Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

HUỲNH THỊ MỸ LINH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO BẠC
TỪ DUNG DỊCH BẠC NITRAT BẰNG
TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ BÀNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Đà Nẵng - Năm 2013


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

HUỲNH THỊ MỸ LINH

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO BẠC
TỪ DUNG DỊCH BẠC NITRAT BẰNG
TÁC NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ BÀNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành : Hóa hữu cơ
Mã số :

60 44 27

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. LÊ TỰ HẢI

Đà Nẵng - Năm 2013


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai cơng bố trong bất kì cơng trình nào khác.

Tác giả

Huỳnh Thị Mỹ Linh


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU....................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài.............................................................................. 1
2. Mục tiêu nghiên cứu......................................................................... 3
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu..................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................. 3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .......................................... 3
6. Bố cục của luận văn.......................................................................... 4
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ........................................................................ 5
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO ................................................. 5
1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano ............................. 5
1.1.2. Vật liệu nano .............................................................................. 5
1.1.3. Cơ sở khoa học của công nghệ nano ........................................... 7
1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano ........................................................ 8
1.1.5. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano .................................. 11
1.2. HẠT NANO BẠC ................................................................................. 14

1.2.1. Giới thiệu về bạc kim loại......................................................... 14
1.2.2. Đặc tính kháng khuẩn của bạc .................................................. 15
1.2.3. Giới thiệu về hạt nano bạc ........................................................ 16
1.2.4. Các phương pháp chế tạo hạt nano bạc ..................................... 17
1.2.5. Ứng dụng của nano bạc ........................................................... 21
1.3. TỔNG QUAN VỀ CÂY BÀNG............................................................ 23
1.3.1. Đặc điểm cây bàng .................................................................. 23
1.3.2. Phân bố, sinh học và sinh thái................................................... 25


1.3.3. Thành phần hóa học.................................................................. 25
1.3.4. Tác dụng dược lý - công dụng .................................................. 25
CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.... 27
2.1. NGUYÊN LIỆU, DỤNG CỤ VÀ HÓA CHẤT..................................... 27
2.1.1. Nguyên liệu .............................................................................. 27
2.1.2. Dụng cụ và hóa chất ................................................................. 27
2.2. XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ HĨA LÝ .............................................. 29
2.2.1. Xác định độ ẩm ........................................................................ 29
2.2.2. Xác định hàm lượng tro ............................................................ 30
2.2.3. Xác định hàm lượng kim loại ................................................... 30
2.3. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH CHIẾT
LÁ BÀNG.................................................................................................... 31
2.3.1. Khảo sát thời gian chiết ............................................................ 31
2.3.2. Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng............................................................... 31
2.4. ĐỊNH TÍNH MỘT SỐ NHĨM CHẤT CHÍNH TRONG DỊCH CHIẾT
LÁ BÀNG.................................................................................................... 32
2.4.1. Xác định định tính các nhóm hợp chất trong lá bàng .................... 32
2.4.2. Đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR) ....................... 35
2.5. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH TẠO
NANO BẠC................................................................................................. 36

2.5.1. Khảo sát nồng độ dung dịch bạc nitrat ...................................... 36
2.5.2. Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết ................................................ 36
2.5.3. Khảo sát pH môi trường tạo nano bạc....................................... 37
2.5.4. Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc ................................................. 37
2.5.5. Khảo sát thời gian tạo nano bạc ................................................ 37


2.6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU HẠT NANO BẠC ........................... 38
2.6.1. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)..................................... 38
2.6.2. Phổ hấp thụ phân tử (UV-VIS) ................................................. 40
2.6.3. Phổ tán sắc năng lượng tia X (EDX)......................................... 40
2.6.4. Phổ nhiễu xạ tia X (XRD) ........................................................ 41
2.7. SƠ ĐỒ QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM TỔNG HỢP HẠT NANO
BẠC ............................................................................................................. 42
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................. 43
3.1. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH CÁC THÔNG SỐ HĨA LÍ.............................. 43
3.1.1. Xác định độ ẩm ........................................................................ 43
3.1.2. Xác định hàm lượng tro ............................................................ 43
3.1.3. Khảo sát hàm lượng kim loại .................................................... 44
3.2. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ
TRÌNH CHIẾT LÁ BÀNG .......................................................................... 45
3.2.1. Khảo sát thời gian chiết ............................................................ 45
3.2.2. Khảo sát tỉ lệ rắn/lỏng............................................................... 46
3.3. KẾT QUẢ ĐỊNH TÍNH MỘT SỐ NHĨM CHẤT CHÍNH TRONG
DỊCH CHIẾT LÁ BÀNG ............................................................................. 47
3.3.1. Xác định định tính các nhóm hợp chất trong lá bàng ................ 48
3.3.2. Đo phổ hồng ngoại chuyển hóa Fourier (FTIR) ........................ 50
3.4. KẾT QUẢ KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ
TRÌNH TẠO NANO BẠC ........................................................................... 51
3.4.1. Khảo sát nồng độ dung dịch bạc nitrat ...................................... 51

3.4.2. Khảo sát tỉ lệ thể tích dịch chiết lá bàng.................................... 54
3.4.3. Khảo sát pH môi trường tạo nano bạc....................................... 56


3.4.4. Khảo sát nhiệt độ tạo nano bạc ................................................. 58
3.4.5. Khảo sát thời gian tạo nano bạc ................................................ 61
3.5. KẾT QUẢ KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH CỦA HẠT NANO BẠC .............. 63
3.6. CƠ CHẾ TẠO NANO BẠC TỪ DUNG DỊCH AgNO3 BẰNG TÁC
NHÂN KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ BÀNG ........................................... 66
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 70
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (Bản sao)
PHỤ LỤC.


DANH MỤC CÁC BẢNG

Số
hiệu

Tên bảng

Trang

1.1

Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu

7

1.2

Một số hằng số vật lý của bạc

14

3.1

Kết quả xác định độ ẩm trong lá bàng

43

3.2

Kết quả xác định hàm lượng tro trong lá bàng

43

3.3

Kết quả xác định hàm lượng một số kim loại trong lá bàng

44


DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

Trang

1.1

Hạt nano vàng sử dụng trong truyền dẫn thuốc

9

1.2

Tác động của ion bạc lên vi khuẩn

15

1.3

Ion bạc vơ hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn

16

1.4

Ion bạc liên kết với các base của DNA

16

1.5

Khẩu trang nano bạc do viện môi trường sản xuất

22

1.6

Ảnh SEM của các hạt nano bạc kết hợp với film
polyolefin

22

1.7

Cây bàng

23

1.8

Lá bàng và hoa bàng

24

1.9

Quả bàng

24

1.10

Mứt hạt bàng

25

2.1

Ngun liệu

27

2.2

Mơ hình ngun lý của TEM so với kính hiển vi quang
học

39

2.3

Ảnh TEM của các hạt nano bạc kích thước 20nm

39

2.4

Ảnh UV-VIS của các hạt nano bạc

40

2.5

Sơ đồ quy trình thực nghiệm

42

3.1

3.2

Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của thời gian chiết
đến quá trình tạo nano bạc
Đồ thị biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ rắn/lỏng đến quá
trình tạo nano bạc

46

47

3.3

Mẫu dịch chiết lá bàng thu được ở điều kiện tối ưu

48

3.4

Phổ FTIR của dịch chiết lá bàng

51

3.5

3.6

3.7

3.8

3.9

3.10

3.11
3.12
3.13

Sự thay đổi màu sắc trong quá trình tạo nano bạc, với sự
biến thiên nồng độ dung dịch AgNO3
Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch AgNO3 đến quá trình
tạo nano bạc
Sự thay đổi màu sắc trong quá trình tạo nano bạc, với sự
biến thiên thể tích dịch chiết
Ảnh hưởng của tỉ lệ thể tích dịch chiết đến q trình tạo
nano bạc
Sự thay đổi màu sắc trong quá trình tạo nano bạc, với sự
biến thiên pH môi trường
Ảnh hưởng của pH mơi trường đến q trình tạo nano
bạc
Sự thay đổi màu sắc trong quá trình tạo nano bạc, với sự
biến thiên nhiệt độ

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano bạc
Màu sắc của dung dịch chứa nano bạc ở 30 phút và 360
phút

52

53

54

55

56

57

59
60
61

3.14

Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình tạo nano bạc

62

3.15

Ảnh TEM của mẫu nano bạc tổng hợp

63

3.16

Phổ FTIR của hạt nano bạc tổng hợp

64

3.17

Phổ EDX của mẫu nano bạc tổng hợp

64

3.18

Phổ XRD của mẫu nano bạc tổng hợp

65

3.19

Cơ chế tạo nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác
nhân khử dịch chiết nước lá bàng

66


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
AAS

Atomic Absorption Spectrophotometric (Quang phổ hấp
thụ nguyên tử)

EDX

Energy-dispersive X-ray spectroscopy (Phổ tán sắc năng
lượng tia X)

FTIR

Fourier Transform Infrared (Phổ hồng ngoại chuyển hoá
Fourier)

UV-Vis

Ultraviolet – visible spectroscopy (Quang phổ hấp thụ
phân tử)

XRD

X-Ray Diffraction (Phổ nhiễu xạ tia X)

TEM

Transmisson Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử
truyền qua)


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Từ lâu loài người đã biết đến tác dụng sát khuẩn mạnh của bạc, những
chén bát, thìa nĩa, nồi niêu của người La Mã cổ, của các vua chúa phong
kiến,.. đã chứng minh điều đó. Trong chiến tranh thế giới thứ nhất, người ta
thậm chí cịn sử dụng các sản phẩm từ bạc để điều trị nhiễm trùng trước khi
thuốc kháng sinh ra đời. Tuy nhiên, tác dụng này của bạc không được ứng
dụng rộng rãi do giá thành cao. Những năm gần đây, công nghệ nano ra đời,
con người đã chế tạo được bạc ở kích thước nano, và ứng dụng của bạc cũng
được đưa lên một tầm cao mới. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thước
nano (từ 1 đến 100 nm), hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50000
lần so với bạc dạng khối, như vậy 1 gam bạc nano có thể sát khuẩn cho hàng
trăm mét vuông chất nền [23]. Điều này sẽ giúp cho khối lượng bạc sử dụng
trong các sản phẩm sẽ giảm rất mạnh, nên tỷ trọng của bạc trong giá thành trở
nên không đáng kể. Sở dĩ nano bạc được nghiên cứu ứng dụng vào việc kháng
khuẩn vì bạc có tính kháng khuẩn cao và không gây tác dụng phụ, không gây
độc cho người và vật nuôi khi nhiễm lượng nano bạc bằng nồng độ diệt khuẩn
(khoảng nồng độ bé hơn 100 ppm), khơng gây ơ nhiễm mơi trường. Chính vì
vậy, giới khoa học đang đầu tư nghiên cứu tổng hợp nano bạc để phục vụ cho
các ứng dụng trong y học, nhất là khi hiện tượng vi khuẩn kháng kháng sinh
ngày càng phổ biến như ngày nay.
Bằng cách nào mà chúng lại có thể diệt được vi khuẩn? Cho tới nay, cơ
chế kháng vi sinh vật của nano bạc thực sự vẫn chưa được hiểu biết rõ ràng.
Tuy nhiên các nghiên cứu đã chỉ ra rằng, tất cả vi khuẩn sử dụng enzyme như
một lớp “phổi hóa học” để chuyển hóa oxy. Các ion bạc phân hủy enzyme và
ngăn chặn quá trình hút oxy. Tác động này làm chết tất cả các vi khuẩn, tiêu


2

diệt chúng trong vịng vài phút. Ngồi ra, các hạt bạc có kích thước nhỏ chui
vào trong tế bào, kết hợp với các enzyme hay DNA có chứa nhóm sunfua
hoặc phosphate gây bất hoạt enzyme hay DNA dẫn đến gây chết tế bào.
Điều chế bạc nano có rất nhiều phương pháp khác nhau, nhưng phương
pháp hóa học được xem là rẻ tiền và ít rủi ro nhất. Tăng cường mối quan tâm
đến vấn đề môi trường, trong đề tài này, chúng tôi hướng đến phương pháp tổng
hợp hạt nano bạc bằng cách sử dụng các chất chiết xuất từ thực vật. Q trình
điều chế hạt nano là lành tính, khơng sử dụng bất kỳ hóa chất độc hại nào.
Cây bàng – tên khoa học là Terminalia catappa L, thuộc họ Bàng
Combretaceae. Trên thế giới việc nghiên cứu cây bàng đã dần được chú trọng.
Tính đến nay, đã có hàng trăm cơng trình nghiên cứu về cây bàng bao gồm
các lĩnh vực chiết tách, xác định thành phần hóa học các hợp chất hữu cơ, ứng
dụng trong công nghệ thực phẩm và công nghệ dược phẩm. Cây bàng được
biết đến từ lâu bởi các giá trị điều trị của nó và đã được nghiên cứu nhiều như
chống ung thư (Kandil et al, 1999), điều trị lão hóa da, kích ứng, tăng sắc tố
và dị ứng (Renimel et al, 1998) và hen phế quản ở trẻ em (Prazeres el la,
1995), giảm đau chống viêm, và chúng có hoạt tính kháng khuẩn chống
lại loài corynebacteria, tụ cầu, liên cầu khuẩn, vi khuẩn ruột, Escherichia,
Salmonela và Shigela.
Ở Việt Nam, cây bàng dễ trồng, phát triển tốt, và có mặt ở hầu hết các
địa bàn trong cả nước. Người dân từ xưa đã dùng lá bàng để chữa cảm sốt,
làm ra mồ hôi, chữa tê thấp và lỵ. Dùng búp lá non phơi khô, tán bột rắc trị
ghẻ, và sắc đặc ngậm trị sâu răng. Ngồi ra có thể dùng búp tươi xào nóng để
đắp và chườm nơi đau nhức. Bên cạnh đó, dùng vỏ thân bàng dạng thuốc sắc
uống trị lỵ và tiêu chảy, rửa vết loét, vết thương. Đặc biệt, nhựa lá non trộn
với dầu hạt bơng và nấu chín là một thứ thuốc để chữa bệnh hủi. Hạt nấu chín
uống dùng chữa đi cầu ra máu [3]. Đây là những vấn đề rất đáng được quan

3

tâm nghiên cứu nhằm góp phần quy hoạch, khai thác, chế biến và ứng dụng
các sản phẩm của cây bàng một cách có hiệu quả, khoa học hơn.
Với những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu với nội dung
"Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân
khử dịch chiết nước lá Bàng"
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng quy trình điều chế hạt nano bạc từ dịch chiết nước lá bàng.
- Đưa ra phương pháp tổng hợp nano bạc bằng phương pháp hóa học xanh.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Lá bàng (Leaves of Terminalia catappa L) thu hái tại thành phố Đà Nẵng.
4. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết
- Thu thập các thông tin tài liệu liên quan đến đề tài.
- Xử lý các thông tin về lý thuyết để đưa ra các vấn đề cần thực hiện
trong quá trình thực nghiệm.
Phương pháp thực nghiệm
- Phương pháp chiết tách: phương pháp chưng ninh sử dụng dung môi
là nước.
- Phương pháp xác định các thơng số hóa lý: xác định độ ẩm, hàm
lượng tro,...
- Phương pháp phân tích cơng cụ: phương pháp quang phổ hấp thụ
phân tử (UV-Vis), phương pháp phổ hồng ngoại (FTIR), phương pháp quang
phổ hấp thụ nguyên tử AAS.
- Phương pháp đo TEM, EDX, XRD.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Nghiên cứu này giúp cho chúng ta hiểu biết rõ hơn về phương pháp
điều chế hạt nano bạc bằng phương pháp hóa học, lành tính, ít độc hại.

4

- Tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có rất nhiều ở nước ta là lá bàng, để
tổng hợp hạt nano bạc.
6. Bố cục của luận văn
Ngoài phần mở đầu (4 trang), kết luận và kiến nghị (2 trang) và 38 tài
liệu tham khảo, luận văn gồm có 5 bảng, 34 hình và 3 chương như sau:
Chương 1 – TỔNG QUAN (22 trang)
Chương 2 – NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
(16 trang)
Chương 3 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN (26 trang)


5

CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN
1.1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO
1.1.1. Khái niệm và nguồn gốc của công nghệ nano
Thuật ngữ “công nghệ nano” được biết đến từ những năm 70 của thế
kỉ XX. Có rất nhiều cách để định nghĩa cơng nghệ nano.
Theo giáo sư Norio Taniguchi của Đại học Khoa học Tokyo, công nghệ
nano được định nghĩa như sau: “Công nghệ nano bao gồm các quá trình của
phân tách, làm bền và biến dạng của vật liệu bằng một nguyên tử hoặc phân tử”
Theo Website United Stales National Nanotechnology Initiative đưa ra
định nghĩa như sau: “Công nghệ nano là xử lý thơng tin và kiểm sốt vật chất
ở các chiều xấp xỉ từ 1 đến 100 nm, nơi mà những hiện tượng khác thường
xảy ra có khả năng cho phép những ứng dụng mới lạ” [7], [23].

Một cách khác công nghệ nano được định nghĩa như sau: “Công nghệ
nano là ngành công nghệ liên quan đến việc chế tạo thiết kế, phân tích cấu
trúc và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị, hệ thống bằng việc điều khiển hình
dáng, kích thước trên cấp độ nanomet (nm, 1 nm = 10-9 m)”. Ở kích thước
nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống khơng
có được đó là do sự thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngồi [1].
Cơng nghệ nano là một khoa học liên ngành, là sự kết tinh của nhiều
thành tựu khoa học trên nhiều lĩnh vực khác nhau (bao gồm toán học, vật lý,
hoá học, y-sinh học…) và là một ngành cơng nghệ có nhiều tiềm năng.
1.1.2. Vật liệu nano
a. Khái niệm
Khi nói đến vật liệu nano là đến một phần tỷ của cái gì đó. Ví dụ,
một nano giây là một khoảng thời gian bằng một phần tỷ của giây. Còn nano


6

mà chúng ta dùng ở đây có nghĩa là nanomet, một phần tỷ của một met. Nói
một cách rõ ràng hơn là vật liệu chất rắn có kích thước nanomet vì yếu tố
quan trọng nhất mà chúng ta sẽ làm việc là vật liệu ở trạng thái rắn. Vật liệu
nano là một thuật ngữ rất phổ biến, tuy vậy không phải ai cũng có một khái
niệm rõ ràng về thuật ngữ đó [4], [5].
Vật liệu nano có thể là những tập hợp của các nguyên tử kim loại hay
phi kim (được gọi là Cluster) hay phân tử của các oxit, sunfua, nitrua,
borua… có kích thước trong khoảng từ 1 đến 100 nm. Đó cũng có thể là
những vật liệu xốp với đường kính mao quản nằm trong giới hạn tương tự (
zeolit, photphat, cacbonxylat kim loại…).
Vật liệu nano là đối tượng của cơng nghệ nano, kích thước của vật liệu
nano được trải rộng. Để có một con số dễ hình dung, nếu ta có một quả cầu có
bán kính bằng quả bóng bàn thì thể tích đó đủ để làm ra rất nhiều hạt nano có

kích thước 10 nm. Nếu ta xếp các hạt đó thành một hàng dài kế tiếp nhau thì
độ dài của chúng bằng một ngàn lần chu vi trái đất [7].
b. Các loại vật liệu nano
Vật liệu nano là vật liệu trong đó có ít nhất một chiều có kích cỡ
nanomét. Về trạng thái vật liệu có thể là rắn, lỏng, hoặc khí. Về hình dạng vật
liệu nano có thể chia thành các loại :
-Vật liệu nano ba chiều (cả ba chiều có kích cỡ nanomet hay cịn gọi là
vật liệu nano khơng chiều) như đám nano, dung dịch keo nano, hạt nano…
- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu có hai chiều là kích thước nanomét,
ví dụ như màng mỏng.
- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó chỉ có một chiều là kích
thước nanomet. Ví dụ như dây nano, ống nano,…
-Vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposit trong đó chỉ có một phần
của vật liệu có kích thước nano hoặc cấu trúc của nó có nano khơng chiều,
một chiều và hai chiều đan xen như Ag/silica... [7].


7

1.1.3. 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 lượng tử: Đối với vật
liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung bình
hóa với rất nhiều ngun tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ
qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít ngun tử hơn
thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn [32].
- Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nanomet, các số ngun
tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số ngun tử. Chính vì
vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở
nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt

so với vật liệu ở dạng khối.
- Kích thước tới hạn: Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều
có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì
tính chất của nó hồn tồn bị thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn.
Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của nó có thể so sánh
được với kích thước tới hạn của các tính chất của vật liệu. Kích thước tới hạn
của một số tính chất của vật liệu được thống kê trong bàng 1.1 [23].
Bảng 1.1. Kích thước tới hạn của một số tính chất của vật liệu
Lĩnh vực

Tính chất điện

Tính chất

(nm)

Bước sóng điện tử

10-100

Qng đường tự do trung bình

1-100

khơng đàn hồi
Hiệu ứng đường ngầm

Tính chất từ

Độ dài tới hạn

1-10

Độ dày vách đômen

10-100

Quãng đường tán xạ spin

1-100


8

Hố lượng tử
Tính chất quang Độ dài suy giảm

Tính siêu dẫn

Tính chất cơ

Xúc tác

Siêu phân tử

Miễn dịch

1-100
10-100

Độ sâu bề mặt kim loại

10-100

Độ dài liên kết cặp Cooper

0,1-100

Độ thẩm thấu Meisner

1-100

Tương tác bất định xứ

1-1000

Biên hạt

1-10

Bán kính khởi động đứt vỡ

1-100

Sai hỏng mầm

0,1-10

Độ nhăn bề mặt

1-10

Hình học topo bề mặt

1-10

Độ dài Kuhn

1-100

Cấu trúc nhị cấp

1-10

Cấu trúc tam cấp

10-1000

Nhận biết phân tử

1-10

1.1.4. Ứng dụng của vật liệu nano
Vật liệu nano là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi
động nhất trong thời gian gần đây. Điều đó được thể hiện bằng số các cơng
trình khoa học, số các bằng phát minh sáng chế, số các cơng ty có liên quan
đến khoa học, công nghệ nano tăng theo cấp số mũ. Sản phẩm từ vật liệu nano
có nhiều ưu việt, trong đó có hai ưu việt chính đó là:
- Vì kích thước trúc nano rất nhỏ do đó tiêu tốn ít vật liệu, ít năng
lượng, ít gây ơ nhiễm mơi trường và giá thành giảm.

- Sản phẩm cơng nghệ nano có nhiều tính năng mới, khơng thể thay thế
bằng các vật liệu khác được.
Vì vậy cơng nghệ nano đã nhanh chóng thâm nhập các ngành công
nghiệp và mọi lĩnh vực đời sống, các ứng dụng điển hình như:


9

a. Công nghệ nano với vấn đề sức khoẻ và y tế
Việc ứng dụng thành tựu của công nghệ nano vào y tế, bảo vệ sức khoẻ
sẽ tạo ra bước nhảy vọt mới của thị trường dịch vụ y tế và thiết bị y tế. Nó
làm tăng tốc độ và hiệu quả trong chuẩn đốn, điều trị bệnh. Với cơng nghệ
này, người ta đã chế tạo được các thiết bị siêu nhỏ và đủ “thông minh” để đưa
thuốc đến đúng địa chỉ cần thiết trong cơ thể, hay có thể can thiệp lên các tổ
chức tế bào trong cơ thể để có thể đảm bảo thuốc khơng ảnh hưởng đến
những tế bào khoẻ mạnh gây tác dụng phụ nguy hiểm.
Một lĩnh vực mới của công nghệ nano đang được phát triển là chế tạo
các vật liệu nano có tính chất mơ phỏng sinh học, từ đó có thể thay thế, sửa
chữa được các mô hỏng trong cơ thể con người. Hạt nano vàng được dùng để
truyền dẫn thuốc được mô tả ở hình 1.1. [8].

Hình 1.1. Hạt nano vàng sử dụng trong truyền dẫn thuốc
b. Công nghệ nano với vấn đề năng lượng và môi trường
Để giải quyết vấn đề năng lượng - một thách thức nghiêm trọng trong
thế kỉ này, người ta đã thu được nhiều kết quả khả quan từ công nghệ nano.
Các loại pin mặt trời với hiệu suất cao, giá thành giảm, chất xúc tác nano để


10

nâng cao hiệu suất chuyển năng lượng của hyđrocacbon thành nhiệt năng, vật
liệu nano để chế tạo các loại vật liệu điện từ mới, các thiết bị điều khiển mới
nhằm tiết kiệm năng lượng đã xuất hiện. [8].
Các chất làm sạch môi trường cũng đang là vấn đề được quan tâm. Các
loại hạt nano hoạt tính cao có thể hấp thụ hoặc vận chuyển chất gây ô nhiễm
thành dạng keo huyền phù hoặc sol khí. Các hạt này cũng có thể tham gia vào
các q trình hố học phức tạp trong khí quyển hoặc trong đất mà ta có thể
lựa chọn để khắc phục hoặc làm giảm nhẹ các thảm họa ô nhiễm môi trường.
c. Công nghệ nano với công nghệ thơng tin [2], [5]
Sự ra đời của máy tính điện tử đã mở ra cuộc Cách Mạng khoa học
công nghệ thông tin với những bước phát triển đột phá trong những thập niên
cuối thế kỉ XX cho đến nay. Tuy nhiên, các linh kiện máy tính sử dụng cơng
nghệ này đã tiệm cận giới hạn lý thuyết và tiếp tục phát triển, chúng trở nên
quá đắt đỏ. Nếu không tìm ra được biện pháp thay thế hữu hiệu các linh kiện
cũ này thì sẽ khơng thể đáp ứng được nhu cầu của bộ nhớ ngày càng lớn theo
tốc độ phát triển rất nhanh của công nghệ thông tin. Từ đây công nghệ nano ra
đời, đã đưa ra một giải pháp tuyệt vời cho bài tốn hóc búa này. Đó chính là
chấm lượng tử. Chấm lượng tử là một hạt (bán dẫn, kim loại, polyme) có bán
kính cỡ vài nanomét. Người ta đã nghiên cứu và chế tạo được các chíp máy
tính với các chấm lượng tử gọi là chíp nano có độ tích hợp rất cao, triển vọng
cho phép tăng dung lượng bộ nhớ của máy tính lên đến có thể chứa thơng tin
từ tất cả các thư viện trên thế giới trong thiết bị nhỏ như một viên đường.
d. Cơng nghệ nano trong cơ khí, vật liệu [2], [5]
Công nghệ nano hiện nay tập trung nghiên cứu mạnh trong lĩnh vực vật
liệu. Việc tìm ra những vật liệu mới với tính năng cơ-lí-hố đặc biệt để ứng
dụng trong cơ khí, xây dựng đang là lĩnh vực nghiên cứu mạnh nhất trong
ngành khoa học này.


11

Các ống nanocacbon là loại vật liệu nano có rất nhiều ứng dụng quý.
Do cấu trúc đặc biệt, nên các ống nanocacbon vơ cùng bền vững, có độ bền
cơ học gấp 10 lần thép và có tính bền nhiệt rất cao. Chúng được dùng vào làm
nguyên liệu sản xuất cho xe hơi, máy bay, tàu vũ trụ…
Các nhà khoa học Mỹ cũng đang chế tạo ra các phịng thí nghiệm siêu
nhỏ có thể nằm gọn trong lịng bàn tay được nhờ cơng nghệ nano. Những
phịng thí nghiệm này có thể cho ngay kết quả phân tích ở nơi ủ bệnh.
Đặc biệt, cơng nghệ nano trong tương lai cịn có thể cho phép tạo ra
những vật liệu gần giống với vật liệu trong cơ thể con người nhằm thay thế
những phần cơ thể bị hỏng của con người.
e. Công nghệ nano với an ninh quốc phịng [2], [5]
Cơng nghệ nano cũng đóng vai trị rất quan trọng trong lĩnh vực an
ninh quốc phịng. Những thiết bị kỹ thuật siêu nhỏ có thể trở thành vũ khí
nguy hiểm hơn cả bom nguyên tử. Với một “đội quân” nhỏ bé không thể phát
hiện bằng mắt thường và có khả năng tự nhân bản, rơbơt siêu nhỏ có thể tiêu
diệt được kẻ thù chỉ trong chớp nhoáng. Đây cũng là một vấn đề hết sức thận
trọng trong việc nghiên cứu, ứng dụng công nghệ nano.
Ngồi những ứng dụng cơ bản trên, cơng nghệ nano cịn có nhiều ứng
dụng quan trọng trong nhiều ngành nghề khác nhau như thực phẩm, nông
nghiệp,… Trên cơ sở khoa học và thực tiễn đã thu được, ta có thể thấy rằng
chắc chắn công nghệ nano sẽ tạo nên một cuộc cách mạng chưa từng có trong
khoa học và đời sống.
1.1.5. Các phương pháp tổng hợp vật liệu nano
Có hai phương pháp cơ bản để tổng hợp vật liệu nano là phương pháp
đi từ dưới lên và phương pháp đi từ trên xuống.
a. Phương pháp đi từ trên xuống (top-down)
Phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp dùng kỹ thuật nghiền
hoặc biến dạng để biến các vật liệu đến kích thước nano.

12

* 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 cối. Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền
rung, 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.
* Phương pháp biến dạng
Phương pháp biến dạng có thể là đùn thuỷ lực, tuốt, cán ép. Nhiệt độ có
thể được điều chỉnh tuỳ thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ lớn
hơn nhiệt độ phịng thì gọi là biến dạng nóng, cịn nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ
phịng thì gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các hạt nano một chiều
hoặc hai chiều. [1], [7].
Nhìn chung phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp đơn giản, rẻ
tiền nhưng hiệu quả, có thể chế tạo được một lượng lớn vật liệu. Tuy nhiên
tính đồng nhất của vật liệu không cao và do vậy phương pháp đi từ trên xuống
ít được dùng để điều chế vật liệu nano so với phương pháp đi từ dưới lên.
b. Phương pháp đi từ dưới lên (bottom-up)
Ngược với phương pháp đi từ trên xuống, phương pháp đi từ dưới lên
hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion.
Ưu điểm của phương pháp này là tổng hợp được vật liệu nano với kích
thước nhỏ, đồng đều. Phần lớn các vật liệu nano hiện nay được điều chế từ
phương pháp này. Nó có thể là phương pháp vật lý, hoá học hoặc kết hợp cả
hai phương pháp.
* Phương pháp vật lý [1], [7]
Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha.
- Phương pháp chuyển pha
Vật liệu được đun nóng rồi làm nguội với tốc độ nhanh để thu được
trạng thái vơ định hình. Sau đó tiến hành xử lý nhiệt để xảy ra quá trình

chuyển pha từ vơ định hình sang tinh thể (phương pháp làm nguội nhanh).


13

-Phương pháp bốc bay nhiệt
Vật liệu được đốt “phương pháp đốt” hoặc dùng tia bức xạ hoặc phóng
điện hồ quang làm cho bay hơi. Sau khi ngưng tụ hơi ta sẽ thu được các hạt
bột mịn có kích thước nano.
* Phương pháp hoá học [1], [7]
Phương pháp hoá học là phương pháp chế tạo vật liệu nano từ các ion
hoặc nguyên tử. Đây là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp vật liệu nano.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể tổng hợp được tất cả các dạng
của vật liệu nano như dây nano, ống nano, hạt nano, thậm chí là cả các cấu
trúc nano phức tạp mơ phỏng sinh học. Hơn nữa, phương pháp này còn cho
phép can thiệp để tạo ra các vật liệu nano với kích thước nhỏ như mong muốn
với độ đồng đều cao.
- Phương pháp khử hoá học
Ở phương pháp khử hoá học, muối của kim loại tương ứng được khử
với sự có mặt của các tác nhân làm bền để khống chế sự lớn lên của các hạt và
ngăn cản sự keo tụ của chúng.
Ưu điểm của phương pháp này là quy trình thực hiện đơn giản, khơng
địi hỏi các thiết bị đắt tiền, có thể điều khiển kích thước hạt như mong muốn
và cho phép tổng hợp vật liệu với khối lượng lớn. Phương pháp này chủ yếu
để tạo ra các hạt nano kim loại.
- Phương pháp sử dụng các hạt nano có sẵn trong tự nhiên
Các chất có sẵn trong tự nhiên như zeolit, các hạt sét, các phân tử sinh
học,… có rất nhiều các lỗ nhỏ với kích thước nanomet. Các chất này vì thế có
thể làm khn phản ứng tổng hợp vật liệu nano,…
* Phương pháp sinh học [32]

Phương pháp sinh học là phương pháp sử dụng các tác nhân như vi rút,
vi khuẩn có khả năng khử ion kim loại tạo nguyên tử kim loại với kích thước
nano.


14

Các tác nhân sinh học thường là: các vi khuẩn MKY3, các loại nấm
Verticillium. Phương pháp này đơn giản, thân thiện với môi trường, không
độc hại
1.2. HẠT NANO BẠC
1.2.1. Giới thiệu về bạc kim loại
Bạc được kí hiệu là Ag, nằm ở ô thứ 47 trong bảng hệ thống tuần hồn
các ngun tố hố học, thuộc phân nhóm phụ nhóm IB.
Cấu hình electron của ngun tố bạc ở lớp ngồi cùng là 4d105s1.
Bạc kim loại kết tinh ở dạng lập phương tâm diện, có bán kính ngun
tử là 1.44A0. Bạc là kim loại nặng, mềm, có ánh kim, màu trắng (màu nguyên
thuỷ của bạc là màu xám), có hai đồng vị bền là

107

Ag (51.9%) và

109

Ag

(48.1%) [6].
Một số hằng số vật lý của bạc được thống kê ở bảng 1.2.
Bảng 1.2. Một số hằng số vật lý của bạc

Nhiệt

Nhiệt độ

Nhiệt thăng

nóng

sơi(0C)

hoa(KJ/mol)

Tỷ khối

chảy(0C)

Độ

Độ dẫn

Độ

cứng

điện

dẫn

thang

Hg=1

nhiệt

Moxo
960

2167

283,6

10,50

2,7

Hg=1
59

49

Nhiệt độ sơi, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt thăng hoa của bạc cao hơn
nhiều so với hầu hết các kim loại khác. Về độ dẫn điện và dẫn nhiệt, bạc đứng
đầu tất cả các kim loại. Bạc cũng vượt xa các kim loại khác về tính dẻo, dễ
dát mỏng và dễ kéo sợi.Về mặt hoá học bạc là kim loại rất kém hoạt động.
Bạc không tác dụng với oxi khơng khí kể cả khi đun nóng, nên bạc
được xem là một kim loại quý điển hình.