Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Hạt nano La1-xSrxMnO3 - Tổng hợp, khảo sát một số tính chất vật lý và tiềm năng ứng dụng

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:82

Thêm vào BST

Báo xấu

15
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Một trong những vật liệu nano được sử dụng rộng rãi hiện nay là vật liệu từ, loại vật liệu này được ứng dụng trong các thiết bị như máy biến thế, máy phát điện, máy ghi âm, ghi hình, thiết bị lưu trữ dữ liệu… Trong phạm vi của đề tài này tác giả quan tâm tới vật liệu nano có tính chất từ tính là hạt nano La1-xSrxMnO3.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Vật lý: Hạt nano La1-xSrxMnO3 - Tổng hợp, khảo sát một số tính chất vật lý và tiềm năng ứng dụng

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Quang Trung HẠT NANO La1-xSrxMnO3: TỔNG HỢP, KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Khánh Hòa – 2020
BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Nguyễn Quang Trung HẠT NANO La1-xSrxMnO3: TỔNG HỢP, KHẢO SÁT MỘT SỐ TÍNH CHẤT VẬT LÝ VÀ TIỀM NĂNG ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật Mã số: 8520401 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Phan Văn Cường Khánh Hòa - 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn “Hạt nano La1-xSrxMnO3: Tổng hợp, khảo sát một số tính chất vật lý và tiềm năng ứng dụng” là trung thực và không có bất kỳ sự sao chép hay sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tất cả sự giúp đỡ cho việc xây dựng cơ sở lý luận cho bài luận đều được trích dẫn đầy đủ và ghi rõ nguồn gốc và được phép công bố. Khánh Hòa, tháng 7 năm 2020 Học viên Nguyễn Quang Trung
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận văn, em đã nhận được sự động viên, khuyến khích và tạo điều kiện giúp đỡ nhiệt tình của các cấp lãnh đạo, thầy cô giáo, anh chị em, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Đặc biệt, với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn TS. Phan Văn Cường đã tin tưởng giao đề tài và tận tình hướng dẫn cũng như tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giáo, các Khoa, Phòng của Học viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tận tình giảng dạy và tạo điều kiện để chúng tôi hoàn thành chương trình thạc sỹ. Em xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô giáo của Viện nghiên cứu và Ứng dụng Công nghệ Nha Trang đã nhiệt tình và tạo điều kiện thuận lợi để giúp tôi hoàn thành khóa học. Trong quá trình làm luận văn không thể tránh khỏi những hạn chế, thiếu sót, em rất mong được sự góp ý và chỉ dẫn của quý thầy cô và bạn bè để luận văn hoàn thiện hơn. Khánh Hòa, tháng 7 năm 2020 Học viên Nguyễn Quang Trung
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Các từ gốc của chữ viết tắt HRTEM Kính hiển vi điện tử xuyên qua có độ phân giải cao K Kelvin LSMO La1-xSrxMnO3 MR Từ trở NPs Các hạt nano SEM Kính hiển vi điện tử quét T Tesla TC Nhiệt độ chuyển tiếp sắt từ TP Nhiệt độ chuyển tiếp cách điện kim loại TEM Kính hiển vi điện tử xuyên qua XRD Thiết bị nhiễu xạ tia X
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Số hiệu bảng Tên bảng biểu Trang Giá trị trung bình Hc, Mr, Ms của mẫu La0.5 Bảng 3.1 58 Sr0.5MnO3 Bảng 3.2 Nhiệt độ Curie Tc của các mẫu theo hình 3.12 60 Bảng 3.3 Giá trị từ hóa của các mẫu ở 0K. 60
DANH MỤC HÌNH VẼ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang Hình 1.1 Phân loại vật liệu nano theo hình dáng. 4 Norman Poire, Merrill Lynch đã tổng hợp và Hình 1.2 8 dự đoán các cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật Mô hình ứng dụng công nghệ nano trong việc Hình 1.3 10 điều trị bệnh Nam châm được sử dụng để thu hút các hạt Hình 1.4 15 nano chứa thuốc. Hình 1.5 Nguyên lí dẫn thuốc dùng hạt nano từ tính. 16 Hình 1.6 Đường cong từ trễ của sắt từ. 18 Hình 1.7 Cấu trúc của tinh thể perovskite thuần. 20 Quỹ đạo của các điện tử 3d của Mn trong Hình 1.8 trường bát diện và sự tách mức năng lượng của 23 ion Mn3+ Méo mạng Jahn-Teller trong cấu trúc Hình 1.9 24 perovskite Hình 1.10 Mô hình tương tác siêu trao đổi 27 Hình 1.11 Mô hình tương tác trao đổi kép 28 Hình 2.1 Ảnh máy siêu âm kỹ thuật số 36 Hình 2.2 Hệ thống phân tích nhiễu xạ tia X (XRD) 37 Hình 2.3 Máy đo nhiễu xạ tia X của hãng Rigaku 38
Kính hiển vi điện tử quét FE-SEM, Hitachi S- Hình 2.4 38 4300 Hình 2.5 Sơ đồ thể hiện nguyên lí hoạt động của SEM 39 Hình 2.6 Khả năng đo đạc và khảo sát của SEM 40 Kính hiển vi điện tử xuyên CM200-FEG Hình 2.7 41 (Philips) Hình 2.8 Máy đo điện trở suất theo kỹ thuật 4 đầu dò 45 Hình 2.9 Sơ đồ nguyên lý của đầu dò bốn điểm 46 Từ kế SQUID (Thiết kế lượng tử MPMS XL Hình 2.10 7.0) 46 Hình 2.11 Sơ đồ biểu diễn kỹ thuật siêu âm để Hình 2.11 48 tổng hợp các hạt LSMO Ảnh chụp sản phẩm hạt nano La1-xSrxMnO3 Hình 3.1 49 (x = 0.1 – 0.5) Các mẫu XRD của các hạt nano Hình 3.2 50 La1-xSrxMnO3 (x = 0.1 – 0.5) Hình 3.3 Ảnh SEM của các hạt nano La1-xSrxMnO3 53 Ảnh TEM: Hạt nano La0.8Sr0.2MnO3 và Hình 3.4 54 La0.7Sr0.3MnO3 Ảnh TEM phóng to một hạt nano Hình 3.5 54 La0.8Sr0.2MnO3 Sự phụ thuộc nhiệt độ của điện trở suất của các Hình 3.6 55 mẫu
Thể hiện tính chất từ của các hạt nano Hình 3.7 57 La1-x SrxMnO3 khi phân tántrong nước Đồ thị đo tính chất từ hóa với Hình 3.8 57 đường cong từ trễ của hạt nano La1-xSrxMnO3 Hình 3.9 Đồ thị phóng to của đường màu tím x = 0.5 58 Tính chất từ hóa của hạt nano La1-xSrxMnO3 Hình 3.10 phụ thuộc vào nhiệt độ khi áp dụng một từ 59 trường ngoài
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 3 1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NANO ............................................................................................................ 3 1.1.1. Hạt nano, vật liệu nano và công nghệ nano ..................................... 3 1.1.2. Phương pháp tổng hợp và điều chế vật liệu nano ............................ 6 1.1.3. Ứng dụng của công nghệ nano ......................................................... 8 1.2. VẬT LIỆU NANO TỪ TÍNH .............................................................. 17 1.2.1. Vật liệu từ tính................................................................................ 17 1.2.2. Điều chế hạt nano từ tính ............................................................... 19 1.3. VẬT LIỆU PEROVSKITE .................................................................. 20 1.3.1. Cấu trúc vật liệu perovskite............................................................ 20 1.3.2 Sự tách mức năng lượng trong trường tinh thể và hiệu ứng Jahn- Teller ........................................................................................................ 22 1.3.3 Các tương tác vi mô trong vật liệu perovskite ................................ 25 1.3.4 Một số hiệu ứng vật lý trong vật liệu perovskite ............................ 29 CHƯƠNG 2. NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33 2.1. CÁC VẬT LIỆU VÀ THIẾT BỊ TRONG NGHIÊN CỨU VÀ TỔNG HỢP HẠT NANO La1-xSrxMnO3 ............................................................... 33 2.1.1. Các hóa chất ................................................................................... 33 2.1.2. Máy móc và thiết bị........................................................................ 36 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ TỔNG HỢP HẠT NANO ...... 47 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 49
3.1. KHẢO SÁT THÀNH PHẦN VÀ CẤU TRÚC CỦA HẠT NANO La1- xSrxMnO3 (x = 0.1 – 0.5).............................................................................. 49 3.2. KHẢO SÁT ĐIỆN TRỞ SUẤT CỦA HẠT NANO La1-x SrxMnO3 (x = 0.1 – 0.5) ............................................................................................. 55 3.3. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT TỪ CỦA HẠT NANO La1-xSrxMnO3 (x = 0.1 – 0.5) .............................................................................................. 56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................................... 62 * KẾT LUẬN............................................................................................... 62 * KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 62 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 64
1 MỞ ĐẦU Hiện nay, trong thời đại của nền khoa học và công nghệ đang phát triển, công nghệ nano đã và đang trở thành lĩnh vực đem lại những tác dụng tích cực đối với nền kinh tế thế giới, lôi kéo các cường quốc vào cuộc chạy đua phát triển khoa học, công nghệ và vật liệu nano. Vật liệu và công nghệ nano được dự đoán là sẽ mang lại lợi nhuận lớn cho nhân loại trong tương lai và có thể giải quyết các bài toán về sức khỏe, năng lượng, môi trường... Mỗi quốc gia sẽ chọn những hướng đi phù hợp với thực tiễn. Tại Hội nghị Vật lý chất rắn toàn quốc lần thứ 2 tại Đồ Sơn năm 1997, GS.VS. Nguyễn Văn Hiệu, Viện trưởng Viện Khoa học vật liệu, Chủ tịch Hội Vật lý Việt Nam, đã trình bày báo cáo về sự hình thành một hướng nghiên cứu mới đầy triển vọng trong vật lý chất rắn là vật lý nano và kêu gọi giới nghiên cứu vật lý chất rắn trong nước bắt đầu ngay việc nghiên cứu vật lý nano [1]. Một số phòng thí nghiệm đi đầu về vật liệu và công nghệ nano như Viện Khoa học vật liệu - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện Công nghệ nano - Đại học (ĐH) Quốc gia Tp Hồ Chí Minh, ĐH Khoa học tự nhiên và ĐH Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội, ĐH Bách khoa Hà Nội, ĐH Sư phạm Hà Nội... Một trong những vật liệu nano được sử dụng rộng rãi hiện nay là vật liệu từ, loại vật liệu này được ứng dụng trong các thiết bị như máy biến thế, máy phát điện, máy ghi âm, ghi hình, thiết bị lưu trữ dữ liệu… Trong phạm vi của đề tài này chúng tôi quan tâm tới vật liệu nano có tính chất từ tính là hạt nano La1-xSrxMnO3. Nhiều công trình nghiên cứu được công bố thuộc về các vật liệu perovskite liên quan đến những tính chất điện-từ, tính nhạy khí... Những thành tựu nghiên cứu thu được đã mở ra những triển vọng ứng dụng lớn trong lưu trữ dữ liệu, trong y học, các vật liệu xúc tác…
2 Nghiên cứu các tính chất điện-từ của các manganite là một chủ đề thu hút sự quan tâm lớn của cộng đồng các nhà nghiên cứu trong lĩnh vực từ trên thế giới cũng như ở Việt Nam [2]. Gần đây tại các phòng thí nghiệm ở Việt Nam các hạt perovskite ABO3 đã được tổng hợp bằng nhiều phương pháp thực nghiệm [3]. Dựa vào điều kiện thiết bị, tài liệu tham khảo, theo tình hình thực tế chúng tôi đã lựa chọn đề tài cho luận văn là: Hạt nano La1-xSrxMnO3: Tổng hợp, khảo sát một số tính chất vật lý và tiềm năng ứng dụng.
3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NANO 1.1.1. Hạt nano, vật liệu nano và công nghệ nano 1.1.1.1. Giới thiệu về khoa học và công nghệ nano Hiện nay, khoa học ứng dụng có xu hướng tích hợp lại để nghiên cứu các đối tượng nhỏ bé có kích thước nguyên tử. Vì vậy, con người bắt đầu nghiên cứu những vật liệu có kích thước nano mét, những vật liệu này được gọi là vật liệu nano. Chữ nano, gốc Hi Lạp, được gắn vào trước các đơn vị đo để tạo ra đơn vị ước giảm đi 1 tỉ lần (10-9) [4, 5]. Ví dụ: nano gam = 1 phần tỉ của gam, nano mét = 1 phần tỉ mét. Điểm kì diệu trong kích thước chiều dài, điểm mà tại đó những vật liệu sáng chế nhỏ nhất do con người chế tạo ra ở cấp độ nguyên tử và phân tử của thế giới tự nhiênchính là nano mét. Để hiểu rõ khái niệm vật liệu nano, chúng ta cần biết hai khái niệm có liên quan là khoa học nano và công nghệ nano. Công nghệ nano (nanotechnology) là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước trên quy mô nanomét (từ 1nm đến 100 nm) [4, 5]. Khoa học nano (nanoscience) là ngành khoa học nghiên cứu về 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. Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có chung đối tượng là vật liệu nano [4, 5]. Vật liệu nano (nanomaterials) là các tổ chức, cấu trúc, thiết bị, hệ thống,… có kích thước nano (khoảng từ 1 nano mét đến 100 nano mét, tức cỡ
4 nguyên tử, phân tử, hay đại phân tử - macromolecule). Các vật liệu với kích thước như vậy có những tính chất hóa học, nhiệt, điện, từ, quang, xúc tác… rất đặc biệt, khác hẳn các vật liệu có kích thước lớn [4, 5]. 1.1.1.2. Phân loại vật liệu nano - Theo hình dáng của vật liệu: + Vật liệu nano không chiều là vật liệu mà cả ba chiều (không gian) đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử [6] (hình 1.1a). Ví dụ: đám nano, hạt nano, chấm lượng tử … + Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều [6] (hình 1.1b). 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 [6] (hình 1.1c). Ví dụ: màng mỏng… Hình 1.1 Phân loại vật liệu nano theo hình dáng. - Phân loại theo tính chất vật liệu thể hiện sự khác biệt ở kích thước nano [6]: + Vật liệu nano kim loại + Vật liệu nano bán dẫn + Vật liệu nano từ tính + Vật liệu nano sinh học,…
5 - Phân loại theo trạng thái: Người ta phân loại thành 3 trạng thái rắn, lỏng, khí. Tuy nhiên hiện nay phần lớn các nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu vật liệu rắn. 1.1.1.3. Tại sao các vật liệu nano có tính chất đặc biệt Sự khác biệt về tính chất của vật liệu nano so với vật liệu khối bắt nguồn từ hai hiện tượng sau đây: 1.1.1.3.1. Hiệu ứng bề mặt Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số f giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên tử của vật liệu gia tăng [7]. f = nS/n = 4r0/r (1.1) Với nS là số nguyên tử trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử của vật liệu. r0 là bán kính của nguyên tử, r bán kính của hạt nano. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất của các nguyên tử ở bên trong vật liệu nên khi kích thước vật liệu giảm đi thì hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt sẽ tăng lên do tỉ số f tăng. Khi kích thước của vật liệu giảm đến kích thước ở thang nanomet thì giá trị f này tăng lên đáng kể. Sự thay đổi về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính đột biến theo sự thay đổi về kích thước vì f tỉ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục. Đây là một trong những điểm cần lưu ý đặc biệt trong nghiên cứu và ứng dụng. 1.1.1.3.2. Hiệu ứng kích thước Khác với hiệu ứng bề mặt, hiệu ứng kích thước của vật liệu nano đã làm cho vật liệu này trở nên kì lạ hơn nhiều so với các vật liệu truyền thống. Đối với một vật liệu, mỗi một tính chất của vật liệu này đều có một độ dài đặc trưng. Độ dài đặc trưng của rất nhiều tính chất của vật liệu đều rơi vào kích thước nano mét. Chính điều này đã làm nên cái tên “vật liệu nano” mà ta thường nghe đến ngày nay. Ở vật liệu khối, kích thước vật liệu lớn hơn nhiều lần độ dài đặc trưng này dẫn đến các tính chất vật lý đã biết. Nhưng khi kích thước của vật liệu có
6 thể so sánh được với độ dài đặc trưng đó thì tính chất có liên quan đến độ dài đặc trưng bị thay đổi đột ngột, khác hẳn so với tính chất đã biết trước đó. Ở đây không có sự chuyển tiếp một cách liên tục về tính chất khi đi từ vật liệu khối đến vật liệu nano. Chính vì vậy, khi nói đến vật liệu nano, chúng ta phải nhắc đến tính chất đi kèm của vật liệu đó. Cùng một vật liệu, khi xem xét một tính chất này thì thấy khác lạ so với vật liệu khối nhưng cũng có thể xem xét tính chất khác thì lại không có gì khác biệt. Tuy nhiên, hiệu ứng bề mặt luôn luôn thể hiện dù ở bất cứ kích thước nào [7]. 1.1.2. Phương pháp tổng hợp và điều chế vật liệu nano Có hai phương pháp chung để tổng hợp vật liệu nano [4]: - Phương pháp từ trên xuống dưới (top-down) nghĩa là chia nhỏ một hệ thống lớn để cuối cùng tạo ra được đơn vị có kích thước nano. -Phương pháp từ dưới lên (bottom-up) nghĩa là lắp những hạt cỡ phân tử, nguyên tử hay ion lại để thu kích thước nano. Có 4 nhóm phương pháp chính để điều chế vật liệu nano, mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng, có phương pháp chỉ có thể áp dụng để điều chế một số vật liệu nhất định. 1.1.2.1. Phương pháp hóa ướt (thuộc nhóm bottom-up) Phương pháp này bao gồm các phương pháp chế tạo vật liệu dùng trong hóa keo như phương pháp thủy nhiệt, sol-gel và kết tủa. Theo phương pháp này, các dung dịch chứa ion khác nhau được trộn với nhau theo một thành phần thích hợp, dưới tác động của nhiệt độ, áp suất mà các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch. Sau các quá trình lọc, sấy khô, ta thu được các vật liệu nano. Phương pháp này có ưu điểm là có thể chế tạo các vật liệu khác nhau như vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại. Ngoài ra phương pháp này rẻ tiền và có thể chế tạo được một khối lượng lớn vật liệu. Nhược điểm chính là các hợp chất có thể liên kết bền với phân tử nước gây khó khăn trong việc nhiệt phân chúng. Bên cạnh đó phương pháp sol-gel có hiệu suất không cao.
7 Tác giả Lâm Thị Kiều Giang đã chế tạo thành công hạt nano Y2O3 và ZrO2 với kích thước 5-15 nm bằng phương pháp hóa ướt [8]. 1.1.2.2. Phương pháp cơ học (thuộc nhóm top-down) Phương pháp này gồm các phương pháp tán, nghiền, hợp kim cơ học. Theo phương pháp này, vật liệu ở dạng bột được nghiền đến kích thước nhỏ hơn. Ngày nay, các máy nghiền thường dùng là máy nghiền kiểu hành tinh hay máy nghiền quay. Ưu điểm của phương pháp cơ học là có thể chế tạo với một lượng lớn vật liệu. Tuy nhiên nó lại có nhược điểm là các hạt bị kết tụ với nhau, phân bố kích thước hạt không đồng nhất, dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo và thường khó có thể đạt được hạt có kích thước nhỏ. Tác giả Nguyễn Hoàng Hải bằng phương pháp nghiền đã chế tạo thành công các hạt ôxyt sắt từ với kích thước khoảng 30 – 100 nm [9]. Học viện Quân Y đã chế tạo thành công sản phẩm Tinh bột nghệ Nano Curcumin [10]. 1.1.2.3. Phương pháp bốc bay (thuộc nhóm bottom-up) Gồm các phương pháp quang khắc, bốc bay trong chân không vật lí, hóa học. Các phương pháp này áp dụng hiệu quả để chế tạo màng mỏng hoặc lớp bao phủ bề mặt nhưng người ta cũng có thể dùng nó để chế tạo hạt nano. Tuy nhiên phương pháp này không hiệu quả ở quy mô thương mại. Tác giả Lương Hồ Vũ, Đại học Khoa học Tự nhiên TP. Hồ Chí Minh đã chế tạo thành công màng nitric coban với độ dày khoảng 90 nm [11]. 1.1.2.4. Phương pháp hình thành từ pha khí (thuộc nhóm bottom-up) Phương pháp hình thành từ pha khí gồm các phương pháp nhiệt phân, nổ điện, đốt laser, bốc bay nhiệt độ cao, plasma. Nguyên tắc của các phương pháp này là hình thành vật liệu nano từ pha khí. Nhiệt phân là phương pháp có từ rất lâu, được dùng để tạo các vật liệu đơn giản như cacbon, silicon. Phương pháp plasma một chiều và xoay chiều có thể dùng để tạo rất nhiều vật liệu khác nhau nhưng lại không thích hợp để tạo vật liệu hữu cơ vì nhiệt độ
8 của nó có thể đến 90000C. Phương pháp đốt laser có thể tạo được nhiều loại vật liệu nhưng lại chỉ giới hạn trong phòng thí nghiệm vì hiệu suất của chúng thấp. Bằng phương pháp này người ta đã thu được cacbon nano dạng ống với đường kính ngoài trung bình từ 10 – 30 nm [12]. 1.1.3. Ứng dụng của công nghệ nano Các ý tưởng và khái niệm về khoa học Nano và công nghệ Nano bắt đầu từ bài phát biểu của nhà vật lý Richard Feynman. Ngày 29/12/1959, tại cuộc họp của Hiệp hội Vật lý Hoa Kỳ tại Học viện Công nghệ California (CalTech), Richard Feynman đã phát biểu về khoa học, công nghệ Nano. Trong bài phát biểu, nhà vật lý học đã mô tả một quy trình mà các nhà khoa học có thể thao tác, kiểm soát các nguyên tử và phân tử riêng lẻ. Đây chính là ý tưởng khởi đầu và là tiền tố để công nghệ Nano ra đời với tên gọi Nanotechnology. Hình 1.2 Norman Poire, Merrill Lynch đã tổng hợp và dự đoán các cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật [13]. Norman Poire, Merrill Lynch dự đoán rằng giai đoạn từ năm 1997 đến 2025 là giai đoạn Công nghệ Nano được giới thiệu và nghiên cứu. Giai đoạn từ năm 2025 đến năm 2081 Công nghệ nano sẽ được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống và sản xuất, và sẽ phát triển mạnh mẽ khoảng sau năm 2081.
9 1.1.3.1. Công nghệ nano trong y học Ứng dụng công nghệ nano trong dẫn truyền thuốc. Trong công nghệ dược phẩm, công nghệ nano được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực, tuy nhiên hệ dẫn thuốc nano là lĩnh vực được ứng dụng mạnh mẽ nhất trong công nghệ bào chế. Nó đang góp phần tạo ra nhiều chế phẩm với những đặc điểm hấp thu có ưu điểm vượt trội, mở rộng hiệu lực điều trị, đặc biệt là giúp phát triển các dạng thuốc tác dụng tại đích, điều trị một cách hiệu quả nhiều loại bệnh và giảm nhiều tác dụng phụ của thuốc. Các hệ vận chuyển thuốc gồm dược chất kết hợp với chất mang tạo cấu trúc tiểu phân nano polyme, micelle, dendrimer, chất có nguồn gốc kim loại, ceramic, protein, virut và các tiểu phân liposome. Các dược chất hoặc các tác nhân chẩn đoán sẽ được đưa vào bên trong, liên kết hóa học hoặc gắn vào bề mặt của các tiểu phân này. Thuốc tạo bởi công nghệ nano và hệ dẫn thuốc nano sử dụng hệ tiểu phân nano có nhiều ưu điểm như tăng hấp thu, tăng sinh khả dụng; tăng độ ổn định dược chất; tăng tính an toàn. Tiểu phân nano do có kích thước nhỏ, năng lượng tự do bề mặt lớn và diện tích tiếp xúc lớn nên khả năng và tốc độ hòa tan tăng, nhờ đó làm tăng sinh khả dụng (tốc độ và mức độ hấp thu của dược chất tới đích tác dụng) của thuốc. Điều này giúp làm giảm liều điều trị của nhiều thuốc như thuốc chống ung thư, chống nấm, thuốc kháng viêm không streroid… Các tiểu phân nano (đặc biệt là tiểu phân nano có dược chất gắn với chất mang) dễ dàng đi qua được tế bào, xâm nhập máu, hệ thống nội bào, gan, tủy xương, màng ruột, lớp niêm mạc… Điều này có ý nghĩa đặc biệt đối với các dược chất có đặc tính sinh dược học kém như tính thấm qua biểu mô tế bào kém, tan kém trong nước [14]...