Nghiên cứu về vật liệu nanocompozit Ag/PVA và khả năng kháng khuẩn của chúng

Nghiên cứu ảnh hưởng của bạc nitrat và trinatri citrat đến kích thước hạt nano Ag trong PVA, mở ra hướng đi mới cho ứng dụng vật liệu.

• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Vật Liệu Nano
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Nanocompozit Ag/PVA Và Ứng Dụng Trong Kháng Khuẩn
• Loại tài liệu: Luận Án

Tóm tắt

I. Vật liệu nanocompozit Ag PVA Tổng quan và tiềm năng ứng dụng

Vật liệu nanocompozit Ag/PVA đang thu hút sự chú ý lớn nhờ khả năng kháng khuẩn vượt trội. Sự kết hợp giữa nano bạc (Ag) và polyvinyl alcohol (PVA) tạo ra một vật liệu mới với nhiều ưu điểm, mở ra tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong y tế, thực phẩm và nhiều lĩnh vực khác. Tính cấp thiết của đề tài này xuất phát từ nhu cầu cấp bách về các giải pháp kháng khuẩn hiệu quả, đặc biệt trong bối cảnh gia tăng tình trạng kháng kháng sinh. Nano bạc, với khả năng diệt khuẩn mạnh mẽ và độc tính thấp, là thành phần then chốt. PVA đóng vai trò là nền polymer, giúp ổn định nano bạc và tạo điều kiện thuận lợi cho việc ứng dụng vật liệu. Các nghiên cứu tập trung vào quy trình tổng hợp tối ưu, khảo sát các tính chất đặc trưng của vật liệu và đánh giá khả năng kháng khuẩn. Sự phát triển của vật liệu nanocompozit Ag/PVA hứa hẹn mang lại những đột phá quan trọng trong việc kiểm soát và ngăn ngừa sự lây lan của vi khuẩn.

1.1. Giới thiệu vật liệu nanocompozit và ứng dụng kháng khuẩn

Vật liệu nanocompozit là sự kết hợp của hai hay nhiều pha vật liệu khác nhau, trong đó ít nhất một pha có kích thước nanomet. Ứng dụng kháng khuẩn là một trong những tiềm năng lớn nhất, đặc biệt khi sử dụng nano bạc làm pha phân tán. Nano bạc nổi tiếng với khả năng tiêu diệt vi khuẩn, nấm và virus. Việc kết hợp nano bạc với các polymer như PVA giúp tăng cường tính ổn định và dễ dàng tích hợp vào nhiều sản phẩm. Các ứng dụng nanocompozit kháng khuẩn trải rộng từ băng gạc y tế đến bao bì thực phẩm. [Tham khảo: [24,25,27] trong tài liệu gốc].

1.2. Vai trò của nano bạc và PVA trong nanocompozit

Nano bạc đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra khả năng kháng khuẩn cho nanocompozit. Cơ chế kháng khuẩn của Ag/PVA bao gồm việc giải phóng ion bạc (Ag+), gây ức chế sự phát triển của vi khuẩn. PVA, với vai trò là chất nền polymer, giúp phân tán đều nano bạc, ngăn ngừa sự kết tụ và tăng cường độ bền cho vật liệu. PVA cũng có khả năng tạo màng, giúp vật liệu dễ dàng ứng dụng trên nhiều bề mặt khác nhau. Việc lựa chọn tỷ lệ phù hợp giữa nano bạc và PVA là yếu tố then chốt để tối ưu hóa tính chất của vật liệu nanocompozit.

1.3. Khả năng diệt khuẩn nấm bệnh và virus của nano bạc

Nano bạc có khả năng diệt khuẩn, nấm bệnh và vi rút do khả năng xâm nhập màng tế bào vi sinh vật và gây ức chế hoạt động trao đổi chất. Các nghiên cứu đã chứng minh nano bạc hiệu quả chống lại nhiều chủng vi khuẩn Gram dương và Gram âm. Khả năng này làm cho vật liệu nanocompozit bạc trở thành một lựa chọn tiềm năng trong các ứng dụng liên quan đến diệt khuẩn. Nghiên cứu cũng cho thấy khả năng diệt trừ nấm bệnh trong nông nghiệp [Xem thêm: Tài liệu gốc].

II. Thách thức và vấn đề trong ứng dụng vật liệu Ag PVA kháng khuẩn

Mặc dù vật liệu nanocompozit Ag/PVA sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội, vẫn còn tồn tại một số thách thức cần giải quyết để đảm bảo hiệu quả và an toàn khi ứng dụng rộng rãi. Một trong những vấn đề quan trọng là kiểm soát kích thước và sự phân bố của nano bạc trong nền PVA. Sự kết tụ của nano bạc có thể làm giảm diện tích bề mặt tiếp xúc, từ đó làm giảm khả năng kháng khuẩn. Ngoài ra, cần đảm bảo tính ổn định của vật liệu trong các điều kiện môi trường khác nhau, tránh tình trạng nano bạc bị oxy hóa hoặc giải phóng quá nhanh. Vấn đề độc tính tiềm ẩn của nano bạc cũng cần được nghiên cứu kỹ lưỡng, đặc biệt khi ứng dụng trong y tế và thực phẩm. Việc tìm kiếm các phương pháp tổng hợp thân thiện với môi trường và có chi phí hợp lý cũng là một yếu tố quan trọng để thúc đẩy sự phát triển của vật liệu nanocompozit Ag/PVA.

2.1. Kiểm soát kích thước và phân bố hạt nano bạc

Kích thước và sự phân bố của hạt nano bạc ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng kháng khuẩn của vật liệu nanocompozit Ag/PVA. Các hạt nano bạc có kích thước nhỏ (dưới 10nm) thường có hoạt tính cao hơn do diện tích bề mặt lớn hơn. Tuy nhiên, chúng cũng dễ bị kết tụ hơn. Việc kiểm soát quá trình tổng hợp để đảm bảo sự phân tán đều và ổn định của nano bạc là một thách thức lớn. Sử dụng các chất ổn định, như trinatri citrat, có thể giúp cải thiện sự phân tán của hạt nano bạc.

2.2. Tính ổn định và độ bền của vật liệu nanocompozit

Độ bền của vật liệu nanocompozit Ag/PVA cần được đảm bảo trong quá trình sử dụng và bảo quản. Các yếu tố như nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng có thể ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu. PVA có thể bị phân hủy theo thời gian, làm giảm khả năng bảo vệ nano bạc. Việc nghiên cứu các biện pháp tăng cường độ bền cho vật liệu, như sử dụng các chất phụ gia hoặc xử lý bề mặt, là cần thiết.

2.3. Đánh giá độc tính và an toàn của vật liệu Ag PVA

An toàn là yếu tố quan trọng hàng đầu khi ứng dụng vật liệu nanocompozit Ag/PVA, đặc biệt trong các lĩnh vực liên quan đến sức khỏe con người. Các nghiên cứu cần đánh giá độc tính của nano bạc đối với tế bào và mô, cũng như khả năng gây dị ứng hoặc kích ứng da. Cần có các tiêu chuẩn và quy định nghiêm ngặt về hàm lượng nano bạc được phép sử dụng trong các sản phẩm tiêu dùng.

III. Phương pháp tổng hợp vật liệu nanocompozit Ag PVA kháng khuẩn

Có nhiều phương pháp tổng hợp vật liệu nanocompozit Ag/PVA, mỗi phương pháp có ưu và nhược điểm riêng. Phương pháp khử hóa học là một trong những phương pháp phổ biến nhất, sử dụng các chất khử như hydrazine hydrate hoặc natri borohydride để chuyển đổi ion bạc (Ag+) thành nano bạc (Ag) trong môi trường PVA. Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện và có thể kiểm soát kích thước của hạt nano bạc. Một phương pháp khác là phương pháp chiếu xạ, sử dụng tia UV hoặc tia gamma để khử ion bạc. Phương pháp này cho phép tạo ra nano bạc với độ tinh khiết cao, nhưng đòi hỏi thiết bị phức tạp hơn. Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp phù hợp phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể về tính chất của vật liệu nanocompozit và điều kiện sản xuất.

3.1. Khử hóa học Quy trình và các yếu tố ảnh hưởng

Phương pháp khử hóa học là một quy trình phổ biến để tạo ra nano bạc trong dung dịch PVA. Quá trình này bao gồm việc thêm một chất khử vào dung dịch chứa ion bạc và PVA. Các yếu tố như nồng độ ion bạc, loại chất khử, pH, nhiệt độ và thời gian phản ứng có thể ảnh hưởng đến kích thước và hình dạng của nano bạc. Sử dụng trinatri citrat có thể giúp phân tán hạt nano bạc.

3.2. Phương pháp chiếu xạ Ưu điểm và hạn chế

Phương pháp chiếu xạ sử dụng tia UV hoặc tia gamma để khử ion bạc thành nano bạc. Ưu điểm của phương pháp này là tạo ra nano bạc có độ tinh khiết cao và không sử dụng các chất khử hóa học. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi thiết bị chiếu xạ chuyên dụng và có thể gây ra các phản ứng phụ không mong muốn.

3.3. So sánh các phương pháp tổng hợp và lựa chọn tối ưu

Mỗi phương pháp tổng hợp có ưu và nhược điểm riêng. Phương pháp khử hóa học đơn giản và dễ thực hiện, nhưng có thể tạo ra các sản phẩm phụ. Phương pháp chiếu xạ cho độ tinh khiết cao, nhưng đòi hỏi thiết bị phức tạp. Việc lựa chọn phương pháp tổng hợp tối ưu phụ thuộc vào các yếu tố như yêu cầu về tính chất của vật liệu nanocompozit, chi phí sản xuất và khả năng kiểm soát quy trình.

IV. Ứng dụng vật liệu nanocompozit Ag PVA trong đời sống và y tế

Vật liệu nanocompozit Ag/PVA có tiềm năng ứng dụng rộng rãi nhờ khả năng kháng khuẩn vượt trội. Trong lĩnh vực y tế, nó có thể được sử dụng để chế tạo băng gạc vết thương, vật liệu cấy ghép, ống thông tiểu và các thiết bị y tế khác, giúp ngăn ngừa nhiễm trùng và thúc đẩy quá trình phục hồi. Trong ngành thực phẩm, nanocompozit Ag/PVA có thể được sử dụng để tạo ra bao bì thực phẩm kháng khuẩn, kéo dài thời gian bảo quản và giảm nguy cơ ngộ độc thực phẩm. Ngoài ra, vật liệu này còn có thể được ứng dụng trong sản xuất đồ gia dụng, đồ chơi trẻ em và các sản phẩm tiêu dùng khác, giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Các ứng dụng y tế của Ag/PVA hứa hẹn cải thiện chất lượng điều trị và giảm chi phí chăm sóc sức khỏe.

4.1. Ứng dụng trong y tế Băng gạc vật liệu cấy ghép

Trong y tế, vật liệu nanocompozit Ag/PVA có thể được sử dụng để chế tạo băng gạc vết thương có khả năng kháng khuẩn, giúp ngăn ngừa nhiễm trùng và thúc đẩy quá trình làm lành vết thương. Vật liệu cấy ghép được phủ lớp Ag/PVA có thể giảm nguy cơ nhiễm trùng sau phẫu thuật. Các ứng dụng trong y tế này giúp cải thiện hiệu quả điều trị và giảm thời gian nằm viện.

4.2. Ứng dụng trong thực phẩm Bao bì kháng khuẩn

Nanocompozit Ag/PVA có thể được sử dụng để tạo ra bao bì thực phẩm kháng khuẩn, giúp kéo dài thời gian bảo quản và giảm nguy cơ ngộ độc thực phẩm. Lớp màng Ag/PVA trên bao bì có thể ngăn chặn sự phát triển của vi khuẩn gây hại, giữ cho thực phẩm tươi ngon lâu hơn. [Xem thêm: Tài liệu gốc]

4.3. Ứng dụng khác Đồ gia dụng đồ chơi trẻ em

Vật liệu nanocompozit Ag/PVA có thể được ứng dụng trong sản xuất đồ gia dụng, đồ chơi trẻ em và các sản phẩm tiêu dùng khác, giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Các sản phẩm được phủ lớp Ag/PVA có khả năng kháng khuẩn, giúp giảm nguy cơ lây lan bệnh tật.

V. Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ Ag đến khả năng kháng khuẩn

Nồng độ nano bạc (Ag) trong vật liệu nanocompozit Ag/PVA là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng kháng khuẩn của vật liệu. Nghiên cứu cho thấy, nồng độ Ag tối ưu sẽ đảm bảo khả năng tiêu diệt vi khuẩn hiệu quả mà không gây độc hại cho tế bào người. Các nghiên cứu cần xác định ngưỡng nồng độ Ag tối thiểu cần thiết để đạt được hiệu quả kháng khuẩn mong muốn, cũng như ngưỡng nồng độ tối đa an toàn cho sức khỏe. Việc kiểm soát nồng độ Ag trong quá trình tổng hợp là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng và an toàn của vật liệu nanocompozit.

5.1. Xác định ngưỡng nồng độ Ag tối thiểu và tối đa

Nồng độ nano bạc ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng kháng khuẩn. Việc xác định ngưỡng nồng độ tối thiểu và tối đa là rất quan trọng. Nồng độ quá thấp có thể không đủ để tiêu diệt vi khuẩn, trong khi nồng độ quá cao có thể gây độc hại.

5.2. Phương pháp đánh giá khả năng kháng khuẩn Ag PVA

Đánh giá khả năng kháng khuẩn của Ag/PVA thường sử dụng các phương pháp như thử nghiệm khuếch tán trên đĩa thạch (disk diffusion test) và thử nghiệm pha loãng (broth dilution test). Các phương pháp này giúp xác định mức độ ức chế sự phát triển của vi khuẩn dưới tác động của Ag/PVA.

5.3. Ảnh hưởng của kích thước hạt nano bạc đến hiệu quả

Kích thước hạt nano bạc cũng là yếu tố quan trọng. Kích thước nhỏ hơn thường có diện tích bề mặt lớn hơn và hiệu quả kháng khuẩn cao hơn. Tuy nhiên, hạt nano nhỏ hơn cũng dễ bị kết tụ hơn, làm giảm hiệu quả. Do đó, việc kiểm soát cả nồng độ và kích thước hạt nano bạc là rất quan trọng.

VI. Tương lai và triển vọng vật liệu nanocompozit Ag PVA kháng khuẩn

Với những ưu điểm vượt trội, vật liệu nanocompozit Ag/PVA hứa hẹn sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Các nghiên cứu sẽ tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp, nâng cao tính ổn định và độ bền của vật liệu, cũng như mở rộng phạm vi ứng dụng. Việc phát triển các phương pháp tổng hợp xanh, thân thiện với môi trường cũng là một xu hướng quan trọng. Ngoài ra, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các nhà khoa học, nhà sản xuất và cơ quan quản lý để đảm bảo an toàn và hiệu quả khi ứng dụng vật liệu nanocompozit Ag/PVA vào thực tế. Các nghiên cứu về vật liệu nanocompozit sẽ tiếp tục đóng góp vào việc giải quyết các vấn đề sức khỏe và môi trường cấp bách.

6.1. Hướng nghiên cứu tối ưu hóa quy trình tổng hợp

Hướng nghiên cứu tập trung vào quy trình tổng hợp xanh, giảm thiểu sử dụng hóa chất độc hại và tiết kiệm năng lượng. Sử dụng các chất ổn định tự nhiên và các phương pháp tổng hợp thân thiện với môi trường là mục tiêu quan trọng.

6.2. Mở rộng phạm vi ứng dụng vật liệu kháng khuẩn

Mở rộng ứng dụng diệt khuẩn trong nông nghiệp, xử lý nước và các ngành công nghiệp khác là tiềm năng lớn. Vật liệu có thể được sử dụng để tạo ra các sản phẩm kháng khuẩn trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

6.3. Thúc đẩy hợp tác và quản lý an toàn vật liệu Ag PVA

Hợp tác giữa các nhà khoa học, nhà sản xuất và cơ quan quản lý là cần thiết để đảm bảo an toàn và hiệu quả khi ứng dụng vật liệu nanocompozit Ag/PVA. Cần có các quy định và tiêu chuẩn rõ ràng về việc sử dụng nano bạc trong các sản phẩm tiêu dùng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1 Tổng quan về công nghệ nano: I.1 Khái niệm và sự ra đời của công nghệ nano: Thuật ngữ công nghệ nano (nanotechnology) xuất hiện từ những năm 70 của thế kỷ 20, liên quan đến công nghệ chế tạo các cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử. Độ chính xác ở đây đòi hỏi rất cao từ 0,1nm đến 100 nm, tức là phải chính xác đến từng lớp nguyên tử, phân tử. Mặt khác quá trình vi hình hóa các linh kiện cũng đòi hỏi người ta phải nghiên cứu các lớp mỏng có bề dày cỡ nm, các sợi mảnh có bề ngang cỡ nm, các hạt có đường kính cỡ nm. Phát hiện ra hàng loạt hiện tượng, tính chất mới mẻ, có thể ứng dụng vào nhiều lĩnh vực rất khác nhau để hình thành các chuyên ngành mới có gắn thêm chữ nano.

Hơn nữa, việc nghiên cứu các quy trình của sự sống xảy ra trong tế bào cho thấy sự sản xuất ra các chất cho sự sống như protein, đều được thực hiện bởi việc lắp ráp vô cùng tinh vi, các đơn vị phân tử với nhau mà thành, tức là cũng ở trong phạm vi công nghệ nano[11].2 Cơ sở khoa học của công nghệ nano: Khoa học nano nghiên cứu các vấn đề cơ bản của vật lý học, hóa học, sinh học của các cấu trúc nano. Dựa trên các kết quả của khoa học nano đi đến nghiên cứu ứng dụng cấu trúc nano. Công nghệ nano dựa trên những cơ sở khoa học chủ yếu sau: - Hiệu ứng kích thước lượng tử: Các hệ bán dẫn thấp chiều là những hệ có kích thước theo một, hai, hay cả ba chiều có thể so sánh với bước sóng De Broglie của các kích thước cơ bản trong tinh thể. Trong các hệ này, các kích thước cơ bản (như điện tử, lỗ trống, exciton) chịu ảnh hưởng của sự giam giữ lượng tử khi chuyển động bị giới hạn dọc theo trục giam giữ.

Hiệu ứng giam giữ lượng tử được quan sát thông qua sự dịch đỉnh về phía sóng xanh trong phổ hấp thụ với sự giảm kích thước hạt. Khi kích 5 thước hạt giảm tới gần bán kính Bohr exciton, thì có sự thay đổi mạnh mẽ về cấu trúc điện tử và các tính chất vật lý[11,24,27]. - Hiệu ứng bề mặt: Các cấu trúc nano có kích thước theo một chiều rất nhỏ nên chúng có diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích rất lớn. Hiệu ứng bề mặt thường liên quan đến các quá trình thụ động hóa bề mặt, các trạng thái bức xạ bề mặt và sức căng của bề mặt vật liệu.

Một số tính chất đặc biệt của các vật liệu cấu trúc nano có nguyên nhân là do các tương tác điện – từ giữa chúng qua các lớp bề mặt của những hạt nano cạnh nhau. Lực tương tác này trong nhiều trường hợp có thể lớn hơn lực tương tác Van der Waals[11,24,27].1: Diện tích bề mặt của hạt cầu thay đổi theo kích thước hạt. Ở đây giả thiết khối lượng riêng của hạt cầu là 2 g/cm3 Đường kính Diện tích/g (cm2) 1 cm 3 cm2 1 mm 30 cm2 100 μm 300 cm2 10 μm 3000 cm2 1 μm 3 m2 100 nm 30 m2 10 nm 300 m2 6 - Hiệu ứng kích thước: Các đại lượng vật lý thường được đặc trưng bằng một số đại lượng vật lý không đổi, ví dụ độ dẫn điện của kim loại, nhiệt độ nóng chảy, từ độ bão hòa của vật liệu sắt từ… Nhưng các đại lượng đặc trưng này chỉ không đổi khi kích thước của vật liệu đủ lớn và ở trên thang nano. Khi giảm kích thước của vật liệu xuống thang nano, tức là vật liệu trở thành cấu trúc nano thì các đại lượng đặc trưng nói trên không còn bất biến nữa, ngược lại chúng sẽ thay đổi theo kích thước và gọi đó là hiệu ứng kích thước.

Sự giảm theo kích thước này được giải thích bằng vai trò của tán xạ điện tử trên bề mặt càng tăng khi bề dày lớp nano càng giảm[11,24,2527].3 Ý nghĩa của khoa học nano và công nghệ nano: Khoa học và công nghệ nano có ý nghĩa rất quan trọng và cực kỳ hấp dẫn vì các lý do sau đây: - Tương tác của các nguyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởng bởi các biến đổi trong phạm vi thang nano. Do đó, khi làm thay đổi cấu hình ở thang nano của vật liệu ta có thể “điều khiển’’ được các tính chất của vật liệu theo ý muốn mà không phải thay đổi thành phần hóa học của nó. Ví dụ thay đổi kích thước của hạt nano sẽ làm cho chúng đổi màu ánh sáng phát ra hoặc có thể thay đổi các hạt nano từ tính để chúng trở thành hạt một đomen thì tính chất từ của nó sẽ thay đổi hẳn[11]. - Vật liệu nano có diện tích mặt ngoài rất cao nên chúng rất lý tưởng để dùng vào chức năng xúc tác cho hệ phản ứng hóa học, hấp phụ, nhả thuốc chữa bệnh từ từ trong cơ thể, lưu trữ năng lượng và cả trong liệu pháp thẩm mỹ[11].

- Vật liệu có chứa các cấu trúc nano có thể cứng hơn, nhưng lại bền hơn so với cùng vật liệu đó mà không hàm chứa các cấu trúc nano. Các hạt nano phân tán trên một nền thích hợp có thể tạo ra các vật liệu compozit siêu cứng[11]. 7 - Tốc độ tương tác và truyền tín hiệu giữa các cấu trúc nano nhanh hơn giữa các cấu trúc micro rất nhiều và có thể sử dụng tính chất siêu việt này để chế tạo các hệ thống nhanh hơn với hiệu quả sử dụng năng lượng cao hơn[11]. - Vì các hệ sinh học về cơ bản có tổ chức vật chất ở thang nano, nên nếu các bộ phận nhân tạo dùng trong tế bào có tổ chức cấu trúc nano bắt chước tự nhiên thì chúng sẽ dễ tương hợp sinh học.

Điều này cực kỳ quan trọng cho việc bảo vệ sức khỏe[11].2 Giới thiệu về hạt nano kim loại – Hệ keo: I.1 Các hạt nano kim loại – Hệ keo: Các hạt nano kim loại đã được biết đến từ rất lâu. Người ta đã tìm thấy các hạt kim loại vàng và bạc trong thủy tinh từ trên 2000 năm trước dưới dạng các hạt nano. Chúng được sử dụng làm chất tạo mầu, thường dùng trong cửa kính nhà thờ. Năm 1831, Michael Faraday đã nghiên cứu và chứng minh rằng những màu sắc đặc biệt của các hạt kim loại là do kích thước rất nhỏ của chúng chứ không phải là do trạng thái cấu trúc của chúng mang lại[11].

Hệ keo là hệ phân tán mà pha phân tán bao gồm những hạt có kích thước từ 10-9 ÷ 10-7m. Hệ keo chỉ là một trạng thái phân tán của một chất chứ không phải là một chất[11]. Như vậy một chất bất kỳ cũng đều có thể tồn tại ở trạng thái phân tán keo, nếu được tạo những điều kiện thích hợp. Để phân loại hệ keo, người ta thường dựa vào độ phân tán để phân loại một cách khái quát.

Ngoài ra, theo trạng thái tập hợp của môi trường phân tán người ta phân thành keo lỏng, keo rắn, keo khí. Theo tương tác với môi trường, người ta phân thành keo kị lỏng, keo ưa lỏng[11]… 8 Theo nghiên cứu hóa keo người ta còn phân hệ thành sol, gel. Sol là những hệ phân tán nhưng giữa các hạt keo không có tương tác liên hệ chúng với nhau. Gel là hệ mà giữa các hạt có tương tác ràng buộc chúng trong một liên hệ nào đó[11].2 Hạt nano kim loại: Hạt nano kim loại được phân chia theo tiêu chuẩn: - Hạt nano (nanoparticle): vật liệu với một hay nhiều chiều ở kích thước nano mét.

- Thang nano (nanoscale): vật liệu với một hay nhiều chiều ở kích thước 100nm hay nhỏ hơn. Đây là sự thống nhất với giới hạn được sử dụng trong hệ thống khoa học, mặc dù có một vài mức độ chưa rõ ràng liên quan tới giới hạn kích thước cao hơn. Các hạt và vật liệu với mức độ kích cỡ nhỏ hơn cho tới 1µm, thậm chí tới vài µm đôi khi vẫn được coi là “nano”, tuy nhiên điều này không phổ biến với sự gia tăng sự chuẩn hóa trong khoa học nano[24,25,27].1 Tính chất: Những tính chất của hạt nano xuất hiện là hệ quả của nguyên lý giam cầm lượng tử và sự đối xứng cao của bề mặt các nguyên tử - những điều này phụ thuộc trực tiếp vào kích thước hạt nano. Sự điều chỉnh kích thước của hạt nano có thể dẫn tới những thay đổi về tính chất của các hạt, đây là nguyên nhân và chủ đề của nhiều nghiên cứu.

Không giống với vật liệu khối có những tính chất vật lý không thay đổi theo khối lượng, hạt nano cho thấy khả năng thay đổi những tính chất như điện, từ và quang học theo đường kính hạt. Sự xuất hiện những hiệu ứng này bởi những mức năng lượng không giống nhau của các hạt nhỏ trong vật liệu khối, nhưng riêng rẽ, bởi hiệu ứng giam cầm điện tử. Những tính chất vật lý của hạt nano vì thế được xác định bởi kích thước của các hạt[27]. 9 Tỉ lệ Micro Tỉ lệ nano Tỉ lệ Nguyên tử/Phân tử Vật liệu khối Đám và hạt Đám và hạt nguyên tử và Kim loại kim loại cách điện phân tử Hình 1.1: Sự mở rộng khe dải và mức năng lượng của các nguyên tử với sự gia tăng kích thước Mức năng lượng Fermi (EF) là mức năng lượng đầy cao nhất của hệ thống trong trạng thái đáy.

Năng lượng vùng cấm (Eg) của hệ thống này là khe năng lượng giữa trạng thái năng lượng cao nhất và thấp nhất. Trong hệ thống này, từ những nguyên tử cho tới vật liệu khối, sự dàn trải năng lượng được quyết định bởi mức độ xen phủ lên nhau giữa các qũy đạo (orbital) điện tử. Điều này có thể kết hợp ở trong phân tử để hình thành orbital phân tử, và xa hơn để mở rộng cấu trúc dải, như trong kim loại hay bán dẫn. Giá trị của Eg tương ứng với EF được tách bởi số electron tự do trong cấu trúc dải mở rộng.

Với vật liệu khối, số electron tự do trong cấu trúc dải bằng số nguyên tử trong khối vật liệu. Điều này dẫn đến Eg rất nhỏ, vì thế chỉ quan sát được tại nhiệt độ thấp. Dưới nhiệt độ này, các electron tự do của kim loại có thể dễ dàng nhảy lên một trạng thái năng lượng cao hơn và có thể tự do di chuyển trong cấu trúc. Trong vật liệu bán dẫn, số electron tự do ít hơn đáng kể so với số nguyên tử.

Điều này dẫn tới Eg cao hơn tại nhiệt độ thường. Như thế có nghĩa trong bán dẫn các electron sẽ không di chuyển tự do, và dẫn điện, nếu không có nguồn năng lượng kích thích[27].