CHẾ tạo PHỔ BIẾN (PHƯƠNG PHÁP vật lý) và ỨNG DỤNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA VẬT LÝ VẬT LÝ VẬT LIỆU NANO GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHẠM THÀNH HUY HỌC VIÊN: LÊ THỊ HỒNG HẢI LỚP: VẬT LÝ CHẤT RẮN – K20 CHỦ ĐỀ 9: TÍNH CHẤT, CÁC CÔNG NGHỆ PHỔ BIẾN CHẾ TẠO PHỔ BIẾN (PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ) VÀ ỨNG DỤNG CỦA NANO VÀNG (Au) Qui nhơn, ngày 24 tháng 01 năm 2018 MỞ ĐẦU Khoa học công nghệ nano phát triển mạnh mẽ, nghiên cứu công nghệ nano ứng dụng rộng rãi sống Vàng nguyên tố kim loại chuyển tiếp, khơng độc, có khả tương thích sinh học xem trơ tất kim loại Vàng nano vật liệu kích thước nano thu hút quan tâm nhiều nhà khoa học nước tồn kích thước nano Các hạt nano vàng xuất nhiều hoạt tính khác biệt so với trạng thái vật liệu khối như: có khả xúc tác phản ứng sinh hóa, thay dổi bước sóng hấp thụ theo kích thước hạt, mang đạc tính gắn kết với phân tử sinh học… Do mà hạt nano vàng có tiềm ứng dụng lớn công nghệ sinh học lĩnh vực xúc tác Hiện có nhiều phương pháp tổng hợp nên nano vàng như: Phương pháp điện hóa, phương pháp quang hóa, phương pháp chiếu xạ, phương pháp mầm… phương pháp tổng hợp nên nano vàng với hình dạng kích thước khác như: dạng hình cầu, dạng thanh, dạng sợi, dạng hính tam giác, hình lăng trụ, hình tứ diện , hình lập phương Mỗi hình dạng nano vàng lại có tính chất ứng dụng khác nhiều lĩnh vực Vì nghiên cứu “TÍNH CHẤT, CÁC CÔNG NGHỆ PHỔ BIẾN CHẾ TẠO PHỔ BIẾN (PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ) VÀ ỨNG DỤNG CỦA NANO VÀNG (Au)” điều tất yếu cần thiết NỘI DUNG I Tổng quan nano vàng Vàng tên ngun tố hố học có kí hiệu Au số nguyên tử 79 bảng tuần hoàn Là kim loại chuyển tiếp (hoá trị 1) mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng, màu vàng chiếu sáng thành khối, có màu đen, hồng ngọc hay tía cắt nhuyễn.Vàng khơng phản ứng với hầu hết hoá chất lại chịu tác dụng nước cường toan (aqua regia) để tạo thành axit cloroauric chịu tác động dung dịch xyanua kim loại kiềm Kim loại có dạng quặng hạt đá mỏ bồi tích số kim loại đúc tiền, có giá trị vơ to lớn sống người từ xưa tới Thời Trung Cổ, vàng thường xem chất có lợi cho sức khoẻ, với niềm tin thứ đẹp phải thứ tốt cho sức khoẻ Thậm chí số người theo chủ nghĩa bí truyền số hình thức y tế thay khác coi kim loại vàng có sức mạnh với sức khoẻ Một số loại muối vàng thực có tính chất chống viêm sử dụng y tế để điều trị chứng viêm khớp loại bệnh tương tự khác.Tuy nhiên, muối đồng vị vàng có giá trị y tế, nguyên tố (kim loại) vàng trơ với hố chất gặp thể Ở thời đại, tiêm vàng chứng minh giúp làm giảm đau sưng thấp khớp lao Ngày nay, nhờ vào tiến lĩnh vực khoa học Nano (Nanoscience), người ta xác định thêm nhiều đặc tính khác kim loại Khi khoa học công nghệ phát triển nhu cầu sử dụng ứng dụng sinh - y học, hạt vàng có thêm ứng dụng thực tiễn dạng đặc biệt là: hạt Nano vàng Hình 1: Hạt nano vàng (Au) với liên kết điện tích bề mặt dạng sản xuất tiêu thụ giới II Các tính chất hạt nano vàng Tính chất quang học: Tính chất quang học hạt nano vàng, 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 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 ánh sáng Thông 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 có dao động tập thể điện tử dẫn đến từ q trình tương tác với xạ sóng điện từ Khi dao động vậy, điện tử phân bố lại hạt nano làm cho hạt nano 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 hạt nano mơi trường xung quanh yếu tố ảnh hưởng nhiều Ngoài ra, mật độ hạt nano 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 Hình2: Dạng sản phẩm nano vàng sản xuất giới với kích thước khác có màu sắc khác tuỳ thuộc kích thước hạt (biểu thị nm) 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 thơng 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 lượng tử giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng lượng Hệ q trình lượng tử hóa hạt nano 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 với điện cực Tính chất từ: Các kim loại quý vàng, 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 Các kim loại có tính sắt từ trang thái khối kim loại chuyển tiếp sắt, ban, ni ken kích thước nhỏ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ Vật liệu trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh có từ trường khơng có từ tính từ trường bị ngắt đi, tức từ dư lực kháng từ hồn tồn khơng Tính chất lý: 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 giảm, nhiệt độ nóng chảy giảm Ví dụ, hạt vàng nm có Tm = 500°C, kích thước nm có Tm = 950°C Tính chất hóa (xúc tác vàng chất mang): Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác vàng chưa hiểu cách đầy đủ Nhưng tồn hạt nano vàng (