Hiệu ứng bề mặt ở
cấu trúc nanô
Bám dính (con th ch thùng)
ạ t (hi u ng lá sen) ệ ứ t (hi u ng lá hoa h ng)
Không dính Dính
ướ ệ ứ
ướ
ồ
Hiệu ứng bề mặt
Do đóng góp c a hi u ng b m t: các s nguyên t ề ặ ệ ứ ủ ố ử ằ n m trên b m t s ề ặ ẽ
chi m t l ế ỉ ệ đáng k so v i t ng s nguyên t ớ ổ ố ể ử
- T ph n b m t/th tích: S/V ~ 1/r l n ể
ề ặ
ớ
ầ
ỉ
- Năng l
ng b m t chi m u th do liên k t bên trong lõi nh
ượ
ế ư
ề ặ
ế
ế
ỏ
VD:
1g CNT có t ng di n tích b m t 1.000 m2
ề ặ
ổ
ệ
1 g TiO2 có các l
nanô t ng di n tích b m t 200-500 m2 (sân tennis)
ỗ
ề ặ
ổ
ệ
Bám dính (con thạch thùng)
ể
ạ
ặ
T i sao th ch thùng có th bám ch t ạ t?ố t
Hi u ng b m t - S i “lông” nanô
ề ặ
ệ ứ
ợ
ế
S i lông s p x p nh ư ắ ợ bàn ch i đánh răng
ả
t c ấ ả
ợ
4 bàn chân có t 6,5 tri u s i lông ệ (dài 200 nm, đ
ng
ườ kính 10-15 nm)
M i s i lông chính tua ra các s i lông con
ỗ ợ
ợ
Hiệu ứng bề mặt Sợi “lông” nanô
• Bám dính do keo ?
• Ma xát ?
• Móc vào nhau ?
• L c tĩnh đi n ? ự ệ
• L c mao qu n ? ự ả
• L c hút van der Waals ? ự
sinh ra b i s phân c c c a các
ự ủ
ử thành các l
• L c phân t ự phân t ử
ở ự ng c c đi n ự
ệ
ưỡ
• Gi m m nh theo kho ng cách
ả
ả
ạ
• Ch t n t
i
kho ng cách nanômét
ỉ ồ ạ ở
ả
ự
ế
ề
• Di n tích ti p xúc càng nhi u => L c càng l n: ệ di n tích 1
cm2 thì l c dính trung bình là 30 kg/
ớ cm2
ự
ệ
ế
ệ
• 6,5 tri u s i lông có t ng di n tích ti p xúc có ổ ệ c 120 kg kh năng ch u đ
ợ ị
ượ
ả
Bài học ứng dụng từ tự nhiên
Bài học ứng dụng từ tự nhiên
M t dính không keo
ặ
Ch t o rôb t bi t leo t ng ế ạ ố ế ườ
ặ
i nh n) n ng 40 g bám vào
ườ
ặ
ợ
ệ
ệ
ủ
,5
M t dính nhân t o polyimide 100 tri u s i trên m t di n tích 1 cm2 ng kính 0,2 µm S i dài 200 µm và đ
ạ ộ ườ
ợ
Spiderman (ng ệ m t th y tinh nh m t dính polyimide 0 ờ ặ ặ cm2
Bài học ứng dụng từ tự nhiên
Ch ng tr n, tr
t l p xe
ố
ơ
ượ ố
Bài học ứng dụng từ tự nhiên
Máy hút b i siêu nh ụ
ỏ
làm s ch h t b i miromét trên các chip vi tính ạ ụ ạ
An ninh: Đi u tra t ề ộ i ph m ạ
Không dính ướt (hiệu ứng lá sen) và bề
mặt không thích nước
Tại sao bề mặt dính ướt/không dính ướt ?
Không dính ướt và bề mặt “ghét” nước
khối u ở kích thước micromét
Bề mặt xốp có cấu trúc nanô ?
Bao xung quanh là các khối u nhỏ hơn kính thước nanômét được phủ bởi một loại sáp (v t ậ
li u “ghét” n
c)
ệ
ướ
Hiệu ứng bề mặt
Bề mặt ghét nước Bề mặt thích nước Bề mặt thích nước Bề mặt ghét nước
Năng lượng bề mặt (năng lượng bề mặt là năng lượng dùng để "bẻ đôi" một vật liệu )
Thích nước => Năng lượng bề mặt lớn (Kim loại, đá quí…)
Ghét nước => Năng lượng bề mặt nhỏ (sáp, tefnol…)
Hình thái học bề mặt
Với bề mặt “ghét” nước: càng lồi lõm => bọt không khí càng nhiều
q góc tiếp xúc : q < 90° bề mặt thích nước, q > 90° bề mặt “ghét” nước
=> càng tăng tính ghét nước (tăng q )
=> càng tăng tính thích nước
Với bề mặt thích nước: càng lồi lõm => tăng lực Val der Waal
Không dính ướt
q
bề mặt trơn phủ sáp q = 104°
bề mặt với khối u lớn = 150°
u nhỏ nanomét bao quanh q = 160 – 180°
Các khối u lớn và nhỏ có tác dụng là giảm diện tích tiếp xúc
(giọt nước chỉ có 3 % diện tích tiếp xúc với bề mặt lá sen )
(cid:222) làm giảm năng lượng liên kết bề mặt
(cid:222) tăng tính không dính ướt trên các bề mặt ghét nước
Không dính ướt
Tại sao muỗi đứng được trên nước Cấu tạo của chân muỗi
• Lớp biểu bì tiết ra một loại sáp có góc tiếp xúc của nước trên biểu bì là 105° • Nhờ những sợi lông con với đường kính vài micromét có các rãnh nhỏ vài trăm
nanomét => góc tiếp xúc tăng đến 168°
Bài học ứng dụng từ tự nhiên
Kính không dính tướ
Bài học ứng dụng từ tự nhiên
Kính th Kính t làm s ch ngườ ự ạ
Giọt nước trượt
Giọt nước lăn cuốn theo bụi bẩn
TiO2
Kính sinh thái tự làm sạch
ủ ớ
Ph l p m ng nanô ỏ TiO2 (~15 nm) lên kính có tác d ng:ụ
ấ
ạ ủ ệ ứ
-H p th b c x t ạ ử ụ ứ ngo i c a m t tr i t o ặ ờ ạ ra hi u ng xúc tác quang hóa, phân h y ủ ch t b n trên kính ấ ẩ
c hút
ộ
- L p x p nanô ch ng ố ố ớ t và khi n c r i ướ ướ ơ xu ng b m t kinh, ề ặ ố t n các gi ọ ướ nhau, hình thành nên c s r a m t màn n ẽ ử ướ trôi ch t b n ấ ẩ
làm s ch S n t ạ ơ ự (s n nanô), v i t ả ự ơ làm s ch…ạ
Bài học ứng dụng từ tự nhiên
Sàn nhà, gỗ,…
Bình xịt phủ lớp tự làm sạch
Vải tự sạch
Sơn tường tự làm sạch, sơn mái chống đông tuyết
Sơn thân tầu chống bám rêu , giảm sức cản của nước
Vải chống thấm nước dùng trong y học
Chống kết dính trong các linh kiện micro
Các sản phẩm tự làm sạch khác:
Hiệu ứng lá hoa hồng – Bề mặt thích nước
Tại sao ?
Hiệu ứng lá hoa hồng – Bề mặt thích nước
• Các "ngọn đồi" micromét tạo
các khe không khí làm giảm
diện tích tiếp xúc nước với bề
mặt => giọt nước cuộn tròn • Các khe nanô tạo ra vùng tiếp xúc có lực van der Waals làm nước bám dính vào bề mặt cánh hoa (giống thạch thùng)
Các "ngọn đồi" micromét có chứa khe nano dọc theo đồi
