Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ điện áp đến hình thái học của màng xơ nano

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tác giả xin chân thành bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo TS. Đào Anh Tuấn đã dành nhiều thời gian tâm huyết, tận tình và chu đáo hướng
dẫn tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể thầy cô giáo trong Viện Dệt May - Da Giầy
và Thời Trang - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giảng dạy và truyền
đạt cho chúng tôi rất nhiều kiến thức bổ ích về chuyên ngành Công nghệ Vật liệu
Dệt - May.
Xin được cảm ơn quý thầy cô của Trung tâm đào tạo Sau đại học - Trường Đại
học Bách Khoa Hà Nội, cảm ơn BGH trường Cao Đẳng Công Nghiệp Hưng Yên đã
tạo điều kiện và môi trường thuận lợi cho chúng tôi học tập trong suốt hai năm học
qua.
Cuối cùng tôi chân thành xin được gửi tới Lãnh đạo nhà trường cùng Khoa
Công Nghệ May, trường cao đẳng nghề Vĩnh Phúc các bạn bè đồng nghiệp trong
khoa tại Trường đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành
luận văn của mình.
Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2016
Học viên

Vũ Thị Ngọc Thủy

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

1

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin cam đoan luận văn đã được thực hiện bởi chính tác giả dưới sự
hướng dẫn của thầy giáo - TS. Đào Anh Tuấn
Tác giả xin cam đoan toàn bộ kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận
văn là do tôi nghiên cứu, do tôi tự trình bày, không sao chép từ các luận văn khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về những nội dung, hình ảnh cũng như kết quả
nghiên cứu trong luận văn.
Tác giả cam đoan hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung của luận văn nếu
phát hiện luận văn đã được sao chép từ kết quả nghiên cứu khác.
Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2016
Học viên

Vũ Thị Ngọc Thủy

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

2

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................................1
LỜI CAM ĐOAN..................................................................................................................................2
MỤC LỤC...........................................................................................................................................3
DANH MỤC BẢNG BIỂU.....................................................................................................................9
DANH MỤC HÌNH VẼ........................................................................................................................10
LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................................12
CHƯƠNG 1:.....................................................................................................................................14
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN..............................................................................................................14
1.1. Các kiến thức chung: ............................................................................................................14
1.1.1. Công nghệ nano là gì? ...................................................................................................14
1.1.2. Phân loại vật liệu nano ..................................................................................................16
1.1.3.Chế tạo vật liệu nano .....................................................................................................16
1.1.4.Ứng dụng của Công nghệ Nano .....................................................................................17
1.2. Xơ dệt nano .........................................................................................................................22
1.2.1.Giới thiệu về xơ dệt:.......................................................................................................22
1.2.2. Nguyên lý chế tạo xơ nano :..........................................................................................23
1.2.2.1 Nguyên lý đa tụ:...........................................................................................................23
1.2.2.2. Nguyên lý kéo giãn......................................................................................................24
1.2.2.3. Nguyên lý phân chia pha.............................................................................................25
1.2.2.4. Nguyên lý kéo sợi tĩnh điện:.......................................................................................27
1.3 Tạo màng xơ nano bằng công nghệ kéo sợi tĩnh điện (Eletrospinning).................................30
1.3.1. Thiết bị tạo ra màng xơ nano dùng kim: .....................................................................30
1.3.2. Thiết bị tạo ra xơ nano dùng trục (tạo màng xơ từ bề mặt dung dịch polyme):............32

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

3

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

1.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo màng xơ nano bằng công nghệ kéo sợi tĩnh điện:
[2]................................................................................................................................................34
1.4.1 Thông số dung dịch polyme:...........................................................................................34
1.4.1.1. Khối lượng phân tử và độ nhớt của dung dịch: ..........................................................34
1.4.1.2. Sức căng bề mặt: .......................................................................................................36
1.4.1.3.Tính dẫn điện của dung dịch: ......................................................................................37
1.4.1.4. Ảnh hưởng tính điện môi của dung môi:....................................................................38
1.4.2. Thông số công nghệ trong quá trình kéo sợi:.................................................................39
1.4.2.1. Điện thế kéo sợi.........................................................................................................39
.................................................................................................................................................41
Điện thế 6 kV...........................................................................................................................41
Điện thế 12 kV.........................................................................................................................41
1.4.2.2.Vận tốc dòng polyme...................................................................................................41
1.4.2.3. Nhiệt độ dung dịch ....................................................................................................42
1.4.2.4. Ảnh hưởng của cực nhận: ..........................................................................................42
1.4.2.5. Đường kính vòi phun xơ.............................................................................................43
1.4.2.6. Khoảng cách giữa cực phát và cực nhận.....................................................................43
1.4.2.7. Độ ẩm môi trường......................................................................................................44
1.5. Các công trình nghiên cứu ảnh hưởng của điện áp đến hình thái học của màng xơ:...........44
1.6 Kết luận chương 1..................................................................................................................45
CHƯƠNG 2......................................................................................................................................46

ĐỐI TƯỢNG – NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU..............................................................46
2.1. Đối tượng nghiên cứu:..........................................................................................................46
2.1.1 Nguyên liệu:....................................................................................................................46
2.2. Nội dung nghiên cứu:...........................................................................................................50
Nghiên cứu ảnh hưởng của điện áp đến đường kính xơ, kích thước hạt beads, số hạt beads,
hình dạng của hạt beads..............................................................................................................51

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

4

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

Để thực hiện điều này, tác giả luận văn thực hiện pha Mowiol 8-88 dạng hạt rắn thành dạng
dung dịch với các nồng độ là 10%, và 15% tại phòng thí nghiệm C5-115. Sau đó mang các dung
dịch này đi kéo sợi tĩnh điện, tạo màng xơ nano ở các điện áp 10kV, 15kV, 18kV, 23kV, 27kV
trên thiết bị NEU1 của Viện ITIMS- Đại học Bách Khoa Hà Nội. Các màng xơ thu được sẽ được
phóng đại 5000 lần và 10000 lần bằng thiết bị chụp ảnh SEM JEOL-JMS- 7600F tại Viện AIST-Đại
học Bách Khoa Hà Nội. Kích thước đường kính xơ, kích thước diện tích các hạt beads được xác
định thông qua phần mềm KLONK Images Measurement và ScreenPerfectRuler......................51
Quá trình tiến hành thực hiện như sau:......................................................................................51
2.2.1. Chuẩn bị dung dịch:.......................................................................................................51
Quá trình pha dung dịch ở các nồng độ khác nhau được tiến hành tại phòng thí nghiệm C5115 với các thiết bị như:..........................................................................................................51
.................................................................................................................................................51

.................................................................................................................................................51
2.2.2. Tạo màng xơ nano:........................................................................................................52
2.2.3. Chụp ảnh SEM các mẫu màng xơ nano:.........................................................................55
Quá trình chụp ảnh SEM được thực hiện tại Viện AIST – Đại học Bách Khoa Hà Nội, và được
thực hiện bởi kỹ thuật viên của Viện. Tác giả luận văn chỉ đứng quan sát và hỗ trợ quá trình
chuẩn bị mẫu...........................................................................................................................55
Chuẩn bị mẫu:..........................................................................................................................56
Mỗi mẫu đo được cắt với kích thước 10 mm x 10 mm, sau đó gắn lên đĩa bản cực chứa mẫu
của thiết bị. Đánh số mã hóa để biết đó là mẫu gì...................................................................56
.................................................................................................................................................56
Sau đó đĩa bản cực được kỹ thuật viên đưa vào máy chụp ảnh SEM:.....................................56
.................................................................................................................................................56
Kỹ thuật viên thực hiện hiệu chỉnh và chụp ảnh SEM cho các mẫu. Mỗi mẫu chụp ở 2 độ
phóng đại 5000 lần và 10000 lần, tại 3 vị trí khác nhau của mẫu............................................57
.................................................................................................................................................57
.................................................................................................................................................57
2.2.4. Đo đường kính xơ và kích thước Beads:........................................................................57
2.3 Phương pháp nghiên cứu:.....................................................................................................58

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

5

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

2.3.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:...............................................................................58
2.3.2 Phương pháp thực nghiệm:............................................................................................58
2.3.3 Phương pháp phân tích hình ảnh số liệu:.......................................................................58
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN...............................................................................................59
3.1. Kết quả tạo màng xơ với dung dịch 10%...............................................................................59
Sau khi thu được các màng xơ nano được tạo ra từ dung dịch 10% ở các điện áp khác nhau
(10kV, 15kV,18kV,23kV,27kV), tác giả tiến hành chụp ảnh SEM cho các mẫu với độ phóng đại
10000 lần và 5000 lần..................................................................................................................59
3.1.1. Kết quả ảnh SEM:...........................................................................................................59
Kết quả ảnh SEM với độ phóng đại 10000 lần thu được như các hình phía dưới:.......................59
.....................................................................................................................................................59
.....................................................................................................................................................59
a.Ảnh SEM 10-10kv......................................................................................................................59
b.Ảnh SEM 10-15kv.....................................................................................................................59
.....................................................................................................................................................60
.....................................................................................................................................................60
c.Ảnh SEM 10-18kv......................................................................................................................60
d.Ảnh SEM 10-23kv.....................................................................................................................60
.....................................................................................................................................................60
Ảnh SEM 10-27kv.........................................................................................................................60
a.Ảnh SEM 10-10kV.....................................................................................................................62
b.Ảnh SEM 10-15kV.....................................................................................................................62
c.Ảnh SEM 10-18kV.....................................................................................................................63
d.Ảnh SEM 10-23kV.....................................................................................................................63
Ảnh SEM 10-27kV........................................................................................................................63
3.1.2 Kết quả đo kích thước hạt beads....................................................................................64

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

6

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

Sau khi chụp ảnh SEM, tác giả thực hiện đo diện tích trung bình của các hạt beads có trên ảnh
trong mẫu bằng phần mềm KLONK measurement......................................................................64
STT...............................................................................................................................................66
TÊN MẪU.....................................................................................................................................66
GIÁ TRỊ (nm2)..............................................................................................................................66
1...................................................................................................................................................66
10-10kV.......................................................................................................................................66
0...................................................................................................................................................66
2...................................................................................................................................................66
10-15kV.......................................................................................................................................66
982355.........................................................................................................................................66
3...................................................................................................................................................66
10-18kV.......................................................................................................................................66
1187977.......................................................................................................................................66
3.1.3 Kết quả đo đường kính xơ..............................................................................................66
Sau khi chụp ảnh SEM, tác giả thực hiện đo đường kính trung bình của các các xơ trong màng
xơ nano có trên ảnh trong mẫu bằng phần mềm PerfectScreenRuler.........................................67
STT...............................................................................................................................................67
TÊN MẪU.....................................................................................................................................67
ĐƯỜNG KÍNH XƠ (nm)................................................................................................................67

1...................................................................................................................................................67
10-10kV.......................................................................................................................................67
114.593........................................................................................................................................67
2...................................................................................................................................................67
10-15kV.......................................................................................................................................67
3...................................................................................................................................................67
10-18kV.......................................................................................................................................67

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

7

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

3.2. Kết quả tạo màng xơ với dung dịch 15%...............................................................................71
Sau khi thu được các màng xơ nano được tạo ra từ dung dịch 15% ở các điện áp khác nhau
( 10kV, 18kV), tác giả tiến hành chụp ảnh SEM cho các mẫu với độ phóng đại 10000 lần..........71
KẾT LUẬN CHUNG............................................................................................................................72
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................................................73

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

8

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Các loại Polime sử dụng và dung môi hòa tan [2] ...........................................................29
Bảng 1.2: Hệ số dẫn điện ................................................................................................................38
Bảng 1.3: Hằng số điện môi của một số dung môi...........................................................................39
Bảng 2.1: Một số tính chất của Mowiol 8-88...................................................................................47
Bảng 2.2: Chú giải ký hiệu mẫu........................................................................................................55
Bảng 3.1: Giá trị trung bình diện tích hạt beads các mẫu:...............................................................66
Bảng 3.2: Giá trị trung bình đường kính xơ các mẫu:......................................................................67

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

9

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Những chú robot nano.....................................................................................................18
Hình 1.2. Bít tất than tre nano bạc..................................................................................................19
Hình 1.3. Dung dịch – gel nano bạc.................................................................................................20
Hình 1.4. Chế phẩm sát khuẩn, sát trùng chuồng trại......................................................................21
Hình 1.5. Mỹ phẩm chống lão hóa da..............................................................................................22
Hình 1.6 . Nguyên lý đa tụ...............................................................................................................24
Hình 1. 7.Nguyên lý kéo giãn...........................................................................................................25
Hình 1.8. Nguyên lý phân chia pha..................................................................................................26
Hình 1.9. Nguyên lý kéo sợi tĩnh điện..............................................................................................28
Hình 1.10: Thiết bị tạo ra màng xơ nano dùng kim..........................................................................30
Hình 1.11. Thiết bị tạo ra màng xơ nano dùng trục.........................................................................32
Hình 1.12. Thiết bị tạo màng xơ nano dùng trục.............................................................................33
Hình 1.13 : Xơ nano polycaprolactan...............................................................................................36
Hình 1.14. Các hạt polyme trên bề mặt xơ nano polycaprolactan...................................................41
Hình 1.15. Kích thước hạt xơ polycaprolactan.................................................................................42
Hình 1.16. Ảnh hưởng của khoảng cách cực....................................................................................44
Hình 2.1: Độ nhớt của các loại PVA theo nồng độ...........................................................................48
Hình 2.2: Sức căng bề mặt phụ thuộc vào nồng độ.........................................................................48
Hình 2.3: Thiết bị kéo sợi tĩnh điện NEU 1.......................................................................................49
Hình 2.4: Hình vẽ mô tả nguyên lý thiết bị......................................................................................50
Hình 2.5: Cân điện tử.......................................................................................................................51
độ chính xác 10-3g..........................................................................................................................51
Hình 2.6: Máy khuấy từ ..................................................................................................................51
và các dụng cụ.................................................................................................................................51

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

10

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

Hình 2.7: Các dung dịch PVA với nồng độ khác nhau......................................................................52
Hình 2.8: Thực hiện cuốn giấy bạc lên trục kim loại của thiết bị......................................................53
Hình 2.9: Lấy dung dịch PVA vào xy lanh.........................................................................................53
Hình 2.10: Gắn xy lanh lên máy ép..................................................................................................53
Hình 2.11: Kim phun và trục thu được đặt đúng vị trí.....................................................................54
Hình 2.12: Sấy mẫu màng xơ nano vừa tạo thành...........................................................................55
Hình 2.13: Mẫu được gắn lên đĩa bản cực.......................................................................................56
Hình 2.14: Máy chụp ảnh SEM JEOL-JMS- 7600F.............................................................................56
Hình 2.15: Chụp ảnh SEM cho các mẫu...........................................................................................57
Hình 2.16: Sử dụng phần mềm KLONK để đo kích thước hạt beads................................................57
Hình 2.17: Sử dụng phần mềm đo đường kính xơ...........................................................................58
Hình 3.1: Ảnh SEM các mẫu với độ phóng đại 10000 lần................................................................60
Hình 3.2: Ảnh SEM các mẫu với độ phóng đại 5000 lần..................................................................63
Hình 3.3: Đo kích thước các hạt beads trên các mẫu.......................................................................65
Hình 3.4: Biểu đồ so sánh diện tích hạt beads các mẫu...................................................................66
Hình 3.5: Đo đường kính xơ trên phần mềm Perfect Screen Ruler.................................................67
Hình 3.6: Biểu đồ so sánh đường kính xơ các mẫu..........................................................................68
Hình 3.7: Biểu đồ quan hệ giữa cường độ điện áp và đường kính xơ..............................................68
Hình 3.8: Phương trình tuyến tính thể hiện quan hệ giữa cường độ điện áp và đường kính xơ.....69
Hình 3.9: Phương trình phi tuyến bậc hai thể hiện quan hệ giữa ...................................................70
cường độ điện áp và đường kính xơ................................................................................................70
Hình 3.10: Ảnh SEM các mẫu dung dịch polymer có nồng độ 15%..................................................71

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

11

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

LỜI MỞ ĐẦU
Ngay từ thời kỳ bình minh của xã hội loài người, con người đã biết sử dụng
xơ sợi thiên nhiên tạo ra các sản phẩm vải phục vụ cho nhu cầu cuộc sống hằng
ngày.
Trước công nguyên khoảng 5000năm về trước, người tiền sử Mehico và Ấn
Độ đã biết sử dụng xơ bông làm nguyên liệu để xe sợi và dệt vải tạo ra các sản
phẩm quần áo phục vụ nhu cầu sinh hoạt. Cách đây khoảng 3000 năm trước Công
Nguyên người Trung Quốc cổ đại đã biết sử dụng tơ tằm dể dệt vải, sau công
nguyên các loại vải lụa tơ tằm Trung Quốc đã được trao đổi thương mại trên thế
giới . Cùng với sự phát triển của xã hội loài người, khi nhu cầu sử dụng tăng cao
con người đã khai thác nhiều loại xơ thiên nhiên khác như xơ đay, xơ gai, xơ lanh…
Trong Thế kỷ XX loài người đã chứng kiến sự ra đời và phát triển mạnh mẽ
của nhiều ngành công nghiệp mới như công nghiệp sản xuất ô tô, máy bay, tàu
ngầm, tàu vũ trụ, vệ tinh… Do yêu cầu không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm
và giảm chi phí chế tạo, hơn nữa với những thành tựu to lớn trong lĩnh vực polime,
các nhà khoa học đã sử dụng vật liệu polime compozit gia cường bằng xơ sợi tính
năng cao thay thế cho vật liệu truyền thống như sắt thép để chế tạo các chi tiết máy
và các kết cấu máy có trọng lượng nhỏ hơn và đạt được độ bền cao hơn. Các loại xơ

gia cường vật liệu polime compozit tính năng cao thường là xơ dệt tính năng cao
tức là xơ có độ bền, modul và độ cứng cao, tỷ số độ bền/ khối lượng rất cao khả
năng chịu nhiệt độ cao chịu được môi trường hóa chất đặc biệt. Các xơ dệt tính
năng cao hiện nay được sử dụng rộng rãi như xơ cacbon, xơ aramit, xơ polyetylen
phân tử cao, xơ thủy tinh, xơ teramic, xơ bazan, và đặc biệt là công nghệ sản xuất
xơ nano đang được đầu tư nghiên cứu ứng dụng dân dụng và công nghiệp.
Trước tình hình đó, với mục đích tạo ra vật liệu mới nhằm sử dụng vật liệu để
tạo ra các xơ có tính năng cao, tập trung hướng tới việc chế tạo ra vật liệu tốt ,
chúng tôi đã nghiên cứu chọn đề tài : “ Nghiên cứu ảnh hưởng của cường độ điện
áp đến hình thái học của màng xơ nano” Nhằm làm rõ ảnh hưởng của cường độ

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

12

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

điện áp đến hình thái học của màng xơ nanô, loại vật liệu mới có tính khoa học và
thực tiễn.
Tại Việt Nam các nghiên cứu trong lĩnh vực xơ nano chưa được tập trung
nhiều nên vấn đề nghiên cứu chế tạo các vật liệu mới từ xơ nano hầu như chưa được
triển khai nghiên cứu.

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

13

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

CHƯƠNG 1:
NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. Các kiến thức chung:
1.1.1. Công nghệ nano là gì?
- Vật liệu nano có thể được định nghĩa một cách khái quát là loại vật liệu mà
trong cấu trúc của các thành phần cấu tạo nên nó ít nhất phải có một chiều ở kích
thước nanomet.
- Công nghệ nano (CNNN : nanotechnology) có thể được coi như khoa học
về các vật liệu có kích thước nhỏ bé bởi vì : CNNN nghiên cứu và ứng dụng những
vật liệu có kích thước không lớn hơn 100 nanô mét (nm): 1 nm = 1 phần triệu
milimét (một mili mét = 1 phần ngàn của mét). Hãy tưởng tượng đường kính của
một sợi tóc khoảng 80 ngàn nm.
- 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 nano mét
- Công nghệ nano là công nghệ liên quan đến các quá trình hóa học, lý học,
sinh học diễn ra ở kích thước là 1/100 triệu mét. do vậy 1nm = 10-9 m.
Viện nghiên cứu nano National Nanotechnology của Mỹ đã công bố và đưa ra
những ý nghĩa quan trọng của công nghệ nano và đầu tư hơn một tỷ đô vào lĩnh vực

này. Công nghệ nano đang có sức hấp dẫn lớn nó có khả năng ứng dụng cho nhiều
lĩnh vực như: khoa học kỹ thuật và đời sống hàng ngày. Nhưng công nghệ nano là
gì thì có rất nhiều định nghĩa và thuật ngữ. Nhưng theo đingj nghĩa của ông ElNaschie’s thì công nghệ nano là công nghệ liên quan đến các quá trình lý – hóa –
sinh học diễn ra ở phạm vi kích thước 1/100 triệu mét, hay 1nm (bằng 10 -9m). Theo
ông El Naschie công nghệ nano là công nghệ liên quan đến thiết bị, máy móc, hệ
thống nhỏ và có tính chất mới. Bao gồm các thiết bị điện tử vô cùng nhỏ và các
mạch điện được xác định từ nguyên tử phân tử riêng biệt. Từ các hệ thống siêu nhỏ

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

14

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

vệ tinh nano… Nói chung nó liên quan đến phạm vi kích thước của nguyên tử, phân
tử, đại phân tử.
Xơ nano được định nghĩa là dạng xơ được kéo giãn và có đường kính trong phạm
vi nano. Khi một vật liệu nào đó được chia nhỏ đến kích thước nano thì diện tích bề
mặt của vật liệu đó tăng lên rất nhiều lần. Điều đó dẫn đến tăng diện tích tiếp xúc
với môi trường hoặc với vật liệu khác, làm tăng quá trình trao đổi chất, tăng quá
trình phản ứng (nếu có) và làm thay đổi một số tính chất của vật liệu. Để minh
chứng điều này, một hiện tượng rõ ràng khác nhau khi nói về tỷ lệ diện tích bề mặt
của xơ dệt thường và xơ dệt nano:
VD: Nếu xơ có bán kính 1mm và chiều dài xơ là 10mm thì kích thước bề mặt như

sau:
S = 2πrL = 2π x 10-3 x 10-2 = 2π x 10-5 m2
Ta chia xơ đó ra thành các xơ nano có bán kính 10nm thì số xơ nano là:
n = r2 / r0 = 10-6 / 10-6 = 1010
Khi đó tổng diện tích bề mặt của xơ nano:
S0 = 2 πn r0L = 2π x 1010 x 10-8 = 2π m2
Do vậy kích thước bề mặt của các xơ nano là 10mm so với kích thước bán kính
1mm là:
S0/ S = 105
Rõ ràng, diện tích bề mặt của xơ đã được tăng lên 100.000 lần, nếu tách xơ đó thành
các xơ có đường kính 10nm.
Theo các tính năng khoa học công nghệ nano là công nghệ ứng dụng
trong miền xám giữa cơ học cổ điển và cơ học điện tử. Cơ học cổ điển là cơ học về
chuyển động của tất cả các vật mà ta nhìn thấy bằng mắt thường, được miêu tả qua
định luật Newton. Ở mặt ngược lại cơ học lượng tử có sự chuyển động của các
electron, proton…và các dạng như vậy. Ta không biết gì ngoại trừ việc ta có thể
cảm nhận các electron, proton…. ở đây hoặc ở kia. Nếu chúng ta biết được vận tốc
của nó thì chúng ta cũng không biết mối quan hệ đó. Hoặc chúng ta có thể biết được

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

15

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

mối quan hệ đó mà không biết được vận tốc của nó. Gọi là nguyên lý không ổn định
của Heisenberg.[1,2]
1.1.2. Phân loại vật liệu nano
Đối tượng của Công nghệ Nano là vật liệu nano. Vật liệu nano là vật liệu
trong đó ít nhất một chiều có kích thước nanomet, chia thành 3 trạng thái là rắn,
lỏng và khí. Hiện nay, chúng ta đang chủ yếu tập trung nghiên cứu vật liệu nano ở
trạng thái rắn, sau đó mới đến các chất lỏng và khí.
Hình dáng vật liệu Nano được phân ra thành 3 loại chính gồm: Vật liệu nano
không chiều – cả 3 chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do điện tử (ví
dụ: hạt nano, đám nano); Vật liệu nano một chiều – hai chiều có kích thước nano,
một chiều tự do điện tử (hai chiều cầm tù, ví dụ: ống nano, dây nano); Vật liệu hai
chiều – một chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên 2 chiều (ví dụ: màng
mỏng). Ngoài ra, hình dáng vật liệu nano còn có loại 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, 1 chiều và 2 chiều đan xen lẫn nhau. [3]
1.1.3.Chế tạo vật liệu nano
Vật liệu nano được chế tạo bằng 2 phương pháp:
- Phương pháp từ trên xuống: là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các
hạt có kích thước lớn hơn với nguyên lý là “dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để
biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano”.
- Phương pháp từ dưới lên: là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên
tử hoặc ion, bao gồm phương pháp hóa học, phương pháp vật lý hoặc kết hợp cả 2.
Phương pháp này được phát triển mạnh mẽ bởi tính linh động và chất lượng của sản
phẩm cuối cùng. Các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay phần lớn được chế
tạo từ phương pháp này. [3]

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

16

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

1.1.4.Ứng dụng của Công nghệ Nano
Công nghệ Nano ra đời đã tạo nên bước phát triển nhảy vọt cho ngành công
nghiệp, nông nghiệp, y tế, hàng tiêu dùng, thực phẩm… Hơn nữa, khoa học nano là
một trong những biên giới của khoa học chưa được thám hiểm tường tận và nó hứa
hẹn nhiều phát minh kỹ thuật lý thú nhất. [10]
1.1.4.1. Y học
Y học - Y tế là một trong những ứng dụng lớn nhất của công nghệ nano. Ví dụ
như:
- Trong việc điều trị bệnh ung thư: Nhiều phương pháp điều trị khác nhau đã
được thử nghiệm để có thể hạn chế các khối u phát triển và tiêu diệt chúng ở cấp độ
tế bào. Nghiên cứu sử dụng các hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thư đã
cho kết quả rất khả quan. Các hạt nano này sẽ được đưa đến các khối u bên trong cơ
thể và được tăng nhiệt độ bằng tia laser hồng ngoại chiếu từ bên ngoài để có thể tiêu
diệt các khối u.
- Không chỉ dừng lại ở đó, các nhà khoa học còn nghiên cứu một dự án
nanorobot vô cùng đặc biệt. Với những chú robot có kích thước siêu nhỏ có thể đi
vào bên trong cơ thể con người để đưa thuốc điều trị đến những bộ phận cần thiết.
Việc cung cấp thuốc một cách trực tiếp như vậy sẽ làm tăng khả năng cũng như
hiệu quả điều trị.

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

17

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

Hình 1.1. Những chú robot nano
Trong tương lai không xa, công nghệ Nano sẽ giúp con người chống lại căn
bênh ung thư quái ác, bao gồm cả căn bênh ung thư khó chữa nhất như ung thư não,
các bác sĩ sẽ có thể dễ dàng điều trị mà không cần mở hộp sọ của bệnh nhân hay bất
kỳ phương pháp hóa trị độc hại nào. [10]
1.1.4.2. Điện tử
Công nghệ nano cũng được ứng dụng rộng rãi trong ngành điện tử. Những bộ
vi xử lý được làm từ vật liệu nano khá phổ biến trên thị trường, một số sản phẩm
như bàn phím, chuột cũng được phủ một lớp nano kháng khuẩn.
Pin nano trong tương lai sẽ có cấu tạo theo kiểu ống nanowhiskers, khiến các
cực của pin có diện tích bề mặt lớn hơn rất nhiều lần, từ đó giúp nó lưu trữ được
nhiều điện năng hơn trong khi kích thước của pin sẽ ngày càng được thu nhỏ lại.
[10]
1.1.4.3. May mặc
Việc áp dụng các hạt nano bạc vào ý tưởng vô cùng đặc biệt với loại quần áo
có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi khó chịu trong quần áo đã trở thành hiện
thực. Các hạt nano bạc này có thể thu hút các vi khuẩn và tiêu diệt các tế bào của

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

18

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

chúng. Và ứng dụng hữu ích này đã được áp dụng trên một số mẫu quần áo thể
thao, quần lót khử mùi, bít tất…

Hình 1.2. Bít tất than tre nano bạc
Không chỉ dừng lại ở công dụng diệt khuẩn, khử mùi, công nghệ nano có thể
biến chiếc áo bạn đang mặc thành một trạm phát điện di động. Sử dụng các nguồn
năng lượng như năng lượng mặt trời, gió và với công nghệ nano bạn sẽ có thể sạc
điện cho smartphone của mình mọi lúc mọi nơi. Ứng dụng này còn được sử dụng
rộng rãi hơn với ý tưởng chế tạo những chiếc buồm bằng vật liệu nano, với khả
năng chuyển hóa năng lượng tự nhiên thành điện năng. Tuy nhiên ứng dụng này vẫn
đang trong quá trình thử nghiệm. [10]
1.1.4.4. Nông nghiệp
Ý tưởng ứng dụng vật liệu nano bạc với khả năng siêu diệt khuẩn vào việc
phòng và trị các nguồn bệnh do vi khuẩn, vi rút và nấm gây ra trên cây trồng, vật
nuôi, bảo quản nông sản đã được các nhà sáng chế nghiên cứu và sản xuất thành

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

19

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

công. Những sản phẩm dung dịch – gel nano bạc đã mang đến giải pháp mới cho
ngành nông nghiệp sạch. [10]

•

Hình 1.3. Dung dịch – gel nano bạc
1.1.4.5. Chăn nuôi
Công nghệ nano đã tạo ra được những hạt bạc có kích thước nano
(Nanobiotic-Ag) có đặc tính sinh học cao, độc tính thấp và không có tính kháng
thuốc. Không những thế các hạt Nano Ag còn có thể tăng hoạt động chuyển hoá tế
bào, từ đó dẫn đến tăng tốc độ sinh trưởng của động vật. Các nhà khoa học của các
trường đại học Copenhaghen đã chỉ ra rằng, dung nano bạc có thể thay thế kháng
sinh cũng như các thuốc chống cầu trùng (coccidiostate).
Đối với chăn nuôi, Nano Bạc cũng được sử dụng như một loại thuốc sát khuẩn
chuồng trại, khử mùi hôi chuồng trại, tiêu diệt mầm bệnh, các loại vi khuẩn, vi rút
có hại cho vật nuôi, cực kỳ hiệu quả trong việc phòng dịch và dập dịch, và hoàn
toàn không độc hại cho người và vật nuôi.

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

20

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

Hình 1.4. Chế phẩm sát khuẩn, sát trùng chuồng trại

Công dụng của sản phẩm N200 Pro của Công ty Bắc Sơn trong chăn nuôi:
Sản phẩm tiên phong ứng dụng công nghệ nano trong xử lý và cải tạo môi trường
chăn nuôi gia súc gia cầm.
Phòng và diệt các nguồn bệnh vi khuẩn, vi rút và bào tử nấm gây ra
Sát trùng chuồng trại, không khí, vật dụng cho ăn, vật dụng vệ sinh cho vật
nuôi[10]
Xử lý mùi hôi
Hạn chế lây lan dịch bệnh
1.1.4.6. Mỹ Phẩm
Khi phân tử ở kích thước nano, một số các tính chất của phân tử đó trở nên
thay đổi và một số đặc tính mới cũng phát triển, chẳng hạn màu sắc, độ trong suốt,

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

21

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

độ hòa tan và tốc độ phản ứng. Vì thế, các nhà sản xuất mỹ phẩm mong muốn công
nghệ nano có thể giúp tăng chất lượng sản phẩm, tăng hiệu quả làm đẹp.

Hình 1.5. Mỹ phẩm chống lão hóa da
Age repair là một trong những mỹ phẩm công nghệ nano đầu
tiên tại Việt Nam
Ngoài ra, công nghệ nano còn được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất các mặt
hàng chăm sóc sức khỏe, gia dụng, … [10]
1.2. Xơ dệt nano
1.2.1.Giới thiệu về xơ dệt:
Trong kỹ thuật, thuật ngữ nano được sử dụng để mô tả các đại lượng vật lý có
tỷ lệ bằng một phần tỷ. Do đó các đơn vị như nano mét, nano giây và nano gam mô
tả một phần tỷ của một mét đo chiều dài, của một giây đo thời gian và của một gam
đo khối lượng.
Công nghệ nano là khái niệm liên quan đến khoa học kỹ thuật về lĩnh vực vật
liệu, cấu trúc và thiết bị có kích thước vô cùng nhỏ khoảng 100nm. Trong cuộc sống
của con người, sợi tóc người có đường kính khoảng 80.000 nm, kích thước hồng

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

22

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

cầu khoảng 7.000nm, phân tử AND có kích thước khoảng 2 – 2.5nm và phân tử
nước có kích thước khoảng 0,3nm.
Công nghệ nano ngày nay đạt được những thành tựu vượt bậc và đã được ứng
dụng rộng rãi vào trong cuộc sống từ các sản phẩm công nghệ cao đến các sản phẩm
thông dụng. Trong lĩnh vực công nghiệp đệt may, công nghệ nano không những
được ứng dụng để tạo các xơ dệt siêu mảnh có kích thước nanomet mà còn được
ứng dụng trong công nghệ xử lý hoàn tất tạo cho sản phẩm dệt may có những tính
năng sử dụng vượt trội mà các công nghệ trước đây không tạo ra được. [4]
1.2.2. Nguyên lý chế tạo xơ nano :
- Xơ nano từ nguyên liệu polime được sản xuất theo một số nguyên lý sau: đa

tụ, kéo giãn, phân chia pha và kéo sợi tĩnh điện. [4]
1.2.2.1 Nguyên lý đa tụ:
- Nguyên lý đa tụ sử dụng nguyên liệu polyme polyacrrylonitrin và dung môi
dimethylfomanmit để sản xuất xơ nano, đường kính xơ nano nhận được khoảng
100nm, chiều dài xơ khoảng 10 micro mét.
- Dưới áp lực đùn ép, dung dịch polyme được đẩy đùn ép qua các phin lỗ định
hình có đường kính rất nhỏ cỡ nanomet, sau khi qua phin lỗ định hình xơ được đóng
rắn bằng dung dịch đóng rắn (Hình 1.6 ).

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

23

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy

Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

Hình 1.6 . Nguyên lý đa tụ

1.2.2.2. Nguyên lý kéo giãn
- Nguyên liệu thường là citrat natri, dung môi là axit chloroauric, đường kính
xơ nhận được từ 2 – 100 nm, chiều dài xơ chỉ đạt được khoảng 10 micro met đến
vài nm. Xơ nano được tạo từ phân tử citrat natri do qua trình kéo giãn với tốc độ
1.10-4m/s. Ống pipet di chuyển theo hướng mũi tên tiến đến tiếp xúc với giọt dung
dịch polyme nguyên liệu tại vị trí tiếp xúc giữa giọt dung dịch với bề mặt ( hình vẽ),
sau đó ống pipet di chuyển theo hướng ngược lại tách ra khỏi dung dịch polyme,
dung dịch polyme dính vào đầu ống pipet được kéo giãn với vận tốc khoảng
1x10-4m/s tạo ra xơ nano ( hình 1.7)

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

24

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy


Trường Đại học Bách khoa Hà Nội
Viện Dệt may Da Giầy và Thời trang

`Luận văn cao học

Hình 1. 7.Nguyên lý kéo giãn
1.2.2.3. Nguyên lý phân chia pha
- Polyme được trộn với dung môi trước khi tiến hành gel hóa. Quá trình sản
xuất xơ nano theo phương pháp này sử dụng nguyên liệu poly (L- lactic) axit
(PLLA) và dung môi tetrahydrofuran, xơ nhận được có đường kính từ 50- 500nm ở
dạng cấu trúc mạng lưới (Hình 1.8 ).

GVHD:TS.Đào Anh Tuấn

25

Học viên:Vũ Thị Ngọc Thủy