Tài liệu tổng quan về công nghệ Nano môn Quản trị kinh doanh | Đại học Bà Rịa - Vũng Tàu

Họ và tên: Nguyễn Viết Phước Lớp: DH20KH MSSV: 20035804 TỔNG QUAN
1. GIỚI THIỆU VỀ CÔNG NGHỆ NANO
1.1. Nguồn gốc và khái niệm của công nghệ nano
Năm 1959 nhà vật lý nổi tiếng Richard Feynman đã phác hoạ khả
năng hình thành một nền công nghệ mới, trong đó con người có thể di
chuyển, chồng chập các loại nguyên tử, phân tử để thiết kế một dụng cụ
cực kỳ nhỏ ở thang vi mô (microscopic). Đến năm 1974, thuật ngữ
“công nghệ nano” mới được giáo sư Norio Taniguchi của Đại học Khoa
học Tokyo định nghĩa và sử dụng để đề cập đến khả năng chế tạo cấu
trúc vi hình của mạch vi điện tử, mặc dù nó vẫn chưa được biết đến rộng
rãi. Dựa trên tiền đề đó tiến sĩ K. Eric Drexler khai thác sâu hơn trong
cuốn sách "Engines of Creation" và cuốn “Nanosystems”. Từ đây, thuật
ngữ công nghệ nano bắt đầu trở nên phổ biến, hàng loạt phát minh đã ra
đời, phục vụ đắc lực cho cuộc sống.
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 đảng, kích thước trên quy mô
nanomet (nm, 1 nm = 10 m). Ở kích thước nano, vật liệu sẽ có những
tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có được đó là do sự
thu nhỏ kích thước và việc tăng diện tích mặt ngoài.
1.2. Cơ sở khoa học của công nghệ nano
Công nghệ nano chủ yếu dựa trên những cơ sở khoa học sau:
 Chuyển tiếp từ tính chất cổ diễn đến tính chất lượng tử: Đối với vật
liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được trung
bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 m
µ có khoảng 10 nguyên tử) và có
thể bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít
nguyên tử hơn thì các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn.
 Hiệu ứng bề mặt: Khi vật liệu có kích thước nm, số nguyên tử nằm
trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử. Chính vì vậy
các hiệu ứng có liên quan đến bề mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở
nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu có kích thước nanomet
khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
 Kích thước tới hạn: Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu
đều có một giới hạn về kích thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước
này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi, người ta gọi đó là “kích
thước tới hạn". Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích thước của
nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tinh chất của vật
liệu. Không phải bất cứ vật liệu nào có kích thước nano đều có tính chất
khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó được nghiên cứu. 1.3. Vật liệu nano
Vật liệu nano (nano materials) là đối tượng của hai lĩnh vực là
khoa học nano và công nghệ nano, nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau.
Kích thước của vật liệu nano trải một khoảng khá rộng, từ vài nanomet đến vài trăm nanomet.
1.3.1. Tính chất của vật liệu nano
 Kích thước của vật liệu nano đủ nhỏ để có thể so sánh với các kích
thước tới hạn của một số tinh 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. Ở kích thước nano, các hạt kim loại
thể hiện tính chất đặc biệt so với trạng thải vật liệu khối như: tinh kháng
khuẩn, cảm biến sinh học, tính dẫn nhiệt, dẫn điện... Chính vì vậy, việc
tổng hợp được hạt nano kim loại đem lại nhiều ứng dụng trong các lĩnh
vực như: y sinh, phân tích, điện tử, hóa học, môi trường và công nghệ sinh học.
1.3.2. Phân loại vật liệu nano
Có rất nhiều cách phân loại vật liệu nano dựa trên các tiêu chỉ khác
nhau. Sau đây là một vài cách phân loại thường dùng.
 Phân loại theo trạng thái của vật liệu
Người ta phân chia thành 3 trạng thái: rắn, lỏng và khí. Vật liệu
nano được tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó
đến chất lỏng và khí.
 Phân loại theo hình dáng vật liệu
Người ta đặt tên theo số chiều không bị giới hạn ở kích thước
nano: Vật liệu nano không chiều, vật liệu hàng một chiều, vật liệu nano hai chiều.
 Phân loại theo tinh chất của vật liệu: Vật liệu nano kim loại, Vật
liệu nano bản dẫn, Vật liệu nano từ tỉnh, Vật liệu nano sinh học.
Nhiều khi người ta phối hợp các cách phân loại với nhau, hoặc
phối hợp hai khái niệm nhỏ để tạo ra các khái niệm mới. Ví dụ hạt
nano kim loại” trong đó “hạt" được phân loại theo hình dáng. "kim
loại được phân loại theo tính chất, hoặc “vật liệu nano từ tỉnh sinh
học" trong đó ca từ tính" và "sinh học" đều là khái niệm có được khi
phân loại theo tinh chất. Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay
nanocomposite trong đó chỉ có gột phần của vật liệu có kích thước
nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
2. TỔNG QUAN VỀ NANO ĐỒNG
2.1. Giới thiệu về nano đồng
Đồng là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố, có ký
hiệu là Cu, số hiệu nguyên tử là 29. Là kim loại dẻo có độ dẫn điện và
dẫn nhiệt cao. Đồng nguyên chất mềm và dễ uốn; bề mặt đồng tươi có
màu cam đỏ. Nó được sử dụng làm chất dẫn điện và nhiệt, vật liệu xây
dựng, và là thành phần của các hợp kim.
Các ion đồng (II) tan trong nước với nồng độ thấp có thể dùng làm
chất diệt khuẩn, diệt nấm và làm chất bảo quản gỗ. Với số lượng đủ
lớn, các ion này là chất độc đối với các sinh vật bậc cao hơn. Nơi tập
trung đồng chủ yếu trong cơ thể động vật là gan, cơ và xương. Cơ thể
người trưởng thành chứa khoảng 1,4 đến 2,1 mg đồng trên mỗi kilogam cân nặng.
Nano đồng là những hạt đồng có kích thước nano (1nm = 10m),
gần với kích thước của phân tử đồng, có hiệu ứng bề mặt vô cùng lớn.
Khi các hạt nano đồng được hình thành không còn tính chất dẫn
điện, nhưng có những tính năng ưu việt khác, chẳng hạn như kháng
khuẩn, kháng nấm, khử mùi, chất xúc tác, chất bôi trơn.
2.2. Các phương pháp tổng hợp nano đồng
Nano đồng được tổng hợp bằng nhiều phương pháp khác nhau
như: phương pháp hóa học, phương pháp phân huỷ nhiệt , khử muối
kim loại, nhiệt vi sóng. phương pháp bức xạ, kỹ thuật vi nhũ, kỹ thuật
siêu tới hạn. dùng lane, phương pháp polyol, phóng điện hồ quang,
phương pháp khử nhiệt và khử bằng sóng siêu âm.
2.2.1 Phương pháp hóa ướt
Phương pháp này sử dụng các tác nhân khử để khử ion Cu" thành
Cu" trong môi trường lỏng. Con đường tổng hợp này rất thích hợp bởi
vì nó có thể được tạo trong nhiều pha phân tán khác nhau với việc
kiểm soát tính chất của hạt bằng cách thay đổi các thông số thí
nghiệm. Những thông số chính là loại tác chất và nồng độ tác chất,
khả năng oxy hóa khử và tốc độ cho vào của tác chất, loại và nồng độ
của chất bảo vệ, nhiệt độ, pH.
Năm 2007, tác giả Bong Kyun Park củng các cộng sự đã tổng hợp
thành công dung dịch nano đồng trong môi trường không khí bằng
phương pháp polyol với kích thước hạt trung bình khoảng 45 ± 8nm.
Nguyên liệu ban đầu là CuSO4.5HO, chất khử NaHPO,.H,O, chất bảo vệ là PVP.
Năm 2009, tác giả Meshesha và các cộng sự đã thực hiện đề tài với
nguyên liệu ban đầu: Cu(NO3)2.2H2O, hexyldecyl amine (alkyl
amine) và ethylene glycol. Quy trình tổng hợp 100 mL dung dịch
ethylene glycol có nồng độ Cu(NO,),.2H,O 0,05M được trộn với một
tỷ lệ thích hợp hexyldecyl amine trong bình cầu đáy tròn bằng máy
khuấy từ, thiết bị hồi lưu, nhiệt kế, nguồn cấp khí argon. Alkyl amine
được trộn đều ở 600 C cho đến khi tan hoàn toàn. Hạt nano đồng thu
được có kích thước 6-20 nm.
Năm 2010, tác giả Xiao-Feng Tang và cộng sự đã thực hiện đề tài
chế tạo dung dịch nano đồng với nồng độ cao, ứng dụng làm mực in
công nghiệp, sử dụng tiền chất đồng (II) sunphat (CuSO,.5H,O), dung
môi diethylene glycol (DEG). chất khi NaH;POs, chất bảo vệ là PVP
và chất hoạt động bề mặt là cetyltrimethyl ammonium bromide
(CTAB). Hạt nano đồng tạo ra khoảng 10 nm.
Năm 2010, tác giả Nguyễn Thị Phương Phong và các cộng sự (25)
đã tổng hợp và khảo sát tính chất của nano đồng bằng phương pháp
polyol và nhiệt vì sống với kích thước trung bình 4+2 nm. Dung dịch
keo nano đồng điều chế bằng phương pháp khử muối sunfat đồng (II)
CuSO, bằng natri hydrobore (NaBH,) trong môi trường ethylen glycol
với sự hiện diện của chất bảo vệ polyvinylpyrolidone-PVP.
Năm 2011, tác giả Đặng Thị Mỹ Dung và các cộng sự đã tổng hợp
dung dịch keo nano đồng bằng phương pháp khử hóa học, sử dụng
môi trường là nước và etylen glycol (EG) với chất khử là NaBH,.
Dung dịch nano đồng thu được có kích thước hạt trung bình là 22nm và 10nm . Năm , tác 2013
giả Cao Văn Dư và cộng sự đã tổng hợp
thành công dung dịch keo nano đồng trong môi trường glycerin, với
tiền chất là Cu(NO) 3H,0, chất bảo vệ là polyvinylpyrrolidone (PVF)
(C,H,NO), Mw = 106 (gam/mol). Kịch thuộc hạt nano đồng trung bình khoảng 12 +3.6 nm.
2.2.2. Phương pháp phân huỷ nhiệt
Phương pháp này có ưu điểm là khả năng tạo ra hạt nano ổn định
trong phạm vi phân bố kích thước hẹp cho kết quả nhanh hơn, sản
phẩm có độ tinh khiết và giá thành rẻ. Những điểm chung, của phương
pháp phân hủy nhiệt là khó điều khiển hình dạng và kích thước hạt nano thu được.
Phương pháp phân hủy nhiệt tạo ra hạt đồng nano dựa vào phản
ứng phân hủy các phức đồng trong dung dịch chất hoạt động bề mặt
tại nhiệt độ thích hợp và thường thực hiện trong môi trường chân
không. Quá trình thường hình thành trong 2 giai đoạn: giai đoạn tạo
mầm (nucleation) xảy ra khi tiền chất kim loại được đưa vào dung
dịch chất hoạt động bề mặt đã được gia nhiệt, giai đoạn phát triển hạt
(growth) xảy ra khi nhiệt độ phản ứng gia tăng.
Năm 2008, Masoud Salavati-Niasari cùng cộng sự công bố quá
trình tổng hợp đồng nào với tiền chất là phức (Ca(OCz)}-oleylamine.
Nhiệt độ phân hủy là 240 C, kết quả các hạt nano đồng tạo ra có kích
thước phân bố từ 30 – 80 nm.
Năm 2010, Mohammad Hossein Habibi cùng cộng sự [21] đã thực
hiện quá trình tổng hợp đồng nano trên cơ sở phản ứng phân hủy tác
chất đồng oxalat với sự có mặt của 3 chất hoạt động bề mặt Triton X-
100, Tween-80, and dodecylamine, chất khi triphenyl phosphine. Phản
ứng được thực hiện ở nhiệt độ 270C, kết quả các hạt đồng nano tạo ra
có kích thước phân bố từ 8 đến 20 nm.
Năm 2010, tác giả Nguyễn Thị Phương Phong cùng các cộng sự đã
tổng hợp nano đồng bằng phương pháp phân hủy nhiệt từ phức oxalat
đồng, ở nhiệt độ 3000°C. Kích thước hạt nano đồng có kích thước trung bình 6 ± 2 nm.
2.2.3. Phương pháp có hỗ trợ nhiệt vi sóng
Phương pháp sử dụng lò vi sóng để tổng hợp nano đồng giống như
phương pháp hóa học vì cũng sử dụng các tác nhân hóa học để khử
ion Cu thành CuO. Dưới tác dụng của vi sóng, các phân tử có cực như
các phân tử Cu và các chất trợ khử sẽ nóng lên và chuyển động rất
nhanh, nhiệt được cung cấp đều cho toàn dung dịch nên quá trình khử
đồng oxalat sẽ diễn ra một cách nhanh chóng và êm dịu hơn các
phương pháp khác. Khi gia nhiệt bằng vi sóng, nhiệt sẽ được cung cấp
trên toàn thiết bị gia nhiệt và nhiệt độ của cả dung dịch cũng như
thành thiết bị hầu như đều nhau. Điều này đóng vai trò quan trọng để
tạo ra các hạt nano đồng có kích thước đồng đều nhau và nhỏ bé hơn
nhiều so với phương pháp gia nhiệt thông thường. Hơn nữa vị tốc độ
đun nóng và xuyên thấu nhanh nên khi chế tạo nano kim loại nói
chung và nano đồng nói riêng, phương pháp vi sóng này có ưu điểm
rất lớn là: thời gian ché rất ngắn, đồng thời thiết bị đơn giản, dễ sử dụng.
Năm 2013, tác giả Cao Văn Du và các cộng sự đã chế tạo thành
công dụng dịch keo nano đồng trong môi trường glycerin có sự hỗ trợ
của nhiệt vi sóng, chất khử sử dụng là hydrazin hydrat, chất bảo vệ polyvinylpyrrolidone (PVP).
2.3. Ứng dụng nano đồng
2.3.1. Dùng mực in nano đồng
Trong những năm qua, vấn đề tổng hợp hạt nano đồng chất lượng
cao, quy mô lớn thu hút nhiều sự chú ý không chỉ trong khoa học mà
còn trong lĩnh vực công nghiệp do nano đồng có thể thay thế mực in
nano đồng trong thị trường điện tử in ngày càng tăng. Samsung
Electro-Mechanics là hãng đầu tiên trên thế giới chế tạo thành công
máy in phun sử dụng mực in là nano đồng như hình 1.2. Máy in này
dùng mực in nano đồng để in các bản mạch điện tử thay thế cho các
bản mạch điện tử bằng Au hoặc Ag rất tốn kém nhờ đó giảm giá thành
sản xuất bản mạch điện tử.
2.3.2. Ứng dụng trong nông nghiệp
Chế tạo phân bón cung cấp vi lượng cho cây trồng như: cà phê,
tiêu, cao su, cây ăn quả như cam, quýt và các loại hoa màu. Chế tạo
thuốc bảo vệ thực vật để trị các bệnh nấm cho cây trồng như: nấm
hồng, phấn trắng. ... Ở kích thước siêu mịn, đồng có hoạt tính rất cao,
dễ dàng thấm sâu rất nhanh vào trong các tế bào và phát huy nhanh
kích hoạt khả năng tự tổng hợp chất kháng sinh trong cây trồng giúp bảo vệ cây trồng.
2.3.3. Phụ gia lý tưởng Lubricant
Thêm 0,1 - 0,6% của hạt nano đồng vào dầu, mỡ nhờn bôi trơn. Nó
sẽ tạo thành một chất tự bôi trơn và tự sửa chữa lớp phủ phim trên bề
mặt ma sát và hạ thấp hiệu quả chống ma sát và chống mài mòn của
nó; Phụ gia hạt nano Cu trơn.
3. TỔNG QUAN VỀ CÂY BÀNG