GiỚI THIỆU về KHOA học và kỹ THUẬT vật LIỆU NANO

Vật liệu nano khác với các vật liệu khối tương ứng ở nhiều mặt, và sự khác biệt này là lý do cho sự hình thành của một môn học mới Trong phạm vi kích thước dưới 1 nm chúng ta có thể tìm thấy các phân tử, nguyên tử, các hạt cơ bản, vv, khác với vật liệu dạng khối. Vật liệu bắt đầu có khác nhau với vật liệu khối ở kích thước dưới 100 nm, bởi tác động của hạn chế lượng tử về tính chất điện, nhiệt điện, và tính quang học trở nên quan trọng tại kích thước này.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH

KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU

GVHD: TRẦN VĂN KHẢI

NHÓM SINH VIÊN THỰC HiỆN:

1 NGUYỄN MINH QUÂN

2 NGUYỄN HÙNG NHÂN

3 NGUYỄN LONG

4 NGUYỄN GIA LAI

1.1 Lịch sử và định nghĩa của vật liệu nano:

1.1.1.Lịch sử hình thành của vật liệu nano:

Vật liệu Nano đã được sử dụng y học cổ truyền của Trung Quốc,

người Maya, và sơn của người Ý thời trung cổ

Cốc Lycurgus xuất hiện vào thế kỉ thứ 4 sau công nguyên tại Roman

Damascus sabers chứa các ống nano carbon, cũng như dây nano của cementite, đem lại cho nó có mô hình gợn sóng

Lịch sử của vật liệu nano diễn ra thú vị trong thế kỷ 20 Thứ nhất, sự phát hiện của bán dẫn [1.11] đã mở đường cho sự thu nhỏ và tích hợp của các thiết bị trong các con chip đầu tiên

1.1 Lịch sử và định nghĩa của vật liệu nano:

1.1.1.Lịch sử hình thành của vật liệu nano:

1.1 Lịch sử và định nghĩa của vật liệu nano:

1.1.1.Lịch sử hình thành của vật liệu nano:

1.1.2 Định nghĩa của nano và vật liệu nano:

Vật liệu nano khác với các vật liệu khối tương ứng ở nhiều mặt, và

sự khác biệt này là lý do cho sự hình thành của một môn học mới

Khác biệt quan trọng là kích thước: Phạm vi giá trị thông

thường

Hầu hết các định nghĩa đặt vật liệu nano giữa các giới hạn

tương đối của 1 và 100 nm

Các thuật ngữ nano xuất phát từ tiếng Hy Lạp và có nghĩa là lùn

1.1 Lịch sử và định nghĩa của vật liệu nano:

Khác với vật liệu khối:

1.1.2 Định nghĩa của nano và vật liệu nano:

 Trong phạm vi kích thước dưới 1 nm chúng ta có thể tìm thấy các phân

tử, nguyên tử, các hạt cơ bản, vv, khác với vật liệu dạng khối

 Vật liệu bắt đầu có khác nhau với vật liệu khối ở kích thước dưới 100

nm, bởi tác động của hạn chế lượng tử về tính chất điện, nhiệt điện, và tính quang học trở nên quan trọng tại kích thước này

 Các hiệu ứng tích hợp của các lực trên mỗi bề mặt nguyên tử cung

cấp một sức căng bề mặt => thay đổi độ dài liên kết trong tinh thể => thay đổi tính chất cơ học, điện, và nhiệt

1.1 Lịch sử và định nghĩa của vật liệu nano:

1.2 Sự hình thành của vật liệu nano:

Hai cách cơ bản, có thể gọi là phương pháp trên xuống và phương pháp từ dưới lên

1.2 Sự hình thành của vật liệu nano:

Phương pháp từ trên xuống

Chúng ta bắt đầu từ vật liệu khối và chế tạo các cấu trúc hay các hạt ở cấp độ nano, tương tự để khắc của một tác phẩm điêu khắc từ tảng đá cẩm thạch

 Công nghệ sử dụng trong chế tạo vi mạch

 Khắc bằng chùm tia electron và tập trung

chùm ion (FIB)

 Viết trực tiếp bằng kính hiển vi nguyên tử

(AFM) và kính hiển vi quét ngầm (STM)

Phương pháp từ dưới lên:

Chúng ta sử dụng các kỹ thuật để tạo vật liệu từ các nguyên tử và phân

tử, tương tự với việc xây dựng một nhà thờ hoặc tạo thành một tác phẩm điêu khắc bằng đất sét

Tạo mầm và phát triển mầm là những yếu tố quan trọng trong sự

Hình 1.5 Hình 1.6

Một khả năng khác là kết hợp những ưu điểm của các phương pháp

từ dưới lên và trên xuống

Hình 1.7

1.2 Sự hình thành của vật liệu nano:

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

1.3.1 Hình thái học của vật liệu nano

 Kích thước tổng thể và hình dạng của vật liệu nano là một yếu tố chi phối các tính chất khác;

 Tỉ lệ, độ xốp và độ nhám bề mặt tất cả các thay đổi tỷ lệ bề mặt cho đến khối lượng và tính chất khác

 Hình dạng là một tính chất quan trọng trong việc phân loại vật liệu nano, có thể dựa trên chiều hoặc tỉ lệ

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

1.3.2 Liên kết và các cấu trúc

Hình 1.9a-c ảnh hưởng tiêu biểu của

các thuộc tính của liên kết trong hạt

nano như là một hàm của kích thước

hạt (a) Sự phụ thuộc của độ dài liên

kết và đường kính hạt trên để một số

kim loại (b) Tăng mật độ năng

lượng liên kết với giảm kích thước

hạt do đó độ dài liên kết ngắn hơn

.(c) Độ bền liên kết như một chức

năng của chiều Hình thành chuỗi

các nguyên tử vàng và thất bại để

đạt được cùng với đồng Năng lượng

liên kết của nguyên tử và cấu trúc

chuỗi 1-D

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

1.3.3 Tính chất cơ học của vật liệu nano:

 Vật liệu nano và vật liệu cấu trúc nano có tính chất cơ học riêng

biệt cho một số lý do: Thứ nhất, kết quả chiều dài liên kết ngắn hơn làm vật liệu mạnh mẽ hơn và cứng hơn

 Các kích thước giới hạn của các đơn vị của vật liệu làm giảm xác suất của các khuyết tật nhất định

 Liên kết carbon-carbon trong mạng tinh thể hình lục giác của

graphite là những liên kết mạnh nhất và chỉ sau liên kết chung N-O

 Các kim loại có cấu trúc hạt có kích thước hạt tối ưu để rão tối

thiểu ; kích thước hạt tối ưu cho hầu hết các kim loại là trên quy

mô vài nanomet

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

1.3.3 Tính chất cơ học của vật liệu nano:

Hình 1.10a-d chọn tính chất cơ học của

vật liệu nano (a, b) Độ cứng của kim loại

và hợp kim liên kim như là một hàm của

kích thước hạt vật liệu nanophase ( Vật

liệu Nanophase là vật liệu có kích thước

hạt dưới 100 nanomet) (c), (d) Tính toán

động thái phân tử của các hành vi của

một ống nano carbon dưới lực nén Các

cấu trúc trong các đường cong năng

lượng biến dạng tương ứng với các

phương thức mất ổn (e, f) Đo lường và

các giá trị của mô đun Young cho một tấm

graphene lơ lửng trên một mẫu alumin

AFM

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

1.3.4 Tính chất điện, từ, và quang học:

Tính chất điện:

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

 Lực tĩnh điện đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành các hạt nano và cũng có ảnh hưởng quan trọng về tính vật liệu nano

Hầu hết các cấu trúc lớn hơn được xây dựng lên từ các vật liệu nano được tổ chức với nhau bởi lực Vander Waals

 Một trong những lợi thế của các cấu trúc 1-D là tăng cường khả

năng tĩnh điện, cho phép đặt điện áp thấp cho phát xạ trường

 Vật liệu nano, đặc biệt là cấu trúc 1-D như dây nano và ống nano, có thể tiến hành áp các dòng điện khác nhau so với vật liệu dạng khối

1.3.4 Tính chất điện, từ, và quang học:

Tính chất từ:

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

 Các tính chất từ của vật liệu nano này phụ thuộc nhiều vào

kích thước đặc trưng,

 Vật liệu nano có thể được phân loại theo các loại tương tác giữa các hạt từ tính

1.3.4 Tính chất điện, từ, và quang học:

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

Tính chất quang:

 Kích thước nano được định nghĩa là 1 -100 nm trong khi bước sóng

của ánh sáng nhìn thấy được dao động trong khoảng từ 400 đến 800

nm

 Trong thực tế, có rất nhiều sự tương tác giữa các nguyên tử, phân tử, và các vật liệu nano với ánh sáng, và một số trong những tương tác này

được áp dụng để phát hiện kích thước và hình thái của vật liệu nano

 Phát huỳnh quang và band gap phát sáng quang cũng là tính chất đặc

trưng của vật liệu nano

1.3.5 Tính chất nhiệt:

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

 Dẫn nhiệt, nhiệt dung riêng, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ chuyển pha chỉ là một vài ví dụ về các tính chất nhiệt

 Phụ thuộc rất nhiều vào các hạt hay đặc điểm kích thước của vật liệu

nano như kích thước hạt, hình dạng, và thậm chí cả môi trường của

nó

1.3.5 Tính chất nhiệt:

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

Hình 1.14a-d Tính chất nhiệt của

vật liệu nano (a) Nhiệt độ nóng

chảy của các hạt nano vàng như là

một hàm của kích thước, cho thấy

giảm với kích thước nhỏ hơn (b)

Điểm nóng chảy của hạt nanno

indium trong nền bằng nhôm; hướng

lệch từ giá trị lớn phụ thuộc vào

phương pháp pha chế (c) tính dẫn

nhiệt của ống nano đơn vách và

graphene (d) Cấu trúc graphene

dạng trụ đề xuất ban đầu cho lưu

trữ hydrogen

1.3.6 Tính chất hóa học, phản ứng, và chức năng hóa:

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

 Phương pháp hóa học được sử dụng trong hầu hết tất cả các quá trình chuẩn bị vật liệu nano

 Chúng ta chỉ xem xét sửa đổi các liên kết mạnh mẽ -kết cộng hóa trị, ion, và kim loại – của vật liệu; trong định nghĩa rộng hơn, sửa đổi

tương tác yếu - liên kết hydro và tương tác van der Waals, - giữa các

phần của vật liệu nano mới cũng đang được xem xét

 Mảnh nhỏ của graphene, cũng được gọi là các phân tử graphene,

có thể bị xử lý bằng các phương pháp đặc trưng của hóa học hữu

cơ; chúng có thể được bố trí, hoặc kết nối với nhau

1.3.6 Tính chất hóa học, phản ứng, và chức năng hóa:

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

 Phương pháp hóa học được sử

dụng trong hầu hết tất cả các quá

trình chuẩn bị vật liệu nano

 Đối với nhiều ứng dụng mà nó

cần phải được sửa đổi cho phù

hợp thì xử lý hóa học là cần thiết

 Mẫu chức hóa-R là OH hoặc F ,

alkyl hoặc nhóm thơm

1.3.7 Hành vi của các vật liệu nano trong môi trường

ăn mòn:

1.3 Các tính chất của vật liệu nano:

 Một số các ứng dụng cổ xưa và trung cổ của vật liệu nano là hướng tới phòng chống ăn mòn Các gương đồng Trung Quốc là gương đồng màu đen với một lớp phủ bề mặt được làm bằng các hạt nano SnO2

 Màu sơn xanh của người Maya không chỉ là một màu hiếm và đẹp ở

thời điểm đó, mà còn có khả năng chống ăn mòn và giữ lại tính chất

hàng thế kỷ khi bị chôn vùi trong đất

 Trong một số trường hợp, vật liệu nano thể hiện các chống ăn mòn

tương tự hoặc tệ hơn là vật liệu dạng khối Hiệu ứng này chủ yếu là do tập trung cao của các khuyết tật trong các hạt nano và dây nano

1.4.1 Các chất xúc tác và chất xúc tác mẫu

1.4 Ứng dụng điển hình của vật liệu nano:

 Phản ứng xúc tác không đồng nhất cần diện tích bề mặt cao do quá trình này có thể được thực hiện chỉ ở bề mặt, vật liệu nano có thể ứng

xử khác nhau từ các hạt lớn hơn nó và nó có tính năng chọn lọc khác nhau

 Các mặt phẳng tinh thể khác nhau và các khu khiếm khuyết khác nhau trên bề mặt (ví dụ, các bước, nút thắt) thúc đẩy các phản ứng khác nhau trong các điều kiện tương tự

1.4.1 Các chất xúc tác và chất xúc tác mẫu

1.4 Ứng dụng điển hình của vật liệu nano:

1.4.2 Chuyển đổi và lưu trữ năng lượng:

1.4 Ứng dụng điển hình của vật liệu nano:

 Thu năng lượng sạch chủ yếu bằng cách chuyển đổi năng lượng tự

nhiên về năng lượng điện và vật liệu nano được sử dụng để nâng cao hiệu quả

 Thước đo hiệu quả của một vật liệu trong chuyển đổi nhiệt điện là tham số ZT, tỷ lệ của hệ số Seebeck và độ dẫn nhiệt và điện của vật liệu

1.4.2 Chuyển đổi và lưu trữ năng lượng:

1.4 Ứng dụng điển hình của vật liệu nano:

1.4.3 Cảm biến trên vật liệu nano:

1.4 Ứng dụng điển hình của vật liệu nano:

 Vật liệu nano là sự lựa chọn tuyệt vời để sử dụng như là yếu tố hoạt động của cảm biến hóa học Để đạt được độ nhạy cao, vật liệu cần phải

có độ phân tán cao

 Kích thước và hình dáng của các hạt đều quan trọng Sự thay đổi như hình dạng, số lượng, và cấu hình các cạnh và góc nguyên tử tạo khác biệt hơn nữa xảy ra trong các tín hiệu đo

 Cảm biến dựa trên dao động hoặc cảm biến dựa trên dao động nâng

cao (FES).Phương pháp này dựa trên nguyên tắc đo một tín hiệu như

một hàm của thời gian, phân tích các tín hiệu này, xác định mật độ

năng lượng quang phổ trong khoảng tần số đặc trưng để xác định môi trường hóa học

1.4.3 Cảm biến trên vật liệu nano:

1.4 Ứng dụng điển hình của vật liệu nano:

CÁM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ QUAN TÂM LẮNG NGHE!!!!!!