Chế tạo nano ag bằng phương pháp vật lý

BỘ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA VẬT LÝ Tiểu luận Môn: Vật Lý Vật Liệu Nano Đề tài: TÍNH CHẤT, CÁC CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO PHỔ BIẾN ( PHƢƠNG PHÁP VẬT LÝ) VÀ ỨNG DỤNG CỦA NANO BẠC Giảng viên giảng dạy : PGS -TS Phạm Thành Huy Học viên cao học : Võ Thị Hận Lớp : Vật lý chất rắn khóa 20 Quy Nhơn, tháng 02 năm 2018 PHẦN MỞ ĐẦU Từ xa xưa, loài người biết đến tác dụng sát khuẩn mạnh tự nhiên bạc Những đồ dùng, vật dụng gia đình vua chúa, người La Mã cổ hay vòng cổ, trang sức dành cho trẻ em… chất liệu bạc tráng bạc minh chứng cho điều Tuy nhiên, việc sử dụng ứng dụng khơng rộng rãi dùng bạc nguyên khối phủ bạc khối thường đắt Với phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật năm gần đây, công nghệ Nano đời tạo nên bước nhảy đột phá ngành điện tử, tin học, y sinh học ứng dụng rộng rãi đời sống gạc chữa bỏng phủ nano bạc, chất diệt khuẩn khử mùi máy lạnh – máy lọc nước, nước rửa rau sống Bạc dạng hạt nano, cho phép chúng tương tác dễ dàng với hạt khác tăng hiệu kháng khuẩn Hiệu lớn tới mức gam hạt nano bạc tạo tính chất kháng khuẩn tới hàng trăm mét vuông chất Hiện nay, sản phẩm làm hạt nano bạc quan FDA, EPA Mỹ, SIAA Nhật Bản thức phê chuẩn Chính tính chất ứng dụng đặc biệt nano Bạc tơi chọn đề tài “Tính chất, công nghệ chế tạo phổ biến (phƣơng pháp vật lý) ứng dụng nano Bạc” Dù cố gắng nhiều giới hạn kiến thức sai sót q trình thực tránh khỏi Rất mong nhận ý kiến đóng góp Thầy bạn để nghiên cứu sau đầy đủ sai sót PHẦN NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ NANO VÀ VẬT LIỆU NANO 1.1 Khái quát công nghệ nano Công nghệ nano 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 nanơmét (nm, nm = 10-9 m) Ở kích thước nano, vật liệu có tính đặc biệt mà vật liệu truyền thống khơng có thu nhỏ kích thước việc tăng diện tích mặt ngồi Ý tưởng công nghệ nano đưa nhà vật lí học người Mỹ Richard Feynman vào năm 1959, ông cho khoa học vào chiều sâu cấu trúc vật chất đến phân tử, nguyên tử vào sâu Nhưng thuật ngữ “công nghệ nano” bắt đầu sử dụng vào năm 1947 Nario Taniguchi nhà nghiên cứu trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả chế tạo cấu trúc vi hình mạch vi điện tử Cơ sở khoa học công nghệ nano: Công nghệ nano dựa sở khoa học chủ yếu sau: - Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lƣợng tử: Đối với vật liệu vĩ mô gồm nhiều nguyên tử, hiệu ứng lượng tử trung bình hóa với nhiều ngun tử bỏ qua thăng giáng ngẫu nhiên Nhưng cấu trúc nano có ngun tử tính chất lượng tử thể rõ ràng - Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nm, số ngun tử nằm bề mặt chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số ngun tử Chính hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt hiệu ứng bề mặt trở nên quan trọng làm cho tính chất vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu dạng khối - Kích thƣớc tới hạn: Các tính chất vật lý, hóa học vật liệu có giới hạn kích thước Nếu vật liệu mà nhỏ kích thước tính chất hồn tồn bị thay đổi Người ta gọi kích thước tới hạn Vật liệu nano có tính chất đặc biệt kích thước so sánh với kích thước tới hạn tính chất vật liệu Bảng 1.1: Độ dài tới hạn số tính chất vật liệu Lĩnh vực Tính chất điện Tính chất từ Tính chất Độ dài tới hạn (nm) Bước sóng điện tử 10-100 Quãng đường tự trung bình khơng đàn hồi 1-100 Hiệu ứng đường ngầm 1-10 Độ dày vách domain 10-100 Quãng đường tán xạ spin 1-100 Hố lượng tử 1-100 Tính chất quang Độ dài suy giảm Tính siêu dẫn Tính chất Xúc tác Siêu phân tử Miễn dịch 10-100 Độ sâu bề mặt kim loại 10-100 Độ dài liên kết cặp Cooper 0,1-100 Độ thẩm thấu Meisner 1-100 Tương tác bất định xứ 1-1000 Biên hạt 1-10 Bán kính khởi động đứt vỡ 1-100 Sai hỏng mầm 0,1-10 Độ nhăn bề mặt 1-10 Hình học topo bề mặt 1-10 Độ dài Kuhn 1-100 Cấu trúc nhị cấp 1-10 Cấu trúc tam cấp 10-1000 Nhận biết phân tử 1-10 1.2 Vật liệu nano 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 không chiều (cả ba chiều có kích thước nano, khơng cịn chiều tự cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano Hình 1.1: Hạt nano vàng - 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 Hình 1.2: Ống nano Cacbon - 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 CHƢƠNG 2: TÍNH CHẤT CỦA NANO BẠC 2.1 Bạc kim loại Hình 2.1: Kim loại Bạc Bạc kim loại mềm, dẻo, dễ uốn (cứng vàng chút), có hóa trị một, có màu trắng bóng ánh kim bề mặt có độ đánh bóng cao Bạc có độ dẫn điện tốt kim loại, cao đồng, giá thành cao nên khơng sử dụng rộng rãi để làm dây dẫn điện đồng Bạc nguyên chất có độ dẫn nhiệt cao nhất, màu trắng nhất, độ phản quang cao (mặc dù chất phản xạ tia cực tím kém) điện trở thấp kim loại Các muối halogen bạc nhạy sáng có hiệu ứng rõ nét bị chiếu sáng Kim loại ổn định khơng khí nước, bị mờ xỉn ôzôn, sulfua hiđrơ, hay khơng khí có chứa lưu huỳnh Cấu hình electron bạc: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1 Bán kính ngun tử Ag: 0,288 nm Bán kính ion bạc: 0,23 nm Bảng 2.1: Số nguyên từ Bạc đơn vị thể tích Kích thước hạt nano Số nguyên tử chứa Ag (nm) 31 3900 20 250000 2.2 Nano Bạc Hình 2.2: Nano Bạc Hạt nano bạc khái niệm để hạt có kích thước nano tạo thành từ bạc Người ta biết hạt nano bạc sử dụng từ hàng nghìn năm Màu nguyên thủy bạc màu xám bạc dạng khác bạc hấp thu tần sóng ánh sáng bạc kích thước nano có thay đổi theo tỷ lệ phản xạ ánh sáng chuyển sang màu vàng (hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt) Giả thiết 1g bạc (kích thước 10 micro) chứa 100 hạt, 1g nano bạc (kích thước 10 ~ 50 nano) chứa 10000 hạt Từ điểm này, để có hiệu việc sử dụng 1g bạc, ta cần sử dụng 0,01g nano bạc Điều có nghĩa hạt bạc phân bố vào đơn vị nhỏ (nanomete) Như vậy, kích thước hạt giảm hiệu ứng bề mặt tăng Chức đặc trưng nano bạc : hiệu cao, khử mùi, chống lại vi khuẩn không ảnh hưởng đến môi trường, không độc, không gây hại cho thể người, không gây dị ứng, tính siêu dẫn, hút ẩm… 2.3 Tính chất nano Bạc Những tính chất hạt nano xuất hệ nguyên lý giam cầm lượng tử cân xứng cao bề mặt nguyên tử, điều phụ thuộc trực tiếp vào kích thước hạt nano Sự điều chỉnh kích thước hạt nano dẫn tới thay đổi tính chất hạt, nguyên nhân chủ đề nhiều nghiên cứu Không giống với vật liệu khối có tính chất vật lý khơng thay đổi theo khối lượng hạt nano cho thấy khả thay đổi tính chất điện, từ quang học theo kích thước hạt Sự xuất hiệu ứng mức lượng không giống hạt nhỏ vật liệu khối, riêng rẽ, hiệu ứng giam cầm điện tử Vì thế, tính chất vật lý hạt nano xác định kích thước hạt Tính chất hạt nano Ag Hạt nano bạc có hai tính chất khác biệt so với vật liệu khối hiệu ứng bề mặt hiệu ứng kích thước Tuy nhiên, đặc điểm hạt nano bạc có tính kim loại, tức có mật độ điện tử tự lớn tính chất thể có đặc trưng riêng khác với hạt khơng có mật độ điện tử tự cao 2.3.1 Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nhỏ tỉ số số nguyên tử bề mặt tổng số nguyên tử (gọi tỉ số f )của vật liệu gia tăng Do nguyên tử bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất nguyên tử bên lòng vật liệu nên kích thước vật liệu giảm hiệu ứng có liên quan đến nguyên tử bề mặt, hay gọi hiệu ứng bề mặt tăng lên tỉ số f tăng Khi kích thước vật liệu giảm đến nm giá trị f tăng lên đáng kể Hiệu ứng bề mặt ln có tác dụng với tất giá trị kích thước, hạt bé hiệu ứng lớn ngược lại Ở khơng có giới hạn cả, vật liệu khối truyền thống có hiệu ứng bề mặt, có điều hiệu ứng nhỏ thường bị bỏ qua Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt vật liệu nano tương đối dễ dàng Bảng 2.2 2.3.2 Hiệu ứng kích thƣớc Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước vật liệu nano làm cho vật liệu trở nên kì lạ nhiều so với vật liệu truyền thống Đối với vật liệu, tính chất vật liệu có độ dài đặc trưng Độ dài đặc trưng nhiều tính chất vật liệu rơi vào kích thước nm Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn nhiều lần độ dài đặc trưng dẫn đến tính chất vật lý biết Nhưng kích thước vật liệu so sánh với độ dài đặc trưng tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất biết trước Ở khơng có chuyển tiếp cách liên tục tính chất từ vật liệu khối đến vật liệu nano Chính vậy, nói đến vật liệu nano, phải nhắc đến tính chất kèm vật liệu Ví dụ, kim loại, qng đường tự trung bình điện tử có giá trị vài chục nm Khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại, kích thước dây lớn so với quãng đường tự trung bình điện tử kim loại có định luật Ohm cho dây dẫn Định luật cho thấy tỉ lệ tuyến tính dịng đặt hai đầu sợi dây Bây thu nhỏ kích thước sợi dây nhỏ độ dài quãng đường tự trung bình điện tử kim loại tỉ lệ liên tục dịng khơng cịn mà tỉ lệ gián đoạn với lượng tử độ dẫn e2/ħ, e điện tích điện tử, ħ Planck Lúc hiệu ứng lượng tử xuất Có nhiều tính chất bị thay đổi giống độ dẫn, tức bị lượng tử hóa kích thước giảm Hiện tượng gọi hiệu ứng chuyển tiếp cổ điển-lượng tử vật liệu nano việc giam hãm vật thể không gian hẹp mang lại (giam hãm lượng tử) Hình 2.3: Sự mở rộng khe dải mức lƣợng nguyên tử với gia tăng kích thƣớc Mức lượng Fermi (EF) mức lượng đầy cao hệ thống trạng thái đáy Khe dải (Eg) hệ thống khe lượng trạng thái lượng cao thấp Trong hệ thống này, từ nguyên tử vật liệu khối, dàn trải lượng định mức độ choàng lên quỹ đạo (orbital) điện tử Điều kết hợp phân tử để hình thành orbital phân tử, xa để mở rộng cấu trúc dải, kim loại hay bán dẫn Giá trị Eg tương ứng với EF tách số electron tự cấu trúc dải mở rộng Với vật liệu khối, số electron tự cấu trúc dải số nguyên tử khối vật liệu Điều dẫn đến Eg nhỏ, quan sát nhiệt độ thấp Dưới nhiệt độ này, electron tự kim loại dễ dàng nhảy lên trạng thái lượng cao hơn, tự di chuyển cấu trúc Trong vật liệu bán dẫn, số electron tự đáng kể so với số nguyên tử Điều dẫn tới Eg cao nhiệt độ thường Như có nghĩa bán dẫn electron không di chuyển tự dẫn điện khơng có nguồn lượng kích thích 10 Mức lượng điện tử trung bình (khe Kubo) tính: Trong đó: -  khe Kubo - EF mức lượng Fermi vật liệu khối - n tổng số electron hóa trị hạt Ví dụ: hạt nano Ag với đường kính 3nm khoảng 1000 nguyên tử (tương ứng với 1000 electron hóa trị) có giá trị  khoảng ÷ 10meV Nếu lượng nhiệt, kT thấp khe Kubo hạt nano giống với kim loại tự nhiên, kT hạ xuống khe Kubo trở thành phi kim loại Tại nhiệt độ thường kT có giá trị khoảng 26 meV, hạt nano Ag cở 3nm biểu tính chất kim loại Tuy nhiên, kích cỡ hạt nano giảm đi, hay nhiệt độ thấp hạt nano thể tính chất phi kim loại Sử dụng học thuyết này, mức lượng Fermi kim loại Ag 5,5 eV, hạt nano Ag tính chất kim loại có 280 ngun tử nhiệt độ phịng Vì khe Kubo hạt nano nên có tính chất dẫn điện, nhạy từ (magnetic susceptibility) thể qua hiệu ứng kích thước lượng tử Những hiệu ứng dẫn tới khả ứng dụng hạt nano lĩnh vực xúc tác, quang học hay y học 2.4 Tính chất quang học Tính chất quang học hạt nano bạc trộn thủy tinh làm cho sản phẩm từ thủy tinh có màu sắc khác người La Mã sử dụng từ hàng ngàn năm trước Các tượng bắt nguồn từ tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) điện tử tự hạt nano bạc hấp thụ ánh sáng chiếu vào Kim loại có nhiều điện tử tự do, điện tử tự dao động tác dụng điện từ trường bên ngồi ánh sáng Thơng thường dao động bị dập tắt nhanh chóng sai hỏng mạng hay nút mạng tinh thể kim loại quãng đường tự trung bình điện tử nhỏ kích thước Nhưng kích thước kim loại nhỏ quãng đường tự trung bình tượng dập tắt khơng cịn mà điện tử dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích Do vậy, tính chất quang hạt nano bạc có dao động tập thể điện tử dẫn đến từ trình tương tác với xạ sóng điện từ Khi dao động vậy, điện tử phân bố lại hạt nano bạc làm cho hạt nano bạc bị phân cực điện tạo thành lưỡng cực điện Do xuất tần số cộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố yếu tố hình dáng, độ lớn 11 hạt nano bạc môi trường xung quanh yếu tố ảnh hưởng nhiều Ngoài ra, mật độ hạt nano bạc ảnh hưởng đến tính chất quang Nếu mật độ lỗng coi gần hạt tự do, nồng độ cao phải tính đến ảnh hưởng q trình tương tác hạt 2.5 Tính chất điện Tính dẫn điện kim loại tốt, hay điện trở kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự cao Đối với vật liệu khối, lí luận độ dẫn dựa cấu trúc vùng lượng chất rắn Điện trở kim loại đến từ tán xạ điện tử lên sai hỏng mạng tinh thể tán xạ với dao động nhiệt nút mạng (phonon) Tập thể điện tử chuyển động kim loại (dòng điện I) tác dụng điện trường (U) có liên hệ với thông qua định luật Ohm: U = IR, R điện trở kim loại Định luật Ohm cho thấy đường I-U đường tuyến tính Khi kích thước vật liệu giảm dần, hiệu ứng giam cầm lượng tử làm rời rạc hóa cấu trúc vùng lượng Hệ trình lượng tử hóa hạt nano bạc I-U khơng cịn tuyến tính mà xuất hiệu ứng gọi hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường I-U bị nhảy bậc với giá trị bậc sai khác lượng e/2C cho U e/RC cho I, với e điện tích điện tử, C R điện dung điện trở khoảng nối hạt nano bạc với điện cực 2.6 Tính chất từ Bạc có tính nghịch từ trạng thái khối bù trừ cặp điện tử Khi vật liệu thu nhỏ kích thước bù trừ khơng tồn diện vật liệu có từ tính tương đối mạnh 2.7 Tính chất nhiệt Nhiệt độ nóng chảy Tm vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết nguyên tử mạng tinh thể Trong tinh thể, nguyên tử có số nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi số phối vị Các nguyên tử bề mặt vật liệu có số phối vị nhỏ số phối vị nguyên tử bên nên chúng dễ dàng tái xếp để trạng thái khác Như vậy, kích thước hạt nano bạc giảm, nhiệt độ nóng chảy giảm 12 CHƢƠNG 3: CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHỔ BIẾN (PHƢƠNG PHÁP VẬT LÝ) VÀ ỨNG DỤNG CỦA NANO BẠC 3.1 Các công nghệ chế tạo phổ biến (phƣơng pháp vật lý) Có hai phương pháp để tạo vật liệu nano, phương pháp từ lên phương pháp từ xuống: phương pháp từ lên tạo hạt nano từ ion nguyên tử kết hợp lại với nhau, phương pháp từ xuống phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu Đối với hạt nano bạc phương pháp thường áp dụng phương pháp từ lên Nguyên tắc khử ion kim loại Ag+ để tạo thành nguyên tử Ag Các nguyên tử liên kết với tạo hạt nano Các phương pháp từ xuống dùng thời gian gần có bước tiến việc nghiên cứu theo phương pháp 3.1.1 Phƣơng pháp ăn mòn laser Đây phương pháp từ xuống Vật liệu ban đầu bạc đặt dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt Một chùm Laser xung có bước sóng 532 nm, độ rộng xung 10 ns, tần số 10 Hz, lượng xung 90 mJ, đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1-3 mm Dưới tác dụng chùm laser xung, hạt nano có kích thước khoảng 10 nm hình thành bao phủ chất hoạt hóa bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001 đến 0,1 M Hình 3.1: Ngun lí ăn mịn lazer Có hai q trình chi phối gây q trình ăn mịn: - Q trình ăn mịn nhiệt: q trình đốt nóng vật liệu hấp thụ photon - Q trình ăn mịn quang hóa: q trình hấp thụ photon để phá vỡ liên kết hóa học phân tử Đối với laser hoạt động vùng hồng ngoại khả kiến, trình quang 13 nhiệt chiếm ưu Với xạ laser vùng tử ngoại xa, lượng photon lớn lượng liên kết hóa học phân tử q trình quang hóa chiếm ưu Hai trình dều nguyên nhân gây q trình ăn mịn Trên thực tế hai q trình khơng tách riêng rẽ mà có mối quan hệ chặt chẽ với 3.1.2 Phƣơng pháp khử vật lí Phương pháp khử vật lí dùng tác nhân vật lí điện tử, sóng điện từ lượng cao tia gamma, tia tử ngoại, tia laser khử ion kim loại thành kim loại Dưới tác dụng tác nhân vật lí, có nhiều q trình biến đổi dung môi phụ gia dung môi để sinh gốc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại Ví dụ, người ta dùng chùm laser xung có bước sóng 500 nm, độ dài xung 6ns, tần số 10 Hz, công suất 12-14 mJ chiếu vào dung dịch có chứa AgNO3 nguồn ion kim loại Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) chất hoạt hóa bề mặt để thu hạt nano bạc 3.1.3 Phƣơng pháp khử hóa lí Đây phương pháp trung gian hóa học vật lí Ngun lí dùng phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano bạc Phương pháp điện phân thơng thường tạo màng mỏng kim loại Trước xảy hình thành màng, nguyên tử bạc sau điện hóa tạo hạt nano bạc bám lên điện cực âm Lúc người ta tác dụng xung siêu âm đồng với xung điện phân hạt nano bạc rời khỏi điện cực vào dung dịch 3.2 Ứng dụng nano Bạc 3.2.1 Cơ chế diệt khuẩn 3.2.1.1 Cơ chế diệt khuẩn ion bạc Hình 3.1: Ảnh minh họa chế diệt khuẩn nano bạc Tác dụng diệt khuẩn ion bạc thể chỗ ion bạc có khả biến đổi cấu trúc tế bào Các ion bạc kết hợp tác dụng với nhóm sulfate enzym có màng tế bào làm biến đổi hình thái màng dẫn đến việc cố định enzym từ 14 gây tổn thương cho màng tế bào vi khuẩn giúp ion bạc xâm nhập vào thể vi khuẩn dễ Bên thể vi khuẩn hạt ion bạc tiếp tục tác dụng với phận khác tế bào việc tác dụng với nhóm sulfate vị trí hoạt động enzym Chính tương tác ngun nhân để khử hoạt tính enzyme dẫn đến giết dần vi khuẩn Ngồi ra, ion bạc cịn có khả tác động đến nhóm phophorus phân tử tế bào Ion bạc tác dụng với AND làm cho vi khuẩn tái tạo mARN để chép tạo protein Biến đổi làm cho vi khuẩn phát triển chậm cuối bị tiêu diệt 3.2.1.2 Cơ chế diệt khuẩn hạt nano bạc Các hạt nano bạc có kích thước từ - 10nm thể tác động mạnh vi khuẩn Do kích thước nhỏ khả tác động thâm nhập hạt nano bạc qua lớp màng vi khuẩn tốt Vì thế, tác dụng diệt khuẩn bên thể vi khuẩn hiệu Đồng thời, kích thước nano diện tích bề mặt hạt nano lớn nhiều so với khối hạt Cho nên khả tương tác với vi khuẩn thông qua việc tiếp xúc bề mặt tăng lên Nếu kích thước hạt nano bạc nhỏ tốt Bởi vì, kích thước nhỏ đặc tính diệt khuẩn nêu lớn Khi hạt nano kim loại kích thước 5nm chúng có khả gây nên hiệu ứng điện tử tức biến đổi cấu trúc điện tử bề mặt Do đó, khả hoạt động bề mặt hạt nano phân tử tăng cường mạnh mẽ Kích thước hạt nano giảm phần trăm tiếp xúc phân tử tương tác tăng lên Các hạt nano bạc thường có dạng hình khối, số lượng mặt hình khối cho thấy khả tác dụng với vi khuẩn mức độ cao hay thấp Số lượng mặt nhiều khả diệt khuẩn cao Đồng thời, trình sử dụng hạt nano bạc thường dung dịch phân tán Nơi mà lượng nhỏ ion bạc che dấu đóng góp phần cho khả diệt khuẩn phân tử nano bạc Chưa có nghiên cứu chứng minh có vận chuyển hạt nano bạc qua màng protein Tuy nhiên, có dẫn chứng cho thấy hạt nano bạc vào bên tế bào điều cho thấy chúng tương tác với màng protein Mặc dù, người ta chưa tìm luận điểm xác thực đầy đủ hợp lý để giải thích tượng Tuy nhiên, từ kết thực nghiệm hàng loạt cơng trình nghiên cứu cho thấy hiệu diệt khuẩn hạt nano bạc phụ thuộc nhiều vào kích thước 3.2.2 Ứng dụng nano Bạc lĩnh vực đời sống Công nghệ nano công nghệ tiên tiến bậc có nhiều ứng dụng y học, điện tử, may mặc, thực phẩm v.v… Trong tương lai, cứu sống bạn khỏi bệnh ung thư, tạo quần áo chống bụi bẩn, chí thay đổi loại đồ ăn Ứng dụng công nghệ nano dường vô hạn 15 3.2.2.1 Trong nông nghiệp * Đối với trồng trọt - Phòng trị bệnh nấm, khuẩn virus gây (thay hồn thồn thuốc BVTV hóa học dùng để phòng trị bệnh trồng) Sử dụng Nano Bạc thường xuyên định kỳ theo giai đoạn sinh trưởng, phát triển giúp trồng ngăn ngừa chủ động từ xa dịch bệnh, giảm chi phí việc BVTV, tăng giá trị nơng sản phẩm - Nâng cao khả hấp thụ ánh sáng cho trồng qua làm Tăng hiệu suất quang hợp trồng, tăng cường vận chuyển dinh dưỡng quan dự trữ, giúp trồng tăng suất, sản lượng - Sử dụng Nano Bạc việc sản xuất giá đỗ rau mầm làm tăng chất lượng giá đỗ: giảm trình gây mùi q trình trồng rau mầm sản xuất giá đỗ, tăng thời gian bảo quản,tiêu diệt vi khuẩn nấm gây bệnh thối nhũn… - Bổ sung Nano Bạc vào nước cắm hoa, giúp hoa tươi lâu, kéo dài thời gian chơi hoa, giảm mùi hôi thối bệnh thối nhũn hoa * Đối với chăn nuôi gia súc, gia cầm Nano Bạc có tác dụng phịng trị bệnh thông qua việc phun Nano bạc môi trường sống vật nuôi Sử dụng dung dịch Nano Bạc (1-5ppm) pha loãng với nước phun định kỳ 7-10 ngày có tác dụng phịng bệnh tốt, nano bạc có tác dụng tiêu diệt nhóm vi khuẩn, nấm gây bệnh vật nuôi tồn môi trường sống Ngồi Nano Bạc cịn có tác dụng khử mùi chuồng trại, giúp khơng khí qua phịng bệnh cho vật ni cách chủ động (đặc biệt bệnh hô hấp) 3.2.2.2 Trong thủy sản Cải thiện môi trường ao nuôi, giảm mùi hôi nước Phòng đặc trị bệnh VSV đơn bào gây tôm, cá, ba ba, ếch (nấm, vi khuẩn virus gây bệnh) 16 Nano Bạc thể vai trò diệt khuẩn cực mạnh mơi trường nước Trong q trình di chuyển phân tán môi trường nước chúng vừa khử mùi tiêu diệt mầm bệnh Các hạt Nano Bạc tồn mơi trường nước q trình phân tán di chuyển chúng bám hút nên bề mặt tế bào vi khuẩn diệt chúng theo chế đặc thù Các hạt Nano Bạc mang điện tích dương, vi sinh vật (VSV) gây bệnh mang điện tích âm Nano Bạc vi khuẩn gây bệnh hút nhau, cần 3-4 hạt Nano Bạc bám vi khuẩn vi khuẩn khơng có hội sống sót, bề mặt tế bào vi khuẩn hạt Nano Bạc có kích thước nhỏ bé giải phóng liên tục ion Bạc, ion bạc tiêu diệt trực tiếp vi khuẩn thông qua chế khác (xem thêm phần chế diệt khuẩn Nano Bạc) Ngoài nano bạc kết hợp với nano kẽm oxit để trộn với thức ăn thủy sản giúp tăng cường hệ miễn dịch, chống nấm mốc thức ăn, hạn chế độc tố sản sinh từ thức ăn, giảm tối đa bệnh liên quan đến hệ tiêu hóa 3.2.2.3 Công nghệ Nano bạc đồ gia dụng Đối với sản phẩm gia dụng máy giặt, máy khử độc hoa qua, rau xanh Sản phẩm sử dụng công nghệ Nano bạn để “tiêu diệt” vi khuẩn nấm mốc, ngăn ngừa xâm nhập trở lại sau nhiều ngày Với tủ lạnh điều hòa, máy lọc khơng khí, ngun lý hoạt động cơng nghệ nano bạc ion bạc khơng điện phân máy giặt mà chúng khử trực tiếp khơng khí bị hút vào hệ thống lọc Hệ thống lọc không cho phép ion bạc ngồi mơi trường, chúng làm nhiệm vụ cô lập phân tử bụi vi khuẩn theo khơng khí vào trong, trả lại mơi trường (tủ lạnh hay phịng) khơng khí lành, có lợi cho sức khỏe giúp thực phẩm tươi ngon Ngồi số dịng tủ lạnh khơng sử dụng hệ thống lọc khí khử khuẩn, mà dùng lớp tráng ion bạc trực tiếp lên bề mặt bên tủ, có tác dụng diệt khuẩn vi khuẩn “va chạm” với bề mặt 17 Tủ lạnh phủ nano bạc Bình sữa phủ nano bạc Sơn nano bạc 3.2.2.4 Y sinh học Các hạt nano bạc dược sử dụng cảm biến sinh học nhiều xét nghiệm mà vật liệu hạt nano bạc sử dụng thẻ sinh học để phát hiện tượng Một cảm biến dựa dây nano bạc gắn khớp ngón tay để theo d i lực căng da liên quan đến uốn cong ngón 18 - Bằng cách kẹp vật liệu cách điện lớp chất dẫn dựa sợi nano bạc, nhà nghiên cứu có khả tạo thiết bị điện dung hay khả lưu trữ điện tích Khi chất dẫn bị ép, kéo hay chạm vào điện dung thay đổi Do thay đổi điều mang lại khả cảm biến cho thiết bị - “Công nghệ dựa biến dạng vật lý hay thay đổi trường điện “viền” - Thay đổi trường điện viền tương tự với chế dùng hình cảm ứng điện thoại cảm biến chúng tơi phát triển kéo giãn gắn lên nhiều bề mặt cong da người.” - Các nhà nghiên cứu cho biết cảm biến có loạt ứng dụng tiềm năng, từ sinh hóa, quân thể thao chi giả, robot hình cảm ứng dẻo Họ dùng cảm biến để giám sát cử động ngón tay trình diễn việc giám sát cử động đầu gối đối tượng thử nghiệm chạy, nhảy bước - Các cảm biến cho giám sát lực căng áp suất theo thời gian thực Điều đặc biệt quan trọng với ứng dụng robot học chi giả - Các cảm biến dùng để giúp phát triển chi giả phản ứng với chuyển động người dùng cung cấp phản hồi q trình sử dụng - Chúng dùng để tạo robot có khả cảm nhận môi trường cảm biến tích hợp vào quần áo để theo d i chuyển động hay giám sát sức khỏe thể chất người.” Điện thoại cảm ứng ứng dụng công nghệ cảm biến hạt nano bạc Hạt nano bạc ngăn lây nhiễm HIV: Nghiên cứu nhà khoa học Mexico ĐH Monterrey cho thấy phân tử nano bạc ngăn chặn khả lây nhiễm HIV dạng mầm bệnh lây truyền qua đường tình dục khác, mở hướng bào chế thuốc Trang tin MNT dẫn lời giải thích nhóm nghiên cứu loại protein tên gọi GP120 giúp HIV liên kết với tế bào hệ miễn dịch để lây nhiễm Qua thí nghiệm loại kem thoa âm đạo chứa hạt nano bạc mẫu mô màng nhầy cổ tử cung, họ nhận thấy phân tử nano bạc tự gắn kết với GP120 ngăn chặn hoạt động protein khiến HIV lan truyền Họ cho biết thuốc kem bắt đầu công hiệu phút kéo dài suốt 72 sau sử dụng Nhóm nghiên cứu thử 19 nghiệm thuốc chuột biến đổi gien để có tế bào miễn dịch giống người trước xem xét thử nghiệm lâm sàng người tương lai Với chế tác dụng tương tự, thuốc có khả ngănngừa virus papilloma người (HPV) số mầm bệnh lây qua đường tình dục khác lan truyền Trong tương lai không xa, công nghệ Nano giúp người chống lại bênh ung thư quái ác, bao gồm bênh ung thư khó chữa ung thư não, bác sĩ dễ dàng điều trị mà không cần mở hộp sọ bệnh nhân hay phương pháp hóa trị độc hại 3.2.2.5 Trong điện tử Nhắc đến công nghệ nano, bạn nghĩ đến dự án khoa học tiến hành giáo sư hàng đầu phịng thí nghiệm, cơng nghệ cao cấp tiên tiến Tuy nhiên thực tế bạn sử dụng số sản phẩm công nghệ nano lúc Những vi xử lý làm từ vật liệu nano phổ biến thị trường, số sản phẩm chuột, bàn phím phủ lớp nano kháng khuẩn Cơng nghệ nano đóng góp khơng nhỏ lĩnh vực điện tử, đặc biệt công nghệ lượng Pin nano tương lai có cấu tạo theo kiểu ống nanowhiskers Cấu trúc ống khiến cực pin có diện tích bề mặt lớn nhiều lần, giúp lưu trữ nhiều điện Trong kích thước viên pin ngày thu hẹp lại 20 3.2.2.6 Công nghệ nano ứng dụng may mặc Kể từ đầu năm 2000, ngành công nghiệp thời trang bước sang trang với việc áp dụng công nghệ nano số loại vải đặc biệt Một ý tưởng vô đặc biệt với loại quần áo có khả diệt vi khuẩn gây mùi khó chịu quần áo trở thành thực với việc áp dụng hạt nano bạc Các hạt nano bạc thu hút vi khuẩn tiêu diệt tế bào chúng Ứng dụng hữu ích áp dụng số mẫu quần áo thể thao đặc biệt sử dụng loại quần lót khử mùi Khơng dừng lại cơng dụng khử mùi, cơng nghệ nano biến áo bạn mặc thành trạm phát điện di động Sử dụng nguồn lượng gió, lượng mặt trời với cơng nghệ nano bạn sạc điện cho smartphone lúc nơi Ứng dụng cịn sử dụng rộng rãi với ý tưởng chế tạo buồm vật liệu nano, với khả chuyển hóa lượng tự nhiên thành điện Tuy nhiên ứng dụng trình thử nghiệm 21 Trang phục đƣợc làm hạt nano bạc 22 PHẦN KẾT LUẬN Qua thời gian tiếp cận học phần vật lý vật liệu nano thầy Phạm Thành Huy giảng dạy với tìm hiểu thân công nghệ nano nhận thấy: Nano Bạc có đặc điểm sau: - Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả phát xạ tia hồng ngoại xa, chống tĩnh - Khơng có hại cho sức khỏe người với liều lượng tương đối cao, khơng có phụ gia hóa chất - Có khả phân tán ổn định loại dung môi khác (trong dung môi phân cực nước dung môi không phân cực benzene, toluene) - Độ bền hóa học cao, khơng bị biến đổi tác dụng ánh sáng tác nhân oxy hóa khử thơng thường - Chi phí cho q trình sản xuất thấp - Ổn định nhiệt độ cao Chính ưu điểm nên nano Bạc ngày ứng dụng nhiều lĩnh vực đời sống Cuối em xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Phạm Thành Huy truyền đạt cung cấp cho em kiến thức bổ ích ngành cơng nghệ 23 Tài liệu tham khảo Tài liệu vật lý vật liệu nano - nano từ nano kim loại GS.TS Phạm Thành Huy Nghiên cứu chế tạo hạt nano Bạc khả sát khuẩn – Nguyễn Ngọc Hùng – Khóa luận tốt nghiệp đại học https://www.slideshare.net/8s0nc1/nghien-cuchtohtnanobcvakhnngsatkhuncanokl Nghiên cứu chế tạo hạt nano bạc dung dịch keo nano bạc theo phương pháp vi sóng https://text.xemtailieu.com/tai-lieu/nghien-cuu-che-tao-hat-nano-bac-va-dung-dichkeo-nano-bac-theo-phuong-phap-vi-song-761124.html Nghiên cứu phương pháp ăn mịn lazer để chế tạo hạt nano kim loại http://khotailieu.com/luan-van-do-an-bao-cao/tong-hop/nghien-cuu-phuong-phap-anmon-laser-de-che-tao-cac-hat-nano-kim-loai.html Tính chất đặc trưng nano bạc – nano silver http://www.stvnano.vn/2015/05/tinh-chat-ac-trung-cua-nano-bac-nano.html Vật liệu nano nano bạc https://text.123doc.org/document/2684857-tieu-luan-vat-lieu-hoc-vat-lieu-nano-vanano-bac.htm 24 ... hai phương pháp để tạo vật liệu nano, phương pháp từ lên phương pháp từ xuống: phương pháp từ lên tạo hạt nano từ ion nguyên tử kết hợp lại với nhau, phương pháp từ xuống phương pháp tạo vật. .. thước hạt nano bạc giảm, nhiệt độ nóng chảy giảm 12 CHƢƠNG 3: CÁC CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO PHỔ BIẾN (PHƢƠNG PHÁP VẬT LÝ) VÀ ỨNG DỤNG CỦA NANO BẠC 3.1 Các công nghệ chế tạo phổ biến (phƣơng pháp vật lý) Có... nano từ vật liệu khối ban đầu Đối với hạt nano bạc phương pháp thường áp dụng phương pháp từ lên Nguyên tắc khử ion kim loại Ag+ để tạo thành nguyên tử Ag Các nguyên tử liên kết với tạo hạt nano