Khóa Luận Tốt Nghiệp Cử Nhân Hóa Học Chuyên Ngành: Nghiên Cứu Vật Liệu Nano

Khóa luận nghiên cứu tổng hợp vật liệu LaFeO3 kích thước nanomet bằng phương pháp sol gel, ứng dụng trong công nghệ vật liệu tiên tiến.

• Tác giả: Đào Thị Ngọc Diệp
• Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Thị Trúc Linh
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Hóa Học
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Nano và Ứng Dụng trong Hóa Học
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NANO
• 1.1. Công nghệ nano, vật liệu nano
• 1.2. Phân loại vật liệu nano
• 1.3. Ứng dụng công nghệ nano
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP VÀ NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU
• 2.1. Phương pháp tổng hợp cơ bản
• 2.2. Phương pháp sol-gel sử dụng etylen glycol (EG)
• 2.3. Phương pháp nghiên cứu
• 2.3.1. Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD)
• 2.3.2. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM - KẾT QUẢ - THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp bột nano LaFeO₃ bằng phương pháp sol-gel citric
• 3.2. Các đặc trưng từ tính của vật liệu nano LaFeO₃ điều chế bằng phương pháp sol-gel
• DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Tóm tắt

I. Tổng quan về Khóa Luận Tốt Nghiệp Vật Liệu Nano

Khóa luận tốt nghiệp về vật liệu nano là một chủ đề đang thu hút sự quan tâm lớn trong lĩnh vực hóa học. Vật liệu nano không chỉ mang lại những tính chất độc đáo mà còn mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực khác nhau như y học, công nghiệp và môi trường. Việc nghiên cứu và phát triển vật liệu nano giúp nâng cao hiệu quả trong nhiều quy trình sản xuất và ứng dụng thực tiễn.

1.1. Khái niệm về Vật Liệu Nano và Công Nghệ Nano

Vật liệu nano là những vật liệu có kích thước từ 1 đến 100 nanomet. Công nghệ nano liên quan đến việc thiết kế và chế tạo các cấu trúc ở quy mô này, cho phép tạo ra những sản phẩm với tính năng vượt trội.

1.2. Lịch sử và Sự Phát Triển của Vật Liệu Nano

Sự phát triển của công nghệ nano bắt đầu từ những năm 1980, với những nghiên cứu đầu tiên về tính chất của vật liệu ở kích thước nano. Ngày nay, công nghệ này đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong khoa học vật liệu.

II. Thách Thức trong Nghiên Cứu Vật Liệu Nano

Mặc dù vật liệu nano mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức trong quá trình nghiên cứu và ứng dụng. Các vấn đề về an toàn, tác động đến môi trường và chi phí sản xuất là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Vấn Đề An Toàn và Tác Động Môi Trường

Việc sử dụng vật liệu nano có thể gây ra những rủi ro về sức khỏe và môi trường. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để đánh giá tác động của chúng đối với con người và hệ sinh thái.

2.2. Chi Phí và Khả Năng Sản Xuất

Chi phí sản xuất vật liệu nano vẫn còn cao, điều này hạn chế khả năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp. Cần phát triển các phương pháp sản xuất hiệu quả hơn để giảm chi phí.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu Vật Liệu Nano Hiện Nay

Có nhiều phương pháp được sử dụng để tổng hợp vật liệu nano, trong đó phương pháp sol-gel là một trong những phương pháp phổ biến nhất. Phương pháp này cho phép tạo ra các vật liệu với tính chất đồng nhất và kiểm soát kích thước tốt.

3.1. Phương Pháp Sol Gel trong Nghiên Cứu Vật Liệu Nano

Phương pháp sol-gel là một kỹ thuật hóa học được sử dụng để tổng hợp vật liệu nano từ các tiền chất lỏng. Phương pháp này giúp tạo ra các hạt nano với kích thước và hình dạng mong muốn.

3.2. Các Phương Pháp Khác trong Nghiên Cứu Vật Liệu Nano

Ngoài phương pháp sol-gel, còn có nhiều phương pháp khác như phương pháp hóa học, phương pháp thủy nhiệt và phương pháp điện hóa. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Vật Liệu Nano trong Hóa Học

Vật liệu nano đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong y học và công nghiệp. Chúng có khả năng cải thiện hiệu suất và độ chính xác trong nhiều quy trình.

4.1. Ứng Dụng trong Y Học

Trong y học, vật liệu nano được sử dụng để phát triển các phương pháp chẩn đoán và điều trị mới, giúp nâng cao hiệu quả điều trị các bệnh nan y.

4.2. Ứng Dụng trong Công Nghiệp

Trong công nghiệp, vật liệu nano được sử dụng để sản xuất các sản phẩm có tính năng vượt trội, như vật liệu cách nhiệt, vật liệu chống thấm và các sản phẩm bảo vệ môi trường.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu Vật Liệu Nano

Nghiên cứu về vật liệu nano đang mở ra nhiều cơ hội mới cho khoa học và công nghệ. Tương lai của lĩnh vực này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều đột phá trong các ứng dụng thực tiễn.

5.1. Triển Vọng Nghiên Cứu Vật Liệu Nano

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, nghiên cứu về vật liệu nano sẽ tiếp tục được mở rộng, hứa hẹn mang lại nhiều ứng dụng mới trong tương lai.

5.2. Những Thách Thức Cần Đối Mặt

Mặc dù có nhiều triển vọng, nhưng vẫn cần phải giải quyết các thách thức về an toàn và môi trường để đảm bảo sự phát triển bền vững của công nghệ nano.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu cho day các nguyên tố đất hiếm, các vật liệu này có thể làm chat xúc tác trong phản ứng oxi hóa từng phần metan, làm vật liệu xúc tác, làm các sensor nhạy khi và còn làm điện cực ở nhiệt độ cao (SOFC). Ngày nay, để diéu chế vật liệu nano người ta thường sử dụng các phương pháp cơ bản như: phương pháp kết tỉnh cryochemical, phương pháp cơ hoá, phương pháp thủy nhiệt, phương pháp điện hoá,. Phương pháp hóa học điêu chế vật liệu từ oxit ngày nay được coi là chiếm ưu thé do đảm bảo được tính đồng nhất hóa học và hoạt tính cao của bột ferrite tạo thành. Trong đó phương pháp chiến lược, kinh tế và thân thiện môi trường được coi là phương pháp sol - gel.

Vi vậy em chọn dé tải: “Nghiên cửu tông hợp vật liệu LaFeO; kích thước nanomet bing phương pháp sol - gel” lam để tài khóa luận tốt nghiệp với mong muốn đóng góp thêm một it thông tin về loại vật liệu này. SVTH: Đào Thị Ngọc Diệp Trang 7 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Trúc Linh CHƯƠNG |.Téng quan vé nano 1. Công nghệ nano, vật liệu nano Nanomet là điểm kì diệu trong kích thước chiều dải, là điểm mà tại đó những vật sáng chế nhỏ nhất do con người tạo ra ở cắp độ nguyên tử hay phần tử của thé giới tự nhiên ,1 Công nghệ nano (tiếng Anh: nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tao, ứng dụng các cấu trúc, thiết bị vả hệ thống bang việc điều khiến hinh dáng, kích thước trên quy mô nanomet (1 nm = 10° m).

Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chủng đều có chung đối tượng là vật liệu nano. Công nghệ nano ngảy càng di sâu vào nhiều lĩnh vực hiện dai của khoa học, kỹ thuật va thông qua chúng. nó đi vào đời sống của chúng tạ. Trong công nghệ nano.

các hạt nano được chế tạo bằng nhiều phương pháp khác nhau. Những phương pháp nay được phân nhóm theo kích thước của vật liệu ban đâu, gồm 2 nhóm: phương pháp từ trên xuống (top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up)." ~ Phương pháp top-down: là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn. Dùng kỹ thuật nghiền và biến dang để biến vật liệu thể khối với tô chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. Phương pháp đơn giản, rẻ tiền.

- Phương pháp bottom-up: là phương pháp hình thành các hạt nano tir các nguyên tứ, phân từ hay ion. Phương pháp từ đưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả 2 phương pháp hóa lý. Đặc biệt gần đây, việc thực hiện công nghệ nano theo phương thức bottom-up thu hút nhiều sự quan tâm, đo có thể tạo ra các hình thái vật liệu ma con người mong muốn. Vật liệu nano là loại vật liệu ma trong cấu trúc của các thành phan cấu tạo nên nó ít nhất phải có một chiều kích thước nanomet.

Day 14 đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công nghệ nano, nó liên kết 2 lĩnh vực trên với nhau. Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng, vào cỡ nanomet. SVTH: Đào Thị Ngọc Diệp Trang 8 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS. Nguyễn Thị Trúc Linh 1.

Phân loại vật liệu nano *l Vẻ trạng thai của vật liệu, người ta phân chia thanh ba trạng thái: rắn, long và khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu 1a vật liệu rắn. sau dé mới đến chat lỏng và khi. Thông thường vật liệu nano được phân ra thành nhiều loại.

phụ thuộc vao hình dạng, cau trúc của vật liệu và kích thước của chúng v. Vẻ hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau (hành 7.1) - Vật liệu nano không chiéu (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nao cho điện tử), vi dụ: đám nano, hạt nano,. - Vật liệu nano một chiêu là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano. điện tử được tự đo trên một chiều (hai chiều cẳm ti), ví dụ: day nano, ống nano,.

- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano. hai chiều tự do. ví dụ: mảng mỏng. - Vật liệu nano ba chiêu là vật liệu dạng khối được cấu tạo từ các hạt nano tinh thẻ.

Ngoài ra, còn có vật liệu có câu trúc nano hay nanocomposite, trong đó chỉ có một phan của vat liệu có kich thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiêu đan xen lẫn nhau. Cầu trúc vật liệu nano không chiêu (OD), 1 chiêu (1D), 2 chiều (2D), 3 chiều (3D) SVTH: Dao Thị Ngọc Điệp Trang 9 Khóa luận tốt nghỉ GVHD: ThS. Nguyễn Thị Trúc Linh Theo hình dang, phan thành các loại (hink 7 2) > ding nant Oo Ghy wand > câ¬ngnô LÝ `. tổng sand ạ “á¬6¬nan > bậc meng mend | xuyên mand BEEN mbes sông ohh no i : hao buds ® —_—_—_ » Hình 1.

Phan loại vật liệu nano theo hình dang Ngoài ra, dé phân biệt được các dang vật liệu nano người ta còn dựa vào lĩnh vực ứng dụng khác nhau của chúng: - Vật liệu nano kim loại; - Vật liệu nano bán dan; ~ Vật liệu nano từ tính; - Vật liệu nano sinh học. Quá trình tổng hợp các cấu trúc nano khác nhau như “hạt, thanh, dây, ống hay các cấu trúc nano ki dị" với sự đồng đều về kích thước, hình dang và đơn pha đang được tập trung nghiên cứu. Theo đó, nhiều hệ vật liệu nano mới với những mục đích ứng dụng khác nhau được tạo ra. Ứng dụng công nghệ nano Công nghệ nano là một bước tiến vượt bậc của công nghệ, nó tạo ra những ứng dụng võ cùng ki điệu, có thé cho ra những sản phẩm da năng hoàn toàn mới lạ ứng dụng trong y hoc, công nông nghiệp, bảo vệ môi trường.

hàng không vũ trụ. * Y học Vật liệu nano giữ một vai trò quan trọng trong quá trình chan đoán, điều trị và phòng ngừa ung thư cũng như những căn bệnh nan y khác. Sứ dụng cám biến nano để xác định các đâu hiệu sinh học như biến đôi ở gen, cảnh báo sớm bệnh ung thư. SVTH: Đào Thị Ngọc Diệp Trang 10 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: Ths.

Nguyén Thị Trúc Linh Vật liệu nano còn được ding làm chat chỉ thị dé nâng cao chất lượng hình anh cia các mé năm sâu bên trong cơ thể con người, cho phép họ tiếp cận vị trí của khối u. Các hạt polyme nano giúp vận chuyên thuốc trực tiếp đến khối u ma không lam ton thương các mô lành tinh. Tinh thé nano bạc được ding trong các loại bang vết thương cỏ tac dụng tiệt trùng. Trong tương lai, vật liệu nano có thé giúp bác sĩ chân đoán và điều trị hiệu qua hơn các bệnh tim mach, than kinh và các khối u nhỏ bằng cách sử dung các hạt nano kim loại.

Các thiết bị cảm biến được cấy ghép hoặc đưa vào cơ thé cùng với thuốc sẽ cho phép theo đöi sức khỏe bệnh nhân một cách liên tục và chỉ tiết. nhờ vậy bệnh trạng được kiểm soát tốt hơn. Người ta dùng vỏ nano vàng dé theo đồi hình ảnh, đồng thời tiêu diệt tế bào ung thư bang hông ngoại, khi tiêm vào cơ thé, vỏ nano sẽ tìm đến bám vào các tế bao ung thư, hap thu ánh sáng cận hồng ngoại chiếu từ bên ngoài và nóng lên, tạo thành nguôn nhiệt bên trong khối u, tiêu điệt tế bào ung thư mà không làm ảnh hưởng đến các tế bảo lành xung quanh. Các phương pháp điều trị dang nay có thể giảm đáng kẻ lượng hóa chất can truyền cho bệnh nhân và giảm tác dụng không mong muốn của phương pháp hóa trị liệu.

Một ứng dụng khác đang được nghiên cứu của sợi nano là tạo thành lớp mang ngăn làm ngừng quá trình chảy máu cũng như các chất lỏng khác nhanh và hiệu quả hơn. * Nông nghiệp Trong tương lai, vật liệu nano có thể được sử dụng dé cải thiện nông nghiệp; giám sát độ tươi ngon và chất lượng thực phẩm từ nơi sản xuất đến nơi tiêu dùng. Các nhà khoa học đang nghiên cứu sử dụng vật liệu nano vào mục tiêu tăng hiệu quả va mức độ an toàn của việc sử dụng thuốc trừ sâu, thuốc điệt cỏ và phân bón cho cây trồng bảng cách kiểm soát chính xác hơn thời gian và địa điểm các hóa chất này sẽ được giải phóng. Người ta còn chế tạo được một loại cảm biến sinh học nano dé phát hiện vi khuan trong nước và thực phẩm dang lỏng.

giám sắt hiện tượng nhiễm khuẩn ở các cây rau mau. * Công nghiệp - Trong lĩnh vực bao bì. các sản phẩm như mảng nano kháng khuẩn được chế tao nhằm nâng cao an toàn thực phẩm. Vật liệu composite làm băng nano khoáng sét kết hợp nylon có khả nang ngăn cản cacbon dioxit và oxy rất mạnh nên được sử dụng trong các loại SVTH: Đào Thị Ngọc Điệp Trang 11 Khóa luận tốt nghiệp GVHD: ThS.

Nguyễn Thị Trúc Linh chai nhựa và mang film bao gói thực phẩm, đồ uống. Trên thị trưởng hiện đã có loại nylon va composite nano khoảng sét để chế tạo mảng ngăn oxy có khả năng co giãn, chống xuyên thủng. dùng cho chai đựng bia va các loại đò uống có ga; bao bì thịt nguội vả phomat hoặc lớp trang trong các hộp giấy đựng sữa và nước hoa quả có tinh năng diệt khuân. - Trong lĩnh vực mỹ phẩm, các loại kem chống nắng chứa titan đioxit và kẽm oxit ở cấp độ nano.

có màu trong suốt khi bôi lên đa có độ bám tốt hơn và hắp thụ tia cực tim hiệu quả hơn sản phẩm thông thường. - Trong lĩnh vực hàng hóa tiêu dùng và thể thao như khung xe đạp. gậy bóng chày. đã được chế tao từ ống nano cacbon dam bảo có độ bên, độ cứng cao hon, lớp vỏ bọc bằng vật liệu nano làm giảm độ thắm khí của hóng tennis, giúp trái bóng giữ được áp suất lâu hơn.

Vật liệu nano còn được ding trong các lớp tráng phủ dé tao ra các loại vai và quan áo chống thắm nước, chống bám bản, giúp thoát mé hôi mà không thắm nước mặt ngoài. - Trong lĩnh vực xây dụng, nhờ ứng dụng công nghệ nano ma các công trinh nha ở trong tương lai không những kiên cô hơn, sạch hon mà còn sử dụng năng lượng hiệu qua hơn. Một loại vật liệu được đánh giá cao trong lĩnh vực xây dựng là titan dioxit.