Bảo vệ vật liệu bằng ceramic

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TPHCM KHOA CƠNG NGHỆ HĨA HỌC BÁO CÁO BẢO VỆ VẬT LIỆU BẰNG LỚP PHỦ NANO CERAMIC Sinh viên thực hiện: Nguyễn Huỳnh Bảo Trân Tp Hồ Chí Minh, 20 tháng 10 năm 2018 NHIỆM VỤ BÁO CÁO Đầu đề báo cáo “Bảo vệ vật liệu phương pháp phủ nano ceramic” Nhiệm vụ  Tìm hiểu sở lý thuyết phương pháp  Quy trình phủ nano ceramic lên vật liệu  Ứng dụng phủ nano ceramic  Ưu điểm nhược điểm phương pháp NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN Tp Hồ Chí Minh, ngày … tháng … năm 20… Giáo viên MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUANG VỀ CÔNG NGHỆ NANO .6 Định nghĩa vật liệu nano .6 CHƯƠNG NANOCOMPOSITE CERAMIC/KIM LOẠI 10 2.1 Khái niệm vật liệu composide 10 2.2 Nano Composite ceramic 13 CHƯƠNG PHỦ NANO CERAMIC CHO XE ÔTÔ 15 3.1 Công nghệ phủ nano ceramic 15 3.2 Quy trình phủ nano ceramic lên xe oto .15 3.3 Ưu điểm nhược điểm phương pháp 17 3.3.1 Ưu điểm .17 3.3.2 Nhược điểm 17 3.3.3 ứng dụng: .17 TÀI LIỆU KHAM KHẢO .19 LỜI MỞ ĐẦU Ăn mòn hậu thực tế thường gặp sống hàng ngày Thiệt hại to lớn ăn mòn gây nên khơng giới hạn chi phí bảo dưỡng thường xuyên thay vật liệu mà phải kể đến nguy hại ln rình rập đe dọa nói riêng mơi trường nói chung Do đó, phân tích khoa học ngắn gọn q trình ăn mòn đề giải pháp kỹ thuật thích hợp nhằm chống ăn mòn mang lại hiệu đáng kể Để thực điều này, trước hết cần phải nắm vững sở hóa lý q trình ăn mòn có cách nhìn cụ thể loại môi trường khác nhằm đạt hiệu cao công tác chống ăn mòn Bài báo cáo nhằm cho thấy bảo vệ vật liệu nano composite ceramic Giới thiệu trình phủ lớp nano lên oto Đồng thời tìm hiểu rõ ứng dụng ưu nhược điểm lớp nano ceramic CHƯƠNG 1.1 TỔNG QUANG VỀ CÔNG NGHỆ NANO Định nghĩa vật liệu nano Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nanomet(nm) Vật liệu nano tồn ba trạng thái: rắn, lỏng, khí vật liệu nano rắn quan tâm nghiên cứu nhiều Có thể phân chia vật liệu nano thành loại dựa hình dạng:  Vật liệu nano ba chiều: vật liệu chiều có kích thước nanomet (Ví dụ: đám nano, keo nano hạt nano…)  Vật liệu nano hai chiều: vật liệu có chiều có kích thước nanomet (Ví dụ: màng nano…)  Vật liệu nano chiều: vật liệu có chiều có kích thước nanomet(Ví dụ: ống nano, dây nano…)  Vật liệu nanocompozit: vật liệu phần vật liệu có kích thước nano cấu trúc có chiều, hai chiều chiều đan xen (Ví dụ nanocomposit bạc/silica; Bạc/uretan…) 1.1 Đặc điểm, tính chất vật liệu nano (cơ sở khoa học công nghệ nano) Một đặc điểm quan trọng vật liệu nano kích thước vơ nhỏ bé, lớn kích thước nguyên tử đến bậc Do số nguyên tử nằm bề mặt vật liệu nano lớn nhiều so với vật liệu có kích thước lớn Qua bảng phân tích nhận thấy: Khi kích thước hạt tăng, tổng số nguyên tử hạt tăng đồng thời phần trăm số nguyên tử bề mặt giảm Điều làm cho nguyên tử bề mặt bị lớp che chắn, lượng bề mặt lớn chúng khó tách khỏi bề mặt trở lên linh động Ngược lại kích thước hạt nhỏ, tổng số nguyên tử hạt giảm, phần trăm số nguyên tử bề mặt tăng Như vậy, vật liệu thông thường, số ngun tử nằm bề mặt, phần lớn ngun tử lại nằm sâu phía trong, bị lớp ngồi che chắn cấu trúc vật liệu nano, hầu hết nguyên tử "phơi" bề mặt bị che chắn khơng đáng kể, diện tích bề mặt vật liệu nano tăng lên nhiều so với vật liệu thông thường Khi nguyên tử tập trung nhiều bề mặt hạt nano chúng bị cản trở lực hút hạt nhân, nguyên tử trở lên linh động lượng bề mặt giảm thể nguyên tử dễ tách hạt nano dễ dàng giải phóng ion mang diện dương, ion có tác dụng diệt nấm khuẩn gây bệnh theo chế đặc thù Nói cách khác, vật liệu có kích thước nano mét, nguyên tử tự thể toàn tính chất tương tác với mơi trường xung quanh Điều làm xuất vật liệu nano nhiều đặc tính trội, đặc biệt tính chất điện, quang, từ, xúc tác Kích thước hạt nhỏ bé ngun nhân làm xuất vật liệu nano hiệu ứng: hiệu ứng lượng tử, hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước  Hiệu ứng lượng tử: Đối với vật liệu vĩ mơ gồm nhiều ngun tử (1 µm3 thể tích vật liệu có khoảng 1012 ngun tử), hiệu ứng lượng tử trung bình hóa cho tất ngun tử, mà ta bỏ qua khác biệt ngẫu nhiên nguyên tử mà xét giá trị trung bình chúng Nhưng cấu trúc nano, kích thước vật liệu nhỏ, hệ có ngun tử nên tính chất lượng tử thể rõ bỏ qua Điều làm xuất vật liệu nano tượng lượng tử kỳ thú thay đổi tính chất điện tính chất quang phi tuyến vật liệu, hiệu ứng đường ngầm  Hiệu ứng bề mặt: Ở vật liệu nano, đa số nguyên tử nằm bề mặt, mà diện tích bề mặt vật liệu nano tăng lên nhiều so với vật liệu truyền thống Vì thế, hiệu ứng có liên quan đến bề mặt như: khả hấp phụ, độ hoạt động bề mặt vật liệu nano lớn nhiều vật liệu dạng khối Điều mở ứng dụng kỳ diệu cho lĩnh vực xúc tác nhiều lĩnh vực khác mà nhà khoa học quan tâm nghiên cứu  Hiệu ứng kích thước: Các vật liệu truyền thống thường đặc trưng số đại lượng vật lý, hóa học khơng đổi độ dẫn điện kim loại, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sơi, tính axit Tuy nhiên, đại lượng vật lý hóa học bất biến kích thước vật liệu đủ lớn (thường lớn 100 nm) Khi giảm kích thước vật liệu xuống đến thang nano (nhỏ 100 nm) đại lượng lý, hóa khơng bất biến nữa, ngược lại chúng thay đổi theo kích thước Hiện tượng gọi hiệu ứng kích thước Kích thước mà đó, vật liệu bắt đầu có thay đổi tính chất gọi kích thước tới hạn Ví dụ: Điện trở kim loại kích thước vĩ mô mà ta thấy hàng ngày tuân theo định luật Ohm Nếu ta giảm kích thước kim loại xuống nhỏ quãng đường tự trung bình điện tử kim loại (thường từ vài nano mét đến vài trăm nano mét) định luật Ohm khơng Lúc điện trở vật liệu có kích thước nano tn theo quy tắc lượng tử Các nghiên cứu cho thấy tính chất điện, từ, quang, hóa học vật liệu có kích thước tới hạn khoảng từ nm đến 100 nm nên tính chất có biểu khác thường thú vị vật liệu nano so với vật liệu khối truyền thống Hình ảnh mơ hình hóa so sánh kích thước nanomet với kích thước dạng khối truyền thống CHƯƠNG 2.1 NANOCOMPOSITE CERAMIC/KIM LOẠI Khái niệm vật liệu composide Compsite vật liệu tổng hợp nên từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau, nhằm mục đích tạo nên vật liệu mới, ưu việt bền so với vật liệu ban đầu Vật liệu composite bao gồm có vật liệu cốt Vật liệu đảm bảo việc liên kết cốt lại với nhau, tạo cho vật liệu gồm nhiều thành phần có tính ngun khối, liên tục, đảm bảo cho composite độ bền nhiệt, bền hoá khả chịu đựng vật liệu có khuyết tật Vật liệu composite polyme, kim loại hợp kim, gốm bon Vật liệu cốt đảm bảo cho composite có mođun đàn hồi độ bền học cao Các cốt composite hạt ngắn, bột, sợi cốt sơi thuỷ tinh, sợi polyme, sợi gốm, sợi kim loại sợi bon,…Về mặt đặt toán học, người ta định nghĩa vật liệu composite vật liệu mà tính chất phụ thuộc vào toạ độ Ưu điểm lớn composite thay đổi cấu trúc hình học, phân bố vật liệu thành phần đẻ tạo vật liệu có độ bền theo mong muốn Rất nhiều đòi hỏi khắt khe kỹ thuật đại ( nhẹ, lại chịu nhiệt lên đến 3000oC,…) có composite đáp ứng nổi, vậy, vật liệu composite giữ vai trò then chốt cách mạng vật liệu Thực ra, trình tạo nên composite tiến hoá ngành vật liệu: Từ vật liệu có cấu tử ( kim loại nguyên chất), người ta biết tận dụng tính ưu việt cấu tử để tạo vật liệu có hai hay nhiều cấu tử ( hợp kim ), từ nhóm vật liệu biết kim loại, vật liệu vô ceramic hữu polyme, người ta tìm cách tạo composite – vật liệu vật liệu để kết hợp sử dụng kim loạihợp kim, vật liệu vô hữu đồng thời, hợp lý Và người ta nói 10 đến super-composite: composite composite ( vật liệu thành phần composite) Dựa vào đặc trưng lý hoá, người ta phân vật liệu thành nhóm chính: kim loại hợp kim, vật liệu vô cơ-ceramic, vật liệu polyme gần vật liệu tổ hợp compsite Vật liệu kim loại (và hợp kim) vật liệu dẫn điện tốt, phản xạ ánh sáng với màu sắc đặc trưng, có khả biến dạng dẻo cao Đặc điểm cấu trúc kim loại xếp có trật tự nguyên tử, tạo thành mạng tinh thể, điều kiện định chuyển hồn tồn sang trạng thái khơng trật tự ( vơ định hình ) Kim loại thơng dụng kể thép, đồng, nhơm, tin tan, niken,…và hợp kim chúng Ưu điểm kim loại dẫn điện, dẫn nhiệt, mô đun đàn hồi cao, độ bền học cao Nhược điểm lớn kim loại không bền với môi trường kiềm axit, dễ bị oxi hóa, nhiều kim loại độ bền nhiệt không cao Khối lượng riêng nhiều kim loại lớn nên bị hạn chế sử dụng để thiết kế chế tạo khí cụ bay Vật liệu vô cơ-ceramic hợp chất kim loại ( Mg, Al, Si,…) phi kim loại dạng oxyt, cacbit, nitrit,… với liên kết bền vững kiểu ion đồng hoá trị, tạo thành mạng tinh thể ( có trật tự), trạng thái vơ định hình Các ceramic truyền thống thuỷ tinh, gốm, sứ, gạch,…Ceramic có ưu điểm chung cách điện, cách nhiệt, bền vững với mơi trường kiềm axít, nhiên gốm lại giòn, khơng biến dạng dẻo Vật liệu polyme có hai loại: nhiệt rắn ( đơng rắn nhiệt độ cao, q trình polyme hố khơng có tính thuận nghịch) nhiệt dẻo ( q trình thuận nghịch, chảy dẻo nhiệt độ cao, đông rắn nguội lại chảy dẻo lại nhiệt độ cao) 11 Polyme có nguốn gốc từ thực vật động vật xenlulo, caosu, protein, enzym,…hoặc tổng hợp từ monome phản ứng trùng hợp nhựa phenolphomalđehit, polyamit, polyephin,…Polyme có cấu trúc mạch thẳng ( polyetylen, polystyren,…), mạch nhánh, polyme mạng lưới polyme cấu trúc không gian (epoxy, phenolphomanđehit,…) cấu thành nên hai nguyên tố chủ yếu cacbon hyđrơ, có chứa thêm oxy, clo, nitơ,… Polyme có ưu điểm nhẹ, cách điện, bền vững với mơi trường hố học, nhiên lại có mơ đun đàn hồi thấp khả chịu nhiệt không cao Trong vật liệu kể trên, trước người ta thường đánh giá cao vai trò vật liệu nhóm kim loại cho chúng giữ vị trí định đến phát triển xã hội kỹ thuật Tuy nhiên phân tích đây, thấy vật liệu kim loại (hay hợp kim), gốm polyme, loại vật liệu có ưu điểm riêng, có yếu điểm Trong cơng nghiệp đại, cơng nghiệp quốc phòng u cầu vật liệu mới, đáp ứng đòi hỏi khắt khe kỹ thuật, vật liệu chế tạo khí cụ bay phải vừa nhẹ, lại vừa bền nhiệt, …là tính chất lý tưởng mà khơng vật liệu tự nhiên có Từ người nảy sinh ý tưởng, sau trở thành thực chế tạo vật liệu mới, tổ hợp ưu điểm loại vật liệu nói Vật liệu composite, có tiêu lý cao kim loại hợp kim, lại bền với mơi trường hố học nhẹ Ngày nay, composite ngày chiếm ưu thế, thay kim loại hợp kim chế tạo máy, việc chế tạo vật thể bay, có mặt tất ngành, lĩnh vực kinh tế quốc dân 12 2.2 Nano Composite ceramic Nano ceramic loại hạt nano bao gồm gốm sứ , thường phân loại chất rắn vô cơ, chịu nhiệt, phi kim loại làm từ hợp chất kim loại phi kim loại Vật liệu cung cấp đặc tính độc đáo Gốm sứ Macroscale giòn cứng nhắc phá vỡ tác động Tuy nhiên, nanocer có nhiều chức hơn, [1] bao gồm điện môi , ferroelectric , áp điện , pyroelectric , sắt từ , magnetoresistive , superconductive electro-optical Nanoceramics phát vào đầu năm 1980 Chúng hình thành cách sử dụng trình gọi sol-gel pha trộn hạt nano dung dịch gel để tạo thành hạt nano Các phương pháp sau liên quan đến q trình thiêu kết (áp suất nhiệt) Vật liệu nhỏ khơng có sai sót Vật liệu quy mơ lớn có sai sót khiến chúng trở nên giòn Trong năm 2014 nhà nghiên cứu cơng bố q trình laser liên quan đến polyme hạt gốm để tạo thành nanotruss Cấu trúc phục hồi hình dạng ban đầu sau nghiền nhiều lần Composite gốm: Việc đưa cốt sợi sợi kim loại để chế tạo composite góp phần làm hạn chế tính giòn gốm Hiện phát triển mạnh xu vật liệu composite gốm sở cốt sợi kim loại oxit kim loại, sợi gốm, sợi 13 cácbon Composite gốm vật liệu có độ cứng cao, bền nén cao, có tính cách nhiệt, cách điện cao , chịu mài mòn cao trơ hoá học nên dùng phổ biến chế tạo máy, chịu nhiệt độ lên tới 2000-2500oK, chế tạo máy lực nguyên tử, trục đệm chịu nhiệt cánh quạt tuabin động cơ, ăng ten mũi vật thể bay vũ trụ cần phải thu hồi trở trái đất, mũi nắn dòng tên lửa,… Q trình sản xuất lớp phủ nano – ceramic Chiến lược sử dụng để phát triển lớp phủ cấu trúc nano tập trung vào cấu trúc tương tự với lớp phủ truyền thống có sẵn sử dụng thiết bị có sẵn để chế tạo chúng Ở cấu trúc vi mơ lớp phủ thay đổi, đơn giản hóa nhiều cho q trình thực công nghệ ứng dụng quân thương mại Quá trình phun plasma, dùng để chế tạo lớp phủ ceramic, đơn giản lý thuyết lại phức tạp sử dụng 14 CHƯƠNG 3.1 PHỦ NANO CERAMIC CHO XE ƠTƠ Cơng nghệ phủ nano ceramic Một bước tiến lớn lĩnh vực chăm sóc tơ cơng nghệ Ceramic Đây công nghệ phát triển dựa công nghệ Nano Với Ceramic, lớp màng mà nano tạo trở nên cứng cáp nhiều Cũng nhờ đó, mà Ceramic có tác dụng vượt bậc so với Nano Điểm khác biệt phủ Ceramic Công nghệ Ceramic giúp cho hạt nano siêu nhỏ gắn kết lại với nhau, tạo nên cấu trúc kiên cố Đồng thời hạt nano liên kết với lớp sơn xe tạo nên khối thống Chính nhờ vậy, mà lớp Ceramic cứng, giúp cho lớp sơn xe hạn chế trầy xước vô mạnh mẽ 3.2 Quy trình phủ nano ceramic lên xe oto Bước 1: vệ sinh bề mặt xe  Rửa lau khô xe:Giúp xe để dễ dàng đánh giá tổng thể tình trạng sơn xe  Kiểm tra đánh giá tổng thể tình trạng sơn xe:Đây bước cần thiết để có điều chỉnh cho q trình xử lý bề mặt sơn bước 15 Dùng paste xóa, đánh lần thứ để xóa vết xước bề mặt:Giúp xóa  vết xước lớn chưa ăn vào thân xe Dùng paste bóng, đánh lần thứ hai tạo độ bóng bề mặt sơn xe:Giúp tẩy  vết xước nhỏ lại sau đánh paste lần Đồng thời mang lại độ bóng cao cho mặt sơn trước tiến hành phủ ceramic ô tô Rửa lại xe vệ sinh kỹ chi tiết:Giúp tẩy bụi bẩn bề mặt sơn trước  tiến hành phủ ceramic Bước 2: Phủ ceramic lên bề mặt sơn xe - Có thể kết hợp với hợp chất puris đề sáng đẹp - Tiếp tục lau thấm lớp phủ ceramic Lau bề mặt từ đến 10 phút - Tạo lớp phủ loại bỏ chất tồn dư khăn sợi nhỏ Lớp phủ ceramic phu lên tất bề mặt xe kể kính lái , mặt nạ , bánh xe , gầm xe oto… 16 - Đây bước quan trọng, cần tay kinh nghiệm người thợ giúp phủ lớp phủ ceramic lên khắp bề mặt sơn xe Sau phủ xong, đợi 30 phút để ceramic khô Bước 3: Làm khô lớp ceramic phủ Để tạo lớp ceramic tốt nên để nghỉ lớp phủ từ 45 đến 60 phút - Dùng dung dịch chuyên dụng để làm phần tử ceramic thừa sau dùng khăn lau lại tồn mặt sơn - Kiểm tra tổng thể lớp phủ - Đảm bảo lớp sơn xe đạt độ bóng cao lớp ceramic đạt độ cứng tối thiểu - Bằng việc trải qua nhiều giai đoạn khác nhau, trình phủ ceramic giúp lấy lại trì vẻ bóng tơ thời gian dài 3.3 Ưu điểm nhược điểm phương pháp 3.3.1 Ưu điểm  Bảo vệ vật liệu khỏi ăn mòn mơi trường có độ ẩm , chất oxi hóa ,  Có khả chịu nhiệt cao  Chống bám bụi cho vật liệu  Tăng độ cứng độ mài mòn vật liệu  Tạo hiệu ứng sen cho vật liệu  Chống ăn mòn axit 3.3.2  Nhược điểm Nhược điểm phủ ceramic giá thành cao 3.3.3 ứng dụng: 17  ứng dụng sơn phủ lớp áo oto phần lớp nano ceramic tạo lớp phủ bảo vệ số vật liệu điện tử , kim loại  ưu điểm lớp phủ tăng thêm tính thẩm mỹ số sản phẩm  bảo vệ động cao cấp 18 TÀI LIỆU KHAM KHẢO Abdelrazek Khalil, Khalil (tháng năm 2012) "Thiêu kết cao cấp vật liệu gốm nano" Vật liệu gốm sứ - Tiến gốm sứ đại Claire Diop, Julie "R & D 2002: Nano Gốm sứ" Đánh giá công nghệ MIT Truy cập ngày tháng 12 năm 2002 Fesenmaier, Kimm "Gốm sứ khơng cần phải trở nên giòn" Caltech Truy cập ngày 11 tháng năm 2014 Fesenmaier, Kimm "Tài liệu tạo theo thứ tự" Caltech Truy xuất ngày tháng năm 2013 Fesenmaier, Kimm "Thu nhỏ giàn làm việc" Caltech Truy cập ngày 23 tháng năm 2014 Hóa Học Nano Cơng Nghệ Nền Và Vật Liệu Nguồn ….Nguyễn Đức Nghĩa https://danhbongxehoi.vn/phu-nano https://en.wikipedia.org/wiki/Ceramic_nanoparticle Nissan, Ben (tháng năm 2014) "Nanoceramics Biomedical Applications" Bản tin MRS 29 (1): 28–32 10 Wang, Chen-Chi; Ying, Jackie Y (15 tháng năm 1999) "Sol − Gel tổng hợp xử lý thủy nhiệt Anatase Rutile Titania Nanocrystals" Hóa học vật liệu (1999) 11 (11): 3113–20 19 ... Compsite vật liệu tổng hợp nên từ hai hay nhiều loại vật liệu khác nhau, nhằm mục đích tạo nên vật liệu mới, ưu việt bền so với vật liệu ban đầu Vật liệu composite bao gồm có vật liệu cốt Vật liệu. .. nghĩa vật liệu nano Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nanomet(nm) Vật liệu nano tồn ba trạng thái: rắn, lỏng, khí vật liệu nano rắn quan tâm nghiên cứu nhiều Có thể phân chia vật liệu. .. việt cấu tử để tạo vật liệu có hai hay nhiều cấu tử ( hợp kim ), từ nhóm vật liệu biết kim loại, vật liệu vô ceramic hữu polyme, người ta tìm cách tạo composite – vật liệu vật liệu để kết hợp sử