Vi súng là dạng năng lượng của điện từ trường với tần số trong khoảng 300 MHz đến 300 GHz. Tần số thường được sử dụng là vào khoảng 2,45 GHz. Tương tỏc giữa vật liệu và trường vi súng là dựa vào 2 cơ chế: tương tỏc lưỡng cực và độ dẫn ion. Cả 2 cơ chế đều yờu cầu cỏc thành phần của vật liệu nguồn phải được liờn kết tương đối chặt chẽ với sự dao động rất nhanh của vectơ cường độ điện trường trong trường vi súng.
Tương tỏc lưỡng cực xuất hiện với cỏc phõn tử phõn cực. Cỏc đầu của lưỡng cực sẽ cú xu hướng tỏi định hướng với nhau và dao động cựng với sự dao động của điện trường. Nhiệt khi đú được tạo ra do sự va chạm giữa cỏc phõn tử và do ma sỏt. Chớnh do quỏ trỡnh này, cỏc phõn tử trong vật liệu được trộn đều tạo nờn tớnh chất đồng nhất của sản phẩm. Thụng thường, phõn tử càng phõn cực thỡ sự liờn kết của cỏc phõn tử vật chất với trường vi súng sẽ càng chặt chẽ.
So với phương phỏp gia nhiệt truyền thống phương phỏp vi súng cú rất nhiều ưu điểm (Bảng 2.1).
Chớnh vỡ một số ưu điểm ở trờn mà phương phỏp vi súng đó thu hỳt được nhiều sự quan tõm, đõy cú thể coi là một phương phỏp hứa hẹn nhiều triển vọng để tạo ra cỏc cấu trỳc nano trong mụi trường dung dịch.
Thực tế đó chứng minh rất nhiều cấu trỳc nano của cỏc vật liệu khỏc nhau đó được tạo ra bằng phương phỏp này, điển hỡnh như cỏc cấu trỳc nano của Ag, Au, Pt và AuPd. Phương phỏp vi súng khụng chỉ cho phộp tạo ra cỏc hạt hỡnh cầu, mà cũn cú thể cho phộp tạo ra cỏc cấu trỳc đĩa đa giỏc đơn tinh thể, tấm, thanh, dõy, ống nano... chỉ trong vài phỳt. Hỡnh dạng và kớch thước của cỏc cấu trỳc nano cú thể điều khiển bằng cỏc thụng số thực nghiệm như: nồng độ muối kim loại, chất hoạt húa bề mặt, độ dài của polyme hoạt húa, dung mụi và nhiệt độ phản ứng. Núi chung, cỏc cấu trỳc nano với kớch thước nhỏ và sự phõn bố kớch thước đồng đều, kết tinh tốt hơn đó đạt được nhờ phương phỏp vi súng.
(a)
(b)
Hỡnh 2.6. Sự phõn bố nhiệt trong mẫu khi đun bằng phương phỏp gia nhiệt truyền thống và phương phỏp vi súng: (a) gia nhiệt theo kiểu truyền thống; (b) gia nhiệt
Thời gian = 60; nhiệt độ bề mặt (T) Thời gian = 60 s; nhiệt độ bề mặt (T)
Núi túm lại, phương phỏp vi súng cú những ưu điểm chớnh là: sự phõn bố nhiệt đồng đều trong cả dung dịch, thời gian phản ứng ngắn nờn cỏc hạt được tạo ra cú kớch thước nhỏ và phõn bố kớch thước hạt đồng đều.
Bảng 2.1. So sánh phương pháp vi sóng và phương pháp gia nhiệt truyờ̀n thụ́ng
Phương phỏp gia nhiệt truyền thống Phương phỏp vi súng
- Truyền nhiệt cho thành bỡnh, rồi nhiệt truyền vào chất lỏng bờn trong, nhiệt truyền đi bằng dũng nhiệt (đối lưu).
- Chậm và tốn năng lượng cho thành bỡnh, hiệu suất khụng cao.
- Nhiệt độ ở bề mặt bờn ngoài cú thể vượt quỏ nhiệt độ sụi của chất lỏng. - Quỏn tớnh nhiệt lớn.
- Dung mụi, hoặc chất phản ứng hấp thụ trực tiếp năng lượng từ trường vi súng
- Bỡnh chứa khụng hấp thụ vi súng (khụng tốn năng lượng làm núng thành bỡnh) - Trực tiếp làm núng vật liệu ở bờn trong, gradien nhiệt đồng đều
- Cỏc xung nhiệt được bật tắt tức thỡ.
- Gradien nhiệt (Hỡnh 2.6) hoàn toàn ngược so với phương phỏp truyền thống, đồng đều ở bờn trong khối chất lỏng