Luận văn Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano kim loại bất đẳng hướng

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

pdf71 trang | Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 28/02/2022 | Lượt xem: 331 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Chế tạo và nghiên cứu tính chất quang của các hạt nano kim loại bất đẳng hướng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
cho thấy tỉ số giữa cường độ các vạch đối Stokes và các vạch Stokes phụ thuộc và nhiệt độ T và tuân theo quy luật: Doi Stock Stock B I exp I k .T       . (1.10) Trong đó, ℏ là hằng số Plank, kB là hằng số Boltzmann. Từ biểu thức (1.10), ở nhiệt độ thường, cường độ vạch đối Stokes nhỏ hơn khoảng 103 – 104 lần so với cường độ vạch Stokes và tỉ số này càng giảm khi nhiệt độ giảm. Cơ chế của tán xạ Raman: Như đã nói ở trên, tán xạ Raman là tán xạ không đàn hồi của ánh sáng tới với các phân tử và dao động trong mạng trong tinh thể. Các dạng dao động trong tinh thể về cơ bản được chia làm hai loại. Loại thứ nhất, các dao động sinh ra do chuyển động tịnh tiến của các nút mạng, toàn bộ phân tử tại nút mạng thực hiện chung một dao động. Các dao động này có tần số thấp và được kích thích bởi các sóng cơ học, được gọi là các mode âm. Loại thứ hai, các dao động được sinh ra do sự phân cực điện tích trong phân tử. Các dao động này có năng lượng cao hơn và được kích thích bởi trường điện từ, được gọi là các mode quang. Như vậy, khi ánh tới tương tác với tinh thể, chúng sẽ kích thích các mode quang của dao động mạng. Tín hiệu thu được trong phổ tán xạ Raman (cũng như trong phổ hấp thụ hồng ngoại) là thông tin về các mode dao động quang trong mạng tinh thể. Sự tương tác Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 19 của ánh sáng với các tinh thể được giải thích theo hai mô hình lý thuyết, mô hình lý thuyết cổ điển và mô hình cơ học lượng tử. 1.3. Một số phương pháp chế tạo hạt nano bạc bất đẳng hướng Có nhiều phương pháp để chế tạo ra các hạt nano bạc bất đẳng hướng như phương pháp ăn mòn laser, phương pháp khử vật lý, phương pháp khử hóa học, phương pháp khử sinh học, phương pháp hóa lý, phương pháp cảm ứng quang Nhìn chung, để tạo ra được các hạt nano bạc, nguyên tắc chung là khử các các ion Ag+ thành bạc nguyên tử Ag0. Các nguyên tử bạc Ag+ sẽ liên kết với nhAg tạo thành các hạt nano bạc. 1.3.1. Phương pháp hóa học hay phương pháp polyol Một trong các phương pháp để tạo ra các hạt nano bạc bất đẳng hướng là phương pháp polyol. Sự tổng hợp polyol liên quan đến sự khử muối kim loại trong tiền thân của polyol, thường được sử dụng là ethylene glycol (EG) ở nhiệt độ cao ( 0160 C đối với EG). Để tránh sự kết đám của các hạt, thêm vào mộ chất ổn định bề mặt thường là PVP. Ethylene glycol (cũng như các polyol khác) có thể bị oxi hóa thành các aldehyde (phương trình (*)) có khả năng oxy hóa năng lượng 1,65eV. Giảm công suất của EG phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ, khả năng kiểm soát các quá trình tạo mầm và tăng trưởng bằng cách chọn nhiệt độ phản ứng. Một ưu điểm nữa là polyol có thể dùng như dung môi của phản ứng và giảm thiểu chất hóa học khác. 2 2 2 2 22HOCH CH OH O 2HOCH CHO 2H 0   (*) 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 như dạng cầu, khối lập phương, khối cắt , bipryamids, dạng thanh, dạng trụ, dạng tấm tam giác. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 20 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). 1.3.2. Phương pháp quang cảm ứng Trong phương pháp quang này, chúng ta có phân phân loại thành 2, đó là phương pháp quang lý và phương pháp quang hóa. a) Phương pháp quang lý Các hạt nano Ag được tổng hợp thông qua sự phân chia của kim loại Ag. Thông thường nó được sản xuất bằng phương pháp ăn mòn LASER trực tiếp của miếng kim loại đặt trong dung dịch chứa chất hoạt động bề mặt với LASER xung cỡ ns bắn ra với xung năng lượng cao. Vật liệu ban đầu được là một tấm bạc được đặt trong dung dịch chứa chất hoạt động bề mặt. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 21 Hình 1.11: Sơ đồ chế tạo hạt nano bạc (Ag) bằng phương pháp ăn mòn LASER Ví dụ, ăn mòn tấm kim loại bạc bằng chùm tia LASER Nd-YAG xung kích hoạt ở bước sóng 532nm, độ rộng xung 10 ns, năng lượng mỗi xung 90mJ, tần số 10 Hz và đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1-3mm. Dưới tác dụng của chùm tia LASER các hạt nano bạc có kích thước khoảng 10 nm được hình thành. b) Phương pháp quang hóa Trong phần này, tôi xin đề cập đến phương pháp tạo ra hạt nano bạc bất đẳng hướng bằng phương pháp hóa. Phương pháp này gồm 2 công đoạn (hình 1.15). + Tạo mầm nano bạc dạng cầu nhỏ (quãng vài nano mét) nhờ vào tác nhân khử là NaBH4 với sự có mặt của citrate. + Phát triển mầm bằng phương pháp quang hóa dưới sự kích thích ánh sáng vào các hạt mầm để tạo ra các hạt nano bạc có hình dạng bất đối xứng. Theo một số tài liệu, cơ chế của phương pháp quang xúc tác xảy ra là do ảnh hưởng của biến đổi citrate. Hình dạng nanoprisms sẽ không được quan sát nếu trong phản ứng không có mặt của citrate hoặc thay thế bằng một hợp chất chứa carboxylate khác. Do vậy, citrate đóng vai trò quyết định trong việc có hình thành dạng đĩa nanoprisms hay không. Các phản ứng xảy ra như sau: + Quá trình tạo mầm: Tiền chất chứa Ag là dung dịch muối AgNO3 cung cấp ion Ag+. Các ion Ag+ bị khử thành nguyên tử Ag0 bằng sodium borohydride (NaBH4). Kết quả Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 22 được kiểm tra bằng phương pháp đo độ hấp thụ của dung dịch sau phản ứng (hình 1.12). Phản ứng xẩy ra theo phương trình sau: 3 4 2 3AgNO NaBH Ag H NaNO    (**) Citrate có ba nhóm carboxylic và được Munro và cộng sự chỉ ra rằng chủ yếu hai trong ba nhóm đó sẽ liên kết với bề mặt bạc, để lại nhóm thứ ba ở bên ngoài bề mặt hạt bạc để chịu trách nhiệm về sự ổn định của dung dịch keo bạc thông qua lực đẩy tĩnh điện. Citrate trong quá trình tạo mầm đóng vai trò là chất ổn định bề mặt hạt, giữ cho kích thước hạt mầm trong khoảng 3 nm với đỉnh hấp thụ ở bước sóng 405 nm. Hạt nano trong dung dịch mầm tạo thành ở dạng cầu và có mầu vàng nhạt. + Quá trình biến đổi citrate do chiếu xạ LED: Trong dung dịch mầm, sau phản ứng vẫn còn chứa AgNO3, citrate dư và các hạt nano bạc Ag mầm. Dung dịch AgNO3 và citrate không hấp thụ ánh sáng trong vùng khả kiến. Hình 1.12: Phổ hấp thụ của dung dịch chứa AgNO3, citrate và BSPP Nhiều nghiên cứu cho rằng O2 trong H2O là cần thiết cho quá trình phát triển hình dạng của các hạt Ag nano mầm. O2 có thể oxy hóa Ag tạo thành Ag+ cung cấp cho quá trình phát triển hạt. Phản ứng xẩy ra theo phương trình: 0 2 2 1 Ag O H O Ag 2OH 2      Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 23 Ở nhiệt độ phòng, phản ứng của citrate là không đáng kể, khi chiếu sáng bằng đèn LED ở bước sóng 532 nm, các hạt nano Ag mầm hấp thụ ánh sáng tạo ra dao động plasmon bề mặt kích thích phản ứng hóa học của citrate, các phân tử citrate trên bề mặt của hạt nano bạc bị oxy hóa này thành acetonedycarboxilate và nhường lại 2 điện tử trên bề mặt của hạt nano mầm Ag. Các ion Ag+ sẽ bị khử trên bề mặt của các hạt Ag mầm. Qua đó, kích thước hạt mầm sẽ phát triển lớn hơn. Hình 1.13: Mô hình oxy hóa citrate theo đề xuất của Redmond, Wu và Brus. Khi bắt đầu phản ứng, các hạt nano mầm hình cầu hấp thụ ánh sáng đẳng hướng, tạo nên các dao động plasmon lưỡng cực. Nhưng sau khi phản ứng của citrate xẩy ra thì các hạt Ag mầm không phát triển dạng cầu nữa. Khi tiếp tục chiếu sáng, ánh sáng kích thích ưu tiên kích thích plasmon dao đọng lưỡng cực dọc. Dao động lưỡng cực dọc ưu tiên phát triển theo những góc. Do vậy, các hạt hình cầu phát triển dị hướng dẫn đến sự hình thành các dạng nano đĩa tam giác. Khi các đĩa tam giác Ag được tạo ra bởi các dao động lưỡng cực dọc đủ lớn và có bước sóng dao động plasmon lớn hơn bước sóng kích thích thì quá trình phát triển đĩa tam giác chậm lại (ánh sáng kích thích không còn kích thích dao động lưỡng cực dọc nữa). Tiếp tục chiếu sáng thì ánh sáng kích thích dao động tứ cực trên mặt phẳng đĩa làm cho kích thước đĩa lớn hơn trong khi quá trình phát triển chóp rất chậm dẫn đến sự hình thành các Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 24 dạng đĩa tam giác cụt. Nếu trong phản ứng có sự tham gia của quá trình khử nhiệt và nó nhanh hơn quá trình khử quang thi sẽ phát triển thành các đĩa tròn. Bằng cách thay đổi bước sóng ánh sáng chiếu vào mầm có thể tạo ra được các hạt nano bạc có dạng khác nhau như hình biểu diễn dưới đây. Hình 1.14: Một số hình dạng tiêu biểu của quá trình biến đổi hình thái học Tóm lại, trong luận văn này chúng tôi có thể đưa ra một quy trình chung cho chế tạo các hạt nano bạc bất hướng có thể áp dụng như hình 1.15. Hình 1.15: Sơ đồ khối tạo ra các hạt nano bạc bất đẳng hướng bằng phương pháp khử hóa học và quang hóa 1.4. Một số ứng dụng của các hạt nano bạc Nano bạc có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau, như: - Ứng dụng trong chẩn đoán bệnh: Các hạt keo nano bạc được sử dụng trong các cảm biến sinh học và các xét nghiệm nhiều nơi các vật liệu nano bạc có thể được sử dụng làm các thẻ sinh học để phát hiện định lượng. - Ứng dụng dẫn điện: Các hạt keo AgNPs được sử dụng trong các loại giấy dẫn điện và được tích hợp vào các vật liệu composite để tăng tính dẫn nhiệt và điện. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 25 - Ứng dụng quang học: Các hạt keo AgNPs được sử dụng để thu thập năng lượng một cách hiệu quả và tăng cường quang phổ quang học bao gồm cả tăng cường sự phát quang huỳnh quang kim loại (MEF) và tán xạ Raman (SERS). - Ứng dụng kháng khuẩn: Các hạt keo AgNPs được kết hợp trong quần áo, giày dép, sơn, vết thương vết thương, dụng cụ, mỹ phẩm, chất dẻo cho tính chất kháng khuẩn của chúng. Do thể hiện tính kháng khuẩn tốt nên nano bạc thường được sử dụng để làm chất khử trùng, kháng khuẩn, khử mùi Trong năm gần đây nano bạc đã có nhiều ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp. Khử mùi hôi và diệt vi khuẩn, nấm theo cơ chế đặc thù, ức chế và kìm hãm quá trình phát sinh và phát triển của virus gây bệnh. Khác với các dòng thuốc kháng sinh, nano bạc không có tính kháng thuốc, không độc hại, an toàn khi sử dụng. Hạt keo AgNPs không bị thay đổi tính chất, trơ với hầu hết mọi môi trường nên hiệu quả diệt nấm và vi khuẩn rất bền vững. Các hạt keo AgNPs có tác dụng diệt nấm khuẩn theo cơ chế đặc thù riêng biệt do đó hạt nano bạc được sử dụng như một loại thuốc BVTV, có vai trò quan trọng trong việc phòng và trị bệnh. Hạt nano bạc có tác dụng phòng chống sự xâm nhiễm của nấm và vi khuẩn gây bệnh xâm nhập qua các tế bào lá và rễ. Phòng và trị rất tốt các nhóm bệnh do nấm khuẩn gây ra như: bệnh lở cổ rễ, vàng lá thối rễ, các bệnh đốm lá, loét cam, thối nhũn Hạt keo AgNPs có tác dụng phòng và trị bệnh thông qua việc phun hạt nano bạc trong môi trường sống của vật nuôi. Sử dụng hạt nano bạc pha loãng với nước phun định kỳ 7-10 ngày có tác dụng phòng bệnh rất tốt, chúng sẽ tiêu diệt các nhóm vi khuẩn, nấm gây bệnh trên vật nuôi tồn tại ở môi trường sống. Ngoài ra AgNPs còn có tác dụng khử mùi hôi chuồng trại, giúp không khí sạch hơn qua đó phòng bệnh cho vật nuôi một cách chủ động (đặc biệt là bệnh hô hấp). - Ứng dụng nano bạc trong tăng cường tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS): Phổ tán xạ Raman là một công cụ đặc biệt hữu ích trong việc phân tích và nhận biết các hợp chất. Các kỹ thuật đo đạc và ứng dụng phổ tán xạ Raman ngày càng được quan tâm và ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực như điện hóa, phân tích. Hiệu ứng tăng cường tán xa Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 26 Raman bề mặt (SERS) được phát hiện năm 1974, nó đã thu hút được sự quan tâm của rất nhiều các nhóm nghiên cứu thuộc nhiều lĩnh vực khác nhau bởi những tiềm năng ứng dụng to lớn của nó. Với SERS, người ta có thể phát hiện phổ Raman của đơn phân tử tăng cường lên tới 14 bậc. Kể từ khi được phát hiện, SERS trở thành đối tượng hấp dẫn với các ứng dụng. Có khá nhiều yếu tố tạo nên sự phổ biến của phương pháp SERS, bao gồm cả việc phát triển nhiều hệ đo Raman mới, từ các hệ micro hiện đại cho đến các thiết bị thu gọn. Và quan trọng nhất là sự hình thành và phát triển nhanh chóng của cấu trúc đế tăng cường. Điểm mạnh của ký thuật SERS là phát hiện các chất ở dạng đơn phân tử hay dạng vết mà không cần đánh dấu bởi mỗi liên kết hóa học đều có các vạch Raman đặc trưng được gọi là “dấu vân tay”. Vì vậy, các thông tin thu được là trực tiếp của mẫu phân tích mà không cần qua các chất đánh dấu trung gian như chất huỳnh quang, tránh được sự phức tạp của khâu chuẩn bị mẫu. Hiện nay SERS đã phát triển khác xa với nguồn gốc ban đầu của nó, xuất phát từ sự hấp phụ chất phân tích lên bề mặt điện cực. SERS ngày nay là một trong những kỹ thuật phân tích nhạy nhất, vượt xa những phương pháp nghiên cứu cơ bản trong các lĩnh vực y sinh hay môi trường. Gần đây, các hạt nano cấu trúc meso làm đế SERS đã thu hút được sự chú ý do khả năng tạo các cấu trúc nano trên bề mặt hạt bằng phương pháp tổng hợp hóa học “từ dưới lên”. Ví dụ, các khe nano hẹp xuống cỡ 1 nm được hình thành trên các hạt Au và Ag, có hệ số tăng cường (EF- Enhancement Factor) lớn hơn 108 đối với SERS đơn hạt. Những hạt kim loại này có hình thái bề mặt nano không chỉ có thể được sử dụng như đế SERS đơn hạt mà còn có thể tạo thành các đế SERS dạng hạt. Là đế SERS đơn hạt, các hạt này có thể được phân tán trong dung dịch hoặc phân phối vào các tế bào thông qua vi mạch máu để phát hiện tín hiệu Raman của các phân tử nằm trong các dung dịch hoặc tế bào. Các tương tác giữa hạt trong các đế SERS mảng – hạt (particley – array) có thể tạo them nhiều “điểm nóng” cho đế. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 27 Chương II: THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐO ĐẠC 2.1. Chế tạo các cấu trúc nano bạc bất đẳng hướng 2.1.1. Phương pháp tiến hành Để chế tạo các hạt nano bạc bất đẳng hướng, chúng tôi sử dụng phương phát phát triển mầm dưới sự kích thích của đèn LED. Quy trình chế tạo gồm 2 bước cơ bản: (i) Tạo mầm; (ii) phát triển mầm để tạo các dạng nano bạc bất đẳng hướng. 2.1.2. Chế tạo mầm Bảng 2.1: Danh mục hóa chất và nồng độ pha chế STT Hóa chất Thể tích dung dịch (ml) Nồng độ dung dịch (M) Ghi chú 1 Nước cất 100 2 Silver nitrate AgNO3 10 0.01 3 TSC 0,2 0.3 4 PVP 0,3 0.0067 5 NaBH4 0,5 giữ lạnh ở 00C 6 NaOH 0,2 0.5 Chế tạo mầm (SEED): Một bình cầu ba cổ (đã được làm sạch và sấy khô) được được chuẩn bị sẵn 100 ml nước cất, thêm 1ml dung dịch AgNO3 nồng độ 0,01M, thêm tiếp 0,2 ml TSC nồng độ 0,3M và 0,3ml PVP nồng độ 0,0067M, đặt lên máy khuấy từ khuấy trong 10 phút. Tất các bình phản ứng được làm trong môi trường khoảng 40C. Tiếp theo, thêm từng giọt 0,5ml NaBH4 và khuấy tiếp trong 1 giờ. Cuối cùng thêm 0,2ml NaOH nồng độ 0,5M, khuấy tiếp trong 15 phút. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 28 - Sơ đồ chế tạo các hạt mầm nano bạc được minh họa như trên hình 2.1. Hình 2.2. là ảnh chụp dung dịch mầm nano bạc sau khi được chế tạo theo quy trình trên. Ta thấy mầu sắc của dung dịch có mầu vàng nhạt. Đối với với các công bố trước thì các hạt này có dạng cầu và chúng ta sẽ đánh giá và thảo luận chi tiết. Hình 2.2: Ảnh chụp kĩ thuật số mầm bạc sau khi chế tạo Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 29 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) Một lọ thủy tinh đựng 20 ml dung dịch các hạt mầm sau khi được chế tạo ở trên được chiếu dưới ánh sáng xanh lá LED ở bước sóng 520 nm với mật độ công suất 1,2 mW/cm2. Quy trình chế tạo các hạt nano bạc bất đẳng hướng dưới sự hỗ trợ của chiếu Led được trình bày như hình 2.3. Trong hình này cho thấy khi các hạt mầm nano bạc được chiếu xanh lá LED theo thời gian dài sẽ có sự chuyển hình dạng từ dạng tấm tam giác sang dạng tấm tam giác cụt, rồi tiếp tục chiếu sẽ nhận được các tấm lục giác và cuối cùng chiếu trong thời gian dài sẽ nhận được các tấm nano phẳng dạng đĩa tròn. Trong hình 2.3b là ảnh chụp hệ xanh lá và xanh dương LED sử dụng để chế tạo các cấu trúc nano do tác giả tự thiết kế tại phòng thí nghiệm Công nghệ nano và ứng dụng – Khoa Vật lý và Công nghệ - Trường Đại học Khoa học-Đại học Thái Nguyên. Với hệ LED này được thiết kế với 20 đèn LED được chiếu xung quanh lọc dung dịch mầm. Điều này sẽ thuận lợi cho việc các hạt mầm trong dung dịch nhận được năng lượng chiếu tới một cách đồng nhất. 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. Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 30 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) Tương tự như trong phần trên khi các hạt mầm nano bạc được chiếu bằng xanh lá LED thì trong phần này chúng tôi thực hiện thí nghiệm với xanh dương LED để tạo ra các cấu trúc nano bạc có dạng khác. Dựa trên những công bố trước, thí nghiệm này được lựa chọn ánh sáng xanh dương LED có bước sóng 465 nm và mật độ công suất 1,2 mW/cm2 để kích thích vào mầm. Trên hình 2.3 (nhánh dưới) là mô tả cho quá trình tạo thành các decahedra bạc. Kỳ vọng các cấu trúc nano bạc có dạng chóp 5 cạnh hợp lại được tạo thành. Hình 2.3b là ảnh chụp hệ xanh dương Led được tự thiết kế như đã trình bày ở trên. 2.2. Khảo sát một số thông số ảnh hưởng đến sự hình thành các cấu trúc nano bạc bất đẳng hướng Trong phần này chúng tôi sẽ làm thí nghiệm khảo sát yếu tố thời gian chiếu của LED ảnh hưởng lên chất lượng mẫu hay sự hình thành cấu trúc dị hướng của nano bạc. Điều này có ý nghĩa quan trọng vì chúng ảnh hưởng trực tiếp lên tính chất quang của hạt nano. 2.2.1. Ảnh hưởng của thời gian chiếu LED a) Chiếu xanh lá LED Quy trình chuẩn như đã được trình bày ở trên. Thực nghiệm làm với một chuỗi thí nghiệm thay đổi thời gian chiếu xanh lá LED như một tham số trong khi các tham số khác được giữ cố định, như nhiệt độ, công suất chiếu và thể tích mầm. Các khoảng thời gian chiếu lần lượt là 30 phút, 40 phút; 60 phút; 70 phút; 80 phút; 100 phút; 120 phút và 140 phút. Ứng với mỗi thời gian này, lượng mầm được lấy đều bằng 20 ml và nhiệt độ được giữ ở mẫu là 90oC. Các thông số thí nghiệm được trình bày như trong bảng 2.2. Bảng 2.2: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiếu xanh lá LED lên mẫu Mẫu Thể tích Nhiệt độ (độ C) Thời gian chiếu xanh lá LED (phút) Mật độ công suất chiếu (mW/cm2) Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 31 GLED_0 phút 20 (ml) 90 0 1,2 GLED_30 phút 20 (ml) 90 30 GLED_40 phút 20 (ml) 90 40 GLED_60 phút 20 (ml) 90 60 GLED_70 phút 20 (ml) 90 70 GLED_80 phút 20 (ml) 90 80 GLED_100 phút 20 (ml) 90 100 GLED_120 phút 20 (ml) 90 120 GLED_140 phút 20 (ml) 90 140 b) Chiếu xanh dương LED Tương tự như trên, đề tài này cũng khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiếu xanh dương LED lên sự hình thành các cúc trúc nano bạc. Các thông số thí nghiệm được trình bày như trong bảng 2.3. Bảng 2.3: Khảo sát ảnh hưởng của thời gian chiếu xanh dương LED lên mẫu Mẫu Thể tích Nhiệt độ (độ C) Thời gian chiếu xanh dương LED (phút) Mật độ công suất chiếu (mW/cm2) BLED_0 phút 20 (ml) 30 0 1,2 BLED_5 phút 20 (ml) 30 5 BLED_10 phút 20 (ml) 30 10 BLED_20 phút 20 (ml) 30 20 BLED_30 phút 20 (ml) 30 30 BLED_40 phút 20 (ml) 30 40 BLED_60 phút 20 (ml) 30 60 BLED_80 phút 20 (ml) 30 80 Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 32 2.2.2. Ảnh hưởng của tổ hợp chiếu 2 bước sóng xanh lá LED và xanh dương LED Tự chúng tôi đặt ra câu hỏi là: Liệu cách chiếu LED có ảnh hưởng đến tính chất quang của các cấu trúc nano bạc được tạo thành? Vấn đề này hiện rất ít các nhà khoa học quan tâm, do đó chúng tôi tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng này. Hệ thí nghiệm thiết kế với 2 LED vẫn được giữ nguyên như hình 2.3b. Chỉ có điều, sau khi mầm được chiếu 30 phút bởi xanh lá LED thì dừng lại và tiếp tục chiếu xanh dương LED với các thời gian khác nhau (20 phút; 25 phút; 40 phút và 60 phút). Bảng thông số thí nghiệm được trình bày như trong bảng 2.4. 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. Mẫu Thể tích Nhiệt độ (độ C) Thời gian chiếu xanh lá LED (phút) Thời gian chiếu xanh dương LED (phút) Mật độ công suất chiếu (mW/cm2) G0B0 20 (ml) 30 0 0 1,2 G30B_0phút 20 (ml) 30 30 0 G30B_20phút 20 (ml) 30 30 20 G30B_25phút 20 (ml) 30 30 25 G30B_40phút 20 (ml) 30 30 40 G30B_60phút 20 (ml) 30 30 60 2.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ lên sự hình thành các cấu trúc nano bạc bất đẳng hướng Tham số nhiệt độ chắc chắn có ảnh hưởng đến tốc độ hình thành các hạt nano dị hướng vì nó là một đại lượng vật lý ảnh hưởng trực tiếp lên quá trình nhiệt động học. Hệ thí nghiệm được thiết kế với một nhiệt độ được điều khiển sao cho cả hệ LED có thể điều Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 33 chỉnh được nhiệt độ. Trong thí nghiệm này đề tài đã khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ đối với trường hợp chiếu xanh lá LED. Các thông số thí nghiệm được trình bày trong bảng 2.5. 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. Mẫu Thể tích Nhiệt độ (độ C) Thời gian chiếu xanh lá LED (phút) Công suất chiếu (mW/cm2) G50 20 (ml) 14 50 1,2 G80 20 (ml) 22 80 G140 20 (ml) 30 140 G200 20 (ml) 18 200 G260 20 (ml) 16 260 G320 20 (ml) 16 320 G350 20 (ml) 8 350 2.3. Các phương pháp khảo sát. 2.3.1. Phương pháp phổ hấp thụ (UV-Vis - Ultraviolet Visible) Khi chiếu một chùm sáng có bước sóng phù hợp đi qua một chất mẫu, các phân tử sẽ hấp thụ một phần năng lượng ánh sáng truyền qua (A), một phần năng lượng của chùm bức xạ bị phản xạ (R) và một phần năng lượng của bức xạ truyền qua mẫu (T). Đo tỉ số cường độ ánh sáng truyền qua T và phản xạ R so với với cường độ chùm sáng tới ta có thể xác định được được độ hấp thụ A: A+T+R = 1. Nguồn bức xạ thường được dùng là các đèn hơi Hidro, đèn Đơtri, đèn thủy ngân Máy đơn sắc có thành phần chính là các cách tử nhiễu xạ hoặc lăng kính có tác dụng tạo ra các chùm đơn sắc thẳng, hẹp và song song. Máy phân tích sẽ đo tín hiệu cường Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 34 độ ánh sáng truyền qua T, chuyển thông tin tín hiệu quang thành tín hiệu điện rồi xuất ra màn hình hiển thị. Hình 2.4: Nguyên lý hoạt động của máy quang phổ UV-Vis hai chùm tia Sự hấp thụ ánh sáng của dung dịch tuân theo định luật Bughe – Lambert – Beer. Chiếu một chùm tia đơn sắc có cường độ I0 qua dung dịch có bề dày d. Sau khi bị hấp thụ, cường độ chùm tia ló ra là I. - Độ truyền qua: 0 I T I  . - Độ hấp thụ: 0 I A log T log I    . Độ hấp thụ A (hay mật độ quang A) của dung dịch tỉ lệ thuận với nồng độ C của dung dịch theo biểu thức: A = k.d.C. Trong đó k là hệ số hấp thụ phụ thuộc vào cấu tạo của chất tan trong dung dịch, d là bề dày của dung dịch và C là nồng độ của dung dịch. Trong trường hợp C tính bằng mol/l và d tính bằng centimet (cm) thì k  . Do đó: . .A d C . Luận văn thạc sĩ Trường Đại học Khoa học Thái Nguyên Học viên: Đỗ Mạnh Quyền 35 Hình 2.5: Mô phỏng nguyên lý máy đo phổ UV - Vis Để sử dụng máy đo UV – Vis ta thực hiện các bước sau đây: + Chọn bước sóng phù hợp (thường từ 200 – 800 nm). + Đo mẫu chuẩn (blank) đó là dung môi nước cất. Cho nước cất vào cuvette. + Cho mẫu cần đo vào Cuvette khác và đưa vào máy đo. + Khi máy đo, kết quả của phổ

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_van_che_tao_va_nghien_cuu_tinh_chat_quang_cua_cac_hat_n.pdf
Tài liệu liên quan