ĐẠI HỌC QUÓC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠÌ HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
TÊN ĐÈ TÀI
Nghiên cứu chế tạo các hạt nano kim loại
bằng phương pháp ăn mòn laser
MÃ SÓ: QT-09-09
CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI: PGS.TS Nguyễn Thế Bình
CÁC CÁN B ộ THAM GIA;
1- Nguyễn Thanh Đình
2- Pham Văn Thìn
3- Phạm văn Thường
4- Đỗ Xuân Tiến
5- ĐỖ Thị Lý
6- Trần Thị Hà
7- Trịnh Thị Huế
______________ ________
- 8-1 Vũ Thị Khánh Thu
Ị Đ A I H Ọ C Q U O C HA N Ọ I
! TRUNG TÁM THÕNG TltSI THU VIỆN
ư f Ị M h
HÀ NỘI-2010
a. Tên đề tài
Nghiên cứu chế tạo các hạt nano kim loại bằng phương pháp ăn mòn laser
Mã số đề tài: QT-09-09
b. Chủ trì đề tà i: Nguyễn Thế Bình
c. Các cán bộ tham gia:
1- Nguyễn Thanh Đình
2- Phạm Vãn Thìn.
3- Phạm văn Thường.
4- ĐỖ Xuân Tiến.
5- Đồ Thị Lý.

-Đã tìm hiểu hiệu ứng cộng hưởng plasmon trên các hạt nano kim loại
Kết quả khoa học ;
02 báo cáo KH tại Hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ 6, Đà nẵng
Ket quả đào tạo:
-03 Cử nhân
-03 Thạc sỹ
-Góp phần đào tạo 01 Tiến sỹ
f. Tmh hình kỉnh phí của đề tà i:
Kinh Phí được cấp 25 triệu VNĐ. Đã chi theo đúng dự toán trong Hợp đồng và
làm xong thủ tục, chứng từ tài chính.
KHOA QUẢN LÝ
(Ký và ghi rõ họ tên)
Ề t^. 75.
CHỦ TRÌ ĐÈ TÀI
(Kỷ và ghi rõ họ tên)
Nguyễn Thế Bình
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC T ự NHIÊN
•uổ thuỏno
‘'v.l »><7
1. Title: Preparation of metal nanoparticles by laser ablation
2. Code: QT 09-09
3. Coordinator: Nguyen The Binh
4. Key implementors:
1 - Nguyen Thanh Đinh
2- Pham Van Thin.
3- Pham Van Thuong.
4- Đo Xuan Tien.
5- Đo Thi Ly.
6- Tran Thi Ha.
7- Trinh Thi Hue.

Kết luận
37
Tài liệu tham khảo 38
Phụ lục 39
Lời mở đầu
Trong số số các phương pháp chế tạo hạt nano kim loại và bán dẫn (Ti, Si, Au,
Ag, Cu ), ăn mòn laser (laser ablation) là một phương pháp có ưu điểm là quy
trình chế tao đơn giản, trực tiếp ăn mòn các tấm vật liệu rắn tinh khiết trong môi
trưòng chất lỏng, sàn phẩm sạch không bị lẫn chất khử hóa học [1,2,7,8], Hem
nữa khi sử dụng laser chiểu sáng thích hợp có thể điều khiển kích thước trung
bình của hạt nano bằng hiệu ứng cộng hưởng Plasmon và dễ dàng tạo ra các hạt
có kích thước nhỏ vài nano mét. Đây là một phưong pháp hoàn toàn mới mè ở
Việt nam.
Mục tiêu của đề tài là phát triển phương pháp ăn mòn laser, nghiên cứu sử dụng
laser Nd:YAG chê tạo các hạt nano kim loại (Ag, Au, Cu, . . tạo ra một quy
trình chê tạo hạt nano kim loại hiện đại bô xung ửiêm vào các phương pháp hiện
có.
CHƯƠNG 1: TỐNG QUAN VẺ PHƯƠNG PHÁP ÁN MÒN LASER
1.1. Khái niệm phưoìig pháp ăn mÒQ laser
Phương pháp ăn mòn laser là một quá trình loại bỏ các vật liệu từ một vật liệu rắn
(hoặc đôi khi ở dạng lòng) khi chiếu lên bề mặt của nó một tia laser. Một điểm đặc biệt của
ánh sáng laser là nó có thể tập trung năng lưọTig với cường độ rất cao trên một vùng giới hạn
của vật liệu. Khi ánh sáng laser chiếu tới vật liệu, đo cường độ laser lớn sẽ gây bùng nổ và
dẫn đến sự phát tán hỗn họp của nguyên tử, các phân tù và ion (plasma) hoặc các đám hơi vật
chất từ bề mặt của vật liệu.
Đám hơi vật chất
Hình l.ỉ: Nguyên lỷ ăn mòn laser
Một xung laser năng lượng cao tập trung chiếu vào vật liệu. Khi dòng nâng lượng của
laser vượt giá trị ngưỡng ăn mòn của vật liệu, các liên kêt hóa học của nó bị phá vỡ và vật
liệu bị “vỡ” thành các mành nhò, thường các mảnh này là hôn hợp của nguyên từ, các phân tử

\tmo xác định, gây ra sự bùng nổ trền ị>ề mặt vật liệu. Như vậy ăn mòn quang hóa xảy ra
tiirớc kliỉ hiệu ứng nliiệt có thời gian để thế hiện một cách mạnh mẽ. Dưới điêu kiện thuận
lọi. việc kiếm soát sự phát các hạt nhỏ như là sir phun hạt từ một hô ăn mòn. An mòn quang
hóa trong thòi gian ngấn đòi hỏi một bước sóng ngăn, độ rộng xung laser nhỏ với năng lượng
phải đủ lớn cho một loại vật liệu. Trong thực tê, nó không phải là hoàn toàn có thê loại bò ăn
mòn nhiệt, do đó một sự kết hợp của ăn mòn nhiệt và ăn mòn quang hóa sẽ thường xảy ra.
Chìa klióa đề kiểm soát hai quá trình trên là điều kiện đế ăn mòn quang hóa là cao hơn.
Đồng thời để kích thước hạt nhỏ và đồng đều thi có một quá trình kiểm soát sự bùng
nổ trên bề mặt vật liệu. Sự bùng nả không cần bắt ngụồn từ sâu bên ừong khôi mâu lớn. Một
sự bùng nổ quang hóa xuất hiện sâu quá mức ở dưới bề mặt mẫu sẽ Ịà sự bùng nô “ Thô Đó
là hiệu ứng gãy vỡ cảm ứng, và nô ra các “sỏi lớn” rải tà: miệng hô, thay vi phun những hạt
nhò. Để giữ sự bùng nổ quang hóa gần bề mặt mẫu, thi các xung laser phải là độc lập, riêng
lè. Một xung laser độc lập sẽ không cho phép xung đi sâu vào trong bê mật mâu trước khi nó
được hấp thụ đê gây ra hiện tượng ăn mòn quang hóa [8].
1.3. Mô hình hoá cơ chế phương pháp ăn mòn laser
Việc khảo sát mô hình của cơ chế phương pháp ăn mòn laser đóng một vai trò quan
trọng trong sự hoàn thiện nhận thức về cơ chế vi mô gây ra sự phát tán mạnh vật chất (
material ejection) và mối liên hệ giữa các ứiông số củạ quá ưình ăn mòn. Hiện nay trên thế
giới đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu về vấn đề này, với nhiều mô hình khác nhau về
cơ chế phương pháp ăn mòn laser như: mô hình động lực học phân tử, mô hình Monte
Carlo
Phương pháp mô hình động lực học phân tà (MD) cho phép thực hiện phân tích chi
tiết quá trình phương pháp ăn mòn laser trong đó các thông số nhiệt động lực học của hệ có
thể được xác định theo động lực học vi mô ở mức độ phân tử. Khả năng này của mô hình
động lực học phân tử sẽ cung cấp cái nhìn toàn diện về cơ chế phát tán mạnh vật chất ưong
quá trình phương pháp ăn mòn laser. Leonid V. Zhigilei và Barbara J. Garrison ciing các
cộng sự đã xây dựng thành công mô hình động lực học phân tử để mồ tả cơ chế phương pháp
ăn mòn laser [9],
Hình 1.2 mô phỏng đám vật chất trên bề mặt vật liệu bị ăn mòn theo mô hình động
lực học phần tử do nhóm các nhà khoa học này nghiên cứu. Theo các nhà khoa học, đám vật

này xảy ra trong thời gian khoảng 200 ps.
- Sự hình thành một lượng lớn các giọt vật chất do sự nóng chảy tức thời (hình thứ ba,
thứ tư).
- Sự phân tán mạnh của các mảnh ahỏ chất rắn bị võ ra do hiệu ứng quang hóa cơ học
khi mật độ năng lượng laser lớn hơn (hình thứ 5,6,7)
ỈChi mật độ năng lượng laser thấp. Hầu hết các đơn thức phân tìr (monomer) được
phát ra từ bề mặt bị nung nóng do bức xạ laser, Mô hinh có thể cung cấp sự mô tả đầy đù quá
txinh phát ra các phân tử.
Thật vậv, trong chế độ nãng lượng laser ờ mức thấp, sự phụ thuộc của số phân tìr bị
phát ra N vào thông lượng ( fluence) F bời biểu thức:
N - /lexp[-
k,Ợ,+BF)
] VỚI F < Fti
( 1.1)
Trong đó :
N; Số phân tử được phát trong ứiời gian Iđiảo sát
E*s : Năn2 lượng b ch hoạt
11
A: Hệ số tỉ lệ
B: Hệ số mô tả sự biến đổi năng lượng tích tụ làm tăng nhiệt độ bề mặt.
Tq; Nhiệt độ ban đầu của hệ phân tử
Kb; Hằng số Boltzman
Fth: Thông lượng ngưÕTig đó là thông lưọTig để bắt đầu xảy ra quá trình phương pháp ãn mòn
laser.
Lượng vật chất được phát ra trong cơ chế phưoTig pháp ăn mòn laser có thể được mô
tả bởi mô hình đơn giản trong đó mức độ ăn mòn phụ thuộc vào sự tích tụ của năng lượng
laser. Hầu hết các vật liệu hấp thụ năng lượng cao hơn mật độ năng lượng tới hạn E V được ăn
mòn. Với sự phân tán theo quy luật hàm mũ của cường độ laser được xác định bởi định luật
Beer thì tổng số phân tử toàn phần được phát tán trên một đon vị diện tích bề mặt là;
N = n , L , H , , / „ , ] F>F„ (1,2)

suât không khí (He, Ar, H 2, N 2,) [11]. Sơ đồ tạo màng bằng ăn mòn laser được mô tả trên
hình 1.7
RotatabJe
substrate holder
Hình 1.7. Sơ đồ ăn mòn laser tạo màng mỏng
ỉ. 5.2 Chế tao hạt nano trong dung dịch lỏng bằng ăn mòn laser
Phưcmg pháp ăn mòn laser có thể thực hiện trong môi trường chất lòng để tạo ra các
hạt kích thước cỡ nano. Kỳ thuật phưcmg pháp ăn mòn laser khá hữu hiệu để tạo ra các hạt
nano của vật liệu bán dẫn và kim loại. So với các phương pháp khác, phương pháp ăn mòn
laser là một phưcHig pháp khá đơn giản, các hạt nano được chế tạo không bị nhiễm bẩn bời
chất khử, đặc biệt có thể điều khiển được kích thước hạt.
X un g Laser
Hĩnh Ị. 8: Thí nghiệm chế tạo hạt nano kim ỉoại bằng ăn mòn laser
Các phẩn từ vật chất trên bề mật miếng kim loại sau khi được ãn mòn sẽ kết tụ với
nhau tạo thành hạt. Để tạo ra hạt kích thước nano thì ta phài hạn chê quá trinh kết tụ này bans
cách cho vào chất lòng mà ta chọn một chất bọc hay chất hoạt hoá bê mặt. Một phương pháp
13
phổ biến là kim loại được ăn mòn trong một dung dich lỏng chất hoạt hoá bề mặt. Cụ thể là
chùm laser đuợc hội tụ vào tẩm kim loại sạch đặt ừong dung dịch mẫu với thông lượng laser
vậ thời gian chiếu sáng thích hợp ta có tíiể tạo ra một dung dịch keo các hạt nano kim loại. Sơ
đô thí nghiệm được bố trí như hình 1.8.
1.5.3 Chế tạo hạt nano trong pha đông đặc băng ăn mòn laser
Tùy ứieo mục đích ứng dụng hạt nano, đôi khi người ta cần các hạt nano kim
loại tồn tại trong một môi trường rắn. Một ví dụ điển hình là chế tạo hạt nano Cu bằng ăn
mòn laser trong đầu polysiloxane ( keo silicone). Có rất nhiều loại silicone mà các thuộc tính
vật lý như mật độ , độ dẻo, ý nhiệt,điểm sôi biến thiên phụ thuộc vào khối lượng phân tử
của chúng. Do đó,người ta có thể chọn một loại dầu thích họp để điều khiển điều kiện ăn
mòn.ĐỘ bền hóa học và sự trong suốt trong quang học của polysiloxane cũng là một thuộc
tính thuận lợi khi kiểm soát ăn mòn laesr và thuộc tính quang của hạt nano.Thêm vào,
polysiloxane dễ đông lại ở lứiiệt độ phòng bàng cách pha lẫn chất thích hợp.Quá trình làm

Laser Nd:YAG Quanta Ray Pro 230 được chế tạo bed hãng Spectra - Physics, theo
đúng tiêu chuân của Hoa Kỳ, là một ừong những laser rắn hiện đại và có công suất lớn nhất
hiện nay.
a)Cẩu tạo laser Nd:YAG Quanta Ray PRO-230
Laser gồm có 3 phần chính: đầu laser, power supply và bộ điều khiển
* Đầu laser
Đầu ỉaser bao gồm buồng cộng hưỏng quang học, thanh hoạt chất Nd:YAG, đèn bơm
flash tạo dao động, khuyếch đại và bộ hoà ba.
Hình 2.1: Đầu laser
* Power supply
Power supply là một thiết bị bao gồm các hệ thống mạch điện AC/DC cung cấp điện
cho toàn bộ đầu laser. Ngoài ra nó còn chứa máy bơm và hệ thống làm mát bàng nước. Hệ
thống làm mát bàng nước của laser có nguyên lý bao gồm hai vòng tách biệt nhau. Có một
vòng khép kín nước sạch tò power supply đến đầu laser và nước nóng khi quay về power
supply sẽ được làm mát bàng một nguồn nước khác nối vóả máy bơm bên ngoài tạo thành
một vòng khép kín thứ hai. Các thông số của power supply: sử dụng nguồn điện một pha,
190-260V, 53/60HZ, < 25A.
15
Hình 2.2: Power supply
* Bộ điều khiển
Bộ điều khiển giúp ta điều khiển hoạt động của laser một cách linh hoạt phù hợp trong
phòng thí nghiệm. Bao gồm điều khiển chế độ đóng ngắt laser, năng lượng xung, chế độ phát
xung
Hình 2.3: Bộ điều khiển
b)Đặc điểm của laser Nd: YAG Quanta Ray Pro 230:
- Phát được ở chế độ xung và liên tục. Khi hoạt động ở chế độ Q - Switching, năng
lượng xung tối đa là 1200 mJ, độ rộng xung tìr 7 - 10 ns.
- Hoạt động theo sơ đồ 4 mức năng lượng.
- Ngường kích thích thấp.
- Độ dẫn nhiệt cao.

chế độ Q- switching
Quay
th
mg dịch chứa hạt nano kiní^
a) Tạo dung môi
Trong suốt quá trình làm thực nghiệm chủ yếu chúng tôi chế tạo hạt nano kim loại
trong 2 dung môi chính là dung dịch chất hoạt hóa bề mặt nJhư PVA,SDC.PVP và dung
dịch không có chất hoạt hóa bề mặt như nước cất, cồn.
Dung dịch chất hoạt hoá bề mật được tạo ra bàng cách hoà tan chất hoạt hoá bề mặt ở
dạng kết tinh với nước cất. Khối lưọng các chất hoạt hoá được đo bàng cân điện tử tại Trung
tâm Khoa học Vật liệu vói độ chính xác tới 0.01 mg.
b) Ăn mòn tấm kim loại kim loại bằng bức xạ laser.
Các hạt nano kim loại được chế tạo trong dung dịch bằng cách chiếu trực tiếp laser lên
bề mặt tấm kim loại được đặt trước trong cuvet thuỷ tinh có chứa 10 ml dung môi không
chứa chất hoạt hóa bề mặt hoặc dung dịch chất hoạt hoá bề mặt. Laser được đặt ờ chế độ Q-
switching vóã bước sóng 1064 niĩi là chủ yếu, tần số 10 Hz. Lần lượt tiến hành thí nghiệm đối
với các dung môi khác nhau và vód nồng độ khác nhau của dung dịch chất hoạt hoá bê mặt.
Thời gian chiếu laser đối vód mỗi mẫu là khác nhau từ 15 đến 25 phút.
2.1.4. Hóa chất
Vật liệu ban đầu là một miếng kim loại bạc, vàng, đồng (độ tinh khiết cao - 99 %) có
đưòrng kính khoảng 2-3 mm, được dát mỏng có độ dày khoảng 1 mm.
18
Các lỏng hoạt hóa bề mặt khác nhau đã được nghiên cứu sử dụng gồm Trisodium Cífrate
Đihydrat (SCD), Sodium Dodecyl Sulfate (SDS) ,Polyvinyl Alcohol (PVA) để chế tạo các
hạt nano kim loại.
Tên hóa chất
Công thức Tính chất
Trisodium Ciừate
Đihydrat (SCD)
C6H7Na307.2H20

Là một loại cồn có độ bay hoi vừa
phải, không màu, đễ cháy, có mùi
như mùi ngọt. Hoá chất này không
hút ẩm, có độ nhót.
Bảng 2.1: Các loại hóa chất
2.2. Các phương pháp nghiên cứu
2.2.1 Phương pháp nhiễu xạ tia X
a) Nguyêa tắc hoạt động
Phương pháp nhiễu xạ tia X được dùng để xác định vật liệu được tạo thành, cấu trúc
tinh thể, kích thước trung bình của tinh thể [3]. Dựa trên ảnh hưởng khác nhau của kích thước
tinh thể lên phổ nhiễu xạ tia X. PhưoTig pháp nhiễu xạ tia X cho phép xác định kich thước
tinh thể dựa trên phân tích hình dáng và đặc điểm của đưòTig cong phân bố cường độ cùa
đường nhiễu xạ tia X dọc theo trục đo góc 20.
Cơ sờ của phổ nhiễu xạ tia X là: Khi chiếu một chùm tia X có bước sóng từ 10'^- lO’'"
m vào một tinh thể thì tia X sẽ bị tán xạ theo các phương khác nhau trên mặt phăng ỉchác
nhau cùa tinh thể. Sau khi tán xạ chúng sẽ giao thoa với nhau, tạo nên các cực đại. cực tiêu
19
giao thoa tuỳ thuộc vào hiệu quang trình của chúng. Chùm nhiễu xạ tìr vật liệu phụ ứiuộc vào
bước sóng của chùm điện tò tới và khoảng cách mặt mạng trong tinh thể, tuân theo định luật
Bragg:
nẰ = 2dsin0 (2.1)
Bằng cách sử dụng mẫu chuẩn, nhiễu xạ với cùng điều kiệnvới mẫu nghiên cứu, sự
nhoè rộng bời điều kiện thực nghiệm được loại bỏ. Sự nhoè rộng của phổ nhiễu xạ tia X thu
được là do bản thân của mẫu nghiên cứu được gọi là sự nhòe rộng vật lý và độ rộng gọi là độ
rộng vật lý p.
Độ rộng vật lý liên quan đến kích thước tinh thể theo phương trình Scherer:
D = k (2.2)
J3cos0
Với D là kích thước tinh thể, k = 0.94 là hệ sổ ti lệ. Do kích thước tinh thể D theo
chiều vuông góc với mặt nhiễu xạ tỷ lệ nghịch với COS0, nên để xác định kích thước tinh thể

nguyên tử. Các điện tử truyền qua mẫu được khuyếch đại và ghi lại dưới dạng ảnh huỳnh
quang hoặc kỹ thuật số.
Do bước sóng của các electron ngấn hơn bước sóng của ánh sáng, nên các hình ảnh
của TEM có độ phân giải cao hơn so với các hình ảnh của một kính hiên vi ái^ sáng. TEM có
thể cho thấy rõ những chi tiết nhỏ nhất của cấu trúc bên trong, trong một số trường hợp lên
tới tìmg nguyên từ.
Nhiễu xạ điện tử có thể cung cấp những thông tin rất cơ bản về cấu trúc tinh thể và
đặc trưng vật liệu. Chùm điện tử nhiễu xạ từ vật liệu phụ thuộc vào bước sóng của chùm điện
tử tới và khoảng cách mặt mạng trong tinh thể, tuân theo định luật Bragg.
Do bước sóng của chùm điện tử rất nhò nên ứng với các khoảng cách mạng trong
tinh thể thì góc nhiễu xạ phải rất bé (9 ~ 0,01°).
Tuỳ thuộc vào bản chất cùa vật liệu, ảnh nhiễu xạ điện tử thường là những vúng sáng
tối gọi là trường sáng - trường tối. Trường sáng là ảnh của vật liệu vô định hình còn trường
tối là ảnh của vật liệu có dạng tinh thể.
b) Quy trình tiến hành đo TEM
Để khảo sát các thông số có thể ảnh hường tód kích thước hạt như loại kim loại, loại
dung môi, nồng độ dung môi, thời gian chiếu laser, công suất laser, bước sóng laser,chúng tôi
chọn hai mẫu có cùng một điều kiện về các thông số và khác nhau về một thông số cần
nghiên cứu. Các mẫu sau khi được chế tạo được cho vào lọ thuỳ tinh màu để tránh ánh sáng,
đậy kín để tránh tiếp xúc không khí. Sau đó được gừi đi đo TEM tại Trung tâm dịch tễ Hà
Nội.
Khi mẫu được gửi đến dạng dung dịch, để có thể lấy hạt nano kim loại để tiến hành đo
TEM. Người ta lấy một lưới đồng nhúng vào dung dịch chứa hạt nano kim loại. Sau khi lấy
ra các hạt nano kim loại sẽ bám vào bề mặt lưód và đo bàng kính hiển vi điện tử truyền qua
JEM1010-JEOL. Sau khi tinh chinh máy để đạt được ảnh TEM của hạt nano kim loại rõ nét
nhất, các ảnh TEM sẽ được chụp và gửi dữ liệu đến máy tính dưới dạng file ảnh.
c) Xử iý số liệu
Trong khoá luận, chúng tôi xác định kích thước hạt dựa trên phần mềm ImagieJ 1.37v
của Wayne Rasband (Natiormal institues of Heath, USA) [15], Phần mềm ImagieJ 1.37v cho
phép định nghĩa một khoảng có độ dài có giá trị chuẩn trên hình. Sau đó, tiến hành đo đường

* Định luật hấp thụ ánh sáng - Định luật LAMBERT-BEER
Ánh sáng truyền qua một môi trường chịu ảnh hưởng của ba hiện tượng: phản xạ,
truyền qua và hấp thụ. Giữa năng lượng bức xạ đơn sắc bị hấp thụ và nồng độ chất hấp thụ có
sự phụ thuộc tuân theo định luật Lambert-beer [5].
Xét trưòng họp, chiếu một ánh sáng đơn sắc có bước sóng X và cường độ I ũ đi qua
một lớp dung dịch chất tan đồng nhất có nồng độ c, bề dày lớp dung dịch là /. Khi đi qua lớp
dung dịch một phần áxứi sáng bị hấp thụ, một phần bị phản xạ, phần còn lại đi qua lớp dung
dịch có cưòmg độ I.
Mối liên hệ giữa I và I 0 được biểu diễn qua định luật Lambert-beer:
Mật độ quang D được tính;
D = lg ệ = k (A .)./.C (2.5)
Với k(>.) lả hệ số hấp thụ phân tử. Hệ số này thay đổi theo X và có giá trị đặc trưng
cho từng chất.
Đưòng cong hấp thụ là sự phụ thuộc của k theo bước sóng; k =
Đường cong hấp thụ cùa những chất khác nhau là khác nhau.
Khi k và / không đổi thì D sẽ phụ thuộc tuyến tính vào c. Từ mật độ quang D ta có
thể biết được sự biến đổi nồng độ chất trong quá trình phản ứng.
Đây chính là cơ sở của phép phân tích định tính, định lượng các chât,
22
* Thuyết Mie
Vào đầu ứiế ki 20, Gustav Mie đã bất đầu nghiên cứu các tính chất của các hạt chất keo
trong dung dịch dạng lỏng để mô tả các tính chất quang học và tính chất điện của chúng.
Trong khoảng thời gian này, ông đâ phát triển một lý thuyết có khả năng mô tả một cách toán
học sự tán xạ cùa ánh sáng tới bởi các hạt dạng cầu. Lý thuyết của Mie không giống như lý
thuyết của bậc tiền bối Lord Rayleigh ở chỗ nó áp dụng được với mọi hạt dạng cầu bất kể
kích thước hạt [16].
Mie sử dụng hệ tọa độ cầu cùng với các điều kiện biên và hệ số diích hợp như kích thước
hạt, tính chất quang của vật liệu cấu tạo hạt và môi trường xung quanh để giải các phưooig
trình Maxwell. Với các hệ số chính xác, lời giải ông tìm được có khả năng mô tà các dao
động đa cực cho tiết diện tắt dần của hạt nano. Sử dụng sự mở rộng chuỗi của điện trường và

‘T „,W = 9 - / r .^ K — —
£^(co) + 2 s „ f + e2Ìũ})
(2.7)
Với V là thể tích hinh cầu {47ĩ/3)r^, (y là tần số góc của ánh sáng tới, c là vận tốc ánh
sáng, còn và £(cy) = £-|(íy) + /£-,(cy) là hàng số điện môi cùa môi trường xung quanh và
của vật liệu. Hiện tượng cộng hưởng chỉ tíiu được khi thỏa mân điều kiện £ị{cứ) = -2e^, với
f 2 (íy) là rất nhỏ và ảnh hưởng không đáng kể đến tần số góc .
wavet&ngiît Ẳ. tnm
ơiameter/ nm
Hình 2.4:
a) Phổ hấp thụ UV- Vis của các hạt nano vàng có kích thước 9, 22, 48 và 99 nm
trong nước với các đỉnh hấp thụ ticcmg ứng ở 5¡7, 52ỉ, 533 và 575 nm
[S. Link and ụ A. El-Sayed, J. Phys. Chem. B103J212 í ỉ 999).]
b) Đồ thị mối ỉiên hệ giữa độ rộng đình pỉasmon AĂ và đưcmg kính hạt.
fS. Link and M. A. El-Sayed, J. Phys. Chem. Bỉ03,42ỉ2 (ỉ 999)1
Phưomg trình (2.7) được sử dụng xác định phổ hấp thụ của các hạt nano kim loại nhỏ (hạt
nano vàng với bán kính nhỏ hơn 20nm). Nếu bán kính các hạt nano lớn hơn giá trị này, hoặc
vượt quá bước sóng ánh sáng, ta không tìiể áp dụng phương trình (2.7) mà trờ vê vói các
phưong trinh ban đầu (2.6). Kết quả là, sự cộng hưởng phụ thuộc vào kích thước hạt X với X
là một hàm của bán kính hạt r . Khi kích thước hạt vượt quá kích ứiước của bước sóng, các
mode bậc L cao hcm được dùng để định nghĩa hệ. Những mode này đạt tới bậc cao nhât khi
năng lượng thấp hcm và vì vậy, chúng gây ra một dịch chuyên đỏ trong vùng plasmon (dịch
chuyên Stokes) khi bán kính hạt tăng lên. Những quan sát này tuân theo lý thuyêt của Mie vê
sự tán xạ và giải thích màu đỏ của dung dịch có chứa hạt nano vàng .
Theo phương trình (2.7), hệ số tắt dần không phụ thuộc vào kích thước hạt. Tuy nhiên,
thực nghiệm là chi ra hiện tượng ngược lại. Sự ừái ngược này xuât phát ưr giả thiêt cùa Mie
rằng cấu trúc điện tử và hàng số điện môi của hạt nano cũng tương tự như câu trúc điện từ và
hàng số điện môi của dạng vật liệu khối.Giả thiết này hoàn toàn không chính xác khi kích
thước hạt là rất nhò. Vì vậy, thuyết Mie cần được sửa đồi bằng cách thêm vào hiệu ứng kích
thước lượng tử trong các hạt nhỏ.

2450 tại Trung tâm khoa học vật liệu - Đại học Khoa Học Tự Nhiên. Đây là một thiết bị rất
hiện đại và chính xác được sử đụng trong phân tích sản xuất vật liệu mới cũng như phân tích
tính chât của các chât trong nghiên cứu hoá sinh, môi ttường [17],
CHƯOÍNG III: KÉT QUẢ NGHIÊN cứu CHÉ TẠO HẠT NANO
KIM LOẠI BẰNG ĂN MÒN LASER
3.1. Chế tạo hạt nano bạc trong dung dịch SCD
Với quy trìrứi chế tạo như đã trình bày trong chưong 2, cúng tôi chế tạo hạt nano bạc
trong SCD. Mầu hạt nano Ag chế tạo được mang đi đo phổ hấp thụ . Hình 3.1 trình bày phổ
hấp thụ của hạt nano bạc chế tạo trong dung dịch SCD ờ các nồng độ 0,003 M, 0,0IM, 0.1
M
SC D solu tio n
wavelength (nm)
Hĩnh 3. ỉ: Pho hấp thụ của hạt nano bạc trong dung dịch SCD
ở các nồng độ 0.003 M, 0. OIM, o.ỉ M
Từ hình 3.1, ta thấy sự xuất hiện của đinh phổ hấp thụ cộng hưởng plasmon đặc trưng
~ 400 nm của hạt nano bạc [19, 20], Điêu này phù họp với lý thuyết về đỉnh hấp thụ cộng
hưởng plasmo bề mặt của các hạt nano bạc. Đặc trưng đinh hấp thụ xung quanh 400 nm phụ
thuộc manh vào nồng độ dung dịch SCD. Khi kích thước tăng thì đỉnh cùa phổ hấp thụ dịch
chuyển về phía bước sóng dài. Từ đó thấy ràng trong 3 mẫu chế tạo, mẫu SCD 0.003M có
kích thước hạt nhò nhất. Đẻ xác định chính xác kích thước hạt cũng như sự phàn bố kích
ứiước hạt,chúng tôi tiến hành đi đo kích thước hạt bạc trong mẫu SCD 0.003M bằng kính
hiển vi điện từ truyền qua (TEM).
Ảnh TEM của mẫu SCD 0.003M thu được rứiư hình 3.2;
26