Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm hệ thống phủ nano bề mặt bằng công nghệ plasma

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG PHỦ NANO BẰNG
CÔNG NGHỆ PLASMA
S

K

C

0

0

3

9

5

9

MÃ SỐ: T2014-01GVT

S KC 0 0 4 7 9 9

Tp. Hồ Chí Minh, 2014


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐƠN VỊ CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG DÀNH CHO GIẢNG
VIÊN TRẺ

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH
THỰC NGHIỆM HỆ THỐNG PHỦ NANO BẰNG
CÔNG NGHỆ PLASMA
Mã số: T2014-01GVT

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Thái Văn Phước
Thành viên đề tài:

TP. HCM, tháng 12/2014


MỤC LỤC
MỤC LỤC ................................................................................................................. i
DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỀU ......................................................... iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU ..................................................................................... vi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................. vii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .................................................................................... 3

1.1.

Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và
ngoài nước ............................................................................................... 3

1.2.

Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................... 3

1.3.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ................................................................ 4

1.4.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................ 4

1.5.

Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 4

Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 5
2.1.

Nghiên cứu về một số loại vải thông dụng ............................................... 5

2.1.1. Vải cotton – vải sợi bông ..................................................................... 6
2.1.2. Vải từ sợi polyester .............................................................................. 6
2.1.3. Lụa – tơ tằm ......................................................................................... 6
2.1.4. Vải tổng hợp ......................................................................................... 7

2.2.

Sơ lược về nano ........................................................................................ 8

2.2.1. Phương pháp chế tạo nano kim loại ..................................................... 9
2.2.2. Tính chất của nano kim loại ................................................................. 9
2.2.3. Một số loại dung dịch nano để phun phủ ........................................... 10
2.3.

Các phương pháp phủ nano lên bề mặt hiện tại ..................................... 14

2.3.1. Phun trực tiếp lên bề mặt ................................................................... 14
2.3.2. Ngâm tẩm trong dung dịch nano ........................................................ 15
2.4.

Giới thiệu về Plasma .............................................................................. 15

2.5.

Nguyên lý tạo liên kết hóa học giữa gốc nano và vải bằng công nghệ
Plasma lạnh ........................................................................................... 18
i


Chương 3. THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN ............................................................... 19
3.1.

Yêu cầu kỹ thuật của mô hình ................................................................ 19

3.2.

Các phương án thiết kế bộ tạo Plasma ................................................... 19

3.2.1. Phương án 1........................................................................................ 19
3.2.2. Phương án 2........................................................................................ 20
3.3.

Thiết kế sơ bộ ......................................................................................... 21

3.3.1. Phương án 1 (sử dụng điện cực dương ngắn hơn cực âm)................. 21
3.3.2. Phương án 2 (sử dụng điện cực dương dài hơn cực âm) ................... 21
3.3.3. Phương án định vị thanh điện cực ...................................................... 22
3.4.

Hệ thống kết cấu mô hình....................................................................... 23

3.5.

Thuyết minh sơ đồ thực nghiệm ............................................................. 25

3.6.

Mô hình thử nghiệm ban đầu ................................................................. 25

3.7.

Mạch điều chỉnh độ rộng xung ............................................................... 26

3.8.

Mạch điều chỉnh tần số và điện áp ......................................................... 27

3.9.

Bộ biến áp ............................................................................................... 28

Chương 4. CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ............................................................ 29
4.1.

Trình tự công việc tiến hành................................................................... 29

4.2.

Chọn vật liệu cho hệ thống ..................................................................... 29

4.3.

Tính toán cho hệ thống ........................................................................... 30

4.3.1. Tính toán chọn động cơ ...................................................................... 30
4.3.2. Tính toán thiết kế bánh đai ................................................................. 30
4.3.3. Tính toán thiết kế trục ........................................................................ 32
4.3.4. Thiết kế mô hình ................................................................................ 35
CHƯƠNG 5: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ...................................................... 38
5.1.

Chế tạo .................................................................................................... 38

5.1.1. Chế tạo giá đỡ ......................................................................................... 38
5.1.2. Chế tạo trục lăn .................................................................................. 38

5.1.3. Gối đỡ trục ......................................................................................... 38
5.1.4. Chế tạo tấm đỡ trục lăn ...................................................................... 39
ii


5.1.5. Mô hình thực tế .................................................................................. 39
5.2.

Thử nghiệm ............................................................................................ 40

5.3.

Kết quả thực nghiệm .............................................................................. 40

Chương 6. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 46

iii


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1 - Sơ đồ các bước sản xuất dệt, nhuộm, may cho đến khi thành phẩm [9] .... 5
Hình 2 – Cấu trúc phân tử của vải cotton (vải sợi bông).......................................... 6
Hình 3 – Hạt nano từ phương pháp siêu âm ........................................................... 11
Hình 4 – Cấu trúc của nano TiO2 ........................................................................... 12
Hình 5 – Công thức cấu tạo của nano Silane-TEOS .............................................. 13
Hình 6 – Phủ nano bằng phương pháp phun trực tiếp ............................................ 15
Hình 7 – Chùm tia Plasma (a-Plasma ngoài tự nhiên; b-Plasma nhân tạo)............ 16
Hình 8 – Phản ứng tạo liên kết giữa phân tử nano-Silane và sợi vải ..................... 18
Hình 9 - Mô hình dạng tấm .................................................................................... 20

Hình 10 - Mô hình dạng ống phóng Plasma ........................................................... 20
Hình 11 – Mô hình vùng phản ứng Plasma phương án 1 ....................................... 21
Hình 12 - Mô hình vùng phản ứng Plasma phương án 2........................................ 22
Hình 13 – Định vị điện cực bên trong ống thạch anh ............................................. 22
Hình 14 – Định vị điện cực bên ngoài .................................................................... 23
Hình 15 – Sơ đồ mô hình hệ thống phủ nano bằng công nghệ Plasma lạnh .......... 23
Hình 16 - Sơ đồ mô hình hệ thống phủ nano bằng công nghệ Plasma lạnh ........... 24
Hình 17 – Nano-Silane được hóa hơi và đưa vào vùng.......................................... 25
Hình 18 - Mô hình thí nghiệm xử lý và phủ nano trên vải ..................................... 26
Hình 19 – Thí nghiệm vải chống thấm nước .......................................................... 26
Hình 20 – Mạch điều chỉnh độ rộng xung .............................................................. 26
Hình 21 – Chu kỳ một xung ................................................................................... 27
Hình 22 – Mạch điều chỉnh tần sồ và điện áp ........................................................ 27
Hình 23 – Bộ biến áp và bộ khuếch đại................................................................. 28
Hình 24 – Sơ đồ phân bố lực trên trục chủ động .................................................... 34
Hình 25 – Biểu đồ phân bố lực và momen xoắn trên trục lăn ................................ 35
Hình 26 – Thân đế .................................................................................................. 35
iv


Hình 27 - Giá đỡ trục vào và giá đỡ trục ra ............................................................ 36
Hình 28 – Tấm đỡ trục lăn ...................................................................................... 36
Hình 29 – Thanh đỡ trục lăn ................................................................................... 36
Hình 30 – Gối đỡ Plasma........................................................................................ 36
Hình 31 – Tấm đỡ ống thạch anh ........................................................................... 36
Hình 32 - Mô hình hóa hơi dung dịch nano-Silane ................................................ 37
Hình 33 – Chi tiết giá đỡ ........................................................................................ 38
Hình 34 – Chi tiết trục lăn ...................................................................................... 38
Hình 35 – Gối đỡ trục ............................................................................................. 38
Hình 36 – Tấm đỡ trục lăn ...................................................................................... 39

Hình 37 – Mô hình xử lý và phủ nano trên vải bằng .............................................. 39
Hình 38- Ảnh thực tế: vải được xử lý và phủ nano(bên trái) và vải không được xử
lý (bên phải), vải thun cotton .................................................................................. 40
Hình 39 - Ảnh hưởng của tốc độ xử lý đến góc tiếp xúc θc trên vải thun cotton ... 41
Hình 40 - Ảnh chụp sợi vải thun cotton sau khi xử lý nano trên máy SEM (110V,
1A, 0,8 m/ph) .......................................................................................................... 41
Hình 41- Ảnh hưởng của dòng điện đầu vào đến góc tiếp xúc θc trên vải thun
cotton ...................................................................................................................... 41
Hình 42 - Ảnh hưởng của điện áp đầu vào đến góc tiếp xúc θc trên vải thun cotton
................................................................................................................................ 41
Hình 43- Ảnh hưởng của dòng điện đầu vào đến góc tiếp xúc θc trên vải sơ-mi
polyester .................................................................................................................. 42
Hình 44 - Ảnh hưởng của điện áp đầu vào ............................................................. 42
Hình 45: Ảnh hưởng của dòng điện đầu vào đến góc tiếp xúc θc trên vải thun tổng
hợp .......................................................................................................................... 43
Hình 46: Ảnh hưởng của điện áp đầu vào đến góc tiếp xúc θc trên vải thun tổng
hợp .......................................................................................................................... 43
Hình 47 - Sự thay đổi góc tiếp xúc theo thời gian .................................................. 43

v


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1 – Đặc tính cơ bản các loại vải sợi ................................................................ 7
Bảng 2 – Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu ...................... 8
Bảng 3 – Sự suy giảm hàm lượng Ag theo số lần giặt [10] ................................... 11
Bảng 4 – Các quá trình trao đổi năng lượng ở trạng thái Plasma [4] ..................... 17
Bảng 5 - Một số quá trình va chạm và trao đổi năng lượng giữa hạt (Plasma) với
bề mặt [4] ................................................................................................................ 17

vi


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
nlc

Năng lượng cao

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TN

Thí nghiệm

TNHH

Trách nhiện hữu hạn

vii


TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
Tp. HCM, ngày 03 tháng 11 năm 2014

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung:
-

Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm hệ thống phủ
Nano bề mặt bằng công nghệ Plasma”
Mã số: T2014-01GVT
Chủ nhiệm: ThS. Thái Văn Phước
Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP. HCM
Thời gian thực hiện: tháng 12/2013 đến tháng 12/2014

2. Mục tiêu:
-

Chế tạo mô hình thiết bị xử lý và phủ nano trên vải bằng công nghệ Plasma ở nhiệt
độ thấp;
Tìm ra các thông số vận hành của mô hình.

3. Tính mới và sáng tạo:
-

Quá trình xử lý đơn giản, tiết kiệm năng lượng;
Quy trình vận hành đơn giản;
Dễ dàng lắp đặt trên dây chuyền sản xuất vải.

4. Kết quả nghiên cứu:

-

Thí nghiệm và chứng minh khả năng phủ nano của mô hình;
Các thông số vận hành của mô hình.

5. Sản phẩm:
-

Mô hình thực nghiệm hệ thống phủ nano trên vải bằng công nghệ Plasma ở nhiệt độ
thấp trong môi trường áp suất thường;
Một bài báo đăng trên “Tạp chí Khoa học giáo dục kỹ thuật Tp. HCM”.

6. Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:
-

Hoàn thiện và phát triển thành hệ thống hoàn chỉnh có thể chuyển giao cho các
cơ sơ sản xuất vải.
Trưởng Đơn vị

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên)

(ký, họ và tên)

Thái Văn Phước
1


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1. General information:
Project title: “Research, design and manufacturing experimental coating-nano
model by cold-plasma at atmospheric pressure”
Code number: T2014-01GVT
Coordinator: MSc. Thai Van Phuoc
Implementing institution: University of Technology and Education Ho Chi Minh City
Duration: from December 2013

to

December 2014

2. Objective(s):
-

Manufacturing model experimental coating-nano on fabric by cold-plasma at
atmospheric pressure;

-

Find out operating parameters of model.
3. Creativeness and innovativeness:

-

The model has many advantages such as small size, simple operation, save
energy;

-

Easy to install on fabric production line
4. Research results:

-

Testing and demonstrating coating-Nano ability of the model on fabric;

-

The operating parameters of the model.
5. Products:

-

Experimental coating-nano model on fabric by cold-plasma at atmospheric
pressure;

-

An article published on Journal of Technical Education Science.
6. Effects, transfer alternatives of research results and applicability:

-

The model should be improved and developed into a complete system that can
be transferred to fabric factory.

2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực của đề tài ở trong và ngoài
nước
Plasma là trạng thái thứ tư của vật chất (các trạng thái khác là rắn, lỏng và khí). Ở
trạng thái Plasma, các electron chuyển động tương đối tự do giữa các nhân của nguyên
tử. Để đạt được trạng thái này, các electron được cung cấp một năng lượng lớn dưới dạng
nhiệt (mặt trời, các ngôi sao) – Plasma nóng hoặc trong các môi trường khác như bức xạ
điện từ, môi trường điện trường lớn nhằm ion hóa các phân tử - Plasma nguội (Plasma ở
nhiệt độ thấp, nhiệt độ từ 30-70°C) [1].
Ở trạng thái Plasma các electrons, ions và các hạt kích thích mang một năng lượng
lớn dưới dạng động năng. Khi hướng các hạt mang năng lượng trên lên một bề mặt thì
các hạt electrons, ions, hạt kích thích sẽ bắn phá lên bề mặt, làm sạch bề mặt, tẩy khuẩn,
bẽ gãy các liên kết trên bề mặt, đồng thời lại tạo ra các liên kết mới. Với những tính chất
trên công nghệ Plasma được ứng dụng nhằm làm sạch bề mặt, làm tăng năng lượng bề
mặt, tẩy khuẩn, phủ nano [1, 2].
Ứng dụng công nghệ Plasma ở áp suất thấp để phủ nano lên bề mặt đã được
nghiên cứu và ứng dụng vào sản xuất công nghiệp. Tuy nhiên nhược điểm chính của
phương pháp này là điều kiện tiến hành phải ở áp suất thấp, dẫn đến chi phí thiết bị, vận
hành rất đắt và quy mô sản xuất cũng bị hạn chế. Hiện nay tại một số nước phát triển đã
ứng dụng thành công công nghệ Plasma ở áp suất thường vào việc phủ nano, ví dụ như
Công ty Fraunhofe ở Đức đã chế tạo thành công thiết bị Plasma Jet phủ nano ở điều kiện
áp suất thường, Enercon Industries Corporation ở Mỹ, Courstesy of Dow Corning
Plasma Solution ở Anh v.v…
Qua tham khảo tài liệu và thực tế trong nước, tác giả chưa thấy có nghiên cứu nào
ứng dụng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp ở áp suất thường vào việc phủ nano bề mặt.
Trong phần nghiên cứu này tác giả đưa ra một mô hình xử lý và phủ nano trên vải bằng
công nghệ Plasma nhiệt độ thấp ở áp suất thường.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài
Để tạo tính chất siêu chống thấm (góc tiếp xúc θc ≥1500), vải thường được chế tạoxử lý như sau: thứ nhất, vải được dệt bằng các sợi có tính chất siêu chống thấm có nguồn

gốc chủ yếu từ polymer; hoặc theo cách thứ hai, vải được phun phủ các vật liệu siêu
chống thấm có kích thước cỡ nano từ vật liệu SiO2, ZnO, TiO2 v.v… và làm cho các sợi
vải liên kết với các hạt nano này để tạo cho vải tính chất như hiệu ứng lá sen. Vải được
3


tạo theo cách thứ nhất có giá trị sử dụng không cao, lý do chính là vì được chế tạo từ vật
liệu polymer nên vải thô-cứng, màu sắc bóng loáng, khi mặc có cảm giác nóng, không
thoải mái. Theo cách thứ hai vải được ngâm trong hỗn hợp gồm các dung dịch
nano+dung môi trong thời gian dài, sau đó được xử lý nhiệt. Theo phương pháp này, chi
phí sản xuất rất cao do việc xử lý trong thời gian dài tốn nhiều năng lượng, quy trình vận
hành cồng kềnh.
Với khả năng chống thấm, vải chống thấm còn có khả năng tự làm sạch, hạn chếngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật gây mùi hôi trên vải, gây ảnh hưởng đến sức
khỏe. Vải chống thấm không chỉ được ứng dụng vào lĩnh vực thời trang-may mặc, các
vật dụng trong gia đình (thảm chống thấm, divang bọc vải chống thấm, màn che cửa
chống thấm…), mà cả trong lĩnh vực y tế (pra giường bệnh nhận, quần áo bệnh nhân,
quần áo bác sỹ dung để phẫu thuật…).
Trước những vấn đề như trên, việc nghiên cứu và thiết kế thiết bị và quy trình phủ
nano trên vải bằng công nghệ Plasma nhiệt độ thấp, áp suất thường trở thành một đề tài
mang tính ứng dụng thực tiễn cao.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đề tài được thực hiện theo các mục tiêu sau:
-

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano trên vải bằng công nghệ Plasma
nhiệt độ thấp trong môi trường áp suất thường với kích thước nhỏ để tiến hành thử
nghiệm;

-

Tìm ra các thông số tối ưu của vận hành mô hình;

-

Tìm ra các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phủ nano trên vải.

1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu của đề tài:
-

Môi trường tạo Plasma nhiệt độ thấp ở áp suất thường;
Khả năng tạo liên kết giữa sợi vải và nano silane.
b. Phạm vi nghiên cứu:
Đề tài sẽ khảo sát khả năng phủ nano trên vải cotton, polyester, vải tổng hợp với
dung dịch nano-silane.

1.5. Phương pháp nghiên cứu
-

Nghiên cứu, phân tích lý thuyết;

-

Phân tích thực nghiệm.
4


Chương 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Nghiên cứu về một số loại vải thông dụng
Vải sợi là những cấu trúc dạng phẳng, được tạo thành từ các loại tơ sợi được đan

lại với nhau theo những kiểu cách cho trước. Những sợi này có dạng sợi dài, xoắn vào
nhau tạo thành phần tử cơ bản nhất của vải sợi. Mỗi loại sợi này được cấu thành từ hàng
triệu chuỗi phân tử hoá học đơn lẻ.
Hiện nay, quy trình sản xuất các loại vải ở các doanh nghiệp hoặc các công ty lớn
chủ yếu được thực hiện theo các bước như sau:

Hình 1 - Sơ đồ các bước sản xuất dệt, nhuộm, may cho đến khi thành phẩm [9]
5


Sợi vải được chuyển qua công đoạn mắc sợi. Sau đó chuyển sang hồ rồi mới đưa
qua hệ thống máy dệt để thực hiện công đoạn dệt. Công đoạn cuối cùng trước khi sản
phẩm dệt được xuất xưởng là công đoạn kiểm phẩm. Tại đây, hệ thống vải dệt được kiểm
tra kỹ trước khi cho xuất kho để tránh những lỗi sản phẩm.
2.1.1. Vải cotton – vải sợi bông
Vải cotton được làm từ sợi của cây bông vải, có cấu trúc phân tử như hình 2. Vải
cotton có khả năng thấm nước đến 65% so với trọng lượng; có đến 86.8% có cấu trúc hóa
học từ cenllulose, có khuynh hướng dính bẩn và dính dầu mỡ, dù vậy có thể giặt sạch
được. Sợi bông thân thiện với da người (không làm ngứa) và không tạo ra các nguy cơ dị
ứng việc khiến cho sợi bông trở thành nguyên liệu quan trọng trong ngành dệt may.

Hình 2 – Cấu trúc phân tử của vải cotton (vải sợi bông)
2.1.2. Vải từ sợi polyester
Polyester là một loại sợi tổng hợp với thành phần cấu tạo đặc trưng là ethylene
(nguồn gốc từ dầu mỏ). Quá trình hóa học tạo ra các polyester hoàn chỉnh được gọi là quá
trình trùng hợp. Có bốn dạng sợi polyester cơ bản là sợi filament, xơ, sợi thô, và fiberfill.
Vải được chế tạo từ sợi polyester có tính chất chống thấm, không hút ẩm. Nhờ
những đặc tính này làm cho vải polyester vật liệu cho những ứng dụng chống nước,
chống bụi.
2.1.3. Lụa – tơ tằm

Đặc điểm chủ yếu của tơ là chiều dài tơ đơn và độ mảnh tơ. Sợi tơ có thể hút
ẩm, bị ảnh hưởng bởi nước nóng, axit, bazơ, muối kim loại, chất nhuộm màu. Mặt cắt
ngang sợi tơ có hình dạng tam giác với các góc tròn. Vì có hình dạng tam giác nên ánh
sáng có thể rọi vào ở nhiều góc độ khác nhau, sợi tơ có vẻ óng ánh tự nhiên. Quần áo
bằng lụa rất thích hợp với thời tiết nóng và hoạt động nhiều vì lụa dễ thấm mồ hôi. Quần
áo lụa cũng thích hợp cho thời tiết lạnh vì lụa dẫn nhiệt kém làm cho người mặc ấm hơn.
6


2.1.4. Vải tổng hợp
Vải được tổng hợp từ sợi cotton và polyester. Vì được tổng hợp từ cotton và
polyester nên vải có được tính chất của sợi cotton và sợi polyester như dễ thấm hút,
thoáng mát do chứa sợi cotton, mặt vải phẳng, dễ dàng giặt ủi. Giá thành rẽ hơn các loại
vải cotton.

Bảng 1 – Đặc tính cơ bản các loại vải sợi
Đặc tính
Hình thức

Mức độ hút ẩm

Cotton

Nylon

Mượt và sáng, vì
Là dạng sợi thô nên thế ngăn chặn được
dễ dàng bị bám bẩn
sự bám bẩnvà dễ
giặt

Không dễ hút ẩm.
Cotton hút ẩm dễ
Nó cũng ấm khi
dàng và cũng nhanh
mặc và không thấm
khô.
mồ hôi

Polyester
Bề mặt mượt vì thế
không hấp thu chất
bẩn và có thể giặt
sạch dễ dàng
Hút ẩm ít nhất so
với các loại sợi
khác.

Là vật dẫn tốt giúp
nhiệt tỏa ra ngoài
cơ thể và giữ cơ thể
mát mẻ.

Dẫn nhiệt kém.

Dẫn nhiệt kém.

Độ bền của sợi

Bền hơn khi ướt.
Có thể chà mạnh

mà không bị hỏng
trong khi giặt

Bền nhất trong tất
cả các loại sợi.
Chịu được chà xát
tốt, không giảm sức
bền bị bịướt.

Là loại sợi cực bền
mặc dù không bền
bằng nylon.

Độ đàn hồi

Nếp nhăn và nếp
gấp. Sau khi giặt,
những vết nhăn cần
được là phẳng.

Cần là lại một chút
sau khi giặt để
tránh nếp nhăn hay
nếp gấp

Có thể không cần
phải là sau khi giặt
vì loại sợi polyester
bị nhăn hay bị nếp
gấp rất ít.

Trang phục mùa hè,
trang phục thể thao,
chăn, khăn ăn, khăn
tắm.

Được dùng cho các
mặt hàng dệt kim
như tất, quần áo,
thích hợp làm lớp
lót cho áo khoác
nặng.

Nguyên liệu may
quần áo cho cả nam
và nữ.

Dẫn nhiệt

Mục đích sử
dụng

7


2.2. Sơ lược về nano
Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo
và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước
trên nanomet (1nm = 10-9 m). Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt
mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện

tích mặt ngoài...

-

Phân loại theo hình dáng vật liệu:

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.


Phân loại 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.
Bảng 2 – Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu

Đường kính
hạt nano
(nm)
10
5
2
1

Số nguyên tử

Tỉ số nguyên tử
trên bề mặt (%)

Năng lượng bề
mặt (erg/mol)

Năng lượng bề
mặt/ năng
lượng tổng
(%)

30.000
4.000
250
30

2
4
8
9

4,8.1011
8,6.1011
2,04.1011
9,23.1011

7,6
14,3
14,3
82,2

8


2.2.1. Phương pháp chế tạo nano kim loại

Đối với hạt nano kim loại như hạt nano vàng, nano bạc…thì phương pháp thường
được áp dụng từ dưới lên. Nguyên tắc là khử các ion kim loại Au+, Ag+ để tạo thành các
nguyên tử Au, Ag. Các nguyên tử sẽ liên kết vơí nhau tạo ra hạt nano.
Phương pháp khử hóa học: dùng các tác nhân hóa học để khử các ion kim loại
thành kim loại. Thông thường dung dịch ban đầu là các muối của kim loại như: HAuCl4 ,
H2PtCl6 , AgNO3. Tác nhân khử ion kim loại Ag+, Au+ thành AgO, AuO .
Phương pháp khử vật lý: dùng các tác nhân như điện tử,sóng điện từ năng lượng
cao như tia gama, tia tử ngoại, tia laser khử các ion kim loại thành kim loại. Dưới tác
dụng của các tác nhân vật lí, có nhiều quá trình của dung môi và các chất phụ gia trong
dung môi để sinh ra có góc hóa học có tác dụng khử ion thành kim loại.
Phương pháp khử hóa lí: dùng các phương pháp điện phân kết hợp với siêu âm
để tạo ra hạt nano. Phương pháp điện phân thông thường chỉ tạo được lớp màng mỏng
kim loại. Trước khi xảy ra sự hinh thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi được điện
hóa sẽ tạo thành các hạt nano bám lên điện cực âm. Lúc này người ta tác dụng một xung
siêu âm đồng bộ với xung điện phân thì hạt nano sẽ rời khỏi điện cực vào đi vào dung
dịch.
Phương pháp xung laser được sử dụng như nhân tố kích thích lắng động từ pha
khí hoặc kết tinh từ dung dịch. Ví dụ: lắng động hạt nano silicon từ khí silane (Si(OR)4)
hoặc kết tinh hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat (AgNO3).
2.2.2. Tính chất của nano kim loại
Tính chất quang học: tính chất quang của hạt nano được có được do sự dao động
tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá 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 nano cũng ảnh hưởng đến
tính chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi như gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao
thì phải tính đến ảnh hưởng của quá trình tương tác giữa các hạt.
Tính chất điện: tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ
nhờ vào mật độ điện tử tự do cao.

Tính chất từ: Các kim loại quý như vàng, bạc,... có tính nghịch từ ở trạng thái
khối do sự bù trừ cặp điện tử. Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì sự bù trừ trên sẽ không
9


toàn diện nữa và vật liệu có từ tính tương đối mạnh. Các kim loại có tính sắt từ ở trang
thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, côban, niken thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ
trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái
siêu thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường bị ngắt
đi, tức là từ dư và lực kháng từ hoàn toàn bằng không.
Tính chất nhiệt: Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên
kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số
các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt vật
liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể
dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở rạng thái khác hơn. Như vậy, nếu kích thước của hạt nano
giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm. Ví dụ : hạt vàng 2 nm cóTm = 500°C, kích thước 6 nm
có Tm = 950°C.
2.2.3. Một số loại dung dịch nano để phun phủ
2.2.3.1. Nano Bạc (Ag2O)
Bạc được biết đến như những chất tự nhiên có tính kháng khuẩn cao và ít độc
nhất không ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Đặc biệt là các hạt nano có khích thước
nanomet (1-100 nm) có khả năng kháng khuẩn vượt trội, có khả năng kháng trên 600 loại
vi khuẩn và virut trong đó có cả HIV.
Ngoài những ứng dụng trong nghành công nghệ cao, trong y học, nano bạc còn
được sử dụng rất hiệu quả để sản suất ra các vật dụng có tinh kháng khuẩn cao như (quẩn
áo, bít tất, lót giầy…) vừa có ý nghĩa bảo vệ môi trường vừa ngăn ngừa một số vi khuẩn
gây ảnh hưởng đến sức khỏe con người.
 Điều chế nano Ag.
Thành phần hóa học:
-50 ml dung dịch AgNO3 0.02N.

-3 ml Chitôsan 2%
-100 ml dung dịch NaBH4 (20 mg/100 ml).
 Bằng phương pháp hóa siêu âm.
Cho Chitôsan vào dung dịch AgNO3 siêu âm trong 5 phút sau đó cho NaBH4
vào với tốc độ 2-3 giọt/giây. Sau khi phản ứng kết thúc tiếp siêu âm thêm 5 phút để phản
ứng xảy ra hoàn toàn.
10


Hình 3 – Hạt nano từ phương pháp siêu âm
 Bằng phương pháp khuấy từ.
-

Cho chitôsan vào dung dịch AgNO3 khuấy từ trong 5 phút sau đó cho
NaBH4 vào với tốc độ 2-3 giọt/giây. Sau khi phản ứng kết thúc tiếp
khuấy từ thêm 5 phút để phản ứng xảy ra hoàn toàn.

-

Nano Ag được điều chế có màu vàng đục, trong và không có hiện
tượng kết tủa

-

Màu nano Ag khuấy từ có màu vàng đậm hơn nano Ag siêu âm.

 Kỹ thuật tẩm nano Ag trên vải cotton
Vải cotton 100% chưa qua hồ hoặc vải xô đươc hấp vô trùng tại 1200C
trong 20 phút, để nguội sau đó được nhúng vào dung dịch keo nano Bạc ở nhiều
nồng độ khác nhau. Các mẫu vải được sấy khô trong tủ sấy ở 700C cho đến khô,

sau đó được sấy ở nhiệt độ 1200C trong 5 phút.
 Kỹ thuật đánh giá của nano Bạc
Được đánh giá bằng phương pháp sinh đồ, phương pháp này dựa trên kỹ thuật
Kitby-Bauer.
Bảng 3 – Sự suy giảm hàm lượng Ag theo số lần giặt [10]
Số lần giặt

1

10

20

30

Siêu âm %

38

36

35

33

Khuấy từ %

32

28

25

22

11


2.2.3.2. Nano Titanium Dioxide (TiO2)
TiO2 là một vật liệu bán dẫn vùng cấm rộng, trong suốt, chiết suất cao, từ lâu đã
được ứng dụng trong nhiều ngành công nghiệp như: Sơn, nhựa, giấy, mỹ phẩm, dược
phẩm...Ngoài ra TiO2 còn được phủ lên các vật liệu khác như : gạch men, các thiết bị vệ
sinh, kính cửa sổ…bằng công nghệ sol-gel hay công nghệ khác có khả năng làm sạch,
diệt vi khuẩn, nấm mốc, khử mùi hôi, phân hủy các khí độc hại NOx, SOx…

Hình 4 – Cấu trúc của nano TiO2
 Đặc tính quang xúc tác của nano TiO2
Chất xúc tác là chất có tác dụng làm giảm năng lượng kích hoạt của phản ứng hoá
học và không bị mất sau khi phản ứng. Nếu quá trình xúc tác được kích thích bằng ánh
sáng thì được gọi là quang xúc tác. Chất có tính năng kích hoạt các phản ứng hoá học
khi được chiếu sáng gọi là chất quang xúc tác.
Khi được chiếu ánh sáng, nano TiO2 trở thành một chất oxy hoá khử mạnh nhất
trong số những chất đã biết (gấp 1,5 lần O3, gấp hơn 2 lần clo - là những chất thông
dụng vẫn được dùng trong xử lý môi trường). Điều này tạo cho vật liệu nhiều ứng dụng
phong phú. Nano TiO2 có thể phân huỷ được các chất độc hại bền vững như điôxin,
thuốc trừ sâu, benzen… cũng như một số loại virus, vi khuẩn gây bệnh với hiệu suất cao
hơn so với các phương pháp khác. Dưới tác dụng của ánh sáng, nano TiO2 trở nên kỵ
nước hay ái nước tuỳ thuộc vào công nghệ chế tạo. Khả năng này được ứng dụng để tạo
ra các bề mặt tự tẩy rửa không cần hoá chất và tác động cơ học.
Nano TiO2 kháng khuẩn bằng cơ chế phân huỷ, tác động vào vi sinh vật như phân

huỷ một hợp chất hữu cơ. Vì vậy, nó tránh được hiện tượng “nhờn thuốc” và là một
công cụ hữu hiệu chống lại sự biến đổi gen của vi sinh vật gây bệnh. Nano TiO2 hoạt
động theo cơ chế xúc tác nên bản thân không bị tiêu hao, nghĩa là đầu tư một lần và sử
12


S

K

L

0

0

2

1

5

4