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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 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.