Tổng hợp nano kim loại ag và cu định hướng ứng dụng diệt khuẩn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

HUỲNH THỊ THU HIỀN

TỔNG HỢP NANO KIM LOẠI Ag VÀ Cu
ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG DIỆT KHUẨN

Ngành: Vật lý chất rắn
Mã số: 8440104

Người hướng dẫn: TS. NGUYỄN VĂN NGHĨA

i

LỜI CAM ĐOAN

Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu này là của cá nhân tôi, với sự cố vấn
của người hướng dẫn khoa học - TS. Nguyễn Văn Nghĩa. Các nguồn tài liệu đã
được liệt kê đầy đủ. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong đề án này là hồn tồn
trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Bình Định, tháng 10 năm 2023
Tác giả đề án

Huỳnh Thị Thu Hiền

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin chân thành cảm ơn quý thầy, cô giáo tổ Vật lý , khoa Khoa
học tự nhiên, Trường Đại học Quy Nhơn đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ và tạo mọi
điều kiện trong quá trình em học tập tại trường . Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu
sắc đến giảng viên TS. Nguyễn Văn Nghĩa đã dành nhiều thời gian, tâm huyết, tận
tình hướng dẫn để em hồn thành đề án này.

Em xin gửi lời cảm ơn đến ban giám hiệu, các thầy cơ phịng sau Đại học,
phịng thí nghiệm Vật lí, phịng thí nghiệm Cơng nghệ sinh học, khoa Khoa học tự
nhiên, trường Đại học Quy Nhơn đã hỗ trợ và tạo mọi điều kiện về cơ sở vật chất
trong quá trình em hồn thành đề án.

Em cũng xin cảm ơn chương trình IUC, Hợp tác thể chế đại học của
Trường Đại học Quy Nhơn do VLIR-UOS (Bỉ) tài trợ (IUC QNU) thuộc nhóm dự
án 2 đã tài trợ cho đề án này.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã ln động viên,
hỗ trợ tơi trong suốt q trình học tập và nghiên cứu.

Tôi xin chân thành cảm ơn!
Bình Định, tháng 10 năm 2023
Học viên

Huỳnh Thị Thu Hiền

iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.....................................................................................................i
LỜI CẢM ƠN .........................................................................................................ii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT....................................................vi

DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................vii
DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................viii
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1

1. Lý do chọn đề tài..............................................................................................1
3. Mục đích của đề tài .......................................................................................... 3
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.....................................................................3
5. Phương pháp nghiên cứu: ................................................................................. 3
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................................... 3
7. Cấu trúc của đề tài............................................Error! Bookmark not defined.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT ..........................................................4
1.1 Giới thiệu về công nghệ nano .........................................................................4

1.1.1. Nguồn gốc và khái niệm của công nghệ nano..........................................4
1.1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano........................................................4
1.1.3. Vật liệu nano...........................................................................................6
1.2 Tổng quan về nano bạc...................................................................................9
1.2.1. Giới thiệu về hạt nano bạc.......................................................................9
1.2.2. Một số tính chất của Ag nano ................................................................ 10
1.2.2.1 Tính chất quang học .......................................................................... 10
1.2.2.2. Tính chất điện .................................................................................... 11
1.2.2.3. Tính chất từ ........................................................................................ 11
1.2.2.4. Tính chất nhiệt .................................................................................. 11
1.2.3. Ứng dụng của nano Ag.......................................................................... 11
1.2.3.1. Ứng dụng của nano Ag đối với sức khoẻ và y học .............................. 12
1.2.3.2. Ứng dụng của nano Ag trong công nghiệp điện tử.............................. 13
1.2.3.3. Ứng dụng của nano bạc trong lĩnh vực may mặc ................................ 13
1.3. Tổng quan về nano đồng ............................................................................. 14
1.3.1. Giới thiệu về nano đồng ........................................................................ 14
1.3.2. Cơ chế diệt khuẩn của đồng nano .......................................................... 16

iv

1.3.3. Ứng dụng của nano Cu .......................................................................... 17
1.3.3.1. Ứng dụng của nano Cu nano trong nông nghiệp ................................. 17
1.3.3.2. Ứng dụng của nano Cu trong công nghiệp điện tử .............................. 18
1.4. Các phương pháp điều chế nano Ag, Cu ...................................................... 19
1.4.1. Phương pháp ăn mòn laser .................................................................. 19
1.4.2. Phương pháp vi sóng ............................................................................ 19
1.4.3. Phương pháp khử hóa........................................................................... 20
1.4.4. Phương pháp tổng hợp Bạc nano theo hướng tổng hợp xanh ................. 21
1.5. Tình hình nghiên cứu nano Ag, Cu bằng phương pháp tổng hợp xanh ......... 21
1.5.1. Tình hình nghiên cứu nano Ag, Cu trên thế giới .................................... 21
1.5.2. Tình hình nghiên cứu nano Ag trong nước ............................................ 23
1.6. Tổng quan về cây lá vối............................................................................... 24
1.6.1. Giới thiệu về cây lá vối ......................................................................... 24
1.6.2. Công dụng của lá vối............................................................................. 25
1.6.3. Thành phần hóa học của lá vối .............................................................. 25
CHƯƠNG 2: KĨ THUẬT THỰC NGHIỆM ...................................................... 28
2.1. Nguyên liệu, dụng cụ, hóa chất.................................................................... 28
2.1.1. Nguyên liệu........................................................................................... 28
2.1.2. Dụng cụ, hóa chất, thiết bị thí nghiệm ................................................... 28
2.1.2.1. Hóa chất ............................................................................................. 28
2.1.2.2. Dụng cụ và thiết bị thí nghiệm............................................................ 28
2.2. Thực nghiệm ............................................................................................... 29
2.2.1. Quy trình tổng hợp dịch chiết lá vối ...................................................... 29
2.2.2. Tổng hợp dung dịch nano bạc................................................................ 30
2.2.3. Tổng hợp dung dịch nano đồng ............................................................. 31
2.2.4. Đánh giá hoạt tính kháng khuẩn ............................................................ 32
2.3. Đặc trưng vật liệu ........................................................................................ 32

2.3.1. Nhiễu xạ tia X ....................................................................................... 32
2.3.2. Phương pháp phổ hồng ngoại (IR)......................................................... 32
2.3.3. Hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ......................................................... 33
2.3.4. Phổ hấp thụ tử ngoại-khả kiến (UV-Vis) ............................................... 34
2.3.5. Phương pháp khuếch tán qua giếng thạch (well diffusion agar) ............. 34

v

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN....................................................... 36
3.1. Đặc tính thành phần các nhóm của dịch chiết lá vối..................................... 36
3.2. Đặc trưng keo Ag nano chế tạo từ dịch chiết lá vối...................................... 37
3.2.1. Đặc trưng cấu trúc ................................................................................. 37
3.2.2. Phổ IR keo Ag nano .............................................................................. 38
3.2.3. Phổ UV-Vis keo Ag Nano ..................................................................... 39
3.2.4. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của keo Ag nano ................................... 40
3.3. Đặc trưng keo Cu nano chế tạo từ dịch chiết lá vối ...................................... 41
3.3.1. Đặc trưng cấu trúc ................................................................................. 41
3.3.2. Phổ IR keo Cu nano .............................................................................. 42
3.3.3. Phổ UV-Vis keo Cu Nano ..................................................................... 43
3.3.4. Ảnh hiển vi điện tử truyền qua của keo Cu nano ................................... 44
3.4. Cơ chế quá trình khử trong phản ứng ....................................................... 45
3.5. Kết quả thử hoạt tính sinh của keo Ag và Cu nano....................................... 46

KẾT LUẬN .......................................................................................................... 50
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 51
QUYẾT ĐỊNH GIAO TÊN ĐỀ TÀI (BẢN SAO)

vi

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tên tiếng Anh Diễn giải

SEM Scanning Electron
Microscopy Kính hiển vi điện tử quét

TEM Transmission Electron
Microscope Kính hiển vi điện tử truyền qua

XRD X-Ray Diffraction Nhiễu xạ tia X

UV-Vis Ultra violet - Visible Phương pháp hấp thụ tử ngoại-

khả kiến

Abs Absorbance Khả năng hấp thụ

B.Subtilis Bacillus Subtilis trực khuẩn, vi khuẩn gram
dương

E.Coli Escherichia Coli vi khuẩn coliform Gram âm

Cu Copper Đồng

Ag Silver Bạc

DMSO Dimethyl sulfoxide hợp chất hữu cơ lưu huỳnh với
công thức (CH₃)₂SO

De M ann JD, R ogosa, Tên của những người đề xuất

MRS và S harpe. môi trường này để nuôi cấy

lactobacilli

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Các tính chất lý – hóa của Ag .................................................................. 9
Bảng 1.2. Tính chất Lý – hóa của Cu (Nguồn wikipedia.org) ................................ 15
Bảng 1.3. Một số các chất điển hình trong các bộ phận của cây vối ...................... 26
Bảng 3.1. Kết quả thử nghiệm hoạt tính sinh học của keo Ag nano........................ 47
Bảng 3.2. Kết quả thử nghiệm hoạt tính sinh học của keo Cu nano........................ 48

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Các dạng cấu trúc của Ag nano [10]....................................................... 10
Hình 1.2. Một số sản phẩm ứng dụng Ag nano đối với sức khỏe ........................... 13
Hình 1.3. Cơ chế diệt khuẩn của Cu nano .............................................................. 17
Hình 1.4. Một số sản phẩm ứng dụng Cu nano trong nơng nghiệp ......................... 18
Hình 1.5. Mực in nano Cu ..................................................................................... 19
Hình 1. 6 Quá trình chế tạo hạt nano Ag bằng phương pháp hóa khử [16] ............. 21
Hình 1.7. Cây Vối ................................................................................................. 25
Hình 2.1. Các thiết bị thí nghiệm từ trái qua phải: máy khuấy từ, lị vi sóng và
máy rung siêu âm .................................................................................................. 29
Hình 2.2. Dịch chiết lá vối..................................................................................... 29
Hình 2.3. Keo Ag lần lượt từ trái qua phải từ trên xuống: dung dịch chưa vi sóng,

vi sóng thời gian 3 phút, 4 phút, 5 phút và 6 phút .................................................. 30
Hình 2.4. Keo Cu lần lượt từ trái qua phải từ trên xuống: dung dịch chưa vi sóng,
vi sóng thời gian 3 phút, 4 phút, 5 phút và 6 phút .................................................. 31
Hình 3.1. Phổ hồng ngoại dịch chiết lá vối ............................................................ 36
Hình 3.2. Giản đồ XRD keo Ag nano chiết suất từ lá vối....................................... 37
Hình 3.3. Phổ hồng ngoại keo Ag nano ................................................................. 38
Hình 3.4. Phổ hồng ngoại keo Ag nano( 5min )(trái) và dịch chiết lá vối (phải)..... 39
Hình 3.5. Phổ UV-vis keo Ag nano với các thời gian chiếu xạ vi sóng khác nhau.. 39
Hình 3.6. Ảnh TEM keo Ag nano tại thời gian chiếu xạ 5 phút.............................. 40
Hình 3.7. Giản đồ XRD keo Cu nano chiết suất từ lá vối ....................................... 41
Hình 3.8. Phổ hồng ngoại keo Cu nano thời gian chiếu xạ 5 phút .......................... 42
Hình 3.9. Phổ hồng ngoại keo Cu nano( 5min )(trái) và dịch chiết lá vối (phải) ..... 43
Hình 3.10. Phổ UV-vis keo Cu nano với các thời gian chiếu xạ vi sóng khác nhau 44
Hình 3.11. Ảnh TEM keo Ag nano tại thời gian chiếu xạ 5 phút........................... 44
Hình 3.12. Cơ chế hình thành keo Ag nano từ dịch chiết thực vật.......................... 46
Hình 3.13. Kết quả hoạt tính sinh học keo Ag nano ............................................... 49

ix

Hình 3.14. Kết quả hoạt tính sinh học keo Ag nano trên hai chủng khuẩn Candida
A. và Psedomonas ................................................................................................. 49

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Cách đây hàng trăm năm, các nhà khoa học thế giới đã chứng minh được bạc

có tính năng diệt khuẩn. Các đồ dùng ăn uống làm bằng bạc được sử dụng trong

giới hoàng tộc, vua chúa để khử độc và chống bệnh ung thư. Nhà sinh vật học
Robert O.Becker, tác giả của cuốn The Body Electric (năm 1970) cho rằng nếu hàm
lượng bạc trong cơ thể người thấp hơn mức chuẩn sẽ làm giảm khả năng miễn dịch.
Tổ chức FDA của Mỹ công nhận rằng bạc là kháng sinh tự nhiên và khơng có tác
dụng phụ. Bạc hạn chế sự trao đổi chất và sự sinh sản của vi khuẩn cũng như phá vỡ
màng tế bào của gần 650 loại vi khuẩn gây hại.

Trong những năm gần đây, vật liệu nano đã được sử dụng trong nhiều ứng
dụng dân dụng và thương mại. Những vật liệu này có các tính chất hóa học và vật lý
vượt trội so với những vật liệu thơng thường do kích thước của chúng rất nhỏ và
diện tích bề mặt rất lớn. Trong số những vật liệu nanơ đó, kim loại q nanơ như
Ag, Au,... 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, mĩ
phẩm, dệt, chất xúc tác, cảm biến, vật liệu phức hợp nano [1].

Các nghiên cứu gần đây cho thấy, các hạt nano đồng một kim loại đầy hứa
hẹn vì có độ dẫn điện cao, giá thành rẻ và cũng mang những tính năng ưu việt
khơng kém gì các hạt nano bạc về tính kháng khuẩn, có khả năng kháng và diệt
được nhiều loại nấm. Nano đồng với các tính chất đặc biệt của vật liệu nano có thể
kháng nấm bệnh và vi khuẩn chỉ với liều lượng rất nhỏ so với thuốc bảo vệ thực vật
hóa học thơng thường và các thuốc gốc đồng. Cơ chế diệt khuẩn của hạt nano đồng
là: khuếch tán trực tiếp vào màng tế bào vi khuẩn thông qua các vi lỗ hiện diện
trong màng tế bào do kích thước vơ cùng nhỏ của chúng, hoặc các hạt nano đồng
xâm nhập qua kênh vận chuyển ion và protein có mặt trên màng plasma. Ngồi ra,
một số hạt nano có thể xâm nhập vào tế bào thơng qua endocytosis (các túi bao bọc
và vận chuyển các hạt nano đồng oxit vào trong màng tế bào). Sau khi xâm nhập
vào màng tế bào, hạt nano đồng sẽ giải phóng ion Cu2+ gây ra nhiều phản ứng sinh

2

hóa. Các phản ứng này sẽ phá hủy cấu trúc bên trong tế bào của nấm và vi khuẩn,
dẫn đến chết tế bào và tiêu diệt được nấm và vi khuẩn. Chính vì vậy, hạt nano đồng
đang nhận được sự quan tâm lớn của các nhà nghiên cứu. Tuy nhiên, để chế tạo các
hạt nano Cu nguyên chất cho hiệu suất rất thấp vì Cu thường dễ chuyển sang các
dạng oxit của nó như Cu2O, CuO [2].

Việc tổng hợp nano bạc, đồng có thể thực hiện theo nhiều phương pháp như:
phương pháp khử hóa học [3][4], phương pháp plasma [5], phương pháp khử nhiệt
có sự hỗ trợ của vi sóng vi sóng [6], [7]… Tuy nhiên, phương pháp tổng hợp xanh
với chất khử và chất ổn định từ dịch chiết thực vật là một phương pháp thay thế cho
nhiều phương pháp vật lý và hóa học hiện có. Phương pháp này vừa góp phần tiết
kiệm chi phí vừa bảo vệ sức khỏe con người, giảm tác động đến môi trường [8].

Cây vối có tên khoa học là Cleistocalyx Operculatus, là loại cây thân gỗ với
chiều cao trung bình từ 5 - 6m. Cây vối được trồng hay mọc tự nhiên ở các vùng
nhiệt đới, ở nước ta mọc chủ yếu ở vùng trung du Bắc Bộ và vùng đồng bằng. Cây
có nụ, lá và cành non có mùi hương đặc trưng, mùi thơm dễ chịu. Ngồi tác dụng
tạo bóng mát, lá và nụ của cây còn được ủ để nấu nước uống, cây vối có tác dụng
chữa bệnh nên được dân gian sử dụng từ lâu.Trong lá và nụ cây vối có chứa các
thành phần như tanin, chất khoáng, vitamin và tinh dầu. Các chất kháng sinh trong
lá vối giúp chống lại vi khuẩn. Ngồi ra có chứa các hợp chất Flavonoid, Alkaloid,
các Polyphenol,… chứa các nhóm chức -OH, -C=O là những tác nhân khử và bảo
vệ các hạt kim loại nano một cách hiệu quả.

Cùng với việc gia tăng không ngừng của các loại vi khuẩn gây bệnh đang đe
dọa cuộc sống của con người và các sinh vật khác thì việc nghiên cứu chế tạo sản
phẩm có thể kháng khuẩn như nano bạc, đồng bằng phương pháp tổng hợp xanh là
hướng đi mới, tiết kiệm và cấp thiết.

Với tính ứng dụng cao của vật liệu nano bạc và đồng trong việc diệt khuẩn

trong môi trường nước, và điều kiện tại Trường đại học Quy Nhơn, tôi chọn đề tài :
“Tổng hợp nano kim loại Ag và Cu định hướng ứng dụng diệt khuẩn”

3

2. Mục đích của đề tài
- Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano bạc, đồng bằng phương pháp khử hóa học

với chất khử và chất ổn định từ dịch chiết của lá vối có sự hỗ trợ vi sóng.
- Thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của vật liệu trong môi trường nước.

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Vật liệu nano bạc, đồng và lá vối.
- Phạm vi nghiên cứu: Chế tạo kim loại nano (Ag, Cu) dạng keo bằng phương

pháp khử hóa học với chất khử và chất ổn định từ dịch chiết của lá vối có sự hỗ trợ
vi sóng và thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của vật liệu chế tạo được
4. Phương pháp nghiên cứu:

Phương pháp thực nghiệm
Cụ thể:

- Mẫu được chế tạo bằng phương pháp khử hóa học với chất khử và chất ổn
định từ dịch chiết của lá vối có sự hỗ trợ nhiệt của vi sóng.

- Các đặc trưng về pha tinh thể, hình thái học, độ hấp thụ quang được thực
hiện bởi các phép đo XRD, TEM, UV-Vis...

- Kiểm tra khả năng kháng khuẩn của vật liệu bằng phương pháp đếm khuẩn
tổng vi khuẩn hiếm khí.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

- Nghiên cứu này giúp chúng ta nắm thêm một phương pháp tổng hợp vật liệu
nano kim loại theo hướng tổng hợp xanh, an toàn, hiệu quả và ít tốn kém.

- Biết thêm một ứng dụng của lá vối ngoài việc được sử dụng như một loại chè
dược liệu và tân dụng nguồn nhiên liệu sẵn có xung quanh.

- Góp phần đẩy mạnh nghiên cứu nhằm sản xuất dung dịch keo Ag và Cu với
số lượng lớn định hướng ứng dụng diệt khuẩn.

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

1.1 Giới thiệu về công nghệ nano
1.1.1. Nguồn gốc và khái niệm của công nghệ nano

Nhà Vật lí học nổi tiếng người Mỹ - Richard Feynman đã đưa ra những ý
tưởng đầu tiên cho việc hình thành cơng nghệ nano vào năm 1959. Feynman đã mơ
tả một quy trình mà theo đó khả năng điều khiển các nguyên tử và phân tử riêng lẻ
có thể được phát triển, sử dụng một bộ cơng cụ chính xác để xây dựng và vận hành
một bộ khác nhỏ hơn theo tỷ lệ, cứ thế giảm xuống quy mơ cần thiết. Trong q
trình này, ơng lưu ý, các vấn đề về quy mô sẽ nảy sinh do cường độ thay đổi của các
hiện tượng vật lý khác nhau: lực hấp dẫn sẽ trở nên ít quan trọng hơn, sức căng bề
mặt và lực hút Van der Waals sẽ trở nên quan trọng hơn.

Đến năm 1974 thuật ngữ “Công nghệ nano” mới được giáo sư Norio
Taniguchi ở đại học khoa học Tokyo sử dụng để mô tả các quá trình bán dẫn như
lắng đọng màng mỏng và nghiền chùm ion thể hiện sự kiểm soát đặc trưng theo thứ

tự của một nanomet nhưng nó vẫn chưa được biết đến một cách rộng rãi.

Dựa trên tiền đề đó, tiến sĩ K. Eric Drexler khai thác sâu hơn trong cuốn sách
“Engines of Creation” và cuốn sách “Nanosystems”. Từ đây công nghệ nano mới
bắt đầu trở nên phổ biến và hàng loạt phát minh về công nghệ nano ra đời phục vụ
đắc lực cho cuộc sống

1.1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano
Công nghệ nano chủ yếu dựa trên các 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 nguyên tử) và có thể
bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít ngun tử hơn thì
tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn.

 Hiệu ứng bề mặt
Vật liệu nano có một tỷ lệ đáng kể các nguyên tử tồn tại trên bề mặt, điều

5

này ảnh hưởng sâu sắc đến các phản ứng xảy ra trên bề mặt, chẳng hạn như phản
ứng xúc tác, phản ứng phát hiện và phản ứng bắt đầu đòi hỏi sự hấp phụ của một số
loại vật liệu.

Xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano có dạng hình cầu thì tỉ số giữa số
nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử sẽ là

ns 4 4r0

f  1

n n3 r
Trong đó: r0 là bán kính của nguyên tử

r là bán kính của hạt nano
ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt
n là tổng số nguyên tử
Như vậy, nếu kích thước của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ số f tăng lên. Do nguyên
tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các ngun tử ở bên
trong lịng vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến
các ngun tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỉ số f tăng. Khi
kích thước của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này tăng lên đáng kể. Sự thay đổi
về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt khơng có tính đột biến theo sự thay
đổi về kích thước vì f tỉ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục.
 Kích thước tới hạn
Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã làm cho vật
liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống. Mỗi một tính chất
của vật liệu đều có một giới hạn về kích thước. Vật liệu nhỏ hơn kích thước này thì
tính chất của nó bị thay đổi hồn tồn. Giá trị này gọi là kích thước tới hạn. Kích
thước tới hạn của rất nhiều vật liệu đều rơi vào kích thước nm, do đó “vật liệu nano”
có kích thước có thể so sánh được với kích thước tới hạn về các tính chất của các
vật liệu. Ở đây khơng có sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật
liệu khối đến vật liệu nano. Vì vậy khi nói đến vật liệu nano, chúng ta phải nhắc đến

6

tính chất đi kèm của vật liệu đó. Ví dụ, điện trở kim loại tuân theo định luật Ohm ở
kích thước vĩ mơ thường thấy, nhưng khi kích thước vật liệu giảm xuống bé hơn
quãng đường tự do trung bình của điện tử thì định luật Ohm khơng cịn đúng nữa.

Lúc này hiệu ứng lượng tử xuất hiện làm nhiều tính chất bị thay đổi như độ dẫn, …

Các tính chất khác như tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang, tính chất
hóa học… thay đổi hồn tồn khi kích thước vật liệu nằm trong khoảng kích thước
tới hạn cỡ nm. Vì vậy người ta gọi ngành khoa học vật liệu liên quan là “khoa học
nano” hay “công nghệ nano”

1.1.3. Vật liệu nano
Đây là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và cơng nghệ nano, nó liên

kết hai lĩnh vực trên với nhau. Tính chất vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của
chúng, vào cỡ nanomet, đạt tới kich thước tới hạn của nhiều tính chất hóa, lý của
vật liệu. Kích thước vật liệu nano khoảng từ vài nm đến vài trăm nm tùy vào vật
liệu và tính chất cần nghiên cứu. Để dễ hình dung ta có thể tưởng tượng một vật liệu
có kích thước bằng một quả bóng bàn nếu chia nhỏ nó ra làm những khối có kích
thước cỡ 10nm và nối chúng lại với nhau thành hàng dài thì độ dài của nó có thể
gấp một ngàn lần chu vi Trái Đất.

 Tính chất vật liệu nano

Khi kích thước hạt giảm xuống cỡ nanomet, diện tích bề mặt tăng lên tạo điều kiện
thuận lợi cho sự tương tác lớn hơn giữa các nguyên tử và các phân tử khác ở gần đó
gây ra các hiệu ứng bề mặt cho vật liệu. Điều này có nghĩa là với một lượng rất nhỏ
vật liệu nano có thể làm thay đổi và cải thiện đáng kể cho tính chất các vật liệu khác,
đặc biệt là các tính chất có tiềm năng giá trị lớn như tính kháng khuẩn, cảm biến
sinh học, tính dẫn nhiệt, dẫn điện …

 Các loại vật liệu nano

Vật liệu nano là vật liệu ít nhất có một chiều có kích thước nanomet. Vật liệu

nano được phân loại theo như sau:

- Theo trạng thái vật chất: rắn, lỏng, khí, Trong đó vật liệu được nghiên cứu hiện

7

nay chủ yếu là vật liệu rắn.
- Theo hình dáng vật liệu người ta phân thành các loại sau:
+ Vật liệu nano khơng chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano). Ví dụ đám nano,
hạt nano
+ Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một 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 hai chiều có kích thước nano, hai
chiều tự do, ví dụ: màng mỏng.
Ngồi ra cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một
phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano khơng chiều, một
chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
- Theo tính chất vật liệu: Thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano

+ Vật liệu nano kim loại
+ Vật liệu nano bán dẫn
+ Vật liệu nano từ tính
+ Vật liệu nano sinh học
 Ứng dụng của vật liệu nano
Vật liệu nano được ứng dụng trong mọi lĩnh vực, ví dụ:
- Y học: Y học là lĩnh vực ứng dụng lớn nhất của cơng nghệ nano. Các hóa chất và
dược phẩm kích cỡ nano khi đưa vào cơ thể, giúp can thiệp ở quy mô phân tử hay tế
bào dùng để hỗ trợ chẩn đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư
…
- Sinh học: Vật liệu nano có kích thước có thể so sánh được với kích thước tế bào

(10-400nm), kích thước virut (20-450nm) nên dễ dàng xâm nhập vào các tế bào
virut
- Năng lượng: Sử dụng các vật liệu nano chế tạo các loại pin, tụ điện làm tăng tính

8

hiệu quả dự trữ điện năng hoặc tạo ra vật liệu siêu dẫn.

- Mơi trường: giúp thay thế những hóa chất, vật liệu và quy trình sản xuất truyền
thống gây ô nhiễm bằng một quy trình mới gọn nhẹ, tiết kiệm năng lượng, giảm tác
động môi trường.

- Nông nghiệp: Ứng dụng công nghệ nano trong sản xuất nông nghiệp để quản lý,
phòng trừ sâu bệnh hại cây trồng đang được các nhà khoa học trong nước và thế
giới tiến hành nghiên cứu hoàn thiện và đã đạt được một số thành tựu nhất định.
Các hạt nano có nồng độ xác định có thể được sử dụng để kiểm sốt các bệnh cây
do nấm, vi khuẩn gây ra. Hạt nano kim loại có kích thước vài nanomet thì hiệu quả
kháng nấm, kháng khuẩn tăng lên hàng ngàn lần so với dạng ion.

Nano bạc: Là hạt nano được nghiên cứu và sử dụng nhiều nhất cho hệ thống
nơng nghiệp. Nó có tác dụng ức chế và diệt khuẩn cực mạnh và có phổ tác động
rộng đến các loại vi khuẩn, nấm, thậm chí cả các loại vi khuẩn, nấm đã kháng với
các loại hoạt chất bảo vệ thực vật khác. Nano bạc rất ổn định và phân tán tốt trong
nước giúp loại bỏ các vi sinh vật không mong muốn trong đất, nước và hệ thống
thủy canh. Ngồi ra nano bạc cịn là một chất kích thích tăng trưởng thực vật tuyệt
vời, vượt trội so với các sản phẩm tăng trưởng khác trên thị trường. Khi phun qua lá
giúp bộ lá tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng, tăng hiệu suất quang hợp của cây
trồng.

Nano đồng: Có khả năng diệt hầu hết các loại nấm bệnh gây hại cây trồng,

nó được xem như một loại thuốc bảo vệ thực vật đặc trị nấm theo cách an tồn nhất,
khơng gây hại, khơng tồn dư các chất độc hại trên sản phẩm và không ảnh hưởng
xấu đến người sử dụng. Nano đồng xâm nhập qua thành tế bào và tương tác với các
cấu trúc nội bào nhờ kích thước hạt nhỏ và độ hoạt động bề mặt lớn, nó tác động
trực tiếp lên màng tế bào vi khuẩn làm phá vỡ cấu trúc di truyền của tế bào từ đó
làm vi khuẩn mất sức sống và chết

- Công nghệ thông tin: dùng vật liệu nano để làm các thiết bị ghi thông tin cực nhỏ,
chế tạo màn hình máy tính, điện thoại và chế tạo các vật liệu siêu nhẹ, siêu bền

9

được sử dụng để sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ…

1.2 Tổng quan về nano bạc
1.2.1. Giới thiệu về hạt nano bạc

Bạc (kí hiệu Ag) tinh khiết (dạng khối) là một kim loại màu trắng, mềm, rất
dễ dát mỏng, kết tinh thành hình lập phương và hình tám mặt. Ag tồn tại trong tự
nhiên ở nhiều dạng khác nhau, phổ biến nhất là ở dạng khoáng quặng Argentine (đá
bạc) Ag2S [9]. Bảng 1.1 mơ tả các tính chất lý – hóa cơ bản của Ag.

Số nguyên tử Bảng 1.1. Các tính chất lý – hóa của Ag
47

Trọng lượng nguyên tử 107,868

Trọng lượng riêng 10,49 g/cm3

Nhiệt độ nóng chảy 960,5 0C

Nhiệt độ sôi 2152 0C

Các trạng thái oxi hóa Ag+, Ag2+, Ag3+(khơng ổn định)

Hàm lượng có trong đất 0,03 – 0,9 mg/kg

Hàm lượng có trong nước biển 0,04 g/kg

Hàm lượng có trong nước tinh khiết 0,13 g/kg
Hàm lượng có trong động vật 6 g/kg
Hàm lượng có trong thực vật 0,01 – 0,5 mg/kg
Hàm lượng có trong cơ thể người 1,1 mg/kg (trong xương)

< 2,7 g/l (trong máu)

< 32 ng/g (trong gan)

Ag ở kích thước nanomét tồn tại ở nhiều hình thái như thanh nano, dây nano
(nanorod, nanowire), tấm nano, đĩa nano (nanosheet, nanoplate) và hạt nano hình
cầu, tinh thể nano lập phương (spherical nanoparticle, cubic nanocrystal) (Hình 1.3.

10

Tùy thuộc vào các điều kiện hình thành cấu trúc Ag nano như: nguyên liệu ban đầu,
các dung môi để khử các ion Ag+, các chất ổn định, các hạt kim loại thêm vào và
thời gian thực hiện phản ứng [10].

a b c

Hình 1.1. Các dạng cấu trúc của Ag nano [10]

1.2.2. Một số tính chất của Ag nano
Ag nano có mật độ điện tử tự do lớn nên các tính chất thể hiện có những đặc

trưng riêng, khác với các hạt khơng có mật độ điện tử tự do cao.

1.2.2.1 Tính chất quang học

Hạt nano bạc hấp thụ mạnh ánh sáng khả kiến khi tần số của ánh sáng tới cộng
hưởng với tần số dao động plasma của các điện tử dẫn trên bề mặt hạt bạc, hiện
tượng này được gọi là hiện tượng cộng hưởng plasma bề mặt (surface plasmon
resonance). Chính hiện tượng này làm cho hạt nano bạc trong thủy tinh có màu sắc
khác nhau khi ánh sáng truyền qua. Bạc nano thường có màu vàng tươi hoặc màu
xám.. tùy thuộc vào kích thước và hình dáng của nó, trong khi đó bạc khối lại có
màu trắng. Như vậy, tính chất quang của hạt nano có được do sự dao động tập thể
của các điện tử dẫn đến từ q trình tương tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao
động như vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano làm cho hạt nano bị phân
cực điện tạo thành một lưỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hưởng
phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhưng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano và
môi trường xung quanh là các yếu tố ảnh hưởng nhiều nhất. Ngoài ra, mật độ hạt