NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC TỪ DUNG DỊCH AgNO3 BẰNG TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ BỒ NGÓT VÀ ỨNG DỤNG CỦA NÓ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC
-----o0o-----

VÕ THỊ THU SƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC
TỪ DUNG DỊCH AgNO3 BẰNG TÁC NHÂN
KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ BỒ NGÓT VÀ
ỨNG DỤNG CỦA NÓ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Sư phạm Hóa học

Đà Nẵng – Năm 2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA HỌC
-----o0o-----

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP NANO BẠC
TỪ DUNG DỊCH AgNO3 BẰNG TÁC NHÂN
KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ BỒ NGÓT VÀ
ỨNG DỤNG CỦA NÓ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY
Ngành: Sư phạm Hóa học

Sinhviênthựchiện
Lớp

: HOÀNG NHƯ TRANG
: 12SHH

Giáoviênhướngdẫn : PGS.TS. LÊ TỰ HẢI

Đà Nẵng – Năm 2016


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HOÀ XÃ HỘi CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐHSP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA HOÁ

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : VÕ THỊ THU SƯƠNG
Lớp

: 12SHH

1. Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân
khử dịch chiết nước lá bồ ngót và ứng dụng của nó.
2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị:

a. Nguyên liệu: lá bồ ngót.
b. Dụng cụ: bình tam giác có nút nhám 100 ml, cốc thủy tinh 250 ml, pipet 2 ml,
5ml, 10 ml, 50 m, , phễu chiết, nhiệt kế, chén sứ 5 cái, bình định mức 50 ml, 100
ml, giấy lọc.
c. Các thiết bị: bếp điện, cân phân tích, tủ sấy, lò nung, bình hút ẩm, máy khuấy từ
gia nhiệt, máy đo pH, máy đo phổ UV-VIS, máy đo EDX, XRD, TEM, máy quay li
tâm.
3. Nội dung nghiên cứu:

- Xây dựng quy trình tạo nano bạc bằng dung dịch AgNO3 từ dịch chiết
nước lá bồ ngót.
- Thử tác dụng làm xúc tác quang của hạt nano bạc tạo được để phân
huỷ xanh metylen.
4. Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Lê Tự Hải
5. Ngày giao đề tài: 1/9/2015
6. Ngày hoàn thành: 30/01/2016


Chủ nhiệm Khoa
(Ký và ghi rõ họ, tên)

Giáo viên hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ, tên)

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 27 tháng 04 năm 2016
Kết quả điểm đánh giá:
Ngày…tháng…năm 2016

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)

Lời cảm ơn
Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. LÊ TỰ HẢI
(Khoa Hóa- ĐH Sư Phạm Đà Nẵng) đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt
thời gian vừa qua.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn tập thể các Thầy, Cô giáo và cán bộ của Khoa
Hóa - trường Đại học Sư Phạm Đà Nẵng đã cung cấp các kiến thức tiền đề để em
hoàn thành khóa luận này.
Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên và giúp đỡ
em rất nhiều trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành khóa luận.


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài.............................................................................................1
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ..................................................................2
3. Mục đích nghiên cứu.......................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ........................................................3
6. Bố cục luận văn ...............................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................4
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO .............................................................4
1.1.1. Nguồn gốc của công nghệ nano ................................................................4
1.1.2. Khái niệm công nghệ nano ......................................................................5
1.1.3. Vật liệu nano .............................................................................................5
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano ......................................................................6
1.1.5. Cơ sở khoa học của công nghệ nano.........................................................7
1.1.6. Ứng dụng của vật liệu nano ......................................................................9
1.1.7. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano ...............................................10

1.2. HẠT NANO BẠC ..............................................................................................12
1.2.1. Giới thiệu về kim loại bạc .......................................................................12
1.2.2. Đặc tính xúc tác quang của bạc .............................................................14
1.2.3. Giới thiệu về nano bạc ............................................................................19
1.2.4. Tính chất hạt nano bạc ............................................................................21
1.2.5. Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc ..................................................24
1.2.6. Ứng dụng của nano bạc...........................................................................25
1.3. TỔNG QUAN VỀ CÂY BỒ NGÓT..................................................................31
1.3.1. Đặc điểm chung của cây bồ ngót ............................................................31
1.3.2. Thành phần hóa học ................................................................................33
1.3.3. Công dụng ...............................................................................................34


1.4. SƠ LƯỢC VỀ XANH METYLEN ...................................................................36
1.4.1. Phân loại khoa học ..................................................................................36
1.4.2. Ứng dụng ................................................................................................37
1.4.3. Ảnh hưởng đến môi trường sinh thái ......................................................38
CHƯƠNG 2. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............39
2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT ................................................39
2.1.1. Nguyên liệu .............................................................................................39
2.1.2. Dụng cụ và hóa chất ................................................................................39
2.2. XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÓA LÝ ..........................................................39
2.2.1. Xác định độ ẩm .......................................................................................39
2.2.2. Xác định hàm lượng tro ..........................................................................40
2.3. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT LÁ
BỒ NGÓT .................................................................................................................41
2.3.1. Khảo sát thời gian chiết ..........................................................................41
2.3.2. Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng .............................................................................41
2.4. ĐỊNH TÍNH CÁC NHÓM CHẤT HÓA HỌC TRONG DỊCH CHIẾT LÁ
BỒ NGÓT .................................................................................................................42

2.4.1. Định tính nhóm chất tanin......................................................................42
2.4.2. Định tính nhóm chất flavonoid ...............................................................42
2.4.3. Định tính nhóm chất saponin .................................................................43
2.4.4. Định tính nhóm chất alkaloid ..................................................................43
2.5. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO
NANO BẠC ..............................................................................................................43
2.5.1. Khảo sát ảnh hưởng của pH ....................................................................43
2.5.2. Khảo sát thể tích dịch chiết lá bồ ngót ....................................................44
2.5.3. Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc ...............................................................44
2.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HẠT NANO BẠC ......................................44
2.6.1. Phương pháp phổ tử ngoại và phổ khả kiến (UV-VIS) [29]...................44
2.6.2. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX) [2] .................................................45


2.6.3. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) [8],[14] .........................................................47
2.6.4. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)...................................................49
2.7. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG CỦA NANO BẠC ...........50
2.7.1. Giới thiệu về ánh sáng mặt trời ...............................................................50
2.7.2. Nghiên cứu hoạt tính xúc tác quang của nano bạc phân hủy xanh
metylen ......................................................................................................................51
2.8. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM TẠO NANO BẠC TỪ DỊCH
CHIẾT NƯỚC LÁ BỒ NGÓT .................................................................................51
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................53
3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HÓA LÍ .........................................53
3.1.1. Xác định độ ẩm .......................................................................................53
3.1.2. Xác định hàm lượng tro ..........................................................................53
3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
CHIẾT LÁ BỒ NGÓT ..............................................................................................54
3.2.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng ..................................................................54
3.2.2. Ảnh hưởng của thời gian chiết ................................................................56

3.3. KẾT QUẢ ĐỊNH TÍNH THÀNH PHẦN NHÓM CHẤT HÓA HỌC
TRONG DỊCH CHIẾT LÁ BỒ NGÓT ....................................................................57
3.3.1. Định tính nhóm chất tanin.......................................................................57
3.3.2. Định tính nhóm chất flavonoid ...............................................................58
3.3.3. Định tính nhóm chất saponin ..................................................................59
3.3.4. Định tính nhóm chất alkaloid ..................................................................60
3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH
TẠO NANO BẠC .....................................................................................................61
3.4.1. Khảo sát pH môi trường tạo nano bạc ....................................................61
3.4.2. Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết lá bồ ngót .............................................63
3.4.3. Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc ...............................................................64
3.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA HẠT NANO BẠC.........................65
3.5.1. Kết quả chụp TEM ..................................................................................65


3.5.2. Kết quả đo XRD......................................................................................66
3.5.3. Kết quả đo phổ EDX ...............................................................................67
3.6. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XÚC TÁC QUANG PHÂN HỦY
XANH METYLEN CỦA NANO BẠC ....................................................................68
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................71
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

EDX

Phổ tán sắc năng lượng tia X

TEM

Kính hiển vi điện tử truyền qua

UV – VIS

Quang phổ hấp thụ phân tử

XRD

Phổ nhiễu xạ tia X


DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng

Tên bảng

Trang

1.1.

So sánh kích thước của một số vật

5

1.2.

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

8

1.3.

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

9

1.4.

Một số hằng số vật lý của bạc

13

3.1.

Kết quả xác định độ ẩm trong lá bồ ngót

53

3.2.

Kết quả xác định hàm lượng tro trong lá bồ ngót

53

3.3.

Bảng kết quả đo UV-VIS của mẫu nghiên cứu từ 1h-5h

70


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

hình
1.1.
1.2.
1.3.
1.4.

Các hạt nano vàng tấn công bao bọc protein của virus để
ngăn cản sự phát triển của virus
Cơ chế xúc tác quang của chất bán dẫn.
Sự phân bố của các nguyên tử trên bề mặt so với tổng
nguyên tử có trong các hạt
Sự dao động plasmon của các hạt hình cầu dưới tác động của
điện trường ánh sáng

Trang
7
16
18
20

1.5.

Khẩu trang nano bạc do viện môi trường sản xuất

26

1.6.

Các dược phẩm sử dụng nano bạc

27

1.7.

Ảnh SEM của các hạt nano bạc kết hợp với film polyolefin

27

1.8.

Sản phẩm hàng tiêu dùng ứng dụng nano bạc

29

1.9.

Hình minh họa hạt nano bạc tấn công và phá vỡ tế bào vi
khuẩn

31

1.10.

Cây bồ ngót

32

1.11.

Hoa và quả bồ ngót

33

1.12.

Xanh metylen

36

1.13.

Dạng oxy hóa và dạng khử của xanh metylen

37

1.14.

Cá lóc bị hội chứng lở loét

38

2.1.

Quang phổ kế UV-VIS

45

2.2.

Mô hình tán xạ tia X

46

2.3.

Máy phân tích thành phần kim loại EDX

47

2.4.

Ảnh mô hình nhiễu xạ tia X

48

2.5.

Máy nhiễu xạ tia X (D8-Advance) – Đức sản xuất

49

2.6.

Sơ đồ hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua TEM

50

2.7.

Bản chất của ánh sáng mặt trời

51


Số hiệu

Tên hình

hình

Trang

2.8.

Sơ đồ thực nghiệm

52

3.1.

Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến quá trình tạo nano bạc

55

3.2.

Sự ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến màu sắc dung dịch keo
nano bạc

56

3.3.

Ảnh hưởng của thời gian chiết đến quá trình tạo nano bạc

57

3.4.

Hình ảnh định tính nhóm tanin

58

3.5.

Hình ảnh định tính nhóm flavonoid

59

3.6.

Hình ảnh định tính nhóm chất saponin

60

3.7.

Hình ảnh định tính nhóm chất alkaloid

61

3.8.

Ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo nano bạc

62

3.9.

Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết lá bồ ngót đến quá trình
tạo nano bạc

63

3.10.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano bạc

65

3.11.

Ảnh TEM của hạt nano bạc (thang đo 100 nm)

66

3.12.

Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nano bạc

67

3.13.

Kết quả đo EDX của mẫu nano bạc

68

3.14.
3.15.

Kết quả đo UV-VIS của mẫu sau thời gian xúc tác quang từ
1h –5h
Hình ảnh xanh metylen trước (mẫu 0) và sau khi thêm nano
bạc

69
70


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Bạc và các hợp chất của bạc từ xa xưa đã được con người dùng để phòng
bệnh do đặc tính kháng lại một số chủng loại vi khuẩn, virus, tảo và nấm. Từ đầu
thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX, bạc và các hợp chất của bạc càng được sử dụng
rộng rãi hơn trong việc điều trị các vết bỏng và khử trùng.
Sau khi thuốc kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả
cao người ta không còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc nữa. Tuy
nhiên, từ những năm gần đây, người ta lại quan tâm trở lại khả năng diệt khuẩn, khả
năng xúc tác và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là dạng hạt có kích thước nano
[13], [33].
Các nghiên cứu đã cho thấy rằng khi ở kích thước nano (từ 1 – 100 nm), hoạt
tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50000 lần so với bạc dạng khối, như vậy 1 g
bạc nano có thể sát khuẩn cho hàng trăm m2 chất nền. Sỡ dĩ nano bạc hiện nay đang
được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong đời sống vì nano bạc ở trạng thái keo nên
không bị thất thoát khi chùi rửa vậy nên khả năng kháng khuẩn sẽ có tác dụng trong
suốt quá trình tồn tại của sản phẩm. Ngoài ra nano bạc không gây tác dụng phụ cho
người sử dụng, không gây độc cho người và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc
bằng nồng độ diệt khuẩn (khoảng nồng độ < 100ppm), không gây ô nhiễm môi
trường.
Bạc xuất hiện một cách tự nhiên, không độc, không dị ứng và vô hại đối với
tất cả các loài động vật và môi trường. Điều chế hạt nano có nhiều cách khác nhau,
trong đề tài này tôi hướng tới phương pháp rẻ tiền và an toàn là tổng hợp từ thực
vật. Quá trình điều chế hạt nano là lành tính, không sử dụng bất kì hóa chất độc hại
nào.
Rau ngót, bù ngót, bồ ngót, hay rau tuốt (danh pháp hai phần: Sauropus
androgynus) là một loài cây bụi mọc hoang ở vùng nhiệt đới Á châu nhưng cũng
được trồng làm một loại rau ăn ở một số nước, như ở Việt Nam. Trong ẩm thực Việt
Nam, người ta dùng rau ngót nấu canh với thịt băm, hoặc có khi chỉ nấu suông vì

2

rau có sẵn vị ngọt. Theo Đông y, lá rau ngót có vị bùi ngọt, tính mát, rễ vị hơi ngăm
đắng. Cả lá và rễ đều có tác dụng mát huyết, hoạt huyết, lợi tiểu, giải độc. Lá rau
ngót chữa ban sởi, ho, viêm phổi, sốt cao, đái rắt, tiêu độc. Rễ còn có tác dụng lợi
tiểu, thông huyết, kích thích tử cung co bóp. Khi dùng làm thuốc thường chọn
những cây sống 2 năm trở lên[32].
Sự kết hợp của dung dịch AgNO3 với dịch chiết lá bồ ngót có thể thu được
sản phẩm đó là bạc nano. Với kích thước này, hạt nano bạc có tính chất vượt trội,
ưu việt hơn rất nhiều so với bạc ở kích thước lớn, vì bạc nano là vật liệu có diện tích
bề mặt riêng rất lớn, có đặc tính kháng khuẩn rất tốt, làm xúc tác quang mà không
gây tác dụng phụ, an toàn với sức khỏe con người.
Với những lý do đã nêu trên, tôi quyết định chọn đề tài nghiên cứu với nội
dung: “Nghiên cứu tổng hợp nano bạc từ dung dịch AgNO3 bằng tác nhân khử
dịch chiết nước lá bồ ngót và ứng dụng của nó”.
2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Lá bồ ngót được thu mua tại các chợ trên địa bàn thành phố Đà Nẵng.
3. Mục đích nghiên cứu
- Xây dựng quy trình tạo nano bạc bằng dung dịch AgNO3 từ dịch chiết nước
lá bồ ngót.
- Thử tác dụng làm xúc tác quang của hạt nano bạc tạo được để phân huỷ
xanh metylen
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết
- Thu thập các thông tin tài liệu liên quan đến đề tài.
- Tìm hiểu các phương pháp thực nghiệm sử dụng trong quá trình nghiên
cứu.
- Xử lý các thông tin về lý thuyết để đưa ra các vấn đề thực hiện trong quá
trình nghiên cứu.

Nghiên cứu thực nghiệm
- Phương pháp chiết tách: phương pháp chưng ninh sử dụng dung môi là


3

nước.
- Phương pháp xác định các thông số hóa lý: xác định độ ẩm, hàm lượng
tro.
- Phương pháp phân tích công cụ: phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử
(UV-VIS).
- Phương pháp đo TEM, EDX, XRD.
- Phương pháp khảo sát khả năng xúc tác quang của hạt nano bạc để phân
hủy xanh metylen.
- Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm tại phòng thí nghiệm trường Đại học Sư
phạm – Đại học Đà Nẵng.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Nghiên cứu này giúp cho chúng ta hiểu rõ hơn về phương pháp điều chế hạt
nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh, lành tính, ít độc hại, ít tốn kém.
- Tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có là lá bồ ngót để tổng hợp hạt nano bạc.
- Trên cơ sở nghiên cứu này có thể ứng dụng nano bạc làm xúc tác quang
phân hủy xanh metylen và sử dụng nano bạc trong nhiều lĩnh vực khác.
6. Bố cục luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, nội dung luận văn gồm 3 chương
như sau:
Chương 1: Tổng quan
Chương 2: Nguyên liệu và phương pháp nghiên cứu
Chương 3: Kết quả và thảo luận

4

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO
1.1.1. Nguồn gốc của công nghệ nano [30]
Cha đẻ của công nghệ nano chính là Richard Feynman. Năm 1959, Feynman
có bài phát biểu nổi tiếng “There is a plenty room at the bottom” (Còn những
khoảng trống ở cấp vi mô). Trong đó, ông cho biết quan điểm về khả năng nghiên
cứu và thao tác ở cấp độ nguyên tử. Với tầm nhìn tương lai rằng chúng ta có thể chế
tạo, sắp xếp cấu trúc các nguyên tử để tạo nên những vật liệu mới và những cấu trúc
siêu nhỏ.
Chính Feynman cũng là người đặt nền móng cho công nghệ nanorobot.
Trong một bài tiểu luận của mình sau đó, ông đề cập đến khái niệm “swallowing the
doctor” với một đội ngũ robot siêu nhỏ để có thể đưa vào cơ thể người bệnh và tiến
hành phẩu thuật hoặc điều trị ngay từ bên trong. Cũng chính Richard Feynman là
người có ý tưởng chế tạo những robot nano để sử dụng trong việc chữa bệnh từ bên
trong cơ thể. Mặc dù là người đề xướng ra lý thuyết công nghệ nano, nhưng vào lúc
đó Feynman vẫn chưa thể tiến hành nghiên cứu và ứng dụng nó vào thực tế. Vì có
hai thách thức rất lớn mà ông không thể giải quyết với công nghệ khoa học thời đó.
Thứ nhất là các động cơ siêu nhỏ và thứ hai là năng lượng cung cấp cho các
nanorobot.
Đến năm 1974, thuật ngữ “công nghệ nano” được giáo sư Norio Taniguchi
của Đại học Khoa học Tokyo định nghĩa và sử dụng để đề cập đến khả năng chế tạo
cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử, mặc dù nó vẫn chưa được biết đến rộng rãi.
Ông định nghĩa như sau: “Công nghệ nano chủ yếu bao gồm việc xử lý, tách, hợp
nhất và làm biến dạng vật liệu chỉ bằng một nguyên tử hoặc một phân tử”. Dựa trên
tiền đề về công nghệ nano của Richard Feynman, định nghĩa về công nghệ nano đã
được tiến sĩ K. Eric Drexler khai thác sâu hơn trong cuốn sách “Engines of
Creation: The Coming Era of Nanotechnology” (1986) và cuốn “Nanosystems:

5

Molecular Machinery, Manufacturing, and Computation”. Từ đây, thuật ngữ công
nghệ nano bắt đầu trở nên phổ biến, hàng loạt phát minh đã ra đời, phục vụ đắc lực
cho cuộc sống.
1.1.2. Khái niệm công nghệ nano [27]
Thuật ngữ “công nghệ nano” được biết đến từ những năm 70 của thế kỉ XX.
Chữ nano, gốc Hy Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra đơn vị ước giảm
đi 1 tỷ lần (10-9). Ví dụ : nanogam = 1 phần tỷ của gam ; nanomet = 1 phần tỷ mét.
Công nghệ nano là công nghệ xử lý vật chất ở mức nanomet.
Bảng 1.1. So sánh kích thước của một số vật
Micromet µm = 103nm

nm

Độ dài sợi tóc

80 – 200

80.000 – 200.000

Tế bào máu

4–6

4.000 – 6.000

Vi khuẩn ecoli

1

1.000

 ánh sáng thấy được
Virus đậu mùa

400 – 750
0,2 – 0,3

200 – 300

Đường kính AND

2

1 nguyên tử

0,1

Công nghệ nano bao gồm các vấn đề chính sau đây:
 Cơ sở khoa học nano
 Phương pháp quan sát và can thiệp ở quy mô nanomet
 Chế tạo vật liệu nano
 Ứng dụng vật liệu nano
1.1.3. Vật liệu nano
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet.
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:


6

Vật liệu nano không chiều (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.
Ngoài ra còn 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 không chiều,
một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng rất nhỏ
bé có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu.
Chỉ là vấn đề kích thước thôi thì không có gì đáng nói, điều đáng nói là kích thước
của vật liệu nano đủ nhỏ để có thể so sánh với các kích thước tới hạn của một số
tính chất.Vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối
của vật liệu. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với độ
lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính
chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này.
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano
Công nghệ nano được xem là cuộc cách mạng công nghiệp, thúc đẩy sự phát
triển trong mọi lĩnh vực đặc biệt là y sinh học, năng lượng, môi trường, công nghệ
thông tin, quân sự… và tác động đến toàn xã hội.
Trong y sinh học: các hạt nano được xem như là các robot nano thâm nhập
vào cơ thể giúp con người có thể can thiệp ở qui mô phân tử hay tế bào. Hiện nay,
con người đã chế tạo ra hạt nano có đặc tính sinh học có thể dùng để hỗ trợ chẩn
đoán bệnh, dẫn truyền thuốc, tiêu diệt các tế bào ung thư… Năng lượng: nâng cao

chất lượng của pin năng lượng mặt trời, tăng tính hiệu quả và dự trữ của pin và siêu
tụ điện, tạo ra chất siêu dẫn làm dây dẫn điện để vận chuyển điện đường dài,…
Điện tử - cơ khí: chế tạo các linh kiện điện tử nano có tốc độ xử lý cực
nhanh, chế tạo các thế hệ máy tính nano, sử dụng vật liệu nano để làm các thiết bị


7

ghi thông tin cực nhỏ, màn hình máy tính, điện thoại, tạo ra các vật liệu nano siêu
nhẹ - siêu bền sản xuất các thiết bị xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ…
Môi trường: chế tạo ra màng lọc nano lọc được các phân tử gây ô nhiễm; các
chất hấp phụ, xúc tác nano dùng để xử lý chất thải nhanh chóng và hoàn toàn…

Hình 1.1. Các hạt nano vàng tấn công bao bọc protein của virus để ngăn cản sự
phát triển của virus
1.1.5. Cơ sở khoa học của công nghệ nano
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 [28]
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 µm3 có khoảng 1012 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.
 Hiệu ứng bề mặt [1]
Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa các nguyên tử trên bề mặt và
tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng (gọi là tỉ số ƒ). Do nguyên tử trên bề mặt có
nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong lòng vật
liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử
bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng lên do tỉ số ƒ tăng. Khi kích thước của
vật liệu giảm đến nm thì giá trị ƒ này tăng lên đáng kể. Hiệu ứng bề mặt luôn có tác

8

dụng với tất cả các gá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược
lại. Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt của vật liệu nano là tương đối dễ dàng
Bảng 1.2. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu
Đường
kính hạt
nano (nm)

Số nguyên
tử

Tỉ số nguyên

Năng lượng

Năng lượng bề

tử trên bề mặt

bề mặt

mặt/năng lượng

(%)

(erg/mol)

tổng (%)

10

30.000

20

4,08 x 1011

7,6

5

4.000

40

8,16 x 1011

14,3

2

250

80

2,04 x 1012

35,3

1

30

90

9,23 x 1012

82,2

 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. Kích thước tới hạn là kích thước mà
ở đó vật giữ nguyên các tính chất về vật lý, hóa học khi ở dạng khối. Vật liệu nano
có tính chất đặc biệt là 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. Mỗi
vật liệu đều có những kích thước tới hạn khác nhau và bạn 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.
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 nm. Chính vì thế mà
người ta gọi ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công nghệ

nano.


9

Bảng 1.3. Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu [3]
Lĩnh vực

Tính chất điện

Tính chất

Độ dài tới hạn (nm)

Bước sóng điện tử

10-100

Quãng đường tự do trung bình không
đàn hồi

1-100

Hiệu ứng đường ngầm

1-10

Độ dày vách đômen

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

Xúc tác

Hình học topo bề mặt

1-10

Siêu phân tử

Độ dài Kuhn

1-100

Tính chất từ
Tính chất
quang

Tính siêu dẫn

Tính chất cơ

1.1.6. Ứng dụng của vật liệu nano
Như trên đã nói, vật liệu nano chỉ có tính chất thú vị khi kích thước của nó so
sánh được với các độ dài tới hạn của tính chất và đối tượng ta nghiên cứu. Vật liệu
nano có khả năng ứng dụng trong sinh học vì kích thước của nano so sánh được với
kích thước của tế bào (10-100 nm), virus (20-450 nm), protein (5-50 nm), gen (2 nm
rộng và 10-100 nm chiều dài). Với kích thước nhỏ bé, cộng với việc “ngụy trang”
giống như các thực thể sinh học khác và có thể thâm nhập vào các tế bào hoặc virus.
Ứng dụng của vật liệu từ nano trong sinh học thì có rất nhiều, bài này chỉ đề cập


10

đến những ứng dụng đang được nghiên cứu sôi nổi và có triển vọng phát triển đó là
phân tách tế bào (magnetic cell separation), dẫn truyền thuốc (drug delivery), thân
nhiệt cao cục bộ (hyperthermia), tăng độ sắc nét hình ảnh trong cộng hưởng từ hạt
nhân (MRI contrast enhancement). Vật liệu nano dùng trong các trường hợp này là
các hạt nano.
Phân tách tế bào: Trong sinh dược học, đôi khi người ta cần phải phân tách
một loại tế bào đặc biệt nào đó ra khỏi các tế bào khác. Hạt từ nano có tính tương
hợp sinh học (biocompatible) được dùng để làm điều đó. Quá trình này gồm hai giai
đoạn: dán nhãn cho tế bào (labelling) bằng các hạt nano từ; và phân tách các tế bào
được dán nhãn bằng các dụng cụ phân tách. Các hạt nano từ được phủ bởi một loại
hóa chất, thường được dùng là chất hoạt hóa bề mặt (surfactant) để làm tăng độ
tương hợp sinh học và làm tăng khả năng ổn định trong dung dịch của hạt nano. Cơ
chế dán nhãn tế bào giống như cơ chế mà các kháng thể nhận ra các kháng nguyên
trong cơ thể. Ví dụ nếu ta phủ một lớp hóa chất miễn dịch đặc hiệu bên ngoài hạt

nano thì chúng có thể bám vào các tế bào máu, các tế bào ung thư, vi khuẩn hoặc
các thể golgi. Để phân tách các tế bào được đánh dấu, người ta dùng một dụng cụ
tạo ra gradient từ trường bằng cách đặt một thanh nam châm chẳng hạn để hút các
hạt nano từ đang liên kết với các tế bào và bằng cách đó, các tế bào được tách khỏi
các tế bào khác không được đánh dấu.
Vận chuyển thuốc: Cung cấp thuốc cho từng tế bào cụ thể băng các hạt
nano nhằm tiết kiệm thuốc và tránh các tác dụng phụ.
Mô kĩ thuật: Công nghệ nano có thể giúp cơ thể tái sản xuất hoặc sửa chữa
các mô bị hư hỏng bằng cách sử dụng “giàn” dựa trên vật liệu nano và yếu tố tăng
trưởng.
1.1.7. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano
a. Phương pháp đi từ trên xuống (Top – down)
Phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp dùng kỹ thuật nghiền hoặc
biến dạng để biến các vật liệu đến kích thước nano.

 Phương pháp nghiền


11

Vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu
rất cứng và đặt trong cối. Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung, nghiền
quay (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá
vỡ bột đến kích thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều.

 Phương pháp biến dạng
Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự
biến dạng lớn mà không làm phá huỷ vật liệu. Phương pháp biến dạng có thể là đùn
thuỷ lực, tuốt, cán ép với nhiệt độ có thể được điều chỉnh tuỳ thuộc vào từng trường
hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ phòng thì được gọi là biến dạng nóng,

còn nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ phòng thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu
được là các hạt nano một chiều hoặc hai chiều.
Nhìn chung, phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp đơn giản, rẻ tiền
nhưng hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng
dụng làm vật liệu kết cấu). Nhưng nó cũng có nhược điểm là các hạt bị keo tụ lại
với nhau, khó có thể thu được hạt có kích thước nhỏ, kích thước hạt không đồng
nhất và dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo. Do vậy, phương pháp đi từ trên
xuống ít được dùng để điều chế vật liệu nano so với phương pháp đi từ dưới lên.
b. Phương pháp đi từ dưới lên (bottom – up)
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. Phương pháp này được phát triển và
ứng dụng rất rộng do tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần
lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này.
Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai
phương pháp hóa-lý.

 Phương pháp vật lý
Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. Phương
pháp này thường được sử dụng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ cúng máy
tính

 Phương pháp chuyển pha


12

Vật liệu được đun nóng rồi làm nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng
thái vô định hình, sau đó tiến hành xử lý nhiệt để xảy ra quá trình chuyển pha từ vô
định hình sang tinh thể (phương pháp làm nguội nhanh).

 Phương pháp bốc bay nhiệt
Vật liệu được đốt “phương pháp đốt” hoặc dùng tia bức xạ hoặc phóng điện
hồ quang làm cho bay hơi. Sau khi ngưng tụ hơi ta sẽ thu được các hạt bột mịn có
kích thước nano.

 Phương pháp hoá học
Phương pháp hoá 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 nano như dây nano, ống nano, hạt nano, thậm chí là cả các cấu trúc nano
phức tạp mô phỏng sinh học. Hơn nữa, phương pháp này còn 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 hoá học
Ở phương pháp khử hoá học, 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.
Ưu điểm của phương pháp này là quy trình thực hiện đơn giản, không đòi hỏi
các thiết bị đắt tiền, có thể điều khiển kích thước hạt như mong muốn và cho phép
tổng hợp vật liệu với khối lượng lớn. Phương pháp này chủ yếu để tạo ra các hạt
nano kim loại.

 Phương pháp sử dụng các hạt nano có sẵn trong tự nhiên
Các chất có sẵn trong tự nhiên như zoelit, các hạt sét, các phân tử sinh
học,… có rất nhiều các lỗ nhỏ với kích thước nanomét. Các chất này vì thế có thể
làm khuôn phản ứng tổng hợp vật liệu nano,…
1.2. HẠT NANO BẠC
1.2.1. Giới thiệu về kim loại bạc
Bạc đã được biết đến từ thời tiền sử, nó được nhắc tới trong cuốn Chúa sáng