Thành phần, cấu trúc và tính chất vật liệu nano

CHƯƠNG 5
THÀNH PHẦN, CẤU TRÚC VÀ
TÍNH CHẤT VẬT LIỆU NANO

5.1 Thành phần

- Bằng nhiều pp phân tích hiện đại như:
quang phổ khối, quang phổ hấp thụ
nguyên tử, quang phổ điện tử tia X, huỳnh
quang tia X,…đã cho thấy thành phần của
VL Nano (cả kim loại, hợp kim, oxyt,…)
là không tinh khiết.

- Tạp chất trong VL Nano tồn tại là do
chính q trình cơng nghệ gây nên như: từ
bi nghiền, từ piston, từ thành ống,…

- Trong các công nghệ chế tạo VL Nano
thì pp nghiền gây ra sự nhiễm bẩn nhiều
nhất.

5.2 Mật độ

Tùy theo loại VL và pp chế tạo mà mật độ
của các loại VL Nano có thể khác nhau. Cụ
thể:
+ Nếu các hợp kim Nano tinh thể được chế
tạo bằng pp nguội nhanh ở dạng băng thì
mật độ đạt 100% (giống VL qua nấu đúc).
+ Nếu kim loại, hợp kim và gốm Nano tinh
thể được chế tạo bằng pp ép bột thì mật độ

có thể đạt từ 75 ÷ > 90% và có thể đạt gần
100% khi nung phát triển hạt.

5.3 Tổ chức tế vi

- Tổ chức tế vi của VL Nano trên cơ sở KL và hợp
kim khi nghiên cứu trên TEM (HRTEM) cho thấy:
gồm rất nhiều các tinh thể nhỏ có kích thước từ vài
nanomet đến vài chục nanomet với các định hướng
khác nhau và cách biệt bởi biên giới hạt.

- Trong VL Nano kim loại, kích thước hạt tinh thể
và kích thước biên giới hạt gần bằng nhau.

- Nghiên cứu nhiễu xạ tia X và tán xạ nơtron góc
nhỏ cho thấy mật độ biên giới hạt đạt khoảng 60 ÷
70% mật độ mạng tinh thể.

- Tổ chức tế vi gốm Nano tinh thể cũng gồm các hạt
tinh thể nhỏ mịn từ vài nanomet đến vài chục
nanomet.

- Các yếu tố cơng nghệ cũng có ảnh hưởng đến tổ
chức tế vi của VL Nano tinh thể.

5.4 Tính chất

5.4.1 Tính chất nhiệt
- Nhiệt độ nóng chảy của các hạt Nano tinh
thể phụ thuộc vào kích thước hạt.

- Nhiệt độ thiêu kết khi chế tạo VL Nano
cũng như to kết tinh lại sau khi biến dạng
đều có xu hướng giảm khi giảm kích thước
các phần tử bột nguyên liệu ban đầu.

5.4 Tính chất

5.4.2 Cơ tính

- Cơ tính của VL Nano tinh thể bao gồm:
môđun đàn hồi, độ bền, độ cứng, độ dẻo, độ
dai phá hủy,…đều thay đổi so với VL hạt thơ.

- VL Nano tinh thể KL có độ bền cao hơn KL
hạt thơ từ 3 ÷ 5 lần.

- Các KL và hợp kim Nano tinh thể chế tạo
theo công nghệ nguội nhanh vừa có độ bền, độ
cứng cao nhưng lại có độ dẻo cao hơn KL chế
tạo theo cơng nghệ truyền thống.

- Tính chất cơ học của VL Nano tinh thể chế
tạo theo cơng nghệ bột cũng có cơ tính cao hơn
VL truyền thống.

5.4 Tính chất

5.4.3 Các tính chất vật lý

- Các tính chất vật lý như: điện tính và từ tính cũng

có nhiều thay đổi. Các VL Nano tinh thể trên cơ sở
KL có kích thước hạt càng nhỏ thì điện trở suất của
VL càng cao và phụ thuộc vào to càng mạnh.

- Tính chất từ của VL Nano có nhiều điểm rất đặc
biệt. Cụ thể:

+ Với công nghệ nguội nhanh, tạo ra các băng hợp
kim từ mềm vơ định hình trên cơ sở FeBSi (VL này
đã nổi tiếng với các tính chất từ cao).

+ Khi ủ (tinh thể hóa) các băng vơ định hình ở to
xác định sẽ tạo nên các tinh thể sắt từ có kích thước
hạt từ 10 ÷ 50nm phân bố trên nền sắt từ vơ định
hình. VL Nano chế tạo như vậy có từ tính cao hơn
rất nhiều.