intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano kim loại bất đẳng hướng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST
Báo xấu
16
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn bao gồm các nội dung: Nghiên cứu tổng quan, thu thập tài liệu liên quan đến đề tài; chế tạo các hạt nano bạc dạng đĩa dẹt, tứ diện, lục giá. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên mẫu chế tạo, như nhiệt độ phản ứng, thời gian chiếu sáng, mầu sắc của đèn LED chiếu vào mẫu,... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano kim loại bất đẳng hướng

  1. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ĐỖ MẠNH QUYỀN CHẾ TẠO VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHẤT QUANG CỦA CÁC HẠT NANO KIM LOẠI BẤT ĐẲNG HƯỚNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ THÁI NGUYÊN, NĂM 2019 Học viên: Đỗ Mạnh Quyền
  2. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới TS. Vũ Xuân Hòa - Người Thầy đã tận tình hướng dẫn và truyền cho tôi những kiến thức, kinh nghiệm nghiên cứu khoa học trong suốt quá trình hoàn thành bản luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các thầy, các cô Khoa Vật lý và Công nghệ - Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên, trong suốt hai năm qua, đã truyền đạt những kiến thức quý báu để tôi hoàn thành tốt luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu và các thầy cô giáo Trường THPT Điềm Thụy, nơi tôi công tác đã tạo mọi điều kiện để tôi được tham gia khóa học và hoàn thành luận văn. Cuối cùng tôi xin được cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người luôn ở bên cạnh và ủng hộ tôi, đã cho tôi những lời khuyên và động viên tôi hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 10 tháng 5 năm 2019 Học viên Đỗ Mạnh Quyền Học viên: Đỗ Mạnh Quyền
  3. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................................. i DANH MỤC HÌNH VẼ .....................................................................................................ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................................ vi MỞ ĐẦU.............................................................................................................................. 1 Chương I: TỔNG QUAN ................................................................................................... 4 1.1. Các hạt nano kim loại ........................................................................................................... 4 1.2. Tổng quan về các hạt nano bạc ............................................................................................. 4 1.2.1. Giới thiệu về bạc và nano bạc. ...................................................................................... 5 1.2.2. Tính chất quang của hạt nano bạc ................................................................................. 7 1.2.3. Tính chất quang của các hạt nano bạc bất đẳng hướng (lý thuyết Gans) .................... 13 1.2.4. Phổ tán xạ Raman ........................................................................................................ 17 1.3. Một số phương pháp chế tạo hạt nano bạc bất đẳng hướng ............................................... 19 1.3.1. Phương pháp hóa học hay phương pháp polyol .......................................................... 19 1.3.2. Phương pháp quang cảm ứng ...................................................................................... 20 1.4. Một số ứng dụng của các hạt nano bạc ............................................................................... 24 Chương II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC ................................... 27 2.1. Chế tạo các cấu trúc nano bạc bất đẳng hướng .................................................................. 27 2.1.1. Phương pháp tiến hành ................................................................................................ 27 2.1.2. Chế tạo mầm ................................................................................................................ 27 2.1.3. Chế tạo các hạt nano bạc dạng tấm bằng phương pháp phát triển mầm dưới kích thích ánh sáng đèn LED xanh lá (xanh lá LED) ............................................................................. 29 2.1.4. Chế tạo các hạt nano bạc dạng hợp diện (decahedra) bằng phương pháp phát triển mầm dưới kích thích ánh sáng đèn LED xanh dương (xanh dương LED) ............................ 30 2.2. Khảo sát một số thông số ảnh hưởng đến sự hình thành các cấu trúc nano bạc bất đẳng hướng ......................................................................................................................................... 30 2.2.1. Ảnh hưởng của thời gian chiếu LED ........................................................................... 30 Học viên: Đỗ Mạnh Quyền
  4. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên 2.2.2. Ảnh hưởng của tổ hợp chiếu 2 bước sóng xanh lá LED và xanh dương LED ............ 32 2.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hình thành các cấu trúc nano bạc bất đẳng hướng .... 32 2.3. Các phương pháp khảo sát. ................................................................................................. 33 2.3.1. Phương pháp phổ hấp thụ (UV-Vis - Ultraviolet Visible) .......................................... 33 2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X ........................................................................................ 35 2.3.3. Phương pháp đo phổ tăng cường tán xạ Ramman bề mặt ........................................... 36 2.3.4. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM- Transmission Electron Microscopy) ............ 37 2.3.5. Kính hiển vi quét SEM (Scanning Electron Microscopy) ........................................... 37 Chương 3 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................... 39 3.1. Hình thái và kích thước hạt ................................................................................................ 39 3.1.1. Hình thái và kích thước mầm ...................................................................................... 39 3.1.2. Các hạt nano bạc được kích thích bởi xanh lá LED .................................................... 39 3.1.3. Các hạt nano bạc được kích thích bởi xanh dương LED ............................................. 41 3.2. Phổ hấp thụ ......................................................................................................................... 42 3.3. Phân tích cấu trúc ............................................................................................................... 45 3.4. Khảo sát một số điều kiện ảnh hưởng đến tính chất quang của nano bạc .......................... 47 3.4.1. Ảnh hưởng của thời gian chiếu LED ........................................................................... 47 3.4.2. Ảnh hưởng nhiệt độ ..................................................................................................... 54 3.5. Ứng dụng hiệu ứng tăng cường tán xạ Raman bề mặt nhằm phát hiện chất nhuộm mầu rhodamine 6G (Rh6G) ............................................................................................................... 55 KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 57 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN ................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... 59 Học viên: Đỗ Mạnh Quyền
  5. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Các thông số cơ bản của Bạc ......................................................................................... 5 Bảng 2.1: Danh mục hóa chất và nồng độ pha chế ....................................................................... 27 Bảng 2.2: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiếu xanh lá LED lên mẫu ...................... 30 Bảng 2.3. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiếu xanh dương LED lên mẫu ............... 31 Bảng 2.4: Khảo sát ảnh hưởng của tổ hợp chiếu sáng bằng 2 bước sóng xanh lá và xanh dương LED (chiếu xanh lá LED 30 phút rồi chiếu xanh dương Led theo thời gian khác nhau) lên mầm ................................................................................................................... 32 Bảng 2.5: Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hình thành các cấu trúc nano bạc dị hướng đối với trường hợp chiếu xanh lá LED .................................................................. 33 Bảng 3.1: Các thông số mạng tinh thể của AgNPs dạng cầu và dạng tấm tam giác suy ra từ công thức Sheerrer ........................................................................................................ 46 Học viên: Đỗ Mạnh Quyền i
  6. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của bạc ................................................................................... 6 Hình 1.2: Màu của cốc phụ thuộc vào vị trí chiếu ánh sáng .............................................. 7 Hình 1.3: Phổ hấp thụ plasmon và mầu sắc dung dịch của các hạt nano bạc phụ thuộc vào hình dạng của nó ................................................................................................................. 8 Hình 1.4: Hiện tượng plasmom bề mặt hạt nano kim loại khi bị kích thích bởi bức xạ điện từ .......................................................................................................................................... 9 Hình 1.5: Sử dụng lý thuyết Mie để tính toán và xác định hiệu suất quang của của các hạt nano bạc có hình dạng khác nhau ..................................................................................... 10 Hình 1.6. Sự phụ thuộc phổ hấp thụ plasmon bề mặt vào kích thước và hình dạng của các hạt nano bạc khi chuyển từ dạng cầu sang dạng tấm tam giác có kích thước lớn dần .... 15 Hình 1.7: Ảnh TEM (A), phần phân bố kích thước (B) và phổ hấp thụ của nano bạc theo thời gian tương ứng ........................................................................................................... 16 Hình 1.8: Phổ dập tắt của các hạt nano bạc dạng tam giác khi thay đổi thời gian chiếu LED xanh lá ....................................................................................................................... 16 Hình 1.9: Ảnh TEM của các hạt nano bạc ở nhiệt độ và thời gian chiếu xạ khác nhau (a- e). Phần thêm vào (f) là phổ hấp thụ tương ứng ............................................................... 17 Hình 1.10: a) Quá trình khử ion Ag+ bằng Ethylene Glycol (EG) dẫn đến sự hình thành của các hạt nhân dễ bay hơi. Khi các hạt nhân này phát triển, ngừng sự thăng giáng, cấu trúc của chúng ổn định và chứa đa tinh thể sai hỏng biên, đơn tinh thể sai hỏng biên hoặc đơn tinh thể không sai hỏng. Các hạt này sau đó được phát triển thành các dạng nano khác nhau: Dạng cầu (B), khối lập phương (C), Khối cắt (D), right bipryamids (E), Dạng thanh (F), spheroids (G), Dạng tấm tam giác (H), dạng dây (I) ................................................. 20 Hình 1.11: Sơ đồ chế tạo hạt nano bạc (Ag) bằng phương pháp ăn mòn LASER ........... 21 Hình 1.12: Phổ hấp thụ của dung dịch chứa AgNO3, citrate và BSPP ............................ 22 Hình 1.13: Mô hình oxy hóa citrate theo đề xuất của Redmond, Wu và Brus ................. 23 Học viên: Đỗ Mạnh Quyền ii
  7. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Hình 1.14: Một số hình dạng tiêu biểu của quá trình biến đổi hình thái học .................. 24 Hình 1.15: Sơ đồ khối tạo ra các hạt nano bạc bất đẳng hướng bằng phương pháp khử hóa học và quang hóa ............................................................................................................... 24 Hình 2.1. Quy trình chế tạo mầm nano bạc ...................................................................... 28 Hình 2.2: Ảnh chụp kỹ thuật số dung dịch mầm nano bạc ............................................... 28 Hình 2.3: Quy trình chế tạo các hạt nano bạc bất đẳng hướng bằng phương pháp phát triển mầm dưới sự kích thích bằng xanh lá Led và xanh dương LED. (a)- Thiết kế minh họa sự hình thành các hạt nano bạc sau khi chiếu bằng 2 bước sóng ánh sáng (xanh lá và xanh dương LED). (b)- Ảnh chụp hệ LED được tự thiết kế tại phòng thí nghiệm Khoa Vật lý và Công nghệ-Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên. ....................................................... 29 Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ UV-Vis hai chùm tia ...................... 34 Hình 2.5: Mô phỏng nguyên lý máy đo phổ UV – Vis ................................................................... 35 Hình 2.6: Máy đo phổ hấp thụ UV – Vis V750 của hãng Jasco (Nhật Bản) .................... 35 Hình 2.7: Định luật nhiễu xạ Bragg ................................................................................. 36 Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý của kính hiển vi điện tử truyền qua........................................ 37 Hình 2.9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của SEM và ảnh chụp SEM của mẫu .................... 38 Hình 3.1. Ảnh TEM của các hạt nano bạc mầm ở các độ phóng đại khác nhau.(a) Thang 100 nm, (b) thang 20 nm và phần thêm vào trong hình (c) là phân bố kích thước tương ứng ........................................................................................................................................... 39 Hình 3.2. Ảnh SEM của các hạt nano bạc dạng tấm tam giác sau khi được chế tạo bằng phương pháp phát triển mầm dưới kích thích của xanh lá LED với các độ phóng đại khác nhau ................................................................................................................................... 41 Hình 3.3. Ảnh SEM của các hạt nano bạc dạng tấm tam giác sau khi được chế tạo bằng phương pháp phát triển mầm dưới kích thích của xanh dương LED sau 80 phút với các độ Học viên: Đỗ Mạnh Quyền iii
  8. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên phóng đại khác nhau. (a) thang đo 500 nm. (b) thang đo 200 nm là hình phóng to một phần trong hình a, thấy rõ các NDs được hình thành như trong phần hình thêm vào .............. 42 Hình 3.4. Phổ hấp thụ plasmon (a) và ảnh chụp dung dịch của các hạt AgNPs (b) sau khi được chế tạo bằng phương pháp phát triển mầm dưới sự kích thích của xanh lá LED và xanh dương LED: mầm (đường mầu đen), hạt nano bạc dạng tấm tam giác và dạng tấm tam giác cụt tương ứng (đường mầu đỏ và mầu xanh) sau khi được kích thích 30 phút và 140 phút bởi xanh lá LED, và dạng decahedra (đường mầu hồng. ................................................................................................................................. 45 Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của mẫu AgNPs mầm (dạng cầu) đường mầu xanh và đường mầu tím là tấm nano tam giác sau khi chiếu xanh lá LED .................................... 46 Hình 3.6. Ảnh hưởng của thời gian chiếu xanh lá LED (công suất 1,2 mW/cm2) lên sự phát triển của mẫu AgNPs. (a)- Phổ hấp thụ của mầm và của 8 mẫu khi tăng dần thời gian chiếu (30 phút; 40 phút; 60 phút; 70 phút; 80 phút; 3h; 100 phút; 120 phút và 140 phút). Phần thêm vào trong hình a là ảnh chụp kỹ thuật số các dung dịch AgNPs theo thời gian tương ứng. (b)- Phổ hấp thụ được chuẩn hóa tương ứng ............................................................ 47 Hình 3.7. Ảnh SEM của các tấm AgNPs được chiếu xanh lá LED mô tả quá trình tiến triển về hình thái, kích thước và hình dạng theo thời gian: (a)-30 phút; (b)-40 phút; (c)-70 phút; (d)-100 phút; (e)-120 phút và (f)-140 phút. Những vòng tròn đỏ đậm thể hiện các đĩa nano bạc được hình thành .......................................................................................................... 49 Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian chiếu xanh dương LED (công suất 1,2 mW/cm2) lên sự phát triển của mẫu AgNPs. (a)- Phổ hấp thụ của mầm và của 7 mẫu khi tăng dần thời gian chiếu (5 phút; 10 phút; 20 phút; 30 phút; 40 phút; 3h; 60 phút và 80 phút). (b)- Ảnh chụp kỹ thuật số các dung dịch AgNPs theo thời gian tương ứng. (b)- Phổ hấp thụ được chuẩn hóa tương ứng.................................................................................................................... 50 Học viên: Đỗ Mạnh Quyền iv
  9. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Hình 3.9: Ảnh SEM của các tấm AgNPs được chiếu xanh dương LED mô tả quá trình tiến triển về hình thái, kích thước và hình dạng theo thời gian: (a)-5 phút; (b)-10 phút; (c)-30 phút; (d)-80 phút. Hai vòng tròn xanh thể hiện nano bạc dạng được hình thành ............ 52 Hình 3.10: (a)- Phổ hấp thụ của các mẫu AgNPs khi được chiếu xanh lá LED (30 phút), rồi tiếp tục chiếu xanh dương LED ở các thời gian 20; 25; 40; và 60 phút ở cùng một mật độ công suất 1,2 mW/cm2. (b)- Ảnh chụp kỹ thuật số của các dung dịch AgNPs tương ứng ........................................................................................................................................... 53 Hình 3.11: Ảnh SEM của các AgNPs được chiếu tổ hợp lần lượt từ xanh lá LED (30 phút) rồi đến xanh dương LED với các thời gian: (a)-0 phút; (b)-20 phút; (c)-25 phút; (d)-40 phút. Các vòng tròn đỏ thêm vào trong hình là các tấm nano bạc dạng lục lăng được hình thành. Các vòng tròn xanh thêm vào thể hiện các đĩa tròn nano bạc được hình thành . 553 Hình 3.12: (a)- Phổ hấp thụ plasmon của các mẫu nano bạc với các thời gian chiếu xanh lá LED và ở nhiệt độ khác nhau. (b)- Ảnh chụp kỹ thuật số mầu sắc các dung dịch chứa các hạt nano bạc sau khi chế tạo ............................................................................................. 55 Hình 3.13: Phổ tán xạ Raman của Rh6G (10-5M) sử dụng đế SERS là các hạt nano bạc dạng tấm tam giác. Phổ được đo ở hệ đo tán xạ Raman có bước sóng kích thích là 633nm ................................................................................................................................ 56 Học viên: Đỗ Mạnh Quyền v
  10. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tên đầy đủ Tên tiếng Việt 1 AgNPs Silver nanoparticles Nano bạc 2 SPR Surface Plasmon Resonace Cộng hưởng Plasmon bề mặt 3 UV-Vis Ultraviolet − Visible Máy đo quang phổ hấp thụ Transmission Electron 4 TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua Microsscopy 5 SEM Scanning Electron Microscope Kính hiển vi điện tử quét Surface Enhanced Raman Phổ tán xạ tăng cường Raman 6 SERS Spectroscopy bề mặt Fourrier Transformation Infrared 7 FTIR Phổ hồng ngoại Spectroscopy 8 LED Light Emitting Diode Điốt phát quang Học viên: Đỗ Mạnh Quyền vi
  11. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, công nghệ nano và ứng dụng đã và đang được tập trung nghiên cứu nhiều. Khi kích thước của các hạt giảm xuống đến kích thước nano mét ( 109 m ) thì tính chất của hạt tuân theo các hiệu ứng lượng tử. Những cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì tính chất lượng tử càng được thể hiện rõ ràng hơn. Khi vật liệu có cấu trúc nano mét (nm) thì số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy, hiệu ứng bề mặt trở nên quan trọng và giúp cho vật liệu có cấu trúc nano trở nên khác biệt so với những vật liệu ở dạng khối. Các nghiên cứu về vật liệu nano rất đa dạng và phong phú về kích thước, hình thái và cấu trúc cũng như những tính chất điện từ, tính chất quang [1]… Thực nghiệm cho thấy, các hạt nano có tính chất quang học phụ thuộc chặt chẽ vào hình dạng và kích thước của vật liệu có cấu trúc nano. Bằng sự điều khiển thay đổi hình dạng và kích thước nano của chúng, các tính chất quang có thể được kiểm soát để làm tăng cường chức năng quang đặc biệt và tạo ra những tính chất quang mới mà vật liệu khối không có. Các chức năng quang này được ứng dụng trong ngành công nghệ thông tin (như chế tạo sợi cáp quang tăng tốc độ truyền dẫn), hay làm tăng trưởng tán xạ Ramam bề mặt… Trong những năm gần đây, các hạt nano bạc, nano bạc dạng cầu đã được tập trung mạnh vào nghiên cứu chế tạo và khảo sát các tính chất quang nhằm ứng dụng trong các lĩnh vực như: quang điện tử, cảm biến sinh học, môi trường, y sinh học,..cả trong nước và quốc tế [2]. Tuy nhiên, các hạt nano kim loại có hình dạng khác dạng cầu (dạng thanh, dạng que, dạng tam giác, dạng lục lăng,..) mới bắt đầu được quan tâm và chưa được nghiên cứu nhiều. Khi hình dạng các hạt nano kim loại bị giảm tính đối xứng (không phải dạng cầu) thì dẫn đến xuất hiện tính bất đẳng hướng về quang học, do đó chúng cho nhiều tính chất quang lý thú nhằm ứng dụng trong truy cập và phát hiện phân tử một cách dễ dàng trong các môi trường sinh học. Phương pháp chế tạo các hạt nano bạc bằng phương pháp quang hóa sử dụng ánh sáng của đèn LED là một trong số những phương pháp mới, ít được nghiên cứu và thực nghiệm. Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 1
  12. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Từ các phân tích trên, việc “Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano kim loại bất đẳng hướng” là rất cần thiết được tiến hành chi tiết và bài bản hiện nay. Đề tài này thành công sẽ đóng góp rất đáng kể vào những hiểu biết về dạng vật liệu này và đặc biệt các khả năng ứng dụng của nó. Mục đích nghiên cứu Chế tạo thành công và nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano bạc bất đối xứng, từ đó đưa ra các khả năng ứng dụng trong y-sinh học. Phạm vi nghiên cứu Chủ yếu tập trung nghiên cứu trên đối tượng hạt nano bạc dạng đĩa dẹt, hoặc dạng lục lăng, hoặc dạng hợp diện. Phương pháp nghiên cứu - Dựa trên mục tiêu của đề tài đề ra, tác giả dự định chọn phương pháp nghiên cứu chủ yếu là phương pháp thực nghiệm. - Các hạt nano bạc được chế tạo bằng phương pháp cảm ứng quang. - Phân tích các tính chất quang dựa vào phương pháp phổ hấp thụ và phổ tán xạ cộng hưởng plasmon bề mặt. - Phân tích cấu trúc vật liệu hạt nano bằng phổ nhiễu xạ tia X, phổ tán xạ Ramann. - Hình thái, kích thước hạt được đo bằng kính hiển vi quét (SEM) và kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM). Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu trên các hạt nano bạc có dạng bất đối xứng quang học (dạng đĩa dẹt, dạng thanh, hoặc dạng tứ diện, hoặc dạng lục lăng). Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan, thu thập tài liệu liên quan đến đề tài. Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 2
  13. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên - Chế tạo các hạt nano bạc dạng đĩa dẹt, tứ diện, lục giác… Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng lên mẫu chế tạo, như: nhiệt độ phản ứng, thời gian chiếu sáng, mầu sắc của đèn LED chiếu vào mẫu… - Phân tích các kết quả đo đạc được. - Viết báo cáo luận văn. Bố cục của luận văn Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được chia thành 3 chương: Chương I: Tổng quan. Chương II: Thực nghiệm và phương pháp đo đạc. Chương III: Kết quả và thảo luận. Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 3
  14. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Chương I: TỔNG QUAN 1.1. Các hạt nano kim loại Trong các hạt nano nói chung, các hạt nano tinh thể kim loại gồm các hạt nano được chế tạo từ các vật liệu kim loại như Au, Ag, Pt, Cu, Co và các oxit như Fe 2 O 3 , CuO, trong đó các hạt Au, Ag được sử dụng nhiều nhất trong các ứng dụng quang. Có 3 phương pháp kích thích quang chính được sử dụng để kích thích quang các hạt kim loại là: i) Kích thích trực tiếp các hạt nano kim loại; ii) Kích thích gián tiếp thông qua các tâm mầu được gắn trên bề mặt hạt kim loại; iii) Các quá trình quang xúc tác trong hỗn hợp nano (nanocomposite) bán dẫn - kim loại. Khi được kích thích bằng ánh sáng tử ngoại hoặc nhìn thấy, các hạt nano kim loại thể hiện một số hiện tượng hấp dẫn bao gồm: Phát quang, quang phi tuyến và tăng cường tán xạ Raman (Suface Enhanced Raman Scattering- SERS). Nhờ sự tăng đáng kể tín hiệu Raman do hiệu ứng trường gần, SERS được sử dụng như một công cụ phân tích cực nhạy, hơn cả kỹ thuật huỳnh quang. Các phân tử sinh học có thể được ghi nhận với độ nhạy gấp 1000 lần nếu chúng được gắn với một hạt vàng. Các hạt bạc cũng có nhiều ưu thế trong lĩnh vực này. Điều kiện chủ yếu của phép đo SERS là giữ bề mặt mấp mô một cách đồng nhất và lặp lại. 1.2. Tổng quan về các hạt nano bạc Như chúng ta được biết, khi các hình dạng các hạt nano kim loại bị giảm bậc đối xứng (không còn dạng cầu) thì chúng xuất hiện nhiều tính bất đẳng hướng về quang học và nhiều tính chất quang học lý thú mới [3]. Do đó, chúng được ứng dụng trong truy cập và phát hiện phân tử một cách dễ dàng trong các môi trường sinh học (phương pháp đánh dấu…) [4]. Dưới đây, nhóm nghiên cứu xin trình bày về hạt nano bạc và một số tính chất của hạt nano bạc. Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 4
  15. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên 1.2.1. Giới thiệu về bạc và nano bạc. a) Sơ lược về tính chất vật lý bạc (Ag) Bạc (Silver - Argentum) là một nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học có kí hiệu là Ag , khối lượng nguyên tử là M = 47. Bạc là một kim loại có hóa trị 1, mềm và dễ uốn (cứng hơn vàng một chút), có màu trắng bóng ánh kim nếu bề mặt có đánh bóng cao. Bạc có tính dẫn điện tốt nhất trong bất kỳ nguyên tố nào và có độ dẫn nhiệt cao nhất trong tất cả các kim loại. Kim loại bạc xuất hiện trong tự nhiên dưới dạng nguyên chất như tự sinh, và ở dạng hợp kim với bạc và các kim loại khác, và trong các khoáng vật như argentit, chlorargyrit. Dưới đây là một số thông số cơ bản của bạc: Bảng 1.1: Các thông số cơ bản của bạc Trạng thái vật chất Rắn Khối lượng phân tử 107,8682 Điểm nóng chảy 961,7 0C Điểm sôi 2162,2 0C Nhiệt độ bay hơi 250,58 kJ/mol Thể tích phân tử 10,27.10-6 m3/mol. Nhiệt nóng chảy 11,3 kJ/mol Áp suất hơi 0,34 Pa tại 961,70C Vận tốc truyền âm 2600 m/s tại 20,150C Độ dẫn điện 6,301.107 /Ω·m Độ âm điện 1,93 (thang PAgling) Độ dẫn nhiệt 429 W/(m.K) Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 5
  16. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Nhiệt dung riêng 232J/(kg.K) Năng lượng ion hóa 1. 731,0 kJ/mol. 2. 2070 kJ/mol. Trạng thái trật tự từ Nghịch từ. b) Tính chất nguyên tử của bạc Bạc là kim loại chuyển tiếp có cấu hình electron: 1s2 22 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s1 , Bạc (Ag) thuộc chu kì 5, nhóm IB. Bạc có một electron ở lớp ngoài cùng tương tự như các kim loại kiềm. Bạc có cấu trúc tinh thể lập phương tâm mặt (hình 1.1) với các thông số ô mạng cơ sở a = b = c = 4,08 Å. 8 nguyên tử được bố trí tại 8 đỉnh của hình lập phương tương ứng với các tọa độ (000), (100), (110), (010), (001), (101), (111), (011). 6 nguyên tử bố trí ở tâm của 6 mặt của ô cơ sở tương ứng có tọa độ (1/2 0 1/2), (1 1/2 1/2), (1/2 1 1/2), (0 1/2 1/2), (1/2 1/2 0), (1/2 1/2 1). Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể của bạc Đến nay bạc đã được tìm ra 19 đồng vị, trong đó có hai đồng vị thiên nhiên là Ag107 (chiếm 51,35% ) và Ag109 (chiếm 48,65%), còn lại là các đồng vị phóng xạ từ Ag102 đến Ag115, trong đó đồng vị phóng xạ bền nhất là Ag110 (có chu kì bán hủy là 270 ngày đêm). Đường kính nguyên tử bạc là 0,288 nm. c) Hạt nano bạc Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 6
  17. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Nano bạc bao gồm các hạt bạc có kích thước nano mét, khoảng từ 1-100 nanomet [2]. Thông thường kích thước đo được khoảng 25 nanomet(nm), tùy theo các điều kiện chế tạo. Các hạt nano bạc có diện tích mặt rất lớn giúp gia tăng tiếp xúc của chúng. Do chúng có kích thước nhỏ nên số nguyên tử tập trung trên bề mặt (hàng trăm đến hàng nghìn nguyên tử) chiếm tỉ lệ nhiều so với tổng số nguyên tử nên các tính chất lý, hóa học của chúng bị phụ thuộc nhiều và hình thái bề mặt hơn (hiệu ứng bề mặt) so với thể tích khối. 1.2.2. Tính chất quang của hạt nano bạc Tính chất quang của các hạt nano kim loại quý nói chung và nano bạc nói riêng phụ thuộc mạnh vào kích thước và hình dạng của hạt nano. Ví dụ như vàng được sử dụng từ 5000 năm trước công nguyên chủ yếu dưới dạng khối nhờ vào độ bền hóa học và màu sắc rực rỡ trùng với màu của ánh sáng mặt trời. Tới thế kỷ thứ 4 sau công nguyên các hạt vàng được tìm thấy trong các cốc Lamã Lycurgus [5] hình 1.2. Hình 1.2: Màu của cốc phụ thuộc vào vị trí chiếu ánh sáng [5] Bắt đầu từ khoảng những năm 1300 sau Công Nguyên, hạt keo vàng và keo bạc bắt đầu được sử dụng rộng rãi trong y học cũng như trong kỹ thuật từ khi các nhà giả kim học có thể hòa tan được vàng và bạc khối vào các chất khác để tạo ra các “chất lỏng mầu nhiệm” với các màu sắc khác nhau. Từ đó tới nay, có thể tìm thấy các ứng dụng của các hạt keo vàng, keo bạc ở khắp nơi: trong nhà thờ (kính mầu), bát đĩa sứ (mầu men), thuốc chữa bệnh…Nhờ vào các mầu sắc rực rỡ của các dung dịch hạt vàng, bạc tùy thuộc vào hình Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 7
  18. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên dạng và kích thước hạt, người ta có thể tạo ra các dung dịch với mầu sắc khác nhau theo ý muốn bằng cách khống chế hình dạng và kích thước hạt. Đến thế kỷ 19, năm 1850 Faraday chế tạo các hạt vàng và nhận ra rằng mầu sắc của dung dịch chứa hạt vàng được quyết định bởi kích thước hạt, thì bản chất của các mầu sắc đó mới được làm sáng tỏ. Năm 1897, Richard Zsigmondy một nhà hóa học người Đức đã chứng minh được rằng màu đỏ tía của men sứ (thường gọi là màu Cassius) là sự kết hợp của hạt keo vàng và axit Stannic. Nhờ phát minh này ông đã được giải Nobel năm 1925. Năm 1908 Mie đã giải thích các tính chất quang đặc biệt của hạt vàng do hấp thụ và tán xạ plasmon bề mặt. Điều này không chỉ đúng với các hạt keo vàng mà nó còn đúng với các hạt nano kim loại quý nói chung, trong đó nano bạc cho các tính chất quang hoàn toàn phù hợp với với lý thuyết Mie. Hình 1.3: Phổ hấp thụ plasmon và mầu sắc dung dịch của các hạt nano bạc phụ thuộc vào hình dạng của nó [6]. a) Cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface plasmon resonance-SPR) Plasmon: dao động tập thể của các điện tử tự do ở các tần số quang học. Plasmon bề mặt (Surface plasmon): dao động của điện tử tự do ở bề mặt của hạt nano với sự kích thích của ánh sáng tới Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 8
  19. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Cộng hưởng plasmon bề mặt (Surface Plasmon Resonance - SPR): cộng hưởng plasmon bề mặt là sự kích thích tập thể đồng thời của tất cả các điện tử “tự do” trong vùng dẫn tới một dao động đồng pha (hình 1.4). Hình 1.4: Hiện tượng plasmom bề mặt hạt nano kim loại khi bị kích thích bởi bức xạ điện từ Một trong những tính chất quang học quan trọng nhất của hạt nano bạc đó là hiện tượng plasmon bề mặt. Khi ánh sáng (bức xạ điện từ) tương tác với bề mặt kim loại, nó kích thích các điện tử lớp ngoài cùng của kim loại làm cho các điện tử này dao động, toàn bộ khối điện tử dịch chuyển về một phía, để lại các ion nút mạng tinh thể. Khi đó, khối kim loại sẽ bị phân cực. Sự chênh lệch điện tích thực tế ở các biên của hạt nano về phần mình sẽ hoạt động như một lực hồi phục của lò xo (Restoring Force). Như vậy, một dao động lưỡng cực của các điện tử với một chu kì T được tạo ra. Hình 1.4 mô tả sự hình thành dao động lưỡng cực của các điện tử trên bề mặt hạt nano kim loại. Theo lý thuyết Mie, đối với các hạt nano dạng cầu thì vị trí đỉnh cộng hưởng plasmon phụ thuộc vào ba yếu tố cơ bản: (i) thứ nhất là hình dạng và kích thước của hạt nano, (ii) thứ hai là bản chất của vật liệu, (iii) thứ ba là môi trường xung quanh của hạt nano. Lý thuyết Mie được áp dụng cho các hệ có nồng độ hạt nhỏ và bỏ qua tương tác giữa các hạt nano [7]. Đỉnh phổ hấp thụ của hạt nano bạc sẽ dịch về phía bước sóng ngắn khi kích thước hạt giảm và dịch về bước sóng dài khi kích thước của hạt nano bạc tăng lên [7]. Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 9
  20. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Hình 1.5: Sử dụng lý thuyết Mie để tính toán và xác định hiệu suất quang của của các hạt nano bạc có hình dạng khác nhau [8] b) Lý thuyết Mie Các tính chất quang phụ thuộc vào kích thước của các hạt keo đã được khảo sát chuyên sâu thông qua tán xạ Mie. Lý thuyết Mie mô tả toán lý sự tán xạ của bức xạ điện từ bởi các hạt cầu nhúng trong một môi trường liên tục bằng cách giải phương trình Maxwell cho một sóng điện từ tương tác với một quả cầu nhỏ, có hằng số điện môi phụ thuộc vào tần số giống như vật liệu khối. Đối với các hạt nano kim loại có kích thước d nhỏ hơn nhiều bước sóng ánh sáng tới ( 2r  , hoặc một cách gần đúng 2r < max/10) thì dao động của điện tử được coi là dao động lưỡng cực và thiết diện tắt được viết dưới dạng đơn giản:  32  2   Cext    9 m V (1.1) 1  2m   2  2 2 c     Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 10
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng
172 tài liệu
837 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2