Chương 3 phương pháp chế tạo vật liệu nano

HỆ PHÂN TÁN Hệ phân tán là hệ bao gồm môi trường liên tục và các tiểu phân có kích thước nhỏ phân tán môi trường đó Môi trường phân tán Pha phân tán Khí Khí Lỏng Bọt Rắn Đá xốp, thuỷ tinh xốp Lỏng Rắn Sol khí (Sương mù, Mây) Sol khí (Khói, bụi) Nhũ tương Huyền phù và dung dịch keo Thuỷ tinh màu  Sol-Gel phương pháp hoá ướt thường dùng để chế tạo vật liệu (điển hình oxit kim loại) Phương pháp từ phần tử huyền phù dạng keo rắn (precursor) chất lỏng (sol) để tạo thành mạng lùi vô liên tục dựa tảng pha rắn (gel) thông qua chế phản ứng hóa học (thủy phân ngưng tụ)  Precursor phần tử ban đầu để tạo hạt keo (sol), tạo thành từ nguyên tố kim loại hay kim bao quanh ligand khác  Công thức chung precursor : M(OR)x với M kim loại R nhóm alkyl có công thức: CnH2n+1  Những hợp chất kim sử dụng phổ biến alkoxysilans Tetramethoxysilan (TMOS) ( Si(OCH3)4 ), Tetraethoxysilan (TEOS) ( Si(OC2H5)4 ) Ngoài có alkoxy khác Aluminate, Titanate Borat sử dụng phổ biến trình Sol-gel -Sol dùng để mô tả phân tán hạt keo chất lỏng Các hạt keo phần tử rắn có kích thước khoảng đến 100 nm, chứa khoảng vài chục vài trăm nguyên tử lực Van - đến Lực tương tác chúng vàWaals trạng trung der Cácthái phân tử gian dung dịch để tạo lẫn hạt lớn hạt chuyển va chạm làm động ngẫu nhiên Brown - Sol có thời gian bảo quản tới hạn hạt Sol hút dẫn đến đông tụ hạt keo  Sol tồn dung dịch đến thời điểm định hạt keo hút lẫn tạo thành phần tử lớn Các phần tử phát triển đến kích thước cỡ 1nm tùy thuộc vào xúc tác có mặt dung dịch mà chúng tiếp tục phát triển theo hướng khác     Sol tồn đến thời điểm mà hạt keo kết tụ lại với cấu trúc thành phần rắn, lỏng dung dịch liên kết chặt chẽ tạo nên chất kết dính gọi Gel Để tạo Gel, ta phải tăng nồng độ dung dịch, thay đổi độ pH tăng nhiệt độ để hạ rào cản tónh điện giúp cho hạt tương tác kết tụ với Sấy khô gel cách bay điều kiện bình thường, áp suất mao dẫn tăng làm cho mạng gel khô dần, hạt kết tụ lại với giảm thể tích so với ban đầu (5-10 lần so với gel ướt - wet gel ), ta thu sản phẩm gọi gel khô (xerogel ) Nếu gel loại dung môi cách sấy điều kiện siêu tới hạn (không có tiếp xúc pha lỏng , điều kiện siêu tới hạn nhiệt độ áp suất) sản phẩm nhận bị co gọi gel khí (aerogel) Quy trình cơng nghệ chế tạo hạt nano từ FeCl2:1,72g FeCl3:4,7g H2O:80ml Khuấy mạnh dung dịch 80°C + NaOH (1M - 3M) Dung dịch có chứa Fe3O4 Lắng với nam châm vĩnh cữu Sấy 90oC Sản phẩm Tổng hợp chất lỏng từ Quá trình tạo hoạt tính bề mặt (phủ) lên hạt Fe3O4 đuôi đầu CH3(CH2)8COOH (Decanoic acid) đuôi đầu cực C3H5(COOH)3 (Alginic acid) đầu cực Quy trình cơng nghệ chế tạo chất lỏng từ FeCl2: 1,72g FeCl3: 4,7g H2O: 80ml Khuấy mạnh dung dich 80°C + NH4OH (20 ml) CH3(CH2)8COOH: 1,2 g CH3-CO-CH3: 15 ml Khuấy 30 phút nhiệt độ 80°C Giử mẩu nhiệt độ phòng Rửa mẫu với dung dịch nước cất (200 ml) Dung dịch đồng kết tủa Fe3O4 + H2O (60 ml) Khuấy dung dịch 80oC (C6H8O6)n: 0,3g H2O: 15 ml Khuấy 30 phút nhiệt độ 80°C Giử mẩu nhiệt độ phòng Chất lỏng từ Chất lỏng từ Phương pháp tự sắp xếp (SAM) fonction terminale H2O : hydrolyse O H O H O H H2O CH3 O CH3 O HO Si HO CH3 O Si HO + CH3OH H2O Interactions hydrophiles : condensation O H O H O H HO HO + HO HO Si O Si HO + H2O HO O Si O HO HO : polymérisation latérale O HO Si O Si HO O Si O HO O O HO Si Si HO Monocouches greffées et robustes Fonctionnalisation des surfaces + H2O Phương pháp tự sắp xếp (SAM) Exemple avec des anticorps : formation de liaisons covalentes NH O OH O O Si O O H2N O SiO2 O Si O O SiO2 GPTS : (3-glycidyl propyl) triméthoxysilane Monocouche GPTS Brevet franỗais FR 2878622 (2004) V V Tsukruk et al., Langmuir, 2000, 16, 504 Agent de couplage SAM groupe terminal fonctionnalisé squelette θ groupe de tête substrat Monocouche SAM-glycidyle   Phương pháp này tạo CNTs nhờ hồ quang điện làm bốc bay hai carbon đặt điện cực cách khoảng 1mm, buồng kín với khí He có áp suất khoảng 50 – 700 mbar Cường độ dòng điện DC khoảng 50 – 100 A, điện áp DC khoảng 20V Nhiệt độ các điện cực đưa lên cao Hồ quang điện làm bốc bay carbon anode và lắng đóng Carbon cathode hình thành ớng carbon nano CNTs là MWNT trường hợp cathode là graphite, CNTs là SWNT điều kiện cathode doped chất xúc tác Ni, Co, Fe   Phương pháp tổng hợp lắng đọng pha hóa học (CVD) đạt cách đưa nguồn carbon thành thể khí, sử dụng nguồn lượng lượng plasma, nhiệt để bẻ gãy liên kết hợp chất carbon khí mêtan, CO, acetylen, tạo nguyên tử carbon Sau carbon khuyếch tán lên đế phủ lớp kim loại xúc tác Ni, Co, Fe CNTs sau hình thành lên đế tùy theo điều kiện phù hợp trì Phương pháp điều khiển tốc độ mọc CNTs đường kính ống nano Các phương pháp CVD gồm có PECVD (Plasma Enhanced CVD), TCVD (Thermal CVD), ACCVD (Alcohol Catalytic CVD), LCVD (Laser-assisted CVD) Hiệu suất buồng tăng cường môi trường khí ion (plasma), hình thành áp vào hiệu điện xoay chiều nhằm đốt nóng nhiệt độ cao Nhiệt độ buồng có thể giảm xuống khoảng dưới 300oC ... màu  Sol-Gel laø phương pháp hoá ướt thường dùng để chế tạo vật liệu (điển hình oxit kim loại) Phương pháp từ phần tử huyền phù dạng keo rắn (precursor) chất lỏng (sol) để tạo thành mạng lùi... XRD,góc tiếp xúc,… Chế tạo màng TiO2/PVA Quy trình cơng nghệ chế tạo hạt nano từ FeCl2:1,72g FeCl3:4,7g H2O:80ml Khuấy mạnh dung dịch 80°C + NaOH (1M - 3M) Dung dịch có chứa Fe3O4 Lắng với nam... trình tạo hoạt tính bề mặt (phủ) lên hạt Fe3O4 đuôi đầu CH3(CH2)8COOH (Decanoic acid) đuôi đầu cực C3H5(COOH )3 (Alginic acid) đầu cực Quy trình cơng nghệ chế tạo chất lỏng từ FeCl2: 1,72g FeCl3: