nghiên cứu tổng hợp và ứng dụng của vật liệu nano ag


: Khóa luận tốt nghiệp
MỞ ĐẦU
Nếu thế kỷ XX được coi là thế kỷ của cuộc cách mạng công nghệ thông tin
thì thế kỷ XXI sẽ là thế kỷ của công nghệ nano. Công nghệ nano đang phát triển với
một tốc độ bùng nổ và hứa hẹn đem lại nhiều thành tựu cho loài người.
Đối tượng của ngành công nghệ nano là những vật liệu có kích cỡ nanomet
(10
-9
m). Với kích thước nhỏ như vậy, vật liệu nano có những tính chất vô cùng độc
đáo mà những vật liệu có kích thước lớn hơn không thể có được như hoạt tính xúc
tác cao, các tính chất điện - quang nổi trội,… Chính những tính chất ưu việt này đã
mở ra cho vật liệu nano những ứng dụng vô cùng to lớn trong nhiều lĩnh vực khác
nhau như: công nghệ điện tử - viễn thông, sức khoẻ - y tế, năng lượng và môi
trường [1]. Tuy là một ngành còn non trẻ, song với tốc độ phát triển và những thành
tựu nghiên cứu nổi bật gần đây, công nghệ nano có thể làm thay đổi một cách toàn
diện và sâu sắc mọi mặt trong đời sống.
Nhận thức được vai trò, tầm quan trọng của công nghệ nano và để không bị
tụt hậu so với các nước phát triển, từ năm 2004, nhà nước ta đã coi sự phát triển
công nghệ nano như một mũi nhọn về khoa học công nghệ để phục vụ cho các
ngành khoa học khác. Trong những năm gần đây, công nghệ nano nước ta đã thu
được một số thành tựu bước đầu đáng khích lệ như đã điều chế được các vật liệu
nano TiO
2
, Cu
2
O, Ag, các oxit phức hợp,… và đang nghiên cứu để đưa các sản
phẩm này vào ứng dụng trên quy mô công nghiệp [1]. Trong số những vật liệu nano
đó, Ag nano đã và đang thu hút nhiều sự quan tâm nghiên cứu do những ứng dụng
tuyệt vời của nó trong các lĩnh vực như: diệt khuẩn và khử trùng, chất khử mùi, mỹ
phẩm, dệt, chất xúc tác, cảm biến, vật liệu phức hợp nano, [2 - 4].

Từ lâu, con người đã biết đến tác dụng sát khuẩn mạnh của bạc. Những chén,
bát, thìa nĩa, nồi niêu của người La Mã cổ, của các vua chúa phong kiến và ngay cả
chiếc bi đông nhôm tráng bạc của anh chiến sĩ giải phóng đã chứng minh điều đó.
Tuy nhiên tác dụng này không được ứng dụng rộng rãi vì nếu dùng bạc khối hay
phủ bạc khối cũng là quá đắt. Từ khi công nghệ nano ra đời, việc ứng dụng bạc
trong cuộc sống đã tìm được chỗ đứng của mình. Với cấu trúc nano, các hạt bạc
siêu nhỏ này tương tác dễ dàng với nhau làm tăng hiệu quả kháng khuẩn. Hiệu quả
này lớn tới mức 1 gam hạt nano Ag có thể tạo tính chất kháng khuẩn tới hàng trăm
mét vuông chất nền [5]. Điều này khiến lượng bạc sử dụng trong các ứng dụng
không đáng kể nên giá thành trở nên giảm đi rất nhiều. Thí dụ như để diệt khuẩn
hoàn toàn cho một mét khối nước chỉ cần 10 đến 20 miligam bạc, hay nhựa plastic
làm đồ dùng kháng khuẩn chỉ chứa 100 miligam bạc trong một kilogam vật liệu [6].

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 1

: Khóa luận tốt nghiệp
Ở nước ta, tỷ lệ tử vong và tỷ lệ mắc các bệnh truyền nhiễm của trẻ em
những năm gần đây đã được giảm hẳn, song các bệnh liên quan tới nước và vệ sinh
môi trường vẫn là vấn đề lớn về sức khỏe. Bệnh tiêu chảy là một trong những
nguyên nhân chính gây ra tình trạng ốm đau trên phạm vi toàn quốc, làm cho
khoảng 250.000 người phải nhập viện mỗi năm. Theo ước tính mới đây, có tới 44%
trẻ em Việt Nam bị nhiễm giun tóc, giun móc và giun đũa. Đó cũng là một phần lý
do tại sao Việt Nam vẫn là một trong những nước có tỷ lệ suy dinh dưỡng ở trẻ em
cao nhất Đông Nam Á. Vấn đề này càng trầm trọng hơn đối với vùng sâu, vùng xa,
vùng có nhiều đồng bào dân tộc thiểu số sinh sống.
Qua tìm hiểu, chúng tôi nhận định có thể ứng dụng khả năng diệt khuẩn của
nano Ag để giải quyết vấn đề nêu trên. Theo nhiều tài liệu công bố, nano Ag có thể
hạn chế sự phát triển của vi khuẩn, tấn công và phá vỡ màng tế bào của gần 650 loại
vi khuẩn đơn bào gây hại, đặc biệt là 2 chủng Staphylococcus (gây ung thư) và
E.coli (gây tiêu chảy). Trong khi đó, việc nghiên cứu trong nước về vật liệu nano

Ag vẫn chưa mang tính hệ thống. Vì vậy, hướng nghiên cứu chế tạo bạc có kích
thước nano để ứng dụng diệt khuẩn và thăm dò các ứng dụng khác vẫn đang rất cần
thiết.
Với những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp và ứng
dụng của vật liệu nano Ag” với mục tiêu:
 Tổng hợp keo bạc có cấu trúc nano xuất phát từ nguồn nguyên liệu ban đầu
là AgNO
3
 Khảo sát đặc trưng, hình dạng và kích thước của nano Ag tổng hợp được
 Đánh giá hiệu quả diệt khuẩn của vật liệu nano Ag và một số ứng dụng
khác


: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 2

: Khóa luận tốt nghiệp
Chương 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về hóa học nano
1.1.1. Khoa học nano và công nghệ nano
Theo Viện Hàn lâm Hoàng gia Anh quốc: “Khoa học nano là ngành khoa
học nghiên cứu về các hiện tượng và sự can thiệp vào vật liệu tại các quy mô
nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác
hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn” [7].
Thuật ngữ “công nghệ nano” được biết đến từ những năm 70 của thế kỉ XX.
Có rất nhiều cách để định nghĩa công nghệ nano.
Theo giáo sư Norio Taniguchi của Đại học Khoa học Tokyo: “Công nghệ
nano bao gồm các quá trình của phân tách, làm bền và biến dạng của vật liệu bằng
một nguyên tử hoặc phân tử” [1].
Theo Viện Hàn lâm Hoàng gia Anh quốc: “Công nghệ nano là ngành công
nghệ liên quan đến việc chế tạo, thiết kế, phân tích cấu trúc và ứng dụng các cấu

trúc, thiết bị, hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên cấp độ
nanomet” [7].
Công nghệ nano là một khoa học liên ngành, là sự kết tinh của nhiều thành
tựu khoa học trên nhiều lĩnh vực khác nhau (bao gồm toán học, vật lí, hoá học, y-
sinh học,…) và là một ngành công nghệ có nhiều tiềm năng [1, 8].

Hình 1.1. Mối liên quan của công nghệ nano với các ngành khoa học khác.
1.1.2. Vật liệu nano
Vật liệu nano là vật liệu mà thành phần cấu trúc của nó ít nhất có một chiều
với kích thước dưới 100 nm.
Vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực: khoa học nano và công nghệ
nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 3
Công nghệ
thông tin
Công nghệ nano
Y- sinh học
Hoá học
Vật lý
Toán học

: Khóa luận tốt nghiệp
từ kích thước của chúng, vào cỡ nanomet, đạt tới kích thước tới hạn của nhiều tính
chất hóa lý của vật liệu thông thường. Đây là lý do mang lại tên gọi cho vật liệu.
Kích thước vật liệu nano trải một khoảng từ vài nm đến vài trăm nm phụ
thuộc vào bản chất vật liệu và tính chất cần nghiên cứu.
Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và
khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn, sau
đó mới đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại

sau:
 Vật liệu nano không chiều: là vật liệu trong đó cả ba chiều đều có kích
thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử, ví dụ: đám nano, hạt nano,
 Vật liệu nano một chiều: là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano,
điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano,
 Vật liệu nano hai chiều: là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano,
hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng, các lớp phủ bề mặt,
 Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ
có một phần của vật liệu có kích thước nanomet, hoặc cấu trúc của nó có nano
không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
1.1.3. Cơ sở khoa học của công nghệ nano [1]
Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano:
1.1.3.1. Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử
Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được
trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm
3
có khoảng 10
12
nguyên tử) và có thể
bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì
các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ: một chấm lượng tử có thể được
coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử.
1.1.3.2. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nanomet, các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ
chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên
quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất
của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
1.1.3.3. Kích thước tới hạn
Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích
thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hoàn toàn bị

thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 4

: Khóa luận tốt nghiệp
do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất
của vật liệu. Ví dụ điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thước
vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn
quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá trị từ vài
đến vài trăm nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật có
kích thước nano sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử. Không phải bất cứ vật liệu nào
có kích thước nano cũng đều có tính chất khác biệt, vì nó còn phụ thuộc vào tính
chất mà vật liệu đó được nghiên cứu.
Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các
tính chất hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nanomet. Chính vì thế
mà người ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công
nghệ nano.
1.2. Giới thiệu về nano Ag
Bạc kim loại từ lâu đã được sử dụng làm chất diệt khuẩn, nhưng khi ở trạng
thái phân tán với kích thước nanomet thì khả năng diệt khuẩn của bạc được tăng lên
gấp bội.
Mối hạt nano bạc có kích thước từ 1-100 nm, chúng bao gồm một tập hợp
nhất định các nguyên tử Ag, số lượng tùy thuộc vào kích thước của hạt nano. Mỗi
hạt nano bạc có kích thước 9 nm có chứa khoảng 2400 nguyên tử Ag. Các hạt nano
bạc có thể được hoặc không được tích điện trên bề mặt của nó và có thể giải phóng
ra các ion bạc. Một số tài liệu đã chứng minh rằng khả năng diệt khuẩn của bạc có
liên quan trực tiếp đến số lượng ion bạc được giải phóng.
Theo GS.TS Phan Đình Khôi, Chủ Tịch Hội Vật lý học Việt Nam - Viện
Khoa học Vật liệu; nano Ag là một ứng dụng hoàn thiện của khoa học. Công nghệ
nano giúp bạc tăng tính năng diệt khuẩn, sát trùng, tiêu độc và khử mùi; được ứng

dụng trong một số sản phẩm như các dụng cụ bảo quản thực phẩm, sơn, các vật liệu
may mặc, mỹ phẩm,…
Chắc chắn rằng với sự phát triển ngày càng cao của khoa học công nghệ,
chúng ta còn khám phá ra nhiều tính chất hữu dụng hơn nữa của bạc nano cũng như
các vật liệu nano khác để nâng cao chất lượng cuộc sống và đẩy nhanh sự tiến bộ
của loài người [9].
1.2.1. Các phương pháp điều chế nano Ag
Người ta có thể sử dụng các quy trình khác nhau cũng như các điều kiện
khác nhau: chất đầu, phương pháp, điều kiện lọc, rửa, sấy, nung,… để điều chế

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 5

: Khóa luận tốt nghiệp
nano Ag kích cỡ khác nhau phục vụ cho những mục đích khác nhau. Nói chung,
cũng giống như các vật liệu nano khác, nano Ag chủ yếu được tổng hợp bằng hai
phương pháp chính là phương pháp vật lý và phương pháp hóa học. Ở đây chúng tôi
chỉ đề cập đến một số phương pháp điển hình đã được biết khá rộng rãi trên thế
giới.
1.2.1.1. Phương pháp vật lý
Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha.
a) Phương pháp chuyển pha
b) Phương pháp bốc bay nhiệt
Các phương pháp vật lý để điều chế vật liệu nano như trên thường yêu cầu
những thiết bị phức tạp, trong những điều kiện khá khắt khe và khó điều chỉnh được
kích thước hạt.
1.2.1.2. Các phương pháp hóa học
Có nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu nano bạc, trong đó
phương pháp hóa học là một phương pháp có nhiều ưu điểm. Ưu điểm nổi trội nhất
phải kể đến là mức độ đồng nhất hóa học rất tốt. Do đó có thể trộn lẫn các chất khác
nhau ở cấp độ phân tử. Không những thiết bị đơn giản, mà với phương pháp hóa

học người ta có thể kiểm soát được các điều kiện phản ứng, các điều kiện ảnh
hưởng đến kích thước hạt và hơn nữa còn điều khiển được kích thước hạt như mong
muốn.
Dưới đây là một số phương pháp hóa học thường được sử dụng để điều chế
vật liệu nano, đặc biệt là vật liệu nano Ag.
a) Phương pháp phân hủy nhiệt
Phương pháp này người ta thường sử dụng muối của bạc và axit hữu cơ
(thường là các axit béo mạch dài vì những axit này có tác dụng bảo vệ bề mặt hạt).
Muối đó đem nung ở nhiệt độ dưới 300
o
C trong vòng 2 giờ thu được tinh thể nano
Ag kích cỡ nhỏ và có đường phân bố kích thước hẹp.
b) Phương pháp polyol [10 - 12]
Có thể dùng ethylene glycol và các diol làm chất khử, ở nhiệt độ cao với sự
có mặt của chất làm bền để tạo ra các hạt nano Ag. Nhưng qua nghiên cứu người ta
thấy rằng khả năng của poly(ethylene glycol) (PEG) nhạy hơn, nó lại có mạch
cacbon dài nên PEG vừa là chất khử, vừa là chất bảo vệ trong quá trình phản ứng.
Trong công trình [11] đã tiến hành như sau: Đun PEG đến 80
o
C, cho dung
dịch AgNO
3
vào, giữ nhiệt độ ở 80
o
C và khuấy đều trong một giờ. Khi màu đỏ của

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 6

: Khóa luận tốt nghiệp
dung dịch chuyển từ hồng sang màu xanh đen, chứng tỏ các hạt bạc nano đã được

tạo thành. Các hạt này bền trong nhiều tháng, chứng tỏ PEG là một chất bảo vệ tốt.
Đây là một phương pháp mới và đơn giản để điều chế các hạt Ag nano. Khi
sử dụng PEG không cần phải thêm dung môi, chất hoạt động bề mặt hay chất khử.
Hình dạng và kích thước của nano Ag phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ của chất
phản ứng. Các kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng: Khi độ dài của mạch polymer
tăng lên thì khả năng khử của PEG cũng tăng. Các hạt Ag nano thu được bằng
phương pháp này có kích thước khá nhỏ và đồng đều, khoảng 8 - 10 nm.
c) Phương pháp khử hóa học [1, 13, 14]
Vật liệu nano Ag chủ yếu được điều chế bằng phản ứng khử ion Ag
+
trong
dung dịch bởi các tác nhân khử êm dịu với sự có mặt của các chất làm bền.
 Tác nhân khử
Tác nhân khử là yếu tố có tính chất quyết định kích thước, hình dáng hạt tạo
thành. Nếu chất khử quá mạnh, quá trình khử diễn ra quá nhanh, số lượng Ag sinh
ra quá nhiều sẽ kết tụ lại với nhau tạo ra các hạt có kích thước lớn hơn. Ngược lại,
nếu chất khử quá yếu, quá trình tổng hợp sẽ đạt hiệu suất thấp, thời gian phản ứng
quá dài làm làm phát sinh nhiều sản phẩm phụ không mong muốn.
Các tác nhân khử rất đa dạng, thường là: formaldehyde, hydzazine, muối
tactrate, muối citrate, NaBH
4
, các polyol (ethylene glycol, glycerol, sorbitol,…),…
 Tác nhân bảo vệ
Bằng cách khống chế sự lớn lên của các hạt Ag và ngăn cản sự keo tụ của
chúng, các chất bảo vệ này có vai trò chủ chốt trong việc điều chỉnh kích thước hạt
bạc. Các chất bảo vệ thường là các polymer và các chất hoạt động bề mặt như:
poly(vinyl pyrrolidone) (PVP), poly(vinyl ancol) (PVA), poly(ethylene glycol)
(PEG), cellulose acetate,…
 Cơ chế làm bền có thể được giải thích như sau:
Phân tử các chất làm bền thường có các nhóm phân cực có ái lực mạnh với

ion Ag
+
và các nguyên tử Ag kim loại. Đó là nhóm -OH ở PVA, PEG, cellulose
acetate,…; nhóm chứa nguyên tử O, N trong PVP. Trong quá trình phản ứng, do các
ion Ag
+
đã được gắn lên trên các polymer nên không thể lớn lên một cách tự do.
Hơn nữa các hạt Ag nano khi vừa hình thành đã được ngăn cách với nhau bởi lớp
vỏ polymer lớn và không thể kết tụ được với nhau. Điều này đã khống chế cả quá
trình lớn lên và tập hợp của các hạt, do đó dễ tạo kích thước hạt nhỏ và đồng đều.
Ngoài ra các hạt Ag nano còn được làm bền theo cơ chế làm bền của các hạt
keo. Khi ion Ag
+
chưa bị khử hoàn toàn, chúng được hấp phụ trên bề mặt hạt và tạo

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 7

: Khóa luận tốt nghiệp
thành các micelles gồm nhân bạc, một lớp chất bảo vệ và lớp điện kép của Ag
+
và
NO
-
3
. Nhờ lớp điện kép này mà các hạt Ag nano mang điện tích trái dấu và đẩy
nhau, tránh hiện tượng keo tụ.
Bên cạnh đó các yếu tố khác như: pH, nồng độ chất tham gia phản ứng, nhiệt
độ của phản ứng, tốc độ, thời gian phản ứng,… cũng ảnh hưởng tới chất lượng sản
phẩm tạo thành. Ví dụ khi pH quá lớn sẽ xảy ra quá trình tạo thành Ag
2

O nên khó
khống chế phản ứng, đặc biệt khi pH cao, ion OH
-
làm mỏng lớp điện kép bao ngoài
hạt nano làm các hạt nano dễ tập hợp. Khi nồng độ thấp, tốc độ cung cấp chất phản
ứng nhỏ, các hạt nano thường tạo thành nhỏ và đồng đều hơn.
Phương pháp này thường được sử dụng nhiều trong phòng thí nghiệm vì quy
trình sản xuất ra nano Ag khá đơn giản, không đòi hỏi thiết bị quá hiện đại, dễ
khống chế các điều kiện phản ứng để thu được kích thước hạt theo mong muốn
đồng thời có thể tổng hợp với lượng lớn. Vì vậy phương pháp khử hóa học với
những ưu điểm nổi bật sẽ là sự lựa chọn tối ưu để tổng hợp các loại vật liệu này.
Hình 1.2 cho biết quá trình chế tạo hạt nano Ag bằng phương pháp này.
Hình 1.2. Quá trình chế tạo hạt nano Ag bằng phương pháp hóa khử.
1.2.1.3. Phương pháp vi sóng
Nhiệt độ cao và áp suất lớn là hai thông số vật lí quan trọng trong bất kì một
quá trình nào liên quan đến việc chế tạo vật liệu. Các lò nung nhiệt độ cao (trên
1400
o
C) có chương trình với thanh nung thông thường, giá cũng xấp xỉ hàng trăm
triệu đồng và đó cũng là điều mơ ước của rất nhiều phòng thí nghiệm tại Việt Nam.
Mặc dù vậy, nguồn nhiệt từ các lò nung này cũng chỉ được xếp vào hàng các nguồn
nhiệt cổ điển.
Bắt đầu từ năm 1950, việc sử dụng năng lượng vi sóng để nung nóng vật liệu
mới được phát hiện. Giờ đây, lò vi sóng đã trở thành thông dụng cho việc nung
nóng các sản phẩm thức ăn trong gia đình. Những thuận lợi tiềm tàng của nung
nóng vi sóng đã thôi thúc các nhà nghiên cứu thiết kế các loại lò vi sóng chuyên

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 8

: Khóa luận tốt nghiệp

dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau như luyện kim, gốm điện tử,… Đặc trưng nổi
bật nhất của sự nung nóng vi sóng là nung nóng thể tích, nó khác với nung nóng
thông thường mà ở đó nhiệt phải khuếch tán từ bề mặt của vật liệu. Với cơ chế nung
nóng thể tích, vật liệu có thể hấp thụ năng lượng vi sóng trực tiếp từ bên trong và
biến đổi nó thành nhiệt. Đặc trưng đó dẫn đến những thuận lợi khi sử dụng vi sóng
để gia công vật liệu.
Trong quá khứ, sự nung nóng vi sóng đã được sử dụng một cách thành công
ở một số lĩnh vực như: nung sơ bộ cao su, lưu hóa cao su, thịt lợn muối xông khói
trước khi nấu, sấy khô bột,… Tuy nhiên, những ứng dụng công nghiệp như vậy vẫn
còn nằm trong dải nhiệt độ thấp.
Từ sau năm 1980, xử lý vi sóng vật liệu ở nhiệt độ cao mới bắt đầu được
quan tâm nghiên cứu. Vi sóng được sử dụng như một cơ chế nung nóng có tiềm
năng để thay thế cho một vài phương pháp nung nóng thông thường. Chính những
ứng dụng tiềm năng đó đã thu hút ngày càng nhiều hơn những nghiên cứu trong lĩnh
vực này. Có thể điểm lại một số kết quả mới, nổi bật trong lĩnh vực xử lý vi sóng
nhiệt độ cao từ năm 1999 đến nay:
 Năm 1999, nhóm tác giả A. Fini và A. Breccia, thuộc Trường Đại học
Bologna – Ý, đã trình bày một báo cáo tổng quan về kết quả sử dụng lò vi sóng
trong lĩnh vực hóa vật liệu. Bằng cách sử dụng lò vi sóng tần số 2.45 GHz, công
suất từ 600 đến 700 W, hầu hết các phản ứng hóa học khó thực hiện đều diễn ra một
cách triệt để, nhanh chóng sau khi xử lý vi sóng trong thời gian 5 phút. Koos Jansen
đã đánh giá tính hiệu quả của việc sử dụng lò vi sóng trong việc chế tạo vật liệu rây
phân tử (zeolite). Để chế tạo được zeolite, thường phải sử dụng các lò nung chuyên
dụng với giá rất đắt cỡ khoảng 30.000$, thời gian nung ở nhiệt độ cao phải mất
hàng chục giờ [15].
 Năm 2000, một báo cáo đáng chú ý nhất của nhóm nghiên cứu thuộc
Trường Đại học Birmingham và Đại học Oxford về chế tạo vật liệu từ trở khổng lồ
La
1-x
A

x
MnO
3
(A = Ca, Sr, Ba; x ≥ 0) sử dụng lò vi sóng. Để chế tạo được nhóm vật
liệu này, phương pháp truyền thống phải tiến hành nung tại 1500
o
C trong thời gian
7 ngày. Trong khi đó, sử dụng lò vi sóng tần số 2.45 GHz, công việc này chỉ mất 5
phút [16].
 Năm 2002, nhóm O.P. Thakur, Ch. Prakash và D.K. Agrawal thuộc
Trường Đại học Pensylvania báo cáo kết quả nghiên cứu chế tạo gốm BaTiO
3
bằng
vi sóng. Nếu tiến hành theo phương pháp gốm truyền thống, phải tiến hành thiêu kết
tại 1450
o
C trong thời gian 4 giờ và cả chu trình mất 700 phút. Trong khi đó, nung vi

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 9

: Khóa luận tốt nghiệp
sóng tại 1400
o
C chỉ mất 25 phút và cả chu trình hết 90 phút. Điều đáng quan tâm là
vật liệu chế tạo được lại có các tính chất tốt hơn phương pháp nung truyền thống
[17].
 Năm 2004, đáng quan tâm nhất là giải thưởng công nghệ của nhóm tác giả
J. Hwang và X. Huang tại Trường Đại học công nghệ Michigan về việc sử dụng vi
sóng kết hợp với phương pháp phóng điện để chế tạo thép. Các tác giả này cho thấy,
nhiệt độ trên 1000

o
C đạt được chỉ sau 1 phút. Trong khi đó, các lò cao luyện thép
đang sử dụng phổ biến hiện nay phải mất 1 giờ. Kết quả này cho phép giảm giá
thành sản xuất thép, giảm ô nhiễm môi trường. Người ta đánh giá rằng, kết quả này
thật sự đã thổi một luồng sinh khí mới mang lại sự hồi sinh cho ngành luyện thép
của Hoa Kỳ và thế giới [18].
 Năm 2005, ông E. Kubel – Giám đốc Trung tâm nhiệt kỹ thuật Hoa Kỳ đã
có một báo cáo khá đầy đủ về những về những tiến bộ trong công nghệ xử lý nhiệt
bằng vi sóng trên thế giới. Báo cáo này cho thấy một bức tranh toàn cảnh về cuộc
chạy đua cải tiến, thiết kế các loại lò vi sóng với dung tích lớn hơn, tần số vi sóng
cao hơn,… cho các mục đích ứng dụng khác nhau trong công nghiệp trên thế giới
[19].
Như vậy, việc đưa vi sóng vào trong hệ phản ứng giúp tạo động học cho sự
tổng hợp cực nhanh. Phương pháp này đơn giản và dễ lặp lại. Trong thiết bị vi sóng
nhiệt được sinh ra là do sự tương tác giữa các momen lưỡng cực của phân tử với
bức xạ điện từ ở tần số cao. So với nung nóng thông thường, nung nóng vi sóng có
thể rút ngắn thời gian phản ứng nhiều lần. Sử dụng vi sóng, nhiệt không những
được cung cấp nhanh mà còn đồng đều [35, 36].
Trên cơ sở phân tích tình hình nghiên cứu trên thế giới và điều kiện hiện tại
của phòng thí nghiệm, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu cải tiến lò vi sóng dân
dụng thành lò nung vi sóng nhiệt độ cao phục vụ cho công nghệ chế tạo vật liệu.
Hình 1.3 là mô hình lò vi sóng mà chúng tôi sử dụng để tổng hợp keo bạc nano.

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 10

: Khóa luận tốt nghiệp
Hình 1.3. Mô hình tổng hợp nano Ag theo phương pháp vi sóng.
Với mô Hình 1.3 thì cơ chế hình thành nano Ag được đề nghị như sau:

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 11

1. Bình phản ứng

: Khóa luận tốt nghiệp
1.2.2. Ứng dụng của nano Ag
Với sự phát triển của công nghệ nano, nano Ag là một đối tượng nhận được
nhiều chú ý của các nhà khoa học cũng như các doanh nghiệp. Vì bạc nano không
những mang lại những đặc tính đáng quý của vật liệu nano mà còn có những tính
chất riêng khác biệt ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.
1.2.2.1. Ứng dụng của nano Ag đối với sức khoẻ và y học
Do con người luôn phải chịu sự tấn công của các loại vi khuẩn độc hại có
trong môi trường, chính vì vậy mà khoa học luôn phải tìm kiếm, tổng hợp nên các
vật liệu có khả năng diệt trừ vi khuẩn.
Dù không quá lâu khi thế giới phát hiện ra công nghệ nano Ag có những tính
năng tuyệt vời với khả năng bảo vệ sức khoẻ con người, nhưng chỉ hơn một năm trở
lại đây Việt Nam mới xuất hiện dòng sản phẩm ứng dụng công nghệ được coi là
cuộc cách mạng của thế kỉ XXI này.
Công nghệ nano Ag được biết phù hợp với điều kiện khí hậu, môi trường và
văn hoá tiêu dùng của nước ta. Với những ưu thế vượt trội, công nghệ nano – công
nghệ siêu nhỏ đang ngày càng được ứng dụng nhiều hơn trong lĩnh vực sử dụng sản
phẩm thiết yếu phục vụ đời sống con người và được coi là tiêu chí cạnh tranh hàng
đầu giữa các nhà sản xuất trên thị trường [2].
Với diện tích bề mặt lớn, chỉ cần dùng một lượng nhỏ nano Ag mà tác dụng
diệt khuẩn đã tăng lên rất nhiều. Bởi vậy mà rất nhiều vật dụng được tráng một lớp
nano Ag để diệt khuẩn như máy điều hoà nhiệt độ, tủ lạnh, bình lọc nước,… nhằm
kháng khuẩn và tiêu độc. Bên cạnh đó không thể không nhắc tới một nhãn hiệu
được tin dùng trong suốt thời gian qua đó là bình sữa tiệt khuẩn và các dụng cụ
đựng thức ăn cho trẻ nhỏ của Mummybear. Loại bình sữa tráng nano Ag này đang
được thu hút bởi tính năng ưu việt của nó như kháng khuẩn, tiêu độc, khử mùi, diệt
được 99.9% vi khuẩn E.coli và Staphylococcus gây bệnh tiêu chảy ở trẻ, ngoài ra
khăn ướt, hộp đựng thức ăn, quần áo trẻ em cũng đều được tráng một lớp bạc nano

để kháng khuẩn và tiêu độc.
Trong y học, người ta dùng hạt nano Ag để làm các loại bông gạc y tế, các
dụng cụ phẫu thuật, dung dịch tẩy trùng và thành phần của một số dược phẩm,…
1.2.2.2. Ứng dụng của nano Ag trong công nghiệp điện tử
Không có một lĩnh vực nào mà công nghệ nano lại có ảnh hưởng nhiều như
điện tử, công nghệ thông tin và truyền thông; nano Ag là một trong những vật liệu
được ứng dụng nhiều nhất trong lĩnh vực này. Chúng không chỉ mang trong mình
những tính chất ưu việt của vật liệu nano mà còn có hoạt tính xúc tác, tính điện, tính

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 12

: Khóa luận tốt nghiệp
quang, tính từ,… rất cao so với các vật liệu khác. Do vậy nano Ag được ứng dụng
trong lĩnh vực điện tử để sản xuất những linh kiện, những vi mạch có thể truyền tải,
ghi nhận, lưu trữ thông tin nhanh hơn và nhiều hơn. Nhờ thế mà kích thước của các
thiết bị giảm xuống đáng kể mà chất lượng còn tăng thêm nhiều so với trước đây
[20].
1.2.2.3. Ứng dụng của nano bạc trong lĩnh vực may mặc
Các nhà nghiên cứu đại học Clemson (Mỹ) vừa chế tạo một loại chất phủ
mới, giúp con người có những bộ quần áo sạch mà không cần giặt bằng cách sử
dụng các hạt nano Ag có độ dày bằng 1/1000 sợi tóc người. Hạt nano tạo ra các
bướu tí hon trên mặt vải và lớp phủ polymer làm bướu vĩnh viễn bám vào vải. Khi
vải tiếp xúc với nước, chẳng hạn dưới trời mưa, chất bẩn sẽ tự cuốn trôi dễ dàng.
Có thể gắn lớp phủ vào mọi loại vải như: polyester, bông, lụa,… Chất phủ
mới cũng có tiềm năng được phủ lên quần áo trẻ em, quần áo bệnh viện, đồ thể
thao, quân phục và áo mưa…
Với sự phát triển cao của khoa học công nghệ, đặc biệt là công nghệ nano,
trong thời gian tới người ta còn khám phá ra nhiều đặc tính ưu việt hơn nữa của bạc
nano để tạo ra các loại vật dụng tiện ích, nâng cao chất lượng cuộc sống và đẩy
nhanh tiến bộ xã hội.

1.2.3. Tình hình nghiên cứu nano Ag
Với những ứng dụng thực tiễn của nano Ag, con người đã tiến hành rất nhiều
nghiên cứu với nhiều phương pháp khác nhau nhằm tìm kiếm phương pháp thích
hợp nhất cho những ứng dụng thực tiễn nhất. Với điều kiện của một bài khóa luận,
chúng tôi trình bày một vài công trình nghiên cứu với các phương pháp và cách
thức nghiên cứu về nano Ag như sau:
1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu nano Ag trên thế giới
a) Phương pháp khử vật lý
 B.E. Ershov và E.A. Abkhalimov dùng phương pháp chiếu xạ (sử dụng tia
chiếu xạ gamma Co-60) để tổng hợp nano bạc, tạo môi trường khử từ Ag
+
về Ag
0
.
Nguyên liệu ban đầu là AgClO
4
, tác nhân khử là HCOONa, chất ổn định là
polyphosphat trong môi trường alcohol. Hệ dung dịch được đuổi khí bằng hệ thống
chân không và sau đó được đem vào chiếu xạ. Dùng AFM để xác định kích thước
hạt. Sử dụng phương pháp chiếu xạ có lợi thế là có thể điều khiển được tốc độ khử
như mong muốn bằng cách thay đổi cường độ chiếu xạ [21].
 Phương pháp nhiệt phân được S. Navaladian và các cộng sự sử dụng để tạo
nano bạc từ nguồn nguyên liệu ban đầu là Ag
2
C
2
O
4
, với sự có mặt của chất ổn định


: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 13

: Khóa luận tốt nghiệp
PVA. Ag
2
C
2
O
4
bị phân hủy trong môi trường nước hay môi trường ethylen glycol ở
nhiệt độ 140
o
C. Khi hỗn hợp phản ứng được gia nhiệt sau một khoảng thời gian, sự
khử hóa học cũng được diễn ra song song. Tuy nhiên, lượng keo nano Ag được tạo
thành bởi sự phân hủy nhiệt cao hơn lượng tạo thành bởi sự khử hóa học. PVA đóng
vai trò chính trong phương pháp phân hủy bằng nhiệt này và nồng độ của nó là một
thông số quan trọng để xác định kích thước hạt. Sự phân hủy nhiệt của Ag
2
C
2
O
4
trong môi trường ethylen glycol nhanh hơn trong môi trường nước [22].
b) Phương pháp khử hóa học
Đây là phương pháp cổ điển, dùng chất khử mạnh để khử Ag
+
về Ag
0
.
Phương pháp này sẽ thu được hệ sol - gel nano. Dùng các chất khử khác nhau và

các chất polymer khác nhau sẽ cho các hệ hạt khác nhau. Tùy vào mục đích sử dụng
mà ta dùng các loại chất khử và polymer tương ứng. Như khi dùng nano bạc cho
ngành dược, là ngành đòi hỏi nhiều tiêu chuẩn về sức khỏe rất cao, từ đó có thể sử
dụng các chất khử như natricitrate, hydroquinone hay đường glucose, fructose và
dùng chất ổn định như PVP, PVA, chitosan, gelatin, để làm chất ổn định. Tất cả
các chất này là tương hợp sinh học, hoàn toàn không gây ảnh hưởng đến sức khỏe
con người [23 - 27]. Hoặc khi dùng hệ nano trong lĩnh vực môi trường hay xúc tác,
có thể sử dụng các chất khử như NaBH
4
, HCHO [23 - 25, 28] Ngoài các chất ổn
định có thể sử dụng như trên còn có thể dùng các loại như: SDS, CTAB, NP-9,
Tween 20 [29].
 Để tổng hợp nano Ag, Sudipa Panigrahi và các cộng sự đã sử dụng
sacarose, glucose và fructose để vừa làm tác nhân khử, vừa làm chất ổn định.
Nguyên liệu ban đầu là AgNO
3
. Hệ này cho phổ hấp thụ cực đại ở 390 – 420 nm
[21, 24, 25, 30, 31]. Sau khi xem xét và so sánh 3 tác nhân trên, các tác giả đã rút ra
kết luận:
- Sacarose không thể dùng để khử bạc ngay cả khi pH thấp.
- Glucose thể hiện tính khử mạnh hơn fructose, vì vậy mà sự khử diễn ra
nhanh hơn và thu được hệ hạt có kích thước nhỏ, nhưng sự kết tụ diễn ra khá nhanh,
nên với glucose, nhìn chung tạo thành hệ hạt có kích thước không đồng đều.
- Khi dùng fructose, mặc dù đường kính hạt ban đầu được tạo ra lớn hơn
đường kính hạt đạt được bằng phương pháp glucose, nhưng các hạt tạo thành đều
nhau.
Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng đường (glucose, fructose) làm tác
nhân khử đồng thời làm chất ổn định chúng luôn có sẵn, giá thành thấp và thân
thiện với môi trường; không cần phải dùng tác nhân ổn định hệ [25].


: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 14

: Khóa luận tốt nghiệp
 Cũng xuất phát từ nguồn nguyên liệu ban đầu là AgNO
3
, nhưng A.V.
Vegera và A.D. Zimon đã dùng NaBH
4
làm chất khử, gelatin làm chất ổn định, để
điều chế nano Ag. Các tác giả nhận định: cỡ hạt phụ thuộc vào nồng độ ban đầu của
AgNO
3
và độ ổn định của hệ phụ thuộc vào gelatin. NaBH
4
là chất khử mạnh nên
phản ứng tạo nano bạc rất dễ xảy ra. Tuy nhiên do NaBH
4
là chất khử rất mạnh,
mạnh hơn cả glucose nên hệ hạt tạo ra ban đầu sẽ rất nhỏ nhưng vì vậy mà không
tạo ra đủ lực đẩy để tạo hệ keo ổn định, hệ rất dễ bị kết tụ [28].
 Với tác nhân khử là natricitrate và hydroquynone, cùng với chất ổn định là
PVP và PVA, nhóm tác giả ở công trình [24] và [32] đã tổng hợp thành công nano
Ag. Từ kết quả thu được, Rita Patakfalvi và các cộng sự nhận định: sự khử bạc của
hệ diễn ra trong 40 phút. Nồng độ polymer càng cao thì hệ hạt thu được có kích
thước càng nhỏ [24]. Và PVP đem lại sự ổn định nhiều hơn PVA do những hiệu
ứng trung gian và giảm tốc độ phát triển hạt nano [32].
c) Phương pháp vi sóng
 Nano Ag đã được tổng hợp thành công bằng phương pháp vi sóng bởi
Hongjin Jiang và các cộng sự. Các tác giả dùng dung môi là rượu polyhydric và sử
dụng tần số vi sóng (VFM) làm nguồn nhiệt. So với phương pháp nhiệt, phản ứng

bằng tia phát xạ VFM xảy ra nhanh hơn nhiều. Kết quả là khi nồng độ AgNO
3
cao
hơn, thời gian phản ứng dài hơn và nhiệt độ phản ứng cao hơn làm gia tăng cỡ hạt;
trong khi đó nồng độ PVP càng cao cỡ hạt càng giảm [33].
 Theo Kirti Patel và các cộng sự, các hạt nano Ag có kích thước trung bình
từ 15 đến 30 nm, có dạng đa diện với cấu trúc lập phương tâm mặt được tổng hợp từ
nguồn nguyên liệu ban đầu là AgNO
3
, sử dụng dung môi là ethylene glycol và
glycerol bằng phương pháp vi sóng. Các tác giả Ấn Độ này đã thực hiện phản ứng
với thời gian rất ngắn, chỉ trong 45 giây chiếu xạ vi sóng [34].
 Cũng bằng phương pháp vi sóng, nhưng Ying Jie Zhu và Xian Luo Hu lại
xuất phát từ Ag
2
O trong dung môi ethylene glycol với thời gian thực hiện phản ứng
là 10 phút. Hai tác giả Trung Quốc này đã thu được sản phẩm Ag nano có cấu trúc
dây dài khoảng vài micromet, có đường kính 40 – 120 nm, có tỉ số mặt 20 – 140 và
cấu trúc thanh với chiều dài ngắn hơn, có tỉ số mặt nhỏ hơn 20 [35].
 Theo các tác giả Nhật Bản, Masaharu Tsuji và các cộng sự cũng đi từ
AgNO
3
với dung môi ethylene glycol, với sự có mặt của các hạt Pt và chất ổn định
PVP bằng phương pháp vi sóng trong thời gian vài phút. Tùy theo nồng độ của Pt,
PVP, AgNO
3
hay thời gian chiếu vi sóng mà sản phẩm nano Ag thu được có hình
dạng và kích thước khác nhau: từ các sản phẩm nano một chiều (thanh nano và dây

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 15


: Khóa luận tốt nghiệp
nano), hay các sản phẩm nano hai chiều (tấm nano và đĩa nano) cho đến các sản
phẩm nano ba chiều (các hạt nano hình cầu hay tinh thể nano lập phương) [36].
1.2.3.2. Tình hình nghiên cứu nano Ag trong nước
 Ts Nguyễn Quốc Hiến và các cộng sự nghiên cứu tổng hợp nano bạc bằng
phương pháp chiếu xạ. Các tác giả cũng dùng chiếu xạ gamma Co-60 và lần lượt
chọn PVA, PVP, chitosan (CTS) làm chất ổn định. Kích thước trung bình của hạt
nano khi sử dụng phương pháp này là 15,96 ± 0,51 nm (PVP); 5,5 ± 0,25 nm
(chitosan); 2,92 ± 0,05 nm (PVP/CTS) và 11,44 ± 2,07 nm (PVP/etanol) [37 - 41].
 Với việc sử dụng bức xạ tia X, tác giả khóa luận [42] đã chế tạo hạt nano
bạc đi từ nguyên liệu ban đầu là AgNO
3
, chất ổn định là ethyl phenol ethoxylate
(TX-100). Các dung dịch AgNO
3
và TX-100 với tỉ lệ mol xác định được khuấy đều
bằng máy rung siêu âm trong 10 phút. Các hạt nano Ag được hình thành và phát
triển khi hỗn hợp Ag
+
/TX-100 được khuấy đều và chiếu bằng tia X trong vòng 60
phút. Hạt nano Ag tạo ra có kích thước tương đối nhỏ, phân bố khá đồng đều, đa
phần các hạt tạo ra có kích thước tập trung trong khoảng từ 8 đến 9 nm, các hạt có
độ tròn tương đối lớn (hạt có hình dạng tựa cầu).
 Theo [43], các tác giả điều chế nano bạc đi từ nguồn nguyên liệu ban đầu
là AgNO
3
, chất ổn định là PVA, chất khử là hydrazine hydrate. Tác giả khảo sát
theo nồng độ AgNO
3

trong thời gian 20 phút. Kết quả thu được là: khi hàm lượng
AgNO
3
tăng thì kích thước hạt nano Ag cũng tăng theo. Cụ thể, khi hàm lượng
AgNO
3
nhỏ (1%) thì độ phân bố của hạt nano Ag đều, nhưng khi hàm lượng AgNO
3
tăng (4%) thì có hiện tượng kết dính lại với nhau, và khi hàm lượng AgNO
3
tăng lên
6% thì các hạt nano Ag kết dính lại với nhau.
 Nguyễn Cửu Khoa và các cộng sự tổng hợp nano bạc cũng đi từ nguồn
nguyên liệu ban đầu là AgNO
3
, chất ổn định là PVA, chất khử là hydrazin hydrat
nhưng có thêm natricitrate. Các tác giả nhận thấy:
- Kích thước các hạt nano Ag tạo thành khi có mặt natricitrate sẽ nhỏ hơn so
với khi không có natricitrate, và kích thước này không thay đổi theo hàm lượng
natricitrate.
- Khi có mặt natricitrate, các hạt nano Ag sinh ra có kích thước ổn định với
hàm lượng AgNO
3
thay đổi từ 1 đến 14%. Khi hàm lượng AgNO
3
lên tới 15%, có
dấu hiệu gia tăng kích thước của nano Ag [44].
 Để tìm ra loại chất khử phù hợp nhất cho quá trình điều chế nano bạc,
nhóm tác giả trong [45] tiến hành khảo sát một số loại chất khử như: natricitrate,
vitamin C (acid ascolic), natri borohydric. Kết quả là với chất khử NaBH

4
khi có

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 16

: Khóa luận tốt nghiệp
chất ổn định là chitosan thì việc điều chế nano bạc sẽ cho kích thước nhỏ nhất.
Nhóm tác giả còn khảo sát điều chế nano bạc theo hai phương pháp là: phương
pháp hóa siêu âm và phương pháp khuấy từ. Từ kết quả thu được, nhóm tác giả
nhận định: màu nano bạc điều chế theo phương pháp khuấy từ có màu vàng đậm
hơn màu của nano bạc được điều chế theo phương pháp hóa siêu âm. Kết quả TEM
cho thấy hạt nano bạc siêu âm có kích thước trung bình nhỏ hơn 15 nm, so với
khuấy từ có kích thước trung bình là 35 nm. Và nhóm tác giả đi đến kết luận: với
cùng một nồng độ, cùng một chất khử và cùng một điều kiện phản ứng, điều chế
nano bạc bằng phương pháp hóa siêu âm cho kích thước hạt nano nhỏ hơn phương
pháp khuấy từ thông thường.
 Sử dụng chất ổn định SiO
2
được chiết tách từ vỏ trấu, Nguyễn Ngọc Khoa
Trường đã tổng hợp keo bạc nano xuất phát từ nguồn nguyên liệu ban đầu là
AgNO
3
bằng phương pháp vi sóng, chất khử là dung môi ethylene glycol (EG).
Luận văn đã khảo sát theo thời gian chiếu xạ vi sóng và theo tỉ số mol của
SiO
2
/AgNO
3
. Ưu điểm của phương pháp này là đi từ chất ổn định giá thành thấp,
phổ biến trên thị trường [46].

 Ts Nguyễn Thị Phương Phong và các cộng sự cũng nghiên cứu tổng hợp
nano bạc bằng phương pháp vi sóng, nguyên liệu ban đầu là AgNO
3
, chất khử là
dung môi ethylene glycol (EG) và glycerol (GL), nhưng chất ổn định là PVP. Kết
quả cho thấy hạt nano bạc có dạng hình cầu, kích thước hạt nano bạc vào khoảng từ
8-11 nm và có sự phân bố đồng đều hạt nano bạc trong dung dịch [47 - 49].
1.3. Các phương pháp nghiên cứu tính chất vật liệu
1.3.1. Phương pháp phổ kích thích electron
Phương pháp phổ kích thích electron hay còn gọi là phương pháp phổ hấp
thụ. Sự hấp thụ của phân tử trong vùng quang phổ tử ngoại và khả kiến (UV – Vis)
phụ thuộc vào cấu trúc electron của phân tử. Sự hấp thụ năng lượng được lượng tử
hóa và do đó các electron bị kích thích nhảy từ obitan có mức năng lượng thấp lên
các obitan có mức năng lượng cao gây ra. Bước chuyển năng lượng này tương ứng
với sự hấp thụ các tia sáng có bước sóng λ khác nhau theo phương trình:
∆E = hc/λ
Trong đó: h là hằng số Planck và c là vận tốc ánh sáng.
Khi phân tử bị kích thích, các electron của các nguyên tử trong phân tử thực
hiện các bước nhảy như trong hình 1.4.

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 17

: Khóa luận tốt nghiệp
Hình 1.4. Các bước nhảy của electron trong nguyên tử.
Trong đó:
+ n : obitan không liên kết.
+ л : obitan liên kết л.
+ л* : obitan л phản liên kết.
+ б : obitan liên kết б.
+ б* : obitan б phản liên kết.

Khi bị kích thích bởi các bức xạ điện từ, các điện tử sẽ nhảy lên các obitan có
mức năng lượng cao hơn. Các bước nhảy có thể là: n → л*, n → б*, б → б*, л →
л*.
Các bước nhảy б → б* cần năng lượng lớn nhất, tức là ánh sáng kích thích
có bước sóng ngắn nhất. Các bước nhảy л → л* cần năng lượng nhỏ hơn, do đó
ánh sáng kích thích có bước sóng lớn hơn. Các electron tự do n có thể nhảy sang л*
hay б*, nhưng rõ ràng bước nhảy n → л* cần năng lượng nhỏ nhất và do đó ánh
sáng kích thích có bước sóng lớn nhất.
Phương pháp phổ hấp thụ UV – Vis được sử dụng rất thuận lợi và phổ biến
để phân tích các hợp chất và hỗn hợp. Phương pháp này được gọi là phương pháp
phân tích trắc quang. Cơ sở của phương pháp này là dựa vào định luật Bouguer -
Lambert - Beer có phương trình hấp thụ bức xạ như sau:
A = lg
0
I
I
= ε.l.C
Trong đó:
+ A là độ hấp thụ ánh sáng
+ I
o
, I lần lượt là cường độ bức xạ điện từ trước và sau khi qua chất phân tích
+ ε là hệ số hấp thụ
+ l là độ dày cuvet
+ C là nồng độ chất phân tích (mol/l)

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 18
π
σ
σ


: Khóa luận tốt nghiệp
1.3.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (Transmisson Electron Microscope –
TEM)[6]
Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) là phương pháp cho phép sử
dụng chùm tia electron năng lượng cao để quan sát các vật thể rất nhỏ. Độ phóng
đại của TEM là 400.000 lần đối với nhiều vật liệu và thậm chí lên đến 15 triệu lần
đối với các nguyên tử. Với ưu thế về độ phóng đại rất lớn, TEM là công cụ đặc biệt
quan trọng trong việc nghiên cứu các vật liệu nano. Hình 1.5 cho ta sơ đồ nguyên lý
hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua TEM.
Hình 1.5. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua TEM.
Nguyên lý làm việc của máy TEM được mô tả như sau: Chùm electron được
tạo ra từ nguồn sau khi đi qua các thấu kính hội tụ sẽ tập trung lại tạo thành một
dòng electron hẹp. Dòng electron này tương tác với mẫu và một phần xuyên qua
mẫu. Phần truyền qua đó được hội tụ bằng một thấu kính và tạo ảnh. Ảnh sau đó sẽ
được truyền đến bộ phận phóng đại. Cuối cùng tín hiệu tương tác với màn huỳnh
quang và sinh ra ánh sáng cho phép người dùng quan sát được ảnh. Phần tối của ảnh
đại diện cho vùng mẫu đã cản trở, chỉ cho một số ít electron xuyên qua (vùng mẫu
dày hoặc có mật độ cao). Phần sáng của ảnh đại diện cho những vùng mẫu không
cản trở, cho nhiều electron truyền qua (vùng này mỏng hoặc có mật độ thấp). Ảnh
TEM thu được sẽ là hình ảnh mặt cắt ngang của vật thể. Ảnh TEM có thể cung cấp
thông tin về hình dạng, cấu trúc kích thước của vật liệu nano.
1.3.4. Phương pháp định lượng vi sinh vật

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 19
Nguồn cấp
electron
Thấu kính
hội tụ
Mẫu

Phóng ảnh
to
Ảnh
Màn hình
hiển thị

: Khóa luận tốt nghiệp
Sự hiện diện của vi sinh vật có thể định lượng bằng nhiều phương pháp khác
nhau như:
- Phương pháp đếm trực tiếp
- Phương pháp đếm khuẩn lạc
- Phương pháp màng lọc
- Phương pháp MPN (Most Probable Number)
- Phương pháp đo độ đục
Trong khuôn khổ bài khóa luận này chúng tôi sử dụng phương pháp đếm
khuẩn lạc.
Phương pháp đếm khuẩn lạc là phương pháp cho phép xác định số lượng tế
bào vi sinh vật còn sống hiện diện trong mẫu. Tế bào sống là tế bào có khả năng
phân chia thành khuẩn lạc trên môi trường chọn lọc. Do vậy phương pháp này có
tên gọi là phương pháp đếm khuẩn lạc (colony count). Phương pháp này có đặc
điểm là cho phép định lượng chọn lọc vi sinh vật tùy môi trường và điều kiện nuôi
cấy. Phương pháp này có thể được thực hiện bằng kỹ thuật hộp trải hoặc hộp đổ với
các thiết bị hỗ trợ để đếm kết quả. Trong phương pháp này cần thực hiện pha loãng
mẫu bậc 10 liên tiếp sao cho có độ pha loãng với mật độ tế bào thích hợp để xuất
hiện các khuẩn lạc riêng lẻ trên bề mặt thạch với số lượng đủ lớn để hạn chế sai số
khi đếm và tính toán. Mật độ tế bào quá lớn làm các khuẩn lạc chồng chéo lên nhau
hoặc tạo thành màng sinh khối. Ngược lại số lượng lạc khuẩn trên một đĩa quá nhỏ
sẽ không có giá trị thống kê. Số lượng lạc khuẩn tối ưu được đề nghị bởi các cơ
quan có uy tín như FDA, AOAC là từ 25 – 250 khuẩn lạc/đĩa.
Số lượng khuẩn lạc xuất hiện trên đĩa phụ thuộc vào lượng mẫu sử dụng, môi

trường và điều kiện ủ. Thông thường, điều kiện nuôi cấy (môi trường, nhiệt độ, thời
gian) cần đảm bảo sao cho số khuẩn lạc xuất hiện tối đa. Phương pháp đếm khuẩn
lạc dễ cho sai số nên cần thực hiện lặp lại ít nhất 2 đĩa cho 1 mẫu. Kết quả đếm
thường được trình bày bằng số đơn vị hình thành khuẩn lạc CFU/ml (colony –
forming unit) theo công thức sau:
A (CFU/ml) =
1 1

i i
N
nVf nVf+ +
Trong đó: A là số đơn vị hình thành khuẩn lạc trong 1 ml mẫu.
N là tổng số khuẩn lạc đếm được trên các đĩa đã chọn.
n
i
là số lượng đĩa cấy tại độ pha loãng thứ i.
V là thể tích dịch mẫu (ml) cấy vào mỗi đĩa.

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 20

: Khóa luận tốt nghiệp
f là độ pha loãng tương ứng.
Mặc dù có nhược điểm như trên nhưng phương pháp đếm khuẩn lạc vẫn là
phương pháp tốt nhất để xác định mật độ tế bào sống. Ngoài ra, phương pháp này
còn có ưu điểm là độ nhạy cao, cho phép định lượng vi sinh vật ở mật độ thấp trong
mẫu. Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong kiểm nghiệm vi sinh vật trong
nước, thực phẩm, bệnh phẩm.

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 21


: Khóa luận tốt nghiệp
Chương 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Tổng hợp keo nano Ag
2.1.1. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm
2.1.1.1. Hóa chất
- Nước cất 1 lần
- Bạc nitrate tinh thể (AgNO
3
) được dùng làm nguồn nguyên liệu ban đầu.
- Ethylene glycol C
2
H
4
(OH)
2
, viết tắt là EG (Shantou Xilong – Trung Quốc,
96%), được dùng làm dung môi khử.
- Glycerol C
3
H
5
(OH)
3
, viết tắt là GL (Shantou Xilong – Trung Quốc, 96%),
được dùng làm dung môi khử.
- Poly(vinyl pyrrolidone) 360K, viết tắt là PVP (Sigma Aldrich – Anh,
99,9%), có công thức hóa học là (C
6
H
9

NO)
n
, được dùng làm chất ổn định. Công
thức cấu tạo của PVP như sau:
2.1.1.2. Thiết bị thí nghiệm
- Lò vi sóng (Sanyo, Nhật Bản).
- Máy khuấy từ (ARE, Mỹ)
- Cân điện tử (HR 200, Thụy Sỹ)
- Các dụng cụ thủy tinh: cốc, bình định mức, pipet, đũa thủy tinh, ống đong.
2.1.2. Cải tiến thiết bị lò vi sóng
Để thực hiện quá trình tổng hợp keo nano Ag theo phương pháp vi sóng, lò
vi sóng gia dụng (hiệu Sanyo, công suất 800W, tần số làm việc là 2,45GHz) được
cải tiến như sau: Mặt trên của lò có một lỗ khoan tròn đường kính 40 mm để lắp hệ
thống hồi lưu, nhằm mục đích duy trì thể tích của dung dịch trong quá trình phản
ứng. Hình 2.1 là lò vi sóng mà chúng tôi đã cải tiến để tổng hợp keo nano Ag.

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 22

: Khóa luận tốt nghiệp
Hình 2.1. Lò vi sóng sau khi đã cải tiến
2.1.3. Tổng hợp keo nano Ag trong dung môi ethylene glycol
2.1.3.1. Khảo sát theo thời gian chiếu vi sóng
Hòa tan 0,0085 g muối AgNO
3
vào 50 ml nước cất thu được 50 ml dung dịch
AgNO
3
nồng độ 1 mM.
Khuấy đều 0,0139 g PVP trong 50 ml dung môi EG bằng máy khuấy từ
trong thời gian 1 phút thu được 50 ml dung dịch PVP/EG nồng độ 2,5 mM.

Hòa trộn 50 ml dung dịch PVP/EG 2,5 mM vào 50 ml dung dịch AgNO
3
1
mM theo tỉ lệ 1:1. Khuấy đều bằng máy khuấy từ trong khoảng vài phút thu được
hỗn hợp 100 ml dung dịch AgNO
3
/PVP/EG.
Cho từng mẫu 20 ml dung dịch AgNO
3
/PVP/EG vào lò vi sóng. Chiếu vi
sóng ở thời gian lần lượt là 1,5 phút; 2 phút; 2,5 phút; 5 phút và 10 phút. Sản phẩm
keo nano Ag thu được có màu vàng tươi đặc trưng.
2.1.3.2. Khảo sát theo tỉ số mol của PVP/AgNO
3
Gọi tỉ số mol của PVP/AgNO
3
là
3
PVP
AgNO
n
r
n
=
.
Hòa tan 0,0068 g muối AgNO
3
vào 40 ml nước cất thu được 40 ml dung dịch
AgNO
3

nồng độ 1 mM.
Khuấy đều 0,0444 g PVP trong 20 ml dung môi EG bằng máy khuấy từ
trong thời gian 1 phút thu được 20 ml dung dịch PVP/EG nồng độ 20 mM. Chia đôi

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 23

: Khóa luận tốt nghiệp
20 ml dung dịch này, được mỗi dung dịch 10 ml. Thêm 10 ml dung môi EG vào 10
ml dung dịch PVP/EG 20 mM, được 20 ml dung dịch PVP/EG nồng độ 10 mM. Cứ
như thế chia đôi 20 ml dung dịch này, rồi lại thêm 10 ml dung môi EG vào sẽ thu
được 4 mẫu, mỗi mẫu chứa 10 ml dung dịch PVP/EG có nồng độ lần lượt là 20
mM;10 mM; 5 mM; 2,5 mM.
Hòa trộn từng 10 ml dung dịch AgNO
3
1 mM vào 4 mẫu chứa dung dịch
PVP/EG có nồng độ như trên theo tỉ lệ 1:1 và khuấy đều bằng máy khuấy từ trong
khoảng vài phút, được 4 mẫu chứa hỗn hợp 20 ml AgNO
3
/PVP/EG có tỉ số mol
PVP/AgNO
3
lần lựợt là r = 20; r = 10; r = 5; r = 2,5.
Lần lượt cho từng mẫu vào lò vi sóng (lò vi sóng được đặt ở chế độ cấp nhiệt
công suất 400 W) rồi chiếu xạ vi sóng ở thời gian như nhau là 5 phút, thu được keo
nano Ag có màu vàng tươi đặc trưng.
2.1.4. Tổng hợp keo nano Ag trong dung môi glycerol
2.1.4.1. Khảo sát theo thời gian chiếu vi sóng
Hòa tan 0,0085 g muối AgNO
3
vào 50 ml nước cất thu được 50 ml dung dịch

AgNO
3
nồng độ 1 mM.
Khuấy đều 0,0139 g PVP trong 50 ml dung môi GL bằng máy khuấy từ
trong thời gian 1 phút thu được 50 ml dung dịch PVP/GL nồng độ 2,5 mM.
Hòa trộn 50 ml dung dịch PVP/GL 2,5 mM vào 50 ml dung dịch AgNO
3
1
mM theo tỉ lệ 1:1. Khuấy đều bằng máy khuấy từ trong khoảng vài phút thu được
hỗn hợp 100 ml AgNO
3
/PVP/GL. Sau đó chia làm 5 mẫu, mỗi mẫu chứa hỗn hợp
20 ml AgNO
3
/PVP/GL.
Lần lượt cho từng mẫu vào lò vi sóng (lò vi sóng được đặt ở chế độ cấp nhiệt
công suất 400 W) rồi chiếu xạ vi sóng ở thời gian lần lượt là 1,5 phút; 2 phút; 2,5
phút; 5 phút và 10 phút. Sản phẩm keo nano Ag thu được có màu vàng tươi đặc
trưng.
2.1.4.2. Khảo sát theo tỉ số mol của PVP/AgNO
3
Gọi tỉ số mol của PVP/AgNO
3
là
3
PVP
AgNO
n
r
n

=
.
Hòa tan 0,0068 g muối AgNO
3
vào 40 ml nước cất thu được 40 ml dung dịch
AgNO
3
nồng độ 1 mM.
Khuấy đều 0,0444 g PVP trong 20 ml dung môi GL bằng máy khuấy từ
trong thời gian 1 phút thu được 20 ml dung dịch PVP/GL nồng độ 20 mM. Chia đôi
20 ml dung dịch này, được mỗi dung dịch 10 ml. Thêm 10 ml dung môi GL vào 10

: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 24

: Khóa luận tốt nghiệp
ml dung dịch PVP/GL 20 mM, được 20 ml dung dịch PVP/GL nồng độ 10 mM. Cứ
như thế chia đôi 20 ml dung dịch này, rồi lại thêm 10 ml dung môi GL vào sẽ thu
được 4 mẫu, mỗi mẫu chứa 10 ml dung dịch PVP/GL có nồng độ lần lượt là 20
mM;10 mM; 5 mM; 2,5 mM.
Hòa trộn từng 10 ml dung dịch AgNO
3
1 mM vào 4 mẫu chứa dung dịch
PVP/GL có nồng độ như trên theo tỉ lệ 1:1 và khuấy đều bằng máy khuấy từ trong
khoảng vài phút, được 4 mẫu chứa hỗn hợp 20 ml AgNO
3
/PVP/GL có tỉ số mol
PVP/AgNO
3
lần lựợt là r = 20; r = 10; r = 5; r = 2,5.
Lần lượt cho từng mẫu vào lò vi sóng (lò vi sóng được đặt ở chế độ cấp nhiệt

công suất 400 W) rồi chiếu xạ vi sóng ở thời gian như nhau là 5 phút, thu được keo
nano Ag có màu vàng tươi đặc trưng.
2.2. Khảo sát đặc trưng, hình dạng và kích thước của nano Ag tổng hợp được
Đặc trưng của Ag nano được xác định dựa vào phổ hấp thụ UV - Vis. Vì
điều kiện phòng thí nghiệm, chúng tôi gửi mẫu thực hiện phép đo phổ hấp thụ UV -
Vis của keo Ag nano trên máy đo phổ hấp thụ T 80 Spectrometer tại khoa Hóa,
trường Đại học Khoa học Huế.
Để xác định hình dạng và kích thước Ag nano, mẫu tổng hợp được gửi đo
TEM trên máy JEOL JEM 100 tại Viện vệ sinh dịch tễ Trung ương.
2.3. Đánh giá hiệu quả diệt khuẩn của vật liệu nano Ag
2.3.1. Hóa chất và thiết bị thí nghiệm
2.3.1.1. Hóa chất
- Keo Ag nano
- Dung dịch AgNO
3
0,5 mM
- Dung dịch NH
3
đậm đặc
- Dung dịch NaOH
- Glucose
- Silicagel
- Bánh mì
2.3.1.2. Thiết bị thí nghiệm
- Bình gốm
- Cốc thủy tinh
- Tủ sấy, lò nung
- Đĩa petri
2.3.2. Phủ nano Ag lên bề mặt một số loại vật liệu


: Nguyễn Thị Trúc Ly – Sư phạm Hóa A K30 Trang 25