công nghệ tổng hợp nano bạc

Ngày nay, công nghệ nano đã và đang cuốn hút không chỉ các nhà nghiên cứu khoa học mà còn kể các ngành công nghiệp vì tính ứng dụng cao của nó đối với cuộc sống của con người. Đặc biệt các hạt keo nano kim loại có tính ứng dụng cao trong các ngành kỹ thuật dân dụng như trong sản xuất kính xe, gốm sứ, mỹ phẩm, y tế…. Trong số các hạt keo nano kim loại, hạt keo nano Ag đang và được sử dụng rộng rãi trong những ứng dụng trong lĩnh vực y tế như được dùng trong gel rửa tay kháng khuẩn, làm khẩu trang y tế, vải kháng khuẩn… vì hạt nano kim loại này có tính kháng khuẩn rất cao, không độc và không gây ra dị ứng da đối với cơ thể con người. Khoa học và công nghệ nano ngày cang được phát triển mạnh và được ứng dụng rộng rãi, Khoa học về vật liệu đã ra nhiều vật liệu chức năng mới có kích thước trong khoảng 0,1 đến 100nm. Hai cách tiếp cận chủ yếu liên quan đến vật liệu nano (109m) đó là: Từ trên xuống là phân chia nhỏ vật liệu có kích thước lớn đến kích thước cỡ nano; Từ dưới lên là bắt đầu cỡ phân tử tạo thành tụ hợp nhỏ rồi tạo thành hạt nano, phần lớn các hạt nano đồng, bạc, vàng đều được chế tạo bằng phương pháp “từ dưới lên”.

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay, công nghệ nano đã và đang cuốn hút không chỉ các nhà nghiên cứukhoa học mà còn kể các ngành công nghiệp vì tính ứng dụng cao của nó đối với cuộcsống của con người Đặc biệt các hạt keo nano kim loại có tính ứng dụng cao trong cácngành kỹ thuật dân dụng như trong sản xuất kính xe, gốm sứ, mỹ phẩm, y tế… Trong sốcác hạt keo nano kim loại, hạt keo nano Ag đang và được sử dụng rộng rãi trong nhữngứng dụng trong lĩnh vực y tế như được dùng trong gel rửa tay kháng khuẩn, làm khẩutrang y tế, vải kháng khuẩn… vì hạt nano kim loại này có tính kháng khuẩn rất cao,không độc và không gây ra dị ứng da đối với cơ thể con người

Khoa học và công nghệ nano ngày cang được phát triển mạnh và được ứng dụngrộng rãi, Khoa học về vật liệu đã ra nhiều vật liệu chức năng mới có kích thước trongkhoảng 0,1 đến 100nm Hai cách tiếp cận chủ yếu liên quan đến vật liệu nano (10-9m) đólà: Từ trên xuống là phân chia nhỏ vật liệu có kích thước lớn đến kích thước cỡ nano; Từdưới lên là bắt đầu cỡ phân tử tạo thành tụ hợp nhỏ rồi tạo thành hạt nano, phần lớn cáchạt nano đồng, bạc, vàng đều được chế tạo bằng phương pháp “từ dưới lên”

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ NANO BẠC

1.1.Tổng quan về công nghệ nano

1.1.1 Khái niệm

Công nghệ nano là công nghệ liên quan đến vật liệu và hệ có tính chất chủ yếunhư: ít nhất một chiều có kích thước một đến một trăm nanomet, được thiết kế chế tạodựa trên cơ sở điều khiển theo những quá trình lý hóa từ cấu trúc cỡ phân tử và có thể tổhợp lại để tạo cấu trúc lớn hơn

Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo

và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thướctrên quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10-9 m) Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tínhnăng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước vàviệc tăng diện tích mặt ngoài

KH nano & CN nano nghiên cứu và ứng dụng các hiện tượng, các hệ thống, và cáccấu trúc mà ở đó:

 Ít nhất có một chiều lc (kích thước tới hạn) có kích thước vài nm

 Có những tính chất hoàn toàn khác, nổi trội khi l< lc

Điều kiện làm cho "nano" khác với "micro", "(macro)-molecular chemistry"or

"biology" (sinh học liên quan đến các cấu trúc phân tử).Với công nghệ nano, kích thướcchính xác của nguyên tử không quan trọng bằng việc gắn nó với những phần nhỏ nhất củavật chất mà con người có thể thao tác và điều khiển được.[1]

1.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển

Vào TK thứ 4 người ta đã chế tạo được một chiếc cốc (Lycurgus Cup) chứa các hạtvàng ở dạng nano (gold colloids) có tính chất cho ánh sáng đỏ truyền qua và phản xạ ánhsáng xanh Đến những năm 70 của TK 20 Công nghệ nano bất đầu được nghiên cứu vàứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực

Hình1.1: Các giai đoạn phát triển

Những lĩnh vực chịu ảnh hưởng nhiều nhất của KH nano & CN nano:

- Điện tử học và quang tử học (Electronics and photonics)

 Điện tử học spin (spintronics), điện tử học phân tử (molecular electronics),

 máy tính lượng tử

 Vật liệu quang tử bán dẫn, các nguồn đơn photon

 Cảm biến và đầu dò/phát hiện

- Khoa học vật liệu (Materials Science)

 Bột siêu mịn, các loại composites

 Các vật liệu mới có độ cứng cao, siêu chống mài mòn, không thấm nước, kháng khuẩn, chống bụi, tựlàm sạch,

 Sản xuất thân thiện môi trường, giá thành phù hợp

- Y-Sinh học (Bio-medical)

 Những ứng dụng mới xuất hiện (vềvật liệu y-sinh, chẩn đoán, điều trị, )

 Các công cụng hiên cứu sinh học (đánh dấu, dụng cụnano cho y-sinh)

 Công nghệ sinh học ứng dụng cho KH&CN nano

Quan niệm về nghiên cứu và phát triển công nghệ Nano:

 Một số ít: cần phát triển các vấn đề liên quan đến đo đạc & quan sát ở thang nanomet (1-100 nm)

 Đa số cho rằng: điều khiển và tổ chức sắp xếp lại vật chất mới là quan trọng

Tương lai của công nghệ nano:

Trong thực tế, hiện nay người ta đang thực hiện việc tạo ra các cỗ máy phân tử đơngiản Các nguyên tử và phân tử có thể được gắn chặt với nhau theo những hình dạng phứctạp nào đó theo nguyên lý liên kết điện tích Từ đó tạo ra các cỗ máy nano(nanomachines), hình thành nên một dòng sản phẩm đặc biệt

Hình 1.2 Các răng được làm bằng các phân tử benzyne đính lên bề mặt ống CNT

Mục đích của chế tạo phân tử là thực hiện các thao tác trên từng nguyên tử riêng rẽ

và đặt chúng vào những chỗ xác định theo một khuôn mẫu đã được thiết kế từ trước nhằmtạo ra những cấu trúc thích hợp

Cơ chế tạo ra các máy cái lắp ráp các phân tử:

 Phát triển các máy công cụ thao tác ở phạm vi nano (nanoscopic machine), gọi làcác máy lắp ráp(assembler), có thể lập trình để điều khiển các nguyên tử và phân

tử ở vào những nơi đã được xác định trước

 Có thể phải mất cả hàng triệu năm để lắp ráp tạo ra một lượng vật liệu có ý nghĩa,

đủ để tạo ra một máy lắp ráp; có thể phải cần tới hàng tỷ tỷ máy lắp ráp làm việccùng một lúc Tuy nhiên, chính kỹ thuật tự sao chép trong sinh học là cơ sở để từ

đó tạo ra những máy lắp ráp thế hệ kế tiếp Sự phát trển theo kiểu hàm mũ cho đếnkhi đủ để tạo ra những thực thể vật lý nào đó

Những cỗ máy nano này sẽ làm việc cùng nhau và tự động tạo ra các sản phẩm lànhững thực thể vật lý bất kỳ (thậm chí cả kim cương, nước và thức ăn), và cuối cùng sẽthay thế hoàn toàn các phương pháp thực nghiệm truyền thống

1.1.3 Phân loại

1.1.3.1 Phân loại hạt nano

• Hạt nano vô cơ: Các hạt vô cơ cấu trúc nano có kích thước, hình dạng và lỗ xốp

khác nhau được tạo ra từ kim loại, oxit kim loại Đặc điểm nổi bật nhất của các hạtnano vô cơ là khả năng dễ chế tạo và tính ứng dụng cao

• Hạt nano polymer: Các hạt nano polymer được hình thành từ quá trình cắt đứt và

phân hủy mạch polymer dạng dài về dạng kích thước nano Ứng dụng chủ yếu củacác polymer nano là làm chất nền cho quá trình dẫn truyền thuốc

• Nanotube: Nanotube được xem như là các tấm tự gắn kết, xuất phát từ các nguyên

tử được sắp xếp trong các ống (tube) Hiện nay trong lĩnh vực thuốc và y tế, nhiềunhà khoa học đang nghiên cứu khả năng ứng dụng nanotube trong quá trình dẫntruyền thuốc

• Tinh thể nano (nanocrystals): Tinh thể nano là sự kết hợp các phân tử lại để hình

thành tinh thể có kích thước nano Các tinh thể nano được ứng dụng rộng rãi trongngành vật liệu, kỹ thuật hóa học như các chấm lượng tử (quantum dot) trong hìnhảnh sinh học

• Hạt nano rắn lipid (solid liqid nanoparticles): Các hạt lipid rắn là những lipid

-nền tảng cấu thành từ những chất dẫn truyền thuốc dạng keo Ưu điểm của các hạtnano lipid dạng rắn này là chúng có độ ổn định cao hơn so với liposome trong hệthống sinh học Ứng dụng chính của hạt nano rắn dạng lipid được dùng để dẫntruyền thuốc, hoặc làm làm chất mang cho các thuốc đắp tại chỗ

Hình 1.3 Một số hình thái cấu trúc tiệu biểu thường gặp

1.1.3.2 Phân loại theo số chiều

• Vật liệu nano kiểu 0D: các hạt, dot, chùm, đám kết tụ, có kích thước nano theo cả

3 chiều KG

Hình 1.4 Các hạt nano

• Vật liệu nano kiểu 1D: Các sợi, dây, chuỗi có kích thước nano theo 1 chiều KG

Hình 1.5 Sợ nano sắt

• Vật liệu nano kiểu 2D: Các màng siêu mỏng, lớp, mặt, tấm có kích thước nano

theo 2 chiều KG

Hình 1.6 Các màng nano

Từ graphene 2D có thể tạo ra các dạng ứng với số chiều khác nhau: cuộn lại thành bóng 0D (buckyballs), quấn thành ống 1D, hay xếp chồng lên thành dạng tấm 3D.

• Vật liệu nano kiểu 3D: các khối có kích thước lớn theo cả 3 chiều KG nhưng chứa

các phần tử cấu thành có kích thước nano: vật liệu nano pha, vật liệu nano tinh thể,vật liệu chứa các hạt/chùm hạt nano, sợi nano, tấm nano, v.v

Hinh 1.7 Nanopolymer khối dạng hạt

1.1.4 Các đặc trung cơ bản của nano

1.1.4.1 Đặc trưng chung về vật lý

Khi kích thước của các hạt bị suy giảm sẽ dẫn đến sự thay đổi tính chất vận chuyển của các hạt và xuất hiện các hiệu ứng lượng tử hóa

 Tính chất vận chuyển thay đổi: khi kích thước các hạt nhỏ lại thì quãng đường tự

do trong các nút mạng tăng lên các hạt sẽ dễ dàng thay đổi vị trí, Chính là khoảngcách (trung bình) mà các điện tử khuếch tán giữa các tán xạ không đàn hồi trongmột khoảng d nào đó

 Các hiệu ứng lượng tử: Sự chuyển động của các hạt vi mô trong một khoảng khônggian có kích thước theo phương chuyển động đó so sánh được với các chiều dàiđặc trưng (λ,λinel , λF) sẽ bị lượng tử hóa Dẫn đến sự thay đổi trong phổ năng lượng

và trong các tính chất động lực của hệ

1.1.4.1 Hành vi khối của cấu trúc nano

Các vật liệu cấu trúc nano khối là những khối chất rắn có các cấu trúc vi mô ởthang nano hay một phần cấu trúc vi mô ở thang nano

VD: Hiện tượng hóa cứng của các hợp kim nhôm (Alfred Wilm, 1906) Al-4%Cu là do hình thành các chùm (cluster) ng.tử Cu có kích thước ~ 10 nm chiều dày và ~ 100 nm đường kính trong nền Al.

Một số loại hành vi khối của vật liệu nano thường được đề cập đến:

-Các tính chất cơ học: tính đàn hồi, tính cứng/dẻo, v.v

 Tính chất đàn hồi: Các hạt nano có môdul đàn hồi Young, E, thấp hơn đáng kể sovới các vật liệu có kích thước hạt thông thường: chỉ bằng khoảng 30-50%

 Tính cứng và tính bền: Đối với nano tinh thể của KL sạch có độ cứng và độ bền rấtcao từ2 đến 7 lần với kích thước hạt ~ 10 nm so với các KL có kích thước hạt > 1µm

 Tính dễ kéo sợi và tính dẻo: Kích thước hạt có ảnh hưởng mạnh lên tính chất mềm

và dẻo của vật liệu có kích thước hạt thông thường (> 1µm) Khi kích thước hạt trởnên tinh hơn, các vết nứt vi mô khó lan rộng hơn, do đó làm tăng độ dẻo nứt biểukiến

-Các tính chất từ: từ mềm, từc ứng, tính chất làm lạnh từ(từ nhiệt), các hiện tượng từ điện trở, v.v

-Khả năng tích trữ hydro,

1.1.5 Ý nghĩa của CN nano và KH nano

KH nano và CN nano có ý nghĩa hết sức quan trọng và cực kỳ hấp dẫn vì những lý do sau đây:

 Tương tác giữa các nguyên tử và điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởng trong phạm vithang nano Do đó khi thay đổi các cấu hình của vật liệu ta có thể điều khiển đượccác tính chất của vật liệu mà không thay đổi thành phần hóa học của chúng

 Vật liệu nano có diện tích bề mặt ngoài rất lớn nên có thể dùng làm chất xúc táctrong phản ứng hóa học, hấp phụ, nhả thước từ từ trong y học

 Các vật liệu có cấu trúc nano có thể cứng và bền hơn các vật liệu thông thường.Các hạt nano phân tán trên nền thích hợp có thể tạo ra các vật liệu compozit siêucứng

 Tốc độ tương tác và truyền tính hiệu của cấu trúc nano nhanh hơn nhiều so với cấutrúc micro có thể sử dụng các tính chất này để nâng cao hiệu quả sử dụng nănglượng.

 Vì các hệ sinh học về cơ bản có tổ chức ở thang nano nên các bộ phần nhân tạo ởthang nano dễ tương tác sinh học hơn, điều này cực kỳ quan trọng trong việc bảo

vệ sức khỏe

1.2 Tính chất của nano bạc

Vật liệu nano có những tính chất khác với những vật liệu khối như đã nghiên cứu trước đây Sự khác biệt của vật liệu nano được thể hiện từ hai hiện tượng sau đây:

Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỷ số giữa số nguyên tử trên bề măt

với tổng số nguyên tử (gọi là tỷ số f) của vật liệu gia tăng Do nguyên tử trên bề mặt cónhiều tính chất khác biệt so với tính chất của nguyên tử trong lòng vật liệu nên khi kíchthước giảm đi thì hiệu ứng liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bềmặt tăng lên do tỷ số f tăng Khi kích thước vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này tăng lênđáng kể Hiệu ứng bề mặt luôn có tác dụng đối với tất cả các giá trị của kích thước, hạtcàng bé thì giá trị càng lớn và ngược lại Ở đây không có giới hạn nào cả, ngay cả vật liệukhối truyền thống cũng có hiệu ứng bề mặt, chỉ có điều hiệu ứng này nhỏ thường bị bỏqua Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt của vật liệu nano tương đối dễ dàng

Bảng1.1: Số nguyên tử và năng lượng của hạt nano hinh cầu

Đường kính

hạt nano(nm) Số nguyên tử Tỉ lệ nguyên tửtrên bề mặt(%) Năng lượng bềmặt(erg/mol)

Năng lượng bềmặt/năng lượngtổng(%)

Hiệu ứng kích thước: Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước đã làm cho vật liệu

nano trở nên kỳ lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống Đối với mỗi một vật liệuđều có một độ dài đặc trưng, độ dài đặc trưng của rất nhiều các tính chất đều rơi vào kíchthước nm Ở vật liệu khối, kích thước của vật liệu lớn hơn gấp nhiều lần độ dài đặc trưngnày dẫn đến các tính chất vật lý đã biết Nhưng khi độ dài của vât liệu ở kích thước nanothì tính chất của vật liệu hoàn toàn thay đổi so với những tính chất vật lý đã biết Ở đây

không có sự chuyển tiếp liên tục tính chất khi đi từ vật liệu khối sang vật liệu nano Chính

vì vậy khi nhắc đến vật liệu nano ta phải nhắc đến những tính chất của vật liệu đó Ví dụ,đối với kim loại, quãng đường tự do trung bình của điện tử có giá trị vài chục nm Khichúng ta cho dòng điện chạy qua dây dẫn kim loại có kích thước lớn hơn quãng đường tự

do trung bình thì ta có định luật ohm cho dây dẫn

1.2.1 Tính chất quang

Tính chất quang của hạt nano vàng, nano bạc trộn trong thủy tinh cho màu sắckhác nhau đã được người La Mã sử dụng từ ngàn năm trước Các hiện tượng đó bắtnguồn tự hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt do điện tử tự do hạt nano bạc hấp thụánh sang chiếu vào Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử này sẽ dao động dưới tácdụng của điện từ trường bên ngoài như ánh sáng Thông thường các dao động bị dập tắtnhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loạikhi quãng đường tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thước Nhưng khi kích thướccủa kim loại nhỏ hơn quãng đường tự do trung bình thì hiện tượng này không còn nữa màđiện tử sẽ dao động cộng hưởng với ánh sáng kích thích Do vậy, tính chất quang của hạtnano có được do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tương tác vớibức xạ sóng điện từ Khi dao động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làmcho hạt nano bị phân cực điện tạo thành một lưỡng cực điện Do vậy suất hiện một tần sốcộng hưởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, kích thước củahạt nano và môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất Ngoài ra mật độhạt nano cũng ảnh hưởng điến tính chất quang

Hạt nano bạc có khả năng hấp thụ và tán xạ ánh sáng tốt, không giống như nhiềuthuốc nhuộm và bột màu, màu sắc của hat nano phụ thuộc vào kích thước và hình dạngcủa các hạt Sự tương tác mạnh mẽ của các hạt nano bạc với ánh sáng xảy ra bởi vì cácđiện tử dẫn trên bề mặt kim loại có sự dao động tập thể khi được kích thích bởi ánh sáng

ở bước sóng cụ thể (Hình 1.8, bên trái) Được biết đến như là một sự cộng hưởng plasmon

bề mặt, kết quả này dao động trong tán xạ và hấp thụ các đặc tính mạnh mẽ khác thường.Khi 60 hạt nano bạc được chiếu sáng bằng ánh sáng trắng sẽ phản xạ thành ánh sángxanh dưới một kính hiển vi (Hình 1.8, bên phải) Màu xanh tươi sáng là do sự cộng hưởngcủa các hạt ở bước sóng 450 nm Bằng cách thay đổi kích thước hạt và chỉ số khúc xạ ởgần bề mặt hạt có thể được điều chỉnh màu sắc phản xạ từ 400 nm (ánh sáng tím) đến

530 nm (ánh sáng màu xanh lá cây)

Hình 1.8 Sự cộng hưởng ánh sáng của các hạt nano Bạc

1.2.2 Tính dẫn điện

Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độđiện tử tự do cao trong đó Đối với vật liệu khối, các lí luận về độ dẫn dựa trên cấu trúc vàvùng năng lượng của vật rắn Điện trở của kim loại đến từ sự tản xạ của điện tử lên các saihỏng trên mạng tinh thể và tản xạ với dao động nhiệt của nút mạng Tập thể các điện tửchuyển động trong kim loại (dòng điện I) dưới tác dụng của điện trường (U) có liên hệvới nhau thông qua định luật ohm: U=IR, trong đó R là điện trở kim loại

Định luật Ohm cho thấy đường I- U là một đường tuyến tính Khi kích thước củavật liệu giảm dần, hiệu ứng lượng tử do giam hãm làm rời rạc hóa cấu trúc vùng nănglượng Hệ quả của quá trình lượng tử hóa này đối với hạt nano là I-U không còn tuyếntính nữa mà xuất hiện hiệu ứng chắn Coulomb làm cho đường I-U bị nhảy bậc với vớimỗi giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C cho U và e/RC cho I, với e là điện tíchcủa điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực

Hinh 1.9 Đồ thị U-I của vật liệu nano

1.2.3 Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy Tm phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trongmạng tinh thể Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên

kết mạnh gọi là phối vị Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có phối vị nhỏ hơn phối vịcủa các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng tháikhác nhau Như vậy, nếu kích thước hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm.

1.2.4 Tính chất xúc tác

Do hạt nano có số lượng nguyên tử hoạt động trên bề mặt lớn hơn so với kim loạikhối nên hạt nano được sử dụng trong xúc tác sẽ tốt so với những vật rắn theo thuyết họcthông thường

Hạt nano có cấu trúc rất chặt chẽ về kích thước nguyên tử mà lượng lớn khácthường của các nguyên tử có trên bề mặt Có thể đánh giá sự tập trung này qua công thức:

Ps = 4N(-1/3) x 100Trong đó: Ps là tỉ số của số nguyên tử trên bề mặt

N là tổng số nguyên tử trong hạt vật liệuMột hạt nano với 13 nguyên tử ở cấu hình lớp vỏ ngoài thì có tới 12 nguyên tử trên

bề mặt và chỉ có một ở phía trong Hạt nano bạc 3 nm có chứa khoảng 1000 nguyên tử thì

có khoảng 40% nguyên tử trên bề mặt Hạt có đường kính 150 nm chứa khoảng 107nguyên tử thì chỉ có khoảng 1% nguyên tử trên bề mặt

Từ hiệu ứng bề mặt này, có sư thay đổi phản ứng của hạt nano từ hiệu ứng giamcầm điện tử Từ sự thay đổi này trong cấu trúc điện tử có thể làm tăng hoạt tính xúc tácmột cách đặc biệt trong hạt nano mà khác rất nhiều so với hiệu ứng ở vật liệu khối

Phổ quang học chỉ ra rằng cấu trúc điện tử của đám kim loại nhỏ hơn 5 nm so vớivật liệu khối Một lượng nhỏ các nguyên tử kéo theo kết quả của sự thành lập các dảielectron với phạm vi dải các electron hóa trị lớn hơn, và trong vùng nhỏ hơn của dải hóatrị Sự biến đổi năng lượng và cấu trúc điện tử được phát hiện ra bởi độ cong bề mặt củahạt nano kim loại làm tăng độ co bóp của hàng rào so với vật liệu khối Hằng số hàng ràonhỏ hơn là nguyên nhân làm thay đổi trung tâm năng lượng trong dãi dẫn tới năng lượngcao hơn, làm tăng khả năng phản ứng của bề mặt chất bị hút bám

Sự gia tăng một số cạnh và góc so với bề mặt kim loại có thể làm cho phản ứngkhác so với bề matej phẳng kim loại Sự gia tăng phản ứng tại những vị trí sắp xếp hụtcủa các hạt có thể rất lớn, nó quyết định đến mức độ hoạt tính xúc tác của vật liệu

Những hạt nano của một dãy lớn của sự chuyển tiếp giữa kim loại và oxit kim loại

đã được tìm thấy những hoạt tính xúc tác phụ thuộc kích thước các hạt, điều này đangđược nghiên cứu mạnh mẽ Hình dạng, sự ổn định và sắp xếp đã được chứng minh là cóảnh hưởng tới hoạt tính xúc tác Trong các ứng dụng cụ thể của hạt nano bạc, hoạt tínhxúc tác cần đến một chất nền phù hợp để ổn định, bảo vệ, ngăn ngừa sự kết tụ và có thểthu hồi lại

1.2.5 Chấm lượng tử

Hầu hết các hiệu ứng điện tử quan trọng trong hạt nano bán dẫn là độ rộng của khe

hở giữa trạng thái điện tử cao nhất (đỉnh vùng hóa trị) và trạng thái thấp nhất (đáy vùngdẫn) Sự hoạt động này mang theo sự giam cầm lượng tử do các hạt có đường kính nhỏ,

mà ảnh hưởng trực tiếp tới tính chất quang học của các hạt bán dẫn so với vật liệu khối.Năng lượng tối thiểu để gây ra một cặp hố điện tử trong hạt nano bán dẫn được quyết địnhbởi khe dải (Band gap Eg) Ánh sáng với năng lượng thấp hơn Eg không thể bị hấp thụbởi hạt nano, sự hấp thu ánh sáng cũng phụ thuộc vào kích thước hạt Khi kích thước hạtgiảm phổ hấp thụ đối với những hạt có kích thước nhỏ hơn được dịch chuyển về bướcsóng ngắn.

1.2.6 Plasmoms

Các hạt nano kim loại có thể hấp thụ với đỉnh hấp thụ giống với các hạt nano bándẫn Tuy nhiên, sự hấp thụ này không bắt nguồn tư sự chuyển tiếp các trạng thái nănglượng điện tử, thay vào đó hạt ở nano kim loại là phương thức tập hợp của các di chuyểnđám mây điện tử bị kích thich Dưới tác động của điện trường, có sự kích thích plasmomcác electron tại bề mặt các hạt Sự cộng hưởng này xảy ra dưới tần số của ánh sáng tới vàkết quả là sự hấp thụ quang học Hiện tượng này gọi là bề mặt plasmom, hay hấp thụ cộnghưởng plasma, hay vùng bề mặt

Khi kích thước hạt giảm, các electron tự do bắt đầu tương tác với các ranh giới củacác hạt Khi các hạt nano kim loại bị tác động bởi ánh sáng, điện trường của ánh sáng tớigây ra sự dao động mạnh của các điện tử tự do đối với các hạt nano có kích thước nhỏhơn đáng kể với bước sóng của ánh sáng, sự hấp thụ xảy ra trong phạm vi bước sóng hẹp,dải plasmom

Độ rộng, vị trí và cường độ của sự tương tác plasmon biểu lộ bởi hạt nano phụ thuộc:

- Hằng số điện môi của kim loại và vật liệu nền

- Kích thước và hình dạng hạt

- Sự tương tác các hạt và chất nền

- Sự phân bố của các hạt trong chất nền

Hình 1.10 Sự giao đông của plasmon của các hạt hình cầu dưới tác dụng của ánh sang

Do ảnh hưởng của các yếu tố trên nên một số tính chất mong muốn của vật liệu cóthể được điều khiển Các kim loại khác nhau sẽ có sự tương tác tương ứng vì thế màu sắc

sẽ khác nhau Sự triệt tiêu của ánh sáng bởi các hạt nano kim loại xảy ra cả cơ chết phântán và hấp thụ nhưng cơ chế hấp thụ xảy ra rõ hơn nhiều với các hạt kích thước nhỏ hơn20nm Các hạt nano thường được biết đến với sự tạo hỗn hợp với thủy tinh hay cao su, thểhiện màu đỏ của Au hay màu vàng của Ag