phần mở đầu, tổng quan, thực nghiệm, kết quả và thảo luận. phan kết luận và kiến nghị. Nội dung của luận văn được trình bày trong 45 trang, 8 hình phd. Tổng quan về công nghệ nano, vật liệu nano 1.
Công nghệ nano 1. Khái niệm Tiên tổ “nano” xuất phát từ tiếng Latin “nanus` và tiếng Hy Lạp “vave,” đều có nghĩa là “người lùn” hoặc thứ gì đó rất nhỏ. Hệ thông đơn vị quốc tế (SE) coi nano là tiền tố để biểu thị 10 phần của đơn vị và mô tả một phan nghìn triệu mét (10 ® m). The National Nanotechnology Initiative (NNT) của Hoa Kỳ định nghĩa công nghệ nano là "khoa học, kỹ thuật và công nghệ được tiền hành ở cấp độ nano (1 dén 100 nm), trong đó các hiện tượng độc đáo cho phép ứng dụng mới trong nhiều lĩnh vực, từ hóa hoc, vật lý và sinh học, đến y học, kỹ thuật và điện từ" [23].
Lịch sử hình thành Những giả thuyết ban đầu về công nghệ nano được nhà khoa học Richard Feynman giới thiệu vào năm 1959 trong cuộc họp thường niền của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ. Feynman đã trình bày một bài giảng có tựa đề “There's plenty of room at the bottom” tại Viện Công nghệ California (Caltech) {24]. Vào năm 1974 tức là 15 năm sau nhà khoa học người Nhật Ban Norio Taniguchi mới định nghĩa thuật ngữ "công nghệ nano” là: *công nghệ nano chủ yếu bao gồm việc xử lý sự phân tách. hợp nhất và biến dang của vật liệu bằng một nguyên tử hoặc một phân tử" [25].
Phân loại công nghệ nano Công nghệ này có thé bao gồm việc tạo ra các vật liệu mới có đặc tính mới, cũng như phát triên các máy móc và thiết bị cực nhỏ hoạt động ở cấp độ nano. Công nghệ nano bao gồm nhiều ngành khoa học, bao gồm vật lý, hóa học, khoa học vật liệu và sinh học. Một số côn g nghệ nano đáng chú ý như vật liệu nano, điện tử nano, quang học nano, y học nano, nang lượng nano, nano-robotics. Vật liệu nano 1.
Định nghĩa Ủy ban Châu Âu đã ban hành đẻ xuất (201 1/696/EU) vào năm 2011 định nghĩa từ “ vật liệu nano ” là vật liệu tự nhiên, ngẫu nhiên hoặc được sản xuất có chứa các hạt ở trạng thái không liên kết, đưới dạng tông hợp hoặc kết tụ và trong đó một hoặc nhiều kích thước bên ngoài nằm trong phạm vi kích thước 1-100 nm đối với 50% hoặc nhiều hơn số lượng hạt trong phân bỏ kích thước. Phân loại Theo Siegel, vật liệu có cầu trúc nano được phân loại là cau trúc nano không chiêu, một chiêu. hai chiều, ba chiều [26]. (a) các khối và cụm OD; (b) sợi nano, day nano và thanh nano 1D; (c) mang nano 2D, tắm nano vả mạng; (đ) vật liệu nano 3D.
(i) Vật liệu nano không chiều: Ở đây, tất cả các kích thước (x, y, z) đều ở kích thước nano, tức là không có kích thước nào lớn hơn 100 nm, bao gồm các hạt nano va cụm nano. (ii) Vật liệu nano một chiều: Ở đây có hai chiều (x, y) ở kích thước nano và chiều kia nằm ngoài kích thước nano, dẫn đến vật liệu nano hình kim bao gồm sợi nano, ông nano, thanh nano và dây nano. (iii) Vật liệu nano hai chiều: Ở đây, một chiêu (x) có kích thước nano, hai chiều còn lại nằm ngoài kích thước nano, vật liệu nano 2D có hình dạng giống như tam, bao gồm màng nano, lớp nano và lớp phủ nano có kích thước nanomet về độ dày. (iv) Vật liệu nano ba chiều: Đây là những vật liệu nano không bị giới hạn ở kích thước nano ở bất kỳ chiều nào, có ba kích thước tùy ý trên 100 nm.
Vật liệu nano dang khối (3D) được cau tạo từ nhiều sự sắp xếp của các tinh thé có kích thước nano ở các kích thước khác nhau. Nó bao gồm sự phân tán của các hạt nano, bó đây nano và ông nano cũng như các lớp đa nano (đa tinh thé) trong đỏ các phan tử cầu trúc OD, 1D va 2D tiếp xúc chặt chẽ với nhau và tạo thành các giao diện. Tính chất của vật liệu nano Vật liệu nano có các đặc điểm cấu trúc năm giữa nguyên tử và vật liệu khối, nhưng tính chất của vật liệu có kích thước nanomet khác biệt đáng kể so với của nguyên tử và vật liệu khối. Do kích thước nhỏ của chúng, vật liệu nano có tỉ lệ điện tích bề mặt trên thê tích cực lớn, khiến cho bé mặt hoặc các nguyên tử giao điện có kích thước lớn, dẫn đến nhiều đặc tính vật liệu phụ thuộc vào “bé mat” hơn.
Cau trúc vùng năng lượng và mật độ hạt tải điện trong vật liệu có thê được biến đồi làm thay đổi các tính chất điện tử và quang học của vật liệu [27]. a) Tính chất quang học: Một trong những khía cạnh hấp dẫn và hữu ích nhất của vật liệu nano là tính chất quang học của chúng. Các tính chất quang học của vật liệu nano phụ thuộc vào các thông số như kích thước, hình dạng, đặc điểm bề mặt và các biến số khác bao gồm pha tạp và tương tác với môi trưởng xung quanh hoặc các cau trúc nano khác. Các ứng dụng dựa trên đặc tính quang học của vật liệu nano bao gồm máy đò quang, laser, cảm biến, hình ảnh, pin mặt trời, xúc tác quang, quang điện hóa và y sinh.
b) Tính chất điện: đề ra về các nguyên tắc cơ bản của tính dẫn điện trong ống nano và thanh nano, ống nano carbon, tính quang dẫn của thanh nano. tính dẫn điện Của nanocomposite. c) Tính chat cơ học: dé cập đến các vật liệu gồm và kim loại, ảnh hưởng của độ xốp, ảnh hưởng của kích thước hạt, độ siêu dẻo, vật liệu tông hợp polymer chứa day, polymer chứa hạt, vật liệu nano dựa trên polymer chứa đây tiéu cầu, vật liệu tông hợp dựa vào ống nano carbon. d) Tính chat từ: Vàng va Pt không có tir tinh, nhưng ở kích thước nano, chúng có từ tính.
Các nguyên tử bề mặt không chỉ khác với các nguyên tử khối mà còn có thé được biến đổi bằng cách tương tác với các loại hóa chất khác, nghĩa là băng cách che phủ các hạt nano. Hiện tượng này mở ra khả năng sửa đôi các tính chất vật lý của hạt nano bằng cách phủ chúng bằng các phân tử thích hợp. Tong hợp vật liệu nano Có 2 hai cách tiếp cận 'từ dưới lên' hoặc 'từ trên xuống" dé tông hợp vật liệu nano, tức là lắp ráp các nguyên tử lại với nhau hoặc phân tách (phá vỡ hoặc phan tách) các khối chất rắn thành các manh min hon cho đến khi chúng được tạo thành chỉ có một vài nguyén tử. Một số ứng dụng của vật liệu nano Chất bán dẫn có cầu trúc nano được biết là có nhiều tính chất quang phi tuyến tính khác nhau.
Các hạt Q bán dẫn cũng thé hiện hiệu ứng giam giữ lượng tử có thé dan đến các tính chat đặc biệt, như khả năng phát quang trong bột silicon và các cham lượng tử germanium silicon làm thiết bị quang điện tử hồng ngoại. Bột kim loại có kích thước nano đã được sử dụng để sản xuất vật liệu kín khí, các bộ phận dày đặc và lớp phủ xốp. Đặc tính hàn nguội kết hợp với độ dẻo làm cho chúng phù hợp dé liên kết kim loai-kim loại, đặc biệt là trong ngành công nghiệp điện tử, Các hạt từ tính có kích thước nano đơn lẻ là các miền đơn và người ta mong đợi điều đó cũng có trong vật liệu pha nano từ tính. Các hạt rất nhỏ có cầu trúc nguyên từ đặc biệt với các trạng thái điện tử rời rạc, tạo ra các tính chất đặc biệt bên cạnh hành vi siêu thuận từ.
Nanocomposite từ tinh đã được sử dụng cho cơ khí truyền lực (ferrofluids), đê lưu trữ thông tin mật độ cao và làm lạnh từ tính. Các cụm kim loại có cau trúc nano và các chất keo có thành phan don hoặc da kim loại có tác động đặc biệt trong các ứng dụng xúc tác. Chúng có thẻ đóng vai trò là tiền thân cho loại hình mới chất xúc tác không đồng nhất (chất xúc tác Cortex) và đã được chứng minh là mang lại hiệu quả đáng kẻ những lợi thé liên quan đến hoạt động. tính chọn lọc và thời gian tồn tại trong các biến đôi hóa học và xúc tác điện (pin nhiên liệu).
Các màng mỏng oxide kim loại có cầu trúc nano đang nhận được sự quan tâm khi thực hiện các cảm biến khí (NOx, CO, CO›, CH¡ và hydrocarbon thơm) với độ nhạy vả độ chọn lọc được nâng cao. Phát hiện oxide kim loại có cầu trúc nano (MnO2) ứng dụng cho pin sạc cho ô tô hoặc hàng tiêu dùng [27]. Tổng quan về vật liệu nano spinel MFe20s 1. Cau trúc tinh thé spinel MFe;O;¿ Vật liệu như ferrite spinel có công thức điền hình là MFe2Os, trong đó M là ion của kim loại hóa trị H và Fe là các cation hóa trị HI năm ở vị trí tử diện và bát diện.
Có 64 vị trí tứ điện và 32 vị trí bát điện trong một ô đơn vị, tuy nhiên, chỉ có § và 24 vị trí được lấp đây bởi các cation tương ứng [28]. Dựa trên sự phân bé cation trong các vị trí bát diện và tứ diện, có ba loại spinel thường, nghịch đảo và hỗn hợp [29].2 a) Cấu trúc đơn vị của ferrite spinel từ tính vị trí bát điện (màu xanh), vị trí tứ điện (màu vàng) và nguyên tử oxygen (màu đỏ) [30].2 b) là ZnFezO; trong đó các ion Fe** được tìm thấy ở các vị trí bát điện trong khi các ion Zn°°* nam ở các vị trí tứ diện.2 c) là NiFe:O: trong đó các ion Ni?* và một nửa số ion Fe?* nằm ở các vị trí bát điện và nửa còn lại của các ion Fe** năm ở các vị trí tứ điện [31]. Cau trúc spinel được phân loại thành bình thường. hỗn hợp và nghịch đảo tùy theo sự phân bó cation tại các vị trí bat diện và tứ điện.
Đề xác định cầu trúc của spinel, điều quan trọng là xác định sự phân bố cation trong spinel. Các nhà nghiên cứu đã dé xuất một số phương pháp dé dự đoán sự phân b6 cation. Ban dau, năng lượng én định trường tinh thé (CFSE) được sử dụng đề thu được năng lượng én định vị trí bát diện (OSSE) dưới dạng hàm của số electron quỹ đạo d và cation có OSSE thấp hơn được cho là ưu tiên chiếm các vị trí bát điện. Các yếu tố khác được phát hiện có anh hưởng đến sự phân bố cation bao gồm cau hình điện tử, năng lượng tĩnh điện của mạng, năng lượng day sinh ra trong phạm vi ngắn và hiệu ứng phân cực [32-33].
Sau đó vào năm 1982, Burdett et al.