Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
LỚP D13HPT01

Chủ đ
ề

:

CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO VẬT LIỆU NANO

Nhập môn công nghệ nano

1


THÀNH VIÊN

1.
2.
3.
4.

Phạm Thị Hòa
Lâm Thị Mỹ Hồng
Lê Trúc Hòa
Trương Minh Hiếu

Nhập môn công nghệ nano

2

NỘI DUNG

Phân loại các phương pháp chế tạo

1

2

3

4

Phương pháp sol-gel

Phương pháp Micelle nano

Phương pháp lắng đọng pha hơi ( CVD )

Nhập môn công nghệ nano

3


1. Phân loại các pp chế tạo

Nhập môn công nghệ nano

4

1.1. Phương pháp từ trên xuống

1.1.1 Giới thiệu
- Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật
liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano.
- Ưu điểm: phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả,
có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn
(ứng dụng làm vật liệu kết cấu)

5


1.1. Phương pháp từ trên xuống
1.1.2 Phương pháp nghiền
Vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ các vật liệu rất
cứng và đặt trong một cái cối.
Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung hoặc nghiền quay. 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 (các hạt nano).

Nhập môn công nghệ nano

6


1.1. Phương pháp từ trên xuống
1.1.3 Phương pháp biến dạng
Được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự biến dạng cực lớn mà không làm phá

huỷ vật liệu
Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp. Nếu nhiệt độ gia công lớn
hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng, còn ngược lại thì được gọi là biến dạng
nguội.
Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày
nm).
Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc
nano.

Nhập môn công nghệ nano

7


1.2. Phương pháp từ dưới lên
1.2.1 Giới thiệu
- Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion.
- Ưu điểm:

•

Linh động, tạo ra sản phẩm cuối cùng chất lượng.

•

Được sử dụng rộng rãi

Nhập môn công nghệ nano

8

1.2. Phương pháp từ dưới lên
1.2.2 Phương pháp vật lý:
Là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha.
Hình thành vật liệu nano bằng phương pháp vật lý: bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ
quang).
Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng  nguội với tốc độ nhanh  trạng thái vô
định hình
Xử lý nhiệt chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh)
 Dùng để tạo các hạt nano, màng nano.

Nhập môn công nghệ nano

9


1.2. Phương pháp từ dưới lên
1.2.3 Phương pháp hóa học:
Là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion.
Đặc điểm: đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà người ta phải thay đổi kỹ thuật chế
tạo cho phù hợp.
Phương pháp hóa học được chia thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha
lỏng (phương pháp kết tủa, sol-gel,...) và từ pha khí (nhiệt phân,...).
 Tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,...

Nhập môn công nghệ nano

10

1.2. Phương pháp từ dưới lên
1.2.4 Phương pháp kết hợp:
Là phương pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc vật lý và hóa học như:
điện phân, ngưng tụ từ pha khí,...
Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột
nano,...

Nhập môn công nghệ nano

11


2. Phương pháp sol-gel

Nhập môn công nghệ nano

12


2.1 Khái niệm
2.1.1 Precursor
Là những phần tử ban đầu để tạo những hạt keo.
Nó được tạo thành từ các thành tố kim loại hay á kim, được bao quanh bởi
những ligand khác nhau.
Các precursor có thể là chất vô cơ kim loại hay hữu cơ kim loại.

Nhập môn công nghệ nano

13

2.1 Khái niệm
2.1.2 Sol
Một hệ sol là sự phân tán của các hạt rắn có kích thước khoảng 0.1-1μm trong
chất lỏng
2.1.3 Gel
Một hệ Gel là 1 trạng thái mà chất lỏng và rắn phân tán vào nhau, trong đó 1
mạng lưới chất rắn chứa các thành phần chất lỏng kết dính lại tạo thành Gel.

Nhập môn công nghệ nano

14


2.1 Khái niệm

2.1.4 Quá trình Sol – gel
Là một quá trình liên quan đến hóa lý của sự chuyển đổi của một hệ thống từ
precursor thành pha lỏng dạng Sol sau đó tạo thành pha rắn dạng Gel.
Theo mô hình:
precursor  Sol  Gel

Nhập môn công nghệ nano

15


Hình 1. Kỹ thuật Sol – gel và các sản phẩm của nó.
Nhập môn công nghệ nano

16


2.2 Qúa trình sol-gel

Hình 3. Diễn biến quá trình Sol – gel
Nhập môn công nghệ nano

17


2.2 Qúa trình sol-gel

 Về cơ chế hoá học:
Quá trình Sol – gel hình thành với 2 dạng phản ứng chính là phản ứng thủy phân
và phản ứng ngưng tụ.

Nhập môn công nghệ nano

18


2.2 Qúa trình sol-gel
2.2.1 Phản ứng thủy phân:

x: hoá trị kim loại

Các thông số ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình thủy phân là pH, bản chất và nồng độ
của chất xúc tác, nhiệt độ, dung môi, tỉ số H2O/M.

Nhập môn công nghệ nano

19


2.2 Qúa trình sol-gel
2.2.1 Phản ứng thủy phân:

Hình 4. Quá trình thủy phân
Nhập môn công nghệ nano

20


2.2 Qúa trình sol-gel
2.2.2 Phản ứng ngưng tụ:

Hình 5 Quá trình ngưng tụ
Nhập môn công nghệ nano

21


2.2 Qúa trình sol-gel
2.2.2 Phản ứng ngưng tụ:
Phương trình phản ứng:
MOR + MOH  M -O-M + ROH
MOH + MOH  M-O-M + H2O
Trong điều kiện thích hợp, sự ngưng tụ xảy ra liên tục và phá huỷ polimer, tái

tạo thành những hạt keo lớn, từ đó tạo thành các polime lớn hơn.

Nhập môn công nghệ nano

22


2.2 Qúa trình sol-gel
2.2.2 Phản ứng ngưng tụ:
Các thông số ảnh hưởng chủ yếu đến quá trình ngưng tụ:


pH



Bản chất và nồng độ của chất xúc tác



Nhiệt độ



Dung môi



Tỉ số H2O/M

Nhập môn công nghệ nano

23


2.2 Qúa trình sol-gel



Điều kiện tiên quyết đối với quá trình phủ màng Sol–gel:
- Phòng thí nghiệm phải sạch
- Dung dịch phủ màng được lọc và đế thuỷ tinh cùng một số thiết bị phải được
rửa sạch.

Nhập môn công nghệ nano

24


Nhập môn công nghệ nano

25