Luận văn thạc sĩ tổng hợp vật liệu nano vàng từ vàng kim loại bằng phương pháp điện hóa siêu âm và khảo sát một số tính chất

Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano vàng từ vàng kim loại bằng phương pháp điện hóa siêu âm và khảo sát một số, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân,

• Tác giả: Nguyễn Duy Thiện
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Ngọc Long
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
• Đề tài: Tổng hợp nano vàng bằng phương pháp điện hóa siêu âm
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2011
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VẬT LIỆU VÀNG
• 1.1. Các tính chất cơ bản của vật liệu vàng
• 1.2. Những tính chất vật lý và hóa học cơ bản
• 1.3. Cấu trúc nguyên tử và tinh thể
• 1.4. Hình thái vật liệu nano vàng
• 1.5. Một số tính chất đặc trưng của vật liệu nano vàng
• 1.5.1. Tính chất điện
• 1.5.2. Tính chất nhiệt
• 1.5.3. Tính chất từ
• 1.5.4. Tính chất quang học
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Một số phương pháp tổng hợp vật liệu nano vàng
• 2.2. Phương pháp điện hóa siêu âm chế tạo vật liệu nano vàng
• 2.3. Phương pháp chế tạo hạt nano vàng
• 2.4. Chế tạo thanh nano vàng
• 2.5. Các phương pháp phân tích cấu trúc và hình thái vật liệu
• 2.5.1. Phân tích cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X
• 2.5.2. Phép đo phổ hấp thụ
• 2.5.3. Phổ tán sắc năng lượng tia X
• 2.5.4. Phân tích hiển vi điện tử truyền qua
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Tổng hợp hạt nano vàng
• 3.2. Cấu trúc và hình thái hạt nano vàng
• 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ axeton lên kích thước hạt nano vàng
• 3.4. Tổng hợp và khảo sát tính chất của thanh nano vàng
• 3.5. Hình thái và cấu trúc thanh nano vàng
• 3.6. Ảnh hưởng của thời gian điện hóa siêu âm đến sự hình thành thanh nano vàng
• 3.7. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hình thành thanh nano vàng
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về tổng hợp nano vàng bằng phương pháp điện hóa siêu âm

Tổng hợp nano vàng là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong vật liệu nano. Phương pháp điện hóa siêu âm đã được chứng minh là một kỹ thuật hiệu quả để tạo ra các hạt nano vàng với kích thước và hình dạng đồng nhất. Phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn tiết kiệm chi phí, giúp nâng cao khả năng ứng dụng của nano vàng trong nhiều lĩnh vực như y học, cảm biến và điện tử.

1.1. Định nghĩa và ứng dụng của nano vàng

Nano vàng là các hạt vàng có kích thước từ 1 đến 100 nanomet. Chúng có nhiều ứng dụng trong y học, đặc biệt là trong việc phát hiện và điều trị ung thư nhờ vào tính chất quang học đặc biệt của chúng.

1.2. Lịch sử nghiên cứu nano vàng

Nghiên cứu về nano vàng bắt đầu từ thế kỷ 19 với các công trình của Micheal Faraday. Ông đã chỉ ra rằng màu sắc của hạt nano vàng thay đổi tùy thuộc vào kích thước và hình dạng của chúng, điều này mở ra nhiều hướng nghiên cứu mới.

II. Vấn đề và thách thức trong tổng hợp nano vàng

Mặc dù phương pháp điện hóa siêu âm mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong quá trình tổng hợp nano vàng. Các vấn đề như kiểm soát kích thước, hình dạng và tính đồng nhất của hạt nano là những yếu tố quan trọng cần được giải quyết.

2.1. Kiểm soát kích thước hạt nano vàng

Kích thước của hạt nano vàng ảnh hưởng lớn đến tính chất quang học và điện của chúng. Việc kiểm soát kích thước hạt nano là một thách thức lớn trong quá trình tổng hợp.

2.2. Tính đồng nhất và hình dạng của hạt nano

Hình dạng và tính đồng nhất của hạt nano vàng cũng rất quan trọng. Các hạt không đồng nhất có thể dẫn đến sự thay đổi trong tính chất quang học và điện, ảnh hưởng đến hiệu quả ứng dụng.

III. Phương pháp điện hóa siêu âm trong tổng hợp nano vàng

Phương pháp điện hóa siêu âm là một kỹ thuật tiên tiến trong việc tổng hợp nano vàng. Kỹ thuật này sử dụng sóng siêu âm để tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá trình tổng hợp, giúp tăng cường hiệu suất và chất lượng của hạt nano.

3.1. Nguyên lý hoạt động của phương pháp điện hóa siêu âm

Phương pháp điện hóa siêu âm hoạt động dựa trên nguyên lý tạo ra các bọt khí trong dung dịch, khi bọt khí nổ sẽ tạo ra áp suất và nhiệt độ cao, giúp tăng cường quá trình tổng hợp nano vàng.

3.2. Ưu điểm của phương pháp điện hóa siêu âm

Phương pháp này có nhiều ưu điểm như tiết kiệm thời gian, chi phí thấp và khả năng tạo ra các hạt nano vàng đồng nhất với kích thước nhỏ.

IV. Kết quả nghiên cứu và ứng dụng thực tiễn của nano vàng

Kết quả nghiên cứu cho thấy nano vàng tổng hợp bằng phương pháp điện hóa siêu âm có tính chất quang học vượt trội. Chúng có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như y học, cảm biến và công nghệ nano.

4.1. Tính chất quang học của nano vàng

Nano vàng có tính chất quang học đặc biệt nhờ vào hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt. Điều này làm cho chúng trở thành vật liệu lý tưởng cho các ứng dụng trong cảm biến và y học.

4.2. Ứng dụng trong y học

Nano vàng được sử dụng trong y học như chất chỉ thị trong các xét nghiệm và điều trị ung thư nhờ vào khả năng hấp thụ ánh sáng và phát quang.

V. Kết luận và tương lai của tổng hợp nano vàng

Tổng hợp nano vàng bằng phương pháp điện hóa siêu âm là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Nghiên cứu trong tương lai cần tập trung vào việc cải thiện quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng của nano vàng trong các lĩnh vực khác nhau.

5.1. Hướng nghiên cứu trong tương lai

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp và khám phá thêm các ứng dụng mới của nano vàng trong công nghệ và y học.

5.2. Tiềm năng ứng dụng của nano vàng

Với những tính chất đặc biệt, nano vàng có tiềm năng lớn trong nhiều lĩnh vực, từ y học đến công nghệ nano, mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và phát triển mới.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Vật liệu nano vàng đã trở thành chủ đề nghiên cứu nổi bật trong lĩnh vực vật lý chất rắn và vật liệu nano do những tính chất đặc biệt khi kích thước hạt giảm xuống cỡ nanomet. Theo ước tính, kích thước hạt nano vàng phổ biến dao động từ 6 đến 50 nm, với các tính chất quang học, điện và từ tính khác biệt so với vàng khối truyền thống. Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là phát triển phương pháp tổng hợp vật liệu nano vàng từ vàng kim loại nguyên chất bằng phương pháp điện hóa siêu âm dương cực tan, đồng thời khảo sát các tính chất quang học đặc trưng của vật liệu này. Mục tiêu cụ thể bao gồm: (1) xây dựng quy trình tổng hợp hạt và thanh nano vàng đơn giản, hiệu quả và tiết kiệm chi phí; (2) khảo sát ảnh hưởng của các yếu tố như nồng độ axeton, thời gian điện hóa, nhiệt độ đến kích thước và hình thái hạt nano; (3) phân tích các tính chất quang học dựa trên hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt. Nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2010-2011 tại Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội. Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp một phương pháp tổng hợp vật liệu nano vàng mới, có thể ứng dụng trong y sinh học, đặc biệt là phát hiện và điều trị ung thư, đồng thời mở rộng hiểu biết về cơ chế hình thành và tính chất của vật liệu nano vàng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu sau:

• Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance - SPR): Mô tả dao động tập thể của các điện tử tự do trên bề mặt hạt nano vàng khi tương tác với ánh sáng, tạo ra đỉnh hấp thụ đặc trưng trong phổ UV-Vis. Hiệu ứng này phụ thuộc vào kích thước, hình dạng hạt và môi trường xung quanh.

• Lý thuyết Mie: Giải phương trình Maxwell cho sự tán xạ ánh sáng bởi các hạt nano kim loại hình cầu, giúp dự đoán vị trí đỉnh hấp thụ plasmon dựa trên bán kính hạt và hằng số điện môi môi trường.

• Hiệu ứng lượng tử và hiệu ứng chắn Coulomb: Khi kích thước hạt nano giảm xuống cỡ vài nanomet, cấu trúc vùng năng lượng bị lượng tử hóa, làm thay đổi đường đặc trưng điện áp-dòng điện (V-A) và xuất hiện các hiệu ứng điện tử đặc trưng.

• Mô hình phát triển thanh nano vàng: Sự hấp thụ ưu tiên của chất hoạt động bề mặt CTAB trên các mặt tinh thể khác nhau điều khiển hình dạng thanh nano, kết hợp với tương tác điện tích kép giữa các micxen và hạt mầm vàng.

Các khái niệm chính bao gồm: cấu trúc lập phương tâm mặt của vàng, micxen dạng cầu và dạng trụ, tỷ số hình dạng thanh nano (R = a/b), và các trạng thái ôxi hóa của vàng (+1, +3).

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các thí nghiệm tổng hợp hạt và thanh nano vàng bằng phương pháp điện hóa siêu âm dương cực tan, phân tích cấu trúc bằng phổ nhiễu xạ tia X (XRD), phổ hấp thụ UV-Vis, phổ tán sắc năng lượng tia X (EDS), và hình ảnh kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM).

• Phương pháp phân tích: Kích thước hạt được xác định bằng phần mềm ImageJ dựa trên ảnh TEM với tổng số hạt khảo sát từ 100 đến 400, phân tích phổ UV-Vis để xác định đỉnh hấp thụ plasmon, sử dụng công thức Scherrer để tính kích thước tinh thể từ phổ XRD. Phân tích EDS để xác định thành phần nguyên tố. Các điều kiện thí nghiệm được kiểm soát chặt chẽ như mật độ dòng điện, nhiệt độ, nồng độ axeton và thời gian điện hóa.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình tổng hợp và khảo sát kéo dài trong khoảng 30-90 phút cho mỗi mẫu, với các biến đổi điều kiện thí nghiệm được thực hiện tuần tự để đánh giá ảnh hưởng từng yếu tố. Nghiên cứu được thực hiện trong năm 2010-2011.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tổng hợp hạt nano vàng: Hạt nano vàng có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt với các mặt (111), (200), (220) xuất hiện tại góc 2θ lần lượt là 38.58°, 44.38°, 64.72°. Kích thước hạt trung bình khoảng 7 nm khi sử dụng TSC làm chất hoạt động bề mặt, tăng lên đến 20-30 nm khi dùng CTAB và điều chỉnh nồng độ axeton. Cường độ đỉnh hấp thụ UV-Vis tăng rõ rệt khi dùng CTAB, chứng tỏ sản lượng hạt nano vàng tăng khoảng 30-40% so với TSC.

2. Ảnh hưởng của nồng độ axeton: Khi nồng độ axeton tăng từ 50 đến 600 μl, đỉnh hấp thụ plasmon bề mặt dịch chuyển không đều, dao động trong khoảng 526 nm đến 558 nm, tương ứng với sự thay đổi kích thước hạt từ 6 nm đến 50 nm. Sự dịch chuyển này lặp lại có hệ thống do cấu trúc micxen bị phá vỡ và tái tạo.

3. Tổng hợp thanh nano vàng: Thanh nano vàng có kích thước chiều dài 45-48 nm, chiều rộng 13-15 nm, tỷ số hình dạng chủ yếu là 3 (chiếm 55,48%) và 4 (23,97%). Đỉnh hấp thụ plasmon bề mặt dao động dọc nằm trong khoảng 680-730 nm, dao động ngang khoảng 520 nm. Tỷ lệ thanh nano vàng trong sản phẩm đạt khoảng 75-80%.

4. Ảnh hưởng của thời gian và nhiệt độ điện hóa: Thời gian điện hóa siêu âm từ 60 đến 90 phút làm đỉnh hấp thụ plasmon dọc dịch chuyển từ 796 nm xuống 696 nm, tỷ số hình dạng thanh giảm do phát triển bề ngang. Nhiệt độ tối ưu để tạo thanh nano vàng là 44°C; dưới 36°C phản ứng không xảy ra, trên 56°C làm giảm sản lượng do phá hủy cấu trúc micxen.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy phương pháp điện hóa siêu âm dương cực tan là hiệu quả trong việc tổng hợp hạt và thanh nano vàng với kích thước và hình thái có thể điều chỉnh thông qua các thông số thí nghiệm. Việc sử dụng CTAB làm chất hoạt động bề mặt và chất khử mạnh hơn TSC giúp tăng sản lượng và kiểm soát kích thước hạt tốt hơn, phù hợp với các nghiên cứu trước đây về vai trò của surfactant trong tổng hợp nano vàng. Sự dịch chuyển đỉnh hấp thụ plasmon theo kích thước hạt và tỷ số hình dạng thanh nano phù hợp với lý thuyết Mie và các mô hình plasmon bề mặt, đồng thời được minh họa rõ qua các biểu đồ phổ UV-Vis và ảnh TEM. Thời gian và nhiệt độ điện hóa ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển hình thái hạt, điều này tương đồng với các nghiên cứu về sự ổn định và phát triển cấu trúc micxen trong dung dịch. Các kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc ứng dụng vật liệu nano vàng trong y sinh học, đặc biệt là phát hiện và điều trị ung thư nhờ khả năng điều chỉnh tính chất quang học.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa điều kiện tổng hợp: Khuyến nghị sử dụng CTAB làm chất hoạt động bề mặt với nồng độ axeton điều chỉnh trong khoảng 200-400 μl để đạt kích thước hạt nano vàng đồng đều và sản lượng cao trong vòng 30 phút điện hóa siêu âm.

2. Kiểm soát thời gian điện hóa: Thời gian điện hóa siêu âm nên duy trì khoảng 70-75 phút để tạo ra thanh nano vàng có tỷ số hình dạng tối ưu, tránh phát triển bề ngang quá mức làm giảm hiệu quả plasmon.

3. Điều chỉnh nhiệt độ: Nhiệt độ điện hóa nên được duy trì ở 44°C để đảm bảo sự hình thành cấu trúc micxen ổn định và sản lượng thanh nano vàng cao, tránh nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao gây ảnh hưởng tiêu cực.

4. Ứng dụng trong y sinh học: Đề xuất phát triển các quy trình chức năng hóa hạt nano vàng với nhóm NH2 và kháng thể đặc hiệu để tăng hiệu quả phát hiện và tiêu diệt tế bào ung thư, tận dụng hiệu ứng plasmon bề mặt trong điều trị laser.

Các giải pháp trên nên được thực hiện bởi các nhóm nghiên cứu vật liệu nano và y sinh học trong vòng 1-2 năm tới nhằm phát triển các sản phẩm ứng dụng thực tiễn.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu vật lý chất rắn và vật liệu nano: Luận văn cung cấp phương pháp tổng hợp mới và dữ liệu chi tiết về tính chất vật liệu nano vàng, hỗ trợ nghiên cứu phát triển vật liệu nano kim loại.

2. Chuyên gia công nghệ y sinh học: Thông tin về ứng dụng nano vàng trong phát hiện và điều trị ung thư giúp phát triển các kỹ thuật chẩn đoán và liệu pháp mới.

3. Kỹ sư công nghệ vật liệu: Hướng dẫn chi tiết về quy trình điện hóa siêu âm và các yếu tố ảnh hưởng đến kích thước, hình thái hạt nano vàng, phục vụ sản xuất vật liệu nano quy mô phòng thí nghiệm và công nghiệp.

4. Sinh viên và học viên cao học: Tài liệu tham khảo quý giá cho các đề tài nghiên cứu liên quan đến tổng hợp và khảo sát tính chất vật liệu nano kim loại, đặc biệt trong lĩnh vực vật lý chất rắn và hóa học vật liệu.

Câu hỏi thường gặp

1. Phương pháp điện hóa siêu âm dương cực tan có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   Phương pháp này đơn giản, tiết kiệm chi phí do sử dụng vàng kim loại thay vì muối vàng đắt tiền, đồng thời kết hợp siêu âm giúp tách hạt nano khỏi điện cực, ngăn kết tụ và tạo hạt đồng đều. Ví dụ, so với phương pháp hóa khử truyền thống, sản lượng hạt nano vàng tăng đáng kể.

2. Làm thế nào để kiểm soát kích thước hạt nano vàng trong quá trình tổng hợp?
   Kích thước hạt được điều chỉnh bằng cách thay đổi nồng độ axeton, mật độ dòng điện, thời gian và nhiệt độ điện hóa. Ví dụ, tăng nồng độ axeton từ 50 đến 600 μl làm kích thước hạt thay đổi từ 6 đến 50 nm.

3. Tại sao CTAB được ưu tiên sử dụng làm chất hoạt động bề mặt?
   CTAB vừa là chất khử mạnh, vừa là chất hoạt động bề mặt giúp tạo micxen ổn định, bao phủ hạt nano vàng, ngăn kết tụ và hỗ trợ hình thành thanh nano với tỷ số hình dạng kiểm soát được. Trong thực tế, CTAB giúp tăng cường sản lượng và kiểm soát hình thái hạt tốt hơn TSC.

4. Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt ảnh hưởng như thế nào đến tính chất quang học của hạt nano vàng?
   Hiệu ứng này tạo ra đỉnh hấp thụ đặc trưng trong phổ UV-Vis, vị trí đỉnh phụ thuộc vào kích thước và hình dạng hạt. Ví dụ, hạt nano vàng hình cầu có đỉnh hấp thụ khoảng 521 nm, trong khi thanh nano vàng có hai đỉnh dao động ngang và dọc ở khoảng 520 nm và 685-730 nm.

5. Phương pháp này có thể ứng dụng trong lĩnh vực y sinh học như thế nào?
   Nano vàng có thể được chức năng hóa với kháng thể đặc hiệu để phát hiện tế bào ung thư, sau đó sử dụng laser kích thích hiệu ứng plasmon để tiêu diệt tế bào ung thư. Ví dụ, các thí nghiệm cho thấy nano vàng gắn kháng thể có khả năng liên kết mật độ cao với tế bào ung thư vú.

Kết luận

• Đã phát triển thành công phương pháp điện hóa siêu âm dương cực tan để tổng hợp hạt và thanh nano vàng với cấu trúc lập phương tâm mặt, kích thước và hình thái có thể điều chỉnh.
• Kích thước hạt nano vàng dao động từ 6 đến 50 nm, thanh nano vàng có tỷ số hình dạng chủ yếu là 3, chiều dài 45-48 nm, chiều rộng 13-15 nm.
• Hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt được khảo sát chi tiết qua phổ UV-Vis, phù hợp với lý thuyết Mie và các mô hình plasmon.
• Các yếu tố như nồng độ axeton, thời gian và nhiệt độ điện hóa ảnh hưởng rõ rệt đến kích thước và hình thái hạt nano.
• Đề xuất ứng dụng trong y sinh học và phát triển các quy trình chức năng hóa nano vàng để nâng cao hiệu quả phát hiện và điều trị ung thư.

Tiếp theo, cần mở rộng nghiên cứu về chức năng hóa bề mặt hạt nano vàng và thử nghiệm ứng dụng trong mô hình sinh học thực tế. Mời các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong lĩnh vực vật liệu nano và y sinh học hợp tác phát triển ứng dụng thực tiễn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về vật liệu vàng. Trình bầy về các tính chất vật lý hóa học cơ bản, các dạng hình thái thường gặp, các tính chất đặc trưng như: tính chất điện, tính chất từ, tính chất nhiệt và tính chất quang với hiệu ứng plasmon bề mặt đặc trưng của vật liệu nano vàng. Trình bày sơ lược về hướng ứng dụng của nano vàng trong y sinh học. Chương 2: Các phương pháp thực nghiệm.

Giới thiệu về các phương pháp thực nghiệm thường được dùng để tổng hợp vật liệu nano vàng. Trình bầy về phương pháp điện hóa siêu âm để tổng hợp vật liệu nano vàng và các phương pháp phân tích kết quả được sử dụng. Chương 3: Kết quả và thảo luận. Trình bầy về các kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm tổng hợp vật liệu nano vàng.

4 Nguyễn Duy Thiện TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VẬT LIỆU VÀNG. Trong chương này chúng tôi trình bày các nội dung tổng quát về các tính chất vật lý hóa học cơ bản, các dạng hình thái thường gặp, các tính chất đặc trưng như: tính chất điện, tính chất từ, tính chất nhiệt và tính chất quang với hiệu ứng plasmon bề mặt đặc trưng của vật liệu nano vàng. Trình bày sơ lược về hướng ứng dụng của nano vàng trong y sinh học. Các tính chất cơ bản của vật liệu vàng.

Những tính chất vật lý và hóa học cơ bản. Vàng là kim loại chuyển tiếp, kí hiệu Au, thuộc nhóm 11, chu kỳ 6 và phân lớp d, vàng có số thứ tự 79 trong bảng hệ thống tuần hoàn. Khi ở dạng khối vàng là nguyên tố kim loại có màu vàng, nhưng có thể có màu đen, hồng ngọc hay mầu tía khi được cắt mỏng. Nó là kim loại mềm, dễ uốn, dễ dát mỏng nhất, thực tế 1 g vàng có thể được dát thành tấm 1 m², hoặc 1 ounce thành 300 feet².

Vàng không phản ứng với hầu hết các hoá chất nhưng lại chịu tác dụng của nước cường toan để tạo thành muối cloroauric cũng như chịu tác động của dung dịch xyanua của các kim loại kiềm. Kim loại này có ở dạng quặng hoặc dạng hạt trong đá và trong các mỏ bồi tích, vàng là một trong số ít kim loại để đúc tiền. Vàng nguyên thuỷ có chứa khoảng 8 đến 10% bạc, nhưng thực tế tỷ lệ này thường nhiều hơn. Hợp kim tự nhiên với thành phần bạc cao hơn 20% được gọi là electrum.

Khi lượng bạc tăng, màu trở nên trắng hơn và trọng lượng riêng giảm. Vàng tạo hợp kim với nhiều kim loại khác; hợp kim với đồng cho màu đỏ hơn, hợp kim với sắt màu xanh lá, hợp kim với nhôm cho màu tía, với bạch kim cho màu trắng. Trạng thái ôxi hoá thường gặp của vàng gồm +1 (vàng (I) hay hợp chất aurous) và +3 (vàng (III) hay hợp chất auric). Ion vàng trong dung dịch có thể được khử và kết tủa thành vàng kim loại nếu thêm hầu như bất cứ kim loại nào khác làm tác nhân khử 5 Nguyễn Duy Thiện TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp Các tình trạng ôxi hoá ít phổ thông của vàng gồm −1, +2, và +5.

Tình trạng ôxi hoá −1 xảy ra trong các hợp chất có chứa Au− được gọi là aurides. Ví dụ, Caesium auride (CsAu), kết tinh trong caesium chloride motif [11]. Các auride khác gồm các auride của Rb+, K+, và tetramethylammonium (CH3)4N+ [9]. Các hợp chất vàng (II) thường nghịch từ với các liên kết Au–Au như [Au(CH2)2P(C6H5)2]2Cl2.

Sự bay hơi của một dung dịch Au(OH)3 trong H2SO4 cô đặc tạo ra các tinh thể đỏ của vàng (II) sulfate, AuSO4 ban đầu được cho là một hợp chất có hoá trị kết hợp, nó đã được chứng minh có chứa một số cation Au24+ [21]. Một hỗn hợp vàng (II) đáng chú ý, và chính thống là tetraxenonogold có chứa xenon như một ligand, được tìm thấy trong [AuXe4](Sb2F11)2 [18]. Vàng pentafluoride và anion dẫn xuất của nó AuF6-, là ví dụ duy nhất về vàng (V), tình trạng ôxi hoá cao nhất được biết đến [17]. Vàng có nhiệt độ nóng chảy khá cao 1064,18 oC, nhiệt độ sôi là 2856 oC, hệ số poisson là 0,44.

Tính dẫn nhiệt và dẫn điện của vàng không bị ảnh hưởng về mặt hoá học bởi nhiệt, độ ẩm, ôxy và hầu hết chất ăn mòn, độ dẫn nhiệt của nó là 318 W.K-1 Và điện trở xuất tại 20 oC là 22,14 nΩ.m chỉ kém bạc và đồng. Cấu trúc nguyên tử và tinh thể. Vàng có nguyên tử khối là 197, số proton là 79, số notron là 118, số điện tử là 79 ( hình 1. Số electron trên lớp vỏ điện tử là 2, 8,18,32,18,1.

Cấu hình điện tử là [Xe] 4f145d106s1. Năng lượng ion hóa lần thứ nhất là: 5,786 eV. Năng lượng ion hóa lần hai Hình 1. Mô hình cấu trúc nguyên tử là:18,896 eV.

6 Nguyễn Duy Thiện TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp Vàng kết tinh có cấu trúc lập phương tâm mặt (hình 1.2), với hằng số mạng a = b = c = 4,0786 Å và α = β = γ = 900, mỗi nguyên tử Au có 12 nguyên tử lân cận gần nhất (số phối vị: 12) tạo nên cấu trúc xếp chặt như nhiều nguyên tố kim loại khác. Các nguyên tử vàng được bố trí tại 8 đỉnh của hình lập phương tương ứng với tọa độ (000), (100), (110), (010), (001), (101), (111), (011) và 6 nguyên tử bố trí ở tâm của 6 mặt của ô cơ sở tương ứng có tọa độ (1/2 0 1/2), (1 1/2 1/2), (1/2 1 1/2), (0 1/2 1/2), (1/2 1/2 0), (1/2 1/2 1). Từ đó ta có số nguyên tử trong 1 ô cơ sở là: 6*1/2+8*1/8=4. Cấu trúc lập phương tâm mặt của tinh thể vàng.

Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt vàng có cấu trúc lập phương tâm mặt (hình 1.3) xuất hiện các đỉnh đặc trưng ở vị trí 38.54o, tương ứng với các mặt phẳng mạng (111), (200), (220), hằng số mạng a = 4,08 Å [15]. 7 Nguyễn Duy Thiện TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp Hình 1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt vàng [15]. Hình thái vật liệu nano vàng.

Để thỏa mãn nguyên lí năng lượng cực tiểu, tùy điều kiện chế tạo mà vật liệu nano vàng có thể hình thành các hình dạng khác nhau (hình 1. (a ) Các kiểu thù hình khác nhau của nano vàng, (b) Nano vàng có hình dạng lập phương [7] 8 Nguyễn Duy Thiện TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp Vàng kết tinh thường có tính chất đối xứng cầu. Do vậy, hình dạng hay gặp nhất của nano vàng là dạng phỏng cầu với đường kính từ vài tới vài chục nanômét.5 (a) trình bày ảnh TEM của hạt nano vàng chế tạo bằng phương pháp hóa khử. Gốc vàng xuất phát từ muối vàng HAuCl4, được khử bằng chất khử thông dụng là trisodium citrate dihydrate (Na3C6H5O7.2H2O) ở nhiệt độ 100 oC, hạt nano vàng sinh ra được phân tán tốt trong dung dịch, có đường kính trung bình 20 nm và có sự phân tách rõ ràng [15].5 (b) trình bày ảnh TEM của các thanh nano vàng chế tạo bằng phương pháp nuôi mầm [7], các thanh nano vàng được tạo ra bằng cách tạo ra các mầm nano vàng từ việc kết hợp HAuCl4 với CTAB và NaBH4 sau đó dùng mầm nano vàng này để tạo ra thanh nano vàng với xúc tác là Ag+, bằng cách thay đổi nồng độ Ag+ sẽ tạo ra các thanh nano vàng có tỷ số hình dạng thay đổi.

Nhờ những thay đổi nhỏ trong quá trình tạo thanh nano vàng bằng phương pháp nuôi mầm mà chúng ta cũng có thể thu được các hình dạng khác nhau như hình lập phương (hình 1.v… 9 Nguyễn Duy Thiện TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp 1. Một số tính chất đặc trƣng của vật liệu nano vàng. Tính chất điện. Kim loại có tính dẫn điện tốt, điện trở của kim loại nhỏ và phụ thuộc vào mật độ điện tử tự do cao trong đó.

Điện trở của kim loại là do sự tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng (phonon). Đối với kim loại khối đặc trưng V-A là một đường tuyến tính. Khi kích thước của vật liệu giảm dần đến cỡ nanomét, hiệu ứng giam giữ lượng tử làm lượng tử hóa cấu trúc vùng năng lượng. Hệ quả của quá trình lượng tử hóa này đối với hạt nano là đường đặc trưng V-A không còn tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đường V-A bị nhảy bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lượng e/2C cho U và e/RC cho I (hình 1.6), với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt nano với điện cực.

Đường đặc trưng V-A của vật liệu kích thước nano. 10 Nguyễn Duy Thiện TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp 1. Tính chất nhiệt. Nhiệt độ nóng chảy Tm của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các nguyên tử trong mạng tinh thể.

Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Như vậy, nếu kích thước của hạt nano giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm. Ví dụ, hạt vàng 2 nm có Tm = 500°C, khi kích thước 6 nm thì Tm = 950°C (hình 1.

Đồ thị sự phụ thuộc kích thước của nhiệt độ nóng chảy của hạt nano vàng. Tính chất từ. Các kim loại quý ở trạng thái khối như vàng, bạc,. có tính nghịch từ do sự bù trừ cặp điện tử.

Khi vật liệu thu nhỏ kích thước thì sự bù trừ trên sẽ không toàn diện nữa và vật liệu có từ tính tương đối mạnh. Các kim loại có tính sắt từ ở trang thái khối như các kim loại chuyển tiếp sắt, cô ban, ni ken thì khi kích thước nhỏ sẽ phá vỡ trật tự sắt từ làm cho chúng chuyển sang trạng thái siêu thuận từ. Vật liệu ở trạng thái siêu 11 Nguyễn Duy Thiện TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Luận văn tốt nghiệp thuận từ có từ tính mạnh khi có từ trường và không có từ tính khi từ trường bị ngắt đi, tức là từ dư và lực kháng từ hoàn toàn bằng không. Tính chất quang học.

Tính chất quang đặc trưng của hạt nano vàng bắt nguồn từ hiệu ứng cộng hưởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance). Hiệu ứng cộng hƣởng plasmon bề mặt.