Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

- Dung dịch đầu chứa muối của KL + tác nhân khử Sodium Borohydride,… - Để các hạt ko bị kết tụ dùng phương pháp tĩnh điện hoặc chất bảo vệ bao phủ lên bề mặt nano.. 3.2.2 Công nghệ Sol-G

CHÀO MỪNG CÔ VÀ CÁC

BẠN ĐẾN VỚI BÀI THUYẾT TRÌNH CỦA

NHÓM 4

CHỦ ĐỀ:

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO

4

3.1 Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

- Tạo hạt có kích thước nano từ hạt có kích thước lớn hơn

- Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu khối thành vật liệu

va chạm vào nhau, phá vỡ bột đến kích thước nano

- Kết quả thu được là vật liệu nano

không chiều (các hạt nano)

- Sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt tạo

ra sự biến dạng cực lớn mà không làm phá huỷ vật liệu T0 được điều chỉnh tùy trường hợp cụ thể

- Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm)

3.1.1 Phương pháp từ trên xuống

- Tạo hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion.

- Đang được phát triển rất mạnh mẽ

3.1.2 Phương pháp từ dưới lên

Phương pháp vật lý:

- Tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha

• Nguyên tử: bốc bay nhiệt (đốt, phóng điện hồ quang)

• Chuyển pha: đun nóng vật liệu rồi làm nguội cực nhanh để thu trạng thái vô định hình  xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình – tinh thể

- Chế tạo các hạt nano, màng nano

3.1.2 Phương pháp từ dưới lên

Phương pháp hóa học:

- Tạo hạt nano từ các ion

- Dung dịch đầu chứa muối của KL + tác nhân khử (Sodium Borohydride,…)

- Để các hạt ko bị kết tụ dùng phương pháp tĩnh điện hoặc chất bảo vệ bao phủ lên

bề mặt nano

- Tùy thuộc vào kích thước mong muốn mà sử dụng các chất bảo vệ khác nhau

- Tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,

3.1.2 Phương pháp từ dưới lên

Phương pháp vi nhũ: (giới thiệu ở 3.3.3)

3.1.2 Phương pháp từ dưới lên

3.2.1 Định nghĩa

3.2.2 Công nghệ và sản phẩm từ Sol-Gel

3.2.3 Ứng dụng

Nội dung chính

3.2 Phương pháp Sol-Gel

Gel: Khi Sol biến đổi chuyển sang trạng thái đông đặc để có hình dạng riêng gọi là Gel

Là quá trình hình thành dung dịch huyền phù của chất keo(Sol) rồi biến hóa để đông lại (Gel)

3.2.1 Định nghĩa

3.2.1 Định nghĩa

3.3.2 Công nghệ Sol-Gel và sản phẩm từ Sol-Gel

3.2.2 Công nghệ Sol-Gel và sản phẩm từ Sol-Gel

 gel khô

3.Dùng phương pháp thủ quay hay phủ nhúng để tạo

3.2.2 Công nghệ Sol-Gel và sản phẩm từ Sol-Gel

Vật liệu tạo sol: muối kim loại vô cơ hoặc là hợp chất kim loại hữu cơ

Phương pháp: phủ quay (spin coating) hay phủ nhúng (dip coating)

Hiện nay là phương pháp hữu hiệu nhất để chế tạo nhiều loại bột nano với cấu trúc, thành phần mong muốn, dễ điều khiển kích

thước.Đặc biệt là giá thành hạ.

3.2.3 Ứng dụng

Quá trình gel dùng để làm bột mịn với các hạt bột có dạng hính cầu

sol-Làm màng mỏng để phủ lên bề mặt

Làm gốm sứ thủy tinh xốp có nhiều lỗLàm các màng

3.2.3 Ứng dụng

3.3 Các phương pháp micelle nano

Hệ phân tán hạt micelle : hệ gồm 2 hay nhiều pha: 1 pha liên tục và các pha khác là

những tiểu phần (hạt) có kích thước nhỏ gọi là pha phân tán, phân tán đều trên pha liên tục

Ví dụ: Hệ phân tán sữa: + Hạt sữa: pha phân tán (micelle)

+ Nước: pha liên tục

3.3.1 Một số khái niệm cơ bản

Cấu tạo hạt micelle:

Ví dụ: hạt micelle AgI trong dung dịch KI

3.3.1 Một số khái niệm cơ bản

Tính chất cơ bản của hệ phân tán hạt Micelle:

a Tính chất động học:

- Trong dung dich phân tán, các hạt Micelle khuếch tán và chuyển

động không định hướng theo thuyết Brown.

- Tốc độ chuyển động của các hạt Micelle ở trong hệ phân tán << so

với tốc độ chuyển động của phân tử và ion trong dung dịch thật.

3.3.1 Một số khái niệm cơ bản

Tính chất cơ bản của hệ phân tán hạt Micelle:

b Sự sa lắng của các hạt Micelle trong hệ keo:

- Các hạt Micelle trong dd ngoài cđ Brown còn chịu tác động của trọng lực.

Các hạt có kích thước nhỏ Chịu lực hấp dẫn yếu Không bị sa lắng

Các hạt có kích thước lớn Chịu lực hấp dẫn mạnh Dễ bị sa lắng

Độ bền của hệ phân tán hạt Micelle phụ thuộc vào tốc độ khuếch tán VKT và tốc độ sa lắng VSL

- Hạt Micelle sa lắng khi VSL > VKT

- Hạt phân tán cân bằng khi VSL = VKT

- Hệ Micelle bền vững khi VSL < VKT

3.3.1 Một số khái niệm cơ bản

Tính chất cơ bản của hệ phân tán hạt Micelle:

b Sự sa lắng của các hạt Micelle trong hệ keo:

Tốc độ sa lắng đươc tính bằng công thức:

VSL = V.C = mà B = 6.Pt.r

Trong đó: r: bán kính hạt keo

: độ nhớt của dd d: tỉ trọng hạt Micelle

do: tỉ trọng dd Pt: áp suất thẩm thấu

- Lớp vỏ Solvat bảo vệ bề mặt hạt Micelle

- Làm giảm sức căng bề mặt giữa 2

pha

- Tạo ra yếu tố ngăn cản sự keo tụ hoặc hợp giọt Micell do sự cđ của gốc ko cực

Phân tử chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt ion âm:

- Là những CHĐBM có phần đuôi là các hợp chất hữu cơ mạch dài thẳng (ankyl) hay có cấu tạo hỗn hợp ankyl phenyl hay ankylnaphthanyl

- Ví dụ:

Ankyl sunfonic acid:

Ankyl benylsunfonic acid:

3.3.2 Chất hoạt động bề mặt

3.3.2 Chất hoạt động bề mặt

Chất hoạt động bề mặt ion dương:

- Là những chất có phần đầu là những ion dương, phần đuôi là gốc hữu cơ ưa dầu mạch thẳng (ankyl) hoặc mạch hữu cơ hỗn hợp (ankyl phenyl,

ankylnaphthanyl,…)

- Ví dụ: Muối ankyl ammonium

Chất hoạt động bề mặt trung tính không ion:

- Là những CHĐBM ko phân ly trong dd mà chỉ phân cực.

Ví dụ: Polyoxiethylen ankyl eter:

Chất hoạt động bề mặt cao phân tử (Polyme điện ly):

- Đóng vai trò quan trọng trong công nghệ nano như công nghệ nhân vỏ

(core-shell), công nghệ chế tạo màng mỏng nano,…

Micelle thuận: hạt nano có kích thước nhỏ từ vài nanomet đến vài micromet tùy điều

kiện chế tạo và môi trường khác nhau

3.3.3 Công nghệ hạt Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano

-Cấu tạo hạt Micelle hình thành từ CHĐBM:

Hạt nhân được tạo bởi tổ hợp nguyên tử, có thể là vô

cơ, hữu cơ,… dạng rắn hoặc lỏng

Trên bề mặt nhân tồn tại những gốc hoạt tính tạo thể

liên kết với gốc ngoài theo lực Vander Vahl

Xung quanh nhân có 1 lớp chất lỏng bám trên bề

mặt keo gọi là Stern

3.3.3 Công nghệ hạt Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano

Micelle thuận:

Sự hình thành Micelle trong nước của các hạt kim loại:

Micelle đảo: quá trình tạo hạt Micelle

trong môi trường dầu bởi CHĐBM có

nhân là pha nước chứa các hạt vô cơ

Lúc này, các hạt pha phân tán (pha

nước) khuếch tán trong dung môi hữu

cơ ưa dầu là pha liên tục.

- Các hạt Micelle đảo có kích thước từ

10-100 nm.

- Quá trình hình thành hạt Micelle đảo:

3.3.3 Công nghệ hạt Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano

3.3.3 Công nghệ hạt Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano

Hệ nhũ tương: Một hệ phân tán cao của hai chất lỏng mà thông thường

không hòa tan được với nhau.

- Do sự giới hạn về không gian của các phân tử CHĐBM, sự hình thành,

phát triển các hạt nano bị hạn chế và tạo nên các hạt nano rất đồng nhất.

3.3.3 Công nghệ hạt Micelle – lò phản ứng chế tạo hạt nano

Tổng hợp hạt nano trong vi nhũ tương:

Cơ chế hoạt động của phương pháp vi nhũ tương

- Do sự giới hạn về không gian của các

3.4 Phương pháp lắng đọng hơi hóa học ( Chemical Vapour Deposition – CVD )

3.4.1 Định nghĩa

3.4.2 Đặc điểm 3.4.3 Phân loại

3.4.4 Cơ chế 3.4.5 Hóa học trong CVD 3.4.6 Ưu- nhược điểm

3.6.7 Ứng dụng

NỘI DUNG

Điểm đặc biệt là có thể chế tạo được màng với độ dày đồng đều

và ít bị xốp ngay cả khi hình dạng đế phức tạp, cũng như là có thể lắng đọng chọn lọc.

3.4.3 Phân loại

• Thermal CVD: CVD kích hoạt phản ứng bằng nhiệt, thường được thực hiện ở to cao

(trên 900oC)  phương pháp đầu tiên và cổ điển

• MOCVD (Metal organic chemical vapor deposition): CVD nhiệt nhưng sử dụng

precursor là hợp chất hữu cơ kim loại

• PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition): sử dụng năng lượng của plasma

để kích hoạt phản ứng, do đó to thấp hơn nhiều

• HDPCVD (lắng đọng hơi hóa học plasma mật độ cao)

• ALCVD (lắng đọng hơi hóa học lớp nguyên tử )

• MOMBE (epitaxy chùm phân tử hữu cơ kim loại): sử dụng precursor hữu cơ kim loại

dễ bay hơi và precursor bay hơi từ thể rắn

• APCVD (lắng đọng hơi hóa học ở áp suất khí quyển)

• CBE (epitaxy chùm hóa học): phương pháp CVD chân không cao, sử dụng precursor hữu cơ kim loại dễ bay hơi và precursor thể khí

- Khí precursor từ dòng đối lưu vận

chuyển đến môi trường to cao (plasma)

sẽ va chạm giữa các electron với ion

(electron - notron hoặc electron –

electron) tạo ra gốc tự do.

- Các phân tử gốc tự do khuếch tán

xuống đế, gặp môi trường to cao tại đế,

xảy ra các phản ứng tạo màng tại bề mặt

đế.

- Sản phẩm phụ sinh ra sau khi phản ứng

sẽ khuếch tán ngược vào dòng chất lưu,

dòng chất lưu đưa khí precursor dư, sản

phẩm phụ, khí độc ra khỏi buồng

hóa hoc, để tạo màng thì các

nguyên tử phải hấp phụ hóa học

lên trên đế.

Ảnh hưởng của áp suất đến

chất lượng màng

Áp suất toàn phần khuếch tán

sẽ tăng khi áp suất toàn phần

hạ thấp

Độ bao phủ bề mặt

Mức độ bao phủ là tỷ số của những chỗ đã hấp phụ trên tổng số chỗ trên bề mặt, phụ thuộc vào nồng độ pha khí.

- Có khả năng lắng đọng hợp kim nhiều thành phần

- Có thể tạo màng cấu trúc hoàn thiện, độ sạch cao

- Đế được xử lý ngay trước khi lắng đọng bằng quá trình ăn

mòn hóa học

- Có thể lắng đọng lên đế có cấu hình đa dạng, phức tạp

- Cơ chế phản ứng phức tạp

- Đòi hỏi nhiệt độ đế cao hơn trong các phương pháp khác

- Đế và các dụng cụ thiết bị có thể bị ăn mòn bởi các dòng

3.4.7 Ứng dụng

Phương pháp CVD được dùng để chế tạo màng mỏng: các chất bán dẫn như: S i, các màng mỏng oxit dẫn điện trong suốt như SnO2, các màng mỏng điện môi như SiO2, Si3N4, BN, Al2O3, các màng mỏng kim loại…

Bản chất của hồ quang điện

Là hiện tượng phóng xạ với mật độ dòng điện rất lớn và thường kèm theo hiện tượng phát sáng.

3.5.1 Phóng điện hồ quang hay hồ quang plazma

Ưu điểm

-Rẻ tiền, đơn giản -Kim loại được bảo vệ bằng các tính chất của thuốc bọc nên không cần khí phụ trợ

-Phù hợp với hầu hết các kim loại

cơ bản -Có thể thực hiện trong một không gian hẹp

Nhược điểm

-Khó tạo ra vật liệu khối -Mẫu chứa thu được còn lẫn tạp chất

3.5.2 Phương pháp mạ điện

Khái niệm

- Là phương pháp điện phân để

kết tủa trên lớp kim loại nền một

lớp kim loại mỏng, để chống sự ăn

mòn, trang sức bề mặt tăng tính

dẫn điện, tăng kích thước, tăng độ

cứng bề mặt

3.5.2 Phương pháp mạ điện

Nguyên lí

Dòng điện chạy qua bình điện phân, anot

hòa tan và di chuyển vào dd và giải phóng oxi

Các ion cđ: (+) sẽ theo chiều dòng điện chạy

về catot nhận điện tử và bị khử, (-) chạy về

anot mất điện tử và bị oxi hóa

-Tại catot: xảy ra sự lắng đọng kim loại và

giải phóng Hiđro

ion sẽ biến thành các nguyên tử trung hòa

làm cho lượng các ion trong dd sẽ giảm

xuống nên chúng phải thường xuyên được bổ

sung bằng các ion do anot hoàn tan vào hay

3.5.3 Phương pháp nghiền bi

Nguyên lý cấu tạo và hoạt động

Nhờ vỏ máy quay tròn qua một bộ phận truyền động, bi đạn chịu một lực ly tâm được nâng lên đến một độ cao nhất định rồi rơi xuống đập vào vật liệu Mặt khác, vật liệu bị chà sát giữa bi đạn với tấm lót, cũng như giữa bi đạn với bi đạn cho đến khi nhỏ ra

Nguyên tắc tác dụng lực: đập và mài

Hiệu suất và tính năng của máy nghiền bi

- Cấu trúc đơn giản, thuận tiện bảo dưỡng, dung lượng cao.

- Dễ dàng lắp đặt, thời gian hoạt động liên tục dài.

- Bộ phận dễ hỏng có sức chịu kháng cao, chu kỳ thay thế dài.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Công nghệ mạ điện- Nguyễn Văn Lộc- NXB Giáo Dục.

[2] Công nghệ nano, Điều khiển đến từng phân tử, nguyên tử, Vũ Đình Cự - Nguyễn Xuân Chánh, NXB Khoa học và kỹ thuật, Hà Nội, 2004

[3] Hóa học nano, Công nghệ nền và vật liệu nguồn, Nguyễn Đức Nghĩa, NXB Khoa học- Công nghệ Hà Nội, Hà Nội, 2007

CẢM ƠN CÔ VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG NGHE