-iv

MỤC LỤC

TRANG BÌA PHỤ i
LỜI CAM ĐOAN ii
LỜI CÁM ƠN iii
MỤC LỤC iv
DANH MỤC CÁC BẢNG vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii
LỜI MỞ ĐẦU ix

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN 1
1.1. Giới thiệu về vật liệu nano 1
1.1.1. Các khái niệm cơ bản 1
1.1.2. Tính chất vật liệu nano 1
1.1.3. Phân loại vật liệu nano 3
1.1.4. Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano 4
1.2. Tổng quan về hạt nano bạc và hợp chất TiO
2
6
1.2.1. Hạt nano bạc 6
1.2.2. Hợp chất TiO
2
15
1.3. Giới thiệu về phƣơng pháp tổng hợp nano bạc và hợp chất TiO
2
18
1.3.1. Phƣơng pháp vi nhũ tƣơng 18
1.3.2. Phƣơng pháp Sol-gel 26
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM 32

CHƢƠNG 4 58
4.1. Kết luận 58
4.2. Hƣớng phát triển của đề tài 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO 59
PHỤ LỤC 62 -vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Số nguyên tử và năng lƣợng bề mặt của hạt nano hình cầu. 2
Bảng 1.2: Giá trị độ dài đặc trƣng của một số tính chất của vật liệu. 4
Bảng 1.3: Một số hằng số về tính chất điện tử của bạc 8
Bảng 1.4: Tính chất vật lý cơ bản của bạc 9
Bảng 1.5: Sự so sánh giữa các hệ vi nhũ tƣơng 21
Bảng 3.1: Bảng tƣơng quan giữa với của các mẫu bạc/cyclohexane 46
Bảng 3.2: Bảng tƣơng quan giữa với của các mẫu bạc/isooctane 47
Bảng 3.3: Bảng tƣơng quan giữa với của các mẫu bạc/ dodecane 48
Bảng 3.4: Bƣớc sóng hấp thu của dung dịch nano bạc theo nồng độ AgNO
3
49
Bảng 3.5: Hàm lƣợng bạc thực tế trong dung dịch 52
Bảng 3.6: Hiệu suất diệt khuẩn của các dung dịch bạc 53

Hình 1.9: Trƣờng phân bố quanh các hạt Ag (bán kính 9 nm) 12
Hình 1.10: Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc 13
Hình 1.11: Sơ đồ ion bạc vô hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy 13
Hình 1.12: Ion bạc liên kết với các base của DNA 14
Hình 1.13: Một số sản phẩm ứng dụng nano bạc 15
Hình 1.14: Cấu trúc pha tinh thể rutile 16
Hình 1.15: Cấu trúc pha tinh thể anatase 16
Hình 1.16: Cấu trúc pha tinh thể brookite 16
Hình 1.17: Cơ chế quang xúc tác của TiO
2
17
Hình 1.18: Quá trình làm việc của tấm vải tự làm sạch 17
Hình 1.19: Tính chất tự làm sạch của vật liệu phủ TiO
2
18
Hình 1.20: Giản đồ pha của hệ vi nhũ tƣơng 20
Hình 1.21: Các dạng vi nhũ tƣơng 20
Hình 1.22: Quy trình tổng hợp hạt nano bằng phƣơng pháp vi nhũ tƣơng 21
Hình 1.23: Cấu tạo và cấu trúc micelle của chất hoạt động bề mặt 23
Hình 1.24: Quá trình sol-gel và sản phẩm của nó 27
Hình 1.25: Quá trình thủy phân. 29
Hình 1.26: Phản ứng ngƣng tụ 30
Hình 2.1: Máy đánh siêu âm 35
Hình 2.2: Cân điện tử và máy khuấy từ 36
Hình 2.3: Máy quay ly tâm 36
-viii

Hình 2.4: Máy nhúng và lò nung 36
Hình 2.5: Sơ đồ tổng hợp dung dịch nano bạc 38
Hình 2.6: Sơ đồ tổng hợp sol TiO

Hình3.14: Phổ UV-Vis của các màng TiO
2
:Ag khi nung ở 600
o
C 55
Hình 3.15: Sự kết khối của sol TiO
2
:Ag ở nhiệt độ phòng 56
Hình 3.16: Các mẫu bột TiO
2
:Ag 56
Hình 3.17: Phổ XRD của mẫu bột TiO
2
:Ag 56

-ix

LỜI MỞ ĐẦU

Từ xƣa đến nay, bạc đã đƣợc biết đến nhƣ một chất có khả năng kháng độc, diệt
khuẩn. Ngày nay, cùng với sự ra đời và phát triển nhanh chóng của khoa học và công
nghệ nano, bạc đã và đang trở thành đề tài đáng quan tâm, chú ý của các nhà nghiên
cứu khoa học.
Chức năng và đặc trƣng chính của nano bạc
[15]
:
Tính khử khuẩn, chống nấm, khử mùi, có khả năng phát xạ tia hồng

, tia laser
[16]
,… để khử ion bạc thành các hạt nano bạc. Một thí
dụ sử dụng phƣơng pháp vật lý để chế tạo hạt nano bạc là dùng các tia
laser xung có bƣớc sóng 500nm, độ rộng xung 8sn, tần số 10Hz, công
suất 12-17mJ
[16]
.
Phƣơng pháp khử hóa lí: đây là phƣơng pháp trung gian giữa phƣơng
pháp hóa học và phƣơng pháp vật lý. Để tạo hạt nano bạc, ta sẽ sử dụng
phƣơng pháp điện phân kết hợp với siêu âm
[46]
.
Phƣơng pháp sinh học: đối với phƣơng pháp này ta sẽ dùng vi khuẩn,
virus (vi khuẩn Fusarium oxysporum PTCC 5115, vi khuẩn MKY3,…)
làm tác nhân để khử ion kim loại
[44]
.
-x

Mỗi phƣơng pháp đều có các ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng. Chẳng hạn, đối với
phƣơng pháp hóa học để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành
đám, ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng
điện tích và đẩy nhau. Phƣơng pháp này đơn giản nhƣng bị giới hạn bởi một số chất
khử. Còn đối với phƣơng pháp sinh học thì đơn giản, thân thiện với môi trƣờng và có
thể tạo hạt với số lƣợng lớn.
Nhƣng nhìn chung, phần lớn các phƣơng pháp ấy không cho kết quả hạt nano
đồng nhất về kích thƣớc và hình dạng. Gần đây, phƣơng pháp vi nhũ tƣơng đƣợc sử
dụng nhiều trên thế giới để chế tạo hạt nano bạc do khả năng điều khiển kích thƣớc hạt
dễ dàng của nó nhƣng ở Việt Nam lại có rất ít nhóm nghiên cứu theo hƣớng này.

đến 100 nm. Hình 1.1: Thang đo nano

1.1.2. Tính chất vật liệu nano
[8][34]

Vật liệu nano có những tính chất rất đặc biệt khác hẳn với tính chất của các
nguyên tố cùng loại ở kích thƣớc khối. Sự khác biệt về tính chất của vật liệu nano so
với vật liệu khối bắt nguồn từ hai hiệu ứng sau đây:
2

1.1.2.1. Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thƣớc nhỏ thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số
nguyên tử của vật liệu gia tăng. Ví dụ, xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano hình cầu.
Nếu gọi ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử thì mối liên hệ
giữa hai con số trên sẽ là n
S
= 4n
2/3
. Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số
nguyên tử sẽ là f = n
S
/n = 4/n
1/3
= 4r
0
/r, trong đó r
0

4,08×1011
7,6
5
4.000
40
8,16×1011
14,3
2
250
80
2,04×1012
35,3
1
30
90
9,23×1012
82,2 1.1.2.2. Hiệu ứng kích thƣớc
[8]

Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thƣớc của vật liệu nano đã làm cho
vật liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống. Đối với một vật
liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một độ dài đặc trƣng. Độ dài đặc trƣng
của rất nhiều các tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thƣớc nm. Chính điều này đã
làm nên cái tên “vật liệu nano” mà ta thƣờng nghe đến ngày nay. Ở vật liệu khối, kích
thƣớc vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trƣng này dẫn đến các tính chất vật lí đã
biết. Nhƣng khi kích thƣớc của vật liệu có thể so sánh đƣợc với độ dài đặc trƣng đó thì
tính chất có liên quan đến độ dài đặc trƣng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính

Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thƣớc nano), ví dụ đám
nano, hạt nano
Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thƣớc nano, cụ
thể là dây nano, ống nano ,
Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thƣớc nano nhƣ
màng mỏng (có chiều dày kích thƣớc nano),
Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có
một phần của vật liệu có kích thƣớc nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều,
một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
 Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thƣớc nano:
Vật liệu nano kim loại
Vật liệu nano bán dẫn
Vật liệu nano từ tính
Vật liệu nano sinh học
…
4

Nhiều khi ngƣời ta phối hợp hai cách phân loại với nhau, hoặc phối hợp hai
khái niệm nhỏ để tạo ra các khái niệm mới. Ví dụ, đối tƣợng chính của chúng ta sau
đây là "hạt nano kim loại" trong đó "hạt" đƣợc phân loại theo hình dáng, "kim loại"
đƣợc phân loại theo tính chất hoặc "vật liệu nano từ tính sinh học" trong đó cả "từ
tính" và "sinh học" đều là khái niệm có đƣợc khi phân loại theo tính chất.

Bảng 1.2: Giá trị độ dài đặc trƣng của một số tính chất của vật liệu.

Tính chất
Thông số
Độ dài đặc trƣng (nm)
Điện
Bƣớc sóng của điện tử

Sai hỏng mầm
Độ nhăn bề mặt
1-1000
1-10
1-100
0.1-10
1-10
Xúc tác
Hình học topo bề mặt
1-10
Siêu phân tử
Độ dài Kuhn
Cấu trúc nhị cấp
Cấu trúc tam cấp
1-100
1-10
10-1000
Miễn dịch
Nhận biết phân tử
1-10

1.1.4. Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano
[6][7]

Vật liệu nano đƣợc chế tạo bằng hai phƣơng pháp: phƣơng pháp từ trên xuống
(top-down) và phƣơng pháp từ dƣới lên (bottom-up). Phƣơng pháp từ trên xuống là
phƣơng pháp tạo hạt kích thƣớc nano từ các hạt có kích thƣớc lớn hơn; phƣơng pháp
từ dƣới lên là phƣơng pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử. Mỗi phƣơng pháp
5



1.1.4.2. Phƣơng pháp từ dƣới lên
Nguyên lý: hình thành vật liệu nano từ các
nguyên tử hoặc ion. Phƣơng pháp từ dƣới lên đƣợc
phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lƣợng
của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay đƣợc
chế tạo từ phƣơng pháp này. Phƣơng pháp từ dƣới lên có thể là phƣơng pháp vật lý,
hóa học hoặc kết hợp cả hai phƣơng pháp hóa-lý.
Phƣơng pháp vật lý: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc
chuyển pha. Nguyên tử để hình thành vật liệu nano đƣợc tạo ra từ phƣơng pháp vật lý:

Hình 1.2: Phương pháp
Top-down & Bottom-up
6

bốc bay nhiệt (đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang). Phƣơng pháp chuyển pha: vật liệu
đƣợc nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu đƣợc trạng thái vô định hình,
xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình - tinh thể (kết tinh) (phƣơng pháp nguội
nhanh). Phƣơng pháp vật lý thƣờng đƣợc dùng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ:
ổ cứng máy tính.
Phƣơng pháp hóa học: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ các ion.
Phƣơng pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà
ngƣời ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Tuy nhiên, chúng ta vẫn có thể
phân loại các phƣơng pháp hóa học thành hai loại: hình thành vật liệu nano từ pha lỏng
(phƣơng pháp kết tủa, sol-gel, ) và từ pha khí (nhiệt phân, ). Phƣơng pháp này có
thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,
Phƣơng pháp kết hợp: là phƣơng pháp tạo vật liệu nano dựa trên các
nguyên tắc vật lý và hóa học nhƣ: điện phân, ngƣng tụ từ pha khí, Phƣơng pháp này
có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano,
 Ƣu điểm của phƣơng pháp từ dƣới lên: tiện lợi, kích thƣớc các hạt nano


1.2.1.1. Nguyên tố kim loại bạc
 Cấu trúc tinh thể bạc
[10][13]

Bạc (Ag) là nguyên tố thứ 47 trong hệ thống tuần hoàn, thuộc chu kỳ 5, phân
nhóm IB, là kim loại màu sáng trắng, mềm, dễ dát mỏng, khả năng dẫn điện và dẫn
nhiệt tốt, có khả năng phản xạ ánh sáng cao nhất trong các kim loại.
Bạc có cấu trúc tinh thể lập phƣơng tâm mặt, điều này giải thích việc bạc có
khối lƣợng riêng lớn và nhiệt độ nóng chảy tƣơng đối cao.
Hằng số mạng (ô cơ sở):
+ a: 408.53 pm : 90.000
+ b: 408.53 pm : 90.000
+ c: 408.53 pm : 90.000

Hình 1.3: Cấu trúc tinh thể của bạc

 Tính chất điện tử của bạc
Hình 1.4: Cấu hình electron của bạc
8

Cấu hình electron : 1s
2
2s
2
2p
6

).
Số phối trí của bạc: 2, 4, 6.

Bảng 1.3: Một số hằng số về tính chất điện tử của bạc
Ái lực điện tử
125.6 kJ/mol
Năng lƣợng ion hóa lần 1
731.0 kJ/mol
Năng lƣợng ion hóa lần 2
2070 kJ/mol
Năng lƣợng ion hóa lần 3
3361 kJ/mol
Độ âm điện Pauling
1.93 Pauling Units
Độ âm điện Allred Rochow
1.42 Pauling Units
Độ âm điện Mulliken-Jaffe
1.47 Pauling Units
Liên kết Ag-Ag
288.9 pm
Bán kính nguyên tử (empirical)
160 pm
Bán kính nguyên tử (calculated)
165 pm
Bán kính Covalent (empirical)
153 pm
Bán kính Van der Waals
172 pm

 Tính chất hóa học

Trong tự nhiên, bạc tồn tại ở dạng tự do gần nhƣ tinh khiết. Khoảng 20% lƣợng
bạc đƣợc luyện trực tiếp từ quặng nghèo chứa Ag
2
S bằng phƣơng pháp xyanua.
9

Trong phòng thí nghiệm, để điều chế bạc ngƣời ta thƣờng dùng các chất khử
hữu cơ hoặc nhiệt độ để khử Ag
+
có trong dung dịch AgNO
3
về Ag.
2AgNO
3
2Ag + 2NO
2
+ O
2

 Tính chất vật lý của bạc

Bảng 1.4: Tính chất vật lý cơ bản của bạc
Tính chất khối
Tỉ trọng
10490 kg/m
3

Thể tích phân tử gam
10.27 cm
3

2

Tính chất điện
Điện trở
1.6x10
-8
m
Tính chất quang
Độ phản xạ
97 %
1.2.1.2. Các tính chất của hạt nano bạc
 Tính chất quang:
Hạt nano kim loại, đặc biệt là các kim loại quý nhƣ vàng, bạc, đồng, platin có
một hiệu ứng vô cùng đặc biệt khi tồn tại ở kích thƣớc nanomet, đó là “Cộng hƣởng
Plasmon bề mặt” (surface plasmon resonance _ SPR ), hiệu ứng này khiến cho chúng
có những màu sắc khác nhau khi ánh sáng truyền qua.
[21]

Plasma là trạng thái thứ tƣ của vật chất, là trạng thái mà các hạt mang điện
chuyển động hỗn loạn. Trong kim loại cũng có một loại plasma đó là plasma khí điện
tử đƣợc sinh ra do các electron trong kim loại tách ra khỏi mối liên kết với nguyên tử
chuyển thành các electron dẫn chuyển động tự do. Khi có sự kích thích của ánh sáng,
những chuyển động tự do này của electron trên bề mặt kim loại sẽ tạo ra sóng truyền
dọc theo bề mặt kim loại, tạo thành sóng điện tử bề mặt (surface electromagnetic
waves) truyền đi theo phƣơng song song với kim loại hay với bề mặt chung của môi
10



Các hạt nano bạc có hiệu ứng hấp thụ và tán xạ ánh sáng rất mạnh. Tác động
mạnh mẽ của chúng với ánh sáng có đƣợc là do hiệu ứng cộng hƣởng plasmon bề mặt.
Keo vàng cũng có tính chất giống hạt nano bạc đó là hấp thụ mạnh ánh sáng vùng khả
kiến và cũng xảy ra hiện tƣợng cộng hƣởng Plasmon bề mặt. Hình 1.7 chỉ ra quá trình
dao động tập thể của các điện tử trên bề mặt hạt vàng, tƣơng đƣơng với một lƣỡng cực
điện dao động. Hình 1.7 Quá trình dao động tập thể của các điện tử trên bề mặt hạt vàng.

Mie đã đƣa ra tính toán cho các hiện tƣợng này cho các hạt hình cầu và chỉ ra
đƣợc rằng bƣớc sóng cộng hƣởng và vị trí đỉnh cực đại phụ thuộc vào kích thƣớc của
hạt nano
.[31][36]

Khi kích thƣớc hạt tăng thì đỉnh của phổ hấp thụ dịch chuyển về phía bƣớc sóng
cộng hƣởng. Hình 1.8 cho thấy phổ của hạt nano Ag tƣơng ứng với các kích thƣớc
khác nhau.

Hình 1.8: Phổ tiêu hủy (extinction) của hạt nano Ag với các kích thước khác nhau.
[35]Ngoài ra mật độ hạt nano bạc cũng ảnh hƣởng đến tính chất quang. Nếu mật độ
loãng thì có thể coi nhƣ gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh
hƣởng của quá trình tƣơng tác giữa các hạt.
12
nƣớc, rƣợu dấm. Trong thế kỷ 20, ngƣời ta thƣờng đặt một đồng bạc trong chai sữa để
kéo dài độ tƣơi của sữa. Bạc và các hợp chất của bạc đƣợc sử dụng rộng rãi từ đầu thế
kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị các vết bỏng và khử trùng.
Tuy nhiên, sau khi thuốc kháng sinh đƣợc phát minh và đƣa vào ứng dụng với
hiệu quả cao ngƣời ta không còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc nữa.
13

Nhƣng từ những năm gần đây, do hiện tƣợng các chủng vi sinh ngày càng trở nên
kháng thuốc, ngƣời ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả năng diệt khuẩn
và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là dƣới dạng hạt có kích thƣớc nano.
 Cơ chế diệt khuẩn của hạt nano bạc
[8],[4], [44]

Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion
Ag
+
. Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo nên
màng tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn
đến làm tê liệt vi khuẩn.

Hình 1.10: Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc

Các nối -S-S- rất quan trọng trong việc tạo ra các protein vi khuẩn. Đây là cấu
trúc của các enzyme trong vi khuẩn. Sau khi Ag
+
tác động lên lớp màng tế bào vi
khuẩn, nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin –SH của
phân tử enzyme. Các enzyme này bị vô hiệu hóa dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của
tế bào vi khuẩn.
[15],[25]

đƣợc xác định nhƣ sự thay đổi ở trong vùng cấu trúc điện tử của bề mặt. Đó là những
hiệu ứng làm tăng khả năng phản ứng của các hạt nano bề mặt. Qua nghiên cứu cho
thấy, do sự tăng lên của nguyên tử bề mặt nên so với bạc khối, tác dụng sát khuẩn của
các hạt bạc siêu nhỏ có kích thƣớc nano đƣợc nhân lên gấp bội, 1 gam nano bạc có thể
sát khuẩn cho hàng trăm mét vuông chất nền.

1.2.1.4. Ứng dụng của nano bạc
Với tính chất kháng khuẩn hiệu quả, nano bạc đƣợc ứng dụng rất nhiều ngành
nghề và sản phẩm từ y – sinh đến những vật dụng tiêu dùng hằng ngày. Một số ứng
dụng quan trọng có thể kể đến nhƣ:
 Ứng dụng trong chuẩn đoán: nano Ag đƣợc sử dụng trong các đầu dò
sinh học và hàng loạt các xét nghiệm mà nó đóng vai trò là các mũi dò sinh học trong
chuẩn đoán định lƣợng.
 Trong sinh học, nó còn là tác nhân tiêu diệt các tế bào ung thƣ hữu hiệu.
Ngƣời ta phát hiện ra rằng bƣớc sóng mà tại đó hấp thụ mạnh đƣợc biến đổi thành
nhiệt năng trong khoảng thời gian rất ngắn nhỏ cỡ pico giây. Nhƣ vậy nếu ta gắn các
hạt nano bạc này vào các tế bào, sau đó chiếu laser tại bƣớc sóng hấp thụ cực đại
Plasmon thì các hạt nano bạc sẽ hấp thụ photon và ngay lập tức chuyển thành nhiệt
năng, làm cho nhiệt độ xung quanh hạt bạc tăng lên nhanh chóng, nó sẽ phá vỡ vật
chất xung quanh nó. Điều này có ứng dụng lớn trong điều trị ung thƣ.
 Ứng dụng trong dẫn truyền: nano Ag đƣợc sử dụng trong mực dẫn, kết
hợp với các hợp chất để tăng độ dẫn nhiệt, dẫn điện.
 Ứng dụng quang học: nano Ag đƣợc sử dụng hiệu quả trong việc hội tụ
ánh sáng, tăng phổ quang học bao gồm tăng độ phát huỳnh quang của kim loại (Metal-
enhanced Fluorescence – MEF) và gia tăng tán xạ Raman bề mặt (surface-enhanced
Raman scattering – SERS).

15
oxide lƣỡng tính, tuy nhiên lại có tính acid cao hơn.
Với độ rộng vùng cấm lớn hơn 3 eV của TiO
2
, nó đƣợc xếp vào loại chất bán
dẫn có độ rộng vùng cấm lớn và sử dụng lý thuyết bán dẫn để lập luận tính chất hấp
thụ quang học. Khi năng lƣợng photon chiếu tới màng TiO
2
lớn hơn hoặc bằng 3 eV,
chuyển mức cơ bản xảy ra là chuyển mức xiên,mức Fermi trong tinh thể TiO
2
nằm
chính giữa vùng cấm.
TiO
2
có nhiều dạng thù hình, trong đó ba dạng thù hình cơ bản là: Anatase,
Rutile và Brookite. Trong đó, Brookite là dạng hiếm gặp trong thực tế. Thông thƣờng,
TiO
2
đƣợc sử dụng làm chất xúc tác quang hóa ở dạng Anatase và Rutile.
16

 Rutile: là trạng thái tinh thể bền của TiO
2
, pha rutile có độ rộng khe năng
lƣợng 3,02 eV. Rutile là pha có độ xếp chặt cao nhất so với 2 pha còn lại, khối lƣợng
riêng 4,2 g/cm
3
. Rutile có kiểu mạng Bravais tứ phƣơng với các hình bát diện xếp tiếp
xúc nhau ở các đỉnh.


TiO
2
là chất xúc tác quang học. Khi đƣợc chiếu sáng với ánh sáng có năng
lƣợng cao hơn độ rộng vùng cấm của nó, electron trong TiO
2
sẽ nhảy từ vùng hóa trị
lên vùng dẫn, và cặp điện tử lỗ trống sẽ tái hợp ngay trên bề mặt của TiO
2
. Electron
mang giá trị âm sẽ kết hợp với oxy tạo thành gốc ion O
2
-
, trong khi đó lỗ trống mang
17

điện tích dƣơng sẽ kết hợp với H
2
O tạo ra gốc hidroxy OH
-
. Vì cả 2 quá trình này đều
là những tồn tại hóa học không ổn định, nên khi hợp chất hữu cơ vừa rơi xuống bề mặt
chất xúc tác quang học, nó sẽ kết hợp với O
2
và OH
-
trở lại thành CO
2
và H
2
O. Phản

nhiều lần liên tiếp.

Hình 1.18: Quá trình làm việc của tấm vải tự làm sạch
18

1.2.2.3. Ứng dụng của hợp chất TiO
2

Nhƣ chúng ta đã biết hơi nƣớc rất dễ làm mờ gƣơng và kiếng do bởi môi trƣờng
không khí ẩm bị làm lạnh và tạo thành những giọt nƣớc đọng trên bề mặt vật liệu
thông thƣờng. Các giọt nƣớc này làm cho hình ảnh truyền qua gƣơng hay kiếng rất mờ
nhạt. Bề mặt kỵ nƣớc không thể làm ngừng quá trình làm mờ kiếng trừ phi có sự tác
động của gió hay sự rung động mạnh. Ngƣợc lại vật liệu với lớp phủ siêu ƣa nƣớc sẽ
ngăn không cho nƣớc tạo thành giọt mà trải ra tạo thành một lớp phim nƣớc mỏng trên
bề mặt làm cho hình ảnh truyền qua tốt hơn, rõ nét hơn mà không cần phải có gió hay
sự dao động. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các loại kiếng dùng trên các phƣơng
tiện vận chuyển (kiếng chiếu hậu, kiếng chắn gió của xe), giúp tài xế luôn có một cái
nhìn rõ ràng, chính xác khung cảnh chung quanh. Các loại kiếng này sẽ giúp giảm
đáng kể các tai nạn giao thông trong những ngày thời tiết ẩm ƣớt.
Hơn nữa với khả năng xúc tác quang các loại kiếng này không những có thể
ngăn cản tia UV có hại mà còn có thể phân hủy từ từ các chất bẩn hữu cơ và ngăn cản
chúng bám trên bề mặt. Các chất bẩn hữu cơ này sẽ bị rửa trôi khi trời mƣa hay khi
chúng ta phun nƣớc do có lớp phim nƣớc mỏng tạo ra trên bề mặt siêu ƣa nƣớc.

Hình 1.19: Tính chất tự làm sạch của vật liệu phủ TiO
2

1.3. Giới thiệu về phƣơng pháp tổng hợp nano bạc và hợp chất TiO
2