Ch−ơng 3 : Kết quả và thảo luận
3.1. Xác định các điều kiện tối −u của quá trình chế tạo nanô bạc
chế tạo nanô bạc.
3.1.1. Nghiên cứu ảnh h−ởng của chất hoạt động bề mặt.
Bảng 3.1: So sánh hình thái và tính chất của hệ keo nanô bạc khi sử dụng chất hoạt động bề mặt là axit myristic và axit oleic (sự so sánh này chủ yếu dựa trên 2 mẫu C5 và D5- nồng độ bạc là 1%, tác nhân khử là đ−ờng glucôzơ).
Tính chất Axit myristic Axit oleic
Kích th−ớc hạt (nm) 3,5 ữ 7 4 ữ 8 Màu sắc Vàng sáng Vàng Độ ổn định của hệ keo n−ớc ổn định trong khoảng pH từ 11 ữ 14 ổn định trong khoảng pH từ 9 ữ 14 Độ ổn định của hệ keo bạc
trong các dung môi hữu cơ Rất ổn định Rất ổn định Qua quá trình nghiên cứu, thử nghiệm các chất hoạt động bề mặt và các chất ổn định khác nhau nh− PVA, etylen glycon, glyxerin, các axit béo nh−
axit stearic, axit myristic, axit oleic... Kết quả cho thấy axit myristic và axit oleic là tác nhân phù hợp cho quá trình tạo keo và ổn định keo bạc. So sánh giữa hai loại axit này cho thấy: Các quá trình chế tạo sử dụng axit myristic cho hạt nanô bạc có kích th−ớc nhỏ hơn, hệ keo nanô bạc có màu vàng sáng hơn. Tuy nhiên, axit myristic có nh−ợc điểm là chúng chỉ tan hoàn toàn trong các môi tr−ờng có độ pH cao(độ kiềm mạnh). Điều này đồng nghĩa với việc hệ keo nanô bạc chỉ bền vững trong các môi tr−ờng có độ pH cao. Nh−ợc điểm này đã hạn chế tiềm năng ứng dụng của hệ keo nanô bạc/ axit myristic/n−ớc.
Ng−ợc lại, các quá trình chế tạo sử dụng axit oleic cho hạt nanô bạc có kích th−ớc lớn hơn. Song, hệ keo nanô bạc rất bền vững ngay trong các môi tr−ờng có độ pH thấp. Nhờ vậy, hệ keo nanô bạc/axit oleic/n−ớc có tiềm năng ứng dụng rất lớn. Ngoài ra, axit oleic còn là một nguồn nguyên liệu dễ kiếm và rẻ tiền.
Nh− vậy, tuỳ theo mục đích sử dụng nanô bạc mà ta có thể lựa chọn một trong hai loại chất hoạt động bề mặt khác nhau là axit myristic và axit oleic.
3.1.2. Nghiên cứu ảnh h−ởng của tác nhân khử.
Bảng 3.2: So sánh hình thái và tính chất của hệ keo nanô bạc khi sử dụng tác nhân khử là andehit focmic và đ−ờng glucôzơ.
Tính chất andehit focmic glucôzơ
Kích th−ớc hạt (nm) 10 ữ 50 3,5 ữ 7
Màu sắc nâu đỏ Vàng sáng
Độ ổn định của hệ keo Không ổn định ổn định
Tốc độ phản ứng khử Nhanh Chậm
So sánh giữa các mẫu sử dụng tác nhân khử là andehit focmic và đ−ờng glucôzơ, bằng trực quan cho thấy sản phẩm của mẫu sử dụng tác nhân khử là đ−ờng glucôzơ có mầu vàng sáng trong khi sản phẩm của mẫu sử dụng tác nhân khử là andehit focmic có mầu nâu đỏ. Với các mẫu sử dụng andehit focmic th−ờng xảy ra hiện t−ợng tráng bạc lên thành bình trong quá trình thực hiện phản ứng khử và trong quá trình bảo quản, hệ keo th−ờng bị keo tụ một phần. Các kết quả phân tích hình thái học cũng cho thấy các phản ứng khử sử dụng andehit focmic cho các hạt nanô bạc có kích th−ớc lớn hơn và không đồng nhất. Ưu điểm của việc sử dụng andehit focmic là phản ứng khử diễn ra nhanh và hoàn toàn.
Nh− vậy, đ−ờng glucôzơ là tác nhân khử phù hợp cho quá trình chế tạo keo nanô bạc.
3.1.3. ảnh h−ởng của nồng độ bạc.
Bảng 3.3: So sánh hình thái và tính chất của hệ keo nanô bạc ở các nồng độ khác nhau. Nồng độ (%) 0,1 0,2- 0,3 0,5 1 2 5 Kích th−ớc hạt (nm) 2 ữ 5,5 2,5 ữ6 3 ữ 7 3,5 ữ7 4 ữ 10 4 ữ 20 Độ phân bố kích th−ớc hạt Màu sắc Vàng xanh Vàng sáng Vàng đỏ Độ ổn định
Qua thực nghiệm cho thấy khi nồng độ bạc càng thấp, tốc độ phản ứng khử càng chậm và kích th−ớc các hạt nanô bạc có giảm theo (qua phân tích ảnh SEM, TEM... cũng nh− sự thay đổi màu sắc hệ keo). ở nồng độ phản ứng cao, keo nanô bạc có màu vàng - đỏ. Theo chiều giảm nồng độ phản ứng, keo nanô bạc chuyển dần sang màu vàng sáng, màu vàng xanh, và cuối cùng là màu xanh ở nồng độ rất thấp. Với các hệ keo có nồng độ bạc d−ới 1% ảnh h−ởng của nồng độ tới kích th−ớc hạt là không lớn, keo bạc sau phản ứng khử hoàn toàn đồng thể và không có kết tủa. Tuy nhiên, với các hệ keo có nồng độ bạc d−ới 0,5% th−ờng xảy ra hiện t−ợng keo tụ sau nhiều tháng, điều này đ−ợc giải thích là do độ nhớt của hệ keo thấp khiến cho hệ keo trở nên kém bền . Ng−ợc lại, khi hệ keo có nồng độ bạc trên 2% th−ờng có xuất hiện phản ứng tráng bạc trên thành bình phản ứng và có xảy ra hiện t−ợng kết tụ sau một thời
rộng rộng
hẹp
thấp cao
gian. Do vậy, chúng tôi th−ờng chọn nồng độ kim loại bạc trong sản phẩm là 1% để nghiên cứu ảnh h−ởng của các yếu tố khác. Sở dĩ nồng độ 1% đ−ợc chọn là vì nó vừa đảm bảo đ−ợc kích th−ớc nano của hạt bạc vừa đảm bảo đ−ợc yếu tố kinh tế (chi phí tổng hợp).
3.1.4. Nghiên cứu ảnh h−ởng của tỷ lệ rcooh/Ag+
Qua nghiên cứu các mẫu sử dụng chất hoạt động bề mặt là axit oleic, tác nhân khử là đ−ờng glucozơ, nồng độ bạc là 1%, tỷ lệ mol axit/Bạc t−ơng ứng là 0.1; 0.2; 0.5; 1; 2 đã cho thấy:
+ Khi tỷ lệ mol axit/bạc tăng, các hạt nanô bạc có kích th−ớc nhỏ hơn và đồng đều hơn.
+ Khi nồng độ axit béo trong keo nanô bạc thấp sẽ làm giảm độ nhớt của hệ keo khiến cho hệ keo trở nên kém bền.
+Việc tăng tỷ lệ mol axit/bạc cũng làm tăng chi phí nguyên liệu (axit oleic), làm giảm hàm l−ợng bạc kim loại trong nanô bạc dẫn tới giảm độ dẫn điện của nanô bạc.
Do vậy tuỳ theo mục đích sử dụng nanô bạc mà ta chọn tỷ lệ mol axit/bạc phù hợp. Thông th−ờng chúng tôi chọn tỷ lệ mol axit/bạc=1.
Hình 3.2: Hệ keo nanô bạc phân tán trong toluen ở các nồng độ khác nhau. Hình 3.1: Hệ keo nanô bạc phân tán trong n−ớc ở các nồng độ khác nhau.