CHƯƠNG 2: ĐIỀU KIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
2.2. Các phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)
Phổ hồng ngoại dùng để xác định cấu trúc phân tử của chất nghiên cứu dựa vào những tần số đặc trưng trên phổ của các nhóm chức trong phân tử.
Khi chiếu bức xạ hồng ngoại vào phân tử chất nghiên cứu, trong bản thân các phân tử luôn có các trạng thái dao động của các nhóm chức. Từ các số liệu
của phổ dao động, người ta có thể đi đến một số đặc trưng về cấu trúc phân tử. Dựa vào tần số (hoặc số sóng) đặc trưng của các nhóm chức người ta suy ra cấu trúc phân tử của chất cần nghiên cứu. Trong nghiên cứu này, dùng phổ IR xác định sự có mặt của các nhóm chức đặc trưng trong phân tử HAp như PO43-, OH- hay COO- trong phân tử PLA.
Mẫu sau khi đã tổng hợp, một lượng nhỏ (khoảng 1 mg) được ép viên với KBr và phổ FTIR được ghi trên máy hồng ngoại biến đổi Fourier NICOLET – 410 tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới.
2.2.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM- Scanning Electron Microscope)
Phương pháp SEM được sử dụng để xác định hình dạng và bề mặt cấu trúc của vật liệu. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp SEM là dùng chùm điện tử để tạo ảnh của mẫu nghiên cứu, ảnh đó khi đến màn huỳnh quang có thể đạt độ phóng đại rất lớn từ hàng nghìn đến hàng chục nghìn lần. Chùm điện tử được tạo ra từ catôt qua hai tụ quang sẽ được hội tụ lên mẫu nghiên cứu. Chùm điện tử đập vào mẫu phát ra các điện tử phản xạ thứ cấp. Mỗi điện tử phát xạ này qua điện thế gia tốc vào phần thu và biến đổi thành tín hiệu sáng. Chúng được khuếch đại đưa vào mạng lưới điều khiển tạo độ sáng trên màn hình. Mỗi điểm trên mẫu nghiên cứu cho một điểm trên màn hình. Độ sáng tối trên màn hình tuỳ thuộc vào lượng điện tử phát ra thứ cấp tới bộ thu, đồng thời còn phụ thuộc sự khuyết tật bề mặt của mẫu nghiên cứu. Đặc biệt, do sự hội tụ các chùm tia nên có thể nghiên cứu cả phần bên trong của vật chất.
Trong nghiên cứu này, hình thái, cấu trúc của vật liệu nanocompozit HAp/PLA được phân tích bởi kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (FESEM) S-4800 (Hitachi, Nhật Bản) đặt tại Viện Vệ sinh Dịch tễ Trung ương. Một lượng mẫu nhỏ HAp/PLA được đặt lên trên một chiếc khuôn nhỏ sau đó được phủ Pt để tăng độ dẫn cuả vật liệu.
2.2.3. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
Mục đích sử dụng phổ nhiễu xạ Rơnghen là nhận diện nhanh và chính xác các pha tinh thể, đồng thời có thể sử dụng để định lượng pha tinh thể và kích thước hạt với độ tin cậy cao.
Nguyên lý chung của phương pháp nhiễu xạ tia X xác định kích thước tinh thể là dựa vào ảnh hưởng khác nhau của kích thước tinh thể lên phổ nhiễu xạ
Hình 2.4. Sơ đồ nhiễu xạ tia X từ một số hữu hạn các mặt phẳng
Theo nguyên lý cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể nguyên tử hay ion phân bố đều đặn trong không gian theo một qui luật nhất định, khoảng cách giữa các nút mạng vào khoảng vài Å tức là xấp xỉ với bước sóng tia Rơnghen (tia X). Do đó khi chiếu chùm tia X tới bề mặt tinh thể và đi sâu vào bên trong mạng lưới tinh thể thì mạng tinh thể này đóng vai trò như một cách tử nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử, ion bị kích thích bởi chùm tia X sẽ thành các tâm phát ra các tia phản xạ.
Hơn nữa các nguyên tử, ion này được phân bố trên các mặt song song.
Do đó, hiệu quang trình của hai tia phản xạ bất kỳ trên hai mặt phẳng song song cạnh nhau được tính như sau:
∆ = 2.d.sinθ (2.2) Trong đó:
d : khoảng cách giữa hai mặt song song.
θ : góc giữa chùm tia X và mặt phẳng phản xạ.
∆ : hiệu quang trình của hai tia phản xạ.
Theo điều kiện giao thoa, để các sóng phản xạ trên hai mặt phẳng cùng pha thì hiệu quang trình phải bằng nguyên lần bước sóng (λ), cho nên:
2.d.sinθ = nλ (2.3) Đây là hệ thức Vulf – Bragg, phương trình cơ sở để nghiên cứu cấu trúc mạng tinh thể. Căn cứ vào cực đại nhiễu xạ trên giản đồ (giá trị 2θ), có thể suy ra d theo công thức (2.3). So sánh giá trị d tìm được với d chuẩn sẽ xác định được thành phần cấu trúc mạng tinh thể của chất cần nghiên cứu. Chính vì vậy phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu cấu trúc tinh thể của vật chất.
Những thí nghiệm phân tích cấu trúc pha của vật liệu nanocompozit PLA/HAp được thực hiện trên máy X-ray Diffractometer Bruker D5005, phát tia bằng cực anôt đồng, λ = 1,54056 Ao. Thiết bị có tại Viện Khoa học vật liệu.
2.2.4. Đo độ bền kéo đứt, modun đàn hồi
Mẫu được ép thành tấm dày 1mm ở nhiệt độ 180oC và áp suất 10 MPa. Các mẫu được cắt theo hình quả tạ có kích thước 75x4 mm. Độ bền kéo đứt và modun đàn hồi của PLA và vật liệu tổ hợp từ PLA/HAp được đo bởi máy Zwick (xuất xứ từ Đức) theo tiêu chuẩn ASTM D638 đặt tại Viện Kỹ thuật nhiệt đới với vận tốc kéo 100 mm/phút. Để đảm bảo độ chính xác của kết quả, tất cả các mẫu đều được đo ít nhất 5 lần và kết quả thu được là giá trị trung bình.
2.2.5. Xác định độ xốp bằng phương pháp Acsimet
Độ xốp của vật liệu nanocompozit được xác định bằng phương pháp Acsimet với việc sử dụng dung dịch ngâm là ethanol tinh khiết. Các mẫu được sấy khô ở 80oC trong 2h trước khi đo độ xốp. Đem cân các mẫu khô này được khối lượng m1. Tất cả không khí trong các mẫu được lấy ra bởi một máy bơm chân không. Sau đó, các mẫu được nhúng chìm hoàn toàn trong ethanol
tinh khiết. Khối lượng mẫu sau khi bão hòa ethanol gọi là m2. Một lọ đo tỷ trọng pycnometer chứa đầy etanol được cân khối lượng m3. Sau đó, các mẫu sau khi bão hòa etanol được đưa vào pycnometer, m4 là khối lượng của pycnometer chứa mẫu bão hòa etanol. Độ xốp mở vật liệu được tính theo công thức:
ε (%) = [(m2 – m1)/(m3 + m2 – m4)].100 (2.4) 2.2.6. Phương pháp đo góc tiếp xúc
Tính ưa nước hay kị nước của PLA và nanocompozit PLA/HAp/PEO có và không có chất tạo xốp được đánh giá bằng cách đo góc tiếp xúc với nước. Mỗi kết quả thu được bằng giá trị trung bình cộng kết quả của năm lần đo. Phép đo này được thực hiện bằng cách sử dụng máy phân tích góc liên kết SEO Phoenix 150 tại trường Đại học quốc gia Hankyong, Hàn Quốc.