phần mở đầu, phần thực nghiệm, phần kết luận và kiến nghị. Khoá luận được trình bay trong 34 trang, bao gồm 21 hình, 9 bảng, 79 nguồn tài liệu tham khảo. Tổng quan về công nghệ nano và vật liệu nano Theo Hiệp hội Công nghệ nano Hoa Kỳ (Nanotechnology Initiative — NNI), công nghệ nano 1a ngảnh công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo va ứng dụng các cau trúc, thiết bị và hệ thông bằng việc điều khiển hình dang, kích thước ở quy mô nanomet {1 nm = 10” m), tức kích thước nhỏ cỡ nguyên tử, phân tử và siêu phan tử. Năm 1959, các ý tưởng và khái niệm về khoa học nano vả công nghệ nano bắt đầu từ bài nói chuyện của nhà vật lý Richard Feynman (người đoạt giải Nobel Vật lý 1965) trong một cuộc họp của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ tại Học viện Công nghệ California (CalTech) vào 29/12/1959 - rất lâu trước khi thuật ngữ nanotechnology được sử dụng.
Đây là giắc mơ sớm nhất về công nghệ nano. Qua sự phát triển của kỹ thuật phân tích và công nghiệp hóa, các nhà khoa học đã có khả năng nghiên cứu và kiểm soát các vật liệu ở mức nano [16]. Vào những năm 1970, các nha khoa học bắt đầu đưa ra các ý tưởng về công nghệ nano từ nhiều góc độ khác nhau, Năm 1974, nhà khoa hoc Donny Gucci lần đầu tiên sử dụng thuật ngữ công nghệ nano dé mô tả gia công chính xác. Sự phát trién nhanh chóng của công nghệ nano là vào cuỗi những năm 1980 và dau những năm 1990.
Đây là thời kỳ khi thuật ngữ "nano" bắt đầu xuất hiện rộng rãi trong cộng đồng khoa học. Tại cuộc họp về tài nguyên vật chất và khoa học tại Mỹ năm 1992, nhà khoa học Eric Drexler đã sử dụng thuật ngữ "nanotechnology" dé mô tả việc kiểm soát và chế tạo các cầu trúc tại mức nano [17]. Thập kỷ 2000 và sau này: Công nghệ nano phát triển mạnh mẽ và lan rộng sang nhiều lĩnh vực, bao gồm y học, điện tử, năng lượng, và môi trường. Nhiều nghiên cứu và ứng dụng nano trở nên quan trọng trong cuộc sông hàng ngày [18].
Vat liệu nano là một đối tượng quan trọng của công nghệ nano. Vật liệu nano là loại vật liệu có cấu trúc các hạt, các sợi. có kích thước đặc trưng khoảng từ | nanomet đến 100 nanomet. Thông thường vật liệu nano được phân ra thành nhiều loại, phụ thuộc vao trạng thái, hình dang , cầu trúc của vật liệu và kích thước của chúng [19].
w - Phân loại theo trạng thái: Người ra phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và khí Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn sau đó mới đến chất long và khí. - Phân loại theo cấu trúc vật liệu: Vật liệu nano được phân ra thành 4 loại: vật liệu nano không chiều (OD), một chiều (1D), hai chiều (2D) va ba chiều (3D) (Hình 1.1) Cấu trúc 0D Cấu trúc 1D {œ9 Cấu trúc 2D Hình 1. Các cấu trúc nano phân loại theo kích thước của vật liệu. + Vật liệu nano không chiều: Cả 3 chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nao cho điện tử như dam nano, hạt nano,.2) + Vật liệu nano một chiều: Là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều như đây nano, ống nano (Hình 1.3) + Vật liệu nano hai chiều: La vật liệu trong đó có một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do như màng mỏng (Hình 1.4) + Vật liệu nano ba chiều: Là vật liệu dạng khối được cau tạo từ các hat nano tinh thẻ.
Vật liệu có cau trúc nano hay nano composite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lần nhau. Hạt nano Hình 1. Ông nano Hình 1. Màng nano - Ngoài ra, người ta còn phân loại các đạng vật liệu nano dựa vảo lĩnh vực ứng dụng khác nhau của chúng: + Vật liệu nano kim loại; + Vật liệu nano bán dẫn; Vật liệu nano từ tính; + Vật liệu nano sinh học.
Vật liệu nano đang đi sâu vào đời sống hiện đại và chiếm ý nghĩa rất lớn đối với đời sông của con người nhờ vào các tính chất rất đặc biệt của chúng mà các vật liệu truyền thống trước đó không có được. Với những đặc tính ưu việt đó, vật liệu nano được ứng dung rộng rãi trong nhiều lĩnh vực [20]: - Y học và chăm sóc sức khỏe: Công nghệ nano đã thúc đây sự phát triên của được pham nano, cho phép cung cấp liệu pháp chính xác hơn và tiết kiệm liều lượng. Ví dụ, các hạt Nano có thé được chuyên tới vị trí cụ thé trong cơ thé dé chân đoán bệnh hoặc cung cấp liều thuốc chính xác. Vật liệu nano đang cải thiện chất lượng va hiệu suất của các thiết bị y tế như bộ cấy ghép, bộ xâm nhập va các cảm biến y tế.
Chang hạn, vật liệu nano có thé được sử dụng dé tạo ra các bộ cay ghép tương thích với cơ thé, giảm nguy cơ phan ứng phụ và tăng kha năng tổn tại của bộ cay. Ngoài ra, các cam biến nano có khả năng phát hiện sớm các tác nhân gây bệnh trong cơ thẻ. - Năng lượng: Vật liệu nano có khả năng tăng hiệu suất của các thiết bị năng lượng sạch như pin năng lượng mặt trời và pin lithium-ion. Các lớp màng nano có thê tăng khả năng hấp thụ ánh sáng và tạo ra điện từ năng lượng mặt trời.
Ngoài ra, vật liệu nano cũng có thẻ được sử dung dé lưu trữ năng lượng trong các pin có khả năng dung lượng cao hơn va thời gian sạc nhanh hơn. - Vật liệu chống nước và chống đính: Các vật liệu nano đã được áp dụng dé tạo ra các lớp màng mỏng chống nước và chống dính trên các bề mặt. Điều này có thê ứng dụng 5 trong các ngành công nghiệp sản xuất quan áo, thiết bị điện tử, hoặc thậm chí trong ngành thực phâm. - Công nghệ điện tử: Công nghệ nano đang thúc day sự phát triển của các thiết bị điện tử như man hình cảm ứng, vi mạch siêu nhỏ và các cảm biến thông minh, Các vật liệu nano có khả năng điều chỉnh dẫn điện, dẫn nhiệt và tương tác với ánh sáng, mở ra cơ hội mới cho các thiết bị tiên tiến.
- Môi trường và xử lý nước: Công nghệ nano cô thê được áp dụng dé tạo ra các vật liệu hap thụ ô nhiễm và loại bỏ chất độc tô trong môi trường. Nó cũng có thể được sử dụng dé tạo ra các hệ thống xử lý nước thái hiệu quá hơn; Các nano vật liệu có thẻ hấp thụ các hạt ban và vi khuẩn trong nước, giúp làm sạch nước một cách an toàn. - Ngành thực phẩm: Công nghệ nano có tiềm năng tạo ra các vật liệu bao bọc thực phẩm dé tăng tuôi tho và giữ vị ngon, cũng như đề phát triển các thức ăn chức năng với giá trị định dưỡng cao. - Vật liệu siêu nhẹ và siêu cứng: Công nghệ nano cung cap cơ hội dé phát triển các vật liệu siêu nhẹ và siêu cứng, có thê ứng dụng trong ngành hàng không, vũ trụ và ngành sản xuất công nghiệp.
Một trong những loại vật liệu nano được sử dụng rộng rãi trong thực tế là vật liệu từ. Vật liệu từ được ứng dụng trong các thiết bị như máy biến thé, máy phát điện, động cơ điện, máy ghi 4m, ghi hinh,. Có thê thấy, việc nghiên cứu va phát triển ứng dụng của vật liệu từ vẫn là đề tài thu hút nhiều sự quan tâm của những người làm khoa học nhưng vẫn còn hạn chế. Trong tương lai, vật liệu nano sẽ ngảy cảng tiếp cận với mọi lĩnh vực của đời sông hơn nữa.
Cầu trúc tỉnh thé vật liệu nano perovskite Perovskite là một khoáng chất có công thức phân tử là CaTiOs. Khoáng chất nay được phát hiện ở Nga vào năm 1§39 và được đặt tên theo nhà khoáng vật học người Nga Lev Perovski (1792 — 1856). Thuật ngữ “cau trúc perovskite“ thưởng được sử dụng khi vật chất có công thức chung là ABOs và có cau trúc tinh thé giông như khoáng chất CaTiOa [22]. Trong số các vật liệu từ, vat liệu ferrite có cấu trúc lệch perovskite dang ABO; (A là kim loại đất hiếm như Y, La, Pr, Nd, Sm,.
và B là các kim loại chuyên tiếp như Mn, Fe, Co, Ni, Cr,.) được nghiên cứu nhiều do tính chất ưu việt của chúng [21]. Cấu trúc của perovskite thường là biển thé của cau trúc lập phương với các thông số mạng a=b=c và ư = 8 = y = 90°. VỊ trí tám đính của hình lập phương là vị trí của các cation Á, tâm của sáu mặt hình lập phương là vị trí của ion phối trí, thường là vị trí của ion Oxygen va tâm của hình lập phương là vị trí của ion B. Nghĩa là xung quanh ion B có 6 Oxygen (Hình I.5a) và quanh ion A có 12 ion Oxygen phối trí (Hình 1.
Như vậy, cầu trúc tinh thé của hợp chất perovskite còn có thé mô tả đưới dang sắp xép các bát điện BOs (Hình 1.5b) với cation B nằm ở hốc của bát điện BOs, còn cái anion O* nằm ở đỉnh của bát diện BOs.5b, các góc B-O-B băng 180° và độ dài liên kết B-O bằng nhau theo mọi phương [23]. oO Vị trí cation A7"(A*’) © viuicauonB°(`) © Vị tri cation O” Hình 1. Cau trúc tinh thé perovskite ABO: thuần 1. Cac phương pháp tổng hợp vật liệu nano Đề điều chế vật liệu nano perovskite ABO; có nhiều phương pháp ví dụ như phương pháp pha rắn, phương pháp sol — gel, phương pháp đồng kết túa,.
Phương pháp phản ứng pha rắn Phản ứng pha rắn (Solid-State Reaction) là một quá trình trong đó các chất tham gia phản ứng tạo ra các sản pham mới trong trạng thai rắn, thường diễn ra ở nhiệt độ cao. Đây là một số phương pháp thường được sử dụng dé thực hiện phan ứng pha rắn [25], [26]: - Tia hoặc xay nghiền (Grinding): Phương pháp này bao gồm nghiên các chất tham gia phản ứng thanh bột mịn rồi kết hợp chúng lại với nhau. Sự tiếp xúc mật độ cao giữa các hạt bột tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng xảy ra. - Tron cơ học (Mechanical Alloying): Trong phương pháp nay, các bột kim loại hoặc hợp chất kim loại được trộn cơ học trong một máy nghiên cơ học với bi lan.
Quá trình trộn cơ học tạo ra sự tương tác giữa các hạt và tạo điều kiện cho các phản ứng tạo pha mới.