Cấu trúc NANO docx

Cấu trúc
NANO
Giọt nước – Cành sen – Hoa
hồng

Bề mặt chi phối đặc tính của vật thể ở tất cả mọi
kích cỡ.
•
Ở cấp độ vĩ mô (kích thước m, cm), hình dạng bề mặt của
xe hơi, máy bay, tàu thủy điều chỉnh khí lưu và thủy lưu làm
giảm sức cản của không khí hay nước; phân tán sóng radar
gia tăng hiệu quả "tàng hình".
•
Ở cấp độ trung mô (kích thước mm, micromét), mô dạng
của bề mặt ảnh hưởng đến sự phản chiếu ánh sáng, âm
thanh, truyền nhiệt, ma xát, mài mòn (wear), ăn mòn
(corrosion).
•
Ở cấp độ vi mô nanomét, sự tương tác giữa phân tử của
hai môi trường khác nhau dẫn đến sức căng bề mặt, sự
thấm ướt, sự bám dính (adhesion), tính ghét nước
(hydrophobicity) và thích nước (hydrophilicity).


Hình 1: (a) Giọt nước trên bề mặt ghét nước
(hydrophobic) và (b) giọt nước trên bề mặt
thích nước (hydrophilic).
Khi góc tiếp xúc nhỏ hơn 90°, ta có bề mặt thích
nước, lớn hơn 90° là bề mặt ghét nước
Khi góc tiếp xúc lớn hơn 150°, bề mặt trở nên "cực

ghét" nước(superhydrophobic)

γSV = γLV cos Ө + γSL

Hình 3: Giọt nước trên bề mặt lồi lõm: (a) dạng
Wenzel và (b) dạng Cassie.

Công kết dính
•
Tính công kết dính giữa dietyl eter và
nước. Biết rằng :
γeter = 17,1 . 10
-3
N.m-1
γH2O= 72,75 . 10
-3
N.m-1
γ eter-H2O = 10,70 . 10
-3
N.m-1


Công thức Wenzel
•
cos Ө' = R cos Ө (1)
R là độ lồi lõm
R : tỷ số giữa "diện tích bề mặt lồi lõm" và "diện
tích bề mặt phẳng"
R ≥ 1
Khi R vô cùng lớn (như các bề mặt có cấu trúc

nano), nó trở nên vô nghĩa vì
-1 ≤ cos Ө' ≤ 1

Công thức Kossen
•
Cho bề mặt lồi lõm thích nước :
cos Ө' = f
s
. cos Ө + f
a
(2)
•
Cho bề mặt lồi lõm ghét nước :
cos Ө' = f
s
. cos Ө - f
a
(3)
f
a
+ f
s
= 1
Ө là góc tiếp xúc của nước (chất lỏng) trên mặt phẳng
Ө' là góc tiếp xúc của nước (chất lỏng) trên mặt lồi lõm.
f
a
là tỷ suất rỗng (không khí), f
s
là tỷ suất chất rắn

Thí dụ cho bề mặt thích nước:
Ө = 60°, f
a
= 0,5 , công thức (2)
cho
Ө'= 41°
Thí dụ cho bề mặt ghét nước:
Ө = 120°, f
a
= 0,5 , công thức (3)
cho
Ө' = 139°

Công thức Cassie
•
Nếu bề mặt là một composite có 2
thành phần 1 và 2, ta có:
cos Ө' = f
1
cos Ө
1
+ f
2
cos Ө
2
(4)
f
1
+ f

2
= 1
f
1
và f
2
là tỷ suất của thành phần 1 và 2 trong composite
Ө' là góc tiếp xúc trên bề mặt composite.
Ө1 là góc tiếp xúc khi bề mặt chỉ là thành phần 1.
Ө2 là góc tiếp xúc khi bề mặt chỉ là thành phần 2

Khi f
2
là không khí, Ө
2
= 180°,
cos 180° = -1
Công thức (4) trở thành:
cos Ө' = f
1
cos Ө
1
- f
2
(5)

lotus effect
Hiệu ứng lá sen, (Nguồn: )

Cấu trúc hai thứ bậc của lá sen: Khối u lớn trên mặt lá (hình
trái), và hình phóng đại của khối u lớn (hình mặt) cho thấy
các khối u nhỏ nanomét xuất hiện liti trên mặt khối u lớn

Cấu trúc micro/nano của khối u làm gia tăng góc tiếp
xúc:
(a) bề mặt trơn với chất sáp, Ө = 104°,
(b) bề mặt với khối u lớn, Ө = 150° và
(c) bề mặt với khối u lớn và khối u nanomét, Ө = 160 –
180°

Cơ chế "tự làm sạch" trên lá sen: giọt nước
tròn cuốn trôi bụi (Nguồn: ).

Con muỗi nước
Θ = 105° 

Θ =168°

Sương mai trên cỏ

Giọt mưa trên cánh hoa hồng
•
Những "ngọn đồi” micromét trên cánh hoa
hồng (hình trái) và các khe nano trên đỉnh
đồi

"hiệu ứng cánh hoa" (petal
effect) và cơ chế vừa ghét nước
vừa thích nước
•
Sự khác biệt giữa giọt nước trên cánh hoa hồng và lá
sen