Đáp án đề thi cuối học kỳ II năm học 2019-2020 môn Công nghệ Nano - ĐH Sư phạm Kỹ thuật

Đáp án đề thi cuối học kỳ II năm học 2019-2020 môn Công nghệ Nano hướng dẫn giải chi tiết các bài tập trong đề thi, tài liệu giúp người học ôn tập và củng cố kiến thức, giúp cho các bạn sinh viên nắm bắt được cấu trúc đề thi, dạng đề thi chính để có kế hoạch ôn thi một cách tốt hơn. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG Bộ mơn Cơng nghệ Vật liệu - Câu Đáp án bảng điểm cuối kỳ 2019-2020 Môn: Công nghệ Nano Mã mơn học: NATE331712 Đề thi có 01 trang Ngày thi: 28/07/2020 Thời gian: 90 phút SV không phép sử dụng tài liệu Lời giải Điểm  Hiệu ứng kích thước - Khi kích thước vật liệu giảm kéo theo tính chất chuyển động 0,5 điện tử thay đổi, xuất hiệu ứng lượng tử Điều dễ dàng giải thích: vật liệu vĩ mô gồm nhiều nguyên tử, hiệu ứng lượng tử trung bình hóa với nhiều ngun tử (1 µm3 có khoảng 1012 ngun tử) bỏ qua thăng giáng ngẫu nhiên - Nhưng cấu trúc nano có ngun tử tính chất lượng tử thể rõ ràng Ví dụ chấm lượng tử coi đại nguyên tử, có mức lượng giống nguyên tử Đây gọi tượng chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử Tính chất vận chuyển điện tử thay đổi ảnh hưởng kích thước tới hạn, tức yếu tố chiều dài đặc trưng  Hiệu ứng bề mặt 0,5 Khi vật liệu có kích thước nm, số ngun tử nằm bề mặt chiếm tỷ 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 nm khác biệt so với vật liệu dạng khối  Các hiệu ứng lượng tử 0,5 Sự chuyển động hạt vi mơ khoảng khơng gian có kích thước theo phương chuyển động so sánh với chiều dài đặc trưng (λ, λinel, λF) bị lượng tử hóa, dẫn đến thay đổi phổ lượng tính chất động lực hệ Các hiệu ứng vật lý không tuân theo định luật vật lý thông thường mà bị lượng tử hóa: trạng thái điện tử, trạng thái liên kết, chuyển động điện tử cấu trúc lớp dị thể, giam hãm/nhốt điện tử, dòng điện nano…  Hiệu ứng plasmon - Plasmon tính chất kết hợp dao động tập thể điện tử tự 0,5 hạt nano kim loại với kích thích ánh sáng tới Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt kích thích electron tự bên Trang1 vùng dẫn, dẫn tới hình thành dao động đồng pha Khi tần số photon tới với tần số dao động electron tự bề mặt, xuất hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt 0,5 - 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 hạt nano  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 mà khơng làm phá huỷ vật liệu 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) Ngoài ra, người ta thường dùng phương pháp quang khắc để tạo cấu trúc nano  Phương pháp từ lên 1,0 1,5 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, solgel…) từ pha khí (nhiệt phân ) Phương pháp tạo hạt Trang2 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 Về trạng thái vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng 1,0 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 - 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 Ngoài cách phân loại trên, thường gặp kiểu vật liệu 1,0 nano thông dụng sau: - Chấm lượng tử (quantum dot-QD): đám kết tụ ngun tử/phân tử có kích thước nhỏ khoảng 1- 10 nm QD gọi nano tinh thể (nanocrystals, NCs), thường có cấu trúc kiểu lõi-vỏ Trong trường hợp có thành phần liên kết bên ngồi (như phân tử hóa học hay sinh học), lên tới 15-20 nm - Nanocomposite): loại vật liệu đa pha (multiphase) hay nhiều pha có chiều thang nm (≤ 100 nm) Cũng hiểu nanocomposite composite mang ưu điểm tính chất vật liệu khác thường thang nm Vật liệu nanocomposite mở rộng cho tất hệ vật liệu dạng 1D, 2D, 3D vơ định hình, mà tạo từ thành phần có tính chất hoàn toàn khác biệt nhau, trộn lẫn với thang nm - Hợp chất hữu cao phân tử nano (nanopolymer): hạt độn (filled-particles) mạng polymer (polymer matrix) có kích thước nm - Gốm nano (nanoceramic): hạt độn (filled-particles) mạng gốm (ceramic matrix) có kích thước nm - Giọt nano (nanodroplet): giọt nhỏ có kích thước nano phân tán dung dịch Các điều kiện bên giọt cô lập so với môi trường dung dịch - Chất lỏng nano (nanofluidics): chất lỏng có chứa hạt có kích thước nano - Vật liệu sinh học nano (nanobiomaterials): Vật liệu có kích thước nano sử dụng y sinh học Trang3  Vật liệu nano bạc (Ag) - 0,5 ứng dụng: + Vật liệu khử khuẩn + Mực in phun dẫn điện + Là chất mang ứng dụng xử lý môi trường - 0,5 phương pháp chế tạo + Phương pháp hóa khử + Phương pháp chiếu Laser + Phương pháp vật lý - phương pháp đánh giá 0,5 + Đánh giá kích thước hạt ảnh TEM + Đánh giá cộng hưởng plasmon phổ UV-Vis + Đánh giá nồng độ nano bạc phổ AAS  Vật liệu nano vàng (Au) - 0,5 ứng dụng + Vật liệu xúc tác + Vật liệu quang điện + Nano vàng có đặc tính tự phát nhiệt tác dụng xạ laser Đặc tính sử dụng luân phiên hay bổ sung cho liệu pháp tia X chữa trị số bệnh ung thư 0,5 - phương pháp chế tạo + Phương pháp hóa khử + Phương pháp chiếu Laser + Phương pháp vật lý - phương pháp đánh giá + Đánh giá bề mặt ảnh SEM + Đánh giá cấu trúc vật liệu XRD + Đánh giá độ gồ ghề bề mặt AFM Trang4 0,5 ... thước nano phân tán dung dịch Các điều kiện bên giọt cô lập so với môi trường dung dịch - Chất lỏng nano (nanofluidics): chất lỏng có chứa hạt có kích thước nano - Vật liệu sinh học nano (nanobiomaterials):... Phương pháp vật lý - phương pháp đánh giá 0,5 + Đánh giá kích thước hạt ảnh TEM + Đánh giá cộng hưởng plasmon phổ UV-Vis + Đánh giá nồng độ nano bạc phổ AAS  Vật liệu nano vàng (Au) - 0,5 ứng dụng... độn (filled-particles) mạng polymer (polymer matrix) có kích thước nm - Gốm nano (nanoceramic): hạt độn (filled-particles) mạng gốm (ceramic matrix) có kích thước nm - Giọt nano (nanodroplet):