Trường Đại Học Quy Nhơn Lớp cao học lý khóa 20 Họ tên: LÊ ĐỒNG MINH ĐỀ KIỂM TRA GIỮA KÌ HỌC PHẦN: VẬT LÝ VẬT LIỆU NANO ĐỀ BÀI: Hãy đề xuất/ xây dựng phương án chế tạo loại vật liệu nano trường/ đơn vị cơng tác ? BÀI LÀM Cơng nghệ nano, (tiếng Anh: nanotechnology) ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo ứng dụng cấu trúc, thiết bị hệ thống việc điều khiển hình dáng, kích thước quy mơ nanomet (nm, nm = 10−9 m) Vật liệu nano vật liệu chiều có kích thước nanomet Về trạng thái vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng khí Vật liệu nano tập trung nghiên cứu nay, chủ yếu vật liệu rắn, sau đến chất lỏng khí Về hình dáng vật liệu, người ta phân thành loại sau: - Vật liệu nano khơng chiều (cả ba chiều có kích thước nano, khơng cịn chiều tự cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano - Vật liệu nano chiều vật liệu hai chiều có kích thước nano, điện tử tự chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano - Vật liệu nano hai chiều vật liệu chiều có kích thước nano, hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng Ngồi cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite có phần vật liệu có kích thước nm, cấu trúc có nano khơng chiều, chiều, hai chiều đan xen lẫn Vật liệu nano chế tạo hai phương pháp: phương pháp từ xuống (top-down) phương pháp từ lên (bottom-up) Phương pháp từ xuống phương pháp tạo hạt kích thước nano từ hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ lên phương pháp hình thành hạt nano từ nguyên tử - Phương pháp từ xuống: Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thơ thành cỡ hạt kích thước nano Đây phương pháp đơn giản, rẻ tiền hiệu quả, tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu) Trong phương pháp nghiền, vật liệu dạng bột trộn lẫn với viên bi làm từ vật liệu cứng đặt cối Máy nghiền nghiền lắc, nghiền rung nghiền quay (còn gọi nghiền kiểu hành tinh) Các viên bi cứng va chạm vào phá vỡ bột đến kích thước nano Kết thu vật liệu nano không chiều (các hạt nano) Phương pháp biến dạng sử dụng với kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo biến dạng cực lớn(có thể >10) mà khơng làm phá huỷ vật liệu, phương pháp SPD điển hình Nhiệt độ điều chỉnh tùy thuộc vào trường hợp cụ thể Nếu nhiệt độ gia công lớn nhiệt độ kết tinh lại gọi biến dạng nóng, cịn ngược lại gọi biến dạng nguội Kết thu vật liệu nano chiều (dây nano) hai chiều (lớp có chiều dày nm) Ngồi ra, người ta thường dùng phương pháp quang khắc để tạo cấu trúc nano - Phương pháp từ lên: Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ nguyên tử ion Phương pháp từ lên phát triển mạnh mẽ tính linh động chất lượng sản phẩm cuối Phần lớn vật liệu nano mà dùng chế tạo từ phương pháp Phương pháp từ lên phương pháp vật lý, phương pháp hóa học kết hợp hai + Phương pháp vật lý: phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử chuyển pha Nguyên tử để hình thành vật liệu nano tạo từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang) Phương pháp chuyển pha: vật liệu nung nóng cho nguội với tốc độ nhanh để thu trạng thái vơ định hình, xử lý nhiệt để xảy chuyển pha vơ định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh) Phương pháp vật lý thường dùng để tạo hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cứng máy tính + Phương pháp hóa học: phương pháp tạo vật liệu nano từ ion Phương pháp hóa học có đặc điểm đa dạng tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp Tuy nhiên, phân loại phương pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel, ) từ pha khí (nhiệt phân, ) Phương pháp tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, + Phương pháp kết hợp: phương pháp tạo vật liệu nano dựa nguyên tắc vật lý hóa học như: điện phân, ngưng tụ từ pha khí, Phương pháp tạo hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano, Đề xuất phương án chế tạo xít sắt trường phương pháp đồng kết tủa, phương pháp PGS – TS Nguyễn Hoàng Hải nghiên cứu in tạp chí khoa học ĐHQG Hà Nội, khoa KHTN Công nghệ 24 (2004) 192 -204 Trong phương pháp kết tủa từ dung dịch, nồng độ chất đạt đến trạng thái tới hạn, dung dịch đột ngột xuất mầm kết tụ Các mầm kết tụ phát triển thơng qua q trình khuếch tán vật chất từ dung dịch lên bề mặt mầm trở thành hạt nano Để thu hạt có độ đồng cao, người ta cần phân tách hai giai đoạn hình thành mầm phát triển mầm Trong trình phát triển mầm, cần hạn chế hình thành mầm Các phương pháp sau phương pháp kết tủa từ dung dịch: đồng kết tủa, nhũ tương, polyol, phân ly nhiệt … Phương pháp đồng kết tủa phương pháp thường dùng để tạo hạt ơxít sắt, có hai loại phương pháp tạo ơxít sắt phương pháp hydroxide sắt bị oxi hóa phần chất oxi hóa già hóa hỗn hợp dung dịch có tỷ phần hợp thức Fe 2+ Fe 3+ dung mơi nước Phương pháp thứ thu hạt nano có kích thước từ 30nm – 100nm Phương pháp thứ hai thu hạt nano có kích thước từ 2nm – 15nm Bằng cách thay đổi pH nồng độ i ôn dung dịch mà người ta có kích thước hạt mong muốn đồng thời làm thay đổi diện tích bề mặt hạt hình thành./ ... phương pháp quang khắc để tạo cấu trúc nano - Phương pháp từ lên: Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ nguyên tử ion Phương pháp từ lên phát triển mạnh mẽ tính linh động chất lượng sản phẩm cuối... mầm kết tụ phát triển thơng qua trình khuếch tán vật chất từ dung dịch lên bề mặt mầm trở thành hạt nano Để thu hạt có độ đồng cao, người ta cần phân tách hai giai đoạn hình thành mầm phát triển... hình thành mầm Các phương pháp sau phương pháp kết tủa từ dung dịch: đồng kết tủa, nhũ tương, polyol, phân ly nhiệt … Phương pháp đồng kết tủa phương pháp thường dùng để tạo hạt ơxít sắt, có hai