Nghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giây (Luận văn thạc sĩ)

Nghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giâyNghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giâyNghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giâyNghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giâyNghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giâyNghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giâyNghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giâyNghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giâyNghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giâyNghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giâyNghiên cứu chế tạo và các tính chất quang của hạt nano kim loại Au bằng kỹ thuật laser xung nano giây

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ CÁC TÍNH CHẤT QUANG CỦA HẠT NANO KIM LOẠI Au BẰNG KỸ THUẬT LASER XUNG NANO GIÂY LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC THÁI NGUYÊN - 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ CÁC TÍNH CHẤT QUANG CỦA HẠT NANO KIM LOẠI Au BẰNG KỸ THUẬT LASER XUNG NANO GIÂY Ngành: Quang học Mã số: 8.44.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THẾ BÌNH THÁI NGUN - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tôi, kết nghiên cứu trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Thái Nguyên, tháng 10 năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Thu Hà i LỜI CẢM ƠN Thực tế cho thấy, thành công gắn liền với hỗ trợ giúp đỡ người xung quanh Trong suốt thời gian từ bắt đầu làm luận văn đến nay, em nhận quan tâm, bảo, giúp đỡ thầy cơ, gia đình bạn bè Với lòng biết ơn vơ sâu sắc, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô trường Đại Học Khoa Học - Đại Học Thái Nguyên tâm huyết truyền đạt cho chúng em vốn kiến thức quý báu suốt hai năm học Thạc sỹ trường Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Thế Bình tận tâm bảo hướng dẫn em qua buổi học, thực hành , tạo mẫu, phòng thí nghiệm, buổi thảo luận đề tài nghiên cứu Nhờ có lời hướng dẫn dạy bảo đó, luận văn em hoàn thành xuất sắc Một lần em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy Do vốn kiến thức em hạn chế thời gian nghiên cứu có hạn nên q trình làm luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận ý kiến đóng góp q Thầy Cơ bạn lớp để luận văn em hoàn thiện Thái Nguyên, tháng 10 năm 2018 Học viên Nguyễn Thị Thu Hà ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VÀ SƠ ĐỒ v MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO KIM LOẠI BẰNG ĂN MÒN LASER 1.1 Hạt nano kim loại số thuộc tính 1.1.1 Vật liệu nano hạt nano kim loại 1.1.2 Một số thuộc tính hạt nano 1.1.3 Hạt nano vàng số ứng dụng 1.2 Các phương pháp chế tạo hạt nano kim loại 1.2.1 Phương pháp khử vật lí 1.2.2 Phương pháp khử hóa học 1.2.3 Phương pháp khử hóa lí 1.2.4 Phương pháp khử sinh học 1.2.5 Phương pháp ăn mòn laser 1.3 Phương pháp chế tạo hạt nano kim loại ăn mòn laser 1.3.1 Khái niệm ăn mòn laser 1.3.2 Cơ chế ăn mòn laser 1.3.3 Cơ chế hình thành hạt nano kim loại ăn mòn laser chất lỏng 12 Chương CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 16 2.1 Hóa chất sử dụng 16 2.1.1 Vàng 16 2.1.2 Chất lỏng 16 iii 2.2 Hệ thiết bị chế tạo hạt nano kim loại laser 17 2.2.1 Sơ đồ hệ thiết bị chế tạo hạt nano kim loại ăn mòn laser 17 2.2.2 Quy trình chế tạo 18 2.2.3 Laser Nd;YAG [9] 19 2.3 Các phương pháp đo đạc 21 2.3.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X 21 2.3.2 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 23 2.3.3 Phương pháp quang phổ hấp thụ (UV-VIS) 25 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 27 3.1 Nghiên cứu chế tạo hạt nano Au nước khử ion 27 3.1.1 Khảo sát phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch keo vàng nước khử ion 27 3.1.2 Khảo sát giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu hạt nano vàng 28 3.1.3 Khảo sát ảnh TEM phân bố kích thước hạt keo nano vàng 29 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng công suất laser 30 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian chiếu sáng laser 31 3.2 Nghiên cứu chế tạo hạt nano Au nước cất 32 3.3 Nghiên cứu chế tạo hạt nano Au số dung dịch khác 34 3.4 Khảo sát độ bền vững hạt nano Au 37 KẾT LUẬN 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO 40 iv DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VÀ SƠ ĐỒ Hình 1.1: Ảnh chụp nhanh từ mơ hình MD phương pháp ăn mòn laser vật liệu rắn minh họa cho trình khác phát tán mạnh vật liệu 11 Hình 1.2: Mơ hình chế ăn mòn laser mơi trường chất lỏng 12 Hình 1.3 Hạt nano vàng với kích thước khác 14 Hình 1.4: (i) Sự thay đổi kích thước trung bình phân bố kích thước hạt nano vàng dung dịch dextran có nồng độ khác (ii) Ảnh TEM hạt nano vàng chế tạo nước (a), g/L dextran (b), mM  - cyclodextrin (c), g/L chitosan (d) g/L  ,  -dithiol poly (N isopropylacrylamide)] 14 Hình 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm ăn mòn laser 18 Hình 2.2: Đầu laser 19 Hình 2.3: Power supply 20 Hình 2.4: Bộ điều khiển 20 Hình 2.5: Máy nhiễu xạ tia X D5005 Trung tâm Khoa học Vật liệu21 Hình 2.6: Ảnh chụp hệ đo phổ hấp thụ UV-2450 Shimadzu 26 Hình 3.1: Mẫu hạt nano vàng nước khử ion 27 Hình 3.2: Phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch keo nano vàng nước khử ion 28 Hình 3.3: Phổ nhiễu xạ tia X hạt nano vàng chế tạo nước khử ion, công suất laser 400 mW, thời gian chiếu 15 phút 28 Hình 3.4: Ảnh TEM phân bố kích thước hạt nano vàng nước khử ion 30 Hình 3.5: Phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch keo nano vàng nước khử ion thời gian chiếu phút, cơng suất laser trung bình 250mW (a) 400 mW (b) 550mW(c) 31 v Hình 3.6: Phổ hấp thụ UV-Vis keo nano vàng nước khử ion chế tạo với thời gian chiếu phút (a), 15 phút (b) 23 phút, công suất laser trung bình 400 mW 32 Hình 3.7: Phổ hấp thụ (a) Phổ nhiễu xạ tia X (b) hạt nano vàng nước cất 33 Hình 3.8: Ảnh TEM phân bố kích thước hạt nano vàng nước cất 33 Hình 3.9: Phổ hấp thụ hạt nano vàng nước khử (a), nước cất (b), dung dịch NaOH mM (c) NaCl mM (d) 34 Hình 3.10: Ảnh TEM phân bố kích thước hạt nano vàng dung dịch NaCl mM 35 Hình 3.11: Ảnh TEM phân bố kích thước hạt nano vàng dung dịch NaOH mM 36 Hình 3.12 Phổ hấp thụ hạt nano vàng nước khử (a), nước cất (b), dung dịch NaOH mM (c) NaCl mM (d) theo thời gian 37 vi MỞ ĐẦU Công nghệ vật liệu nano ngày khẳng định ứng dụng rộng lớn nhiều lĩnh vực Trong cấu trúc nano, cấu trúc hạt nano kim loại thu hút nhiều quan tâm nhà khoa học giới tính chất ưu việt mà dạng khối kim loại khơng thể có Hạt nano kim loại trở thành vật liệu đầy hứa hẹn sử dụng vào nhiều mục đích khác như: thiệt bị quang học phi tuyến, sensor sinh học, tạo ảnh sinh học, tác nhân diệt khuẩn, dẫn thuốc, chữa bệnh ung thư…[1] Do khả ứng dụng to lớn nhiều lĩnh vực, nên có nhiều phương pháp vật lý hóa học nghiên cứu phát triển để chế tạo hạt nano kim loại Trong số phương pháp chế tạo, phương pháp ăn mòn laser phương pháp độc đáo, đơn giản mang lại hiệu rõ rệt, chế tạo hạt có kích thước vài nano với độ tinh khiết cao Ở Việt Nam, phương pháp ăn mòn laser bước đầu nghiên cứu, song mẻ Những hạt nano với tính chất quang đặc trưng, chất hoạt hoá bề mặt kích thước thích hợp tạo nhiều ứng dụng lớn sinh học y học Kim loại quý, đặc biệt vàng, hạt nano có tiềm lớn việc chuẩn đoán điều trị ung thư dựa tượng cộng hưởng plasma bề mặt(SPR) nhằm nâng cao khả hấp thụ phân tán ánh sáng Sự kết hợp hạt nano vàng với mục tiêu đặc biệt để đánh dấu sinh học tế bào ung thư cho phép việc tạo ảnh phát phần tử đặc biệt bệnh ung thư Thêm nữa, hạt nano vàng có khả biến đổi hiệu hấp thụ mạnh ánh sáng vùng nhiệt mà lợi dụng để lựa chọn phương pháp chữa bệnh ung thư laser Dựa tài liệu tham khảo, đánh giá khả thực nghiên cứu, xu hướng phát triển nghiên cứu, định thực đề tài: Nghiên cứu chế tạo tính chất quang hạt nano kim loại Au kỹ thuật laser xung nano giây ● Mục đích nghiên cứu đề tài: + Nghiên cứu sở lý thuyết thực nghiệm phương pháp chế tạo hạt nano kim loại ăn mòn laser + Nghiên cứu sử dụng laser xung nano giây Nd:YAG chế tạo hạt nano vàng từ vàng tinh khiết số chất lỏng khác Khảo sát ảnh hưởng môi trường chất lỏng lên hình thái kích thước hạt nano vàng chế tạo phương pháp ăn mòn laser + Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng thông số laser lên hình thái kích thước hạt nano vàng chế tạo phương pháp ăn mòn laser ● Phương pháp nghiên cứu: Kết hợp tìm hiểu lý thuyết với tiến hành khảo sát đo đạc thực nghiệm Phương pháp lý thuyết: Từ tài liệu tham khảo thu thập đề tài sử dụng phương pháp phân tích, so sánh tổng hợp để phát vấn đề trình bày luận khoa học Phương pháp thực nghiệm: - Dùng kỹ thuật Laser chế tạo hạt nano vàng số chất lỏng - Dùng phương pháp phổ hấp thụ để khảo sát phổ cộng hưởng plassmon hạt nano vàng - Dùng phương pháp X- ray để tìm hiểu cấu trúc hạt nano vàng - Dùng kính vi điện tử truyền qua khảo sát hình thái kích thước hạt nano vàng ● Bố cục luận văn: + Mở đầu + Chương 1: Tổng quan phương pháp chế tạo hạt nano kim loại ăn mòn laser + Chương 2: Các thiết bị thực nghiệm phương pháp nghiên cứu + Chương 3: Kết nghiên cứu thảo luận + Kết luận + Tài liệu tham khảo Hình 2.6: Ảnh chụp hệ đo phổ hấp thụ UV-2450 Shimadzu Trong phép đo này, sử dụng cuvette làm thạch anh Các cuvette hoàn toàn phù hợp với mục đích khảo sát tượng cộng hưởng plasmon bề mặt thông qua phổ hấp thụ mẫu vùng khả kiến Các mẫu đo dạng dung dịch màu Mẫu cho vào cuvette cuvette thứ hai đựng chất so sánh sử dụng trình chế tạo mẫu Sau cuvette đặt vào giá mẫu đưa vào buồng đo mẫu Đậy nắp buồng đo mẫu để đảm bảo buồng đo mẫu hồn tồn tối khơng có ánh sáng bên ngồi lọt vào Sau phép đo, cuvette tráng nước cất Số liệu lưu trữ dạng file text 2.3.3.3 Xử lý số liệu Số liệu phổ hấp thụ xử lý phần mềm Origin 7.5 26 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu chế tạo hạt nano Au nước khử ion Sử dụng hệ sơ đồ thiết bị hình 2.1 quy trình chế tạo (đã trình bày hình 2.1 phần 2.2 chương 2) chúng tơi tiến hành chế tạo hạt nano vàng nước khử ion Kết thu dung dịch hình 3.1 Hình 3.1: Mẫu hạt nano vàng nước khử ion 3.1.1 Khảo sát phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch keo vàng nước khử ion Để xác định bước sóng hấp thụ cộng hưởng plasmon keo hạt nano chế tạo tiến hành đo phổ hấp thụ mẫu máy UV-2450 Trung tâm khoa học vật liệu - Đại học Khoa Học Tự Nhiên 27 Cường độ (a.u) Bước sóng (nm) Hình 3.2: Phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch keo nano vàng nước khử ion Quan sát phổ thu được, ta thấy đỉnh phổ hấp thụ hạt nano vàng tương ứng với bước sóng 523 nm Đây bước sóng nằm vùng hấp thụ cộng hưởng plasmon đặc trưng hạt nano vàng (Hình 3.2) 3.1.2 Khảo sát giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu hạt nano vàng Hình 3.3: Giản đồ nhiễu xạ tia X hạt nano vàng chế tạo nước khử ion, công suất laser 400 mW, thời gian chiếu 15 phút 28 Giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu hạt nano vàng trình bày hình 3.3 Kết giản đồ nhiễu xạ tia X cho thấy đỉnh phù hợp với đỉnh đặc trưng hạt nano vàng Trên hình 3.3, hai đỉnh giản đồ nhiễu xạ tia X vị trí góc 2θ 38.20, 44.80 tương ứng với mặt tinh thể (111), (200) mạng lập phương tâm mặt (fcc) tinh thể vàng Giản đồ nhiễu xạ tia X chứng tỏ vật liệu chúng tơi chế tạo luận văn xác hạt nano vàng Hạt nano vàng tạo phương pháp ăn mòn luận văn có cấu trúc lập phương tâm mặt đỉnh phản xạ ứng với góc 2θ = 38.2 số mặt (111) có cường độ mạnh Dựa vào giản đồ nhiễu xạ tia X, ta tính kích thước trung bình tinh thể hạt nano vàng theo công thức Scherrer: D k  cos với k = 0.94 λ bước sóng tia X, λ = 1.54056 Ao = 1.54056.10-10m β độ bán mở rộng vạch, β = 0.8 θ góc nhiễu xạ, 2θ = 380 thay vào phương trình ta tính kích thước tinh thể hạt Au: D = 19 nm Kết đo phổ hấp thụ UV - VIS đo giản đồ nhiễu xạ tia X mẫu hạt chứng tỏ chế tạo thành công keo hạt nano vàng nước khử ion 3.1.3 Khảo sát ảnh TEM phân bố kích thước hạt keo nano vàng Để xác định hình dạng, kích thước phân bố kích thước hạt, chúng tơi tiến hành khảo sát hạt nano vàng nước khử ion kính hiển vi điện tử truyền qua TEM Kết trình bày hình 3.4 29 Số hạt Bước sóng (nm) Hình 3.4: Ảnh TEM phân bố kích thước hạt nano vàng nước khử ion Hình 3.4 thể ảnh TEM phân bố kích thước hạt nano vàng chế tạo nước khử ion Chúng thực phép đo máy JEM 1010 - JEOL Viện vệ sinh dịch tễ Trung Ương Dung dịch hạt keo nano cần đo nhỏ giọt lên mạng lưới đồng bao phủ carbon để chúng khơ hồn tồn nhiệt độ phòng Để hạn chế kết tụ, trước nhỏ lên lưới đồng dung dịch keo rung siêu âm 30 phút Quan sát ảnh TEM ta thấy hạt nano sinh có nhiều kích thước khác đa số có hình dạng gần cầu Sau chụp TEM, ảnh TEM xử lý phần mềm ImagieJ Origin 7.5 để xác định phân bố kích thước hạt Phân bố kích thước hạt nano vàng nước khử ion khoảng từ tới 50 nm với kích thước hạt trung bình đo 23 nm 3.1.4 Khảo sát ảnh hưởng công suất laser Để xác định chế độ laser tối ưu khảo sát khảo sát kết đo phổ hấp thụ UV - VIS thay đổi công suất laser với điều kiện khác giữ khơng đổi Trên hình 3.5 kết đo phổ hấp thụ keo hạt nano Au chế tạo với cơng suất laser trung bình 250mW, 400mW 550mW, thời gian chiếu sáng phút 30 Cường độ (a.u) Bước sóng (nm) Bước sóng (nm) Hình 3.5: Phổ hấp thụ UV-Vis dung dịch keo nano vàng nước khử ion thời gian chiếu phút, công suất laser trung bình 250mW (a) 400 mW (b) 550mW(c) Quan sát phổ hấp thụ hình 3.5 cho thấy vị trí đỉnh phổ khơng đổi bước sóng 523nm, cường độ phổ hấp thụ ban đầu tăng cơng suất tăng, sau lại giảm Điều giải thích từ chế ăn mòn laser sau Khi cơng suất tăng hiệu suất ăn mòn laser tăng, số hạt nano kim loại tăng cường độ phổ hấp thụ tăng lên Tuy nhiên công suất laser tăng mạnh, lượng vật chất bốc từ bề mặt kim loại hấp thụ ánh sáng laser làm giảm hiệu suất ăn mòn 3.1.5 Khảo sát ảnh hưởng thời gian chiếu sáng laser Chọn công suất laser trung bình 400mW, chúng tơi khảo sát phổ hấp thụ mẫu chế tạo với thời gian chiếu sáng phút, 15 phút 23 phút với cơng suất 400mW bước sóng 1064nm khơng đổi Trên hình 3.6 kết thu 31 Cường độ (a.u) Bước sóng (nm) Hình 3.6: Phổ hấp thụ UV-Vis keo nano vàng nước khử ion chế tạo với thời gian chiếu phút (a), 15 phút (b) 23 phút, cơng suất laser trung bình 400 mW Kết cho thấy cường độ phổ hấp thụ tăng lên thời gian ăn mòn laser tăng từ phút đến 23 phút Khi thời gian chiếu sáng tăng lên, đỉnh phổ hấp thụ có xu hướng dịch chuyển phía sóng ngắn, tương ứng với lý thuyết Mie nghĩa có kích thước nhỏ dần Điều hạt nano Au sinh chịu tác dụng chùm laser tiếp tục ăn mòn , làm kích thước nhỏ Với khảo sát chúng tơi chọn chế độ laser cơng suất trung bình 400mW, thời gian chiếu sáng 15 phút 3.2 Nghiên cứu chế tạo hạt nano Au nước cất Giữ nguyên cơng suất trung bình 400 mW thời gian chiếu laser 15 phút, tiếp tục chế tạo hạt nano vàng nước cất Kết đo phổ hấp thụ nhiễu xạ tia X hạt nano Au chế tạo nước cất trình bày hình 3.7: 32 Cường độ (a.u) Bước sóng (nm) (b) (a) Hình 3.7: Phổ hấp thụ (a) Giản đồ nhiễu xạ tia X (b) hạt nano vàng nước cất Quan sát phổ hình 3.7 ta thấy vị trí đỉnh phổ hấp thụ cộng hưởng plasmon keo hạt nano Au nước cất dịch phía sóng ngắn (522nm) so với hạt nano Au chế tạo nước khử ion (523nm) Theo lý thuyết Mie, điều tương ứng với việc kích thước hạt nhỏ Để khẳng định khảo sát keo hạt nano Au kình hiển vi điện tử truyền qua TEM.(hình 3.8) Kết hình 3.8 cho thấy hạt nano có hình dạng gần cầu phân bố kích thước hạt khoảng 5-45 nm, kích thước trung bình 16nm, Số hạt nhỏ so với hạt nano vàng chế tạo nước khử ion Đường kính (nm) Hình 3.8: Ảnh TEM phân bố kích thước hạt nano vàng nước cất 33 Các kết thể vai trò ion mơi trường chất lỏng q trình ăn mòn laser Để làm sáng tỏ điều tiếp tục chế tạo hạt nano vàng nước có nồng độ ion tăng cường: nước cất pha muối NaOH nồng độ thấp 3.3 Nghiên cứu chế tạo hạt nano Au số dung dịch khác Chúng tiếp tục chế tạo hạt nano vàng dung dịch chứa ion khác cụ thể dung dịch NaCl 2mM dung dịch NaOH 2mM điều kiện ăn mòn laser (bước sóng 1064nm, cơng suất trung bình 400mW, thời gian chiếu sáng 15 phút) Để so sánh phổ hấp thụ hạt nano vàng chế tạo dung dịch NaOH mM NaCl mM trình bày hình 3.9 với phổ hấp thụ hạt nano vàng chế tạo nước nước cất nước khử ion Cường độ (a.u) Nước khử ion Nước cất Bước sóng (nm) Hình 3.9: Phổ hấp thụ hạt nano vàng nước khử (a), nước cất (b), dung dịch NaOH mM (c) NaCl mM (d) Quan sát phổ hấp thụ ta thấy rõ ràng rằng, đỉnh hấp thụ hạt nano vàng xung quanh 520 nm, nằm dải hấp thụ plasmon hạt nano 34 vàng Các phổ thu thể đỉnh hấp thụ nằm khoảng bước sóng 518nm đến 523 nm Đỉnh hấp thụ cộng hưởng hạt nano vàng nước khử ion, nước cất, NaOH 2mM NaCl 2mM 523nm, 522nm, 521nm 518 nm Khi kích thước hạt tăng đỉnh phổ hấp thụ dịch chuyển phía bước sóng dài Từ thấy mẫu trên, mẫu chế tạo dung dịch NaCl 2mM có kích thước hạt vàng nhỏ nhất, mẫu chế tạo nước khử ion thu hạt vàng có kích thước lớn Để kiểm chứng, chúng tơi tiến hành khảo sát kính kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) mẫu hạt nano vàng nước khử ion, nước cất, dung dịch NaOH 2mM, dung dịch NaCl 2mM Kết khảo sát hạt nano Au kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) cho thấy hạt nano sinh có dạng gần cầu, phân bố kích thước hạt hẹp nhiều so với nước cất nước khử ion Các hạt nano Au chế tạo dung dịch NaCl 2mM có phân bố khích thước tập trung khoảng - 10 nm, kích thước trung bình nm Số hạt (hình.3.10) Đường kính (nm) Hình 3.10: Ảnh TEM phân bố kích thước hạt nano vàng dung dịch NaCl mM 35 Như có mặt NaCl (ion Cl  Na+) dung dịch q trình ăn mòn làm giảm kích thước hạt trung bình, ngăn cản hình thành hạt nano lớn làm tăng hiệu suất hình thành hạt nano nhỏ [8] Các hạt nano vàng chế tạo dung dịch NaOH 2mM có kích thước hạt phân bố tập trung khoảng - 12 nm với đường kính trung bình Số hạt nm (hình.3.11.) Đường kính (nm) Hình 3.11: Ảnh TEM phân bố kích thước hạt nano vàng dung dịch NaOH mM Như kích thước trung bình hạt Au chế tạo dung dịch NaOH 2mM nhỏ so với kích thước hạt nước cất (16 nm) nước khử ion (23 nm) lại lớn so với dung dịch NaCl mM (5nm) Các kết hoàn toàn phù hợp với kết thu nghiên cứu phổ hấp thụ hạt nano vàng Ngoài ra, so với nước cất, dung dịch NaOH 2mM dung dịch NaCl 2mM, phổ hấp thụ hạt nano vàng nước khử ion rộng Trong dung dịch NaCl mM phổ hấp thụ nhọn Ở nước cất, dung dịch NaOH 2mM, phổ hấp thụ nhọn độ rộng phổ tăng nhẹ Sự khác giải thích dựa ảnh hưởng ion Cl  OH  Ion Cl  thể lực tương tác tĩnh điện với hạt nano vàng lớn so với OH  , 36 Cl  có khả ngăn cản kết tụ hạt nano tốt [8] Điều dẫn đến dung dịch NaCl tạo hạt nano vàng có kích thước nhỏ dung dịch NaOH 3.4 Khảo sát độ bền vững hạt nano Au Trong điều kiện bảo quản ta đánh giá độ bền vững hạt nano vàng dung dịch khác Hình 3.12 thể thay đổi phổ hấp thụ hạt nano vàng theo thời gian bảo quản nước khử ion, nước cất, dung dịch NaOH mM dung dịch NaCl 2mM Ngay sau chế tạo Sau 20 ngày Sau 50 ngày Bước sóng (nm) (a) (b) Cường độ (a.u) Cường độ (a.u) Ngay sau chế tạo Sau 20 ngày Sau 50 ngày Bước sóng (nm) Cường độ (a.u) Cường độ (a.u) Cường độ (a.u) Ngay sau chế tạo Sau 20 ngày Sau 50 ngày Bước sóng (nm) Ngay sau chế tạo Sau 20 ngày Sau 50 ngày (c) Bước sóng (nm) (d) Bước sóng (nm) Hình 3.12 Phổ hấp thụ hạt nano vàng nước khử (a), nước cất (b), dung dịch NaOH mM (c) NaCl mM (d) theo thời gian 37 Nhìn chung theo thời gian lưu giữ, mẫu chế tạo có xu hướng kết tụ, thể qua thay đổi phổ hấp thụ Cụ thể cường độ hấp thụ giảm xuống, phổ có xu hướng mở rộng đỉnh hấp thụ cộng hưởng bị dịch phía sóng dài Quan sát hình 3.12 ta thấy khác rõ nét độ bền vững hạt nano vàng bốn mơi trường chất lỏng Đối với ăn mòn nước khử ion độ bền vững hạt nano vàng thể qua thay đổi đáng kể phổ hấp thụ sau chế tạo 20 ngày 50 ngày Các hạt nano vàng ổn định tốt khoảng tuần Kết thu nước cất dường chưa có cải thiện đáng kể Phổ hấp thụ hạt nano vàng có xu hướng mở rộng, cường độ hấp thụ giảm theo thời gian Các hạt nano vàng nước cất giữ bền vững tối đa 20 ngày Trong trường hợp hạt nano vàng chế tạo dung dịch NaOH mM, phổ hấp thụ không thay đổi nhiều vòng tháng sau chế tạo, nhiên sau 50 ngày cường độ hấp thụ giảm mạnh Trong dạng phổ hấp thụ hạt nano vàng NaCl 2mM không thay đổi, điều thể chế tạo dung dịch NaCl hạt nano vàng bền vững Cụ thể hạt nano vàng ổn định vòng tháng 38 KẾT LUẬN Sau hoàn thành luận văn với để tài: “Nghiên cứu chế tạo tính chất quang hạt nano kim loại Au kỹ thuật laser xung nano giây” thu số kết sau: Nghiên cứu tìm hiểu sở lý thuyết thực nghiệm phương pháp chế tạo hạt nano kim loại ăn mòn laser Nghiên cứu sử dụng laser xung nano giây Nd: YAG chế tạo thành công hạt nano vàng từ vàng tinh khiết số chất lỏng khác Nghiên cứu khảo sát xác định ảnh hưởng công suất laser, thời gian chiếu sáng laser lên hình thái kích thước hạt nano vàng chế tạo phương pháp ăn mòn laser Nghiên cứu khảo sát xác định ảnh hưởng mơi trường chất lỏng lên hình thái kích thước hạt nano vàng chế tạo phương pháp ăn mòn laser Cụ thể thơng qua việc khảo sát hình thái kích thước hạt nano Au chế tạo nước khử ion, nước cất, dung dịch NaCl, dung dịch NaOH xác định làm rõ ảnh hưởng ion lên kích thước hạt Những kết có ý nghĩa đóng góp làm hồn thiện quy trình chế tạo hạt nano kim loại phương pháp ăn mòn laser, tạo hạt nano kim loại Au kích thước khác phục vụ yêu cầu ứng dụng thực tiễn 39 TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt http://thegioinano.com/nanoviet/content/view/1/21/ www.datrach.blogspot.com Phạm Văn Bền (2006), Quang phổ phân tử hai nguyên tử, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thế Bình (2005), Quang học, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội Nguyễn Thế Bình (2006), Quang phổ học thực nghiệm, NXB Giáo Dục II Tiếng Anh Aroca, R (2006), Surface-enhanced Vibrational Spectroscopy, Wiley, New Jersey, USA Mafune F., J Kohno, Y Takeda & T Kondow (2001), “Dissociation and aggregation of gold nanoparticles under laser irradiation” J Phys Chem B (105), 9050-9056 Bing Liu, Zhendong Hu and Yong Che, (2007), Ultrafast sources: Ultrafast lasers produce nanoparticles, America Catalog - Laser Nd:YAG Quanta - Ray Pro - 230, Spectra Physics, USA 10 Drew Myers (2006), Surfactant science and technology, WileyInterscience, United States of America 11 G.W.Yang (2007), “Laser ablation in liquids: Applications in the synthesis of nanocrystals”, ScienceDirect - Progress in Materials Science 52, 648698 12 Istruction manual UV-2450 Series User’s System Guide Shimadzu Corporation 13 E Hao, S Y Li, R C Bailey, S L Zou, G C Schatz, J T, Hupp, J Phys Chem B108 (2004) 1224 14 H J Kim, L C Bang anh J Onoe, Opt Laser Eng 47, 532 (2009) 15 R M Tilaki A Iraji zad and S M Mahdavi (2007), “ The effect of liquid environment on size and aggregation of gold nanoparticles prepared by pulsed laser ablation”, Journal of Nanoparticle Research 9, 853-860 40 ... NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ CÁC TÍNH CHẤT QUANG CỦA HẠT NANO KIM LOẠI Au BẰNG KỸ THUẬT LASER XUNG NANO GIÂY Ngành: Quang học Mã số: 8.44.01.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ QUANG HỌC Người hướng... thực nghiên cứu, xu hướng phát triển nghiên cứu, định thực đề tài: Nghiên cứu chế tạo tính chất quang hạt nano kim loại Au kỹ thuật laser xung nano giây ● Mục đích nghiên cứu đề tài: + Nghiên cứu. .. PHÁP CHẾ TẠO HẠT NANO KIM LOẠI BẰNG ĂN MÒN LASER 1.1 Hạt nano kim loại số thuộc tính 1.1.1 Vật liệu nano hạt nano kim loại 1.1.2 Một số thuộc tính hạt nano 1.1.3 Hạt nano vàng