Phổ hấp thụ UV – Vis của dung dịch C-dots, nano bạc AgNPs chế tạo bằng phương pháp plasma tương tác dung dịch với nồng độ tiền chất AgNO3 1 mM và dung dịch composit C-dots/Ag chế tạo từ C-dots và AgNO3 1 mM được thể hiện trên hình 3.16.
Hình 3.16. Phổ hấp thụ UV –Vis của dung dịch C-dots, AgNPs và dung dịch
Đỉnh hấp thụ plasmon của dung dịch AgNPs độc lập (đường số 2) là 401 nm đặc trưng cho nano bạc cĩ kích thước cỡ < 10 nm. Phổ hấp thụ của C-dots (đường số 1) cĩ dải hấp thụ mạnh ở vùng tử ngoại (dưới 400 nm) với đỉnh cực đại ~ 270 nm. Phổ hấp thụ của C-dots/Ag (đường số 3) là tổng hợp phổ hấp thụ của AgNPs và C-dots, tuy nhiên đỉnh hấp thụ của AgNPs với đỉnh hấp thụ vào khoảng 391 nm và đỉnh hấp thụ mạnh của C-dots là 267 nm. Điều đĩ chứng tỏ đã cĩ sự hình thành liên kết giữa C-dots và AgNPs.
Hình 3.17. Hình thái học của C-dots/Ag nanocomposit chế tạo bằng phương pháp
tương tác plasma tác-dung dịch
Ảnh hiển vi điện tử truyền qua TEM của mẫu C-dots/Ag nanocomposit (Hình 3.17) cho thấy phần lớn các hạt nano C-dots được gắn lên bề mặt của các hạt AgNPs, tuy nhiên vẫn xuất hiện một vài hạt AgNPs độc lập. Các hạt AgNPs ở đây cĩ kích thước cỡ 5 nm và cĩ dạng gần cầu (Hình 3.17, bên phải). Như chúng ta đã biết phổ hấp thụ của hạt nano AgNPs độc lập ở kích thước này thường cĩ đỉnh hấp thụ ở ~ 400 nm và cũng thể hiện trong phổ hấp thụ của dung
dịch AgNPs độc lập chế tạo bằng phương pháp plasma tương tác dung dịch. Tuy nhiên trong mẫu C-dots/Ag nanocomposit, các hạt AgNPs cĩ kích thước như vậy lại cĩ phổ hấp thụ dịch về phía xanh khoảng 8 nm. Điều này chứng tỏ các hạt nano C-dots đã được gắn lên AgNPs. Đối với một số hạt cĩ kích thước lớn hơn thì dễ dàng quan sát thấy sự liên kết giữa các C-dots và AgNPs (Hình 3.17, bên trái).
KẾT LUẬN
Qua thời gian nghiên cứu đề tài luận văn rút ra một số kết luận như sau:
1. Đã chế tạo thành cơng một bộ nguồn điện áp cao để làm nguồn kích cho hệ chế tạo vật liệu nano bằng phương pháp tương tác plasma-dung dịch. Bộ nguồn hoạt động ở chế độ DC với điện thế ~ 5 kV, tần số 50 Hz và dịng điện ~ 18 mA.
2. Đã xây dựng thành cơng được một hệ thiết bị chế tạo các vật liệu nano nhờ sử dụng bộ nguồn cao áp ở trên (hệ microplasma). Hệ microplasma dùng để chế tạo các hạt nano dựa trên nguyên lý của sự tương tác của plasma-dung dịch, gồm hai điện cực được đặt trong một cốc chứa dung dịch tiền chất (trong đĩ 1 điện cực nhúng ngập trong dung dịch và 1 điện cực đặt cách mặt chất lỏng khoảng từ 3-5 mm) cùng với bộ dẫn khí. Hệ cĩ thể hoạt động với một số loại khí khác nhau như khơng khí, khí oxy, khí ozon, khí trơ (He, Ar...) ở áp suất khí quyển.
3. Đã thử nghiệm chế tạo thành cơng các hạt nano Ag bằng hệ microplasma ở trên. Kết quả cho thấy, các hạt nano Ag chế tạo bằng phương pháp microplasma cĩ dạng tựa cầu với kích thước hạt cỡ từ 5-10 nm. Đã giải thích rõ cơ chế hình thành các hạt nano Ag dưới sự tương tác của tia plasma với dung dịch tiền chất.
4. Đã thử nghiệm chế tạo thành cơng các hạt nano carbon (C-dots) bằng hệ microplasma. Kết quả cho thấy, các hạt C-dots cĩ dạng hình tựa cầu với kích thước 2-3 nm, phân tán khá đều trong dung dịch. Dung dịch C-dots cĩ khả năng phát quang khá mạnh trong vùng ánh sáng xanh. Ngồi ra, C- dots mang đầy đủ các đặc tính của các hạt nano carbon chẳng hạn như sự phụ thuộc của đỉnh phổ phát xạ vào bước sĩng kích thích.
5. Đã bước đầu chế tạo thành cơng vật liệu nanocomposit giữa C-dots và nano bạc AgNPs. Kết quả cho thấy các hạt nano C-dot với kích thước nhỏ hơn đã bám vào bề mặt của các hạt AgNPs.
Hƣớng phát triển tiếp theo của đề tài
- Tối ưu hệ chế tạo mẫu bằng sự tương tác plasma-dung dịch.
- Mở rộng thử nghiệm nghiên cứu chế tạo các vật liệu nano kim loại khác (Au, Cu, Pt, Al...), các vật liệu oxit (Fe3O4, CuO2, ZnO, SiO2...), vật liệu phi kim (Au-Ag, Au-Cu, Au-Pt....) và các vật liệu composit (TiO2/Ag, TiO2/Au, GO/Au, GO/Au...) dựa trên hệ thiết bị phát plasma này.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Yan BH, Wang Q, Jin Y, Cheng Y (2010). Dry reforming of methane with carbon dioxide using pulsed DC arc plasma at atmospheric pressure. Plasma Chem. Plasma Process 30: 257–266
2. Pawel Pohl (2019). Plasma-Based Synthesis and Modification of Nanomaterials.
Nanomaterials 9, 278
3. Nagendra Kumar Kaushik et al (2019). Plasma and Nanomaterials: Fabrication and Biomedical Applications. Nanomaterials (Basel). 9(1): 98.
4. Sharmaa Utkarsh, Sharmaa Mahadev, Chattopadhyayb, V.N.Shuklaa (2018). Advance Applications of Nanomaterials: A Review. Materials Today: Proceedings. Volume 5, Issue 2, Part 1, 6376-6380.
5. B. M. Mu˜noz-Flores, B. I. Kharisov, V. M. Jim´enez-P´erez, P. Elizondo Mart´ınez, and S. T. L´opez (2011). Recent advances in the synthesis and main applications of metallic nanoalloys, Industrial & Engineering Chemistry Research, vol. 50, no.13, 7705–7721.
6. T. A. Kareem and A. A. Kaliani (2012). Glow discharge plasma electrolysis for nanoparticles synthesis, Ionics, vol. 18, no. 3, 315–327.
7. Tamura, S.; Mashimo, T.; Yamamoto, K.; Kelgenbaeva, Z.; Ma, W.; Kang, X.; Koinuma, M.; Isobe, H.; Yoshiasa, A (2018). Synthesis of Pd-Fe System Alloy Nanoparticles by Pulsed Plasma in Liquid. Nanomaterials 8, 1068.
8. Ke, C.-B.; Lu, T.-L.; Chen, J.-L (2018). Capacitively Coupled Plasma Discharge of Ionic Liquid Solutions to Synthesize Carbon Dots as Fluorescent Sensors.
Nanomaterials 8, 372.
9. Pawel Pohl (2019). Plasma-Based Synthesis and Modification of Nanomaterials,
Nanomaterials 9, 278.
10. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/1919/stark/biographical/
11. Gerard Belmont Laurence Rezeau Caterina Riconda Arnaud Zaslavsky (2019).
Introduction to Plasma Physics. 1st Edition, Imprint ISTE Press - Elsevier.
12. Joh, H.M., Kim, S.J., Chung, T.H. & Leem, S.H. (2013). Comparison of the characteristics of atmospheric pressure plasma jets using different working gases and applications to plasma-cancer cell interaction. AIP Advances 3: 092128.
13. Keidar, M., Shashurin, A., Volotskova, O., Stepp, M.A., Srinivasan, P., Sandler, A. & Trink, B. (2013). Cold atmospheric plasma in cancer therapy. Physics of Plasmas 20: 057101.
14. Grewal DS (2019). Funding Nanotechnology-A Comparative Study of Global and National Funding. J Nanom Nanos Tech: JNNT-105.
15. Cao, X.; Feng, J.; Pan, Q.; Xiong, B.; He, Y.; Yeung, E. S (2017). Direct Imaging of Single Plasmonic Metal Nanoparticles in Capillary with Laser Light-Sheet Scattering Imaging. Anal. Chem. 89 (5), 2692–2697.
16. Giorgio Speranza, Wei Liu, Luca Minati (2019). Applications of Plasma Technologies to Material Processing. 1st Edition, Imprint CRC Press (127 p).
17. Shahbazali, E.; Hessel, V.; Noël, T.; Wang, Q. (2013). Metallic nanoparticles made in flow and their catalytic applications in organic synthesis. Nanotechnology Reviews, 3(1), 65-86.
18. Fridman, G.; Friedman, G.; Gutsol, A.; Shekhter, A. B.; Vasilets, V. N.; Fridman, A (2008). Applied Plasma Medicine. Plasma Process. Polym. 5 (6), 503–533.
19. Kortshagen, U. R.; Sankaran, R. M.; Pereira, R. N.; Girshick, S. L.; Wu, J. J.; Aydil, E. S (2016). Nonthermal Plasma Synthesis of Nanocrystals: Fundamental Principles, Materials, and Applications. Chem. Rev. 116 (18), 11061–11127.
20. Ostrikov, K (2005). Reactive plasmas as a versatile nanofabrication tool. Rev. Mod. Phys., 77 (2), 489–511.
21. Lin, L.; Wang, Q (2015). Microplasma: a new generation of technology for functional nanomaterial synthesis. Plasma Chem. Plasma Process. 35 (6), 925– 962.
22. Davide Mariotti and R Mohan Sankaran (2010). Microplasmas for nanomaterials synthesis, J. Phys. D: Appl. Phys. 43, 323001
23. Belmonte, T.; Arnoult, G.; Henrion, G.; Gries, T (2011). Nanoscience with non- equilibrium plasmas at atmospheric pressure. J. Phys. D. Appl. Phys. 44 (36), 363001
24. Iza, F.; Kim, G. J.; Lee, S. M.; Lee, J. K.; Walsh, J. L.; Zhang, Y. T.; Kong, M. G (2008). Microplasmas: Sources, particle kinetics, and biomedical applications.
25. Nagendra Kumar Kaushik et al. (2019). Review: Plasma and Nanomaterials: Fabrication and Biomedical Applications. Nanomaterials 9, 98.
26. Mariotti, D.; Sankaran, R. M (2011). Perspectives on atmospheric-pressure plasmas for nanofabrication. J. Phys. D. Appl. Phys. 44 (17), 174023
27. Lin, P. A.; Sankaran, R. M (2011). Plasma-assisted dissociation of organometallic vapors for continuous, gas-phase preparation of multimetallic nanoparticles.
Angew. Chemie - Int. Ed. 50 (46), 10953–10956.
28. Mariotti, D.; Mariotti, D.; Bose, A. C.; Ostrikov, K. K (2009). Atmospheric- Microplasma-Assisted Nanofabrication: Metal and Metal-Oxide Nanostructures and Nanoarchitectures. IEEE Trans. PLASMA Sci. 37 (6), 1027–1033.
29. Shimizu, Y.; Kawaguchi, K.; Sasaki, T.; Koshizaki, N (2009). Generation of room- temperature atmospheric H2/Ar microplasma jet driven with pulse-modulated ultrahigh frequency and its application to gold nanoparticle preparation. Appl. Phys. Lett. 94 (19), 191504.
30. Chiang, W. H.; Sankaran, R. M (2008). In flight dimensional tuning of metal nanoparticles by microplasma synthesis for selective production of diameter- controlled carbon nanotubes. J. Phys. Chem. C 112, 17920–17925
31. Shimizu, Y.; Sasaki, T.; Ito, T.; Terashima, K.; Koshizaki, N (2003). Fabrication of spherical carbon via UHF inductively coupled microplasma CVD. J. Phys. D. Appl. Phys. 36 (23), 2940–2944
32. Tao Huang and Xiao-Hong Nancy Xu (2010). Synthesis and Characterization of Tunable Rainbow Colored Colloidal Silver Nanoparticles Using Single- Nanoparticle Plasmonic Microscopy and Spectroscopy. J. Mater. Chem., 20, 9867- 9876
33. Xu, X.; Ray, R.; Gu, Y.; Ploehn, H. J.; Gearheart, L.; Raker, K.; Scrivens, W. A (2004). Electrophoretic analysis and purification of fluorescent single-walled carbon nanotube fragments. J Am Chem Soc 126, 12736-12737.
34. Li-Ming Shena and Jing Liuab (2016). New development in carbon quantum dots technical applications. Talanta. Vol.156, 245-256.
35. Rashmita Das, Rajib Bandyopadhyay, Panchanan Pramanik (2018). Carbon quantum dots from natural resource: A review. Materials Today Chemistry 8, 96- 109.
36. H. S. Park, S. J. Kim, H. M. Joh, T. H. Chung, S. H. Bae, and S. H. Leem (2010). Optical and electrical characterization of an atmospheric pressure microplasma jet with a capillary electrode. Phys. of Plasma 17, 033502
37. A. Barkhordari, A. Ganjovi et al. (2017), A pulsed plasma jet with the various Ar/N2 mixtures. Journal of Theoretical and Applied Physics 11: 301–312
38. L. Li, A.Nikiforov, N.Britun, R. Snyders, C.Leys (2015). Emission and absorption spectroscopy study of Ar excited states in 13.56 MHz argon plasma operating at sub-atmospheric to atmospheric pressure. Spectrochimica Acta Part B 107, 75–85.
39. Sarani, Nikiforov, and Leys (2010). Atmospheric pressure plasma jet in Ar and Ar/H2O mixtures: Optical emission spectroscopy and temperature measurements.
Phys. Plasmas 17, 063504
40. Pankaj Attri, Thapanut Sarinont, Minsup Kim, Takaaki Amano, Kazunori Koga, Art E. Cho, Eun Ha Choi & Masaharu Shiratani. Influence of ionic liquid and ionic salt on protein against the reactive species generated using dielectric barrier discharge plasma. Scientific RepoRts 5:17781, 1-13.
41. Pires, Natalia R. et al (2015). Novel and Fast Microwave-Assisted Synthesis of Carbon Quantum Dots from Raw Cashew Gum. J. Braz. Chem. Soc. Vol. 26, No. 6, 1274-1282
42. Miao, P.; Han, K.; Tang, Y.; Wang, B.; Lin, T.; Cheng, W. (2015). Recent Advances in Carbon Nanodots: Synthesis, Properties and Biomedical Applications. Nanoscale 7, 1586-1595.
43. Lim, S. Y.; Shen, W.; Gao, Z. (2015). Carbon Quantum Dots and Their Applications. Chem. Soc. Rev. 44, 362-381.
44. Yang, F.; LeCroy, G. E.; Wang, P.; Liang, W.; Chen, J.; Fernando, K. A. S.; Bunker, C. E.; Qian, H.; Sun, Y.-P. (2016). Functionalization of Carbon Nanoparticles and Defunctionalization - toward Structural and Mechanistic Elucidation of Carbon Quantum Dots. J. Phys. Chem. C, 120, 25604-25611.
45. D. H. Tung, T. T. Thuong, N. D. Cong, N. T. Liem, N. V. Kha, L. H. Manh, P. H. Minh, N. T. T. Thuy, N. M. Hoa and N.V. Phu (2017). Facile synthesis of carbon quantum dots by plasma-liquid interation method. Communications in Physics, Vol. 27, No. 4, 311-316.