- Đối tượng của ngành công nghệ này là vật liệu nano, là vật liệu có kích thước rất nhỏ (từ 1-100 nm). - Với kích thước nhỏ như vậy, các vật liệu nano thể hiện nhiều đặc tính thú vị khác thường mà trước đây chưa từng thấy xuất hiện ở các vật liệu thông thường khác. - Đó là các tính chất khác thường về nhiệt độ nóng chảy, từ tính, điện dung, màu sắc...Vì vậy, vật liệu nano được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như: công nghệ điện tử, viễn thông, y tế và sức khoẻ, năng lượng, môi trường, quân sự. - Người ta hi vọng có thể sử dụng vật liệu nano để tạo ra những máy móc, thiết bị và những sản phẩm mới ưu việt hơn. - Trong số các vật liệu nano, các hạt nano của các kim loại quí, trong đó có bạc nano đóng vai trò vô cùng quan trọng. - Vật liệu nano bạc là một loại vật liệu nhận được sự quan tâm chú ý của các nhà khoa học cũng như các nhà doanh nghiệp. - Ngoài những đặc tính chung của vật liệu nano, hạt bạc kích thước nano còn có những tính quý khác như: tính quang, tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, khả năng chống oxi hoá, khả năng diệt khuẩn, tẩy trùng và là nguyên liệu quan trọng để sản xuất các vi mạch điện tử. - Trong luận văn này, chúng tôi “Nghiên cứu tổng hợp, tính chất và khả năng ứng dụng vật liệu xúc tác bạc kim loại trên chất mang nhôm oxit”. - Vật liệu nano.. - Vật liệu nano là loại vật liệu mới, là những tập hợp của nguyên tử kim loại hay phi kim (được gọi là cluster) hay phân tử của các oxit, sunfua, nitrua, borua… có kích thước hạt trung bình trong khoảng từ 1- 100 nm. - Đó cũng có thể là những vật liệu xốp với đường kính mao quản nằm trong giới hạn tương tự (zeolit, phốtphát cacbonxylat kim loại…) [1].. - Vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực là công nghệ nano và khoa học nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. - Kích thước của vật liệu nano được trải rộng. - Với những tiến bộ về khoa học và công nghệ hiện nay, vật liệu nano được đánh giá là một hướng đột phá trong công nghệ vật liệu mới. - Bên cạnh các vật liệu mới khác có nhiều triển vọng ứng dụng như vật liệu composite, vật liệu quang điện tử, vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao, các vật liệu chức năng (nhớ hình, tự hồi phục. - vật liệu nano với tính năng mới không chỉ gây nên sự đột phá về công nghệ mà còn mở ra những khả năng ứng dụng hết sức to lớn và mới mẻ.. - Các loại vật liệu nano [2], [3].. - Dựa vào hình dạng của vật liệu người ta chia thành các loại. - Vật liệu nano hai chiều: là vật liệu trong đó có hai chiều là kích thước nano như màng mỏng. - Vật liệu nano một chiều: là vật liệu trong đó có một chiều là kích thước nano như dây nano, ống nano. - Vật liệu nano hai chiều: là vật liệu trong đó chỉ có hai chiều có kích thước nanomet. - Vật liệu nano 3 chiều (hay còn gọi là vật liệu nano không chiều): là vật liệu cả ba chiều đều có kích thước nanomet. - Vật liệu có cấu trúc nano hay nano composit trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nano hoặc cấu trúc của nó có cấu trúc nano không chiều, một chiều và hai chiều đan xen nhau. - Đặc điểm tính chất của vật liệu nano.. - Tương tác của các nguyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởng bởi các biến đổi trong phạm vi thang nano, do đó khi làm thay đổi cấu hình của vật liệu ở thang nano ta có thể “điều khiển” được các tính chất của vật liệu theo ý muốn mà không cần phải thay đổi hình dạng cấu trúc của nó. - Vật liệu có cấu trúc nano có tỷ lệ giữa diện tích bề mặt so với thể tích rất lớn nên chúng rất lý tưởng để làm vật liệu xúc tác composit trong các phản ứng hoá học. - Các loại vật liệu có cấu trúc nano vừa cứng hơn, bền hơn so với các vật liệu micro. - Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng, vì kích thước rất nhỏ bé nên có thể so sánh với các kích thước tới hạn của nhiều tính chất hoá lý của vật liệu khác. - Như đã nói ở trên, kích thước vật liệu nano là từ vài nm cho đến vài trăm nm, nó nhỏ hơn 1/1000 chiều rộng của sợi tóc người. - Từ những số liệu trên ta có thể thấy vật liệu nano có kích thước ở cấp độ phân tử, chính việc có kích thước vô cùng nhỏ bé này đã đem lại cho vật liệu nano những tính chất mà vật liệu thông thường không thể có được.. - Công nghệ nano.. - Theo giáo sư Norio Tanigu của Đại Học Khoa học Tokyo: “Công nghệ nano bao gồm các quá trình của phân tách, làm bền và biến dạng của vật liệu bằng một nguyên tử hoặc một phân tử “Trong những năm 80, ý kiến cơ bản này được xem xét sâu hơn bởi tiến sỹ Eri Dexrecler trong cuốn sách kỷ nguyên mới của công nghệ nano và hệ thống nano, máy móc phân tử. - Chế tạo và kiểm soát kích thước, tính chất của vật liệu nano. - ứng dụng vật liệu naono. - Trong đó nhiệm vụ của các nhà hóa học là phải điều chế và nắm bắt các thông tin và điều khiển về cấu trúc, tính chất của vật liệu nano. - Cùng với công nghệ nano, khoa học nano là một nhánh của khoa học vật liệu. - Khoa học nano là một ngành khoa học nghiên cứu các hiện tượng và sự can thiệp (manipulation) vào vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. - Tại các quy mô đó tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn [2].. - Do vậy, khoa học nano giúp chúng ta hiểu rõ hơn bản chất của quá trình động học và xúc tác bề mặt, về chức năng hoá học của những màng sinh học và sự tạo thành những tập hợp phân tử có những đặc tính siêu việt, đồng thời cho phép ta tìm ra nhiều phương pháp điều chế vật liệu nano một cách có hiệu quả. - ứng dụng của vật liệu nano.. - Vật liệu nano là một trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao sôi động nhất trong thời gian gần đây. - Sản phẩm từ vật liệu nano có nhiều ưu việt, trong đó có hai ưu việt chính sau [1], [3]: Vì kích thước cấu trúc nano rất nhỏ làm cho các sản phẩm dễ vi tiểu hình hóa, do đó tiêu phí ít vật liệu, ít năng lượng, ít hoặc không gây ô nhiễm môi trường và giá thành sản phẩm giảm. - Sản phẩm công nghệ nano có nhiều tính năng mới, không thể thay thế bằng các vật liệu khác được. - Các sản phẩm năng lượng từ vật liệu nano như. - Các nguồn năng lượng rẻ và sạch từ vật liệu nano. - Các chất xúc tác từ vật liệu nano để nâng cao hiệu suất chuyển hóa năng lượng từ dầu mỏ. - Một số phương pháp chế tạo vật liệu nano . - Vật liệu nano được chế tạo bằng 2 phương pháp: phương pháp đi từ dưới lên và từ trên xuống. - Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo hạt kích thước lớn hơn. - Phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử hoặc ion. - Phương pháp từ trên xuống.. - Nguyên lý: Dùng kĩ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu có kích thước lớn về kích thước nano. - Đây là phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể chế tạo được một lượng lớn vật liệu nhưng tính đồng nhất của vật liệu không cao. - Trong phương pháp nghiền, vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được làm từ vật liệu rất cứng. - Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều. - Phương pháp biến dạng có thể là dồn thuỷ lực, tuốt, cán ép. - Kết quả thu được là vật liệu nano 1 chiều hoặc 2 chiều. - Phương pháp từ dưới lên.. - Nguyên lý: Hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. - Phần lớn các vật liệu nano hiện nay được điều chế bằng phương pháp này. - Nó có thể là phương pháp vật lý, hoá học hoặc kết hợp cả hai phương pháp hoá- lý. - Phương pháp vật lý.. - Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. - Phương pháp chuyển pha. - Vật liệu được đun nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra quá trình chuyển pha từ vô định hình sang tinh thể (phương pháp làm nguội nhanh). - phương pháp bốc bay nhiệt.. - Vật liệu được đốt hoặc dùng tia phóng xạ hoặc phóng điện hồ quang làm bay hơi vật liệu. - ví dụ: phương pháp phóng điện hồ quang. - Khi mồi cho phóng điện sẽ xảy ra hiện tượng giữa hai điện cực: anot bị điện tử bắn phá làm cho các nguyên tử ở đây bốc bay lên (bốc bay nhiệt) bị mất điện tử trở thành ion dương hướng về catot, do đó catot bị phủ một lớp vật liệu bay sang từ anot. - Phương pháp hoá học.. - Vật liệu cấu trúc nano nói chung, bạc nano nói riêng chủ yếu được tổng hợp bằng hai phương pháp chính là phương pháp vật lý và phương pháp hoá học, trong đó phương pháp hoá học là phương pháp hiệu quả để điều chế vật liệu nano. - Vì vậy, ở đây chúng tôi chỉ giới thiệu một số phương pháp hoá học để điều chế bạc nano a. - Phương pháp sử dụng màng các chất đa điện ly.. - Phương pháp này được ứng dụng để tổng hợp vật liệu gồm 1 hoặc 2 kim loại. - Phương pháp phân huỷ nhiệt. - Phương pháp sol-gel. - Vật liệu đầu thường là muối kim loại vô cơ hoặc hợp chất cơ kim. - Điều chính yếu của phương pháp này là điều khiển tốt các quá trình phản ứng. - Quá trình sol- gel được dùng làm bột mịn với các bột dạng hình cầu, tổng hợp màng mỏng để phủ lên bề mặt các vật liệu khác, làm gốm sứ thuỷ tinh, làm các màng xốp…. - Vì chúng có các lỗ nhỏ kích thước nano nên ta có thể khống chế được kích thước vật liệu sinh ra trong các khuôn đó. - Phương pháp khử hoá học. - Phương pháp này chủ yếu để tao ra các hạt nano kim loại. - 1.3.2.3 Phương pháp kết hợp. - Đây là phương pháp chế tạo vật liệu nano trên cả hai nguyên tắc vật lý và hoá học.. - Một số phương pháp nghiên cứu vật liệu nano.. - Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD . - ã Phương pháp dùng các thiết bị kiểu máy đếm. - ã Phương pháp dùng các tinh thể thể hiện hiệu ứng quang - electron (phương pháp này có nhiều ưu thế vì có thể kết nối với máy tính và xử lý nhanh các dữ liệu).. - Phương pháp phân tích nhiệt [3], [18].. - Vật liệu bạc . - Các phương pháp điều chế bạc nano.. - Phương pháp khử hoá học là phương pháp phổ biến trong việc điều chế các hạt keo bạc nano.. - Phương pháp sử dụng màng chất đa điện ly [7], [27]. - Đây là phương pháp tạo kích thước hạt có độ đồng đều cao và nhỏ. - Phương pháp phân huỷ nhiệt [14]. - Đó là vì bạc nano không những mang những đặc tính đáng quý của vật liệu nano mà còn có những tính chất riêng khác biệt, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau [19]. - Do có hoạt tính xúc tác, tính điện, quang, từ rất khác vật liệu bạc khối nên bạc nano được ứng dụng trong lĩnh vực điện tử để sản xuất ra những linh kiện, vi mạch có thể truyền tải, ghi nhận, lưu trữ thông tin nhanh hơn, nhiều hơn. - Các nhà nghiên cứu đại học Clemson (Mỹ) vừa chế tạo một loại vật liệu mới, giúp con người có những bộ quần áo sạch mà không cần giặt bằng cách sử dụng các hạt bạc nano có kích thước bằng 1/1000 sợi tóc người. - Khả năng xúc tác của vật liệu phụ thuộc vào phuơng pháp điều chế, trong đó chất xúc tác được điều chế bằng phương pháp sol-gel chứa 5% bạc có thể khử gần 100% NOx thành N2 ở nhiệt độ khoảng 450oC. - Công nghệ nano