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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
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 màng mỏng đa lớp có các lớp sắt từ xen kẽ bởi các lớp không từ tính hoặc các lớp phản sắt từ làm cho mômen từ giữa các lớp sắt từ sắp xếp phản song song với nhau, thường sử dụng trong các màng từđiện trở.
Thuận từ là những chất có từ tính yếu. Tính chất thuận từ thể hiện ở khảnăng hưởng
ứng thuận theo từ trường ngoài, có nghĩa là các chất này có mômen từ nguyên tử (nhưng giá trị nhỏ), khi có tác dụng của từ trường ngoài, các mômen từ này sẽ bị quay theo từtrường ngoài, làm cho cảm ứng từ tổng cộng trong chất tăng lên.
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 30
Hình 28: Đồ thị thuận từ
Siêu thuận từ là một trạng thái của chất các chất sắt từ đạt được khi kích thước các
hạt nhỏ hơn giới hạn siêu thuận từ.
Sử dụng các chất lỏng từ làm tăng tính truyền dẫn trong các hệ dẫn lực, dẫn nhiệt,
dẫn từ, làm giảm nhiễu ồn ở loa điện động...
- Làm nhân cho các hệ hạt tự lắp ghép
- Dẫn thuốc
- Làm tăng độ tương phản của ảnh chụp cộng hưởng từ hạt nhân - Điều trị ung thư bằng đốt nóng thân nhiệt cục bộ...
Nghịch từ Các chất nghịch từ được cấu tạo từ một loại phân tử không có từ tính. Khi đặt vào từ trường ngoài trong các phân tử sẽ xuất hiện dòng điện phụ và tạo ra từ trường phụ ngược chiều từ trường ngoài (vì vậy có tên là chất nghịch từ).
1.8 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước.
1.8.1 Ở ngoài nước.
Vào năm 1994, Yang Farina và D.A. Rice thuộc trường đại học Kebangsaan của
Malaysia đã tổng hợp ra nanocobalt trên (3-hydroxyflavonato) cobalt(II) and bis(pyridine) bis-(3-hydroxyflavonato) cobalt(II).
Đến năm 2005, Marquita D. Bradshaw, Marc R. Knecht, và Richard M Crooks
TỔNG QUAN LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 31
dendrimer G6.0 PAMAM. Dẫn xuất dendrimer này được tổng hợp bằng cách gắn thêm các nhóm dodecyl. Kích thước nanocobalt thu đươc khoảng 1.2nm.
Năm 2010, Weizhong Lv, Qi Qiu, Fang Wang, Shaohui Wei, Bo Liu, Zhongkuan
Luo đã tổng hợp nanocobalt aluminate (CoAl2O4). Kích thước thu được 20nm.
Một nghiên cứu khác của K.Joseph Antony Raj và B. Wiswanathan tại Trung tâm nghiên cứu xúc tác của Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Madras, Ấn Độ, đã tổng hợp nanocobalt với dầu thực vật tan trong dung môi hữu cơ.Kích thước nano thu được 5.8- 32nm.
Một trong những khó khăn chính khi tổng hợp nanocobalt là sản phẩm tạo thành rất dễ bị oxy hóa, thời gian tồn tại không lâu. Dendrimer PAMAM với cấu trúc cầu
chứa nhiều không gian trống bên trong có khả năng mang vác các hạt nanocobalt.
Thêm vào đó, việc biến tính alkyl hóa bề mặt dendrimer – tạo ‘nắp bảo vệ’ kỵ nước tương đối dễ. Bằng cách này, nanocobalt được tổng hợp bền trong thời gian lâu hơn.
1.8.2 Ở trong nước
Đến hiện nay thì chưa có đề tài nghiên cứu nào nói về việc tổng hợp nanocobalt.
Vì vậy việc tổng hợp nanocobalt là cần thiết được nghiên cứu và phát triển, đẩy mạnh ứng dụng trong y học cũng như các ứng dụngkhác trong tương lai.
THỰC NGHIỆM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 32
CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM
2.1 Hóa chất, dụng cụ, thiết bị và các phương pháp ño.
2.1.1 Hóa chất
♣ Dendrimer ở thế hệ thứ 3 với core NH3: chất lỏng (hơi sệt), màu vàng ñược tổng hợp theo tài liệu 6,8,10
, tại phòng Hữu cơ – Polymer, Viện Công Nghệ Hóa Học, Tp Hồ Chí Minh.
♣ Merck: Stearyl alcohol (C18H37OH), Sodium borohydride (NaBH4): chất rắn, màu trắng, mùi ñặc trưng.
♣ Acros, Bỉ : p-Nitrophenyl chlorofomate (NPC): chất rắn, màu trắng, mùi
ñặc trưng.
♣ Acros, Bỉ: Triethylamine (TEA): chất lỏng, trong suốt, mùi sốc.
♣ Trung quốc: Metanol (CH3OH), Chloroform(CHCl3): chất lỏng, trong suốt, mùi ñặc trưng.
♣ Trung quốc: Cobalt chloride (CoCl2.6H2O): chất rắn, màu hồng ñậm, N,N Dimethylformamide (DMF): chất lỏng, trong suốt, mùi ñặc trưng.
2.1.2 Dụng cụ và thiết bị
♣ Becher 50 ml, pipet 10ml, phễu lọc, bình cầu 1 cổ 100ml, ống ñong 10ml, ống ly tâm, becher 100ml, bình cầu 2 cổ 100ml, cá từ.
♣ Máy ly tâm Universal 32 Hettich ♣ Lò vi sóng LG
2.1.3 Các phương pháp phân tích
a) Phổ IR
Xác ñịnh sự hiện diện của các nhóm chức bằng phổ IR trên máy Vector 22 Bruker tại Viện Công Nghệ Hóa Học –Tp. HCM với tần số chạy 500 – 4000 cm-1: ño mẫu rắn. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
THỰC NGHIỆM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 33
b) Phổ UV – Vis
Tính chất quang học của nanocomposite ñược xác ñịnh bằng phổ UV – Vis ñược ño trên máy UV – 2450 – Shimadzu.
c) Phổ NMR
Bruker 500 Mhz, xác ñinh sự tương tác và vị trí C,H, ñược ño ở trường Đại Học Khoa Học Tự Nhiên: mẫu ñược hòa tan trong dung môi chloroform (CDCl3).
d) Phổ phân tích GPC
Xác ñịnh khối lượng phân tử bằng phương pháp GPC trên máy ño sắc kí gel Agilent 1100-GPC, tốc ñộ dòng 1ml/phút, cột Ultrahydrogel: mẫu ñược hòa tan trong dung môi chloroform.
f) Phổ AAS
Hàm lượng kim loại cobalt ñược xác ñịnh bằng phương pháp AAS trên máy AAS 6800, Shimadzu.
g) Kính hiển vi ñiện tử truyền qua (TEM)
Kích thước hạt nanocomposite cobalt ñược ño trên máy JEOL 1400 ở Viện Vệ Sinh Dịch Tễ Trung Ương – Hà Nội: ño mẫu ở dạng dung dịch.
I) Đo từ tính
Xác ñịnh từ tính của nanocobalt trên máy Vibrating Sample Magnetometer (VSM) của hãng Microsense, ño ở dạng mẫu rắn.
THỰC NGHIỆM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 34
Hình 29:Các thiết bị trong thí nghiệm
Máy ly tâm Máy khuấy từ
THỰC NGHIỆM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 35
2.1.4 Tiến hành thực nghiệm
Sơ ñồ tổng hợp 4-Nitrophenyl octadecyl carbonate
CH3OH CH3OH CHCl3 t = 15 phút P = 90 W NPC, Stearyl alcohol, TEA Phản ứng Hòa tan Kết tinh Rửa, hút chân không 4-Nitrophenyl octadecyl carbonate
THỰC NGHIỆM LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
SVTH: NGUYỄN VĂN TIN 36
Thuyết minh quy trình
Stearyl alcohol ( 0.216g, 0.8mmol), NPC (0.1975g, 1mmol), TEA (0.1mmol, 0.1387ml) ñược cho vào becher 100ml, nghiền mịn và trộn ñều rồi thực hiện phản ứng, trong ñiều kiện lò vi sóng với công suất P= 90W, thời gian phản ứng 5 phút (thực hiện 3 lần). Sau khi phản ứng kết thúc, hỗn hợp ñược ñem hòa tan bởi chloroform (CHCl3). Sau hòa tan, dung dịch thu ñược ñem kết tinh trong metanol (CH3OH), rồi lọc hút chân