Là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra từ phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang). Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phương pháp nguội nhanh). Phương pháp vật lý thường được dùng để tạo các hạt nano, màng nano…
1.5.3.1. Phương pháp nổ dây
Nguyên lý của phương pháp dựa trên hiện tượng phóng điện giữa hai điện cưc làm nóng chảy dây kim loại, sau đó được nguội thật nhanh tạo hạt nano trong dung dịch [97]. Ưu điểm: Vật liệu nano được tạo ra có độ tinh khiết cao, dễ tự động hóa. Nhược điểm: Cần có chất ổn định bề mặt để chống kết khối.
1.5.3.2. Phương pháp ăn mòn laze
Phương pháp ăn mòn laze là một quá trình loại bỏ các vật liệu từ một vật liệu rắn (hoặc đôi khi ở dạng lỏng) khi chiếu lên bề mặt của nó một tia laze [72], [75]. Một điểm đặc biệt của ánh sáng laze là nó có thể tập trung năng lượng với cường độ rất cao trên một vùng giới hạn của vật liệu. Khi ánh sáng laze chiếu tới vật liệu sẽ có xung laze năng lượng cao tập trung chiếu vào vật liệu. Khi dòng năng lượng của laze vượt giá trị ngưỡng ăn mòn của vật liệu, các liên kết hóa học của nó bị phá vỡ và vật liệu bị “vỡ” thành các mảnh nhỏ, thường các mảnh này là hỗn hợp của nguyên tử, các phân tử và ion. Hỗn hợp các mảnh nhỏ ở trạng thái rắn, khí và plasma thoát khỏi vùng tương tác, quá trình ăn mòn tương tự với sự bay hơi nhanh chóng của lớp bề mặt vật liệu. Ưu điểm: Vật liệu nano được tạo ra có độ tinh khiết cao, dễ tự
động hóa. Nhược điểm: thiết bị đòi hỏi độ phức tạp cao.
1.5.3.3. Phương pháp hồ quang điện
Hình 1. 1. Thiết bị điện phân điện áp cao 1 chiều hồ quang [100].
Phương pháp dựa trên hiệu ứng phóng điện hồ quang: hai điện cực anôt và catôt đường kính 1mm được đặt cách nhau khoảng 3 mm và đồng thời nhúng trong dung môi nước tinh khiết. Đặt vào hệ một điện thế xung một chiều 70 ÷ 100 V trong 2-3 giây, giảm xuống 20 ÷ 40 V trong 10 mili giây tạo ra dòng xung 4 A. Khi đó, giữa hai điện cực tạo ra một hồ quang điện trong nước tinh khiết. Nhiệt độ giữa hai điện cực lên tới vài nghìn độ C và thanh điện cực bị bốc hơi sau đó ngưng tụ và hòa tan vào nước tạo ra các cụm nguyên tử Ag kích thước nano trong nước. Các hạt nano có tính bền vững cao bởi lớp vỏ Ag2O/AgOH tích điện âm do ôxi sinh ra do nước bị nhiệt phân bởi nhiệt độ hồ quang. Quá trình điều chế kết hợp với khuấy từ để đồng đều thành phần và chống lại sự tích tụ các hạt nano. Ưu điểm: dễ thực hiện. Nhược điểm: Chỉ có thể áp dụng được cho các vật liệu kim loại.
1.5.3.4. Ưu nhược điểm của phương pháp vật lý
Ưu điểm: Vật liệu nano được tạo ra có độ tinh khiết cao. Có thể điều chỉnh kích thước hạt thông qua việc điều chỉnh thông số của quá trình công nghệ.
Nhược điểm: Các hạt nano cần có chất ổn định bề mặt để chống kết khối. thiết bị đòi hỏi độ phức tạp cao. Chỉ có thể áp dụng được cho các vật liệu kim loại.