Luận án Tiến sĩ Vật lý: Chế tạo và nghiên cứu hạt nano bạc, vàng và thử nghiệm ứng dụng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:178

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cải tiến phương pháp điện hóa siêu âm truyền thống theo hướng đơn giản, rẻ tiền, ít sử dụng hóa chất và dễ dàng triển khai ở quy mô công nghiệp; hiểu được cơ chế hình thành và phát triển của các hạt nano trên bề mặt điện cực; thử nghiệm khả năng diệt khuẩn và diệt nấm mốc của các hạt nano bạc và các vật liệu tẩm hạt nano bạc.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Vật lý: Chế tạo và nghiên cứu hạt nano bạc, vàng và thử nghiệm ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Quốc Tuấn CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU HẠT NANO BẠC, VÀNG VÀ THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ HÀ NỘI - 2016
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Trần Quốc Tuấn CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU HẠT NANO BẠC, VÀNG VÀ THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG Chuyên ngành : Vật lý chất rắn Mã số : 62 44 01 04 LUẬN ÁN TIẾN SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. PGS.TS. Nguyễn Hoàng Hải 2. GS.TSKH. Nguyễn Hoàng Lương HÀ NỘI - 2016
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, dưới sự hướng dẫn của các thầy PGS.TS. Nguyễn Hoàng Hải và GS.TSKH. Nguyễn Hoàng Lương. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. TÁC GIẢ LUẬN ÁN Trần Quốc Tuấn
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Hoàng Hải và GS.TSKH. Nguyễn Hoàng Lương - những thầy giáo đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, truyền cho tôi ngọn lửa đam mê và tình yêu khoa học, giúp tôi ngày càng hoàn thiện về kiến thức và phương pháp tư duy, cho tôi niềm tin và quyết tâm để hoàn thành luận án “Chế tạo và nghiên cứu hạt nano bạc, vàng và thử nghiệm ứng dụng”. Tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS. Lê Văn Vũ cùng toàn thể các cán bộ, chuyên viên của Trung tâm Khoa học Vật liệu đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi về cơ sở vật chất cũng như các ý kiến góp ý chuyên môn cho tôi trong quá trình tôi học tập và làm thực nghiệm tại trung tâm. Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Phan Tuấn Nghĩa, Giám đốc phòng Thí nghiệm trọng điểm của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện giúp tôi tiến hành các thử nghiệm phục vụ cho các nghiên cứu của luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy cô trong Bộ môn Vật lý chất rắn cũng như các thầy cô trong Khoa Vật lý đã trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn, truyền đạt cho tôi những kiến thức vô cùng bổ ích, quý báu, đã và đang là những tấm gương sáng để tôi học tập noi theo. Trong quá trình thực hiện luận án này, tôi cũng đã được Ban Giám hiệu, Phòng Sau Đại học, các phòng, ban chức năng của Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội tạo mọi điều kiện thuận lợi cho quá trình học tập và nghiên cứu của tôi. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành về sự giúp đỡ đó. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Ban lãnh đạo Trường Đại học Công nghệ Giao thông vận tải và các đồng nghiệp của tôi đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi để tôi có thời gian học tập và nghiên cứu nâng cao trình độ.
Sau cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã động viên, khích lệ, chia sẻ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án này. TÁC GIẢ LUẬN ÁN Trần Quốc Tuấn
Mục lục DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ xii DANH MỤC CÁC BẢNG xiv Mở đầu 1 Chương 1 TỔNG QUAN 7 1.1 Các phương pháp chế tạo hạt nano kim loại quý . . . . . . . . . . . . 7 1.2 Phương pháp điện hóa siêu âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 1.2.1 Cấu tạo hệ thống điện hóa siêu âm . . . . . . . . . . . . . . . 14 1.2.2 Đặc trưng chung của quá trình điện hoá [3] . . . . . . . . . . 15 1.2.3 Quá trình phát triển của tinh thể trên bề mặt điện cực . . . . . 17 1.2.4 Vai trò của sóng siêu âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.2.5 Các thông số ảnh hưởng đến quá trình điện hóa siêu âm . . . 23 1.2.6 Ưu, nhược điểm của phương pháp điện hóa siêu âm . . . . . . 26 1.2.7 Cơ chế hình thành và phát triển của các hạt nano . . . . . . . 27 1.3 Tính chất quang của các hạt nano kim loại . . . . . . . . . . . . . . . 32 1.4 Cơ chế diệt khuẩn và diệt nấm mốc của các hạt nano bạc . . . . . . . 38 1.5 Ứng dụng của các hạt nano kim loại quý . . . . . . . . . . . . . . . . 39 1.6 Vật liệu mang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 1.6.1 Than hoạt tính . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 1.6.2 Bông, gạc y tế . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Chương 2 THỰC NGHIỆM 47 2.1 Chế tạo hạt nano bạc, nano vàng bằng phương pháp điện hóa siêu âm 47 i
2.1.1 Chế tạo hạt nano bạc bằng phương pháp điện hóa siêu âm . . 47 2.1.1.1 Cấu tạo hệ điện hóa siêu âm . . . . . . . . . . . . . 47 2.1.1.2 Quy trình chế tạo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 2.1.2 Chế tạo hạt nano vàng bằng phương pháp điện hóa siêu âm . . 50 2.1.3 Thử nghiệm ứng dụng của hạt nano bạc chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 2.1.3.1 Thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của hạt nano bạc chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm . . . . 50 2.1.3.2 Thử nghiệm khả năng phòng trừ bệnh mốc sương trên cây nho của hạt nano bạc chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm . . . . . . . . . . . . . . . . 51 2.1.3.3 Chế tạo và nghiên cứu trên than hoạt tính . . . . . . 52 2.1.3.4 Tẩm nano bạc lên vật liệu mang là bông, gạc y tế . 54 2.2 Xử lí và phân tích mẫu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.2.1 Cấu trúc của vật liệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 2.2.2 Tính chất quang của vật liệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 2.2.3 Hình thái học của vật liệu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.2.4 Thành phần hóa học của vật liệu . . . . . . . . . . . . . . . . 57 2.2.5 Diện tích bề mặt và phân bố kích thước lỗ của vật liệu . . . . 57 2.2.6 Nồng độ nguyên tố trong mẫu . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 2.2.7 Thế Zeta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 ii
Chương 3 CẤU TRÚC VÀ TÍNH CHẤT CỦA CÁC HẠT NANO BẠC, NANO VÀNG ĐƯỢC CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM 59 3.1 Cấu trúc và tính chất của hạt nano bạc . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.1.1 Cấu trúc tinh thể của hạt nano bạc . . . . . . . . . . . . . . . 59 3.1.2 Tính chất quang của các hạt nano bạc . . . . . . . . . . . . . . 61 3.1.3 Hình thái của các hạt nano bạc và sự phụ thuộc của kích thước hạt vào các thông số chế tạo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.1.3.1 Ảnh hưởng của mật độ dòng điện . . . . . . . . . . 64 3.1.3.2 Ảnh hưởng của nồng độ TSC . . . . . . . . . . . . 66 3.1.3.3 Ảnh hưởng của thời gian điện hóa siêu âm . . . . . 69 3.1.3.4 Nồng độ TSC tối thiểu . . . . . . . . . . . . . . . . 72 3.1.3.5 Đường chuẩn nồng độ của các hạt nano bạc . . . . 73 3.1.4 Điện tích bề mặt của các hạt nano bạc chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 3.2 Cấu trúc và tính chất của hạt nano vàng được chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 3.2.1 Cấu trúc tinh thể của các hạt nano vàng . . . . . . . . . . . . . 77 3.2.2 Hình thái của các hạt nano vàng được chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 3.2.3 Tính chất quang của các hạt nano vàng chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 iii
Chương 4 CƠ CHẾ HÌNH THÀNH VÀ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HẠT NANO ĐƯỢC CHẾ TẠO BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐIỆN HÓA SIÊU ÂM 82 4.1 Mô hình . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 4.2 Khảo sát các thông số mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 4.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của diện tích mô phỏng S . . . . . . . . . 86 4.2.2 Khảo sát ảnh hưởng của số ion đến trong một bước mô phỏng 88 4.2.3 Khảo sát độ lặp lại của kết quả mô phỏng . . . . . . . . . . . 89 4.3 So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm . . . . . . . . . . 90 4.4 Sử dụng cơ chế đề xuất để giải thích quá trình hình thành và phát triển của các hạt nano chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm với sóng siêu âm đặt ở chế độ xung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 Chương 5 ỨNG DỤNG CỦA HẠT NANO BẠC 97 5.1 Khả năng diệt khuẩn của hạt nano bạc chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 5.2 Khả năng phòng trừ bệnh mốc sương trên cây nho . . . . . . . . . . . 99 5.3 Tẩm hạt nano bạc chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm lên vật liệu mang (than hoạt tính) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt nano bạc, than hoạt tính và than hoạt tính tẩm nano bạc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.3.2 Ảnh SEM, ảnh TEM và phổ tán sắc năng lượng EDX của than hoạt tính và than hoạt tính tẩm nano bạc . . . . . . . . . . . . 106 5.3.3 Diện tích bề mặt của than hoạt tính và than hoạt tính tẩm nano bạc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107 iv
5.3.4 Khả năng hấp phụ của than hoạt tính và than hoạt tính tẩm nano bạc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 5.3.5 Thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của than hoạt tính và than hoạt tính tẩm nano bạc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 5.3.6 Sử dụng than hoạt tính đã tẩm nano bạc để chế tạo khẩu trang 116 5.4 Chế tạo bông gạc y tế diệt khuẩn . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 KẾT LUẬN 124 KIẾN NGHỊ 126 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 127 TÀI LIỆU THAM KHẢO 129 PHỤ LỤC 141 v
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT AAS Atomic absorption spectrometry Phổ hấp thụ nguyên tử BET Brunauer - Emmett - Teller EDX Energy dispersive X-ray spectroscopy Phổ tán xạ năng lượng tia X E.coli Escherichia coli Vi khuẩn đại tràng LB Luria - Bertani Dung dịch thạch LB MB Methylene blue Xanh mê ty len MIC Minimum inhibitory concentration Nồng độ ức chế tối thiểu OD Optical density Độ đục PZT Lead zirconate titanate Gốm áp điện PZT SEM Scanning electron microscope Kính hiển vi điện tử quét SPR Surface plasmon resonance Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt TEM Transmission electron microscope Kính hiển vi điện tử truyền qua TSC Trisodium Citrate Tri natri axetat UV - Vis Ultraviolet - visible vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 1 Sự phụ thuộc của tỉ số giữa số nguyên tử bề mặt với tổng số nguyên tử của hạt vào kích thước hạt [143]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 1.1 Cấu tạo hệ điện hóa siêu âm sử dụng còi [82]. . . . . . . . . . . . . . 14 1.2 Năng lượng tự do của một đám nguyên tử là một hàm của kích thước N (một đám gồm N nguyên tử). Nc là kích thước tới hạn của đám nguyên tử (mầm). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18 1.3 Sự chồng lấn giữa các mầm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 1.4 (a) Thiết bị phát siêu âm bằng vật liệu áp điện và (b) Vật liệu từ giảo . 20 1.5 Ảnh hưởng của điện trường ngoài lên cấu trúc tinh thể PbZrO3 - PbTiO3 . 20 1.6 Cấu tạo của bể rung siêu âm [124]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.7 Phân bố áp suất âm trong bể rung siêu âm Elma TI-H-5 [51]. . . . . . 22 1.8 Mô hình các ion TSC bao bọc bề mặt hạt nano vàng [85]. . . . . . . . 25 1.9 Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano kim loại. . . 34 1.10 Sự phụ thuộc của phần thực và phần ảo của hàm điện môi phức của (a) vàng và (b) bạc vào bước sóng ánh sáng [87]. . . . . . . . . . . . . 35 1.11 (a) Sự phụ thuộc của bước sóng đỉnh cực đại hấp thụ trên phổ UV - Vis của các hạt nano bạc và (b) nano vàng vào kích thước hạt [11]. . . 37 1.12 Phổ UV - Vis của các thanh vàng (a) và các hạt bạc có hình dạng khác nhau (b) [106, 152]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 1.13 Cấu trúc lỗ xốp của than hoạt tính [121]. . . . . . . . . . . . . . . . . 42 1.14 Phân loại đường hấp phụ đẳng nhiệt [129]. . . . . . . . . . . . . . . . 43 vii
2.1 Sơ đồ hệ điện hóa siêu âm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 2.2 Mô hình cấu tạo các điện cực. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 3.1 Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt nano bạc được chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm (J = 50 mA/cm2 , c = 1,5 g/l). . . . . . . . . . . 60 3.2 Đồ thị sự phụ thuộc của khoảng cách dhkl của bạc theo nghịch đảo căn bậc hai của tổng bình phương các chỉ số Miller. . . . . . . . . . . 61 3.3 Phổ UV-Vis của hạt nano bạc chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm (J = 50 mA/cm2 , c = 1,5 g/l). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 3.4 Ảnh TEM của hạt nano bạc (c = 1,5 g/l): (a) J = 15 mA/cm2 ; (b) J = 25 mA/cm2 ; (c) J = 50 mA/cm2 và (d) Biểu đồ phân bố kích thước tương ứng của các hạt nano bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 3.5 (a) Phổ UV – Vis của các hạt nano bạc (c = 1,5 g/l ) với mật độ dòng điện thay đổi từ J = 15 mA/cm2 đến J = 50 mA/cm2 và (b) Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của bước sóng đỉnh hấp thụ theo mật độ dòng điện. . . 66 3.6 Ảnh TEM của hạt nano bạc (J = 15 mA/cm2 ): (a) c = 0,5 g/l; (b) c = 1,5 g/l; (c) c = 3,5 g/l và (d) Biểu đồ phân bố kích thước tương ứng. . 67 3.7 Cấu tạo phân tử TSC. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 3.8 (a) Phổ UV – Vis của các hạt nano bạc (J = 15 mA/cm2 , t = 20 phút) với nồng độ TSC thay đổi từ c = 0,5 g/l đến c = 4,0 g/l và (b) Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của bước sóng đỉnh hấp thụ theo nồng độ TSC. . . 69 3.9 Dung dịch điện hóa (J = 50 mA/cm2 , c = 0,5 g/l) với thời gian điện hóa thay đổi từ 0 phút đến 120 phút theo thứ tự từ trái qua phải. . . . . 70 viii
3.10 (a) Phổ UV – Vis của các hạt nano bạc (J = 50 mA/cm2 , c = 0,5 g/l) với thời gian điện hóa thay đổi từ 30 phút đến 180 phút và (b) Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của cường độ đỉnh hấp thụ theo thời gian điện hóa siêu âm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 3.11 Dung dịch nano bạc (J = 50 mA/cm2 ) được chế tạo với nồng độ TSC giảm dần từ 0,625 g/l đến 0,062 g/l theo thứ tự từ trái qua phải. . . . . 72 3.12 Phổ hấp thụ UV – Vis của dung dịch nano bạc được chế tạo với J = 15 mA/cm2 và nồng độ TSC giảm dần từ 0,625 g/l đến 0,062 g/l và phổ UV – Vis của dung dịch TSC có nồng độ 0,2 g/l. . . . . . . . . . 73 3.13 Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của cường độ đỉnh hấp thụ của phổ UV – Vis vào nồng độ bạc trong dung dịch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.14 Sự phụ thuộc của thế Zeta của hạt nano bạc chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm vào độ pH của dung dịch. . . . . . . . . . . . . . . . 75 3.15 Giản đồ nhiễu xạ tia X của hạt nano vàng (J = 30 mA/cm2 , c = 1,5 g/l) được chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm. . . . . . . . . . 77 3.16 (a) Ảnh TEM của hạt nano vàng được chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm và (b) Biểu đồ phân bố kích thước tương ứng . . . . . . . 79 3.17 Phổ UV-Vis của hạt nano vàng chế tạo bằng phương pháp điện hóa siêu âm (J = 30 mA/cm2 , c = 1,5 g/l). . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 4.1 Mô hình điện cực mô phỏng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 4.2 Ảnh hưởng diện tích mô phỏng S tới phân bố kích thước hạt: a) S = 25.106 nm2 , b) S = 50.106 nm2 , c) S = 75.106 nm2 và d) S = 100.106 nm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 ix
4.3 Ảnh hưởng của số ion đến trong một bước mô phỏng tới kết quả mô phỏng: a) n = 105, b) n = 210, c) n = 315, d) n = 420, e) n = 525 và f) n = 630. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 4.4 Phân bố kích thước của các hạt nano bạc thu được từ mô phỏng và thực nghiệm của các mẫu: (a) J = 15 mA/cm2 , c = 1,5 g/l; (b) J = 15 mA/cm2 , c = 3,5 g/l và (c) J = 25 mA/cm2 , c = 1,5 g/l. . . . . . . . . . 91 4.5 Kết quả mô phỏng với mẫu có mật độ dòng điện J = 15 mA/cm2 , nồng độ TSC c = 3,5 g/l, với thời gian hình thành và phát triển của các hạt nano bạc được thay đổi từ 10−3 s đến 10−1 s. . . . . . . . . . . 95 5.1 Biểu đồ mô tả sự phát triển vi khuẩn theo thời gian trong mẫu đối chứng âm, trong dung dịch TSC và trong dung dịch nano bạc (J = 15 mA/cm2 , c = 1,5 g/l) với các nồng độ bạc khác nhau. . . . . . . . . . . 98 5.2 Chỉ số bệnh mốc sương gây hại trên lá nho trong thời gian thử nghiệm đợt 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 5.3 Sự phụ thuộc của chỉ số bệnh theo thời gian. . . . . . . . . . . . . . . 103 5.4 Giản đồ nhiễu xạ tia X của (a) hạt nano bạc, (b) than hoạt tính và (c) than hoạt tính tẩm nano bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 5.5 Ảnh SEM (a) và TEM (b) của than hoạt tính; ảnh TEM của than hoạt tính tẩm nano bạc (c) và phổ tán sắc năng lượng của than hoạt tính tẩm nano bạc (d). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106 5.6 (a) Sự phụ thuộc của tổng diện tích bề mặt và thể tích lỗ thu được từ phép đo BET vào thời gian hoạt hóa và (b) Đường đẳng nhiệt hấp phụ khí Ni tơ của than hoạt tính và than hoạt tính tẩm nano bạc với thời gian hoạt hóa là 5 giờ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 x
5.7 (a) Phổ hấp thụ UV – Vis của dung dịch MB và (b) Đồ thị mô tả sự phụ thuộc của cường độ đỉnh hấp thụ trên phổ UV – Vis của dung dịch MB tại bước sóng 660 nm theo nồng độ MB. . . . . . . . . . . . 109 5.8 So sánh giữa số liệu thực nghiệm với mô hình động học gần đúng bậc 2. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.9 Khả năng hấp phụ MB của than hoạt tính và than hoạt tính tẩm nano bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 5.10 Sự phụ thuộc của khả năng hấp phụ MB của than hoạt tính vào thế Zeta vào độ pH của dung dịch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 5.11 So sánh số liệu thực nghiệm với hai mô hình lý thuyết (a) Langmuir và (b) Freundlich. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 5.12 Sự phát triển của vi khuẩn trên (a) thạch, (b) than hoạt tính và (c) than hoạt tính tẩm nano bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 5.13 Cấu tạo của khẩu trang than hoạt tính tẩm nano bạc . . . . . . . . . . 117 5.14 (a) Bông y tế và (b) Bông y tế được tẩm nano bạc. . . . . . . . . . . . 118 5.15 (a) Gạc y tế và (b) Gạc y tế tẩm nano bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . 119 5.16 Ảnh SEM của (a) bông y tế và (b) bông y tế tẩm nano bạc ở thang đo 1mm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 5.17 Ảnh SEM của (a) bông y tế và (b) bông y tế tẩm nano bạc ở thang đo 5 µm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120 5.18 Ảnh SEM của (a) gạc y tế và (b) gạc y tế tẩm nano bạc. . . . . . . . . 121 5.19 Sự phát triển của vi khuẩn E. coli trên (a) đĩa thạch LB, (b) đĩa thạch LB chứa bông y tế chưa tẩm nano bạc và (c) đĩa thạch LB chứa bông y tế tẩm nano bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 xi
5.20 Sự phát triển của vi khuẩn E. coli trên (a) đĩa thạch LB, (b) đĩa thạch LB chứa gạc y tế chưa tẩm nano bạc và (c) đĩa thạch LB chứa gạc y tế tẩm nano bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 1 Hiện tượng nhiễu xạ trên tinh thể. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 2 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử truyền qua [128]. . 151 3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của kính hiển vi điện tử quét [12]. . . . . . 152 4 Đồ thị mô tả sự biến thiên của P/[V(P0 -P)] theo P/P0 . . . . . . . . . . 156 xii
DANH MỤC CÁC BẢNG 2.1 Danh mục các hóa chất sử dụng trong quá trình chế tạo hạt nano bạc, tẩm nano bạc lên than hoạt tính, thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của hạt nano bạc, thử nghiệm khả năng hấp phụ của than hoạt tính tẩm nano bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 3.1 Các giá trị dhkl và nghịch đảo căn bậc hai của tổng bình phương các chỉ số Miller của tinh thể bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.2 Sự phụ thuộc của kích thước hạt d và độ phân tán kích thước vào mật độ dòng điện J. Các thông số chế tạo khác được giữ cố định. . . . . . 64 3.3 Sự phụ thuộc của kích thước hạt d và độ phân tán kích thước vào nồng độ TSC c. Các thông số chế tạo khác được giữ cố định. . . . . . . . . 67 4.1 Hệ số tương quan của phân bố kích thước hạt giữa các mẫu có cùng thông số J = 15 mA/cm2 , N0 = 4.109 điểm/cm2 , t = 10−3 s, D = 30 nm2 /ns và S có giá trị lần lượt là 25.106 nm2 , 50.106 nm2 , 75.106 nm2 và 100.106 nm2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 4.2 Hệ số tương quan của phân bố kích thước hạt giữa các mẫu có cùng thông số J = 15 mA/cm2 , N0 = 4.109 điểm/cm2 , t = 10−3 s, D = 30 nm2 /ns, S = 25.106 nm2 và n có giá trị lần lượt là 105, 210, 315, 420, 525 và 630. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 4.3 Hệ số tương quan của phân bố kích thước hạt giữa các mẫu mô phỏng có cùng thông số J = 15 mA/cm2 , N0 = 4.109 điểm /cm2 , D = 30 nm2 /ns , n = 400 và t = 143.10−6 s . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 xiii
4.4 Các thông số mô phỏng với mẫu có J = 15 mA/cm2 , nồng độ TSC c = 1,5 g/l. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 4.5 So sánh kết quả mô phỏng với kết quả thực nghiệm của các nhóm nghiên cứu khác. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 5.1 Kết quả thử nghiệm đợt 1 về khả năng phòng trừ bệnh mốc sương trên cây nho của các hạt nano bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 5.2 Bảng phân cấp bệnh mốc sương trên cây nho. . . . . . . . . . . . . . . 102 5.3 Thang phân cấp ảnh hưởng của thuốc đối với cây trồng. . . . . . . . . 104 5.4 Ảnh hưởng của thuốc đối với cây trồng ở các ngày sau xử lý thuốc. . . 104 5.5 Các thông số so sánh giữa số liệu thực nghiệm với mô hình động học gần đúng bậc 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 5.6 Một số tiêu chuẩn về khẩu trang theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1598:1974. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 5.7 Kết quả kiểm định các chỉ tiêu của khẩu trang than hoạt tính tẩm nano bạc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 xiv
MỞ ĐẦU Ngành khoa học và công nghệ nano đang ngày càng phát triển và có những tác động mạnh mẽ lên rất nhiều lĩnh vực như khoa học, công nghệ, kĩ thuật cũng như đời sống kinh tế xã hội. Khoa học và công nghệ nano là ngành khoa học và công nghệ nhằm chế tạo và nghiên cứu các vật liệu, các linh kiện và các hệ thống có kích thước từ 1 nm đến 100 nm với rất nhiều tính chất khác biệt so với vật liệu khối. Những vật liệu có kích thước của ít nhất một trong ba chiều ở cấp độ nano mét được gọi là vật liệu nano. Những vật liệu nano có kích thước cả ba chiều ở cấp độ nano được gọi là các hạt nano. Vật liệu nano có nhiều tính chất khác biệt so với vật liệu khối như khả năng thay đổi màu sắc, độ dẫn điện, dẫn nhiệt, nhiệt độ nóng chảy, tính siêu thuận từ. . . Sự khác biệt về tính chất của vật liệu nano so với vật liệu khối bắt nguồn từ hai hiện tượng chính, đó là hiệu ứng bề mặt và hiệu ứng kích thước. Khi kích thước của vật liệu giảm xuống thì tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu tăng lên. Các nguyên tử trên bề mặt và các nguyên tử bên trong vật liệu có số phối vị, năng lượng và khả năng tương tác với môi trường khác nhau nên có tính chất khác hẳn nhau. Khi kích thước vật liệu giảm đi thì các tính chất liên quan đến các nguyên tử trên bề mặt hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt gia tăng. Ở vật liệu nano, tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu rất lớn, do đó hiệu ứng bề mặt được thể hiện rõ. Hiệu ứng kích thước là do kích thước của vật liệu có thể so sánh với kích thước tới hạn của rất nhiều tính chất lí hóa của vật liệu. Phần lớn kích thước tới hạn của các tính chất có kích thước nano mét. Đối với vật liệu khối, độ dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ so với kích thước của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không còn 1