xây dựng hệ thống phủ nhúng dùng trong kỹ thuật sol-gel 2

Các thông số kỹ thuật:  Ống nhựa bảo vệ ngoài có độ dài 620mm và đường kính ngoài 60mm, dùng làm xy lanh cho ống nhựa bảo vệ bên trong trượt dọc theo ống và che chắn cho động cơ điện và

CHƯƠNG 2 – KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ BÀN LUẬN

2.1 Vật liệu và thiết bị

2.1.1 Hệ thống phủ nhúng

2.1.1.1 Vật liệu chủ yếu

Ống nhựa PVC của Bình Minh: đường kính ngoài 60mm, đường kính ngoài 34mm

Trục vít inox có độ dài 460mm và đường kính 11,5

Vòng bi có đường kính ngoài 30mm, trong 12mm, dày 10mm

Ron cao su có đường kính ngoài 50mm, đường kính dây 5mm

Động cơ giảm tốc sử dụng nguồn điện 6VDC, dùng truyền động lực cho trục vít

Encoder sử dụng nguồn điện 5DCV, 100xung/vòng, dùng ghi nhận độ dịch chuyển quay của trục vít

Bộ thu thập số liệu giao tiếp USB máy tính sử dụng nguồn điện 5DCV, dùng điều khiển động cơ giảm tốc, xuất tín hiệu số, ghi nhận tín hiệu analog, xung từ encoder

2.1.1.2 Dụng cụ và thiết bị

Máy tiện

Máy hàn điện

Cưa dùng để phân khúc ống nhựa theo độ dài thiết kế

Khoan dùng cho tạo các lỗ nhỏ trên ống nhựa để bắt vít

Dũa dùng loại bỏ các khía cạnh sắc sau khi cưa

Tuốc nơ vít dùng để vặn ốc vít

Kiềm tuốc dây dùng để tách lớp vỏ bảo vệ của dây dẫn điện

Mỏ hàn chì dùng để nối dây dẫn điện với các thiết bị điện

2.1.2 Phủ màng TiO 2 và đánh giá khả năng diệt khuẩn

2.1.2.1 Hóa chất

Tetraisopropylorthotitanate Ti(OC3H7)4 của Merck, M=284,25g/mol, d=0,96g/ml

Iso propanol (CH3)2CHOH của Merck, M=60,10 g/mol , d= 0,785

Axit acetic CH3COOH của Merck, M = 60,05 g/mol , d = 1,049

Methanol CH3OH của Merk, M = 32,04 g/mol , d = 0,791

Ethanol C2H5OH của Merk , M = 46,07 g/mol , d = 0,789

Môi trường nuôi cấy vi sinh Violet Red Bile (VRB)

Vi khuẩn E.Coli thuần chủng do đại học Y dược Tp Hồ Chí Minh cấp

2.1.2.2 Dụng cụ và thiết bị

Lọ trung tính, pipet, đũa thủy tinh, muỗng thủy tinh, cá từ, bếp khuấy từ

có hệ thống ổn định nhiệt và tốc độ khuấy, cân, nhiệt kế

Đĩa petri, que trang thủy tinh, nồi áp suất dùng tiệt trùng

Ghi chú về việc chuẩn bị dụng cụ trước và sau khi sử dụng:

Đầu tiên: Pipet, lọ, đũa thuỷ tinh, muỗng thủy tinh được ngâm trong nước sạch khoảng 30 phút, lọ và đũa thủy tinh rửa với xà phòng, sau đó rửa sạch với nước, tráng qua nước cất và sấy khô trong lò ở nhiệt độ khoảng 100 – 120o

C

Sau khi sử dụng, pipet, đũa, muỗng dùng để lấy hóa chất phải được ngâm trong dung dịch HCl pha loãng 0,5M khoảng nửa giờ, sau đó mới tiến hành các thao tác làm sạch khác Các pipet khác tiến hành làm sạch tương tự như trên

2.2 Tiến hành

2.2.1 Xây dựng hệ thống phủ nhúng

2.2.1.1 Hệ trục vít

Chức năng: Giữ và nhúng tấm lam kính vào dung dịch trong cốc

Các thông số kỹ thuật:

 Ống nhựa bảo vệ ngoài có độ dài 620mm và đường kính ngoài 60mm, dùng làm xy lanh cho ống nhựa bảo vệ bên trong trượt dọc theo ống và che chắn cho động cơ điện và encoder đặt bên trong ống; ngoài ra ở gần hai đầu ống có gắn hai vòng bi cố định vào thành ống thông qua một đĩa đệm bằng nhựa được bắt vít với vào thành ống Hai đầu của trục vít inox

được gắn xuyên qua mỗi lỗ của mỗi vòng bi, một đầu gắn với động cơ điện và đầu còn lại gắn với encoder Giữa ống nhựa bảo vệ ngoài có một khe cao 120mm và rộng 3mm để dẫn một thanh trượt dùng để giữ lam kính khi nhúng

 Ống nhựa bảo vệ trong có độ dài 420mm và đường kính 34mm, dùng bảo vệ trục vít inox khỏi sự ăn mòn của hơi hóa chất Hai đầu ống này được gắn cố định với hai đai ốc inox có đường kính trong 11,5mm bởi hai đĩa đệm bằng nhựa Hai đĩa này được gắn ron cao su bám sát vào thành ống nhựa bảo vệ ngoài để hạn chế sự thâm nhập của hơi hóa chất Khi trục vít được quay bởi động cơ điện thì ống nhựa bảo vệ trong dịch chuyển tịnh tiến lên hay xuống bên trong ống nhựa bảo vệ ngoài

 Thanh trượt được mạ kẽm có độ dài 50mm và đường kính 3mm, một đầu được gắn vào giữa ống bảo vệ trong thông qua một vòng nhựa và đầu còn lại gắn một gá giữ lam kính Hành trình di chuyển của thanh trượt là 100mm

 Gá giữ lam kính được làm từ nhựa để giữ tấm lam kính dày 1mm có

độ dài 75mm và rộng 25mm

Hình 2.1 Ảnh chụp từ phía trước của hệ trục vít

2.2.1.2 Hệ quay nghiêng

Chức năng: Giữ và quay nghiêng hệ trục vít

Các thông số kỹ thuật:

 Cơ cấu truyền động chéo bánh vít và trục vít gồm bánh vít là bánh răng nghiêng, trục vít có ren hình thang nằm trên trục, khi trục vít quay

33 vòng thì bánh vít quay được 1 vòng, trục vít được gắn với một động

cơ điện thông qua một puly nhựa mà dây cua-roa kéo một puly nhựa gắn đồng trục với một biến trở 10 vòng 10Kohm dùng làm cảm biến vị trí góc, xác định góc nghiêng của hệ trục vít Khi trục vít không hoạt động, bánh răng lập tức dừng chuyển động, vì vậy chúng thường được sử dụng khi cần giảm tốc nhanh Nhờ cơ cấu này mà quá trình điều chỉnh góc nghiêng được đơn giản hóa và ổn định tốt hơn

 Cơ cấu truyền động song song xích và bánh răng dùng truyền động lực từ bánh răng nhỏ với 12 răng gắn đồng trục với bánh vít lên bánh răng lớn với 28 răng gắn đồng trục với giá đỡ hệ trục vít thông qua xích

 Giá đỡ được làm từ sắt la dày 5mm có dạng hình chữ “V” dùng giữ hai đầu của hệ trục vít, dài 460mm và cao 60mm; giá đỡ được gắn trên một chân đế cũng có dạng chữ “V” ngược được làm từ sắt ống có đường kính 27mm

Hình 2.2 Ảnh chụp từ phía trước của hệ quay nghiêng

2.2.1.3 Hệ thu thập dữ liệu và máy vi tính

Chức năng: thu thập tín hiệu analog gửi về từ cảm biến vị trí góc với bộ chuyển đổi ADC 8bit và tín hiệu số gửi về từ encoder Sau khi chương trình máy vi tính xử lý các tín hiệu gửi về và các yêu cầu nhập vào từ giao diện người dùng, nó gửi tín hiệu điều khiển ra động cơ điện để điều chỉnh góc nghiêng, tốc độ nhúng

Các thông số kỹ thuật mà phần mềm LabView 2009 yêu cầu:

 Hệ điều hành (OS): Windows XP hay phiên bản sau

 Xung nhịp bộ xử lý trung tâm (CPU): Pentium dual-core 1,73GHz hay cao hơn

 Bộ nhớ (RAM): 1GB hay cao hơn

 Giao tiếp (Interface): USB

 Dung lượng trống trên đĩa cứng (Free Hard Disk Space): 2GB

 Màn hình hiển thị (Display): 1024x768 Pixels/High Color (16bit) hay cao hơn

Hình 2.3 Ảnh chụp máy vi tính

2.2.1.4 Thiết kế giao diện cho chương trình

Mục đích của việc thiết kế và tạo giao diện cho chương trình là tạo sự thoải mái và thân thiện cho người sử dụng

Hình 2.4 Giao diện của chương trình trên máy vi tính

2.2.1.5 Xây dựng quy trình và viết chương trình điều khiển từ máy

vi tính

Đây là các thủ tục vận hành hệ thống phủ nhúng

Hình 2.5 Sơ đồ quy trình chạy chương trình điều khiển hệ thống phủ nhúng

Khởi động máy vi tính, chương trình

Bật nguồn điện

Chạy chương trình – nhấn nút “run”

Nhập thông số tốc độ nhúng Nhấn nút “Chap nhan”

Nhập thông số góc quay nghiêng

Kết thúc

Nhấn nút “Bat dau”

Nhấn nút “Ket thuc”

Không

Có Dừng chương trình – nhấn nút “stop”

Hình 2.6a Phần đầu chương trình điều khiển

Hình 2.6b Phần sau chương trình điều khiển

2.2.1.6 Hệ thống phủ nhúng hoàn thiện

Sau khi lắp ráp đóng gói các bộ phận lại với nhau và kết nối với chương trình trên máy vi tính, được mô hình như hình 2.7

Hình 2.7 Hệ thống phủ nhúng đặt tại phòng thí nghiệm vật lý đại cương của trường Đại học Lạc Hồng

2.2.2 Phủ màng TiO 2 và đánh giá khả năng diệt khuẩn

2.2.2.1 Phủ màng TiO 2

Cho dung dịch sol TiO2 vào cốc đựng gắn trên hệ trục vít

Gắn lam kính vào giá đỡ

Khởi động chương trình và chọn thông số phủ thực hiện các thủ tục như trình bày ở hình 2.5

Hoàn tất phủ màng lên lam kính

Cho mẫu vào hộp và đem đi sấy ở 120oC trong 30phút, nung ở 500o

C trong 2giờ

Hình 2.8 Giao diện hiển thị góc nghiêng bằng 0o, tốc độ nhúng bằng 50mm/min Đường màu đỏ cho biết trị số tốc độ nhúng đặt và đường màu trắng cho biết trị số thực của tốc độ nhúng

2.2.2.2 Đánh giá khả năng diệt khuẩn của màng TiO 2

Hoạt lực diệt khuẩn của màng TiO2 được đánh giá bằng phương pháp đếm khuẩn lạc trên vi khuẩn đại diện là E.coli

Tiến hành thí nghiệm với hai mẫu: mẫu đối chứng là lam kính không phủ màng TiO2 và mẫu lam có phủ màng TiO2 kết hợp chiếu tia UV Gồm hai giai đoạn:

Giai đoạn 1: Xác định số lượng tế bào vi khuẩn trước khi cho tiếp xúc với màng

Cho một ít giống E.coli vào ống nghiệm có chứa nước vô khuẩn nhằm tạo huyền phù tế bào

Pha loãng dịch huyền phù tế bào ở nồng độ 10-1

; 10-2 ; 10-3 ;10-4 Lấy 0,1ml dịch mẫu có nồng độ pha loãng là 10-3cấy vào đĩa thạch và ủ trong 48giờ Kết thúc thời gian ủ, tiến hành đếm khuẩn lạc và tính số lượng tế bào trong 1ml mẫu theo công thức:

Mi (CFU/ml) = AixDi/V

Trong đó: Ai là số khuẩn lạc trung bình trên một đĩa

Di là độ pha loãng

V là thể tích huyền phù tế bào cho vào mỗi đĩa, tính bằng ml Giai đoạn 2: Xác định số lượng tế bào vi khuẩn sau 24giờ cho tiếp xúc với màng

Cho vi khuẩn tiếp xúc với màng trong thời gian 24giờ Tiến hành rửa màng bằng nước vô trùng Sau đó, lấy 0,1ml dung dịch sau rửa này cấy lại lên đĩa thạch để vi khuẩn phát triển Khả năng diệt khuẩn của màng được đánh giá bằng cách tiến hành phân tích đếm số khuẩn lạc trên đĩa thạch sau 48giờ Bảng 2.1 Số liệu nồng độ vi khuẩn trên các mẫu thử vi sinh

Điều kiện

khử khuẩn

Nồng độ vi khuẩn (CFU/ml) Mẫu đối chứng Mẫu phủ TiO2

2.3 Bàn luận

Từ những kết quả đạt được trong giải pháp này, chúng ta nhận thấy việc đưa các vật liệu dễ tìm và giá thành không cao vào để chế tạo một hệ thống phủ nhúng

để làm thực nghiệm ở đây là hợp lý:

 Cung cấp cho người dạy, người học một hệ thống phủ nhúng tốt để triển khai các thí nghiệm, các đề tài

 Dãy biến đổi tốc độ từ 8mm/min đến 80mm/min với độ chính xác là 5%, có thể đáp ứng tốt cho các nhu cầu về dạy và học trong các trường đại học

 Các vật tư và thiết bị sử dụng trong giải pháp này dễ tìm và có giá thành không cao so với giá trị mà nó mang lại

Tuy nhiên, hệ thống phủ nhúng ở đây vẫn chưa đáp ứng được các tốc độ nhúng cao và tốc độ nhúng cực thấp