Tính bền vững của hệ phân tán được đặc trưng bằng sự bất biến theo thời gian của các thơng số : độ phân tán, sự phân bố cân bằng của pha phân tán và mơi trường.
Keo kỵ lỏng cĩ năng lượng liên kết bên trong của pha phân tán lớn hơn đáng kể so với năng lượng tương tác giữa các pha, sự khác biệt đĩ khơng được điều hồ
bởi entropy nên ∆F = ∆U - T∆S > 0. Do vậy, sự phân tán khơng tự xảy ra mà nhờ vào cơng bên ngồi hoặc nhờ các quá trình khác như phản ứng hố học. Hệ phân tán khơng bền nhiệt động, luơn cĩ xu hướng chuyển các hạt keo thành thể kết khối và tách khỏi mơi trường phân tán, như vậy cĩ thể làm giảm bề mặt phân chia pha. Sự bền của các hệ keo phân tán chỉ cĩ tính chất tương đối.
Sự bền của pha phân tán dưới tác dụng của lực trọng trường gọi là bền sa lắng, do cân bằng giữa chuyển động Brown và tác dụng của trọng lực.
Cấu trúc của hệ phân tán cĩ thể bị phá vỡ do hai hiện tượng sau :
- Tái kết tinh : Các hạt nhỏ cĩ độ hồ tan và áp suất hơi lớn hơn (theo
Thomson-Kelvin). Do đĩ, hạt nhỏ cĩ xu hướng hồ tan và hạt lớn thì lớn lên do liên kết với hạt nhỏ bị hồ tan, số hạt sẽ giảm xuống, kích thước hạt tăng lên. Sau khi hạt đủ lớn và sa lắng, hệ keo bị phá vỡ. Đối với hệ keo nano kim loại, độ hồ tan
của các hạt rất nhỏ nên hiện tượng này khơng xảy ra [4].
- Nhiều hạt dính kết lại với nhau : Tạo thành tập hợp lớn và mất độ bền sa
lắng, đĩ là sự keo tụ.
Sự khơng bền của hệ keo kỵ lỏng là do cùng với lực hút Van der Wals cịn tồn tại lực đẩy hay hiệu ứng ngăn cản sự hút nhau. Hiệu ứng này liên quan đến điện thế (u1), thể tích hạt (v) và thế điện động (ξ) của lớp điện kép.
Tính bền của hệ keo phụ thuộc nhiều vào hai yếu tố :
- Hệ keo được hình thành do nhân keo hấp thu mạnh chất hoạt động bề mặt
hoặc cao phân tử và nĩ trở nên “ưa lỏng”, rất bền.
Cả hai trường hợp trên đều làm tăng yếu tố u1 và điện tích bề mặt η0 tạo điều kiện phát triển lớp solvat hố và hấp thụ chất làm bền, về mặt lý thuyết nĩ liên quan tới yếu tố điện học của hệ [4, 65].
1.3.2 Tác dụng keo tụ của chất điện ly:
Khi thêm vào hệ keo chất điện ly, nĩ sẽ nhanh chĩng gây keo tụ các hệ keo kỵ nước (làm ξ giảm). Khả năng gây keo tụ của chất điện ly được đặc trưng bằng nồng
độ nhỏ nhất cĩ thể gây keo tụ với một tốc độ nhất định (nồng độ keo tụ , đại lượng
keo tụ, mol/lít, Ck).
Giá trị của Ck phụ thuộc điện tích ion; Ck tăng nhanh khi điện tích ion tăng. Sau đây là quy tắc Schulze-Hardy :
- Ion ngược dấu cĩ tác dụng gây keo tụ và khả năng gây keo tụ tăng lên tỷ lệ thuận với một số bậc của điện tích ion.
Khi thêm chất điện ly cĩ ion ngược dấu hố trị lớn vào hệ, u1 bị đổi dấu. Các thơng số của lớp điện tích kép nĩi chung và giá trị u1 nĩi riêng là tiêu chuẩn để đánh giá sự bền vững của hệ do tác dụng của lực đẩy tĩnh điện. Ví vậy, điều kiện xảy ra keo tụ khi thêm chất điện ly là /u1/ < /u1k/ (u1k : thế nhiệt động khi thêm chất điện
ly).
Nồng độ chất điện ly tăng lên thì u1 giảm và δ (chiều dày lớp khuyếch tán)
giảm; nếu nồng độ cĩ giá trị rất lớn, (u1 = 0), các hạt cĩ thể lại gần nhau một cách tự do đến khoảng cách mà lực hút đủ lớn để tương tác dẫn đến keo tụ [21, 65].
1.3.3 Lý thuyết bền của keo kỵ nước DLVO:
Thuyết DLVO được ghép từ các chữ cái của tên bốn tác giả xây dựng nên thuyết là Deriagin, Landow, sau đĩ là Veryway E.W và Overbeek Th.G. [4, 65].
- Tương tác giữa hai hạt keo khi cĩ màng mỏng ngăn cách
Sự keo tụ là kết quả tổng hợp của hai lực, lực hút Van der Waals và lực đẩy
tĩnh điện giữa các hạt. Tuỳ thuộc vào lực ở lớp giữa các hạt mà xuất hiện áp suất tách dương (ngăn cản sự dính nhau của hạt) hoặc âm (cho phép hạt tiếp xúc nhau)
Khi lớp chất lỏng đủ mỏng, giữa chúng xuất hiện một áp suất tách. Nếu chất lỏng chảy dưới tác dụng của áp suất P, P = P0 (áp suất ngồi) - π0 (áp suất tách). Nếu π0 > 0, P nhỏ nên ngăn cản chất lỏng chảy từ màng mỏng đĩ, tức là cản trở sự
tiến gần nhau của hạt. Khi π0 < 0, P lớn nên tăng cường sự chảy của lớp mỏng dẫn
đến sự liên kết 2 hạt [4, 21, 65].
- Sự solvat hố các hạt keo
Ngồi lực hút phân tử và lực đẩy tĩnh điện, cịn một yếu tố quan trọng là sự tồn tại lớp solvat hố cĩ thể làm thay đổi tính chất bề mặt hạt. Khi cĩ mặt lớp solvat, các hạt gặp một trở kháng đối với sự chuyển dịch và tốn cơng vượt qua lực đàn hồi hay giải hấp đối với lớp solvat nên nĩ ngăn cản sự dính của các hạt, thế năng U tăng lên khi các hạt tiến đến gần nhau. Đĩ là phương thức suất hiện của áp suất tách (áp suất đẩy nhau giữa các hạt).
Các lớp solvat tạo thành cĩ thể là do hấp phụ các chất hoạt động bề mặt hoặc chất cao phân tử. Kích thước các phân tử chất này cĩ tác dụng che phủ làm ngăn cản sự keo tụ xảy ra.
Các chất hoạt động bề mặt hoặc cao phân tử như vậy được gọi là chất làm bền. Các chất làm bền bị hấp phụ trên bề mặt hạt và sắp xếp cĩ định hướng, chúng cĩ khả năng làm bền hệ keo cả khi nồng độ keo khá lớn [4, 20, 21, 37].
Những vấn đề cịn tồn tại trong việc nghiên cứu chế tạo keo bạc nano
và cơng việc đề tài cần tập trung nghiên cứu
Vật liệu kim loại nano nĩi chung và bạc nano nĩi riêng đã được các nhà khoa học nghiên cứu chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau.Tuy nhiên, việc nghiên cứu tìm quy trình giảm giá thành sản phẩm, nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến
kích thước và độ đồng điều của hạt bạc nano vẫn đang được tiếp tục thực hiện.
Phương pháp bức xạ chế tạo bạc nano, mặc dù cĩ nhiều ưu điểm nhưng hiện nay
việc nghiên cứu cĩ hệ thống để tìm điều kiện tối ưu trong quá trình sản xuất vẫn
chưa được thực hiện.Vì vậy, vấn đề nghiên cứu chế tạo keo bạc nano bằng phương pháp bức xạ trong luận án này được tiến hành với những nội dung:
- Nghiên cứu sự phụ thuộc của các tính chất đặc trưng keo bạc nano vào các
yếu tố như nồng độ ion bạc, nồng độ-loại-KLPT polyme ổn định, nồng độ-loại chất bắt gốc tự do, pH mơi trường, liều xạ và suất liều bức xạ.
- Nghiên cứu độ ổn định của keo bạc và hiệu lực diệt vi khuẩn, nấm bệnh của chúng nhằm ứng dụng trong các mục tiêu khác nhau của sản xuất và đời sống.
Chương 2: VẬT LIỆU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM