Nghiên cứu chế tạo điện cực ống nano nền titan dioxit ứng dụng kỹ thuật điện thẩm

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc
…………………..

LỜI CAM ĐOAN
Tôi là: Dƣơng Mạnh Hải
Nơi công tác: Trƣờng Đại học Công nghiệp Việt Trì
Đề tài :Nghiên cứu chế tạo điện cực ống nano nền Titan dioxit ứng dụng
trong kỹ thuật điện thẩm

Tôi xin cam đoan các kết quảtôi trình bày trong luận văn là do tôi nghiên cứu
dƣới sự hƣớng dẫn của TS. Đặng Trung Dũng. Các số liệu kết quả nêu trong
luận văn là trung thực và chƣa đƣợc công bố trong bất kỳ công trình nào.
Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2016
Ngƣời viết

Dƣơng Mạnh Hải

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập và nghiên cứu với sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô

giáo và các bạn đồng nghiệp cùng sự nỗ lực cố gắng của bản thân, luận văn tốt nghiệp
cao học của tôi đã hoàn thành.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Bộ môn Công nghệ Điện hóa
và Bảo vệ kim loại - Viện Kỹ Thuật Hóa Học đã tận tình dạy bảo, tạo điều kiện giúp
đỡ tôi trong suốt hai năm học vừa qua.
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, TS Đặng Trung Dũng - Bộ môn
Công Nghệ Điện Hóa và Bảo Vệ Kim Loại – Viện Kỹ Thuật Hóa Học, Trƣờng Đại
Học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo, trong thời gian tôi thực hiện
luận văn này.Xin cảm ơn đề tài Nafosted 103.02-2013.76 đã hỗ trợ tôi thực hiện các
nghiên cứu.
Do còn hạn chế về kiến thức, tài liệu tham khảo cũng nhƣ thời gian thực hiện nên
luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót.Tôi rất mong nhận đƣợc sự đóng góp từ
các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để đề tài đƣợc hoàn chỉnh hơn.
Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2016
Học viên

Dƣơng Mạnh Hải

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

MỤC LỤC .........................................................................................................................
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ...........................................................................................3
1.1. Vật liệu Nano ......................................................................................................3
1.1.1.Khái niệm .......................................................................................................3
1.1.2. Các dạng vật liệu nano ..................................................................................4
1.1.3.Phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano ................................................................6
1.1.4.Tính chất và ứng dụng ...................................................................................8
1.2.Vật liệu Titan dioxit nano ...................................................................................14
1.2.1.Đặc điểm về cấu trúc TiO2 ...........................................................................14
1.2.2.Các tính chất và ứng dụng vật liệu nano TiO2 .............................................16
1.2.3.Phƣơng pháp tổng hợp .................................................................................19
1.3. Ống Titan dioxit nano (TiNTs – Titanium oxide nanotubes) ...........................20
1.3.1.Giới thiệu .....................................................................................................20
1.3.2.Đặc tính và ứng dụng ...................................................................................21
1.3.3.Phƣơng pháp chế tạo ống nano TiO2 ...........................................................26
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM VÀ CÁC PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............32
2.1. Thực nghiệm .....................................................................................................32
2.1.1.Chuẩn bị dung dịch ......................................................................................32
2.1.2.Chuẩn bị mẫu ...............................................................................................33
2.1.3.Điện phân chế tạo TiNTs .............................................................................34
2.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu ...........................................................................36
2.2.1. Phƣơng pháp nhiễu xạ tia X (XRD) ...........................................................36
2.2.2. Phƣơng pháp hiển vi điện tử quét SEM ......................................................38
2.2.3. Phân tích đặc tính ăn mòn bằng phƣơng pháp điện hóa .............................39

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

2.2.4. Phân tích đặc tính điện thẩm bằng phép đo góc thấm ƣớt ..........................40
CHƢƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...............................................................43
3.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của chế độ điện phân đến quá trình tạo ống TiO2 nano
..........................................................................................................................43
3.1.1. Cơ chế quá trình tạo ống TiO2 nano ...........................................................43
3.1.2. Nghiên cứu cấu trúc pha .............................................................................49
3.1.3. Nghiên cứu hình thái bề mặt .......................................................................51
3.1.4. Ảnh hƣởng của điện thế đến quá trình điện phân chế tạo ống....................54
3.1.5. Ảnh hƣởng của nồng độ HF đến quá trình điện phân chế tạo ống .............56
3.2.Khảo sát đặc tính ăn mòn ....................................................................................60
3.3.Khảo sát đặc tính điện thẩm của điện cực TINTs ...............................................62
3.3.1. Ƣu điểm về độ nhạy và vùng điện thế làm việc .........................................65
3.3.2. Ƣu điểm về phƣơng pháp chế tạo ...............................................................67
KẾT LUẬN ...................................................................................................................69
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................70

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng
DANH MỤC CÁC BẢNG

SỐ BẢNG
1

NỘI DUNG
Các lĩnh vực và ứng dụng liên quan đến khoa học vật liệu
nano

TRANG
9

2.1

Các hóa chất sử dụng

32

2.2

Thành phần dung dịch điện phân

32

2.3

Thành phần và chế độ điện phân

35

3.1

Các thông số ăn mòn của điện cực Titan và Ti sau anot
hóa (TiNTs)

60

Kết quả đo góc thấm ƣớt mẫu điện cực anot hóa ở U =
3.2

40V, nồng độ HF= 2% , điện thế đo tính thấm ƣớt từ 0V
đến 5V

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

64


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
SỐ HÌNH

NỘI DUNG

TRANG

1.1

Một số cấu trúc vật liệu nano

4

1.2

Sợi nano Poly vinyl Alcohol

5

1.3

Ống nano Mangan dioxit

7

1.4

Các thanh nano ZnO

12

1.5

Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng Rutile

14

1.6

Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng Anatase

15

1.7

Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng Brookite

15

1.8

Hình khối bát diện của TiO2

16

1.9

Hiện tƣợng điện thẩm (electrowetting)

24

1.10

Hiện tƣợng điện thẩm (electrowetting) – sự di chuyển
giọt chất lỏng và quá trình phân tách giọt chất lỏng trên

24

các điện cực có đặc tính điện thẩm
1.11
1.12

Ứng dụng điện thẩm trong điều khiển, trộn và tách các

giọt lỏng trong các thiết bị phân tích y sinh
Các ứng dụng có đƣợc nhờ đặc tính điện thẩm của vật
liệu

25
26

1.13

Các phƣơng pháp chế tạo ống nano 1D không dùng
khuôn

28

1.14

Cơ chế quá trình anot hóa hình thành các ống nano TiO2

30

2.1

Điện cực làm việc

33

2.2

Mô hình điện phân

34

2.3

Hiện tƣợng nhiễu xạ xảy ra trên các mặt mạng

36

2.4

Sơ đồ khối kính hiển vi điện tử quét SEM

38

2.5

Hệ đo điện hóa

40

2.6

Sơ đồ máy đo góc tiếp xúc

41

2.7

Cách xác định θ với giọt nƣớc là một phần hình cầu

41

2.8

Xác định góc θ với trƣờng hợp giọt nƣớc hình cung

42

3.1

Ảnh mẫu điện cực trƣớc và sau điện phân

43

3.2

Quá trình điện phân hình thành ống nano TiO2

44

3.3

Biến thiên mật độ dòng theo thời gian trong quá trình
anot hóa Titan trong hệ điện dịch Glycerol + HF 1,5%.
Điện thế điện phân 40 V. Mật độ dòng đƣợc ghi liên tục

45

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

sau 1 giây điện phân.
3.4

Sơ đồ Pourbaix cho hệ thống Ti – H2O ở 250C (nồng độ
ion 10-6mol/l).

47

3.5

Đƣờng cong phân cực Anot điển hình.

48

3.6

3.7

Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu điện cực trƣớc và sau
anot
Ảnh SEM của mẫu TiNTs điện phân tại điện thế 40V,
trong dung dịch HF 1,5% ở các độ phóng đại khác nhau

50

52

: (a) độ phóng đại 3000 lần, (b) độ phóng đại 10000 lần
3.8

Ảnh SEM bề mặt mẫu đƣợc anot hóa tại:
(a) U = 100 V, HF = 0,5% ;(b) U = 20V, HF = 4%.

53

3.9

Ảnh SEM các mẫu ở điều kiện anot: U từ 20V đến 30,
40, 50V, nồng độ HF (% kgl) 1,5%. Scale bar: 200 nm

55

3.10

Đồ thị mối quan hệ giữa điện thế điện phân với đƣờng
kính ống TiNTs (mẫu TiNTs trong điều kiện điện phân
U tăng từ 20V, 30V đến 50V; dung dịch1,5 % HF)

56

3.11

Đồ thị mối quan hệ giữa nồng độ HF (% klg) với đƣờng
kính ống TiNTs

58

3.12

Mối quan hệ giữa điều kiện điện phân điện thế và nồng
độ HFlên đƣờng kính TiNTs

59

3.13

Đƣờng cong phân cực điện hóa của điện cực Ti trƣớc (a)
và sau anot hóa trong điện dịch HF - Glycerol tại điện
thế 40 V (b).

61

3.14

Mô hình đo góc thấm ƣớt bề mặt điện cực TiNTs

62

3.15

Sự ảnh hƣởng của điện thế lên tínhthấm ƣớt của bề mặt
điện cực TiNTs (mẫu anot hóa ở điện thế 40V, nồng độ
HF 2%).Điện thế áp vào điện cực lần lƣợt là 0; 1; 2; 3;

63

4; 5 V.
3.16

Đồ thị mối quan hệ giữa điện thế, đƣờng kính lên góc
thấm ƣớt trên bề mặt điện cực TiNTs.

65

3.17

So sánh đặc tính điện thẩm của vật liệu TiNTs đƣợc chế
tạo tại phòng thí nghiệm Bộ Môn Điện Hóa và ZnO

66

3.18

Cấu tạo điện cực có đặc tính điện thẩm : (a) Si-SiO2, (b)
TiNTs

67

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng
MỞ ĐẦU

Sự xuất hiện của vật liệu vô cơ có cấu trúc nano một chiều (one dimension) đã mang
tới nhiều cơ hội to lớn cho sự phát triển của nhiều kỹ thuật quan trọng bao gồm các hệ
cảm biến phân tử, hệ cơ điện nano (NEMS), các hệ thống thu và tích trữ năng lƣợng
mới, các kỹ thuật quang điện tử, kỹ thuật vi sinh, và vi chất lỏng. Trong số các cấu trúc
nano một chiều, các nghiên cứu về cấu trúc nano rỗng (hollow nanostructure) gần đây
đã mang tới nhiều phát hiện thú vị do diện tích bề mặt riêng của vật liệu lớn, tạo ra
nhiều ứng dụng mới trong vật liệu dẫn thuốc, tích trữ năng lƣợng, phát hiện tín hiệu
thần kinh, các kỹ thuật từ tính và cảm biến. Titan đioxit (TiO2) ống nano (TiNTs) là
một trong những đối tƣợng đƣợc quan tâm đặc biệt trong lĩnh vực này bởi các tính chất
lý hóa, quang điện tử khá đặc biệt và độ bền cao, tính thân thiện với môi trƣờng của
nó.
Hiện nay, titan đioxit có khá nhiều ứng dụng trong cuộc sống nhƣ trong các lĩnh
vực hóa mỹ phẩm, chất màu, sơn, chế tạo các loại thủy tinh, men và gốm chịu nhiệt. Ở
dạng hạt mịn có kích thƣớc nano, TiO2 có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực công
nghệ cao nhƣ chế tạo pin mặt trời, sensor, chế tạo vật liệu tự làm sạch, ứng dụng làm
chất quang xúc tác xử lý môi trƣờng, đặc biệt trong lĩnh vực làm xúc tác quang hóa
phân hủy các chất hữu cơ, hóa chất dệt, nhuộm. Tại Việt Nam, TiO2 có cấu trúc nano
chủ yếu mới bắt đầu đƣợc nghiên cứu và tổng hợp bằng phƣơng pháp sol-gel và ở
dạng bột (anatase hay rutine).
Vật liệu titan đioxit dạng ống nano (TiNTs) thƣờng đƣợc tổng hợp theo hai
phƣơng pháp hóa học và điện hóa. Phƣơng pháp tổng hợp hóa học các vật liệu dạng
ống xốp có thể chia thành hai hƣớng chính là không dùng khuôn mẫu (templates) bao
gồm các phƣơng pháp Ostwald, phƣơng pháp tự cuốn, hiệu ứng Kirkendall và phƣơng
pháp sử dụng khuôn mẫu. Phƣơng pháp tổng hợp điện hóa dựa vào quá trình anot hóa
của điện cực titan. Khi một điện thế đƣợc áp lên điện cực titan trong dung dịch thích
hợp, bề mặt điện cực sẽ đƣợc xuất hiện lớp màng oxit titan. Lớp màng này bị hòa tan
bởi dung dịch sẽ tạo nên các lỗ xốp có cấu trúc nano. Kích thƣớc, độ sắp xếp, độ đồng
đều, cấu trúc của ống nano phụ thuộc chặt chẽ và có thể điều khiển bởi các điều kiện
điện phân nhƣ thành phần, nồng độ dung dịch, nhiệt độ, điện thế áp vào điện cực...

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

1


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

Dựa trên tổng quan về yếu tố sản xuất, tính chất, cơ chế phản ứng và các ứng dụng
tƣơng ứng của TiNTs thực hiện bởi các phƣơng pháp trên, ta thấy phƣơng pháp anot
hóa có những ƣu điểm nhƣ chi phí thấp, dễ dàng tạo đƣợc TiNTs với quy trình thực
hiện đơn giản, an toàn, cấu trúc ống nano thu đƣợc có độ đồng nhất cao. Mặc dù,
những nghiên cứu về chế tạo TiNTs bằng phƣơng pháp điện phân đã đƣợc tiến hành ở
một số cơ sở nghiên cứu tại Việt Nam nhƣng mới dừng ở mức nghiên cứu cơ bản. Các
ứng dụng của TiNTs mới chủ yếu đƣợc nghiên cứu cho lĩnh vực xử lý môi trƣờng hay
nguồn điện mới (ắc quy ion liti).
Với mong muốn mở rộng đƣợc phạm vi ứng dụng, nhóm nghiên cứu có ý tƣởng
tiến hành chế tạo các điện cực titan đioxit ống nano ứng dụng trong một hƣớng kỹ
thuật mới, đó là ứng dụng cho công nghệ y sinh mà cụ thể ở đây là cho việc chế tạo
các bộ phận thay thế trong cơ thể ngƣời (xƣơng, răng, miếng ốp sọ) và các thiết bị
phân tích các chỉ số y sinh dựa trên kỹ thuật điện thẩm (electrowetting). Kỹ thuật điện
thẩm là sự biến đổi đặc tính thấm ƣớt bề mặt của vật liệu (ở đây là bề mặt kỵ nƣớc) khi
áp vào một điện trƣờng. Đây là kỹ thuật đƣợc ứng dụng rộng rãi trong việc tích hợp
với các kỹ thuật micro-nano cơ điện tử (MEMS, NEMS) để chế tạo các thiết bị siêu
nhỏ ứng dụng trong công nghệ sinh học, điện tử y sinh. Từ những lý do đó, chúng tôi
chọn đề tài nghiên cứu:
“Nghiên cứu chế tạo điện cực ống nano nền Titan dioxit ứng dụng trong kỹ thuật
điện thẩm”
Nội dung của đề tài đƣợc xác định là:

 Tổng hợp ống nano TiO2 bằng phƣơng pháp anot hóa trong hệ dung dịch axit
flohidric + glycerol và phân tích các đặc trƣng cấu trúc, hình thái bề mặt vật liệu.
 Khảo sát sự phụ thuộc của quá trình anot hóa chế tạo ống nano TiO2 vào điện thế áp
đặt vào điện cực và nồng độ axit flohidric.
 Khảo sát đặc tính ăn mòn của vật liệu trƣớc và sau anot hóa bằng phƣơng pháp quét
đƣờng cong phân cực điện hóa.
 Khảo sát đặc tính điện thẩm và khả năng ứng dụng của ống nano TiO2 vào các thiết
bị dựa trên kỹ thuật điện thẩm
HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

2


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1.

Vật liệu Nano

1.1.1.

Khái niệm

Vật liệu nano (nano materials) là một trong những lĩnh vực nghiên cứu thu hútsự
quan tâm của nhiều nhà khoa học trong thời gian gần đây. Điều đó đƣợc thể hiện bằng
việc gia tăng theo cấp số mũ các công trình khoa học, các bằng phát minh sáng chế,
các công ty có quá trình sản xuất và sản phẩm liên quan đến khoa học, công nghệ

nano. Các nghiên cứu và ứng dụng hƣớng đến việc có thể tạo ra đƣợc các thiết bị ngày
càng nhỏ hơn với công năng và tính hữu ích lớn hơn chính là sự hấp dẫn của khoa học
vật liệu nano.[7]
Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nano, chúng ta cần chú ý tới hai khái niệm có liên
quan là khoa học nano (nanoscience) và công nghệ nano (nanotechnology).[7]


Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu và ứng dụng các hiện

tƣợng,các hệ thống và các cấu trúc của vật liệu mà ở đó: ít nhất có một chiều Lc
(kích thƣớc tới hạn) của vật liệu có kích thƣớc vài nanomet và khi điều khiển
kích thƣớc này sẽ sinh ra các tính chất hoàn toàn khác biệt và nổi trội hơn so với
vật liệu thƣờng. Chính điều này làm cho khoa học nano khác với micro, hóa học
đại phân tử hay sinh học phân tử.


Công nghệ nano là việc thiết kế, phân tích đặc trƣng, chế tạo và ứng

dụng các cấu trúc, thiết bị, hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng và kích
thƣớc cấu trúc vật liệu trên quy mô nano mét.
Vật liệu nano là đối tƣợng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano,
nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Vật liệu nano có thể là các vật liệu kim loại,
gốm, polime hay vật liệu composit, kích thƣớc nano trải trên một khoảng khá rộng, từ
vài nm đến vài trăm nm.

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

3

Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

1.1.2. Các dạng vật liệu nano
1.1.2.1.


Phân loại

Về trạng thái của vật liệu, ngƣời ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và

khí. Vật liệu nano đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó
mới đến chất lỏng và khí.


Về hình thái cấu trúc vật liệu, ta có thể có nhiều dạng cấu trúc vật liệu nano

khác nhau (hình 1.1). Tuy nhiên, ngƣời ta có thể phân loại dựa vào số chiều có kích
thƣớc nano bao gồm: 1 chiều (1D), 2 chiều (2D), 3 chiều (3D).


Cấu trúc 1D: hình thái cấu trúc cơ bản của vật liệu nano 1D là dạng sợi

(nanofiber), dây (nanowire), ống (nanotube), và cột hay thanh (nanorod)...


Cấu trúc 2D: hình thái cấu trúc cơ bản của vật liệu nano 2D là dạng màng siêu

mỏng (nanofilm) hay tấm (nanoplate).

 Cấu trúc 3D: hình thái cấu trúc cơ bản của vật liệu nano 3D là dạng hạt
(nanoparticle), chùm, sơ sợi hay đa diện phức tạp.

Hình 1.1- Một số cấu trúc vật liệu nano [23]

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

4


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
1.1.2.2.

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

Cấu trúc nano 1D [32]

Đặc điểm cấu trúc vật liệu nano 1D: có thể có cấu trúc rỗng (ống nano), thành
phần đồng nhất, phát triển cấu trúc theo 1 chiều; các đặc điểm về cấu trúc có thể cho
các hiệu ứng sau: khả năng giam giữ điện tử, diện tích bề mặt riêng lớn. Các hiệu ứng
này biểu hiện rõ lên thuộc tính đặc biệt của vật liệu nano, sự đa dạng các ứng dụng
trong công nghệ nano, tạo nên sức hấp dẫn của các loại cấu trúc nano 1D đối với các
nhà khoa học, các nhà nghiên cứu phát triển vật liệu hiện nay.
Các dạng cấu trúc nano 1D đƣợc nghiên cứu và chế tạo chủ yếu là nano ống,
nano sợi, nano cột, nano thanh (hình 1.2, 1.3, 1.4).

Hình 1.2- Sợi nano Poly vinyl Alcohol

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

5


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

1.1.3. Phương pháp chế tạo vật liệu nano
Vật liệu nano đƣợc chế tạo bằng hai phƣơng pháp: phƣơng pháp từ trên xuống
(top-down) và phƣơng pháp từ dƣới lên (bottom-up). Phƣơng pháp từ trên xuống là
phƣơng pháp tạo hạt kích thƣớc nano từ các hạt có kích thƣớc lớn hơn; phƣơng pháp
từ dƣới lên là phƣơng pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử.


Phương pháp từ trên xuống
Nguyên lý: dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu có kích thƣớc lớn

về kích thƣớc nano. Đây là các phƣơng pháp đơn giản, rẻ tiền nhƣng rất hiệu quả, có
thể chế tạo đƣợc một lƣợng lớn vật liệu nhƣng tính đồng nhất của vật liệu không cao.
Trong phƣơng pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột đƣợc trộn lẫn với những viên bi đƣợc
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 (còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va
chạm vào nhau và phá vỡ bột đến kích thƣớc nano. Kết quả thu đƣợc là vật liệu nano 3
chiều (các hạt nano). Phƣơng pháp biến dạng có thể là đùn thủy lực, tuốt, cán, ép.
Nhiệt độ có thể đƣợc điều chỉnh tùy thuộc vào từng trƣờng hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ
lớn hơn nhiệt độ phòng thì đƣợc gọi là biến dạng nóng, còn nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ
phòng thì đƣợc gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu đƣợc là các vật liệu nano một chiều
(dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm). Ngoài ra, hiện nay ngƣời ta thƣờng
dùng các phƣơng pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano phức tạp.


Phương pháp từ dưới lên
Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Phƣơng pháp từ

dƣới lên đƣợc phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lƣợng của sản phẩm
cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay đƣợc chế tạo từ
phƣơng pháp này. Phƣơng pháp từ dƣới lên có thể là phƣơng pháp vật lý, hóa học hoặc
kết hợp cả hai phƣơng pháp hóa-lý.
Phƣơng pháp vật lý: là phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc
chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano đƣợc tạo ra từ phƣơng pháp vật lý:
bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang). Phƣơng pháp chuyển pha: vật liệu
HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

6


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

đƣợc nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu đƣợc trạng thái vô định hình,
xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình-tinh thể (phƣơng pháp nguội nhanh).
Phƣơng pháp vật lý thƣờng đƣợc dùng để tạo các hạt nano, màng nano.
Phƣơng pháp hóa học: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phƣơng
pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà ngƣời ta
phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể phân loại
các phƣơng pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng (phƣơng
pháp kết tủa, sol-gel...) và từ pha khí (nhiệt phân...). Phƣơng pháp này có thể tạo các
hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano...
Phƣơng pháp kết hợp: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano dựa trên các nguyên tắc

vật lý và hóa học nhƣ: điện phân, ngƣng tụ từ pha khí,... Phƣơng pháp này có thể tạo
các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano.

Hình 1.3- Ống nano Mangan dioxit

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

7


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

1.1.4. Tính chất và ứng dụng
1.1.4.1. Tính chất và ứng dụng của vật liệu nano nói chung
Hiện nay dựa trên các nghiên cứu về vật liệu nano ngƣời ta chỉ ra sự liên hệ giữa
tính chất và kích thƣớc của vật liệu tuân theo "định luật tỉ lệ" (scaling law). Những tính
chất căn bản của vật liệu, chẳng hạn nhƣ nhiệt độ nóng chảy của một kim loại, từ tính
của một chất rắn (chẳng hạn nhƣ tính sắt từ và hiện tƣợng từ trễ), và vùng cấm của
chất bán dẫn (semiconductor) phụ thuộc rất nhiều vào kích thƣớc của tinh thể thành
phần, miễn là chúng nằm trong giới hạn của kích thƣớc nanomet. Hầu hết bất cứ một
thuộc tính nào trong vật rắn đều kết hợp với một kích thƣớc đặc biệt, và dƣới kích
thƣớc này các tính chất của vật chất sẽ thay đổi.Bằng việc điều khiển cấu trúc của vật
liệu ở kích thƣớc nano, các tính chất của cấu trúc nano có thể đƣợc thay đổi theo yêu
cầu để đáp ứng cho sự đa dạng các ứng dụng [7,16].
Những đặc trƣng, tính chất chung phụ thuộc kích thƣớc bao gồm:
 Đặc trưng về vật lý
Khi kích thƣớc cấu trúc vật liệu giảm tới nano sẽ dẫn đến những thay đổi các tính
chất vật lý tới hạn của vật liệu bao gồm: khả năng vận chuyển điện tử, hiệu ứng lƣợng

tử hóa.
Sự thay đổi này làm cho vật liệu nano có các thuộc tính quang học, điện học,
nhiệt học rất đặc biệt: khả năng biến đổi năng lƣợng quang thành năng lƣợng điện,
tăng khả năng tích trữ năng lƣợng; các tính chất từ; thay đổi khả năng dẫn điện, dẫn
nhiệt (siêu dẫn điện, dẫn nhiệt).
 Tính chất khối của vật liệu
Các tính chất khối của vật liệu sẽ thay đổi hoàn toàn hoặc rất nhiều khi vi cấu
trúc của chúng nằm trong thang nanomet. Các tính chất này bao gồm: các tính chất cơ
học (tính đàn hồi, độ cứng,dẻo…); khả năng tích trữ vật chất (tích trữ điện tử, phân tử
…); hiệu ứng bề mặt (tính thấm ƣớt, tính thẩm thấu, hấp phụ…).
Những tiên đoán về tính chất cơ học của vật liệu nano đã đƣợc nghiên cứu:[4]
HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

8


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

 Tính đàn hồi: có modul đàn hồi Young, E thấp hơn đáng kể so với các vật liệu
có kích thƣớc hạt thông thƣờng, chỉ bằng khoảng 30-50%.
 Độ cứng và độ bền: có độ cứng và độ bền rất cao, độ cứng tăng khi giảm kích
thƣớc hạt nano.
 Tính dễ kéo sợi và tính dẻo: ở nhiệt độ thấp các vật liệu gốm thƣờng giòn,dễ
gãy vỡ, thế nhƣng ở kích thƣớc nano các vật liệu giòn thông thƣờng trở nên có tính
dẻo thậm chí siêu dẻo.
 Tính siêu biến dạng: có khả năng biến dạng kéo căng rất lớn (độ dãn dài có thể
lên đến từ 100% đến > 1000%).
 Hiệu ứng bề mặt: có thể điều chỉnh đƣợc góc thấm ƣớt, tăng khả năng hấp phụ,

thay đổi tính thẩm thấu ...
Mối quan hệ giữa tính chất và kích thƣớc cấu trúc vật liệu ở kích thƣớc nano giúp
tiên đoán, xác định, hình thành nên các tính chất đặc biệt của vật liệu, do đó mở đƣờng
cho sự sáng tạo ra những thế hệ vật chất với những tính chất mong muốn, không chỉ
bởi thay đổi thành phần hóa học của các cấu tử mà còn bởi sự điều khiển kích thƣớc,
hình dạng cấu trúc tinh thể bên trong vật liệu.
Các ứng dụng hiện tại và trong tƣơng lai mà vật liệu nano hƣớng tới đƣợc cho
theo bảng sau:[4]
Bảng 1.1 Các lĩnh vực và ứng dụng liên quan đến khoa học vật liệu nano
Lĩnh vực liên quan

Ứng dụng
Transitor một điện tử, lade chấm lƣợng
tử, các bộ vi xử lý tốc độ cao, các bộ

Công nghiệp điện tử, quang điện tử

hiển thị và các linh kiện cảm biến.
Xúc tác, chất màu, mực in…

Công nghiệp hóa học

Vật liệu tích trữ năng lƣợng, Pin năng

Công nghệ năng lƣợng

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

lƣợng mặt trời, hydro, Li…

9


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng
Thuốc chữa bệnh, mô nhân tạo, các

Công nghệ y sinh và nông nghiệp

phƣơng tiện chẩn đoán, điều trị và
quan sát quá trình sinh hóa quy mô tế
bào…
Vật liệu siêu bền, siêu nhẹ, chịu nhiệt,

Hàng không – Vũ trụ - Quân sự

chịu bức xạ, cảm biến khí, cảm biến
sinh học, pin năng lƣợng.

Công nghệ xử lý môi trƣờng

Vật liệu khử độc, vật liệu hấp phụ, vật
liệu lọc chất độc hại…

Dƣới đây là những ứng dụng cụ thể và tiêu biểu của vật liệu nano đã đƣợc đƣa
vào thực tiễn:[4]


Vật liệu kính nano kỵ nƣớc, tự làm sạch trong các ngành xây dựng, chế tạo ôtô

.. đƣợc phủ các hạt titan dioxit nano có khả năng chống bám dính nƣớc, chống mốc,
diệt khuẩn nhờ hiệu ứng quang điện hóa.


Màn hình phẳng, mỏng nhẹ, kích thƣớc lớn, có độ nét cao đƣợc chế tạo từ ống

nano cacbon.


Vật liệu nano-composit trên cơ sở kết hợp các dạng cấu trúc có nhiều tính năng

đặc biệt, đã và đang đƣợc nghiên cứu, sản xuất ngày càng rộng rãi trên thế giới.


Quần áo chứa các hạt, sợi nano chống hấp thụ nƣớc, không bị các vết bẩn,

không bị biến dạng, không bị nhàu…


Các sản phẩm bộ lọc, các vật dụng y tế đƣợc tẩm phủ vật liệu nano có khả năng

lọc khí độc hại, diệt vi trùng, bảo quản thực phẩm tốt hơn và giảm sự viêm nhiễm các
vết thƣơng.


Nguồn tích trữ năng lƣợng: nhiều phòng thí nghiệm đang nghiên cứu chế tạo bộ

nguồn cho điện thoại di động hoạt động 100 ngày liên tục giữa 2 lần nạp, nguồn năng
lƣợng sạch, thân thiện môi trƣờng cho ôtô nhờ ứng dụng các ống nano cacbon, các tấm

graphene nano trong điện cực.
HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

10


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật


GVHD: TS Đặng Trung Dũng

Hợp kim nano: vật liệu siêu dẻo chế tạo từ bột kim loại nano, hợp kim titan

nano siêu cứng, chịu mài mòn cao.


Các thiết bị ghi nhiệt và nhìn đêm sử dụng đầu thu hồng ngoại giếng lƣợng tử

và chấm lƣợng tử.
Nhƣ vậy có thể khẳng định đƣợc việc nghiên cứu các tính chất, đặc tính cấu trúc
vật liệu kích thƣớc nano sẽ tạo ra các xu hƣớng vật liệu có cơ tính đặc biệt, kích thƣớc
nhỏ nhƣng đem lại hiệu năng cao, tính tiện ích lớn, đa dạng tính năng. Nhờ đó, thúc
đẩy sự phát triển các ngành liên quan, cũng nhƣ giải quyết đƣợc các vấn đề cấp thiết
nhƣ: năng lƣợng, y tế, môi trƣờng…
1.1.4.2. Tính chất và ứng dụng của vật liệu nano 1D
Dựa trên các ƣu điểm về cấu trúc: khả năng giam giữ điện tử, diện tích bề mặt
riêng lớn, các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra đƣợc các thuộc tính và ứng dụng của vật
liệu cấu trúc nano 1D nhƣ sau:


Về cơ tính
Các cấu trúc nano 1D đơn tinh thể cho thấy độ bền cơ tính cao hơn so với cấu

trúc thƣờng cùng thành phần. Các kết quả nghiên cứu cho thấy nhiều cấu trúc nano 1D
cho độ bền, độ cứng, độ dai gần sát với các tính chất tới hạn của tinh thể. Các tính chất
cơ tính đặc biệt của một số vật liệu cấu trúc nano 1D làm cho các vật liệu lọai này trở
nên hữu dụng, đƣợc ứng dụng trong hầu hết các thiết bị điện tử kết hợp. Tuy nhiên,
các ứng dụng trong tƣơng lai chủ yếu dựa trên các phƣơng pháp chế tạo hƣớng tới sự
hoàn thiện cấu trúc và nghiên cứu sự liên kết giữa cấu trúc 1D với các dạng vật liệu
khác.


Tính chất nhiệt
Khả năng dẫn nhiệt của các dạng thù hình của cacbon nhƣ kim cƣơng, than chì

đƣợc biết đến là cực kỳ cao. Hiện nay, một dạng cấu trúc nano 1D của cacbon là ống
nano cacbon(CNTs) đƣợc tạo thành dựa trên các lớp than chì, trong đó sự dẫn nhiệt
của vật liệu loại này dọc theo hƣớng trục. Chính ƣu điểm này làm cho ống nano

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

11


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

cacbon có khả năng dẫn nhiệt cao nhất so với các vật liệu khác. Ống nano cacbon là
một ví dụ điển hình của vật liệu nano cấu trúc 1D về khả năng siêu dẫn nhiệt. Bên

cạnh đó, nhiều bằng chứng còn chỉ ra rằng nhiệt độ nóng chảy của vật liệu nano cấu
trúc 1D thấp hơn nhiều so với vật liệu ở dạng khối. Ở cấu trúc 1D dạng dây, các
nghiên cứu đã cho thấy sự tỉ lệ nghịch giữa nhiệt độ nóng chảy của vật liệu với đƣờng
kính sợi nano.

Hình 1.4- Các thanh nano ZnO [17]

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

12


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật


GVHD: TS Đặng Trung Dũng

Khả năng vận chuyển điện tử (tính dẫn điện)
Cho đến nay các nghiên cứu về sự vận chuyển điện tử của cấu trúc nano 1D trở

thành yếu tố có vai trò quan trọng bậc nhất trong các ứng dụng của vật liệu dây nano(
nanowire). Bản chất 1D của những cấu trúc nano làm cho chúng dễ dàng đƣợc coi là
kênh vận chuyển hoặc liên kết điện tử đặc biệt. Ƣu điểm này làm cho vật liệu cấu trúc
nano 1D có tính dẫn điện cao hơn nhiều so với các kim loại hay các vật liệu dẫn điện
thông thƣờng khác.


Quang học
Hầu hết các đặc tính quang học đặc biệt của cấu trúc nano 1D liên quan đến hiệu

ứng giam giữ lƣợng tử. Các trạng thái bị lƣợng tử hóa trong cấu trúc nano sẽ quyết
định tính chất vật lý và hóa học của vật liệu. Mặt khác, bản chất cấu trúc 1D gây ra sự
phát xạ ánh sáng phân cực cao theo hƣớng dọc trục, do đó có thể ứng dụng chế tạo các
photodetector kích thƣớc nano cảm biến phân cực, hay là kênh vận chuyển điện tử ứng
dụng cho các thiết bị quang điện.


Hóa học
Bề mặt riêng lớn của vật liệu có cấu trúc nano 1D có khả năng tạo ra các cảm

biến hóa học độ nhạy cao. Các cảm biến đƣợc chế tạo ứng dụng vật liệu này là các
cảm biến khí, cảm biến sinh học, cho độ chính xác cao, phản hồi nhanh, nhỏ gọn .


Tính chất từ
Việc giảm kích thƣớc vật liệu tới kích thƣớc nano có thể tăng cƣờng các tính chất

từ của hệ các chất có từ tính hoặc tạo ra từ trƣờng cho một số vật liệu không từ tính
(nhƣ Pd hay Pt). Ở cấu trúc nano dây 1D, thì từ tính tỉ lệ nghịch với đƣờng kính, điều
này tác động đến sự lƣu trữ dữ liệu và khả năng cảm biến từ của vật liệu. Nhƣ vậy điều
khiển kích thƣớc cấu trúc 1D giúp ta có thể điều khiển tính chất từ nhƣ mong muốn ở
vật liệu.

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

13


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật
1.2.

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

Vật liệu Titan dioxit nano

1.2.1. Đặc điểm về cấu trúc TiO2
TiO2 là một trong những hợp chất đƣợc nghiên cứu nhiều nhất trong khoa học vật
liệu.Do có một số đặc tính ƣu việt nhƣ: tính ổn định cấu trúc hóa học, khả năng tƣơng
thích sinh học, các đặc tính vật lý, quang học, điện học, nên TiO2 trở nên hấp dẫn hơn
so với những hợp chất khác trong khoa học nghiên cứu vật liệu hiện nay. Các ứng
dụng của nó chủ yếu liên quan đến các lĩnh vực sau:xúc tác quang hóa, tế bào quang
điện mặt trời, cấy ghép mô tế bào, thiết bị y sinh, môi trƣờng, cảm biến khí, pin nhiên
liệu.
Về đặc điểm cấu trúc, tinh thể titan đioxit có 3 dạng thù hình cơ bản là: Anatase,
Rutile và Brookite, ngoài ra còn 2 dạng chỉ tồn tại dƣới điều kiện áp suất cao đó là đơn
tà Baddeleyite và dạng trực thoi, thƣờng chỉ đƣợc tìm thấy gần các miệng núi lửa.
Trong các dạng thù hình này, Rutile là dạng thù hình phổ biến nhất và bền vững nhất,
cả hai dạng Anatase và Brookite đều chuyển sang dạng Rutile khi nung ở nhiệt độ cao.

 Dạng Rutile

Hinh 1.5- Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng Rutile

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

14


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

 Dạng Anatase

Hình 1.6-Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng Anatase

 Dạng Brookite

Hình 1.7- Cấu trúc tinh thể TiO2 dạng Brookite

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

15


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

Cấu trúc của dạng tinh thể Anatase và Rutile thuộc hệ tetragonal (tinh thể bốn
phƣơng). Cả 2 dạng tinh thể trên đều đƣợc tạo nên từ các đa diện phối trí TiO68- cấu
trúc theo kiểu bát diện, các đa điện phối trí này sắp xếp khác nhau trong không gian
tạo nên cấu trúc Anatase hoặc Rutile.

Hình 1.8- Hình khối bát diện của TiO2

Tuy nhiên trong tinh thể dạng Anatase, các đa diện phối trí 8 mặt bị biến dạng
mạnh hơn so với Rutile (Hình 1.5 và 1.6), khoảng cách Ti-Ti ngắn hơn và khoảng cách
Ti-O dài hơn. Điều này ảnh hƣởng đến cấu trúc điện tử của 2 dạng tinh thể, kéo theo
sự khác nhau về các tính chất vật lý và hóa học.

1.2.2. Các tính chất và ứng dụng vật liệu nano TiO2
1.2.2.1. Các tính chất


Tính bền nhiệt [1]
Rutile là pha bền ở nhiệt độ cao, còn Anatase và Brookite thƣờng có kích thƣớc

nano và ít bền nhiệt hơn. Kèm theo quá trình gia nhiệt là sự tăng trƣởng và chuyển
HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

16


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

pha: từ Anatase đến Brookite rồi đến Rutile. Các bƣớc chuyển pha trong hỗn hợp các
pha của TiO2 có thể là: từ Anatase sang Brookite sang Rutile, từ Anatase sang thẳng
Rutile hoặc từ Brookite sang Rutile.Kết quả của sự chuyển pha là sự cân bằng về năng
lƣợng.
Trong những nghiên cứu gầnđây, Zhang và Banfielf tìm ra dãy quá trình chuyển
và độ bền nhiệt động pha phụ thuộc vào kích thƣớc hạt đầu tiên của Anatase và
Brookite.Trong nghiên cứu của họ về quá trình chuyển pha, các tinh thể nano kết tụ
suốt quá trình phát triển (phản ứng đẳng nhiệt và đẳng thời) và kết quả cho thấy pha
Anatase bền nhiệt động ở kích thƣớc dƣới 11 nm, Brookite ở 11-35nm và Rutile bền ở
kích thƣớc trên 35nm.[1]


Tính chất điện và tính chất quang [1]
Cấu trúc điện tử của TiO2 đƣợc nghiên cứu bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau.

Và một đặc điểm, nổi bật nhất đƣợc tìm thấy đối với các hạt có kích thƣớc nano là
năng lƣợng vùng cấm tăng lên và các vùng năng lƣợng tách biệt nhau hơn khi giảm
kích thƣớc hạt.
Các chất bán dẫn là chất có năng lƣợng vùng cấm (hố năng lƣợng ngăn cách
vùng hoá trị và vùng dẫn) thấp hơn 3,5 eV. Do dải năng lƣợng vùng cấm của TiO2 khá
lớn (3,25 eV với pha Anatase và 3,05 eV đối với Rutile), dƣới điều kiện ánh sáng UV
có khả năng kích thích điện tử, vì vậy vật liệu nano TiO2 đƣợc nghiên cứu trong ứng
dụng xúc tác quang hay chất bán dẫn trong công nghiệp điện tử.
1.2.2.2. Ứng dụng [5,16,33]
Các ứng dụng phổ biến của nano TiO2 hiện nay nhƣ ứng dụng cảm biến khí,
chất bán dẫn, sợi cotton tự làm sạch, pin mặt trời, lớp phủ chống ăn mòn… Trong đó
hai ứng dụng nổi bật hiện nay của các nghiên cứu mới về vật liệu nano TiO2 là ứng
dụng trong công nghệ y sinh học và môi trƣờng.


Các ứng dụng trong y sinh học:
Khi những vật liệu sinh học đƣợc đƣa vào cơ thể ngƣời, sự tƣơng thích sinh học

giữa cơ thể và vật liệu cấy ghép là rất quan trọng. Trên chỗ tiếp xúc, bề mặt cấy ghép
HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

17


Luận văn Thạc sĩ kỹ thuật

GVHD: TS Đặng Trung Dũng

có thể đƣợc phủ một lớp protein làm trung gian. Điều này làm cho bề mặt cấy ghép có
sự tƣơng thích sinh học tốt hơn. Do Titan và hợp kim của nó có các đặc tính tốt về cơ
học, khả năng chống ăn mòn cao, tƣơng thích sinh học tốt, nên chúng đƣợc sử dụng
phổ biến trong cấy ghép xƣơng, cấy ghép nha khoa.Titan kim loại ở ngoài không khí
tự tạo nên lớp màng bảo vệ TiO2, khi miếng cấy ghép Ti đƣợc đƣa vào cơ thể ngƣời thì
xung quanh lớp mô sẽ tiếp xúc trực tiếp với lớp TiO2 trên bề mặt cấy ghép. Các đặc
tính bề mặt của lớp TiO2 này quyết định sự tƣơng thích sinh học của miếng Ti cấy
ghép. Vì vậy việc sử dụng các quá trình biến tính bề mặt thích hợp để tăng sự tƣơng
thích sinh học của vật liệu cấy ghép Titan cho những ứng dụng điều trị lâu dài là rất
quan trọng. Ngoài ra, hạt nano TiO2 hiện đang đƣợc sử dụng trong thuốc chống ung
thƣ.


Ứng dụng trong việc giảm ô nhiễm môi trường
Trong việc chống vi khuẩn, TiO2 có thể diệt đƣợc cả vi khuẩn Grama (-) và

Grama (+). Ngoài ra theo báo cáo mới đây, TiO2 còn có khả năng diệt một số chủng
virut nhƣ virut viêm tủy xám 1, virut viêm gan B. Hàm lƣợng TiO2đƣợc sử dụng thông
thƣờng từ 100-1000 ppm, điều này còn phụ thuộc vào kích thƣớc hạt và cƣờng độ
cũng nhƣ bƣớc sóng của ánh sáng sử dụng. Hoạt tính chống vi khuẩn của TiO2 liên
quan đến sự oxi hóa và khử dƣới điều kiện chiếu tia UV-A là loại tia có bƣớc sóng từ
400-315 nm, có khả năng tác dụng vào tế bào mạnh hơn tia UV-B.
Vật liệu TiO2 phù hợp cho các ứng dụng xử lý nƣớc bởi nó ổn định, không độc
hại trong nƣớc, tuy giá thành còn là một yếu tố cần tính tới. Việc tận dụng sự bức xạ
UV từ ánh sáng mặt trời lên quá trình xử lý nƣớc bằng TiO2 còn chƣa có hiệu suất cao,
vì vậy các nghiên cứu gần đây có xu hƣớngpha tạpthêm một số kim loại nhằm tăng sự
hấp thụ ánh sáng nhìn thấy cũng nhƣ tăng hoạt tính quang xúc tác của TiO2.
Bên cạnh đó, kết hợp với một số phƣơng pháp khác, nano TiO2 xúc tác quang
còn giúp xử lý nƣớc có chứa hàm lƣợng Cd cao, giúp loại bỏ 4-chlorophenol (chất độc

hại), giúp xác định đƣợc chỉ số COD trong nƣớc, loại bỏ CO trong không khí.

HVTH: Dƣơng Mạnh Hải

18