PMMA(PolyMethylMethAcrylate) là một loại nhựa acrylic được chế tạo chủ yếu từ MMA(MethylMeth Acrylate) monome. Ngày nay PMMA thường được chế tạo bằng phường pháp đồng-trùng hợp (co-polymerization) của MMA/MA hay MMA/EA.
Thông thường, PMMA được sản xuất bằng quá trình trùng hợp metyl metacrylat (MMA). Cho đến nay, phương pháp duy nhất để sản xuất tiền chất của MMA - 2-hydroxyisobutyrat (2-HIBA) - là một quy trình hóa học thuần túy dựa trên nguyên liệu hóa dầu. Hiện nay, các nhà hóa học trên toàn cầu đang tìm kiếm các quy trình sinh học thích hợp cho phép sử dụng nguyên liệu có thể tái tạo để tổng hợp MMA.
Mới đây, các nhà khoa học tại đại học Duisburg - Essen và Trung tâm Nghiên cứu môi trường Helmholtz (UFZ), CHLB đức, đã dùng một chủng vi khuẩn để tạo ra enzym có thể sử dụng trong quy trình sản xuất tiền chất của PMMA bằng công nghệ sinh học. So với quy trình sản xuất hóa học trước đây, quy trình công nghệ sinh học mới này thân môi trường hơn rất nhiều.
PMMA là một nguyên liệu có độ trong suốt cao, cứng, có khả năng chịu bức xạ tử ngoại và phong hóa cao. Nó có thể được nhuộm, đúc, cắt, khoan và tạo hình. Các tính chất này làm cho PMMA rất lí tưởng trong nhiều ứng dụng như kính chắn gió máy bay, cửa sổ trần nhà, đèn hậu ô tô và các biển hiệu ngoài trời.[4] Tại Houston (Mỹ), người ta đã dùng hàng trăm tấm PMMA để làm trần cho một sân vận động lớn.
PMMA có các tính chất ưu việt của một polyme như: nhiệt dẻo , cấu trúc vô định hình, cho ánh sáng truyền qua tới 93% trong dải ánh sáng nhìn thấy, có khả năng chống lại thời tiết ,có độ cứng bề mặt cao, có khả năng chống xước đặc biệt khi bề mặt PMMA được phủ lớp màng nano kim loại như nhôm (Al), khả năng chịu nhiệt, độ cứng cao, có khả năng chống ăn mòn hóa và tái chế tái sử dụng . Chính vì các đặc tính ưu việt như nêu trên, nên PMMA thường được ứng dụng nhiều trong vật liệu công nghiệp, đặc biệt vật liệu quang học và quang tử.
Hình 1.27 Dải truyền qua của PMPMMA
Với dải sóng truyền qua từ 240nm đến khoảng 1600nm, và khả năng truyền qua của PMMA khá cao cho nên chấm lượng nc-CdSe có ảnh hưởng đáng kể dến tính chất hấp thụ cũng như tính chất phát quang của vật liệu tổ hợp nc-CdSe/PMMA,.
CHƢƠNG II- CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ 2.1 Phƣơng pháp quay phủ (spin coating)
- Nguyên lý quay phủ li tâm:
Trong suốt quá trình quay phủ li tâm, lực li tâm và lưu lượng xuyên tâm của dung môi có tác dụng kéo căng, dàn trải và tán mỏng dung dịch, chống lại lực kết dính của dung dịch và tạo thành màng.
Hình 2.1: Giản đồ máy quay phủ li tâm
- Quay phủ li tâm các dung dịch polyme thuần nhất
Polymer được hòa tan trong các dung môi hữu cơ như xylene, toluene, clorophonm, cloruabenzen…, được rung siêu âm trong nhiều giờ để duỗi chuỗi polymer, tạo thành dung dịch đồng nhất.
Với cùng một loại polymer có nồng độ tan trong dung môi nhất định, thì chiều dày màng giảm khi tốc độ quay tăng. Nhóm tác giả [16] đã đưa ra đề xuất về sự phụ thuộc của chiều dày màng vào tốc độ quay là như nhau với mọi nồng độ khác nhau của polymer bằng các kết qủa nghiên cứu của mình.
- Quay phủ li tâm màng polymer tổ hợp cấu trúc nanô
Polymer tổ hợp cấu trúc nanô là vật liệu kết hợp giữa vật liệu hữu cơ là polymer với vật liệu vô cơ thường là các hạt ôxit kim loại hoặc các chấm lượng tử. Dung dịch polymer tổ hợp cấu trúc nanô được chuẩn bị từ các dung dịch polymer thuần nhất, sau đó bột nanô ôxit kim loại hoặc dung môi chứa các chấm lượng tử được hòa vào dung dịch polyme thuần nhất. Rung siêu âm trong nhiều giờ có tác dụng phân tán các hạt nanô trong dung dịch polymer. Sau đó dung dịch tổ hợp được quay phủ li tâm tương tự như quay phủ li tâm dung dịch polymer thuần nhất. Màng polymer tổ hợp cấu trúc nanô cũng có thể được tạo
thành từ màng kép khi quay phủ li tâm màng polymer thuần nhất trên màng nanô ôxit kim loại.
Quay li tâm các màng polymer tổ hợp cấu trúc nanô hoàn toàn tuân theo những nguyên lý cơ bản của qúa trình quay li tâm điển hình, với các đặc điểm đã nêu trên. Dung dịch polymer tổ hợp cấu trúc nanô được tạo thành từ dung dịch polymer thuần nhất chứa các hạt vô cơ có kích thước nanô.
Tuy nhiên vì dung dịch có chứa các hạt nanô, do đó tốc độ quay phủ li tâm không chỉ có ảnh hưởng đáng kể tới chiều dày màng mà còn ảnh hưởng đến sự liên kết và cấu trúc bề mặt polymer/hạt nanô trong các màng tổ hợp và lai cấu trúc nanô. Tốc độ quay thích hợp tạo ra được lực văng thích hợp, có tác dụng làm cho các hạt nanô (được hoà trộn trong dung dịch polymer - vật liệu kiểu các hạt nanô trong polymer, hoặc lớp màng hạt nanô được trải phủ màng polymer lên trên - vật liệu kiểu polymer trên hạt nanô) phân tát tốt hơn vào các chuỗi polymer, làm cho các chuỗi polymer bao bọc các hạt nanô tốt hơn, do vậy cấu trúc bề mặt polymer/nanô trở hoàn hảo hơn, bền vững hơn, tạo điều kiện tốt hơn cho sự phân ly truyền điện tích và năng lượng qua biên tiếp xúc dị thể polymer/nanô được tốt hơn. Nhiệt độ xử lý sau khi tạo màng cũng góp phần làm cho cấu trúc bề mặt polymer/nanô trở nên bền chặt hơn.
2.2 Tạo màng bằng phƣơng pháp bốc bay nhiệt chân không
Hình 2.2: Hệ bốc bay tạo điện cực kim loại
Các thông số cơ bản của hệ như sau: Bơm khuếch tán: Pgiới hạn: 10-5
torr, Pđối: 10-2 torr.
Bơm sơ cấp : Pgiới hạn: 10-3
torr, Pđối: khí trời.
Áp suất trong buồng chân không được xác định thông qua áp kế cặp nhiệt điện.
Bốc bay nhiệt sử dụng nguồn nhiệt được cung cấp trực tiếp từ thuyền điện trở. Thuyền điện trở thường được làm từ các dây kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao, độ bền cao trong chân không như Vonfram, Molipden… , được uốn thành hình giỏ. Vật liệu cần bốc bay được đặt trực tiếp lên trên thuyền trong buồng chân không có độ chân không cao, áp suất đạt từ 10-2
– 10-13 torr. Khi thuyền được đốt nóng (bằng dòng điện) lên đến nhiệt độ bằng hoặc cao hơn nhiệt độ hóa hơi của vật liệu gốc, các phần tử của vật liệu gốc khi nhận được năng lượng đủ lớn sẽ thăng hoa và được lắng đọng trên bề mặt đế tạo thành màng. Các thao tác cần thực hiện trên máy bốc bay chân không ULVAC SINKU KIKO tại phòng thí nghiệm khoa Vật lý Kỹ thuật-trường Đại học Công nghệ
2.3 Chụp ảnh bề mặt (SEM)
Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope – SEM) là phương pháp phân tích hình thái học bề mặt sử dụng chùm tia điện tử hẹp quét trên bề mặt để tạo ra ảnh có độ phân giải cao. Tương tác giữa chùm tia điện tử với bề mặt mẫu sẽ ghi nhận và xử lý để cho kết quả ảnh bề mặt mẫu.
Hình 2.3 : Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét SEM (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Chùm tia điện tử được tạo ra từ ống phóng điện tử và được gia tốc nhờ vào điện trường tăng tốc. Sau đó chùm tia điện tử được hội tụ nhờ hệ thấu kính từ để tạo thành chùm tia điện tử hẹp cỡ vài A0
đến vài nanomet và quét trên bề mặt mẫu nhờ các cuộn quét tĩnh điện. Chùm điện tử hẹp này sẽ tương tác với bề mặt mẫu và tạo ra các điện tử thứ cấp, các điện tử thứ cấp này có năng lượng thấp, phát ra từ bề mặt mẫu với độ sâu chỉ vài nanomet sẽ được ghi nhận và phân tích cho ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu.
Kính hiển vi điện tử quét (SEM) “TRIAX” và FE-SEM (độ phóng đại 300.000 x), Viện Khoa học Vật liệu, Viện Khoa học và công nghệ Việt Nam, dùng để phân tích và xác định hình thái học của bề mặt màng và kính hiển vi điện tử quét (SEM) – hãng Hitachi S-4800. Hệ được sử dụng để chụp ảnh các bề mặt vật liệu với độ phóng đại lớn (100.000 x)
2.4. Phương pháp đo phổ hấp thụ UV-VIS
Việc xác định phổ hấp thụ dựa trên nguyên tắc: các bước sóng cực đại hấp thụ đặc trưng cho từng chất. Đây cũng là cơ sở của việc định tính. Độ hấp thụ các bức xạ phụ thuộc vào nồng độ của chất nghiên cứu trong dung dịch cần đo là cơ sở của phép định lượng.
- Sơ đồ cấu tạo
Máy đo quang phổ UV-Vis là một thiết bị dùng để đo độ hấp thụ hoặc độ truyền qua của dung dịch gồm có các bộ phận cơ bản sau:
- Nguồn sáng: cung cấp các bức xạ điện từ
- Bộ phận tán sắc: có nhiệm vụ chọn từ nguồn bức xạ một bước sóng đặc trưng
- Bộ phận đựng mẫu đo
- Bộ phận detector dùng để đo cường độ tia bức xạ
Ngoài ra còn có các bộ phận khác như là thấu kính hoặc gương có nhiệm vụ chuyển tiếp các tia sáng qua thiết bị
- Nguyên lý hoạt động
Để xác định phổ hấp thụ của mẫu ( dung dịch, khối, hay màng mỏng…) ta tiến hành theo sơ đồ sau:
Hình 2.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy đo quang phổ UV-VIS
Tia sáng từ nguồn sáng đơn sắc được tách làm hai tia 1 và 2 có cường độ I0 như nhau nhờ gương bán mạ L1, tia 1 truyền thẳng tới vật nền ( trong trường hợp mẫu dung dịch thì là lọ dùng để đựng dung dịch, với mẫu màng mỏng được phủ trên đế thủy tinh thì là miếng thủy tinh dùng để phủ màng…), tia thứ 2 sau khi
phản xạ trên gương L2 sẽ đưa tới mẫu cần xác định độ hấp thụ. Sau đó so sánh cường độ sáng sau khi truyền qua mẫu IS và cường độ ánh sáng nền IG, ta sẽ xác định được độ hấp thụ của mẫu.
Cường độ sáng bị hấp thụ bởi mẫu được xác định:
IS = I0 - IG
Để thu được phổ hấp thụ của mẫu, bước sóng ánh sáng tới sẽ được quét từ vùng hồng ngoại gần tới vùng tử ngoại gần (UV-VIS-NIR). Bước sóng mà tại đó IS thu được là nhỏ nhất chính là bước sóng mà hấp thụ của mẫu là cực đại, bước sóng này là đặc trưng đối với từng mẫu.
2.5 Phƣơng pháp đo phổ quang-huỳnh quang (PL)
Hệ quang-huỳnh quang ở máy đo Fluorescence Spectrophotometer Cary Eclipse Varian phòng laser 311 nhà 2H viện vật lý bao gồm: buồng kín chống phản xạ ánh sáng, nguồn kích là đèn deuteri và bộ lọc đơn sắc (có thể phát bất kỳ bước sóng kích nào nằm trong dải phổ 250 nm đến 800 nm), ống nhân quang, thiết bị khuếch đại và thu tín hiệu điện (bộ lock-in và chopper điện tử), ghép nối với máy tính.
Hình 2.5 Máy quang phổ huỳnh quang F-7000
Khi một photon tới đập vào điện cực phụ đầu tiên làm bức electron từ điện cực này. Những electron này tiếp tục được gia tốc bởi điện trường giữa các điện cực sẽ bay đến đập vào các điện cực phụ kế tiếp làm bức ra càng nhiều electron. Quá trình cứ thế tiếp tục và số lượng electron sẽ được nhân dần lên và cuối cùng tạo nên dòng điện được thu ở mạch ngoài. Số photon tới (cường độ ánh sáng) tỷ lệ với số lượng electron thứ cấp được tạo thành, nên nó cũng tỷ lệ với cường độ dòng điện thu ở mạch ngoài
Tín hiệu điện thu được từ ống nhân quang sẽ được băm ra bởi chopper điện tử và được khuếch đại lên 70 – 80 dB bởi bộ khuếch đại lock-in. Card DAQ
2018-A sẽ chuyển tín hiệu analog sang tín hiệu số để máy tính có thể đọc được. Chương trình viết bằng phần mềm Labview dùng để điều khiển hệ đo, xử lý tín hiệu và vẽ phổ đo được.
2.6 Đo đặc trƣng I-V của linh kiện
Hệ đo đặc trưng I-V PSG-30 tại phòng thí nghiệm khoa Vật lý kỹ thuật, trường Đại học Công nghệ bao gồm: một ống nhân quang làm nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu phát quang, một nguồn cao thế Canberra, một milivolt kế kết nối máy tính, máy Potentiostat PSG-30, buồng đo, bơm chân không và máy tính điều khiển. Potentiostat PSG30 được điều khiển bằng máy tính có thể cấp thế DC qua mẫu trong khoảng từ -10V đến 10V với những tốc độ tăng thế khác nhau (0.1V/s 1V/s) và có thể đo được dòng qua mẫu với độ nhạy 0,1A. Nguồn cao thế có khả năng cấp điện thế từ 0V 3000V làm nhiệm vụ cấp thế cho ống nhân quang. Tín hiệu thu được từ ống nhân quang sẽ được ghi nhận vào máy tính thông qua milivolt kế Protek 506 kết nối máy tính. Dữ liệu đo I-V được ghi nhận theo thời giam thực và lưu trữ trên máy tính. Trong thời gian đo, chân không của buồng đo được duy trì bằng bơm chân không. .
2.7. Phƣơng pháp đo phổ hồng ngoại FTIR
Các phương pháp phổ dựa trên cơ sở lý thuyết về sự tương tác của các bức xạ điện từ đối với phân tử. Quá trình tương tác đó dẫn đến sự hấp thụ và phát xạ năng lượng có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc phân tử. Do đó, có thể sử dụng các phương pháp phổ để xác định cấu trúc phân tử. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Phổ hồng ngoại là một trong những phương pháp phân tích hóa lý hiện đại và hiệu quả để phân tích cấu tạo các hợp chất. Những số liệu từ phổ hồng ngoại cho phép xác định sự có mặt của các nhóm chức trong phân tử hợp chất hữu cơ (như nhóm OH, NH, CH, C=C, C=O, C=N,...), nhận biết các liên kết trong việc nghiên cứu cấu trúc của hợp chất vô cơ đặc biệt là phức chất, cấu trúc vật liệu (vật liệu mao quản, zeolit, polime,...).
Khi chiếu một chùm tia đơn sắc có bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại (50÷10.000 cm-1) qua chất phân tích, một phần năng lượng bị hấp thụ làm giảm cường độ của tia tới. Sự hấp thụ này tuân theo định luật Lambert – Beer:
D = lg Io/I = kdC Trong đó:
D: mật độ quang
Io, I: cường độ tia sáng trước và sau khi ra khỏi chất phân tích C: nồng độ chất phân tích.
Phân tử hấp thụ năng lượng sẽ dao động (xê dịch các hạt nhân nguyên tử xung quanh vị trí cân bằng) dẫn đến thay đổi độ dài liên kết và các góc hóa trị tăng giảm tuần hoàn. Chỉ có những dao động làm biến đổi momen lưỡng cực điện của liên kết mới xuất hiện tín hiệu hồng ngoại. Sự biến đổi momen lưỡng cực càng lớn thì cường độ của các dải hấp thụ càng lớn. Mỗi nhóm chức hoặc liên kết có một tần số (bước sóng) đặc trưng thể hiện bằng đỉnh trên phổ hồng ngoại. Như vậy, căn cứ vào các tần số đặc trưng này có thể xác định các liên kết giữa các nguyên tử hay nhóm nguyên tử, từ đó xác định cấu trúc của mẫu phân tích.
CHƢƠNG III - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Chế tạo chấm lƣợng tử CdSe
Ở đây Tôi xin trình bày phương pháp chế tạo chấm lượng tử CdSe bằng phương pháp phun nóng sử dụng dung môi có nhiệt độ sôi cao
a) Các hóa chất được sử dụng để chế tạo gồm:
+) Cadmium oxide (CdO) độ sạch 99,5%
+) Tri–n–octylphosphine oxide (TOPO, C24H51PO, Merck) 98% +) Tri–n–octylphosphine (TOP, C24H51P, Fluka) 90%
+) Hexadecylamine (HDA, C16H35N, Merck) 92%
+) Dodecylphosphonic acid (DDPA, C12H27O3P, polycarbon Inc) +) Selenium (Poole England) 99%
+) Toluen và methanol (Merck)
+) Zinc stearate (C36H70O2Zn, Aldrich)
b) Qui trình chế tạo chấm lượng tử CdSe
Hình 3 . 1: Sơ đồ chế tạo chấm lượng tử CdSe bằng phương pháp phun nóng sử dụng dung môi có nhiệt độ sôi cao
Bƣớc 1: Hỗn hợp của CdO (0,8 mmol), DDPA (1,6 mmol), TOPO (3,5 ml) và HDA (6,5 ml) được nạp vào bình cầu 3 cổ (dung tích 50 hoặc 100 ml). Đun nóng chảy hỗn hợp ở 60o và hút chân không khoảng 45 phút để loại bỏ ôxi và các tạp chất dễ bay hơi.
. Ở nhiệt độ này, dung dịch nóng chảy của TOPO và HAD hòa tan Cdo, tạo