Chính vì vậy, ZnO đã được quan tâm nghiên cứu từ rất sớm và đã tìm được nhiều ứng dụng như làm vật liệu hấp thụ tia tử ngoại trong mỹ phẩm, thuốc sát trùng, vật liệu xúc tác trong hóa họ
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
********** **************
ĐỀ CƯƠNG KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên : Nguyễn Sơn Ca
Lớp :10SHH
Giáo viên hướng dẫn : Ngô Thị Mỹ Bình
Tên đề tài: Tổng hợp nano ZnO bằng phương pháp dung dịch.
1.Tổng quan về đề tài
Những năm gần đây, công nghệ nano phát triển mạnh hứa hẹn sẽ là một nền công nghệ chủ chốt làm thay đổi cuộc sống con người Đó chính là động lực cho những nghiên cứu được tiến hành một cách toàn diện và tỉ mỉ các cấu trúc nano
Đã có nhiều nghiên cứu trên các vật liệu khác nhau như TiO2, SiO2, Au, và một vật liệu cũng đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm đó là ZnO ZnO là hợp chất thuộc nhóm AIIBVI có nhiều đặc tính quí giá như: độ rộng vùng cấm lớn (cỡ 3,37eV
ở nhiệt độ phòng), năng lượng liên kết exiton cao (60 meV), xác suất chuyển mức quang học cao, hiệu suất lượng tử phát quang có thể đạt gần 100%, bền vững trong môi trường hidro, nhiệt độ nóng chảy cao (1750 0C ), quy trình chế tạo ổn định và có thể cho phép chế tạo một lượng lớn mẫu, không độc và giá thành rẻ
Chính vì vậy, ZnO đã được quan tâm nghiên cứu từ rất sớm và đã tìm được nhiều ứng dụng như làm vật liệu hấp thụ tia tử ngoại trong mỹ phẩm, thuốc sát trùng, vật liệu xúc tác trong hóa học để điều chế methanol… Thời gian gần đây, các nghiên cứu về vật liệu ZnO , đặc biệt là ZnO ở dạng cấu trúc nano ( hạt nano, dây nano, thanh nano, nanotetrapod…) lại càng trở nên sôi nổi và hấp dẫn hơn do nó hứa hẹn nhiều tính chất mới
và khả năng ứng dụng to lớn trong các lĩnh vực quang điện tử, hóa học, sinh học Các hiệu ứng phát laser và các linh kiện phát quang (LEDs) ở vùng tử ngoại đã được tạo ra trên
cơ sở vật liệu ZnO cấu trúc nano hy vọng trong tương lai sẽ cho phép chế tạo một thế hệ mới các linh kiện có nhiều tính chất ưu việt mở ra nhiều triển vọng trong việc chế tạo lade, senso nhạy khí, pin mặt trời…
Trang 2Cho đến ngày nay đã có nhiều đã có nhiều nghiên cứu về các phương pháp tổng hợp nano ZnO, phương pháp dung dịch được dùng đề tổng hợp cấu trúc sợi nano của nhiều loại vật liệu do phương pháp này có thể tổng hợp được với số lượng lớn Bên cạnh đó, sợi nano tổng hợp từ phương pháp dung dịch có ưu điểm là thiết bị thực nghiệm đơn giản, được thực hiện trong môi trường không khí và ở nhiệt độ thấp (từ 500C – 1500C) Trong luận văn này
em tiếp tục nghiên cứu để hoàn thiện phương pháp tổng hợp nano ZnO trong dung dịch và
vì phương pháp này phù hợp với điều kiện phòng thí nghiệm thực hiện đề tài
2.Mục tiêu nghiên cứu
- Tổng hợp ZnO cấu trúc nano bằng phương pháp dung dịch
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất sản phẩm thu được:
+ Thay đổi nồng độ NaOH
+ Thay đổi thời gian phản ứng để tạo cấu trúc thanh nano ZnO
+ Thay đổi nhiệt độ phản ứng để tạo cấu trúc thanh nano ZnO
3.Nội dung nghiên cứu
Lý thuyết
- Tìm tài liệu liên quan đến cấu trúc, tính chất, ứng dụng của nano ZnO
- Tìm các phương pháp tổng hợp nano ZnO, phân tích ưu nhược điểm của các phương pháp cũng như phạm vi ứng dụng
- Tổng hợp các tài liệu liên quan đến phương pháp dung dịch, các kết quả đã đạt được
Thực nghiệm
Pha dung dịch NaOH
Cân 1 lượng vừa đủ NaOH rắn cho vào cốc thủy tinh 100ml, thêm nước cất khuấy tan chuyển vào bình định mức, tráng kĩ đũa thủy tinh và cốc, rồi định mức đến vạch Ta được dung dịch NaOH có nồng độ C(M)
Để thu được dung dịch NaOH có nồng độ tương ứng theo công thức liên hệ giữa khối lượng
và nồng độ NaOH sau:
m = n M = CM.V.M = CM 0,1.40
Dung dịch dùng để tạo thanh nano ZnO được điều chế từ tiền chất Zn(NO3)2 và NaOH được hòa tan trong nước cất ở nhiệt độ phòng (ta khảo sát với nồng độ NaOH khác nhau) Sau đó dung dịch được khuấy đều
Khảo sát thời gian và nhiệt độ phản ứng để tìm điều kiện tối ưu
Trang 3Sau 1 thời gian để phản ứng xảy ra, lấy sản phẩm rửa nhanh qua nước cất và để khô (hạn chế bụi)
Sơ đồ:
Dung dịch Zn2+ + dung dịch NaOH
Hòa tan trong nước cất
Khuấy
Nung, sấy
Rửa qua nước cất
Làm khô
4 Hóa chất, dụng cụ
Hóa chất:
- Dung dịch Zn(NO3)2
- Nước cất
- Dung dịch NaOH hoặc rắn
- Dung dịch Methanol
Dụng cụ: pipet, ống nhỏ giọt, lò nung, máy khuấy từ, cốc thủy tinh, máy li tâm
5 Phương pháp nghiên cứu
Lý thuyết:
Trang 4- Tổng hợp, nghiên cứu, đánh giá các tài liệu liên quan đến cấu trúc ZnO có kích thước nano
- Tìm hiểu về các tính chất và ứng dụng của nano ZnO như tính chất quang, điện, tính áp điện, tính chất huỳnh quang…
- Nghiên cứu các phương pháp tổng hợp nano ZnO như phương pháp dung dịch, thủy nhiệt, phương pháp lắng đọng vận chuyển pha hơi, phương pháp CVD, phương pháp lắng đọng vận chuyển pha hơi… Từ đó rút nhận xét từng phương pháp, các đặc tính cũng như tính chất của ZnO khi tổng hợp bằng các phương pháp đó
Thực nghiệm
- Pha các dung dịch
- Tổng hợp nano ZnO
- Xác định cấu trúc của ZnO bằng ảnh SEM, TEM, đặc điểm cấu trúc, hình dạng kích thước của ZnO
- So sánh kích thước, sự thay đổi tính chất của ZnO khi thay đổi điều kiện tổng hợp như thời gian, nhiệt độ, nồng độ tiền chất
- Rút ra nhận xét: ảnh hưởng của điều kiện tổng hợp đến hình dạng, kích thước, cấu trúc, tính chất của ZnO nano
6.Cấu trúc
Chương 1: Tổng quan
1.1Giới thiệu vật liệu ZnO
1.2 Cấu trúc ZnO
1.3Tính chất và ứng dụng của ZnO cấu trúc nano
1.4Các phương pháp chế tạo ZnO cấu trúc nano
Chương 2: Thực nghiệm
2.1 Hóa chất và dụng cụ
2.2 Tiến trình thực nghiệm
2.2.1 Pha hóa chất
2.2.2 Tổng hợp nano ZnO
2.2.3 Khảo sát điều kiện tối ưu
Chương 3: Kết quả và thảo luận
3.1 Tổng hợp nano ZnO
Trang 53.2 Khảo sát ảnh hưởng của nồng độ NaOH
3.3 Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng
3.4 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
TÀI LIỆU THAM KHẢO
7.Dự kiến tiến độ nghiên cứu
Ngày nhận đề tài: 25/10/2013
Ngày hoàn thành :30/4/2014
Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho khoa ngày… tháng… năm 20…