1.5.2.1 Tính chất vật lý
Là chất rắn, màu trắng, tos=330–260OC, tonc=55– 58OC, không tan trong nước
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 19
1.5.2.2 Tính chất hóa học
Mang đầy đủ tính chất của một rượu. Vì có nhóm hydroxyl bên ngoài nên làm cho Stearyl alcohol dễ dàng tạo liên kết cộng hóa trị khác.
1.5.2.3 Ứng dụng
Stearyl alcohol là một chất hoạt động bề mặt nonionic, được sử dụng trong các sản phẩm mỷphẩm như dầu gội, dầu xả, kem làm mềm da...
Hình 20: Phản ứng hình thành dẫn xuất dendrimer
Những thuận lợi khi lai hóa Stearyl với dendrimer
- Tạo ra một PAMAM biến tính. Chuỗi stearyl khi gắn kết với PAMAM tạo một dẫn xuất mới so với PAMAM, làm tăng trọng lượng phân tử và tăng khoảng trống bên trong dendrimer.
- Chuỗi stearyl khi lai hóa với dendrimer PAMAM sẽ che chắn bề mặt dendrimer
PAMAM, làm chất mang giữ các kim loại bên trong lâu hơn, hạn chế sự oxy hóa của
kim loại.
Tóm lại khi dendrimer lai hóa với chuỗi stearyl tạo nên chất mang và tạo "nắp
bảo vệ", nhờ đó hạn chế được sự oxy hóa kim loại.
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 20
Hình 21: Sản phẩm của sự lai hóa Stearyl alcohol với PAMAM
1.6 Giới thiệu về vật liệu nanocomposite5
Vật liệu nano là vật liệu có kích thước ở mức nano. Khoa học và vật liệu nano hiện nay là loại vật liệu rất ưa chuộng trên thế giới. Được ứng dụng nhiều trong các lĩnh vực của khoa học và công nghệ như điện tử, y học, hóa học, sinh học, môi
trường…
1.6.1 Vật liệu composite2,5
1.6.1.1 Khái niệm
Vật liệu composite hay composite là vật liệu tổng hợp từ hai hay nhiều vật liệu khác nhau tạo nên vật liệu mới có tính năng hơn hẳn các vật liệu ban đầu, khi những vật liệu này làm việc riêng rẽ.
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 21
Hình 22: Vật liệu composite 1.6.1.2 Thành phần và cấu tạo
Nhìn chung, mỗi vật liệu composite gồm một hay nhiều pha gián đoạn được phân bố trong một pha liên tục duy nhất. Khi đó pha là một loại vật liệu thành phần nằm trong cấu trúc của vật liệu composite. Pha liên tục gọi là vật liệu nền (matrix), thường làm nhiệm vụ liên kết các pha gián đoạn lại. Pha gián đoạn được gọi là cốt hay vật liệu
tăng cường (reinforcement) được trộn vào pha nền làm tăng cơ tính, tính kết dính, chống mòn, chống xước ... khi đó vật liệu nền của vật liệu composite là chất kết dính, giúp chuyển ứng suất sang cho sợi gia cường khi có ngoại lực tác động vào vật liệu. Nó quyết định khả năng chịu nhiệt và bền với môi trường.
Thành phần cốt: sợi thuỷ tinh, sợi basalt, sợi hữu cơ, sợi carbon, sợi Bor, sợi carbua silic, sợi kim loại, sợi ngắn và các hạt phân tán và cốt vải.
Ngoài những thành phần cơ bản trên thì trong vật liệu composite còn có các phụ gia khác như chất xúc tác, chất tạo màu…
1.6.1.3 Phân loại27
Gồm có các vật liệu composite sau: vật liệu composite polymer, carbon – carbon, gốm, kim loại và tạp lai.
Vật liệu composite có các ưu điểm như nhẹ, bền, có tính cơ học cao, chịu nhiệt, chịu hoá chất tốt, giá thành thì thích hợp nên được sử dụng rộng rãi. Hiện nay, thì vật
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 22
liệu composite đã có mặt ở hầu hết các lĩnh vực như giao thông vận tải, xây dựng, công nghiệp, y tế…
Ngoài ra đối với các vật liệu composite cao cấp có những tính chất đặc biệt như
khả năng chịu nhiệt, bền… thì các loại composite này được sử dụng trong ngành hàng không dân dụng, vũ trụ và một số vật dụng khác có tính đòi hỏi cao…
1.6.1.4 Vật liệu nanocomposite
Là loại vật liệu sử dụng các hạt có kích thước nano phối trộn vào vật liệu
composite tăng khả năng gia cường, có ứng dụng rộng rãi cả trong kỹ thuật và dân dụng. Nanocomposite bao gồm cả ba loại nền kim lọai, nền gốm và nền polymer. Ở đây, ta chỉđề cập chủ yếu đến nanocomposite trên cơ sở chất nền là polymer.
Vật liệu nanocomposite polymer: là loại vật liệu composite-polymer với hàm
lượng chất gia cường thấp ( 1-7%) và chất gia cường này phải ởkích thước nanomet.
Pha gia cường ở kích thước nanomet được sử dụng trong lĩnh vực nanocomposite
thường là hạt nano và ống carbon (carbon nanotube). Các phương pháp được sử dụng phổ biến hiện nay để chế tạo vật liệu nanocomposite polymer là phương pháp in situ, nóng chảy, nhũ tương và phương pháp dung dịch.
Vật liệu nanocomposite là một trong những hướng đi khác của công nghệ nano.
Nó được sản xuất bằng cách thêm vào nền polymer các phân tử rắn có kích thước nanomet tạo nên liên kết cấp phân tửpolymer làm thay đổi bản chất cơ, lý, hoá tính của vật liệu polymer. Những vật liệu này dễ chế tạo, nhiệt gia công thấp.
Ngoài ra vật liệu nanocomposite còn là vật liệu thân thiện với môi trường, có thể
tái sử dụng mà vẫn duy trì những đặc tính của nó.
1.6.2 Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocomposite5
Nanocomposite kim loại – polymer có thể được tổng hợp theo hai phương pháp khác
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 23
1.6.2.1 Phương pháp in situ
Hạt kim loại được tổng hợp trong chất nền polymer bằng sự phân ly (như sự
quang phân, sự phân giải do chiếu xạ, sự nhiệt phân…) hay khử hoá học dung dịch ion kim loại trong chất nền polymer.
1.6.2.2 Phương pháp ex situ.
Hạt nano được tổng hợp bằng phương pháp hoá học rồi sau đó được cho vào trong chất nền polymer. Thông thường, phải chuẩn bị được nano kim loại mà bề mặt đã
được oxy hoá chống gỉ. Sự oxy hoá chống gỉ bề mặt có vai trò chủ yếu vì nó tránh
được sự kết tụ và hiện tượng oxy hoá, nhiễm bẩn. Bên cạnh đó, các hạt kim loại đã
được oxy hoá chống gỉ thì không ưa nước nên nó dễ dàng trộn vào polymer.
Qua hai phương pháp tổng hợp ex situ và in situ trong tổng hợp nanocomposite kim loại – polymer thì phương pháp ex situ tốt hơn vì tính quang học cao có thể thu
được từ sản phẩm cuối cùng.
1.6.3 Phân loại vật liệu nano27
Phân loại theo hình dáng của vật liệu
- Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano), ví dụ đám
nano, hạt nano.
Hình 23: Vật liệu nano không chiều
- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, ví dụ
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 24
Hình 24: Vật liệu nano một chiều
- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, ví dụ
màng mỏng
Hình 25: Vật liệu nano hai chiều
- Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có
một phần của vật liệu có kích thước nanomet, hoặc cấu trúc của nó có nano không
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 25
Cũng theo cách phân loại theo hình dáng của vật liệu, một số người đặt tên số
chiều bị giới hạn ở kích thước nano. Nếu như thế thì hạt nano là vật liệu nano 3 chiều,
dây nano là vật liệu nano 2 chiều và màng mỏng là vật liệu nano 1 chiều. Cách này ít phổ biến hơn cách ban đầu.
Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano:
Vật liệu nano kim loại
Vật liệu nano bán dẫn
Vật liệu nano từ tính
Vật liệu nano sinh học
1.6.4 Tính chất hạt nano kim loại2
Hạt nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có kích thước nano được tạo
thành từ các kim loại. Người ta biết rằng hạt nano kim loại như hạt nano vàng, nano bạc được sử dụng từ hàng nghìn năm nay.
1.6.4.1 Tính chất quang học
Tính chất quang học của hạt nano vàng, bạc trộn trong thủy tinh làm cho các sản
phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau. Mật độ hạt nano cũng ảnh hưởng đến tính
chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao
thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt.
1.6.4.2 Tính chất điện
Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong đó. Đối với vật liệu khối, các lí luận về độ dẫn dựa trên cấu trúc vùng năng lượng của chất rắn. Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các hạt trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng.
1.6.4.3 Tính chất từ
Các kim loại quý như vàng, bạc… có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù trừ
cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì vật liệu có từ tính tương đối mạnh. Các
kim loại có tính sắt từ ở trạng thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, cobalt, nickel thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 26
siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái siêu thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường bị ngắt đi.
1.6.4.4 Tính chất nhiệt
Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân
cận có liên kết mạnh. Nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm.
Ví dụ, hạt vàng 2 nm có Tm = 500°C, kích thước 6 nm có Tm = 950°C.
Các phương pháp chế tạo hạt nano kim loại2
Phương pháp khử hóa học
Phương pháp ăn mòn laser
Phương pháp khử vật lý
Phương pháp khử hóa lý
Phương pháp khử sinh học
Trong bài luận văn này tôi dùng phương pháp khử hóa học để tổng hợp ra nano cobalt.
Phương pháp khử hóa học là dùng các tác nhân hóa học để khử ion kim loại thành kim loại. Dung dịch ban đầu có chứa các muối của kim loại như CoCl2.6H2O. Tác nhân khử ion kim loại Co2+ thành Co. Ởđây chất khử ta dùng Sodium Borohydride NaBH4 .
Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng
phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc chất hoạt hóa bề mặt. Phương pháp tĩnhđiện đơn giản
nhưng bị giới hạn bởi một số chất khử. Phương pháp bao phủ phức tạp nhưng linh hoạt
hơn, hơn nữa phương pháp này có thể làm cho bề mặt hạt nano có các tính chất cần thiết cho các ứng dụng. Các hạt nano Ag, Au, Pt, Pd, Rh với kích thước từ 10 đến 100 nm có thểđược chế tạo từphương pháp này.
1.6.5 Ứng dụng của vật liệu nanocomposite5
Trong ngành công nghiệp hiện nay, các nhà sản xuất điện tử đã bắt đầu đưa công
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 27
ngành điện tử như các con chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý cực nhanh, các con vi xử lý trong ngành công nghệ thông tin… Trong y học, để chữa bệnh ung thư người
ta tìm cách đưa các phân tử thuốc đến đúng các tế bào ung thư qua các hạt nano đóng
vai trò là “chất vận chuyển”, tránh được tác dụng phụ gây ra cho các tế bào lành. Ứng
dụng nano vào trong y tếngày nay đang nhằm vào những mục tiêu tốt nhất đối với sức
khỏe con người, như các bệnh do di truyền, các bệnh HIV/AIDS, ung thư, tim mạch và các bệnhđang lan rộng hiện nay như béo phì, tiểu đường, mất trí nhớ.
Rõ ràng y học là lĩnh vực được lợi nhiều nhất từ công nghệ này. Đặc biệt là sự ra
đời nano phẫu thuật thẩm mỹ, nhiều loại thuốc thẩm mỹ có chứa các loại hạt nano để
làm thẩm mỹ và bảo vệ da.
Nhìn chung, vật liệu nanocomposite có tính chất tốt hơn so với composite thông
thường nên có nhiều ứng dụng đặc biệt và hiệu quả hơn. Đây sẽ là loại vật liệu mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới và hứa hẹn nhiều tiềm năng ứng dụng cao trong tương lai.
Đặc biệt là công nghệ nano kim loại được chú trọng nhất và đánh dấu bước phát triển của ngành hóa học.
Các ứng dụng đều liên quan đến những tính chất khác biệt của hạt nano. Những ứng dụng đầu tiên như chúng ta đã biết là liên quan đến tính chất thuận từ và tính chất
quang của chúng. Người ta trộn hạt nano vàng, bạc vào thủy tinh để chúng có các màu sắc khác nhau. Gần đây người ta đã phát hiện ra rất nhiều ứng dụng của hạt nano vàng
để tiêu diệt tế bào ung thư. Hạt nano vàng bọc bởi các nguyên tử Gd (có moment từ
nguyên tử lớn nhất) còn được dùng để làm tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ hạt
nhân (MRI). Rất gần đây, người ta còn tạo ra nguyên tử nhân tạo từ hai hạt nano vàng mở ra khả năng ứng dụng lớn trong tương lai.
1.7 Giới thiệu về nano kim loại Cobalt28,31
Từ đặcđiểm từ tính của nanocobalt được bao bọc bởi dendrimer (DENs) đã được
nghiên cứu từ nhiều nguồn tư liệu khác nhau và có nhiều phương pháp tổng hợp như:
sự phân ly bằng hợp chất hữu cơ kim loại, khử mixen, khử siêu âm hóa học, tổng hợp
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 28
Nanocobalt được tổng hợp từ dẫn xuất dendrimer với Co2+ sản phẩm tạo ra có tính từ tính nên được ứng dụng trong y học như chụp cộng hưởng từ (MRI). Phức của
dendrimer có kích thước nhỏ hơn 3nm thì chúng thấm màng tế bào ra rất nhanh để
khuếchtán ra ngoài cơ thể, đối với phức dendrimer có kích thước nằm giữa 3nm – 6nm thì sẽ được thải nhanh qua thận. Kích thước từ 5nm – 7nm thì thích hợp để đưa vào
trong chuỗi khối u. Còn với kích thước 7nm – 12nm thì bịlưu lại một lượng lớn trong
quá trình lưu thông máu. Ngoài ra nanocobalt còn được sử dụng cho các bản ghi từ mật độ cao.
1.8 Khái quát về từ tính
Từ tính (magnetic property) là một tính chất của vật liệu hưởng ứng dưới sự tác
động của một từ trường. Từ tính có nguồn gốc từ lực từ, lực này luôn đi liền với lực
điện nên thường được gọi là lực điện từ.
Từ tính có thể phân ra làm các loại: sắt từ, phản sắt từ, ferri từ, thuận từ, nghịch từ.
Thông thường khi ta nói một vật liệu có từ tính, tức là chỉ vật liệu có tính sắt từ, phản sắt từ hoặc ferri từ.
Sắt từ là các chất có từ tính mạnh, hay khảnăng hưởng ứng mạnh dưới tác dụng của từtrường ngoài, mà tiêu biểu là sắt (Fe).
Các chất sắt từ (iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), gadolinium (Gd)... là các chất sắt từđiển hình.
Có thể nói vật liệu sắt từ đang được nghiên cứu và ứng dụng hết sức rộng rãi trong khoa học, công nghiệp cũng như trong đời sống, từ các nam châm vĩnh cửu, đến các lõi biến thế, hay cao hơn là các ổ cứng máy tính, các đầu đọc ổ cứng...
Phản sắt từ là nhóm các vật liệu từ có trật tự từ mà trong cấu trúc gồm có 2 phân mạng từđối song song và cân bằng nhau về mặt giá trị.
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 29
Hình 26: Cấu trúc từ của vật liệu phản sắt từ
Vật liệu phản sắt từ trong các ứng dụng từ tính thường không được sử dụng độc lập
mà thường dùng làm các chất bổ trợ liên kết phản sắt từ. Sử dụng trong các cấu trúc