HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ
KHOA HÓA LÝ KỸ THUẬT
BỘ MÔN HÓA

TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU NANO VÀ CÁC
PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ


Lọc nước

Công nghệ nano là gì? Nó có vai trò như thế nào trong đời sống và khkt?

Công nghệ nano là nghành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích,
chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển
hình dáng, kích thước trên qui mô nm.
Cơ sở khoa học của CNNN.
1. Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử.
2. Hiệu ứng bề mặt.
3. Kích thước tới hạn.


Vật liệu nano là gì?

Vật liệu nano là vật liệu trong đó có ít nhất 1 chiều
có kích thước nm.
Phân loại.
- Trạng thái vật liệu: rắn, lỏng, khí.
- Tính chất vật liệu: bán dẫn, kim loại, từ tính, sinh
hoc..
- Hình dáng vật liệu: Cách phân loại phổ biến nhất.
1.Vật liệu nano 3 chiều: các hạt nano…


KẾT LUẬN
- Đã xây dựng được tổng quan về khái niệm vật liệu nano và các
phương pháp chế tạo vật liệu nano.
- Qua các phương pháp điều chế vật liệu nano đã trình bày trong bài
khóa luận, chúng ta thấy được mỗi phương pháp điều chế đều có những
ưu và nhược điểm riêng biệt. Chính vì vậy, khi điều chế vật liệu nano
yêu cầu đặt ra đối với người chế tạo là phải chọn được phương pháp
điều chế thích hợp, đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật ( kích thước
hạt, tính đồng đều…), kinh tế (giá thành sản phẩm), cũng như phải phù
hợp với điều kiện trang thiết bị kỹ thuật hiện có.



Phương pháp top-down
Nguyên lý: Dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến các vật liệu thể khối

với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt có kích thước nano.
Phân loại
Phương pháp nghiền.
Phương pháp biến dạng.
Phương pháp quang khắc.
Ưu nhược điểm: Đơn giản, rẻ tiển nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho

nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu) và
chế tạo được một lượng lớn vật liệu nhưng tính đồng nhất của vật liệu không
cao, và tạo ra một lượng phế thải khá lớn.


Phương pháp bottom-up

phức tạp, giá thành hợp lý.
Nhược điểm: Các chất tiền tố bị thủy phân mạnh trong khí quyển vì vậy đòi hỏi
phải kiểm soát chặt chẽ các điều kiện phản ứng; giá thành của các chất này thường
cao nên đã hạn chế ý nghĩa thương mại của chúng. Phương pháp không dùng
alkoxide sử dụng các muối vô cơ (như nitrat, clorua, acetat, cacbonat, acetyacetat…)
đòi hỏi ở giai đoạn cuối là phải loại bỏ các anion vô cơ thêm vào.
Ứng dụng: Dùng để điều chế các vật liệu vô cơ phi kim loại như kính, gốm sứ,
thủy tinh, thủy tinh-gốm, các lớp mỏng phủ lên các bề mặt, hạt hay các màng xốp,
sợi.


Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học
(chemical Vapour Deposition-CVD)
 Lắng đọng pha hơi hóa học là một phương pháp mà các vật liệu rắn được lắng đọng từ

pha hơi thông qua các phản ứng hóa học xảy ra ở gần bề mặt đế được đun nóng.

 Một số phương pháp CVD: CVD nhiệt, CVD nâng plasma (PECVD), CVP (lắng đọng pha

hơi hóa học polymer), ALCVD(Lắng đọng pha hơi hóa học lớp nguyên tử)…
 Ưu và nhược điểm của phương pháp CVD
 Ưu điểm: hệ thống thiết bị đợn giản, tốc độ lắng đọng cao, có khả năng lắng đọng hợp kim

nhiều thành phần, có thể chế tạo màng cấu trúc hoàn thiện và độ sạch cao. Có thể lắng
đọng lên đế có cấu hình phức tạp.

 Nhược điểm: cơ chế phản ứng phức tạp, đòi hỏi nhiệt độ đế cao hơn trong các phương

pháp khác. Đế và các dụng cụ thiết bị có thể bị ăn mòn bởi các dòng hơi.


điều kịên giảm áp.
So với các phương pháp lắng đọng tạo màng mỏng khác, SPD có nhiều ưu điểm như
đơn giản, giá thành thấp, tái sản xuất được, và có khả năng lắng đọng bao phủ một diện
tích rộng trong một thời gian ngắn, trong khi các màng tạo ra thể hiện tính chất điện học
và các tính chất tiêu biểu khác tốt. Sự đồng nhất trong đa số các trường hợp là một vấn
đề, như là sự bằng phẳng của các lớp màng.


Phương pháp tự lắp ghép phân tử
 Tự lắp ráp là quá trình tự tổ chức của 2 hay nhiều thành phần thành một khối lớn

thông qua các liên kết đồng hoặc phi đồng hóa trị. Tự lắp ráp phân tử (MSA) là
một cách tiếp cận tuyệt vời để chế tạo các cấu trúc siêu phân tử.
 MSA đuợc tạo thành bởi các liên kết phi đồng hóa trị yếu, đáng chú ý là liên kết

H, liên kết ion, tương tác kỵ nước, vander Waals và liên kết H qua nước.
 ADN, peptide và protein là các khối cấu trúc đa tác dụng để lắp ráp các vật liệu.
 Ví dụ. Chế tạo ống cacbon: Phospholipid dễ dàng tự lắp ráp trong dung dịch

nuớc, tạo thành các cấu trúc khác nhau bao gồm micell, túi và ống. Schnur và
cộng sự đi tiên phong trong công nghệ tự lắp ghép ống lipid để tạo ra các vật liệu
dùng trong lĩnh vực chế tạo vật liệu mới sử dụng các khối cấu trúc đơn giản.


Phương pháp hạt micelle ngược
 Micelle ngược là quá trình tạo thành hạt micelle (hình cầu đường kính từ 10 đến 100nm)

trong môi trường dầu bởi chất hoạt động bề mặt có nhân là pha nước chứa các hạt vô cơ, hạt
lai.


trên catot, và chế tạo ống cacbon.
 Nhược điểm của phương pháp này là

mẫu chứa thu được còn lẫn tạp chất, vì
vậy cần tiến hành làm sạch sau khi thu
mẫu. Ngoài ra phương pháp hồ quang
plazma còn không tạo ra được vật liệu
dạng khối.


Phương pháp mạ điện
Phương pháp mạ điện thường được sử dụng phổ biến để chế tạo các lớp kim
loại mỏng trên bề mặt vật liệu điện. Ngoài ra phương pháp mạ điện còn được
dùng để lấp lỗ nano trong màng polymer để tạo ra các điện cực nano nhằm
điều khiển ion chuyển động. Đó là màng nhân tạo có các ion điều khiển được
như nanocomposit kim loại - chất dẻo.

Phương pháp khử sinh học
Dùng vi khuẩn là tác nhân khử ion kim loại.


Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử
 Vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được

trung bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 có khoảng 1012 nguyên tử)
và có thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano
có ít nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví
dụ như một chấm lượng tử có thể được coi như một đại lượng nguyên
tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử.



 Phương pháp biến dạng: Được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra

sự biến dạng cực lớn (có thể >10) mà không làm phá hủy vật liệu. Như là đùn
thủy lực, tuốt, cán, ép... Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng
trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì gọi là
biến dạng nóng, còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu
được là các vật liệu nano một chiều hoặc 2 chiều.