Nghiên cứu tổng hợp nano vàng từ dung dịch haucl4 bằng dịch chiết nước rễ xáo tam phân

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC
–––oOo–––

THÁI PHÚC BẢO TRÂN

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO VÀNG TỪ DUNG DỊCH HAuCl4 BẰNG
DỊCH CHIẾT NƯỚC RỄ XÁO TAM PHÂN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2023


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC
–––oOo–––

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO VÀNG TỪ DUNG DỊCH HAuCl4 BẰNG
DỊCH CHIẾT NƯỚC RỄ XÁO TAM PHÂN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN HÓA HỌC

Sinh viên thực hiện

:

Giáo viên hướng dẫn :

Thái Phúc Bảo Trân
PGS. TS Lê Tự Hải

Đà Nẵng – Năm 2023


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố
trong bất kỳ cơng trình nào khác.
Tác giả luận văn

Thái Phúc Bảo Trân


LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Lê Tự Hải đã tận
tình hỗ trợ, giúp đỡ và hướng dẫn cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn quý thầy cô đã giảng dạy tôi trong suốt thời gian học đại học giúp tôi
trang bị những kiến thức cần thiết góp phần hồn thành q trình nghiên cứu của mình.
Xin chân thành cảm ơn q thầy cơ trong Khóa Hóa - Trường Đại học Sư phạm –
Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện thuận lợi về cơ sở vật chất cho tơi trong suốt q trình
tiến hành thí nghiệm.
Cuối cùng, tơi xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên, ủng hộ giúp tơi hồn
thành luận văn của mình. Mặc dù tơi đã rất cố gắng nhưng do điều kiện hạn chế nên luận
văn khó tránh khỏi những thiếu sót, tơi rất mong nhận được sự góp ý chân thành từ thầy
cơ giáo

Thái Phúc Bảo Trân

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài......................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................... 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................. 1
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 2
4.1. Nghiên cứu lý thuyết.............................................................................................. 2
4.2. Phương pháp thực nghiệm .................................................................................... 2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................. 2
6. Bố cục của luận văn .................................................................................................... 2
CHƯƠNG 1 ..................................................................................................................... 3
1.1. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ NANO .............................................................. 3
1.1.1. Nguồn gốc của công nghệ Nano .......................................................................... 3
1.1.2. Vật liệu nano ......................................................................................................... 4
a. Khái niệm.................................................................................................................. 4
b. Các loại vật liệu nano .............................................................................................. 4
1.1.3. Cơ sở khoa học ...................................................................................................... 5
1.1.4. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano.......................................................... 7
a. Phương pháp đi từ trên xuống ................................................................................. 7
b. Phương pháp đi từ dưới lên ..................................................................................... 8
1.1.5. Ứng dụng của vật liệu nano ................................................................................. 9
a. Trong y học............................................................................................................. 10
b. Trong công nghệ thông tin ..................................................................................... 10
c. Trong năng lượng và mơi trường........................................................................... 11
d. Trong cơng nghiệp cơ khí, vật liệu ........................................................................ 11
e. Trong an ninh quốc phịng ..................................................................................... 12
1.1.6. Tình hình phát triển cơng nghệ nano trong và ngồi nước ........................... 12
1.2. HẠT NANO VÀNG ............................................................................................... 13
1.2.1. Giới thiệu về vàng kim loại................................................................................ 13

1.2.2. Các phương pháp tổng hợp nano vàng ............................................................ 14
a. Phương pháp Turkevich ......................................................................................... 14


b. Phương pháp Brust ................................................................................................ 15
c. Phương pháp phát triển hạt ................................................................................... 16
1.2.3. Ứng dụng của nano vàng ................................................................................... 17
a. Dẫn truyền thuốc .................................................................................................... 17
b. Đánh dấu sinh học ................................................................................................. 18
c. Cảm biến sinh học .................................................................................................. 19
1.3. TỔNG QUÁT VỀ CÂY XÁO TAM PHÂN ....................................................... 19
1.3.1. Giới thiệu chung.................................................................................................. 19
1.3.2. Nguồn gốc xuất xứ .............................................................................................. 20
1.3.3. Đặc điểm hình thái.............................................................................................. 21
1.3.4. Thành phần hóa học ........................................................................................... 22
CHƯƠNG 2 ................................................................................................................... 23
2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT .................................................. 23
2.1.1. Nguyên liệu .......................................................................................................... 23
2.1.2. Dụng cụ, thiết bị và hóa chất............................................................................. 23
a. Dụng cụ và thiết bị ................................................................................................. 23
b. Hóa chất ................................................................................................................. 23
2.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ................................................................................. 24
2.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết rễ Xáo tam phân......... 24
a. Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng Xáo tam phân với thể tích nước cất ........... 24
b. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến dịch chiết Xáo tam phân......................... 25
c. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến dịch chiết Xáo tam phân .......................... 25
2.2.2. Định tính nhóm chất hóa học trong dịch chiết Xáo tam phân ...................... 25
a. Định tính saponins ................................................................................................. 26
b. Định tính tanins ...................................................................................................... 26
c. Định tính flavonoids ............................................................................................... 26

d. Định tính terpenoids............................................................................................... 26
e. Định tính alkaloids ................................................................................................. 26
2.2.3. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nano vàng từ dịch chiết 27
a. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dịch chiết Xáo tam phân với thể tích dung
dịch HAuCl4 .................................................................................................................... 27
b. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano vàng từ dịch chiết ..... 27


c. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo nano vàng từ dịch chiết .............. 27
d. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tạo nano vàng từ dịch chiết .... 28
2.2.4. Phương pháp khảo sát sự hình thành nano vàng và đặc trưng hạt nano vàng
......................................................................................................................................... 28
a. Phương pháp phổ tử ngoại và khả kiến (UV – Vis) .............................................. 28
b. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ................................................... 29
c. Phương pháp phổ tán xạ năng lượng tia X (EDX) ................................................ 29
d. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ...................................................................................... 30
CHƯƠNG 3 ................................................................................................................... 32
3.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
CHIẾT RỄ XÁO TAM PHÂN .................................................................................... 32
3.1.1. Khảo sát ảnh hưởng tỉ lệ khối lượng Xáo tam phân với thể tích nước cất.. 32
3.1.2. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến dịch chiết Xáo tam phân ................. 33
3.1.3. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến dịch chiết Xáo tam phân .................. 34
3.2. KẾT QUẢ ĐỊNH TÍNH CÁC NHĨM CHỨC TRONG DỊCH CHIẾT NƯỚC
RỄ XÁO TAM PHÂN .................................................................................................. 35
a. Định tính saponins ................................................................................................. 35
b. Định tính tanins ...................................................................................................... 36
c. Định tính flavonoids ............................................................................................... 37
d. Định tính terpenoids............................................................................................... 37
e. Định tính alkaloids ................................................................................................. 38
3.3. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO

NANO VÀNG TỪ DỊCH CHIẾT RỄ XÁO TAM PHÂN ....................................... 39
3.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dịch chiết Xáo tam phân với thể tích
dung dịch HAuCl4......................................................................................................... 39
3.3.2. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano vàng từ dịch chiết
Xáo tam phân ................................................................................................................ 40
3.3.3. Khảo sát ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo nano vàng từ dịch chiết Xáo
tam phân ........................................................................................................................ 42
3.3.4. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tạo nano vàng từ dịch chiết
Xáo tam phân ................................................................................................................ 43


3.4. ĐẶC TRƯNG HÓA LÝ CỦA NANO VÀNG ĐƯỢC TỔNG HỢP TỪ DỊCH
CHIẾT RỄ XÁO TAM PHÂN .................................................................................... 44
3.4.1. Phổ EDX .............................................................................................................. 44
3.4.2. Ảnh TEM ............................................................................................................. 44
3.4.3. Phổ XRD .............................................................................................................. 45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................... 47


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
UV – Vis

Quang phổ hấp thụ phân tử

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua

EDX

Phổ tán sắc năng lượng X

XRD

Phổ nhiễu xạ tia X


DANH MỤC HÌNH

Số
hiệu

Tên hình

Trang

hình
1.1

Mơ tả phương pháp Turkevich

15

1.2

Mơ tả phương pháp Brust

16

1.3

Mô tả phương pháp phát triển hạt

17

1.4

Nano vàng làm chất mang để vận chuyển thuốc

17

1.5

Hiện tượng quá nhiệt do tác động của từ trường lên nano vàng

18

1.6

Cây Xáo tam phân

20

1.7

Lá Xáo tam phân

21

1.8

Hoa và quả Xáo tam phân

22

2.1

Quy trình thu dịch chiết rễ Xáo tam phân

24

2.2

Quy trình điều chế dung dịch keo nano vàng

24

2.3

Nguyên tắc tán xạ tia X dùng trong phổ EDX

30

3.1

3.2

3.3

Phổ UV-Vis của dung dịch nano vàng ở các tỷ lệ khối lượng rễ

Xáo tam phân/100 mL nước
Phổ UV-Vis của dung dịch nano vàng ở các thời gian chiết rễ Xáo
tam phân
Phổ UV-Vis của dung dịch nano vàng ở các nhiệt độ chiết rễ Xáo
tam phân

32

33

35

3.4

Hình ảnh định tính nhóm Saponins.

36

3.5

Hình ảnh định tính nhóm Tanins

36

3.6

Hình ảnh định tính nhóm Flavonoids

37

3.7

Hình ảnh định tính nhóm Terpenoids

38


3.8
3.9

3.10

3.11

3.12

Hình ảnh định tính nhóm Alkaloids
Phổ UV-Vis của dung dịch nano vàng ở các thể tích dịch chiết/15
mL dung dịch HAuCl4 1mM
Phổ UV-Vis của dung dịch nano vàng ở các nhiệt độ tổng hợp
khác nhau
Phổ UV-Vis của dung dịch nano vàng ở các pH dịch chiết khác
nhau
Phổ UV-Vis của dung dịch nano vàng ở các thời gian tổng hợp
khác nhau

39
40

41

42

43

3.13

Phổ EDX của nano vàng tổng hợp

44

3.14

Ảnh TEM của nano vàng tổng hợp

45

3.15

Phổ XRD của nano vàng tổng hợp

46


DANH MỤC BẢNG

Số
hiệu

Tên bảng

Trang

hình
1.1

Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu

6

1.2

Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu

7

1.3

Một số tính chất của kim loại vàng

13

3.1

3.2

3.3

3.4

3.5

3.6

3.7

Giá trị mật độ quang của dung dịch nano vàng ở các tỷ lệ khối
lượng rễ Xáo tam phân/100 mL nước
Giá trị mật độ quang của dung dịch nano vàng ở các thời gian chiết
rễ Xáo tam phân
Giá trị mật độ quang của dung dịch nano vàng ở các nhiệt độ chiết
rễ Xáo tam phân
Giá trị mật độ quang của dung dịch nano vàng ở các thể tích dịch
chiết/15 mL dung dịch HAuCl4 1mM
Giá trị mật độ quang của dung dịch nano vàng ở các nhiệt độ tổng
hợp khác nhau
Giá trị mật độ quang của dung dịch nano vàng ở các pH dịch chiết
khác nhau
Giá trị mật độ quang của dung dịch nano vàng ở các thời gian tổng
hợp khác nhau

32

34

35

40

41

42

44


1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Vật liệu nano có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực Vật lý, Hóa học, Sinh học
và Y học. Việc nghiên cứu về các vật liệu nano tổng hợp và đặc tính của chúng là một
trong những lĩnh vực của công nghệ nano đang nổi lên từ hai thập kỷ qua. Trong các
loại cấu trúc nano, cấu trúc nano kim loại có có những tính chất ưu việc nhất định nên
thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Trong số các nano kim loại phải kể
đến nano vàng vì những ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như xúc tác, điện hóa, chuẩn
đốn và điều trị ung thư.
Có rất nhiều kỹ thuật để tổng hợp nano kim loại nói chung, nano vàng nói riêng.
Tuy nhiên hầu hết các phương pháp đều rất tốn kém, sử dụng hóa chất độc hại, gây ảnh
hưởng xấu tới mơi trường. Do đó, phương pháp xanh – phương pháp tổng hợp từ dịch
chiết thực vật đang chiếm ưu thế hơn cả vì nó tốn ít chi phí, đơn giản, khơng dùng hóa
chất độc hại nên thân thiện với mơi trường và an tồn cho người sử dụng.
Trong y học cổ truyền, cây Xáo tam phân có vị hơi chát, đắng nhẹ kèm vị ngọt,
khi ngửi có mùi thơm của tinh dầu. Rễ của cây này có thể sử dụng để tăng cường chức
năng gan, giúp ăn ngủ ngon và tốt cho phụ nữ mới sinh. Đặc biệt đây là vị thuốc tốt cho
người mắc các bệnh ung thư như ung thư đại tràng, u nang buồng trứng, ung thư gan, u
xơ cổ tử cung và ung thư vú. Ngồi ra một số nghiên cứu cịn chứng minh công dụng
kháng khuẩn, kháng virus, kháng viêm và chống co thắt của tinh dầu lá Xáo tam phân.
Trên đây là những lý do tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp nano
vàng từ dung dịch HAuCl4 bằng dịch chiết nước rễ Xáo tam phân”.
2. Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng quy trình tổng hợp nano vàng từ dung dịch HAuCl4 và dịch chiết nước
rễ Xáo tam phân.
- Phân tích đặc tính của nano vàng tổng hợp được.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Hạt nano vàng được tổng hợp từ dung dịch HAuCl4 và dịch chiết rễ Xáo tam phân
được thu hái tại Khánh Hòa – Nha Trang.


2
4. Phương pháp nghiên cứu
4.1. Nghiên cứu lý thuyết
- Thu thập, tổng hợp các tài liệu, tư liệu, sách báo trong và ngồi nước có liên quan
đến các vấn đề: Nano vàng; Xáo tam phân; các phương pháp tổng hợp nano kim loại;
phương pháp hóa học xanh…
- Tham khảo các tài liệu về các phương pháp phân tích đặc trưng hạt nano kim loại
(TEM, EDX, XRD, UV-VIS…).
4.2. Phương pháp thực nghiệm
- Chiết bằng phương pháp đun hồi lưu với dung mơi nước để có dịch chiết tạo nano
với dung dịch HAuCl4.
- Xác định định tính các nhóm chức trong dịch chiết nước rễ Xáo tam phân.
- Khảo sát điều kiện dịch chiết Xáo tam phân và hàm lượng nano vàng tốt nhất tạo
thành bằng phương pháp đo phổ UV-Vis.
- Đặc trưng vật liệu nano vàng được xác định bằng cách đo TEM, EDX, XRD.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Nghiên cứu này giúp cho ta hiểu thêm về phương pháp điều chế hạt nano vàng
bằng phương pháp sinh học an toàn thân thiện.
- Từ nguồn nguyên liệu có sẵn, rẻ tiền điều chế được vật liệu nano vàng có thể ứng
dụng được trong y học cũng như trong đời sống.
6. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu (2 trang), kết luận và kiến nghị (2 trang) và 24 tài liệu tham

khảo, luận văn gồm có 10 bảng, 26 hình và 3 chương như sau:
Chương 1 – Tổng quan.
Chương 2 – Xử lý nguyên liệu và thực nghiệm.
Chương 3 – Kết quả nghiên cứu và thảo luận.


3
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN

1.1. KHÁI QUÁT VỀ CÔNG NGHỆ NANO
1.1.1. Nguồn gốc của công nghệ Nano
Người đầu tiên khởi xướng ý tưởng cơ bản về khoa học nano và công nghệ nano
là nhà vật lý học Richard Feynman thông qua bài diễn văn “There’s plenty of Room at
the Bottom” được trình bày tại cuộc họp của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ, tổ chức ở Viện
công nghệ California (hay Caltech) năm 1959. Trong bài diễn văn của ông, Feynman đã
nêu lên quan điểm về khả năng nghiên cứu và thao tác ở cấp độ nguyên tử. Với dự đoán
trong tương lai chúng ta , có thể chế tạo, sắp xếp cấu trúc các nguyên tử để tạo nên
những vật liệu mới với cấu trúc siêu nhỏ. Tuy nhiên với công nghệ khoa học thời đó thì
việc áp dụng cơng nghệ nano vào thực tế là việc hết sức khó khăn [1].
Mãi đến năm 1974 nhà khoa học Nhật Bản – Norio Taniguchi, là người đầu tiên
sử dụng thuật ngữ “công nghệ nano” để mơ tả các q trình chế tạo cấu trúc vi hình của
mạch vi điện tử mặc dù nó vẫn chưa được biết đến rộng rãi. Ông ủng hộ rằng cơng nghệ
nano bao gồm q trình xử lý, phân tách, hợp nhất và biến dạng vật liệu bằng một nguyên
tử hoặc một phân tử. Đến năm 1986, lấy cảm hứng từ các ý tưởng của Feynman và
Taniguchi, tiến sĩ K. Eric Drexler của Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) đã cho ra
đời cuốn sách có tiêu đề ‘‘Engines of Creation: The Coming Era of
Nanotechnology’’(1986) để đi vào phân tích sâu hơn về định nghĩa công nghệ Nano
[17].
Theo cơ quan Hàng không Vũ trụ Hoa Kỳ (NASA), công nghệ nano là công nghệ

chế tạo ra các cấu trúc, vật liệu, thiết bị và hệ thống chức năng với kích thước đo bằng
nanomet (khoảng từ 1 đến 100 nm) và khai thác ứng dụng các đặc tính độc đáo của
những sản phẩm này. Cơng nghệ nano cũng có thể hiểu là ngành công nghệ dựa trên các
hiểu biết về các quy luật, hiện tượng, tính chất của cấu trúc vật lý có kích thước đặc
trưng ở thang nano [3, 4].
Cơng nghệ nano đã tồn tại trong tự nhiên một thời gian dài. Công nghệ nano là
khoa học liên ngành, là sự kết tinh của nhiều thành tựu khoa học trên nhiều lĩnh vực


4
khác nhau (bao gồm tốn học, vật lý, hóa học, y-sinh học,…). Hiện tại sự đầu tư nghiên
cứu và phát triển, ngân sách đầu tư cho công nghệ nano của các tổ chức thuộc chính phủ
đã tăng nhiều lần [6].
1.1.2. Vật liệu nano
a. Khái niệm
Vật liệu nano có thể là những tập hợp của các nguyên tử kim loại, phi kim hay
phân tử của các oxit, sunfua, nitrua, borua,…có kích thước trong khoản từ 1 nm đến 100
nm. Đó cũng có thể là những vật liệu xốp với đường kính mao quản nằm trong giới hạn
tương tự (zeolit, photphat, cacbonxylat kim loại…) [7].
b. Các loại vật liệu nano [5]
* 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 cấu trúc vật liệu nano có thể chia thành các loại :
- Vật liệu nano không chiều là vật liệu mà cả ba chiều đều có kích thước nano,
khơng cịn chiều tự do nào cho điện tử. Các đám nano được hình thành từ những hạt
nano liên kết lại với nhau tạo thành. Liên kết này không làm thay đổi các chiều của vật
liệu nano, cả ba chiều của chúng đều là kích thước nano khơng có chiều nào cho điện tử
tự do.
Ví dụ: Đám nano, hạt nano.

- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nanomet và
điện tử được tự do trên một chiều cịn lại.Trong các dây nano ln có một chiều điện tử
tự do và chiều điện tử tự do này được hai chiều có kích thước nano bao quanh. Các dây
nano liên kết với nhau tại nhiều vị trí khác nhau tạo thành các ống nano. Các liên kết
này khơng làm thay đổi chiều của vật liệu.
Ví dụ: Dây nano, ống nano.
- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó có một chiều là kích thước nanomet
và điện tử được tự do trên hai chiều còn lại. Ngược lại với vật liệu nano một chiều, vật


5
liệu nano hai chiều chỉ có một chiều có kích thước nano và bị hai chiều điện tử tự do
bao quanh.
Ví dụ: Màng mỏng.
-Vật liệu nano ba chiều là vật liệu là vật liệu dạng khối được cấu tạo từ các hạt
nano tinh thể. 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 khơng chiều, một chiều,
hai chiều đan xen lẫn nhau.
Ví dụ: Nanocomposite bạc/silica.
*Về tính chất vật liệu có thể chia thành các loại:
- Vật liệu nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có kích thước nano được
tạo thành từ kim loại.
- Vật liệu nano bán dẫn là một vật liệu tổng hợp từ các sợi nano mảnh cỡ vài chục
nanomet. Các sợi nano này được làm từ những vật liệu khác nhau mà thông dụng nhất
là indiumarsenid và indiumphosphid.
- Vật liệu nano từ tính là loại vật liệu có kích thước nano mà dưới tác dụng của từ
trường ngồi có thể bị từ hóa, tức là có những tính chất từ đặc biệt.
- Vật liệu nano hữu cơ là các hợp chất hữu cơ có kích thước nano được ứng dụng
trong các mục đích sinh học.
1.1.3. Cơ sở khoa học

Công nghệ nano chủ yếu dựa trên ba cơ sở khoa học sau:
- 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
ngun tử (1µm3 có khoảng 1012 ngun tử) và có thể bỏ qua thăng giáng ngẫu nhiên.
Tuy nhiên đối với vật liệu nano thì các tính chất lượng tử được thể hiện rất rõ ràng. Vì
vậy khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần tính tới các thăng giáng ngẫu nhiên. Ở
kích thước càng nhỏ thì các tính chất lượng tử càng thể hiện một cách 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 [4].


6
- Hiệu ứng bề mặt: Đối với các vật liệu có kích thước nanomet, số ngun tử nằm
trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số ngun 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. Kích thước
của vật liệu càng nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của
vật liệu gia càng lớn dẫn đến hiệu ứng bề mặt tăng [8].
Bảng 1.1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu [11].
Đường kính

Số

Tỷ số ngun

hạt nano

ngun

tử trên bề mặt

(nm)

tử

(%)

10

30000

20

4,08 x 1011

7,6

5

4000

40

8,16 x 1011

14,3

2

250

80

2,04 x 1012

35,5

1

30

90

9,23 x 1012

82,2

Năng lượng bề
mặt (erg/mol)

Năng lượng bề
mặt/Năng lượng
tổng (%)

- Độ dài tới hạn: Kích thước tới hạn là kích thước mà ở đó vật giữ ngun các
tính chất về vật lý, hóa học khi ở dạng khối. Nếu kích thước vật liệu mà nhỏ hơn kích
thước này thì tính chất của nó hồn tồn bị thay đổi. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu
đến kích cỡ nhỏ hơn bước sóng của vùng ánh sáng thấy được (400 - 700nm), theo Mie
hiện tượng "cộng hưởng plasmon bề mặt" xảy ra và ánh sáng quan sát được sẽ thay đổi
phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng xảy ra hiện tượng cộng hưởng [5, 4].

Hay như tính dẫn điện của vật liệu khi tới kích thước tới hạn thì khơng tn theo
định luật Ohm nữa. Mà lúc này điện trở của chúng sẽ tuân theo các quy tắc lượng tử.
Mỗi vật liệu đều có những kích thước tới hạn khác nhau và bản thân trong một vật liệu
cũng có nhiều kích thước tới hạn ứng với các tính chất khác nhau của chúng. Bởi vậy
khi nghiên cứu vật liệu nano chúng ta cần xác định rõ tính chất sẽ nghiên cứu là gì.
Chính nhờ những tính chất lý thú của vật liệu ở kích thước tới hạn nên cơng nghệ nano
có ý nghĩa quan trọng và thu hút được sự chú ý đặc biệt của các nhà nghiên cứu [4, 5].


7
Bảng 1.2: Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu [11].
Lĩnh vực
Tính chất điện

Tính chất từ

Tính chất quang

Tính siêu dẫn

Tính chất cơ

Xúc tác
Siêu phân tử
Miễn dịch

Tính chất

Độ dài tới hạn (nm)

Bước sóng điện tử

10-100

Quãng đường tự do trung bình khơng đàn

1-100

Hiệu
hồi ứng đường ngầm
Độ dày vách đômen

1-10
10-100

Quãng đường tán xạ spin

1-100

Hố lượng tử

1-100

Độ dài suy giảm

10-100

Độ sâu bề mặt kim loại

10-100

Độ dài liên kết cặp Cooper

0,1-100

Độ thẩm thấu Meisner

1-100

Tương tác bất định xứ

1-1000

Biên hạt

1-10

Bán kính khởi động đứt vỡ

1-100

Sai hỏng mầm

0,1-10

Độ nhăn bề mặt

1-10

Hình học topo bề mặt

1-10

Độ dài Kuhn

1-100

Cấu trúc nhị cấp

1-10

Cấu trúc tam cấp

10-1000

Nhận biết phân tử

1-10

1.1.4. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano
Có hai phương pháp cơ bản để tổng hợp vật liệu nano là phương pháp đi từ trên
xuống và phương pháp đi từ dưới lên.
a. Phương pháp đi từ trên xuống
* Phương pháp nghiền
Nguyên lý: Phương pháp này sử dụng kỹ thuật nghiền hoặc tán để biến vật liệu có
kích thước lớn về kích thước nano.
Ưu điểm: Đơn giản khá hiệu quả, có thể tạo ra một lượng lớn vật liệu nano.


8

Khuyết điểm: Tính đồng nhất của các hạt nano khơng cao, phân bố kích thước hạt
khơng đồng nhất các hạt dễ tụ lại với nhau, dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và
khó có thể đạt được hạt có kích thước nhỏ.
Kết quả: Thu được vật liệu nano 3 chiều (hạt nano, đám nano).
* Phương pháp biến dạng
Nguyên lý: Phương pháp này sử dụng kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng
lớn mà không làm phá hủy nguyên vật liệu. Các phương pháp này có thể là đùn thủy
lực, tuốt, cán, ép.
Ưu điểm: Đơn giản khá hiệu quả, có thể tạo ra một lượng lớn vật liệu nano.
Khuyết điểm: Tính đồng nhất của các hạt nano khơng cao, phân bố kích thước hạt
khơng đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và khó có thể đạt được hạt có
kích thước nhỏ.
Kết quả: Thu được vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc vật liệu nano hai chiều
(lớp có chiều dày nm).
b. Phương pháp đi từ dưới lên
Ngược với phương pháp đi từ trên xuống, phương pháp đi từ dưới lên hình thành
vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion.
Ưu điểm của phương pháp này là tổng hợp được vật liệu nano với kích thước nhỏ,
đồng đều. Phần lớn các vật liệu nano hiện nay được điều chế từ phương pháp này.
* Phương pháp vật lý [8]
- Phương pháp chuyển pha
Vật liệu được đun nóng rồi làm nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vơ
định hình, sau đó tiến hành xử lý nhiệt để xảy ra quá trình chuyển pha từ vơ định hình
sang tinh thể (Phương pháp làm nguội nhanh).
- Phương pháp bốc bay nhiệt
Vật liệu được đốt, dùng tia bức xạ hoặc phóng điện hồ quang làm cho bay hơi.
Phương pháp này áp dụng hiệu quả trong chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề
mặt, người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano bằng cách cạo vật liệu nano từ

9
tấm chắn. Tuy nhiên, phương pháp này không hiệu quả khi chế tạo vật liệu nano ở quy
mô thương mại.
* Phương pháp hóa học [8]
Phương pháp hóa học là phương pháp chế tạo vật liệu nano từ các ion hoặc nguyên
tử. Đây là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp vật liệu nano.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể tổng hợp được tất cả các dạng của vật liệu
nan, thậm chí là cả cấu trúc nano phức tạp mơ phỏng sinh học. Hơn nữa phương pháp
này cịn cho phép can thiệp để tạo ra các vật liệu nano với kích thước nhỏ như mong
muốn với độ đồng đều cao.
- Phương pháp khử hóa học
Ở phương pháp này, muối của kim loại tương ứng được khử với sự có mặt của các
tác nhân làm bền để khống chế sự lớn lên của các hạt và ngăn cản sự keo tụ của chúng.
* Phương pháp sử dụng các hạt nano có sẵn trong tự nhiên [8]
Các chất có sẵn trong tự nhiên như zoelit, các hạt sét, các phân tử sinh học,…Có
rất nhiều lỗ nhỏ với kích thước nanomet. Các chất ngày vì thế có thể làm khn phản
ứng tổng hợp vật liệu nano.
* Phương pháp sinh học [8]
Phương pháp sinh học là phương pháp sử dụng các tác nhân như virut, vi khuẩn
và dịch chiết từ thực vật có khả năng khử ion kim loại tạo ra nguyên tử kim loại với kích
thước nano. Phương pháp này đơn giản, thân thiện với môi trường, không độc hại và ít
tốn kém.
1.1.5. Ứng dụng của vật liệu nano
Trong giai đoạn gần đây, vật liệu nano ngày càng thể hiện được vai trị quan trọng
trong nhiều lĩnh vực. Điều đó được thể hiện bằng số các cơng trình khoa học, số các
bằng phát minh sáng chế, số các cơng ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano
tăng theo cấp số mũ. Sản phẩm từ vật liệu nano có nhiều ưu việt, trong đó có hai ưu việt
chính đó là:
- Kích thước cấu trúc nano rất nhỏ do đó tiêu tốn ít vật liệu, ít năng lượng, ít gây
ơ nhiễm môi trường và giá thành giảm.

10
- Sản phẩm cơng nghệ nano có nhiều tính năng mới, khơng thể thay thế bằng các
vật liệu khác được.
Vì vậy cơng nghệ nano đã nhanh chóng thâm nhập các ngành công nghiệp và mọi
lĩnh vực đời sống, các ứng dụng điển hình như:
a. Trong y học
Việc ứng dụng thành tựu của công nghệ nano vào y tế, bảo vệ sức khỏe sẽ tạo ra
bước nhảy vọt mới của thị trường dịch vụ y tế và thiết bị y tế. Nó làm tăng tốc độ và
hiệu quả trong chẩn đốn, điều trị bệnh. Với công nghệ này, người đã chế tạo được các
thiết bị siêu nhỏ và đủ “thông minh” để đưa thuốc đến đúng nơi cần thiết trong cơ thể,
hay có thể can thiệp lên các tổ chức tế bào trong cơ thể để đảm bảo thuốc không ảnh
hưởng đến những tế bào khỏe mạnh gây tác dụng phụ nguy hiểm.
Một lĩnh vực mới của công nghệ nano đang được phát triển là chế tạo các vật liệu
nano có tính chất mơ phỏng sinh học, từ đó có thể thay thế, sữa chữa được các mô hỏng
trong cơ thể con người.
Hiện nay, y tế nano đang tập trung vào những mục tiêu khó giải quyết nhất đối với
sức khỏe con người, đó là bệnh do di truyền có nguyên nhân từ gen, các bệnh nan y như:
HIV/AIDS, ung thư, tim mạch, các bệnh lan rộng như béo phì, tiểu đường, mất trí
nhớ,…[5, 18].
b. Trong cơng nghệ thơng tin
Sự ra đời của máy tính điện tử đã mở ra cuộc Cách mạng Khoa học Công nghệ
Thông tin với những bước phát triển đột phá trong những thập niên cuối thế kỷ XX cho
đến nay. Tuy nhiên, các linh kiện máy tính sử dụng cơng nghệ này đã tiệm cận giới hạn
lý thuyết và nếu tiếp tục phát triển thì giá thành lại q đắt đỏ. Nếu khơng tìm ra được
biện pháp thay thế hữu hiệu các linh kiện cũ này thì sẽ khơng đáp ứng được nhu cầu của
bộ nhớ này càng lớn theo tốc độ phát triển rất nhanh của cơng nghệ thơng tin.
Dựa trên nền tảng đó thì công nghệ nano ra đời và đưa ra một giải pháp tuyệt vời
cho bài tốn hóc búa này. Đó chính là chấm lượng tử. Chấm lượng tử là một hạt (bán

dẫn, kim loại, polyme) có bán kính cỡ vài nanomet. Người ta đã nghiên cứu và chế tạo
được các chip máy tính với các chấm lượng tử gọi là chip nano có độ tích hợp rất cao,


11
triển vọng cho phép tăng dung lượng bộ nhớ của máy tính lên có thể chứa thơng tin từ
tất cả các thư viện trong thế giới trong một thiết bị nhỏ như một viên đường [4, 5].
c. Trong năng lượng và môi trường
Để giải quyết vấn đề năng lượng – một thách thức nghiêm trọng trong thế kỷ này,
người ta đã thu được nhiều kết quả khả quan từ công nghệ nano. Các loại pin mặt trời
với hiệu suất cao, giá thành giảm, ngồi ra cịn có chất xúc tác nano để nâng cao hiệu
suất chuyển năng lượng của hydrocacbon thành nhiệt năng, vật liệu nano để chế tạo các
loại vật liệu điện tử mới, các thiết bị điều khiển mới nhằm tiết kiệm năng lượng đã xuất
hiện.
Các chất làm sạch môi trường cũng đang là vấn đề được quan tâm. Các loại hạt
nano hoạt tính cao có thể hấp thụ hoặc vận chuyển chất gây ô nhiễm thành dạng keo
huyền phù hoặc sol khí. Các hạt này cũng có thể tham gia vào các q trình hóa học
phức tạp trong khí quyển hoặc trong đất mà ra có thể lựa chọn để khắc phục hoặc làm
giảm nhẹ các thảm họa ô nhiễm môi trường [4,13].
d. Trong công nghiệp cơ khí, vật liệu
Cơng nghệ nano hiện nay tập trung nghiên cứu mạnh trong lĩnh vực vật liệu nên
việc tìm ra những vật liệu mới với tính năng cơ – lý – hóa đặc biệt để ứng dụng trong
cơ khí, xây dựng đang là lĩnh vực nghiên cứu mạnh nhất trong ngành khóa học này.
Các ống nanocacbon là loại vật liệu nano có rất nhiều ứng dụng quý. Do cấu trúc
đặc biệt, nên các ống nanocacbon vơ cùng bền vững, có độ bền cơ học gấp 10 lần thép
và có tính bền nhiệt rất cao. Chúng được dùng vào làm nguyên liệu sản xuất cho xe hơi,
máy bay, tàu vũ trụ,…
Các nhà khoa học Mỹ cũng đang chế tạo ra các phịng thí nghiệm siêu nhỏ có thể
nằm gọn trong lịng bàn tay nhờ cơng nghệ nano. Những phịng thí nghiệm này có thể
cho ngay kết quả phân tích ở nơi ủ bệnh.

Đặc biệt, cơng nghệ nano trong tương lai cịn có thể cho phép tạo ra những vật liệu
gần giống với vật liệu trong cơ thể con người nhằm thay thế những phần cơ thể bị hỏng
của con người [5].


12
e. Trong an ninh quốc phòng
Quốc phòng cũng là một lĩnh vực đang rất chú ý đến nghiên cứu công nghệ nano.
Giới quân sự Mỹ giờ đây đặc biệt quan tâm đến công nghệ này. Điều dễ hiểu là những
thiết bị kỹ thuật siêu nhỏ có thể trở thành vũ khí nguy hiểm hơn cả bom nguyên tử. Với
một đội qn vơ hình và sự nhân bản, robot siêu nhỏ có thể tiêu diệt kẻ thù trong chớp
nhống.
Hiện nay, cơng nghệ nano đang là một thách thức đối với chiến lược phát triển
khoa học ở nhiều nước, đặc biệt là những nước có nền khoa học phát triển như Mỹ, Đức,
Pháp và Nhật Bản.
Ngoài những ứng dụng cơ bản trên, cơng nghệ nano cịn có nhiều ứng dụng quan
trọng trong nhiều ngành nghề khác nhau như thực phẩm, nông nghiệp,…Trên cơ sở khoa
học và thực tiễn đã thu được, ta có thể thấy rằng chắc chắn cơng nghệ nano sẽ tạo nên
một cuộc cách mạng chưa từng có trong khoa học và đời sống [5].
1.1.6. Tình hình phát triển cơng nghệ nano trong và ngoài nước
Ngày nay trên thế giới cũng như trong nước, khoa học và công nghệ nano đang
phát triển rất mạnh mẽ và được ứng dụng rộng rãi trong các ngành khoa học khác nhau
như điện tử, vật lý, hóa học, sinh học, y học, mơi trường. Tùy vào tiềm năng kinh tế
trình độ khoa học kĩ thuật và yêu cầu phát triển kinh tế xã hội, an ninh quốc phịng ở các
nước khác nhau thì sự đầu tư cho công nghệ nano cũng khác nhau. Hoa Kỳ, Nhật Bản,
Trung Quốc, Đức là những cường quốc đang chiếm lĩnh thị trường công nghệ nano.
Ở Việt Nam, tuy chỉ mới tiếp cận với công nghệ nano trong những năm gần đây
nhưng cũng có những bước chuyển tạo ra sức hút mới. Nhà nước cũng dành một khoảng
ngân sách khá lớn cho chương trình nghiên cứu cơng nghệ nano cấp quốc gia với sự
tham gia của nhiều trường Đại học và Viện nghiên cứu. Ví dụ như Trung tâm nghiên

cứu triển khai (Khu Cơng nghệ cao TP Hồ Chí Minh), Viện Khoa học Vật liệu, Viện
Công nghệ môi trường, Viện Hóa học (Viện Hàn lâm Khoa học và Cơng nghệ Việt
Nam), các trường đại học như Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Khoa học Tự nhiên,
Đại học Quốc gia Hà Nội, Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, Đại học Khoa học Huế,
Đại học Đà Nẵng… Tại Việt Nam, các lĩnh vực nghiên cứu vật liệu và công nghệ nano
đã đẩy mạnh như polyme cấu trúc nano, lớp phủ,mạ nano, nano y sinh, công nghệ nano
chiếu xạ, cơng nghệ nano điện hóa, cơng nghệ nguội nhanh tạo tinh thể nano từ tính...với


13
nhiều sáng chế nổi bật đã góp phần khẳng định được vai trị của cơng nghệ nano trong
thời đại này. Trong thời gian tương lai, công nghệ nano sẽ phát triển vượt bậc và đem
lại lợi ích cao. Cơng nghệ nano cùng với công nghệ thông tin, công nghệ sinh học sẽ tạo
tiền đề cho “một thế giới nhỏ hơn và thông minh hơn” [12].
1.2. HẠT NANO VÀNG
1.2.1. Giới thiệu về vàng kim loại [14]
Vàng được kí hiệu là Au, nằm ở ô thứ 79 trong bảng hệ thống tuần hồn các
ngun tố hố học, thuộc phân nhóm phụ nhóm IB.
Vàng là kim loại kết tinh ở dạng lập phương tâm diện, là kim loại nặng, mềm, có
ánh kim và có màu vàng chói. Vàng trong tự nhiên có 1 đồng vị ổn định là 197Au.
Vàng tự do thường được xen lẫn trong đá thạch anh, cát, nham thạch. Ngoài dạng
tự do, vàng còn ở dạng hợp chất như vàng Telurua (AuTe2) trong khoáng chất Calaverit
hay các khoáng như Sinvanit (AgAuTe4), Petxit (Ag3AuTe2).
Bảng 1.3. Một số tính chất của kim loại vàng.
Tính chất nguyên tử
Khối lượng nguyên tử

196,966569 đvC

Bán kính nguyên tử

1,44 Å

Bán kính ion R+

1,37 Å

Ban kính Vander Waals

166 pm

Cấu hình electron

[Xe] 4f14 5d10 6s1

Năng lượng ion hóa I1

9,22 eV

Thế điện cực chuẩn E0

+ 1,498 (Au3+/Au)
Tính chất vật lý

Nhiệt nóng chảy

1063,40C

Nhiệt độ sơi

28800C

Khối lượng riêng

19,32 g/cm3

Nhiệt thăng hoa

366 kJ /mol

Độ cứng (kim cương = 10)

2,5

Độ dẫn điện (Hg = 1)

40

Độ dẫn nhiệt (Hg = 1)

35