intTypePromotion=1

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano kim loại

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:69

0
248
lượt xem
49
download

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano kim loại

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm ba chương: Chương 1 - Cơ sở lý thuyết, Chương 2 - Thực nghiệm, Chương 3 - Kết quả và thảo luận. Mời các bạn cùng tham khảo luận văn "Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano kim loại" sau.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano kim loại

  1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN ­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­­ Trần Thu Hà HIỆN TƯỢNG CỘNG HƯỞNG PLASMON BỀ MẶT  CỦA CÁC HẠT NANO KIM LOẠI Chuyên ngành: Quang học Mã số: 60.44.11  LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGẠC AN BANG Hà Nội – 2011
  2. LỜI CÁM ƠN Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại khoa Vật lý trường ĐHKHTH­ ĐHQGHN, tôi đã nhận được sự quan tâm sâu sắc và sự giúp đỡ tận tình của các   thầy cô và các anh chị trong bộ môn Quang học và bộ môn Vật lý đại cương. Tôi  xin bày tỏ lòng biết ơn với những giúp đỡ đó. Đặc biệt, tôi xin chân thành cám ơn TS. Ngạc An Bang, người thầy đã trực  tiếp hướng dẫn tôi thực hiện luận văn này. Tôi   xin   chân   thành   cám   ơn   các   thầy   trong   bộ   môn   Quang   học   trường  ĐHKHTN đã truyền dạy cho tôi những bài học quý báu, giúp tôi có sự nhìn nhận  sâu sắc hơn về chuyên ngành của mình. Tôi cũng xin chân thành cám  ơn các thầy cô trong bộ  môn Vật lý đại  cương trường ĐHKHTN đã tạo mọi điều kiện về máy móc thiết bị  và phòng thí  nghiệm để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Cuối cùng tôi xin cám ơn tất cả bạn bè và những người đã tạo điều kiện   giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn này.   Hà Nôi, ngày 24 tháng 12 năm 2011                                                     Học viên                    Trần Thu Hà
  3. MỤC LỤC CHƯƠNG 1: CƠ  SỞ  LÝ THUYẾT………………………………….  1 1.1.   Hiện   tượng   cộng   hưởng   plasmon   bề   mặt   của   các   hạt   nano   kim   loại………1 1.1.1.   Vật   liệu   nano…………………………………………………………………………..1  1.1.2. Cấu trúc tinh thể  vàng và bạc……………………………………………………… 2 1.1.3.  Plasmon   bề   mặt   và   hiện   tượng   cộng   hưởng   plasmon   bề  mặt…………………...4 1.1.4.   Tính   chất   quang   của   các   hạt   nano   Au   và   Au­core/Ag­ shell…………………….6  1.2.  Các   phương   pháp   chế   tạo   hạt   nano   kim   loại…………………………………….9  1.2.1.   Chế   tạo   hạt   nano   vàng……………………………………………………………….9  1.2.2.   Chế   tạo   hạt   nano   Au­core/Ag­ shell……………………………………………….10  1.3. Các phương pháp khảo sát………………………………………………………… 12 
  4. 1.3.1.   Khảo   sát   đặc   trưng   c ấu   trúc   XRD………………………………………………...12  1.3.2.   Nghiên   cứu   phổ   tán   sắc   năng   lượng   EDS………………………………………..15 1.3.3. Khảo sát vi hình thái TEM…………………………………………………………15  1.3.4. Nghiên cứu phổ  hấp thụ…………………………………………………………… 17 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM………………………………………… 19  2.1. Chế  tạo hạt nano  vàng……………………………………………………………… 19 2.1.1. Sử dụng chất khử …………………………………………….19 2.1.2. Sử dụng chất khử ………………………………………………………….23 2.2.   Chế   tạo   hạt   nano   Au­core/Ag­ shell……………………………………………….25 2.3.   Khảo   sát   đặc   trưng   cấu   trúc  XRD………………………………………………..27 2.4.  Nghiên   cứu   phổ   tán   sắc   năng   lượng  EDS……………………………………….28 2.5.  Khảo sát vi hình thái TEM………………………………………………………… 28
  5. 2.6.   Nghiên   cứu   phổ   hấp  thụ…………………………………………………………….30 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ  VÀ THẢO LUẬN…………………… 33  3.1.   Kết   quả   chế   tạo   mẫu   bằng   phương   pháp   hóa  khử…………………………….33  3.1.1.   Mẫu   hạt   nano   vàng………………………………………………………………….33  3.1.2. Mẫu hạt nano Au­core/Ag­shell…………………………………………………..35  3.2.   K ết   quả   phân   tích   c ấu   trúc  XRD………………………………………………….37 3.3. Phổ  tán sắc năng lượng EDS……………………………………………………… 40 3.4.   Kế t   quả   vi   hình   thái  TEM………………………………………………………….41  3.4.1. Mẫu hạt vàng………………………………………………………………………..41  3.4.2.   Mẫu   Au­core/Ag­shell……………………………………………………………… 42  3.5.   Kết   quả   đo   phổ   hấp  thụ…………………………………………………………….45
  6. 3.5.1.   Phổ   hấp   thụ   của   các   hạt   vàng……………………………………………………..45 3.5.2.   Phổ   hấp   thụ   của   các   hạt   Au­core/Ag­shell ………………………………………51 KẾT LUẬN…………………………………………………………………………..54 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………….56 
  7. MỞ ĐẦU Xu hướng của khoa học ứng dụng hiện nay là tích hợp lại để cùng nghiên   cứu các đối tượng nhỏ bé có kích thước tiến đến kích thước của nguyên tử. Hàng  ngàn năm trước đây, kể từ khi các nhà bác học cổ Hy Lạp xác lập các nguyên tắc  đầu tiên về khoa học thì các ngành khoa học đều được tập trung thành một môn  duy nhất là triết học, chính vì thế người ta gọi họ là nhà bác học vì họ biết hầu   hết các vấn đề của khoa học. Đối tượng của khoa học lúc bấy giờ là các vật thể  vĩ mô. Cùng với thời gian, hiểu biết của con người càng tăng lên, và do đó, độ  phức tạp cũng gia tăng, khoa học được phân ra theo các ngành khác nhau như:   Toán học, Vật lý, Hóa học, Sinh học… để  phân tích các vật thể   ở  cấp độ  lớn  hơn micromet. Sự  phân chia đó đang kết thúc và khoa học một lần nữa lại tích  hợp với nhau khi nghiên cứu các vật thể ở cấp độ nanomet. Vật liệu nano là một   trong những lĩnh vực nghiên cứu đỉnh cao, sôi động nhất trong thời gian gần đây.  Điều đó được thể hiện bằng số các công trình khoa học, số các bằng phát minh  sáng chế, số các công ty có liên quan đến khoa học, công nghệ nano gia tăng theo   cấp số mũ. Tính chất thú vị của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của chúng  rất nhỏ  bé có thể  so sánh với các kích thước tới hạn của một số tính chất. Vật  liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử  của nguyên tử  và tính chất khối của vật   liệu. Đối với vật liệu khối, độ  dài tới hạn của các tính chất rất nhỏ  so với độ  lớn của vật liệu, nhưng đối với vật liệu nano thì điều đó không đúng nên các tính   chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này. Đối với các kim loại có kích thước nano khi được chiếu ánh sáng tới, tần   số ánh sáng tới đúng bằng tần số dao động plasmon của điện tử trên bề mặt kim   loại, khi đó xảy ra hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Nhờ các hiện tượng  này, kim loại kích thước nano có thể ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ sinh  học, quang điện tử, quang học… Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt phụ  thuộc vào hình dạng, kích thước, bản chất của vật liệu và môi trường xung 
  8. quanh. Trong luận văn này, chúng tôi chủ  yếu khảo sát hiện tượng cộng hưởng   plasmon phụ thuộc vào kích thước hạt thông qua phổ hấp thụ của chúng. Vàng,  bạc  là  kim  loại  quý,  có  nhiều tính chất  đặc  biệt.  Các  hạt  nano  Au­core/Ag­shell, đỉnh cộng hưởng plasmon có thể  thay đổi trong khoảng rộng   (trong vùng ánh sáng khả  kiến­ vùng bước sóng rất được quan tâm). Chúng tôi   chế   tạo   hạt   nano   Au   hình   cầu   sử   dụng   phương   pháp   hóa   khử   và   hạt   nano   Au­core/Ag­shell hình cầu sử  dụng phương pháp tạo mầm. Hình dạng và kích  thước các hạt được thay đổi nhờ  sự  thay đổi tỷ  lệ  các tiền chất tham gia phản   ứng. Các hạt chế  tạo được có kích thước khá đồng đều. Phương pháp chế  tạo   dựa trên các phản ứng hóa khử nên cũng khá đơn giản. Do vậy chúng tôi quyết định thực hiện đề  tài: “Hiện tượng cộng hưởng   plasmon bề mặt của các hạt nano kim loại”. Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gồm ba chương: Chương 1: Cơ sở lý thuyết Chương 2: Thực nghiệm Chương 3: Kết quả và thảo luận
  9. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano kim loại 1.1.1. Vật liệu nano a. Khái niệm vật liệu nano Vật liệu nano là vật liệu trong đó có ít nhất một chiều có kích thước nanomet  (1 nm = 10­9 m). Đây là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công nghệ nano,  nó liên kết hai lĩnh vực này với nhau. Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích   thước của chúng vào cỡ nanomet, đạt tới kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa   lý của vật liệu thông thường. Đây là lý do mang lại tên gọi cho vật liệu. Kích thước   của vật liệu nano trải một khoảng từ vài nanomet đến vài trăm nanomet tùy thuộc  vào bản chất vật liệu và tính chất cần nghiên cứu [1]. b. Phân loại vật liệu nano [1] Có nhiều cách để  phân loại vật liệu nano, sau đây là một số  cách phân loại  thường dùng: * Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:    ­ Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn   chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano…  ­ Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano,   điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều giam giữ), ví dụ: dây nano, ống nano… ­ Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano,   hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng…
  10. ­ Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó   chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nannomet hoặc cấu trúc của nó có nano   không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. *   Phân loại theo tính chất vật liệu, ví dụ: vật liệu nano kim loại, vật liệu   nano bán dẫn, vật liệu nano sinh học… * Nhiều khi người ta phối hợp hai cách phân loại với nhau hoặc phối hợp hai   khái niệm nhỏ để tạo ra các khái niệm mới. Ví dụ: đối tượng chính của nghiên cứu  là hạt nano Au được phân loại là “hạt nano kim loại”. Trong đó “hạt” được phân   loại theo hình dáng. Sau khi được chế  tạo các hạt nano đều có ba chiều có kích  thước nano, được xếp vào loại vật liệu nano không chiều, “kim loại” được phân   loại theo tính chất vật liệu. 1.1.2. Cấu trúc tinh thể vàng, bạc Các kim loại quý hiếm như  Au, Ag được chúng tôi đề  cập đến trong nghiên   cứu này bởi chúng rất bền vững (chịu nhiệt cao, khó bị oxi hóa, bền trong không khí   khô và ẩm…). Bên cạnh đó, vị trí đỉnh cộng hưởng của chúng trong vùng khả kiến ­  vùng ánh sáng rất được quan tâm và có nhiều ứng dụng trong thực tế. a. Kim loại Au [2] Au là kim loại quý đứng vị  trí thứ  79 trong bảng hệ  thống tuần hoàn, thuộc   nhóm IB, có cấu hình điện tử Xe5d106s và Xe5d96s2. Nguyên tử Au có năng lượng ở  hai mức 5d và 6s xấp xỉ nhau nên có sự cạnh tranh giữa lớp d và lớp s. Điện tử của   Au có thể dịch chuyển về cả hai trạng thái này. Do đó các điện tử trong kim loại Au   rất linh động tạo nên tính dẻo dai đặc biệt của Au và phổ  của nguyên tố  Au cũng  rất phức tạp.    
  11. Au  có ánh kim, màu vàng, cùng nhóm với Ag và Cu nhưng mềm hơn, dẻo,   nặng, khó nóng chảy (nhiệt độ  nóng chảy 1063,4  oC), nhiệt độ  sôi là 2880  oC, dễ  dẫn nhiệt, dẫn điện (độ  dẫn điện là 40.107  Ω/m, độ  dẫn nhiệt là 350 W/m.K), bền  trong không khí khô và ẩm.  Au kết tinh có cấu trúc lập phương tâm mặt (hình 1.1), mỗi nguyên tử Au liên  kết với 12 nguyên tử Au xung quanh và có hằng số mạng là a = 4,0786 Å.                      Hình 1.1. Cấu trúc lập phương tâm mặt tinh thể Au b. Kim loại Ag [3] Ag có số nguyên tử 47 thuộc phân nhóm IB trong bảng tuần hoàn các nguyên   tố hóa học, có khối lượng phân tử là 107,868 (đơn vị C), cấu hình điện tử Kr4d 105s1.  Nguyên tử  Ag có năng lượng ở  hai mức 4d và 5s xấp xỉ  nhau nên có sự  cạnh tranh   giữa lớp d và lớp s. Điện tử  của Ag có thể  dịch chuyển về  cả  hai trạng thái này   nhưng phổ  biến nhất là trạng thái oxi hóa +1. Trong tự  nhiên, Ag tồn tại hai dạng   đồng vị bền là Ag­107(52%) và Ag­109(48%). Ag là kim loại chuyển tiếp, màu trắng, sáng, dễ  dàng dát mỏng, có tính dẫn  điện và dẫn nhiệt cao nhất và điện trở thấp nhất trong các kim loại. Nhiệt độ nóng 
  12. chảy là 961,930C. Ag không tan trong nước, môi trường kiềm nhưng có khả năng tan   trong một số axit mạnh như axit nitric, sunfuric đặc nóng… Ag cũng thường có cấu trúc tinh thể dạng lập phương tâm mặt với thông số  của ô cơ  sở  là:  a = b =c =  4,08 Å,  α  =  β  =  γ  =  90o. Các đỉnh đặc trưng về  phổ  nhiễu xạ  tia của Ag  ở  vị  trí 38,14o; 44,34o; 65,54o; 77,47o  tương  ứng với các mặt  phẳng mạng {111}, {200}, {220}, {311}. 1.1.3. Plasmon bề mặt và hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt a. Khái niệm plasmon bề mặt Plasmon bề  mặt là những sóng điện từ  được truyền dọc theo giao diện kim   loại ­ điện môi. Đơn giản hơn, ta có thể định nghĩa: plasmon bề mặt là sự dao động   của điện tử tự do ở bề mặt của hạt nano với sự kích thích của ánh sáng tới. Cường   độ  điện trường của plasmon bề  mặt giảm theo hàm mũ khi xa dần giao diện kim   loại ­ điện môi. b. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt là sự  kích thích các electron tự  do  bên trong vùng dẫn, dẫn tới sự hình thành các dao động đồng pha [2]. Khi kích thước   của một tinh thể nano kim loại nhỏ hơn bước sóng của bức xạ tới, hiện tượng cộng   hưởng plasmon bề mặt xuất hiện.  * Thuyết Mie:  Vào đầu thế kỉ XX, Gustav Mie đã bắt đầu nghiên cứu các tính chất của các   hạt chất keo trong dung dịch dạng lỏng để  mô tả  các tính chất quang học và tính   chất điện của chúng. Trong khoảng thời gian này, ông đã phát triển một lý thuyết có  khả năng mô tả một cách toán học sự tán xạ của ánh sáng tới bởi các hạt dạng cầu.
  13. Coi   hạt   nano   có   kích   thước   rất   nhỏ   so   với   bước   sóng   ánh   sáng   tới   (2r 
  14. được sinh ra do kích thích plasmon bề  mặt cộng hưởng khi một hạt đơn lẻ  không   tương tác với phần còn lại trong môi trường xung quanh. Khi khoảng cách giữa hai   hạt giảm đi sẽ  có một dịch chuyển đỏ  xảy ra trong cộng hưởng plasmon và ta sẽ  quan sát được thêm  một đỉnh hấp thụ ở bước sóng dài hơn [2]. 1.1.4. Tính chất quang của các hạt nano Au và Au­core/Ag­shell Bản chất của phổ hấp thụ không phải do sự dịch chuyển giữa các mức năng  lượng mà là do hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Khi tần số của sóng ánh   sáng tới bằng tần số dao động của các điện tử dẫn trên bề mặt hạt nano Au, Ag sẽ  có hiện tượng cộng hưởng plasm on bề mặt. Ánh sáng được chiếu tới hạt  nano Au,  Ag, dưới tác dụng của điện trường ánh sáng tới, các điện tử  trên bề  mặt hạt nano  Au, Ag được kích thích  đồng thời dẫn tới một dao động đồng pha (dao động tập  thể), gây ra một lưỡng cực điện ở hạt nano Au, Ag (hình 1.2)   light       
  15. Hình 1.2. Sự kích thích dao động plasmon bề mặt lưỡng cực của các hạt nano Theo  tính toán của  Mie  cho các  hạt  dạng cầu  thì vị  trí  đỉnh  cộng hưởng  plasmon phụ thuộc vào ba yếu tố cơ bản [5]: * Thứ  nhất: vị  trí đỉnh cộng hưởng plasmon phụ  thuộc vào hình dạng, kích   thước của kim loại kích thước nano ()                 Đối với các vật liệu nano kim loại (ví dụ: Au), phổ hấp thụ sẽ khác nhau khi  chúng có hình dạng và kích thước khác nhau. Điều này được chỉ  ra trên hình 1.3 và  hình 1.4.     Hình 1.3. Phổ hấp thụ điển hình                      Hình 1.4.Phổ hấp thụ điển hình                      của hạt nano vàng                                            của thanh vàng              Mie đã đưa ra các tính toán chỉ ra rằng phổ hấp thụ của hạt nano Au, Ag mà   có dạng hình cầu thì chỉ có một đỉnh cộng hưởng SPR, (với Au khoảng 520 nm, với   Ag khoảng 400 nm) ứng với một mode dao động lưỡng cực của điện tử trên bề mặt  Au, Ag. Vị trí đỉnh cộng hưởng phụ thuộc kích thước của hạt Au, Ag. Các hạt keo   có kích thước càng lớn thì vị  trí đỉnh cộng hưởng càng dịch về  phía sóng dài. Khi   thay đổi kích thước hạt keo, vị  trí đỉnh cộng hưởng có thể  dịch chuyển được vài  chục nanomet. Hình dạng và kích thước của kim loại  ảnh hưởng đến hiện tượng  cộng hưởng plasmon bề mặt, các mẫu càng bất đối xứng, càng có nhiều mode dao  động, số đỉnh cộng hưởng plasmon cũng tăng lên. * Thứ hai: vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon phụ thuộc vào bản chất của chính  vật liệu đó (phụ  thuộc vào hằng số điện môi của vật liệu).
  16. Các kim loại nano khác nhau, hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt cũng  xảy ra khác nhau. Với hạt kim loại Ag kích thước khoảng 14 nm chỉ bao gồm một   đỉnh hấp thụ  ứng với một mode dao động. Vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon của hạt   Ag nằm trong khoảng 400 nm (hình 1.5).   Hình 1.5. Phổ hấp thụ điển hình của hạt nano bạc Tuy nhiên, đối với hạt  nano  Au, phổ  hấp thụ  gồm một đỉnh cộng hưởng  plasmon bề mặt nằm trong khoảng 520 nm (hình 1.3). Phổ hấp thụ của hạt nano Au  và Ag khác nhau là do hằng số  điện môi của chúng khác nhau. Hằng số  điện môi  của Au lớn hơn của Ag nên bước sóng cộng hưởng plasmon của  hạt nano Au cũng  dài hơn, theo công thức:                 (1.2) trong đó: : bước sóng của dao động plasmon, : hằng số điện môi của kim loại, N: mật độ điện tử, m, e: lần lượt là khối lượng và điện lượng của điện tử. * Thứ ba: vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon còn phụ thuộc vào môi trường xung  quanh kim loại đó ( hoặc tỷ số /) Môi trường chứa kim loại nano cũng ảnh hưởng đến hiện tượng cộng hưởng  plasmon bề mặt của chúng. Trong các môi trường khác nhau, vị trí đỉnh cộng hưởng 
  17. cũng thay đổi. Vị trí đỉnh cộng hưởng phụ thuộc vào bản chất của môi trường điện  môi.  Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt là tính chất đặc trưng nhất của các   kim loại kích thước nano. Hiện tượng này được thể  hiện qua phổ hấp thụ của các   kim loại kích thước nano. Trong luận văn này, chúng tôi đã chế tạo và khảo sát hiện  tượng cộng hưởng plasmon bề mặt của các hạt nano Au có kích thước thay đổi. Hạt  nano Au được chế  tạo bằng phương pháp hóa khử. Các hạt nano Au­core/Ag­shell  được chế  tạo bằng phương pháp tạo mầm, chúng tôi tạo ra các mẫu có tỷ  lệ kích  thước core­shell thay đổi để khảo sát sự phụ thuộc hiện tượng cộng hưởng plasmon  bề mặt vào kích thước mẫu. 1.2. Các phương pháp chế tạo hạt nano kim loại 1.2.1. Chế tạo hạt nano vàng Có   hai   phương   pháp   để   tạo   vật   liệu   nano,   phương   pháp   từ   dưới   lên   và  phương pháp từ  trên xuống. Phương pháp từ  dưới lên là tạo hạt nano từ  các ion   hoặc các nguyên tử  kết hợp lại với nhau. Phương pháp từ  trên xuống là phương  pháp tạo vật liệu nano từ vật liệu khối ban đầu. Đối với các vật liệu nano kim loại  như hạt nano Au thì phương pháp thường được áp dụng là phương pháp từ dưới lên.  Nguyên tắc là khử  các ion kim loại như  Au +  để  tạo thành các nguyên tử  Au. Các  nguyên tử sẽ liên kết với nhau tạo ra các hạt nano [1].  Ở đây tôi sử dụng phương pháp khử hóa học để chế tạo các hạt nano Au. Đó   là phương pháp dùng các tác nhân hóa học để  khử  ion kim loại thành kim loại.  Thông thường các tác nhân hóa học  ở  dạng dung dịch lỏng nên còn gọi là phương  pháp hóa  ướt. Đây là phương pháp từ  dưới lên. Dung dịch ban đầu chứa muối của  
  18. kim loại  . Tác nhân khử  ion kim loại  Au3+  thành Au0  ở  đây là các chất hóa học  sodium  citrate ,  sodium  borohydride . Để  các hạt phân tán tốt trong dung môi mà  không bị  kết tụ  thành đám, người ta sử  dụng phương pháp  chắn 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 chắn tĩnh điện đơn giản nhưng bị giới hạn  bởi một số chất khử. Phương pháp bao phủ phức tạp nhưng vạn năng hơn, hơn nữa  phương pháp này có thể làm cho bề mặt các hạt nano có các tính chất cần thiết cho   các ứng dụng. 1.2.2. Chế tạo hạt nano Au­core/Ag­shell  Có   nhiều  phương   pháp   khác   nhau  để   chế   tạo   hạt   nano   Au­core/Ag­shell.  Phần lớn các phương pháp đều sử  dụng dung dịch Au3+ làm tiền chất và được khử  bằng các tác nhân khác nhau. Sau đó là cấy vỏ  Ag theo phương pháp ghép quanh  nhân Au có sẵn bằng cách khử  AgNO3 bằng các chất khử  khác nhau. Hình dạng và  kích thước hạt Au­core/Ag­shell phụ  thuộc vào phương pháp chế  tạo và tỷ  lệ  với  nồng độ các chất có trong môi trường. Phương pháp sử dụng ion Keggin làm chất trung gian [7]: Bằng việc cho các   ion Keggin ngậm nước đã được khử  bằng phương pháp quang hóa (PW 12O40)3­ tiếp  xúc với các ion AuCl4­, chúng ta có thể tạo ra các hạt nano Au ổn định được bọc bởi   các ion Keggin. Các ion Keggin bọc ngoài bề  mặt này sau đó sẽ  được bức xạ  UV  kích hoạt và khi tiếp xúc với ion Ag+, nó sẽ bị khử và lớp vỏ Ag sẽ được hình thành  quanh lõi Au. Tác nhân bọc ngoài này không chỉ giúp hạt nano kim loại  ổn định mà   còn đóng vai trò là một tác nhân dễ điều chỉnh, vì vậy đây chính là điểm nhấn trong  
  19. phương pháp tiếp cận được đề  cập và nó có ý nghĩa quan trọng đối với việc tổng  hợp và xúc tác để tạo ra các vật liệu nano. Phương pháp sử  dụng tyrosine làm tác nhân khử  tùy theo độ  pH [8]: amino   axit tyrosine là một tác nhân khử tuyệt vời trong môi trường kiềm và có thể được sử  dụng để khử các ion Ag+ để tổng hợp các hạt nano Ag ổn định trong nước. Các hạt  nano Ag được khử bằng tyrosine này có thể tách ra khỏi nước để trở thành một loại   bột và sẽ dễ dàng phân tán lại vào trong nước. Quá trình khử ion Ag+ ở nồng độ pH  cao sẽ xảy ra do nhóm phenol trong tyrosine bị ion hóa, nhờ đó có thể khử được các   ion Ag+ và đến lượt nó sẽ chuyển hóa thành cấu trúc bán quinone. Các hạt nano Ag   có thể dễ dàng được chuyển thành chloroform có chứa chất hoạt động bề mặt dạng   cation là octadecylamine thông qua quá trình tạo phức tĩnh điện và lúc này, các hạt  nano Ag kỵ nước có thể phân tán trên bề  mặt nước và được tập kết thành các siêu   cấu trúc tuyến tính có trật tự, để  từ  đó có thể  dùng để  phủ  thành nhiều lớp trên  những lớp cốt thích hợp nhờ  kỹ thuật Langmuir­Blodgett. Ngoài ra, cũng có thể  sử  dụng các phân tử  tyrosin bao quanh bề  mặt các hạt nano Au cho đi qua các nhóm   amin trong amino axit để  làm một chất thay thế khi cần khử  các ion Ag+  ở  độ  pH  cao trên bề  mặt các hạt nano Au, nhờ  đó có thể  dễ  dàng tạo ra các cấu trúc Au­ core/Ag­shell thuần pha. Phương pháp sử  dụng chất khử  axit ascorbic  [9]: Phương pháp gồm có hai  giai đoạn chính: tạo lõi và tạo vỏ. Giai đoạn thứ  nhất tạo lõi (tạo mầm): tạo các hạt nano Au hình cầu trong  dung dịch (từ muối vàng ). Lõi Au đã được tạo nhờ sodium citrate  đóng vai trò chất  khử.
  20. Giai đoạn thứ  hai tạo vỏ: Dùng axit ascorbic   khử    (khử  Ag +  xuống thành  Ag0), thực tế việc khử ion Ag+ thành Ag0 bằng  trở nên dễ dàng hơn bởi các ion này  đã bám trên bề  mặt các hạt Au được tạo ra trước đó. Khi đó ta thu được một cấu  trúc lõi – vỏ đồng nhất. Chế   tạo   hạt   Au­core/Ag­shell   theo   phương   pháp   sử   dụng   chất   khử   axit  ascorbic  khá đơn giản, chủ  yếu sử dụng các phản  ứng hóa khử. Bên cạnh đó,kích   thước hạt có thể khống chế tùy thuộc vào tỷ lệ các tiền chất tham gia phản ứng. Do   vậy, trong luận văn này, chúng tôi sử  dụng phương pháp này để  chế  tạo hạt Au­ core/Ag­shell. 1.3. Các phương pháp khảo sát 1.3.1 Khảo sát đặc trưng cấu trúc XRD Có rất nhiều phương pháp để khảo sát cấu trúc đặc trưng của mẫu: phương  pháp nhiễu xạ  tia X,  ảnh TEM phân giải cao… Trong luận văn này, phương pháp  nhiễu xạ tia X được dùng để xác định cấu trúc của mẫu [2]. Phương pháp khảo sát  cấu trúc XRD được sử dụng để xác định cấu trúc pha, thành phần pha và kích thước   của hạt vật liệu.  Khi chiếu chùm tia X đi qua tinh thể, tia X bị tán xạ  bởi các nguyên tử  nằm   trong mạng tinh thể. Các nguyên tử  này trở  thành các tâm phát sóng cầu, các sóng  cầu này giao thoa (nhiễu xạ) với nhau tạo thành phổ nhiễu xạ XRD. Theo lý thuyết về cấu tạo tinh thể, mạng tinh thể cấu tạo từ những nguyên   tử hay ion phân bố một cách tuần hoàn trong không gian theo quy luật xác định. Cụ  thể, khi chùm tia tới đập vào tinh thể và đi vào bên trong thì mạng tinh thể đóng vai  trò như  một cách tử  nhiễu xạ đặc biệt. Các nguyên tử  bị  kích thích bởi chùm tia X 
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2