Như trên chúng tôi đã trình bày quy trình chế tạo các mầm nano bạc AgNPs, kết quả dung dịch keo nano bạc được phân tích kích thước và hình dạng nhờ vào phương pháp TEM.
Hình 3.1. (a) Ảnh TEM của hạt mầm AgNPs. (b) Phân bố kích thước hạt tương ứng. (c-i) Ảnh SEM của sản phẩm tấm nano bạc hình thành sau khi được chiếu sáng bởi đèn LED xanh lá tương ứng trong 25 phút (Ag NPl1) (c), 35 phút (Ag NPl2) (d), 45 phút (Ag NPl3) (e), 55 phút (Ag NPl4) (f), 65 phút (Ag NPl5) (g), 75 phút (Ag NPl6) (h) và 95 phút
(Ag NPl8) (i).
Phân tích TEM trong hình 3.1a,b cho thấy hầu hết các hạt đều có dạng hình cầu hoặc tựa cầu với kích thước trung bình là 8 nm. Các ion bạc (Ag+) bị khử trong dung dịch nước bởi NaBH4 trong môi trường lạnh nước đá để tạo thành các hạt bạc dạng keo. Phản ứng hóa học giữa bạc nitrate và natri borohymide có thể được biểu diễn như sau:
2AgNO3 + 2NaBH4 2Ag + H2 + 2BH3 + 2NaNO3 (3.1) Các ion Ag+ bị NaBH4 khử thành bạc nguyên tử và NaBH4 bị oxy hóa thành hydro và borohydride (BH3) dưới dạng sản phẩm phụ. Các nguyên tử bạc tập hợp lại để tạo thành các hạt bạc kích cỡ nano mét. Quá trình này là do hiện tượng chín Ostwald [23], nơi các hạt nhỏ có xu hướng gắn vào các hạt lớn. Sự hình thành AgNPs được quan sát bằng sự thay đổi màu sắc của dung dịch từ không màu sang màu vàng trong quá trình phản ứng (Hình 3.2b). Nhờ vào việc bổ sung dung dịch kiềm như NaOH làm tăng pH của dung dịch (tức là tăng độ kiềm của dung dịch) và tạo thành kết tủa ở đáy dung dịch phản ứng, dẫn đến các hạt nano lớn. Điều này có thể được gây ra bởi sự di chuyển của các ion hydroxyl (OH-) đã gây ra sự va chạm của các nguyên tử Ag. AgNPs được hình thành có dạng hình cầu và phân tán tốt dưới sự hỗ trợ của tác nhân bọc (phân tử PVP). Các phân tử PVP đóng một vai trò quan trọng trong việc ổn định quá trình phản ứng và trong việc hình thành AgNPs, nơi PVP tạo thành một lớp tự lắp ráp trên hạt bạc, bảo vệ bề mặt khỏi bị hòa tan và tránh biến đổi hình dạng [24]. Cấu trúc PVP có polyvinyl khung xương với các nhóm phân cực chứa các nguyên tử nitơ và oxy. Các phân tử PVP liên kết với bề mặt của AgNPs thông qua nguyên tử nitơ trong phân tử của chúng. Do đó, PVP có thể bị hấp phụ một cách nhanh chóng trên bề mặt của các nguyên tử bạc, cản trở việc sử dụng bạc và làm giảm sự phát triển của hạt bạc, và dẫn đến việc tạo ra các hạt bạc nhỏ [17]. Các phân tử PVP liên kết với bề mặt hạt nano thông qua liên kết cộng hóa trị hoặc tương tác hóa học và tách các hạt bạc ra khỏi nhau, làm giảm sự hình thành các tập hợp lớn.
Phân tích ảnh SEM chi tiết cho phép đo độ dày và hình thái của các tấm nano Ag. Hình 3.1c hiển thị hình ảnh SEM của AgNPls tiếp xúc với đèn LED màu xanh lá trong 25 phút (Ag NPl1) với hình thái của các tấm nano dạng tam giác đều (chiều dài trung bình của cạnh khoảng 40 nm và độ dày 10 nm, tỷ lệ khung hình AR = 4). Khi tăng thời gian chiếu xạ lên 35 phút, sản phẩm là hỗn hợp các tấm nano hình tam giác và hình tam giác cụt góc, trong đó dạng tam giác là sản phẩm chiếm ưu thế (Ag NPl2, hình 3.1d). Nếu thời gian chiếu xạ được kéo dài thêm đến 45 phút, thì sản phẩm chính là các tấm nano hình tam giác được cắt ngắn bằng bạc với các đỉnh tròn (Ag NPl3, hình 3.1e). Tăng thời gian chiếu xạ lên 55 phút, 65 phút, 75 phút và 95 phút, các tấm nano bạc hình tam giác cắt ngắn dần dần được chuyển thành hình lục giác và cuối cùng thành các đĩa nano bạc với các cạnh tròn (AgNPl4, AgNPl5, AgNPl6, AgNPl7, AgNPl8, hình 3.1f-i). Các góc của hình lục giác trở nên tròn hơn
so với ở giai đoạn trước. Sản phẩm chính là hình lục giác và sản phẩm phụ là hình tam giác cắt ngắn và đĩa nano có đường kính trung bình là 50 nm. Kích thước cạnh của các tấm nano lớn hơn đáng kể so với độ dày của chúng, do đó mức độ dị hướng của các tấm nano bạc là cao.