tổng hợp và đặc trưng vật liệu nano

25/01/2013
1
Tổng hợp và
đặc trưng
đặc trưng
vật liệu nano
PGS. TS. Nguyễn Ngọc Hạnh
25/01/2013
2
Kích thước nano
25/01/2013 2
25/01/2013
3
Công nghệ nano-tổng hợp
25/01/2013 3
25/01/2013
4
Thị trường thế gới
25/01/2013 4
25/01/2013
5
Nghiên cứu
25/01/2013 5
25/01/2013
6
Các vấn đề kỹ thuật công nghệ nano
• Kiểm soát kích thước và cải tiến phương pháp
xử lý các đơn vị cấu trúc cỡ nano.
• Các phương pháp mới xác định các đặc trưng
vật liệu (độ phân giải, độ nhạy hóa học, ….) ở
vật liệu (độ phân giải, độ nhạy hóa học, ….) ở

kích thước nano.
• Tìm hiểu mối quan hệ giữa cấu trúc nano - tính
chất vật liệu - nguyên tắc chế tạo vật liệu nano
25/01/2013 6
25/01/2013
7
Tiến bộ kỹ thuật trong công nghệ nano
Kỹ thuật Hiện tại Tiềm năng
Phân tán và che phủ Thiết bị cản nhiệt Dẫn truyền thuốc
Thiết bị quang Lớp phủ nano đa
chức năng
Hỗ trợ hình ảnh
Mực in
Mực in
Lưu trữ thông tin lớp
mỏng
Rây phân tử Cảm biến phân tử
Dẫn truyền thuốc Lọc HC hay phân tử
Vật liệu bề mặt lớn Xúc tác Dự trữ năng lượng
Chất hấp phụ Pin mặt trời
polybutadiene / polystyrene
25/01/2013 7
25/01/2013
8
Tiến bộ kỹ thuật trong công nghệ nano
Kỹ thuật Hiện tại Tiềm năng
Vật liệu hỗ trợ VL từ tính mềm Gốm siêu dẻo
VL siêu cứng VL siêu bền
Xi măng
nanocomposite

(dental)
Chất làm lạnh từ tính
Dụng cụ nano Vi xử lý
Cảm biến y sinh
Nanotube trong quang
học
Y sinh học Xúc tác sinh học Bioelectronics
Bioinspired
prostheses
Cảm biến sinh học
Thiết kế phân tử
25/01/2013 8
25/01/2013
9
Đơn vị cơ sở
Nguyên tử
Lớp
Hạt nano
Tổng hợp
Sơ đồ nghiên cứu VL nano
Tổ hợp
Cấu trúc nano
Phân tán,
Che phủ
Vật liệu
bề mặt lớn
Thiết bị
chức năng
Vật liệu
Hỗ trợ

25/01/2013 9
25/01/2013
10
Tổng hợp vật liệu nano
Mục tiêu
• Kiểm soát các đơn vị cấu trúc cơ sở (cấu trúc nano) và
tăng cường các tính chất vĩ mô : độ cứng,từ tính, xúc
tác, hấp phụ chọn lọc, tính chất điện tử, quang học…
•
Chiến lược tổng hợp dựa trên cơ sở :
•
Chiến lược tổng hợp dựa trên cơ sở :
– chọn lựa tiền chất dạng lỏng, rắn, hay khí
– Sử dụng phương pháp ngưng tụ hóa học hay vật lý
– Hoạt tính hóa học hay tính nén vật lý để tích hợp các
đơn vị cơ sở
25/01/2013 10
25/01/2013
11
Sơ đồ tổng hợp
Vật liệu cấu trúc nano
Cắt nhỏ từ khối (Phân tán)
-Nghiền cơ học
-Khắc (electron beam lithography)
Tổ hợp từ các đơn vị cơ sở
-Bột từ sol khí
-Ngưng tụ hóa học
BOTTOM-UP
TOP-DOWN
25/01/2013

11
25/01/2013
12
Phương pháp chế tạo nano
• Từ dưới lên( Bottom-up)
• Từ nguyên tử tạo các
đơn vị cấu trúc cơ sở.
• Tổ hợp thành vật liệu
cuối.
• Từ trên xuống(Top-down)
• Bắt đầu từ nguyên liệu
đầu thích hợp.
• Chia nhỏ vật liệu và “gia
công các nhóm định chức
cuối.
 Kỹ thuật aerosol tạo
dạng bột  nén thành
sản phẩm cuối.
công các nhóm định chức
từ vật liệu.
 Từ vật liệu nền là silicon
 quang khắc bằng
chùm electron
25/01/2013 12
25/01/2013
13
Bottom-up
• Kích thước hạt
•Cấu hình
•Mức độ kết tinh

• Độ tinh thể
•Thành phần hóa học
Bottom-up
• Các hạt nano bền phân tán
• Có tính lập lại
• Tính chất bề mặt thích nghi
• Dễ làm+rẻ
•(Hệ tương thích sinh học hay phân hủy
sinh học)
+
25/01/2013 13
25/01/2013
14
Tiêu chí kiểm soát
2 tiêu chí kiểm soát
- Kiểm soát kích thước và thành phần hợp phần
nanocluster (hạt aerosol, bột, semiconductor quantum
dots, các loại khác)
- Kiểm soát các giao diện và sự phân bố các cấu tử
nano trong vật liệu tạo thành
nano trong vật liệu tạo thành
 Kiểm soát qt tạo mầm đơn vị cấu trúc nano và qt lớn lên
của mầm
 Độ bền hóa học, bền nhiệt và độ bền tức thời của các
cấu trúc nano tạo thành.
 Khả năng mở rộng sản xuất vật liệu nano với giá thành
rẻ mà vẫn bảo đảm chất lượng sản phẩm (kích thước,
tính chất)
25/01/2013 14
25/01/2013

15
1) Phương pháp vật lý: Hồ quang than, Laser , Bẫy hơi….
2) Phương pháp hóa học
Tác chất 1 + Tác chất 2 Sản phẩm+ …
T, p, t
Chiến lược tổng hợp nano
Hóa âm
Microwave
Thủy nhiệt
Che phủ
Sol-gel
Đồng kết tủa
25/01/2013 15
25/01/2013
16
CHIẾN LƯỢC TỔNG HỢP HẠT NANO
Phản ứng vật lý
• Hóa hơi và ngưng tụ (tạo mầm
và lớn lên) trong môi trường
trơ (Gleiter 1989; Siegel 1991,
1994).
•
Từ aerosol tạo hạt nano
Phương pháp hóa học
• Là kỹ thuật tổng hợp hóa ướt
tao hạt nano bằng sự tạo gel,
kết tủa và xử lý thủy nhiệt
(Kung, Ko 1996).
•
Sự phân bố kích thước hạt, độ

•
Từ aerosol tạo hạt nano
• Dùng laser, plasma….
•
Sự phân bố kích thước hạt, độ
bền hạt kiểm soát bằng các
phụ gia, bằng các hệ micelle,
các copolymer…
25/01/2013 16
25/01/2013
17
Quá trình Sol-gel
25/01/2013 17
25/01/2013
18
Ưu khuyết điểm
Ưu điểm
• Triển khai quy mô lớn
• Kiểm soát thành phần
chính xác
Nhược điểm
• Nhạy với điều kiện
môi trường
•
Chi phí nguyên liệu
chính xác
• Nhiệt độ thấp
• Đồng thể hóa tốt
• Dễ làm
•

Chi phí nguyên liệu
• Hệ dung môi độc
25/01/2013 18
25/01/2013
19
Áp dụng
25/01/2013 19
25/01/2013
20
Mực in/ polymer và xốp nano
Polymer
Support
time
Polymer
Support
time
Nanoporous
25/01/2013 20
25/01/2013
21
Hạt nano SiO
2
đơn phân tán
25/01/2013 21
25/01/2013
22
SiO
2
đơn phân tán
25/01/2013 22

25/01/2013
23
Hạt đơn phân tán SiO
2
làm từ TEOS
25/01/2013 23
25/01/2013
24
Phươngpháp Solvothermal
 Dùng dung môi dưới P và T cao hơn điểm tới hạn 
tăng độ hòa tan và tăng tốc độ phản ứng
 Hầu hết vật liệu tan được trong dung môi thích hợp nhờ
nhiệt và áp suất ở gần điểm tới hạn
nhiệt và áp suất ở gần điểm tới hạn
 Dễ dàng kiểm soát độ tan
Tạo cấu trúc nano 1 thứ nguyên
25/01/2013 24
25/01/2013
25
Phươngpháp Solvothermal
25/01/2013 25