để nghiên cứu vật liệu nano gồm 3 cơ sở:

Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử đượctrung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏqua các thăng giáng ngẫu nhiên Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì cáctính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn Ví dụ một chấm lượng tử có thể được coi nhưmột đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử [CITATION 7

\l 1033 ]6.

Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệđáng kể so với tổng số nguyên tử Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt,gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích

thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối [CITATION 7 \l 1033 ]6.

Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thước(Bảng 1.2) Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bịthay đổi Người ta gọi đó là kích thước tới hạn Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là

do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất củavật liệu Không phải bất cứ vật liệu nào có kích thước nano đều có tính chất khác biệt

mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên cứu [CITATION 7 \l 1033 ]6.

[CITATION 7 \l 1033 ]6

Lĩnh vực Tính chất Độ dài tới hạn (nm)

Tính chất điện

Bước sóng điện tử 10 - 100Quãng đường tự do trung bình không đàn hồi 1 - 100Hiệu ứng đường ngầm 1 - 10

Quãng đường tán xạ spin 1 - 100

Tính chất quang

Độ sâu bề mặt kim loại 10 - 100

Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tínhchất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm Chính vì thế mà người tagọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công nghệ nano

1.1.6 Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano

Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp đi từ trên xuống

(top - down) và phương pháp đi từ dưới lên (bottom - up) [ CITATION 8 \l 1033 ]7.

Phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp tạo vật liệu kích thước nano từ các kíchthước lớn hơn của nó; phương pháp đi từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano

từ các nguyên tử

Hình 1.3 cho biết một số phương pháp quan trọng để tổng hợp ra hạt nano kimloại

a Phương pháp từ trên xuống (top - down) [CITATION 7 \l 1033 ]6

Phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp dùng các tác động cơ học như kỹ

thuật nghiền (phương pháp nghiền cơ khí) hoặc các kỹ thuật làm biến dạng (khắc, nổ

điện, phun tia hoặc ăn mòn laze) để biến vật liệu đến kích thước nano.

Nguyên lý của phương pháp nàu là dùng kỹ thuật nghiền để biến nguyên liệu từthể khối với kích thước hạt thô thành cỡ hạt nano Vật liệu sau khi nghiền ở dạng bộtđược trộn lẫn với các viên bi được làm từ các vật liệu rất cứng và đặt trong cối Máynghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung, nghiền quay Các viên bi cứng va trạm vàonhau và phá vỡ bột đến kích thước nano Kết quả thu được là vật liệu nano khôngchiều

Đây là phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành ởnhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn được ứng dụng làm vật liệu kết cấu

Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc nhằm tạo ra sự biếndạng lớn mà không phá hủy vật liệu Phương pháp biến dạng có thể là đùn thủy lực,tuốt, cán ép với nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể.Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng cònngược lại thì được gọi là biến dạng nguội Ngoài ra, hiện nay người ta còn dùng cả

[ CITATION 8 \l 1033 ]7.

phương pháp khắc để tạo ra các cấu trúc nano Kết quả thu được gọi là các vật liệu mộtchiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dài nm).

Nhìn chung, phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp đơn giản, rẻ tiềnnhưng hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứngdụng làm vật liệu kết cấu) Nhưng nó cũng có nhược điểm là các hạt bị keo tụ lại, khó

có thể thu được hạt có kích thước nhỏ, tạo ra vật liệu có tính đồng nhất không cao vàtốn nhiều năng lượng, trang thiết bị phức tạp cũng dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chếtạo Do vậy, phương pháp đi từ trên xuống ít được dùng để điều chế vật liệu nano sovới phương pháp đi từ dưới lên

b Phương pháp đi từ dưới lên (bottom - up) [ CITATION 7 \l 1033 ]6

Ngược so với phương pháp đi từ trên xuống thì phương pháp đi từ dưới lên hìnhthành vật liệu nano từ các ion hoặc nguyên tử Phương pháp này được phát triển vàứng dụng rất rộng rãi do tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối tốt Phần lớncác vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này.Phương pháp đi từ dưới lên có thể được sử dụng như: phương pháp vật lý, phươngpháp hóa học hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa-lý

*Phương pháp vật lý

Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc vật liệu chuyển pha.Phương pháp này thường được sử dụng để tạo các hạt nano, màng nano như: ổ cứngmáy tính…

Vật liệu được đun nóng rồi làm nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vôđịnh hình, sau đó tiến hành xử lý nhiệt để xảy ra các quá trình chuyển pha từ vô địnhhình sang tinh thể (phương pháp làm nguội nhanh)

Vật liệu được đốt “phương pháp đốt” hoặc dùng tia bức xạ hoặc phóng điện hồquang làm cho bay hơi Sau khi ngưng tụ hơi ta sẽ thu được các hạt bột mịn có kíchthước nano

Phương pháp vật lý thường được sử dụng để tạo nano, màng nano

*Phương pháp hóa học

Phương pháp hóa học là phương pháp chế tạo vật liệu nano từ các ion hoặcnguyên tử Đây là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp vật liệu nano

Ưu điểm của phương pháp này là có thể tổng hợp được tất cả các dạng của vậtliệu nano như dây nano, ống nano, hạt nano, thậm chí là cả các cấu trúc nano phức tạp

mô phỏng sinh học Hơn nữa, phương pháp này còn có đặc điểm rất đa dạng vì tùythuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp

Các chất có sẵn trong tự nhiên như zoelit, các hạt sét, các phân tử sinh học, vàmột số chất khác có rất nhiều các lỗ nhỏ với kích thước nanomet Các chất này vì thế

có thể làm khuôn phản ứng để tổng hợp vật liệu nano

1.1.7 Ứng dụng của vật liệu nano

Công nghệ Nano ra đời đã tạo nên bước phát triển nhảy vọt cho ngành côngnghiệp, nông nghiệp, y tế, hàng tiêu dùng, thực phẩm, và nhiều lĩnh vực khác Hơnnữa, khoa học nano là một trong những biên giới của khoa học chưa được thám hiểmtường tận và nó hứa hẹn nhiều phát minh kỹ thuật lý thú nhất Một số loại sản phẩmvật liệu nano của công nghệ nano đang được sử dụng trên thị trường cũng như tỷ lệ sửdụng các vật liệu nano trên thị trường được trình bày trên bảng 1.3

Vật liệu xốp nano 22 Công nghệ thông tin, viễn thông 21

Bảng 1.3 Số loại sản phẩm vật liệu nano và tỷ lệ sử dụng trên thị trường

Hạt chứa hạt nano 8 Nông nghiệp 1

khối u phát triển và tiêu diệt chúng ở cấp độ

tế bào Nghiên cứu sử dụng các hạt nano vàng

để chống lại nhiều loại ung thư đã cho kết quả

rất khả quan Các hạt nano này sẽ được đưa

đến các khối u bên trong cơ thể và được tăng

nhiệt độ bằng tia laser hồng ngoại chiếu từ

bên ngoài để có thể tiêu diệt các khối u

Không chỉ dừng lại ở đó, các nhà khoa

học còn nghiên cứu một dự án nanorobot vô cùng đặc biệt (Hình 1.4) [ CITATION

14 \l 1033 ]8 Với những chú robot có kích thước siêu nhỏ có thể đi vào bên trong cơ

thể con người để đưa thuốc điều trị đến những bộ phận cần thiết Việc cung cấp thuốcmột cách trực tiếp như vậy sẽ làm tăng khả năng cũng như hiệu quả điều trị

Trong tương lai không xa, công nghệ Nano sẽ giúp con người chống lại căn bệnhung thư quái ác, bao gồm cả căn bệnh ung thư khó chữa nhất như ung thư não, các bác

sĩ sẽ có thể dễ dàng điều trị mà không cần mở hộp sọ của bệnh nhân hay bất kỳphương pháp hóa trị độc hại nào

b Điện tử

Công nghệ nano cũng được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử Những bộ vi

xử lý được làm từ vật liệu nano khá phổ biến trên thị trường, một số sản phẩm như bànphím, chuột cũng được phủ một lớp nano kháng khuẩn

Pin nano trong tương lai sẽ có cấu tạo theo kiểu ống nanowhiskers, khiến các cựccủa pin có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều lần, từ đó giúp nó lưu trữ được nhiều điệnnăng hơn trong khi kích thước của pin sẽ ngày càng được thu nhỏ lại

c May mặc

Kể từ đầu năm 2000, ngành công nghiệp thời trang đã bước sang một trang mớivới việc áp dụng công nghệ nano vào trong

một số loại vải đặc biệt [ CITATION 13 \l

1033 ]9 Việc áp dụng các hạt nano bạc với

ý tưởng vô cùng đặc biệt là tạo ra các loại

Hình 1.4 Những chú robot nano [].

quần áo có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong quần áo đã trở thànhhiện thực Các hạt nano bạc này có thể thu hút các vi khuẩn và tiêu diệt các tế bào củachúng Và ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số mẫu quần áo thể thao,quần lót khử mùi, bít tất… (Hình 1.5).

Không chỉ dừng lại ở công dụng diệt khuẩn, khử mùi, công nghệ nano có thểbiến chiếc áo bạn đang mặc thành một trạm phát điện di động Sử dụng các nguồnnăng lượng như năng lượng mặt trời, gió và với công nghệ nano bạn sẽ có thể sạc điệncho smartphone của mình mọi lúc mọi nơi Ứng dụng này còn được sử dụng rộng rãihơn với ý tưởng chế tạo những chiếc buồm bằng vật liệu nano, với khả năng chuyểnhóa năng lượng tự nhiên thành điện năng Tuy nhiên ứng dụng này vẫn đang trong quátrình thử nghiệm

d Nông nghiệp

Ý tưởng ứng dụng vật liệu nano bạc với khả năng siêu diệt khuẩn vào việc phòng

và trị các nguồn bệnh do vi khuẩn, vi rút và nấm gây ra trên cây trồng, vật nuôi, bảoquản nông sản đã được các nhà sáng chế nghiên cứu và sản xuất thành công Nhữngsản phẩm dung dịch – gel nano bạc đã mang đến giải pháp mới cho ngành nông nghiệp

sạch [ CITATION 14 \l 1033 ]8 Ngoài ra, công nghệ nano còn được ứng dụng rộng

rãi trong sản xuất các mặt hàng chăm sóc sức khỏe, gia dụng, mỹ phẩm…

1.1.8 Ý nghĩa của công nghệ nano và khoa học nano

Khoa học nano và công nghệ nano có ý nghĩa quan trọng và cực kì hấp dẫn vìnhững lý do sau:

Thứ nhất, tương tác của các nguyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởng

bởi các biến đổi trong phạm vi thang nano Do đó, khi thay đổi hình trong thang nanocủa vật liệu ta có thể “điều khiển” được tính chất của vật liệu mà không thay đổi thànhphần hóa học của chúng Ví dụ, thay đổi kích thước hạt nano sẽ làm chúng đổi màuánh sáng phát ra hoặc thay đổi các hạt nano từ tính để chúng trở thành một đomen thìtính chất từ của chúng thay đổi hẳn

Thứ hai, vật liệu nano có diện tích bề mặt ngoài rất lớn nên rất lý tưởng dùng vào

chức năng xúc tác cho hệ phản ứng hóa học, hấp phụ, nhả thuốc chữa bệnh cho cơ thể,lưu trữ năng lượng và các liệu pháp mỹ phẩm

Thứ ba, vật liệu có chứa các cấu trúc nano có thể cứng hơn nhưng lại bền hơn vật

liệu không hàm chứa cấu trúc nano Các hạt nano phân tán trên một nền thích hợp cóthể tạo ra các vật liệu compozit siêu cứng

Thứ tư, tốc độ tương tác và truyền tín hiệu giữa các cấu trúc nano nhanh hơn giữa

các cấu trúc micro rất nhiều và có thể sử dụng các tính chất siêu việt này để chế tạocác hệ thống nhanh hơn với hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn

Hình 1.5 Bít tất than tre nano bạc [].

Cuối cùng, vì các hệ sinh học về cơ bản có tổ chức vật chất ở thang nano nên các

bộ phận nhân tạo dùng trong tế bào có tổ chức cấu trúc nano bắt chước tự nhiên thìchúng sẽ tương hợp sinh học Điều này cực kì quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe

1.2 Tổng quan về hạt nano bạc

1.2.1 Giới thiệu về kim loại bạc[ CITATION 10 \l 1033 ]10

Bạc là một kim loại được phát hiện ra từ khoảng những năm 5.500 đến 6.000năm về trước chỉ sau vàng và đồng Bạc được kí hiệu là Ag và có nguồn gốc từ chữArgentum trong tiếng la tinh, bạc được biết đến từ thời tiền sử, nó được nhắc tới trong

cuốn “Chúa sáng tạo ra thế giới”

Bạc nằm ở ô thứ 47 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học, thuộcphân nhóm IB (kim loại chuyển tiếp), chu kì 5, có cấu hình electron lớp ngoài cùng là[Kr]4d105s1 Bạc trong tự nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị ổn định Ag107 và Ag109 với

Ag107 là phổ biến nhất (51,839%) Trạng thái oxi hóa ổn định nhất của bạc là +1 (chẳnghạn như nitrat bạc: AgNO3); ít gặp hơn là một số hợp chất trong đó nó có số oxi hóa là+2

Bạc là một kim loại chuyển tiếp màu trắng, mềm, dẻo, dễ uống (cứng hơn vàngmột chút) có màu trắng bóng ánh kim nếu bề mặt có độ đánh bóng cao Hơn nữa nócòn có tính dẫn điện cao nhất trong bất kì nguyên tố nào và có độ dẫn nhiệt cao nhấttrong tất cả các kim loại Kim loại bạc xuất hiện trong tự nhiên ở dạng nguyên chấtnhư bạc tự sinh, và ở dạng hợp kim với vàng và các kim loại khác Ngoài ra, bạc còntồn tại trong các khoáng vật như argentit và chlorargyrit Một số hằng số vật lý củakim loại bạc được trình bày trên bảng 1.4

Ngoài ra, kim loại bạc còn được ứng dụng nhiều trong công nghiệp làm chất dẫn

và tiếp xúc, trong gương và trong điện phân của các phản ứng hóa học Các hợp chất

Bảng 1.4 Một số hằng số vật lý của bạc

của nó được dùng trong phim ảnh và bạc nitrat pha loãng được dùng làm chất tẩykhuẩn.

1.2.2 Giới thiệu về nano bạc

Nano bạc (nano silver) là những hạt bạc có kích thước nano (1nm = 10-9), gần với

kích thước của phân tử bạc, có hiệu ứng bề mặt vô cùng lớn [ CITATION 2 \l 1033 ]2,

và là một loại vật liệu nano có diện tích bề mặt riêng lớn với những đặc tính độc đáonhư:

- Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi nhanh chóng, có khả năng phát xạ tia hồngngoại đi xa, chống tĩnh điện

- Không độc, không kích ứng, không dị ứng và không gây hại cho sức khỏe củacon người với liều lượng tương đối cao

- Có khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong cả cácdung môi phân cực và không phân cực)

- Có độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của ánh sáng và các tácnhân oxy hóa khử thông thường Ngoài ra, nano bạc còn có độ ổn định nhiệt độcao

Chính vì những đặc tính độc đáo trên mà nano bạc được ứng dụng rộng rãi trongcác sản phẩm chăm sóc sức khỏe, tiêu dùng, y tế, điện tử, gia dụng, dệt may, …

1.2.3 Tính chất cơ bản của hạt nano bạc

a Cấu trúc tinh thể

Hạt bạc kim loại thường có cấu trúc mạng tinh

thể kiểu lập phương tâm diện (hình 1.6), với các hằng

số mạng của ô cơ sở là a = b = c = 4,08 Å, α = β = γ =

90°[CITATION 73 \m 72 \l 1033 ]1112 Do đó, cấu

trúc của mạng tinh thể của nano bạc được cấu tạo bởi

những hình hộp mà đỉnh là các cấu tử đồng nhất

(nguyên tử) Các nguyên tử phân bố tại 8 đỉnh của

hình lập phương có tọa độ tương ứng là: 1 (000), 2

1033 \m 71]1213 Ngoài ra, hạt bạc còn tồn tại ở cả cấu trúc lục giác[ CITATION 74 \

l 1033 \m 75]1415

Hình 1.7 là giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt nano bạc có cấu trúc mạng tinh thể làlập phương tâm mặt Trên hình 1.7 thấy có sự xuất hiện của các peak đặc trưng tại vịtrí 38,14°, 44,34°, 65,54°, 77,47° lần lượt tương ứng với mặt phẳng mạng là (111),

(200), (220), (311)[ CITATION 73 \l 1033 ]11 Nhiều công trình trong nước và trên

thế giới đã chứng minh rằng tùy điều kiện chế tạo mà phổ tán xạ Raman của hạt bạcxuất hiện các đỉnh tán xạ ở số sóng khác nhau Đặc biệt là sự tăng cường tán xạ cónguồn gốc từ hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt

b Hình dạng hạt

Tùy thuộc vào điều kiện chế tạo hạt nano bạc mà chúng có thể sắp xếp và tạo racác hình dạng khác nhau như: hình cầu (sphere), hình que (rod), hình phẳng (plate),tam giác (triagle), dây (wire), lập phương (cubic), dạng hoa (flower), hạt gạo (rice)….Tuy nhiên, hình dạng thường xuyên gặp nhất là hình cầu với đường kính từ vài nano

cho tới vài chục nano mét[ CITATION 73 \l 1033 ]11.

c Tính chất quang

* Phổ hấp thụ của hạt nano bạc

Phổ hấp thụ phân tử cực đại của hạt nano bạc dao động trong khoảng bước sóng

từ 400 – 600 nm, và phụ thuộc vào kích thước của hạt nano bạc Khi kích thước hạtnano bạc tăng thì cường độ đỉnh hấp thụ cực đại tăng và dịch chuyển về phía bướcsóng dài Các yếu tố trong quá trình chế tạo và tổng hợp nano bạc quyết định đến kíchthước hạt tạo được Nếu cùng một điều kiện, phương pháp tổng hợp khác nhau thì đỉnhhấp thụ cực đại của nano bạc cũng khác nhau Nếu cùng phương pháp tổng hợp màthay đổi điều kiện của phản ứng như thời gian, nhiệt độ hoặc nồng độ chất tham giaphản ứng… thì cũng làm thay đổi phổ hấp thụ phân tử cực đại của hạt nano bạc tạo

ra[ CITATION 73 \l 1033 ]11.

* Hiệu ứng cộng hưởng bề mặt

Tính chất quang học của các hạt nano bạc trong thủy tinh làm cho các sản phẩm

từ thủy tinh có màu sắc khác nhau Hiện tượng đó xảy ra là do sự cộng hưởng Plasmon

bề mặt (surface plasmon resonance) Khi hạt ở kích thước nano, các điện tử tự do tronghạt sẽ tương tác với trường điện từ ngoài và hình thành lên các dao động đồng pha vớimột tần số cộng hưởng xác định Các hạt nano bạc sẽ hấp thụ mạnh các photon tới ởđúng tần số cộng hưởng này

Với những kim loại có nhiều điện tử tự do thì các điện tử tự do này sẽ dao độngdưới tác dụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng Nếu quãng đường tự dotrung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước của hạt nano bạc thì các dao động sẽ bị dập

Hình 1.7 Phổ nhiễu xạ tia X của hạt bạc

có cấu trúc lập phương tâm mặt.

tắt nhanh chóng bởi sự sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể có trongkim loại Nếu quãng đường tự do đó lớn hơn kích thước của hạt thì sẽ xảy ra dao độngcộng hưởng với ánh sáng kích thích Do vậy, tính chất quang của hạt nano bạc có được

là do sự dao động tập thể của các điện tử với các bức xạ sóng điện từ Sự xuất hiện daođộng cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau nhưng chủ yếu là hình dáng,

độ lớn hạt và môi trường xung quanh

d Tính chất điện

Bạc là một kim loại dẫn điện tốt nhất trong tất cả các kim loại Do có mật độ điện

tử tự do cao nên điện trở của bạc rất nhỏ

Đối với bạc dạng khối, độ dẫn điện được tính toán dựa trên cấu trúc vùng nănglượng của chất rắn Theo định luật Ôm, khi các điện tử chuyển động trong kim loại códòng điện I dưới tác dụng của điện trường U thì mối liên hệ giữa I –U là một đườngtuyến tính (U = IR) Nhưng khi kích thước của vật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tửlàm rời rạc hóa cấu trúc vùng năng khiến I – U không còn tuyến tính nữa mà xuất hiệnhiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) Do hiệu ứng này mà đường I – U bịnhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C đối với U và e/RC đối với

I Trong đó, e là điện tích của điện tử, C và R lần lượt là điện dung và điện trở khoảng

nối hạt nano với điện cực[ CITATION 73 \l 1033 ]11

e Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên

tử trong mạng tinh thể Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lâncận có liên kết mạnh gọi là số phối vị Các nguyên tử trên bề mặt có số phối vị nhỏhơn số phối vị của các nguyên tử bên trong vật liệu nên chúng dễ dàng tái sắp xếp để ởtrạng thái khác hơn Do đó, khi kích thước hạt nano giảm đi, thì nhiệt độ nóng chảycũng sẽ giảm

Khi bạc ở dạng khối thì nhiệt độ nóng chảy có nó là 961,78°C nhưng khi chúng ởkích thước nano thì nhiệt độ nóng chảy của nó chỉ dao động khoảng 200°C tùy thuộc

vào kích thước hạt[ CITATION 69 \l 1033 ]16.

với vi khuẩn gram âm thì mật độ cấu trúc rất mỏng và được bao bọc bởi hai lớp màngkép.

Vi khuẩn trao đổi chất tác động qua lại với môi trường xung quanh nhờ protein

có ở bên trên lớp màng Mỗi loại protein có một chức năng riêng Chúng có thể là cáckênh trao đổi ion với môi trường trong và ngoài cơ thể Chúng có thể đóng vai trò vậnchuyển cơ chất vào trong cơ thể nhờ năng lượng lấy từ ATP

* Cơ chế diệt khuẩn của ion bạc[ CITATION 32 \l 1033 ]17

Tác dụng hay cơ chế diệt khuẩn của ion bạc được thể hiện trên hình 1.8 Với cơchế diệt khuẩn được diễn ra theo 4 cơ chế:

bào, ngăn cản quá trình trao đổi chất

Cơ chế thứ hai: Phá vỡ màng tế bào, oxy hóa nguyên sinh chất của tế bào vi

khuẩn, phá hủy nguyên sinh chất bởi oxi hòa tan trong nước với vai trò xúc tác củabạc

Cơ chế thứ ba: Tác động gián tiếp lên phân tử ADN bằng cách tăng số lượng các

gốc tự do làm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa ôxy hoạt động, làm rối loạn cácquá trình ôxy hóa cũng như Phosphoryl hóa trong tế bào vi khuẩn

Cơ chế thứ tư: vô hiệu hóa enzym có chứa các nhóm –SH và –COOH, phá vỡ

cân bằng áp suất thẩm thấu, hoặc tạo phức với axit nucleic dẫn đến làm thay đổi cấutrúc ADN của tế bào vi sinh vật (tác động trực tiếp đến cấu trúc ADN), hay chính làlàm cho vi khuẩn không thể tái tạo mARN để sao chép tạo các protein mới Biến đổi

đó sẽ làm cho vi khuẩn phát triển chậm dần và cuối cùng sẽ bị tiêu diệt

*Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc

Hình 1.8 Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc.

Hạt nano bạc ở kích thước 5-15nm có tỷ lệ phần trăm số nguyên tử nằm trên bềmặt rất lớn (hầu hết các nguyên tử tập trung tại bề mặt của hạt nano bạc) Có một số ítcác nguyên tử nằm phía trong, còn lại đều nằm trên bề mặt ngoài với số lượng lớn vàchúng không bị che chắn bởi các lớp, chính vì thế năng lượng bề mặt là rất nhỏ do đóchúng dễ dàng tách ra khỏi lớp bề mặt khiến chúng trở lên linh động hơn Như vậy,nếu như ở vật liệu thông thường (vật liệu khối, không phải kích thước nano) chỉ một số

ít nguyên tử nằm trên bề mặt, còn phần lớn các nguyên tử còn lại nằm sâu phía trong,

bị các lớp ngoài che chắn thì trong cấu trúc của vật liệu nano, hầu hết các nguyên tửđều được nằm trên bề mặt hoặc bị che chắn không đáng kể vì thế mà diện tích bề mặtcủa vật liệu nano tăng lên rất nhiều so với vật liệu thông thường Với các hạt nano bạc

có kích thước nhỏ, phần lớn các nguyên tử tập trung nhiều tại bề mặt của hạt, chúng sẽ

ít bị cản trở bởi lực hút của hạt nhân, các nguyên tử trở lên linh động hơn do nănglượng bề mặt giảm vì thế các nguyên tử rất dễ tách ra và các hạt nano bạc dễ dàng giảiphóng các ion bạc mang diện dương (Ag+), các ion Ag+ này có tác dụng diệt nấmkhuẩn gây bệnh theo cơ chế đặc thù Bên cạnh đó, từ các kết quả thực nghiệm của cáccông trình nghiên cứu đã cho thấy rằng hiệu quả diệt khuẩn của hạt nano bạc phụ

thuộc rất nhiều vào kích thước của chúng[ CITATION 32 \l 1033 ]17.

1.2.4 Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc

Về cơ bản, hạt nano bạc cũng có hai phương pháp chính: phương pháp đi từ trênxuống (top-down), và phương pháp đi từ dưới lên (bottom-up) tương tự như vật liệunano

Một số phương pháp điều chế hạt nano bạc cụ thể dưới đây [ CITATION 10 \l

1033 ]10:

a Phương pháp ăn mòn laze[ CITATION 16 \l 1033 ]18

Phương pháp này là phương pháp từ trên xuống (hình 1.1) [ CITATION 16 \l

1033 ]18 Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt trong một dung dịch có chứa một

chất hoạt hóa bề mặt Một chùm laze xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung là10ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ, đường kínhvùng kim loại bị tácdụng từ 1-3 mm Dưới tác dụng của chùm laze xung, các hạt nano có kích thướckhoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi chất hoạt hóa bề mặt

CnH2n+1SO4Na với n=8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001 đến 0,1M

b Phương pháp khử hóa học

Trong phương pháp này, sử dụng các tác nhân hóa học để khử ion bạc trong dungdịch bởi các tác nhân khử êm dịu với sự có mặt của các chất làm bền tạo thành các hạtnano kim loại Nguyên lý cơ bản của phương pháp khử hóa học được thể hiện như sau:

Ion Ag+ dưới tác dụng của chất khử X tạo ra nguyên tử Ago Sau đó, các nguyên

tử này kết hợp với nhau tạo thành các Ag có kích thước nano [ CITATION Ngu05 \l

1033 ]19.

* Tác nhân khử

Tác nhân khử là yếu tố có tính chất quyết định kích thước, hình dáng hạt tạothành Nếu chất khử quá mạnh, quá trình diễn ra quá nhanh, số lượng nano Ag sinh raquá nhiều sẽ kết tụ lại với nhau tạo ra các hạt có kích thước lớn hơn Ngược lại, nếuchất khử quá yếu, quá trình tổng hợp sẽ đạt hiệu suất thấp, thời gian phản ứng quá dàilàm phát sinh nhiều sản phẩm phụ không mong muốn

Các tác nhân hóa học có thể sử dụng là: NaBH4 [ CITATION 17 \l 1033 ]20, natri citrat [ CITATION 18 \l 1033 ]21, hydro [ CITATION 19 \l 1033 \m 20]2223, hydroxylamin [ CITATION 21 \l 1033 ]24, hydrazin [ CITATION 22 \l 1033 ]25, foocmandehit và các dẫn xuất của nó [ CITATION 23 \l 1033 ]26, EDTA[ CITATION

24 \l 1033 ]27 và các mono saccarit [ CITATION 16 \l 1033 ]18 Mỗi phương pháp

khử để điều chế hạt nano bạc sẽ ứng dụng với mỗi loại hóa chất Mỗi phương pháp đều

có cơ chế cụ thể của phương pháp đó tương ứng với tác nhân cụ thể

* Tác nhân bảo vệ

Các chất bảo vệ này có vai trò chủ chốt trong việc điều chỉnh kích thước hạt bạc,bằng cách khống chế sự lớn lên của các hạt bạc và ngăn cản sự keo tụ của chúng Cácchất bảo vệ thường là các polyme và các chất hoạt động bề mặt như polyvinylancol,polyetylnglycol, xenluloaxetat, silica, …

Cơ chế làm bền có thể được giải thích như sau:

Phân tử các chất làm bền thường có các nhóm phân cực có ái lực mạnh với ionbạc (Ag+) và các phân tử Ag kim loại Đó là nhóm –OH ở PVA, xenluloaxetat, silica…nhóm chứa nguyên tử O, N trong PVP, nhóm –COO trong các axit béo, nhóm –SHtrong các thiol Rn(SH)(OH) Trong quá trình phản ứng, do các ion Ag+ đã được gắn lêntrên các polyme nên không thể lớn lên một cách tự do Hơn nữa các hạt nano bạc khivừa hình thành đã được ngăn cách với nhau bằng lớp vỏ polyme lớn và không thể kết

tụ được với nhau Điều này đã khống chế cả quá trình lớn lên và tập hợp của các hạt,

do đó sẽ tạo kích thước hạt nhỏ đồng đều

Ngoài ra các hạt nano bạc còn được làm bền theo cơ chế làm bền của các hạt keo.Khi ion bạc chưa bị khử hoàn toàn, chúng được hấp phụ lên trên bề mặt hạt và tạothành các mixen gồm nhân bạc, một lớp chất bảo vệ và lớp điện tích kép của Ag+ và

NO3- Nhờ lớp điện tích kép này mà các hạt bạc nano mang điện tích trái dấu đẩy nhau,tránh hiện tượng keo tụ

Bên cạnh đó các yếu tố khác như: pH, nồng độ chất tham gia phản ứng, nhiệt độcủa phản ứng, tốc độ, thời gian phản ứng, … cũng ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩmtạo thành Ví dụ khi pH quá lớn sẽ xảy ra quá trình tạo thành Ag2O nên khó khống chếphản ứng, đặc biệt khi pH cao, ion OH- làm mỏng lớp điện tích kép bao ngoài hạt nanolàm các hạt nano dễ tập hợp Khi nồng độ thấp, tốc độ cung cấp chất phản ứng nhỏ,các hạt nano thường tạo thành nhỏ và đồng đều hơn.

Phương pháp này thường được sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm vì quytrình sản xuất nano bạc khá đơn giản, không đòi hỏi quá nhiều thiết bị hiện đại, dễkhống chế các điều kiện phản ứng để thu được kích thước hạt theo mong muốn đồngthời có thể tổng hợp với lượng lớn Vì vậy, phương pháp khử hóa học với những ưuđiểm nổi bật sẽ là sự lựa chọn tối ưu để tổng hợp các loại vật liệu nano này

c Phương pháp vật lý

Đây là phương pháp sử dụng các tác nhân vật lý như điện tử [ CITATION 26 \l

1033 ]28, sóng điện từ như tia UV [ CITATION 25 \l 1033 ]29, gamma [CITATION

27 \l 1033 ]30, tia laze khử ion bạc thành hạt nano bạc.

Dưới tác dụng của tác nhân vật lý có nhiều quá trình biến đổi của dung môi vàcác chất phụ gia trong dung môi sẽ sinh ra các gốc tự do có tác dụng khử ion bạc thànhbạc kim loại để chúng kết tụ tạo thành các hạt nano bạc

d Phương pháp hóa lý

Phương pháp này là phương pháp trung gian giữa hóa học và vật lý Nguyên lý làdùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu dẫn để tạo hạt nano Phương pháp điệnphân thông thường chỉ có thể tạo được màng mỏng kim loại Trước khi xảy ra sự hìnhthành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện hóa sẽ tạo các hạt nano bámtrên điện cực âm Lúc này người ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điệnphân thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch[ CITATION 28 \l

e Phương pháp sinh học

Phương pháp này sử dụng các tác nhân như vi rút, vi khuẩn có khả năng khử ion

bạc tạo nên nguyên tử bạc kim loại[ CITATION 30 \l 1033 ]32 Dưới tác dụng của vi

khuẩn, vi rút thì ion bạc sẽ chuyển thành nguyên tử hạt nano bạc kim loại

Ag + Vi sinh học Ag o

Các tác nhân sinh học thường là: các vi khuẩn MKY3 [ CITATION 31 \l

1033 ]33, các loại nấm Verticillium, … [ CITATION 29 \l 1033 ]34 Phương pháp này

đơn giản, thân thiện với môi trường mà lại còn có khả năng tạo ra hạt nano bạc có kíchthước khoảng 2 -5 nm

1.2.5 Ứng dụng của hạt nano bạc trong đời sống

Hiện nay, có rất nhiều các sản phẩm nano bạc được bày bán trên thị trường như:

tủ lạnh nano bạc diệt khuẩn, bình sữa nano, khẩu trang nano bạc, đệm cao su nano bạc,kem đáng răng nano bạc… Các sản phẩm này đã cho thấy ứng dụng rộng rã của nanobạc trong thực tế Ngoài ra, còn một ứng dụng quan trọng thể hiện được tiềm năng củanó

Hiện nay, trong lĩnh vực dệt

may đã đưa hạt nano bạc vào xơ

sợi khi được đưa lên xơ sợi thì các

hạt nano bám dính phân tán và cũng

không gây hại cho da và có tính diệt

khuẩn cao Bạc hạn chế sự phát

triển của vi khuẩn và nấm mốc,

giảm mùi hôi và giảm thiểu rủi ro

nhiễm khuẩn và nấm Áo, quần nhất

là tất vớ có sử dụng nano bạc giúp

chúng có thể sử dụng nhiều ngày

hơn mà ít bị bốc mùi Bạc được đưa

vào áo quần dưới hai dạng: là ion

bạc được tích hợp vào polyme dùng

để tạo sợi vải, và dạng thứ hai là

phủ bạc kim loại lên sợi vải Các

ứng dụng của công nghệ nano trong ngành dệt may được thể hiện trên hình

1.9[ CITATION 37 \l 1033 ]35.

Hình 1.9 Công nghệ nano trong dệt may [].

Hiện nay, trên thị trường có một số ứng dụng hạt nano bạc trong các sản phẩm dệt mayphổ biến như:

Bít tất than tre nano bạc (hình 1.5), với các thành phần cotton, spandex, acrylic,

cao su, cacbon tre hoạt tính Dựa trên công nghệ sản xuất của Nhật Bản đã gắn kết cácnano bạc dạng keo trên sản phẩm tất làm từ sợi cotton có chứa cacbon hoạt tính đã tạo

ra một sản phẩm hoàn toàn độc đáo, bền, có khả năng kháng khuẩn, chống nấm, diệtvirut, hút ẩm… Với chu kì tồn tại của sản phẩm tốt nhất là trong 360 lần giặt

Nano bạc có thể kết hợp với xơ sợi để kéo sợi dạng sợi nano bạc (hình

1.10[ CITATION 38 \l 1033 ]36) hoặc có thể gắn kết trên vải bằng cầu nối giữa

nguyên tử bạc (Ag) với nhóm hyđroxi (-OH) trong cấu trúc xenlulo của vải cottonhoặc cotton pha Nhờ đó, lưu giữ được hoạt tính kháng khuẩn qua nhiều lần giặt.Trung tâm VINAGAMMA đã áp dụng công nghệ bức xạ sản xuất được hai loại vải

kháng khuẩn là Ag-nano/Cotton (C) và Ag-nano/Peco (P) Với các đặc tính của sản

phẩm: hàm lượng nano bạc trên vải là 120-160 mg/kg; Kích thước hạt: 5-50 nm; Hiệuứng kháng khuẩn > 99,9 % sau 60 lần giặt với các chủng vi khuẩn, kể cả vi khuẩnkháng thuốc tại bệnh viện (Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa,Klebsiella pneumoniae, Acinetobacter spp, Enterobacter spp, Proteus, Provindenciaspp, Streptococcus pneumonia, Staphylococcus epidermidis…) Các loại vải này được

sử dụng để may khẩu trang, may trang phục cho y, bác sĩ và bệnh nhân, tấm trảigiường bệnh viện, và các ứng dụng khác

Ngoài các ứng dụng trên vải ra, trong lĩnh vực dệt may nano bạc đã và đang đượcnghiên cứu để ứng dụng trong các sản phẩm da giầy, trong việc xử lý kháng khuẩn cho

da thuộc, sau đó sử dụng các sản phẩm da đó làm các quần áo da và giầy da Ngoài racòn đang nghiên cứu và ứng dụng nano bạc trong việc xử lý chống mùi và khángkhuẩn cho miếng lót giầy, với dạng gắn trực tiếp nano bạc trên miếng lót hoặc dạngdung dịch xịt trước mỗi lần sử dụng… (ví dụ như miếng lót giầy có chứa nano bạc,dung dịch khử mùi hôi cho giầy có chứa ion bạc… như trên hình 1.10)

Hình 1.10 Một số sản phẩm trong dệt may có chứa nano bạc [].

Nano bạc được sử dụng rộng rãi và rất phổ biến không chỉ làm các dung dịch cótính sát trùng rất cao trên cơ thể con người, mà còn được con người tìm cách phủ lêncác dụng cụ y tế để vô trùng tuyệt đối, nhất là các thiết bị hoạt động bên trong cơ thểkhi mổ nội soi, tim, phổi, làm khớp xương nhân tạo, những bộ phận giả…

Gần đây, người ta phát hiện việc dùng nano như một chất kháng sinh thiên nhiên

có nhiều ưu điểm so với chất kháng sinh tổng hợp Thứ nhất, các kháng sinh tổng hợpthường có hiệu ứng phụ là diệt cả những enzim và vi sinh vật có ích cho cơ thể nên khidùng chúng thường làm cho cơ thể của bạn thiếu vitamin và có thể gây tiêu chảy Bạctránh được hiện tượng này vì bạc diệt vi trùng có hại nhưng không đụng đến các tế bào

và vi khuẩn có ích Bạc còn diệt được nhiều virut mà kháng sinh tổng hợp không làmđược Thứ hai, sau khi dùng kháng sinh tổng hợp một thời gian thì vi sinh vật gây bệnh

có sức đề kháng với các loại kháng sinh này, do đó tác dụng diệt virut và vi khuẩn củacác thuốc kháng sinh không còn tác dụng nữa Nhưng bạc lại diệt được hoàn toàn mầmbệnh theo một cơ chế khác hẳn, can thiệp vào hoạt động sống của vi trùng gây hại đểlàm chết chúng nên chúng không thể tự thích nghi để chống lại bạc

Một vài ứng dụng hiện nay của nano bạc trong thực tiễn như:

Khẩu trang kháng khuẩn: được thiết kế với 3-4 lớp gồm 2 lớp vải, một lớp vật

liệu tẩm nano bạc và than hoạt tính ở giữa (hình 1.11); Ngoài ra, hình 1.11 còn thể

hiện cả nước sát trùng răng miệng và sát khuẩn vết thương “ASAP” có chứa nano bạc,

và miếng băng gạc vết thương kháng khuẩn “BCT KOCARBONAG” có chứa nano bạc.

Ngày nay nano bạc được ứng dụng khá rộng rãi trong sản xuất hàng tiêu dùngnhờ vào các đặc điểm:

- Nano bạc ở trạng thái keo, không phải dạng ion như thường gặp, nên không bịthất thoát khi lau, rửa sản phẩm Trong khi ứng dụng sản phẩm chỉ cần một phầnbạc rất nhỏ để kháng khuẩn Khả năng kháng khuẩn có tác dụng suốt quá trìnhtồn tại của sản phẩm Trong khi đó, bạc nano có trong sản phẩm không thể cao

Hình 1.11 Một số sản phẩm có chứa nano bạc.

hơn quy định của WTO đã đưa ra Hàm lượng nano bạc tiết ra ngoài dùng diệtkhuẩn thấp hơn định mức của WTO ở vào cấp lũy thừa nên rất an toàn khi sửdụng.

- Nano bạc ở dạng keo có tính chất làm ảnh hưởng đế màu sắc của sản phẩm Cónghĩa là các sản phẩm màu trắng có thể sẽ có màu vàng be, hoặc vàng rượu Tuynhiên, thì sản phẩm lại không bị ố, ngả vàng tức là không có sự thay đổi màu quaánh sáng hoặc qua các quy trình giặt giũ…

Một số sản phẩm ứng dụng nano bạc như bình sữa nano bạc kháng khuẩn và tủlạnh kháng khuẩn được trình bày trên hình 1.12

Nano bạc với diện tích bề mặt lớn và năng lượng bề mặt cao rất hữu ích cho việclàm xúc tác Khi được làm xúc tác thì các hạt nano được phủ lên các chất mang nhưsilica phẳng… chúng có tác dụng giữ cho các hạt nano bám trên các chất mang Đồngthời, có thể làm tăng độ bền, tăng tính chất xúc tác, bảo vệ chất xúc tác khỏi quá nhiệtcũng như kết khối cục bộ giúp kéo dài thời gian hoạt động của chất xúc tác Ngoài ra,hoạt tính xúc tác có thể được điều khiển bằng kích thước của các hạt nano bạc dùnglàm xúc tác

Xúc tác nano bạc được ứng dụng trong việc oxi hóa các hợp chất hữu cơ, chuyểnhóa etylen thành etylen oxit, dùng cho các phản ứng khử các hợp chất nitro, làm chấtphụ gia cải tiến khả năng xử lý NO, khí CO của xúc tác FCC Ngoài ra, xúc tác nanobạc còn dùng làm xúc tác trong phản ứng khử thuốc nhuộm bằng NaBH4

Thông thường, xử lý nguồn nước dùng các tác nhân hóa học như: clo, các dẫnxuất của nó, idod Các tác nhân vật lý: tia UV, bức xạ hoặc các chất khác như cácmàng zeolit, polyme, ion kim loại… có khả năng diệt khuẩn Bên cạnh đó, việc sử

Hình 1.12 Bình sữa và tủ lạnh ứng dụng công nghệ nano bạc.

dụng các hạt nano kim loại trong lĩnh vực này cũng là hướng đi mới và hứa hẹn nhiềutiềm năng lớn.

Hạt nano bạc được biết đến với tính năng diệt khuẩn cao, không độc hại vớingười Hiện nay, người ta sử dụng PU có bao phủ bạc tạo ra loại màng lọc nước cótính năng diệt khuẩn cao

Ngày nay nano bạc được ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, nhằm tiêu diệtnhững con vi khuẩn, nấm bệnh thường có ở trên cây trồng, đặc biệt hơn nữa là ứngdụng nano bạc làm thuốc bảo vệ thực vật và dung dịch nước tẩy rửa kháng khuẩnkhông gây hại cho người sử dụng Một số sản phẩm ứng dụng nano bạc trong nôngnghiệp được thể hiện trên hình 1.13

Ngoài ra, nano bạc còn được ứng dụng trong nhiều ngành, nhiều lĩnh vực khácnhư: ứng dụng trong vật dụng, trang thiết bị trong công nghiệp…

1.2.6 Ảnh hưởng của nano bạc đến sức khỏe của con người

Trong quá trình diệt khuẩn bạc tác dụng trực tiếp lên màng bảo vệ của tế bào vikhuẩn Màng này là một cấu trúc gồm các glycoprotein được liên kết với nhau bằngcầu nối axit amin để tạo độ cứng cho màng Các ion bạc vừa mới được giải phóng ra từ

bề mặt các hạt nano bạc tương tác với các nhóm Peptidoglican và ức chế khả năng vậnchuyển oxy của chúng vào bên trong tế bào, dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn Các tế bàođộng vật thuộc nhóm sinh vật bậc cao (Sinh vật đa bào: động vật nói chung bao gồm

cả con người là động vật bậc cao) có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào visinh vật đơn bào (Nấm, Vi khuẩn và Virut) Chúng có hai lớp Lipoprotein giàu liên kếtđôi bền vững, có khả năng cho điện tử do đó không cho phép các ion bạc xâm nhập, vìvậy chúng không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion bạc Điều này có nghĩa nanobạc hoàn toàn không gây hại đến con người và động vật nói chung, do cấu trúc màng

tế bào bền vững và dày hơn các vi sinh vật đơn bào gây bệnh như nấm, vi khuẩn vàvirus

Hình 1.13 Các sản phẩm ứng dụng nano bạc cho nông nghiệp sạch.