5. Phương pháp nghiên cứu
1.3.2. Các phương pháp chế tạo hạt nano
Để chế tạo vật liệu nano có thể dựa theo hai phương thức:
- Phương thức từ dưới lên: là phương pháp tạo hạt nano từ các nguyên tử, phân tử hay ion.
- Phương thức từ trên xuống: là phương pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu.
Phương pháp kết tủa
Các phương pháp kết tủa từ dung dịch: đồng kết tủa, nhũ tương, phân ly nhiệt,… Trong đó phương pháp đồng kết tủa là một trong những phương pháp thường được dùng để tạo các hạt oxit sắt. Phương pháp này có hai cách để tạo oxit sắt: Phương pháp thứ nhất là. hydroxit sắt bị oxi hóa một phần bằng một chất oxi hóa nào đó và có thể thu được hạt nano có kích thước từ 3 – 10 nm và phương pháp thứ hai là già hóa hỗn hợp dung dịch có tỷ phần hợp thức Fe2+ và Fe3+ trong dung dịch nước và có thể tạo hạt nano có kích thước từ 2 – 15 nm.
22
Phương pháp nghiền bi
Nghiền bi là phương pháp tạo ra hợp kim bằng cơ học được sử dụng để tạo sự phân tán oxi, nhằm tăng cường sự pha trộn. Quy trình này liên quan đến việc trộn rất mạnh các vật liệu ban đầu dạng bột và các bi nghiền trong một lọ thủy tinh trong khoảng vài giờ. Sự tác động mạnh cho phép vật liệu ban đầu nằm giữa các viên bi nghiền để được va đập trong suốt quá trình va chạm của các viên bi. Sự va chạm này được lặp đi lặp lại sinh ra năng lượng đủ để tạo ra cấu trúc hạt nano không cân bằng, thông thường trong trạng thái vô định hình hay giả tinh thể. Gần đây, kỹ thuật này đã được ứng dụng để tổng hợp ferit spinel từ ZnFe2O4. Với phương pháp này ta có thể tạo ra hạt nano có kích thước khoảng 10 nm. Phương pháp này có ưu điểm là có thể thể tạo ra vật liệu kích thước nano với số lượng lớn, chi phí thấp. Song nó có nhược điểm là khó kiểm soát sự phân bố kích thước hạt và dễ bị lẫn tạp chất từ vật liệu làm bi nghiền nên thường dùng cho các ứng dụng vật lí.
Phương pháp vi nhũ tương
Vi nhũ tương cũng là một phương pháp được dùng khá phổ biến để chế tạo hạt nano. Với nhũ tương “nước trong dầu”, các giọt dung dịch nước bị bẫy bởi các phân tử chất hoạt động bề mặt trong dầu. Đây là một dung dịch ở trạng thái cân bằng nhiệt động trong suốt, đẳng hướng. Do sự giới hạn về không gian của các phân tử chất hoạt động bề mặt, sự hình thành, phát triển các hạt nano bị hạn chế và tạo nên các hạt nano đồng nhất. Kích thước hạt có thể từ 4 – 12 nm.
Phương pháp Polyol
Polyol là phương pháp thường dùng để tạo các hạt nano kim loại như Ru, Pd, Au, Co, Ni, Fe,... Sau này nó được mở rộng để tạo các hạt nanô dựa trên. Các hạt nano được hình thành trực tiếp từ dung dịch muối kim loại có chứa polyol (rượu đa chức). Polyol có tác dụng như một dung môi hoặc trong một số trường hợp như một chất khử ion kim loại. Tiền chất có thể hòa tan trong polyol rồi được khuấy và nâng đến nhiệt độ sôi của polyol để khử các ion kim loại thành kim loại. Bằng cách điều khiển động học kết tủa mà chúng ta có thể thu được các hạt kim loại với kích thước
23
và hình dáng như mong muốn. Người ta còn thay đổi phương pháp này bằng cách đưa những mầm kết tinh bên ngoài vào dung dịch. Như vậy quá trình tạo mầm và phát triển hạt là hai quá trình riêng biệt làm cho hạt đồng nhất hơn và kích thước có thể dao động từ 50 – 100 nm.
Phương pháp hóa sóng siêu âm
Phương pháp hóa sóng siêu âm là các phản ứng hóa học được hỗ trợ bởi sóng siêu âm cũng được dùng để tạo hạt nano oxit sắt. Các phản ứng hóa học xảy ra dưới tác dụng của sóng siêu âm như một dạng xúc tác [35]. Hóa sóng siêu âm được ứng dụng để chế tạo rất nhiều loại vật liệu nano như vật liệu nano xốp, nano dạng lồng, hạt nano, ống nano. Tuy nhiên các hạt cần phải có chế độ xử lý nhiệt mới có thể đạt được độ bão cao ở nhiệt độ phòng.
Phương pháp điện hóa
Phương pháp điện hóa cũng được dùng để chế tạo hạt nano oxit sắt từ tính. Dung dịch điện hóa là dung dịch hữu cơ. Thông thường ta sử dụng phương pháp điện phân để tạo các hạt nano có kích thước từ 3 – 8 nm. Sự phân tán của các hạt nano nhờ vào các chất hoạt động bề mặt [35].
Vật liệu nano được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau. Tùy theo nhu cầu ứng dụng mà sử dụng các phương pháp điều chế để tạo ra sản phẩm có những đặc trưng riêng về hình thái và tính chất.