nghiên cứu đề xuất quy trình chế tạo hạt nano bạc sử dụng trong mực in phun

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ THÚY

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHẾ TẠO
HẠT NANO BẠC SỬ DỤNG TRONG MỰC IN PHUN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 605204

S KC 0 0 4 0 8 9

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ THÚY

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHẾ TẠO
HẠT NANO BẠC SỬ DỤNG TRONG MỰC IN PHUN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 605204
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. ĐẶNG MẬU CHIẾN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013


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

LUẬN VĂN THẠC SĨ
LÊ THỊ THÚY

NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT QUY TRÌNH CHẾ TẠO
HẠT NANO BẠC SỬ DỤNG TRONG MỰC IN PHUN

NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 605204
Hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. ĐẶNG MẬU CHIẾN

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013


LÝ LỊCH KHOA HỌC
I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC:
Họ & tên: LÊ THỊ THÚY
Giới tính: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh: 10/05/1982
Nơi sinh: tp Huế
Quê quán: vinh phú, phú vang, tỉnh Thừa Thiên Huế
Dân tộc: Kinh
Địa chỉ liên lạc: 407A LÊ VĂN QUỚI PHƯỜNG BÌNH TRỊ ĐÔNG A QUẬN BÌNH
TÂN TP HỒ CHÍ MINH

Điện thoại nhà riêng: 01223720315
E-mail:
II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO:
1. Trung học chuyên nghiệp:
Hệ đào tạo:
Thời gian đào tạo từ ……/…… đến ……/ ……
Nơi học (trường, thành phố):
Ngành học:
1. Đại học:
Hệ đào tạo: Chính qui
Thời gian đào tạo từ 3/2003 đến 3/2008
Nơi học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Tp HỒ CHÍ MINH
Ngành học: Kỹ Thuật Công Nghiệp
Tên đồ án tốt nghiệp đại học: Công Nghệ Gia Công Gỗ Trên Máy Cƣa
Ngày và nơi bảo vệ đồ án: Khoa cơ khí máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM
3. Cao học:
Hệ đào tạo: chính quy
Thời gian đào tạo từ 08/2011 đến 10/ 2013
Nơi học (trường, thành phố): trường đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Ngành học: Kỹ Thuật cơ khí
Tên đồ án, luận án hoặc môn thi tốt nghiệp: “Nghiên cứu đề xuất quy trình chế
tạo hạt nano bạc sử dụng trong mực in phun
Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: 08/11/2013, trường đại học
Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM.
Người hướng dẫn: PGS.TS. ĐẶNG MẬU CHIẾN

Xác nhận của địa phương
(ký tên, đóng dấu)

Ngày … tháng … năm 2013
Người khai ký tên
Lê Thị Thúy

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi
Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực
và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi cũng xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã
được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày … tháng …năm 2013
Học viên

Lê Thị Thúy

ii


LỜI CẢM ƠN
Qua gần hai năm tham gia chương trình đào tạo thạc sỹ tại trường Đại học Sư
Phạm Kỹ Thuật TP.Hồ Chí Minh và thời gian làm thí nghiệm tại phòng thí nghiệm
Công Nghệ Nano ĐHQG TP. Hồ Chí Minh đã giúp tôi trao dồi thêm nhiều kiến thức,
kinh nghiệm từ thầy cố, bạn học và những người bạn cùng làm thí nghiệm đã giúp tôi
hoàn thành luận văn này.
Có được thành quả này tôi xin chân thành cám ơn sâu sắc đến:
Thầy cô trường ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật TP. HCM đã nhiệt tình truyền đạt, chỉ
bảo tận tình trong suốt thời gian tôi học tập tại trường

Thầy PGS. TS. ĐẶNG MẬU CHIẾN, Giám đốc phòng thí nghiệm Công Nghệ
Nano ĐHQG. TP. HCM (LNT) đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện tốt
nhất để tôi làm thí nghiệm và hoàn thành luận văn này.
Thầy PGS.TS. LÊ HIẾU GIANG đã nhiệt tình giúp đỡ, đóng góp ý kiến giúp tôi
hoàn thành tốt luận văn.
Thạc sỹ ĐẶNG THỊ MỸ DUNG là người luôn theo suốt chỉ bảo tận tình trong
suốt thời gian tôi làm thí nghiệm và hoàn thành luận văn.
Tập thể cán bộ, nhân viên phòng nghiên cứu Công Nghệ Nano ĐHQG. TP. HCM
đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi trong thời gian làm thí nghiệm.
Bạn bè, gia đình và mọi người xung quanh luôn giúp đỡ chia sẽ động viên tôi
những lúc làm luận văn gặp khó khăn.
Tôi xin chân thành cám ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày ... tháng ... năm 2013
Học viên

Lê Thị Thúy

iii


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Máy in phun đã trở thành một phần không thể thiếu thông qua sự hiện diện của
nó ở khắp mọi nơi, trên máy tính để bàn của người tiêu dùng với chi phí thấp, khả
năng đáng tin cậy, nhanh chóng, thuận tiện và in kỹ thuật số.
Công nghệ in phun đã phát triển nhanh chóng, đa dạng và ứng dụng phổ biến để in
tài liệu với nhiều chức năng khác nhau, nhiều lĩnh vực, chẳng hạn như mực dẫn điện,
điốt phát sáng (LED) và thậm chí in cấu trúc 3 chiều(3D)
Nhắm đáp ứng nhu cầu công nghệ, hiện nay công nghệ in phun đang được sự
quan tâm lớn của nhiều nhà nghiên cứu, cũng như nhiều nhà đầu tư lớn trong và ngoài
nước. Biết được sự hữu ích to lớn của thế giới vi mô (nano mét) mà một số kim loại có

được, con người muốn chiếm lĩnh tri thức đã tìm ra được sự hiệu dụng của nó và công
nghệ in phun đã và đang sử dụng nano kim loại ứng dụng trong mực in phun. Xuất
phát từ nhu cầu tìm ra hạt nano kim loại để chế tạo mực in vừa có chất lượng tốt, khả
năng chống oxi hóa cao trong môi trường và mang lại lợi nhuận lớn, luận văn này
chúng tôi nghiên cứu quy trình chế tạo hạt nano bạc hướng đến ứng dụng chế tạo mực
in phun, vì bạc không dễ dàng bị oxi hóa và khả năng dẫn điện cao trong một thời gian
khá dài.
Có rất nhiều phương pháp chế tạo hạt nano kim loại, trong luận văn này tôi lựa
chọn phương pháp khử hóa học để tổng hợp hạt nano bạc hướng đến ứng chế tạo mực
in phun. Để giải quyết các công việc trên chúng tôi phải nghiên cứu, giải quyết các vấn
đền có liên quan được trình bày trong 5 chương dưới đây:
Chƣơng 1: Tổng quan
Dựa trên những công trình nghiên cứu trong và ngoài nước đã có chúng tôi tóm
tắt tổng quan về sơ lược công nghệ nano nói chung và công nghệ nano kim loại nói
riêng, đồng thời mang đến cái nhìn tổng quát về công nghệ in phun, để từ đó cho
chúng ta thấy hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ nano kim loại trong công nghệ in
phun đã mang đến những hiệu quả trong thực tiễn.\

iv


Chƣơng 2: Cơ sở lý thuyết
Từ thực tiễn đã chứng minh công nghệ nano mang lại nhiều ứng dụng và hiệu
quả cao trong thực tế, chúng tôi đi sâu nghiên cứu nano kim loại bạc, các tính chất của
nano kim loại bạc, từ đó tìm hiểu các phương pháp chế tạo và đưa ra phương pháp chế
tạo hiệu quả và mang tính kinh tế cao.
Chƣơng 3: Thực nghiệm
Giới thiệu các thiết bị dùng làm thí nghiệm, hóa chất, các thiết bị dùng để phân
tích mẫu và quy trình tổng hợp hạt nano bạc.
Chƣơng 4: Kết quả và thảo luận

Từ quy trình mà chúng tôi đưa ra, chúng tôi nghiên cứu và làm thí nghiệm để tìm
ra tỷ lệ phản ứng giữa các chất, nồng độ mol thích hợp của các chất và dựa vào cơ sở
lý thuyết để đánh giá nhận xét và tìm ra được phương án tối ưu nhất và kết quả đã
mang lại theo như yêu cầu đặt ra là chúng tôi đã tổng hợp được hạt nano bạc có kích
thước 20nm đến 80nm. Đồng thời chúng tôi tiếp tục lưu giữ và theo dõi tính ổn định
của hạt trong thời gian hơn 3 tháng không bị oxi hóa trong môi trường không khí
Chƣơng 5: Kết luận và hƣớng phát triển
Từ những kết quả đạt được chúng tôi tổng hợp đưa ra một số kết luận và đưa ra
một vài định hướng tiếp theo của đề tài .

v


ABSTRACT
Inkjet technology has developed rapidly, variously and it can use to print
documents with many different functions, in many fields, such as conductive inks,
light emitting diodes (LED) and even in structure 3-dimensional structure (3D)
To adapt the need of technology, current inkjet technology has become the major
concern of many researchers, as well as many Vietnamese and foreign investors.
Knowing the great utility of the microscopic world (nanometer) whose a number of
metals are owning, people want to dominate knowledge to find its performances and
inkjet technology has been used metal nano-particles for the inkjet ink printing. From
the need to find the metal nano-particles to produce good quality, high oxidation
resistance and greater profitability inkjet ink printing, this thesis studied the fabrication
process to synthesize create silver nanoparticle ink used in ink printing, because silver
has a good ability to resist oxidation and high conductivity in a long time.
There are many methods of synthesizing metal nanoparticles, in this thesis I chose
chemical reduction method to synthesize silver nano-particles towards the inkjet ink
manufacturing. In order to solve the problem above, we have studied; solved related
subjects presented in the following five chapters:

Chapter 1: Overview
Based on the national and international researches, we’ll summarize a brief
overview of nanotechnology in general and metal nanoparticles technology in
particular, at the same time this chapter will be providing an overview of inkjet
technology, as a result of this, it’ll show us the efficiency of the application of metal
nanoparticles technology in inkjet printing in practice.
Chapter 2: Theoretical Foundations
Reality proved that nanotechnology bring us a lot of efficiency applications in
practice, we go deep nano-silver research and the properties of nano-silver, while
studying the methods of synthesizing and manufacturing and finding the most efficient
and economical method.

vi


Chapter 3: Experimental
Introducing experimental equipments: chemicals and all machines used for
sample analysis and the synthesizing of silver nano-particles.
Chapter 4: Results and Discussion
From the process that we proposed, we researched to find out the best
combination between substances, as same as in molar concentration of the substance
based on the theoretical foundations. We evaluated our results which matched our
initial purposes: we have synthesized silver nano-particles from 20nm to 80nm. At the
same time, we continued to keep our samples and observe the stability of the particles
in 3 months to make sure that they didn’t oxidize in the environment.
Chapter 5: Conclusions and future researches
From the results, some conclusions were given and future researches will also be
mentioned.

vii

MỤC LỤC
TRANG TỰA

TRANG

QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI

LÝ LỊCH CÁ NHÂN ...................................................................................... i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................ii
LỜI CẢM ƠN ......................................................................................................... iiii
TÓM TẮT LUẬN VĂN ........................................................................................... iv
MỤC LỤC ........................................................................................................... viii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT...................................................................... xi
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH .............................................................................xii
DANH SÁCH CÁC BẢNG ................................................................................... xiv
PHẦN A: GIỚI THIỆU ........................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài .................................................................................................. 2
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................. 4
2.1.Ý nghĩa khoa học .............................................................................................. 4
2.2. Thực tiễn của đề tài ........................................................................................ 4
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................................. 5
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 5
4.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 5
4.2. Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................... 5
5. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 6
PHẦN B: NỘI DUNG ............................................................................................... 7
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN..................................................................................... 8
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, tình hình nghiên cứu trong và ngoài

nước

........................................................................................................................ 8

1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu..................................................... 8
1.1.1.1. Tổng quan về công nghệ nano ................................................................. 8
1.1.1.2. Tổng quan về công nghệ in phun .......................................................... 14

viii


1.1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .............................................. 17
1.1.2.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước .......................................................... 17
1.1.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................... 18
CHƢƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT ...................................................................... 19
2.1. Khái quát về bạc ............................................................................................... 19
2.1.1. Cấu trúc mạng tinh thể bạc: ........................................................................ 19
2.1.2. Giới thiệu về hạt nano bạc .......................................................................... 19
2.1.3. Tính chất vật lý: .......................................................................................... 20
2.1.4. Tính chất hóa học:....................................................................................... 21
2.2. Các loại phương pháp chế tạo hạt nano bạc.................................................... 21
2.2.1. Phương pháp chế tạo hạt nano kim loại ...................................................... 21
2.2.1.1. Phương pháp từ dưới lên (bottum-up) ................................................... 21
2.2.1.2. Phương pháp từ trên xuống(top-down) ................................................. 21
2.2.2. Phương pháp chế tạo hạt nano bạc ............................................................. 22
2.2.2.1. Phương pháp khử hóa ............................................................................ 22
2.2.2.2 Phương pháp sol-gel ............................................................................... 24
2.2.2.3. Phương pháp ăn mòn laser .................................................................... 24
2.4. Cơ chế ổn định hạt ........................................................................................... 24
2.4.1 Dạng ổn định tĩnh điện ................................................................................ 25

2.4.2 Dạng ổn định không gian ............................................................................. 25
2.5 Một số phương pháp thực nghiệm dùng để khảo sát tính chất của hạt nano bạc .. 26
2.5.1. Sơ lược về quang phổ ................................................................................. 26
2.5.1.1. Sự tương tác giữa vật chất và bức xạ điện từ ....................................... 27
2.5.1.2 Định luật Lambert – Beer ...................................................................... 29
2.5.1.3 Phổ .......................................................................................................... 30
2.5.1.4 Đường cong hấp thụ và độ phân giải ...................................................... 30
2.5.2 Phương pháp phổ hồng ngoại ( IR ) ............................................................ 32
2.5.2.1 Các nguyên lý cơ bản của phổ hồng ngoại ............................................. 32
2.5.2.2 Phân tích phổ hồng ngoại ....................................................................... 33

ix


2.5.3 Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến ( UV-Vis) ........................................... 33
2.5.3.1. Cơ sở lý thuyết ....................................................................................... 33
2.5.3.2. Phương pháp phân tích phổ tử ngoại – khả kiến ................................... 35
2.5.4. Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)................................. 36
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM ............................................................................. 37
3.1 Các vấn đề cần giải quyết ................................................................................. 37
3.2 Các phương pháp giải quyết vấn đề .................................................................. 37
3.2.1 Hóa chất, dụng cụ và thiết bị phân tích mẫu ............................................... 38
3.2.1.1. Hóa chất ................................................................................................. 38
3.2.1.2. Dụng cụ.................................................................................................. 38
3.2.1.3. Thiết bị phân tích ................................................................................... 41
3.2.2 Thực hiện ..................................................................................................... 48
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 55
4.1 Các kết quả đạt được. ........................................................................................ 55
4.1.1 Ảnh hưởng của PH....................................................................................... 55
4.1.2 Ảnh hưởng giữa tỉ lệ thể tích chất khử TEA ............................................... 56

4.1.3 Ảnh hưởng giữa tỉ lệ thể tích của [GLUCO] ............................................... 57
4.1.4. Ảnh hưởng nồng độ [glucose] .................................................................... 60
4.1.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích muối bạc ....................................................... 63
4.1.6. Ảnh hưởng của dung môi ........................................................................... 65
4.1.7. Thay đổi chất khử TEA bằng chất khử NaBH4 . ........................................ 67
CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ..................................... 73
5.1. KẾT LUẬN.................................................................................................... 73
5.2. HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI ......................................................... 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 75

x


DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ĐHQG TP.HCM : Đại Học Quốc Gia Thành Phố Hồ Chí Minh.
IR

: Infrared spectroscopy - Phổ hồng ngoại dùng để xác định cấu trúc
phân tử của phân tử chất nghiên cứu

TEM

: Transmission Electron Microscope - Kính hiển vi điện tử truyền
qua

UV-Vis

: Ultraviolet-Visible spectroscopy - Phương pháp xác định phổ hấp
thu ánh sáng của vật liệu trong vùng cực tím và khả kiến

SEM

: Scanning Electron Microscope – Kính hiển vi điện tử quét

xi


DANH SÁCH CÁC HÌNH
HÌNH
Hình a.

TRANG
Quy trình in phun (bên phải) so với quy trình chuẩn chế tạo vi linhkiện
(bên trái) ..................................................................................................3

Hinh 1.1

Phân bố kích thươc của các đối tượng khác nhau ................................ 12

Hình 2.1

Cấu trúc lập phương tâm mặt ............................................................... 19

Hình 2.2

Phương pháp chế tạo hạt nano kim loại ................................................22

Hình 2.3

Sự hình thành hạt nano kim loại bằng cách khử muối kim loại ............23

Hình 2.4

Các mô hình ổn định hệ hạt. ..................................................................26

Hình 2.5

Các trạng thái kích thích phân tử ...........................................................29

Hình 2.6

Biểu đồ thể hiện mối liên quan giữa các mức năng lượng ....................34

Hình 2.7

Sự phân bố các mức năng lượng của các obital phân tử. ......................35

Hình 3.1

Cân điện tử TE214S (Sartorius) ............................................................39

Hình 3.2

Máy khuấy từ ........................................................................................39

Hình 3.3

Máy đo pH (CyberScan pH 510 Meter – EUTECH) ............................39

Hình 3.4

Máy quay ly tâm (High speed centrifuge – Rotina 38 – Hettick) .........40

Hình 3.5

Quy trình ly tâm tạo hạt nano bạc .........................................................40

Hình 3.6

Máy đo phổ IR .......................................................................................41

Hình 3.7

Quy trình tạo mẫu KBr ..........................................................................42

Hình 3.8

Quy trình đo mẫu trên máy IR Tensor TM 37 ......................................43

Hình 3.9

Máy đo phổ UV-Vis ..............................................................................43

Hình 3.10 Quy trình đo máy UV-Vis Cary 100 .....................................................44
Hình 3.11 Máy JEM 1400 ......................................................................................45
Hình 3.12 Sơ đồ cấu tạo máy TEM ........................................................................46
Hình 3.13 Kính hiển vi điện tử quét( SEM), Jeol 6480 LV ...................................47
Hình 3.14 Quy trình thực hiện tạo dung dịch nano bạc dùng chất bảo vệ Glucose...... 48
Hình 3.15 Quá trình biến đổi màu dùng chất bảo vệ gluco chế tạo hạt nano bạc .49
Hình 3.16 Quy trình thực hiện tạo dung dịch nano bạc dùng chất bảo vệ Glucose ...... 53

Hình 3.17 Quy trình chế tạo hạt nano bạc bằng chất khử NaBH4 ..........................54

xii


Hình 4.1

Độ pH của 4 mẫu thay đổi từ 6-12 ........................................................55

Hình 4.2

Quang phổ hấp thụ UV-vis các mẫu thay đổi tỉ lệ thể tích TEA...........56

Hình 4.3

Mẫu dung dịch nano bạc theo tên ..........................................................57

Hình 4.4

Ảnh TEM của mẫu được tăng tỉ lệ thể tích glucose M4. ......................58

Hình 4.5

Quang phổ hấp thụ UV-vis theo mẫu ....................................................58

Hình 4.6

Quang phổ hấp thụ UV-vis mẫu có[Glucose]=20mM sau 1 ngày và sau
15 ngày chế tạo ..................................................................................... 60

Hình 4.7

Ảnh TEM của mẫu [Glucose]=20mM...................................................61

Hình 4.8

Quang phổ hấp thụ UV-vis mẫu[Glucose]=25mM v[Glucose]=30mM ..... 62

Hình 4.9

Ảnh TEM của mẫu M6 ..........................................................................63

Hình 4.10 Quang phổ hấp thụ UV-vis mẫu M6 sau 1 ngày và sau 31 ngày chế tạo .... 64
Hình 4.11 Ảnh sem của mẫu M6 ............................................................................65
Hình 4.12 Kích thước hạt của mẫu M7 và mẫu M6 ...............................................66
Hình 4.13 Phổ hấp thụ UV-VIS mẫu M8 ...............................................................68
Hình 4.14 Kích thước hạt mẫu M8 .........................................................................68
Hình 4.15 Quang phổ hấp thụ Mẫu M9 ..................................................................70
Hình 4.16 Kích thước hạt mẫu M9 .........................................................................71
Hình 4.17 Ảnh TEM Mẫu M9 ................................................................................71

xiii


DANH SÁCH CÁC BẢNG
BẢNG

TRANG

Bảng 1.1 : Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu....................................10

Bảng 1.2 : Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu ..................13
Bảng 2.1 : Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích. ....................................20

xiv


PHẦN A : GIỚI THIỆU

NỘI DUNG
1

TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

2

Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

3

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI

4

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

5

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1

1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, công nghệ in phun đang được sự quan tâm nhiều bởi những ưu điểm
của nó như: khả năng định dang nhanh, chính xác, in trực tiếp trên nhiều loại đế
khác nhau. Đặc biệt ứng dụng nhiều trong ngành điện tử nhằm chế tạo các linh kiện
điện tử, linh kiện vi hệ thống và vi linh kiện chủ động. Một vài ứng dụng hiện này
của công nghệ in phun là dùng trong in bảo mật, in nhãn bảo vệ chống hàng nhái.
Công nghệ in phun (Inkjet printing) là một kỹ thuật tân tiến cho phép sử dụng
máy in văn phòng để in các văn bản, hình ảnh trên chất liệu giấy và các chất liệu
khác. Kỹ thuật này có ưu điểm lớn nhất là ở khả năng phủ màng không cần mặt nạ
(maskless). Một máy tính sẽ điểu khiển in từng chấm một dựa trên hình ảnh đã thiết
kế (Hình a), bảo đảm nhanh chóng và giảm giá thành. Đây là một lý do quan trọng
khiến cho phương pháp in phun có thể ứng dụng trong phòng thí nghiệm để phủ các
loại vật liệu cảm quang, đặc biệt là vật liệu bán dẫn (polyme hoặc vô cơ) mà độ tinh
khiết ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng.
Một thách thức chính khi ứng dụng quy trình in phun vào sản xuất trực tiếp
các thành phần điện tử là chế tạo mực in với các tính chất hóa lý thích hợp. Thành
phần của mực đóng vai trò then chốt bởi vì nó quyết định khả năng phun mực, tính
bám dính trên mặt đế, và độ phân giải đường và biên dạng, cơ chế của sự tạo thành
tính dẫn điện. Để thỏa mãn các mục đích khác nhau của công nghệ in phun, mực in
phải chứa các tiền chất và dung môi thích hợp.

2


Hình a. quy trình in phun (bên phải) so với quy trình chuẩn chế tạo vi linh kiện
(bên trái)
Mực in là vấn đề cốt yếu khi chúng ta sử dụng công nghệ in phun. Các nghiên
cứu đã công nhận rộng rãi rằng hầu hết các hạn chế và lỗi sản phẩm đều liên quan

đến dung dịch mực in. Nó phải đáp ứng các điều kiện liên quan đến quá trình phun
mực, bao gồm những vấn đề thấm ướt bên trong đầu in, độ nhớt thường giới hạn
trong phạm vi từ 8 đến 15 cP, áp suất hơi thấp. Nhưng điều này không nên làm thay
đổi chức năng của mực in. Trong thực tế, bản chất mực là chất mang các phân tử
hoặc đám phân tử tạo các chức năng cần có của lớp in. Ta có thể thấy rõ mực in
trong đồ họa mang chất màu với chất bảo vệ chống lại ánh sáng hay những phân tử
giúp kiểm soát sự lan truyền trên mặt. Đối với các loại mực dẫn điện thích hợp cho
chế tạo các mạch vi cơ điện tử, các hạt nano được mang bởi mực tạo thành lớp cuối
cùng cần đặc sau khi bay hơi dung môi. Lớp này sẽ cần phải trải qua một quá trình
nung kết khối để được hợp nhất thành một màng liên tục. Để điều này xảy ra, các
phân tử hữu cơ được thêm vào mực in để ổn định các hạt nano trong dung dịch
không nên hình thành một lớp quá bền vững. Các phân tử này sẽ phải được loại bỏ

3


trong lúc sấy khô ở nhiệt độ thấp. Điều này là cần thiết để các hạt nano dẫn điện liên
kết với nhau. Vì vậy, một công thức mực in là chìa khóa để chế tạo thành công các
màng dẫn điện bằng phương pháp in phun.
Chính bởi những lý do đó mà chúng tôi chọn đề tài nghên cứu tổng hợp hạt
nano bạc để hướng đến ứng dụng trong mực in phun và chúng tôi cần tim ra quy
trình tổng hợp hạt nano bạc càng nhỏ càng tốt với những lý do sau: giảm nhiệt độ
nóng chảy của hạt nano bạc để ứng dụng in trên nhiều loại đế khác nhau và kích
thước hạt nano bạc càng nhỏ sẽ làm giảm tắt nghẽn các đầu phun trên máy in phun.

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Nghiên cứu hạt kim loại có kích thước nano mét có ý nghĩa cả về lý thuyết lẫn
thực tiễn, đã và đang thu hút sự quan tâm chú ý của nhiều nhà nghiên cứu. Đặc biệt,
nghiên cứu hạt nano bạc để chế tạo mực in đang là xu hướng mới được nhiều nhà
nghiên cứu quan tâm. Vì vậy, mục đích chính của luận văn là nghiên cứu chế tạo

hạt nano bạc có kích thước nano mét và không bị kết tụ.
2.1. Ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc có kích thước nm.
- Như đã biết, các hạt kích cỡ nano được khống chế bởi hai cơ chế: hình thành
hạt nhân và phát triển. Mục đích của việc chế tạo hạt nano bạc là giữ các hạt ở kích
cỡ nhỏ, không bị kết tụ và tránh cho hạt bạc không bị oxi hóa. Quá trình này được
thực hiện dựa vào việc điều chỉnh thành phần dung dịch phản ứng, nồng độ các chất
tham gia phản ứng, tốc độ khuấy, lọc tách dung dịch, thời gian phản ứng…. được sử
dụng trong quá trình thực hiện đề tài.
2.2. Thực tiễn của đề tài
- Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc hướng đến ứng dụng chế tạo mực in phun.
- Tổng hợp hạt nano bạc có kích thước phù hợp với đầu phun của máy in phun
Dimatix Materials Printer DMP series 2100 hiện có ở phòng thí nghiệm công nghệ
nano thuộc đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh.
- Tổng hợp hạt nano bạc ở nhiều kích thước khác nhau nhằm ứng dụng trong
mực in để in trên nhiều loại đế.

4


3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Chúng tôi nghiên cứu tìm hiểu tài liệu liên quan và tổng hợp lại đề xuất một
quy trình tổng hợp hạt nano bạc có kích thước khoảng 20nm đến 80nm để làm thí
nghiệm. Sau đó chúng tôi đánh giá, phân tích và tổng hợp kết quả đạt được theo
yêu cầu đặt ra
Tiếp theo chúng tôi tiếp tục cải tiến theo quy trình củ.

4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tƣợng nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: hạt bạc có kích thước nm.

4.2. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về việc chế tạo hạt nano bạc.
- Nghiên cứu các đặc điểm, tính chất của bạc.
- Tiến hành thí nghiệm chế tạo hạt nano bạc với mục đích giữ các hạt ở kích
cỡ nhỏ, không bị kết tụ và tránh cho hạt nano bạc bị oxi hóa trong môi trường khí ít
nhất 30 ngày.
- Phân tích các tính chất của hạt nano bạc bằng các phương pháp đo: UV-Vis,
TEM, SEM, FTIR….
- Chế tạo hạt bạc có kích thước nm dùng cho việc tổng hợp mực in.

5


5. Phƣơng pháp nghiên cứu
STT
1

2

3

Phương pháp
Nghiên cứu tài liệu.

Thí nghiệm, phân tích
và lưu giữ mẫu.

Tổng kết và đánh giá

Nhiệm vụ thực hiện

-

Làm rõ vấn đề nghiên cứu.

-

Có cơ sở lý thuyết để chế tạo hạt nano bạc.

-

Sử dụng các thiết bị, dụng cụ tại Phòng Thí

Nghiệm Công Nghệ Nano – ĐHQG TP.HCM để
làm thí nghiệm, phân tích mẫu và theo dõi mẫu.
-

Trao đổi với nhóm nghiên cứu.

-

Tham khảo ý kiến GVHD.

-

Thu thập các kết quả thí nghiệm.

-

Đánh giá, phân tích kết quả thí nghiệm.

-

Tiến hành viết luận văn.

6


PHẦN B

NỘI DUNG
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
Chƣơng 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM
Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Chƣơng 5: KẾT LUẬN

7


Chƣơng 1:

TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, tình hình nghiên cứu trong và
ngoài nƣớc
1.1.1. Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu
1.1.1.1. Tổng quan về công nghệ nano

 Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ 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 quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10-9 m). Ở kích thước nano, vật
liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu khối không có được đó là do sự thu
nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài.
Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ
Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của
cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa. Nhưng thuật ngữ
“công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một
nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu
trúc vi hình của mạch vi điện tử.

 Cơ sở khoa học của công nghệ nano
Công nghệ nano dựa trên những cơ sở khoa học chủ yếu sau:
- Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lƣợng tử: 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). Nhưng các cấu trúc nano có ít
nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn.
- Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nm, các số nguyên tử nằm trên
bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy các hiệu ứng

8