Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ nguội lên cấu trúc và nhiệt động học của hạt nano Al, Ni và AlNi

- NGUYỄN MẠNH HÙNG VẬT LÝ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦATỐC ĐỘ NGUỘI LÊN CẤU TRÚC VÀ NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA HẠT NANO Al, Ni VÀ AlNi.
- NGUYỄN MẠNH HÙNG NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỐC ĐỘ NGUỘI LÊN CẤU TRÚC VÀ NHIỆT ĐỘNG HỌC CỦA HẠT NANO Al, Ni VÀ AlNi.
- Mục đích, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Nhiệm vụ nghiên cứu.
- Phương pháp nghiên cứu.
- Vai trò của hạt nano kim loại trong công nghệ và đời sống.
- Ứng dụng của hạt nano kim loại.
- Chế tạo hạt nano kim loại.
- Các hạt nano Ni, Al, NiAl.
- Các nghiên cứu thực nghiệm.
- Các nghiên cứu mô phỏng.
- 14 CHƢƠNG II PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀ PHÂN TÍCH HẠT NANO.
- Xây dựng mẫu vật liệu khối và hạt nano.
- Mẫu vật liệu hạt nano.
- Hàm phân bố xuyên tâm cho mẫu hạt nano.
- Mô phỏng hạt nano Ni.
- Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ nguội lên cấu trúc của hạt nano Ni.
- Mô phỏng hạt nano Al.
- Mô phỏng hạt nano NiAl.
- DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 Các thông số cho thế nhúng nguyên tử Sutton-Chen của Ni và Al 23 Bảng 3.1 Bán kính hạt nano Ni, tỉ lệ nguyên tử tinh thể và VĐH trong hạt nano tại 300 K phụ thuộc vào tốc độ làm nguội.
- 37 Bảng 3.2 Thống kê nguyên tử các lớp thuộc tinh thể fcc, hcp và VĐH của mẫu M5 tại 300 K và tốc độ làm nguội =41012 K/s 39 Bảng 3.3 Năng lượng bề mặt (Es), thế năng trung bình của nguyên tử lõi hạt nano (NlõiU), thế năng trung bình của nguyên tử lớp vỏ hạt nano (voNU) và số nguyên tử lớp vỏ hạt nano (Nvỏ) của các mẫu hạt nano dưới ảnh hưởng của tốc độ nguội.
- 53 Bảng 3.4 Bán kính hạt nano, tỉ lệ nguyên tử tinh thể và VĐH trong hạt nano tại 300 K phụ thuộc vào tốc độ làm nguội.
- Hình chụp mẫu hạt nano M2 31 Hình 3.2.
- Thế năng (Potential energy-PE) của vật liệu khối và hạt nano Ni phụ thuộc vào nhiệt độ và tốc độ làm nguội.
- HPBXT của vật liệu khối và hạt nano Ni 34 Hình 3.4.
- Tinh thể fcc và hcp của các hạt nano Ni với tốc độ làm nguội Hình 3.5.
- Hạt nano Ni 4000 nguyên tử tại 900 K với tốc độ làm nguội =21012 K/s 43 Hình 3.7.
- Hạt nano Ni 4000 nguyên tử tại 800 K với tốc độ làm nguội =21012 K/s 44 Hình 3.8.
- Hạt nano Ni 4000 nguyên tử tại 300 K với tốc độ làm nguội =21012 K/s 45 Hình 3.9.
- Hạt nano Ni 4000 nguyên tử tại 800 K với tốc độ làm nguội =41012 K/s 46 Hình 3.10.
- Hạt nano Ni 4000 nguyên tử tại 800 K với tốc độ làm nguội =41013 K/s 47 Hình 3.11.
- Hạt nano Ni 2916 nguyên tử tại 800 K với tốc độ làm nguội =21012 K/s 48 Hình 3.12.
- Hạt nano Ni 1372 nguyên tử tại 800 K với tốc độ làm nguội 49 Luận văn thạc sĩ Vật lý Nguyễn Mạnh Hùng K/s Hình 3.13.
- Hạt nano Ni 500 nguyên tử tại 800 K với tốc độ làm nguội =21012 K/s 50 Hình 3.14.
- Hạt nano Ni 256 nguyên tử tại 800 K với tốc độ làm nguội =21012 K/s 51 Hình 3.15.
- Thế năng hạt nano Al phụ thuộc vào nhiệt độ với tốc độ làm nguội =21012 K/s.
- Hình chụp mẫu hạt nano S1 56 Hình 3.18.
- Hàm PBXT của hạt nano Al của các mẫu S1, S2 và S3 57 Hình 3.19.
- Hình chụp mẫu hạt nano N2 59 Hình 3.21.
- Thế năng (Potential energy-PE) của hạt nano NiAl 60 Hình 3.22.
- Hàm PBXT của vật liệu khối và các hạt nano NiAl tại nhiệt độ 300K với tốc độ làm nguội 41012 K/s 61 Hình 3.23.
- Hàm PBXT riêng phần của hạt nano NiAl tại 300 K với tốc độ làm nguội 41012 K/s 63 Hình 3.25.
- Các hạt nano NiAl với tốc độ làm nguội =41012 K/s 65 Luận văn thạc sĩ Vật lý Nguyễn Mạnh Hùng 6 MỞ ĐẦU 1.
- Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng vật liệu nano có nhiều tính chất đặc biệt và tiềm năng ứng dụng vô cùng to lớn.
- Do đó, việc nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ làm lạnh lên cấu trúc và nhiệt động học của các hạt nano Al, Ni và AlNi có nhiều ý nghĩa trong khoa học và thực tiễn.
- Tuy nhiên các phương pháp thực nghiệm này bị hạn chế trong việc tạo ra các hạt nano với kích thước mong muốn, đồng đều về kích thước.
- Trong nhiều nghiên cứu mô phỏng động lực học phân tử (ĐLHPT), khi chuyển pha từ trạng thái lỏng sang rắn ở hạt nano Ni, cho ta thấy quá trình tinh thể hóa thành tinh thể fcc.
- Ngoài ra, kết quả cũng chỉ ra các hạt nano Ni còn có các cấu trúc bền vững như hai mươi mặt hoặc tám mặt.
- Trong khi đó, thực nghiệm đã chế tạo được hạt nano Ni có cấu trúc fcc, hcp và cấu trúc trộn lẫn fcc và hcp.
- Như vây, cần thêm các nghiên cứu mô phỏng tiến trình nguội nhanh tạo thành cấu trúc hạt Ni, Al và AlNi để xem có tạo ra cấu trúc hcp trong tinh thể hay không? Hạt nano kim loại được nghiên cứu trong đề tài này là hạt nano Nikel (Ni), nhôm (Al) và nhôm nikel (AlNi).
- Luận văn thạc sĩ Vật lý Nguyễn Mạnh Hùng 7 Những năm gần đây, từ tính của hạt nano Ni, cơ tính của dây nano NiAl, tính chất nhiệt của hạt nano Al.
- Điều đó tạo động lực cho các nghiên cứu sâu hơn về cấu trúc của các hạt nano làm cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu những tính chất đặc biệt khác của các hạt nano Ni, Al và AlNi.
- Đề tài : Nghiên cứu ảnh hưởng tốc độ nguội lên cấu trúc và nhiệt động học của các hạt nano Ni, Al và AlNi.
- Mục đích, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ nguội lên cấu trúc và nhiệt động học của hạt nano Ni, Al và NiAl.
- Nhiệm vụ nghiên cứu Luận văn thực hiện các nhiệm vụ sau đây  Xây dựng chương trình tạo ra các mẫu hạt nano Ni, Al và AlNi kích thước khác nhau  Phân tích cấu trúc hạt nano Ni, Al và AlNi.
- So sánh cấu trúc hạt nano Ni, Al và AlNi với vật liệu khối tương ứng.
- Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp mô phỏng động lực học phân tử, các phương pháp phân tích vi cấu trúc như hàm phân bố xuyên tâm (PBXT), các nguyên tử lân cận chung (common neighbor analysis - CNA) và hiển thị trực quan.
- Xây dựng mô hình hạt nano Ni, Al và AlNi với các kích thước khác nhau bằng phương pháp động lực học phân tử.
- Phân tích vi cấu trúc của các hạt nano Ni, Al, AlNi dưới tốc độ làm nguội khác nhau.
- Tính chất nhiệt động học của hạt nano Ni.
- Luận văn thạc sĩ Vật lý Nguyễn Mạnh Hùng 8  Xác định năng lượng bề mặt của hạt nano Ni 6.
- Phần nội dung được chia làm 3 chương: chương I nói về tổng quan hạt nano kim loại, các nghiên cứu thực nghiệm và mô phỏng về hạt nano kim loại.
- chương III, trình bày các kết quả thu về đặc trưng cấu trúc của các hạt nano Ni, Al, AlNi phụ thuộc vào tốc độ làm lạnh và kích thước.
- Luận văn thạc sĩ Vật lý Nguyễn Mạnh Hùng 9 CHƢƠNG I TỔNG QUAN Hiện nay, vật lý mô phỏng đã trở thành một công cụ nghiên cứu quan trọng và được ứng dụng rộng rãi trong khoa học vật liệu [35-43].
- Cùng với đó, nhiều năm qua, hạt nano kim loại đã là đối tượng nghiên cứu của các nhà khoa học lý thuyết cũng như thực nghiệm do các tính chất vật lý đặc biệt cũng như khả năng ứng dụng to lớn của chúng trong đời sống.
- Đặc biệt là hạt nano Ni, Al được ứng dụng phổ biến.
- Vì vậy, nội dung chương 1 sẽ đề cập những vấn đề cơ bản về hạt nano kim loại như ứng dụng, các phương pháp chế tạo.
- Đồng thời cũng bàn đến các nghiên cứu phương pháp chế tạo, các tính chất của hạt nano Ni, Al.
- Ngoài ra, hạt nano kim loại có mật độ điện tử tự do lớn nên các tính chất thể hiện có những đặc trưng riêng, khác với các hạt không có mật độ điện tử tự do cao.
- Vì vậy, nghiên cứu chế tạo và tính chất của hạt nano kim loại được quan tâm thực hiện do ý nghĩa khoa học cơ bản lý thú cũng như triển vọng ứng dụng to lớn của chúng.
- Ứng dụng của hạt nano kim loại Vật liệu nano kim loại được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực hóa xúc tác, điện tử, điện từ, y sinh [1-4].
- Người ta trộn hạt nano vàng, bạc vào thủy tinh để chúng có các màu sắc khác nhau.
- Gần đây người ta đã phát hiện ra rất nhiều ứng dụng khả dĩ của hạt nano vàng để tiêu diệt tế bào ung thư.
- Trong đó, hạt nano vàng được kích thích bằng ánh sáng laser xung, do hiện tượng hấp thụ cộng hưởng Plasmon mà hạt nano dao động trở nên nóng bỏng, có khi lên đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ nóng chảy của vàng.
- Hạt nano vàng bọc bởi các nguyên tử Gd (có mô men từ nguyên tử lớn nhất) còn được dùng để làm tăng độ tương phản trong cộng hưởng từ hạt nhân (MRI).
- Rất gần đây, người ta còn tạo ra nguyên tử nhân tạo từ hai hạt nano vàng mở ra khả năng ứng dụng lớn trong tương lai.
- Ngoài ra, hạt nano vàng có thể được ứng dụng làm xúc tác cho các phản ứng hữu cơ, làm sensor phân tích kim loại nặng.
- Hạt nano bạc có khả năng diệt khuẩn cao, có thể sử dụng để tẩm lên than hoạt tính tạo khẩu trang diệt khuẩn phòng chống các bệnh gây qua đương hô hấp.
- Ngoài ra, hạt nano bạc cũng được ứng dụng nhiều trong y học.
- Hạt nano vàng cũng có khả năng diệt khuẩn được pha chế với rượu, tạo ra rượu nano vàng có chức năng phòng độc rất tốt.
- Trong sinh học, các hạt nano được chức năng hóa bề mặt để có thể liên kết được với các DNA, enzyme và các kháng thể.
- Các hạt nano từ tính đã được nhóm nghiên cứu trung tâm khoa học vật liệu chức năng hóa nhóm amino để đánh dấu và phân tách tế bào bạch cầu giúp việc điều trị bệnh nhiễm HIV dễ dàng hơn [5].
- Hạt nano từ tính chức năng hóa amino còn được sử dụng để tách ADN của siêu vi Herpes gây bệnh ngoài da và bệnh đường sinh dục.
- Hạt nano từ tính được bọc bởi một lớp silica được sử dụng trong làm giàu DNA của siêu vi viêm gan B [6].
- Luận văn thạc sĩ Vật lý Nguyễn Mạnh Hùng 11 Hạt nano vàng, bạc được sử dụng trong y sinh học để đánh dấu tế bào.
- Nhờ kích thước của hạt nano nhỏ hơn nhiều bước sóng ánh sáng chiếu vào mà xuất hiện hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt làm cho khả năng tán xạ ánh sáng của các hạt nano kim loại rất mạnh.
- Các hạt nano kim loại quý như vàng, bạc, bạch kim bền trong môi trường làm việc, thân thiện với cơ thể là đối tượng được ứng dụng nhiều nhất.
- Nguyên tắc ứng dụng hạt nano kim loại quý trong đánh dấu tế bào như sau: hạt nano vàng được gắn kết với kháng thể đặc hiệu kháng tế bào ung thư vú anti-HER2, sau đó gắn lên mẫu bệnh có tế bào ung thư.
- Nhờ liên kết kháng nguyên-kháng thể đặc hiệu mà hạt nano gắn lên bề mặt của tế bào.
- Chiếu ánh sáng lên tế bào thì do khả năng tán xạ mạnh của hạt nano vàng mà các tế bào ung thư sẽ được phân biệt với các tế bào thường không có khả năng tán xạ.
- Kết quả cho thấy nếu không gắn với kháng thể kháng tế bào ung thư thì hạt nano vàng không gắn lên tế bào ung thư.
- Khi có kháng thể gắn với hạt nano vàng, hạt nano vàng bám lên các tế bào.
- Dưới ánh sáng hiển vi trường tối, các tế bào này phát sáng rất mạnh, khác biệt hẳn với các tế bào khi không có hạt nano vàng gắn kết [7].
- Có rất nhiều kỹ thuật để tạo hạt nano kim loại như khử hóa học [8-9], khử điện hóa [10], khử quang hóa [11], phương pháp đồng kết tủa [12], kỹ thuật vi nhũ tương [13], quá trình polyol [14], khử rượu [15], phún xạ, bốc bay nhiệt [16,17] và nhiều phương khác [18].
- Để các hạt phân tán tốt trong dung môi mà không bị kết tụ thành đám, người ta sử dụng phương pháp tĩnh điện để làm cho bề mặt các hạt nano có cùng điện tích và đẩy nhau hoặc dùng phương pháp bao bọc chất hoạt hóa bề mặt.
- Phương pháp bao phủ phức tạp nhưng vạn năng hơn, hơn nữa phương pháp này có thể làm cho bề mặt hạt nano có các tính chất cần thiết cho các ứng dụng.
- Các hạt nano Ag, Au, Pt, Pd, Co, Ni, Fe… với kích thước từ 10 đến 100 nm có thể được chế tạo từ phương pháp này.
- Các hạt nano Ni, Al, NiAl: 1.2.1.
- Các nghiên cứu thực nghiệm Bột nhôm là một thành phần được sử dụng rộng rãi trong nhiên liệu đẩy tên lửa [43].
- Trong các kim loại từ chuyển tiếp, hạt nano Ni có tiềm năng to lớn do những tính chất riêng của chúng như từ tính, chịu nhiệt, hoạt động hóa học…được ứng dụng rộng

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt