Cụng nghệ chế tạo dõy nano dựng khuụn rất đơn giản và cú thể quan sỏt trực tiếp quỏ trỡnh chế tạo cấu trỳc nano. Dõy nano cú thể tạo ra bằng cỏch điền đầy vật liệu vào khuụn và kết tinh lại. Yờu cầu đối với khuụn là phải bền húa học và bền cơ học. Cỏc thụng số như: đường kớnh, mật độ và độ đồng đều của lỗ xốp rất quan trọng. Thường cú hai loại khuụn đú là khuụn “mềm” và khuụn “cứng”.
Khuụn cứng bao gồm vật liệu xốp vụ cơ như màng cực dương oxit nhụm, zeolit, màng polyme, khối đồng trựng hợp, ống nano cacbon,... Gần đõy, một số cụng trỡnh cụng bố về việc chế tạo thành cụng vật liệu SnO2 cấu trỳc nano sử dụng khuụn cứng như SBA- 15, KIT-6, SBA-16 và Silica mao quản trung bỡnh hỡnh cầu [55,63]. Satishkumar và cộng sự đó chế tạo dõy nano SnO2 sử dụng vật liệu nguồn là SnCl2 và SBA-15 đúng vai trũ là khuụn của quỏ trỡnh mọc vật liệu [44]. Trước tiờn SBA-15 được phõn tỏn và khuấy đều trong hexan ở 50 oC, sau đú thờm từ từ muối SnCl2 vào và khuấy liờn tục cho đến khi hexan bay hơi hoàn toàn. Lấy vật liệu thu được sấy ở 80 oC trong 12 giờ. Sau đú đem đi xử lý nhiệt ở 700 oC trong 4 giờ. Việc loại bỏ hợp chất silica được tiến hành bằng cỏch ngõm trong dung dịch HF 10 % trong 12 giờ ở nhiệt độ phũng.
28
Hỡnh 1.18. Cỏc loại khuụn dựng để chế tạo dõy nano: (A) màng xốp oxit nhụm, (B) khuụn đồng trựng hợp (copolymer) và (C) khuụn mềm [74].
Màng xốp oxit nhụm được sử dụng rộng rói để chế tạo dõy nano vỡ nú cú phõn bố lỗ xốp đều và mật độ lỗ xốp cao. Nú được chế tạo bằng cỏch anụt húa cực Al tinh khiết trong axit. Dưới điều kiện anụt húa đặc biệt sẽ hỡnh thành cỏc kờnh trụ lục giỏc song song với nhau. Hỡnh 1.18 (A và B) là màng xốp oxit nhụm nhỡn từ trờn và mặt cắt ngang. Tựy thuộc vào điều kiện anụt húa, đường kớnh của kờnh dẫn cú thể thay đổi từ 10 nm đến 200 nm với mật độ từ 109-1011 lỗ xốp/cm2.
Khuụn mềm được sử dụng trong chế tạo vật liệu cấu trỳc nano một chiều thường là cỏc chất hoạt động bề mặt chẳng hạn như: tinh thể lỏng, lỗ hổng, mixen,... như được chỉ ra trờn Hỡnh 1.11c. Quỏ trỡnh tổng hợp bằng khuụn mềm cũn được gọi là quỏ trỡnh tổng hợp khụng dựng khuụn hoặc khuụn húa học. Việc đưa vật liệu vào bờn trong khuụn được tiến hành bằng cỏch dựng ỏp suất cao hoặc lắng đọng điện húa.
+ Sử dụng ỏp suất cao thường được sử dụng để chế tạo dõy nano tinh thể từ nguồn vật liệu cú nhiệt độ núng chảy thấp hoặc sử dụng khi khuụn cú độ bền cơ học cao. Dõy nano chế tạo bằng cụng nghệ phun ỏp suất thường cú độ tinh thể cao và ưu tiờn định hướng tinh thể dọc theo trục của dõy. Cụng nghệ này khụng phự hợp với oxit kim loại vỡ chỳng cú nhiệt độ núng chảy cao.
+ Lắng đọng điện húa là phương phỏp đơn giản và chi phớ thấp để chế tạo vật liệu cấu trỳc nano. Phương phỏp này hoạt động dựa trờn nguyờn tắc là dựng dũng điện để tạo nờn sự phõn cực với điện thế thớch hợp sao cho đủ năng lượng để oxy húa vật liệu trờn bề
29
mặt điện cực, quỏ trỡnh này tạo ra lớp màng vật liệu bỏm trờn điện cực làm việc. So với phương phỏp húa học thỡ phương phỏp lắng đọng điện húa cú ưu điểm là sản phẩm tạo ra sạch, quỏ trỡnh pha tạp và độ dày màng vật liệu cú thể điều khiển được thụng qua điện ỏp. Li và cộng sự tại Khoa cụng nghệ húa học, Đại học Massachusetts Lowell, Mỹ, đó chế tạo thành cụng dõy nano SnO2 bằng cỏch tổng hợp cú sử dụng khuụn (polycarbornat) kết hợp với kỹ thuật lắng đọng điện húa [141]. Quy trỡnh chế tạo cú thể túm tắt như sau: hũa tan muối SnCl2 trong axit HCl, cho vào hệ điện húa và đặt dũng điện khụng đổi vào hai điện cực, quỏ trỡnh điện húa xảy ra và tạo thành dõy nano. Cuối cựng dõy nano được lấy ra từ màng bằng cỏch hũa tan khuụn trong dung mụi CH2Cl2. Dõy nano chế tạo được tương đối đồng đều với số lượng lớn, đường kớnh khoảng 70 nm trong khi chiều dài từ 5-6 àm. Daltin và cộng sự đó sử dụng phương phỏp lắng đọng điện húa cú sử dụng khuụn kết hợp oxy húa nhiệt nhiệt để chế tạo dõy nano SnO2 [13]. Dõy nano SnO2 đa tinh thể thu được cú đường kớnh là 140 nm và chiều dài là 3 àm. Tuy nhiờn, phương phỏp này cú hạn chế là khú điều khiển thành phần húa học chớnh xỏc và khụng phự hợp cho việc chế tạo dõy nano đa thành phần oxit vỡ cỏc cation khỏc nhau, cú kớch thước và khả năng khuếch tỏn khỏc nhau.