Tính chất và phương pháp chế tạo hạt Nano dạng sợi (Nanowire)

Q uy

N

hơ

n

1

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

SỢI NANO (nanowire)

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

n

Giới thiệu sợi nano

2

hơ

Kích thước ngang vài chục nanomet.

Chiều dài không giới hạn.

Còn được gọi là sợi lượng tử (do ở kích thước này các hiệu ứng lượng tử rất quan trọng)

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Sợi nano vàng và Ni

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

2

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

n

Giới thiệu sợi nano

3

DNA

Sợi nano Si

Được tạo thành từ các phân tử lặp đi lặp lại: hữu cơ (DNA), vô cơ (Si) Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

3

N

hơ

Phân loại

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

◦ Sợi nano kim loại: Ni, Pt, Au ◦ Sợi nano bán dẫn: InP, Si, GaN, . . . ◦ Sợi nano cách điện: SiO2, TiO2

G

n

Giới thiệu sợi nano

4

Sợi nano Si

Sợi nano Au

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

Sợi nano TiO2

4

n

Các tính chất của sợi nano

5

hơ

Sợi nano có 2 chiều giới hạn ở kích thước nano – hiệu ứng cơ học lượng tử rất quan trọng.

Các tính chất khác biệt so với vật liêu kích thước lớn:

oo

gl

e.

co

Tính chất từ Tính chất nhiệt điện Tính chất điện Tính chất quang học Tính chất hóa học

G

◦ ◦ ◦ ◦ ◦

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

5

n

Tính chất của sợi nano

6

N

hơ

Sợi nano có hình dạng đặc biệt và các tính chất vật lý đặc biệt do kích thước lượng tử của chúng

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Tính chất điện Tính chất từ Tính chất quang Tính chất cơ học

G

oo

◦ ◦ ◦ ◦

Kè

m

Q uy

Sarkar, J., Khan, G. G., & Basumallick, A. (2007). Nanowires: properties, applications and synthesis via porous anodic aluminium oxide template. Bulletin of Materials Science, 30(3), 271-290.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

6

7

n

Tính chất từ N

hơ

Độ cong của vòng lặp trễ thay đổi khi thay đổi đường kính sợi nano

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

G

oo

Độ cong vòng lặp trễ thay đổi khi thay đổi đường kính sợi nano Co: (a) 78nm và (b) 18 nm

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

7

8

n

Tính chất từ N

hơ

Độ kháng từ cũng thay đổi khi thay đổi đường kính dây và nhiệt độ

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

Độ kháng từ thay đổi theo đường kính Dw: (a) ở nhiệt độ phòng và (b) 0oC Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

8

9

n

Tính chất từ hơ

Tính bất đẳng hướng từ của sợi nano bị ảnh hưởng mạnh của dị hướng từ trường, hình dạng của sợi nano và từ trường khử từ. Độ trở từ (MR) phụ thuộc mạnh vào đường kính sợi

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

9

hơ

Sợi nano kim loại cho thấy sự gia tăng nhiều lần hệ số Seebeck do hiệu ứng giam giữ lượng tử làm tăng trạng thái mật độ điện tử ở mép băng tần phụ 1 chiều Hệ số Seebeck và năng lượng nhiệt của sợi nano kim loại bị ảnh hưởng bởi đường kính dây và nồng độ pha hợp kim độ dẫn nhiệt của sợi nano bị ảnh hưởng bởi đường kính dây

D

m /+

oo

G

gl

e.

co

ạy

Kè

m

Q uy

N

n

Tính chất nhiệt điện (Thermoelectric)

10

Độ dẫn nhiệt (k) là một hàm theo nhiệt độ đối với sợi nano Si ở các đường kính khác nhau

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

10

n

Tính chất nhiệt điện (Thermoelectric)

11

hơ

Heremans phát hiện rằng Si và Sb được pha vào sợi nano Bi, năng lượng nhiệt sẽ tăng bằng cách giảm đường kính sợi Sợi nano Bi có điện trở phụ thuộc nhiệt độ, hiện tượng này bị ảnh hưởng mạnh bởi đường kính dây

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

G

oo

gl

e.

◦ Ở nhiệt độ cao hoặc nhiệt độ phòng, pha bán kim loại của sợi nano Bi chuyển đổi thành bán dẫn có thể chỉ bằng cách thay đổi đường kínk Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

11

Tính chất điện

12

n

(Electrical properties - Transport properties)

Tính dẫn điện của sợi nano thấp hơn so với vật liệu khối tương ứng Sợi nano cho thấy tính chất điện khác do kích thước của chúng

Kè

m

Q uy

N

hơ

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

◦ Độ dẫn điện bị ảnh hưởng của các hiệu ứng cạnh: các điện tử nằm trên bề mặt của sợi nano liên kết yếu với các nguyên tử lân cận bên trong sợi làm giảm độ dẫn điện của sợi nano ◦ Độ dẫn điện xem như một tổng độ dẫn ở các đường dẫn có mức năng lượng khác nhau đường kính sợi càng nhỏ, số lượng đường dẫn càng nhỏ độ dẫn càng thấp http://en.wikipedia.org/wiki/Nanowire, 15:18, 18/03/2014 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

12

13

hơ N

Năng lượng băng tần plasmon bề mặt nhạy cảm với sự thay đổi các yếu tố như kích thước hạt, hình dạng, thành phần, môi trường xung quanh và tương tác bên trong hạt Mảng sợi nano cho thấy tính chất quang học phi tuyến tính, sự gia tăng cường độ hấp thụ khi đường kính sợi nano giảm do hiệu ứng giam giữ lượng tử và sự xảy ra hiện tượng blue shift

m /+

co

e.

gl

oo

G

D

ạy

Kè

m

Q uy

n

Tính chất quang học

Sợi nano Ag: với độ dài cố định, bước sóng λ giảm (ngắn hơn) khi giảm đường kính dây do hiệu ứng giam giữ lượng tử

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

13

14

n

Tính chất hóa học Q uy

N

hơ

Tính chất hóa học thay đổi (hoạt tính hóa học tăng) do:

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

◦ tỉ lệ bề mặt/thể tích tăng ◦ tỉ lệ cạnh lớn ◦ số lượng nguyên tử bề mặt cao

G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

14

15

n

Các phương pháp chế tạo sợi nano N

hơ

Quá trình kết tinh rất quan trọng

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

◦ Phát triển mầm tinh thể trong pha hơi, pha lỏn, pha rắn. ◦ Khi nồng độ các đơn vị (nguyên tử, phân tử, ion) của chất rắn đủ cao sẽ tập hợp lại thành hạt nhân hoặc nhóm hạt – quá trình tạo mầm. ◦ Các nhóm này sẽ đóng vai mầm, tiếp tục phát triển thành các nhóm lớn hơn.

G

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

15

Q uy

N

hơ

Các chiến lược tổng hợp sợi nano: kiểm soát các thông số:

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

◦ sử dụng cấu trúc tinh thể đẳng hướng của chất rắn để định hướng phát triển tinh thể ◦ gắn bề mặt lỏng – rắn để giảm tính đối xứng của mầm ◦ dùng khuôn định hướng sự hình thành sợi nano ◦ kiểm soát trạng thái quá bão hòa để thay đổi thói quen phát triển của mầm ◦ sử dụng tác nhân bao phủ để kiểm soát tốc độ phát triển các chiều khác nhau của mầm ◦ Cấu trúc 0D lắp ráp lại với nhau ◦ Giảm tính đối xứng của mầm bằng giao diện bề mặt lỏng rắn

G

16

n

Các phương pháp chế tạo sợi nano

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

16

17

n

Các phương pháp chế tạo sợi nano

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

Có thể chia làm 2 loại: Phát triển sợi nano trong pha khí Phương pháp chế tạo sợi nano dựa trên dung dịch.

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

17

18

n

Phát triển sợi nano trong pha hơi hơ

Phương pháp hơi – lỏng – rắn (VLS) Phương pháp dùng oxit hỗ trợ (Oxide assited) Phương pháp rắn – hơi (VS).

Phản ứng nhiệt Carbon (Carbothemal) Các phương pháp khác trong pha khí

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

18

19

hơ

n

Phương pháp hơi – lỏng – rắn (VLS)

Phát triển tinh thể dị hướng được thúc đẩy bởi sự hiện diện của một bề mặt tiếp xúc rắn – hợp kim lỏng Ứng dụng cho sợi nano Si, Ge và các loại khác

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

19

20

n

Phương pháp hơi – lỏng – rắn (VLS)

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

3 giai đoạn phát triển: (I): Ge và Au sẽ tạo thành hợp kim lỏng ở nhiệt độ cao hơn điểm eutecti (363oC) (bề mặt lỏng có hệ số tương thích lớn, thích hợp ngưng tụ Ge) (II) (III): Hơi Ge ngưng tụ ở bề mặt tiếp xúc rắn – lỏng

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

2020

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

n

Phương pháp hơi – lỏng – rắn (VLS)

21

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

2121

22

hơ

n

Phương pháp hơi – lỏng – rắn (VLS)

VLS đã được khai thác trong quá khứ nhiều thập kỷ để sản xuất cấu trúc 1D đường kính 1 -100nm VLS nguyên tố bán dẫn ( Si và Ge), bán dẫn III-V (GaAs, InP, InAs), bán dẫn II-IV (ZnS, CdS,CdSe), oxit (ZnO, SiO2)

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

2222

23

N

Lieber và đồng nghiệp:

Q uy

hơ

n

Phương pháp hơi – lỏng – rắn (VLS)

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

◦ Phát triển và tối ưu hóa VLS dựa trên cắt đốt laser để sản xuất dây nano bán dẫn với nhiều thành phần khác nhau. ◦ TEM: kích thước đồng nhất với đường kính10nm và chiều dài >1 µm

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

2323

24

N

Lee và đồng nghiệp:

Q uy

hơ

n

Phương pháp hơi – lỏng – rắn (VLS)

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

◦ sợi nano bán dẫn siêu dài, độ tinh khiết cao, kích thước đồng đều với số lượng lớn ◦ TEM: đường kính: 20-80nm (a)

◦ Mỗi sợi nano gồm lớp oxit Si bên ngoài và lõi Si bên trong (HREM (C)) 24 24

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

25

n

Surface StepStep-Edge Templates hơ

Các bậc kích thước nguyên tử có thể được sử dụng làm khuôn phát triển sợi nano Phương pháp này thuận lợi ngưng tụ nhiều loại vật liệu trên bề mặt, ưu tiên những khu vực khuyết tật Khó tách sợi nano ra khỏi khuôn

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

25

n

Oxit hỗ trợ (Oxide assited)

26

hơ

N

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Oxit Si nghèo O ưu tiên tạo liên kết Si-Si Một nhóm mầm Si được ngưng tụ trên đế và vài nguyên tử Si khả năng phản ứng cao liên kết mạnh với nguyên tử đế Si để hạn chế sự di động trên đế. Nguyên tử hoạt động Si không liên kết trong cùng nhóm trong pha hơi hướng liên kết trống ra khỏi bề mặt. Chúng hoạt động như hạt nhân hấp thụ thêm các nhóm oxit Si và thúc đẩy sự hình thành SiNWs. Nguyên tử O bị đuổi khỏi Si và khuếch tán ra bên cạnh tạo thành lớp vỏ oxit Si trơ bao bên ngoài sợi nano tạo thành, ngăn cản sự phát triển đường kính sợi.

Q uy

Zhang, R. Q., Lifshitz, Y., & Lee, S. T. (2003). Oxide‐Assisted Growth of Semiconducting Nanowires. Advanced Materials, 15(7‐8), 635-640.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

26

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

n

Oxit hỗ trợ (Oxide assited)

27

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

27

hơ

Wang và đồng sự:

N

n

Oxit hỗ trợ (Oxide assited)

28

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

◦ Trộn 30%–70% SiO2 vào bột Si tinh khiết ◦ Pha hơi SixO (x>1) được tạo ra bằng bay hơi nhiệt hay đốt laser

G

oo

gl

e.

◦ TEM: đường kính 9-12nm

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

28

n

Oxit hỗ trợ (Oxide assited)

29

hơ

Lee và đồng nghiệp đưa ra.

N

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

◦ GaAs thu được bằng sự cắt đốt laser có hỗ trợ của oxit từ hỗn hợp GaAs và Ga2O3 ◦ chiều dài lên đến 10 µm, đường kính khoảng 10 – 120 nm, trung bình 60nm ◦ Sợi nano có lớp bao mỏng và một lõi tinh thể GaAs

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

29

30

n

Phương pháp hơi – rắn (VS) hơ

Hơi được tạo ra bằng bay hơi nhiệt, khử hoặc phản ứng pha khí Hơi được đưa đến và ngưng tụ trên đế.

VS tổng hợp các sợi nano oxit Zn, Sn, In, Cd, Mg và Ga Seo và đồng sự chế tạo đơn tinh thể gallium phosphide với đường kính 40nm và chiều dài 300µm thông qua sự thăng hoa của bột gallium phosphide

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

30

31

n

Phương pháp hơi – rắn (VS) hơ

Lee và các đồng sự tổng hợp lượng lớn sợi nano (đường kính 6-28 nm, chiều dài 1mm) bằng thăng hoa đơn giản bột SiO Thăng hoa nhiệt bột SiO tạo ra hơi SiO, được vận chuyển và ngưng tự ở 930oC tạo thành sợi nano chứa lõi tinh thể Si và một màng bọc vô định hình SiO2

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

31

N

Q uy

m /+

gl

G

oo

e.

co

D

ạy

Kè

Sợi nano GaN được sản xuất bằng cách xử lý nhiệt hỗn hợp Ga2O3 và carbon trong N2 hoặc NH3 Sợi nano silicon cũng có thể được tạo ra bằng cách xử lý nhiệt SiO2 với carbon trong khí quyển thích hợp Yang và đồng sự đã tổng hợp sợi nano MgO, Al2O3, ZnO, SnO2 thông qua quá trình nhiệt carbon trong bầu khí quyển thích hợp Gundiah và đồng sự đã sử dụng phương pháp pha hơi gián tiếp thông qua quá trình carbothermal, để tổng hợp sợi nano silicon carbide, silicon oxynitride và silicon nitride

m

hơ

n

Phản ứng nhiệt Carbon (Carbothemal Reactions)

32

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

32

n

Phản ứng nhiệt Carbon (Carbothemal Reactions)

33

hơ

Phương pháp đơn giản nhất để thu được sợi nano β-SiC liên quan đến đun nóng silica gel với carbon ở nhiệt độ 1360oC trong H2 và NH3

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

G

oo

gl

e.

Ảnh SEM: (a) xử lý nhiệt gel chứa than hoạt tính ở 1360oC trong NH3 – 4h (b) Xử lý nhiệt gel từ phản ứng ethyleneglycol và acid citric ở 1360oC trong NH3 – 4h – có TEOS. (c) HREM β-SiC xử lý nhiệt gel chứa than hoạt tính và Si ở 1360oC trong NH3 – 7h Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

33

n

Các phương pháp khác trong pha khí

34

N

hơ

Lauhon và các đồng nghiệp sử dụng phương pháp ngưng tự hơi hóa học (CVD)

m

Q uy

co

m /+

D

ạy

Kè

◦ Sợi nano được phát triển bằng cách xây dựng một vỏ mỏng đồng nhất xung quanh nhóm nguyên tử vàng kích thước nano ◦ Sản phẩm:

G

oo

gl

e.

Sợi nano vỏ Si pha tạp Boron bao xung quanh lõi Silicon.

Lõi Ge được bao quanh bởi vỏ Si, đường kính 50 nm

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

34

35

N

Các giai đoạn:

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

◦ Chất phản ứng (màu đỏ) ngưng tụ trên bề mặt của cụm nguyên tử vàng tạo thành mầm và định hướng sợi nano phát triển. ◦ Sự phát triển 1 chiều được duy trì trong khi phản ứng phân giải xảy ra mạnh trên xúc tác vàng ◦ Điều kiện tổng hợp được điều chỉnh để tạo ra sự phân hủy đồng nhất tác chất trên bề mặt sợi nano dẫn đến lớp vỏ mỏng đồng nhất ◦ Vỏ đa lớp được phát triển bằng cách lặp lại quá trình trên.

Q uy

hơ

n

Ngưng tụ hơi hóa học - CVD

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

35

n

Phương pháp chế tạo sợi nano trong dung dịch

36

hơ

Dùng tính chất bất đẳng hướng của tinh thể - không sử dụng khuôn.

Chế tạo bằng khuôn mẫu.

Phương pháp dung dịch – lỏng – rắn Phương pháp Solvothermal

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

3636

37

n

Cấu trúc tinh thể bất đẳng hướng cao bằng phương pháp không khuôn polysulphur nitride, (SN)x phát triển thành cấu trúc 1D – do liên kết bất đẳng hướng trong cấu trúc tinh thể Selenium, Telurium và molybdenum chalcogenide cũng dễ dàng thu được dưới dạng sợi nano do liên kết bất đẳng hướng, quá trình tinh thể hóa diễn ra 1D Molybdenum chalcogenides: M2Mo6X6 (M¼Li, Na; X¼Se, Te) chứa chuỗi lục giác được sắp xếp tuyến tính của công thức Mo6X6 tồn tại chủ yếu dưới dạng chuỗi đường kính 2 nm, có thể tự kết hợp với nhau thành dạng bó hoặc sợi

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

37

38

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

n

Cấu trúc tinh thể bất đẳng hướng cao bằng phương pháp không khuôn

oo

gl

Xia và đồng sự đã chế tạo sợi nano Se vô định hình bằng hồi lưu acid selenious và hydrazine ở nhiệt độ cao

G

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

38

39

N

Sau khi làm lạnh huyền phù về nhiệt độ phòng, một lượng nhỏ selennium hòa tan trong dung dịch kết tủa ra tinh thể Se triagonal (t-Se) t-Se có bản chất dị hướng tạo thành chuỗi xoắn ốc song song nhau, dọc theo c-axis Các chuỗi xoắn ốc sắp xếp vào mạng lục giác do lực tương tác van der Waals (a) Cuối cùng hình thành sợi nano t-Se đường kính trung bình 32 nm (b) Có thể áp dụng cho SbSI, quang điện tử và sắt điện, K2[Pt(CN)4], bán dẫn band gap hẹp, tinh thể hóa hình thành sợi (whiskers).

Kè

m /+

co

G

oo

gl

e.

D

ạy

m

Q uy

hơ

n

Cấu trúc tinh thể bất đẳng hướng cao bằng phương pháp không khuôn

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

39

40

n

Chế tạo sợi nano bằng khuôn là một phương pháp thuận tiện và linh hoạt để tạo ra các cấu trúc nano 1D Trong quá trình chế tạo, vật liệu được định hình thành cấu trúc nano với hình dạng bổ sung cho khuôn. khuôn này có thể là các kênh có kích thước nano bên trong vật liệu xốp hoặc nhôm xốp và màng polycarbonate Chúng có thể được điền đầy bằng cách sử dụng (i) con đường dung dịch, (ii) kỹ thuật sol – gel hoặc (iii) con đường điện hóa để tạo ra sợi nano 1D

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

40

41

n

Chế tạo sợi nano bằng khuôn N

hơ

Nhiều loại vật liệu được chế tạo thành sợi nano sử dụng anod màng nhôm (AAM) làm khuôn bao gồm:

m

Q uy

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

◦ các loại vật liệu vô cơ như: Au, Ag, Pt, TiO2, MnO2, ZnO, SnO2 ◦ polymer dẫn điện như: polypyrrole, poly(3methylthiophene), and polyaniline, ống nano carbon

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

41

42

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

n

Chế tạo sợi nano bằng khuôn

Nanowire array

e.

co

A porous Template

G

oo

gl

Picture: “Fabrication of Polypyrrole Nanowire and Nanotube Arrays,” Fa-Liang Cheng*, Ming-Liang Zhang and Hong Wang, http://www.mdpi.net/sensors/papers/s5040245.pdf

Picture: “Fabrication of Polypyrrole Nanowire and Nanotube Arrays,” Fa-Liang Cheng*, Ming-Liang Zhang and Hong Wang, http://www.mdpi.net/sensors/papers/s5040245.pdf Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

42

43

Kè

m

Q uy

N

hơ

n

Chế tạo sợi nano bằng khuôn

ạy

(a) màng AAO xốp chứa các mảng lỗ hình trụ lục giác với một kích thước lỗ đồng nhất 60nm. (b) sợi nano In2O3 sắp xếp trật tự và đồng nhất vào một AAM bằng quá trình oxi hóa mảng sợi nano In được mạ điện (c) sợi nano In2O3/mẫu AAM bằng cách hòa tan AAM trong dung dịch NaOH sau đó rửa vài lần với nước cất

co

G

oo

gl

e.

m /+

D

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

43

44

Q uy

N

hơ

n

Chế tạo sợi nano bằng khuôn

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Sợi nano phát triển trong một màng khuôn có lỗ xốp 80nm sau khi hòa tan và khuôn

Picture: “Fabrication of Polypyrrole Nanowire and Nanotube Arrays,” Fa-Liang Cheng*, 44 Ming-Liang Zhang and Hong Wang, http://www.mdpi.net/sensors/papers/s5040245.pdf Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

45

Chế tạo sợi nano bằng khuôn hơ

n

vật liệu silica độ xốp trung bình (MCM-41 hoặc SBA-15) được sử dụng thành công như khuôn mẫu cho tổng hợp sợi nano polymer và sợi nano vô cơ

ạy

Kè

m

Q uy

N

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

◦ Sợi nano Ag đường kính đồng nhất 5-6nm và tỉ lệ cạnh 100 – 1000 tổng hợp từ dung dịch AgNO3 được ngâm trong khuôn MCM-41 hoặc SBA-15 rồi phân hủy nhiệt ◦ sợi nano Ge được tổng hợp thành công trong lỗ của MCM-41 Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

45

46

Chế tạo sợi nano bằng khuôn hơ

n

Các chất HĐBM tự hợp tạo thành khuôn tạo nên cấu trúc nano 1D với số lượng lớn

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

sợi nano CuS, CuSe, CdS, CdSe, ZnS và ZnSe được phát triển một cách có chọn lọc sử dụng chất hoạt động bề mặt như Na-AOT hoặc Triton X

G

oo

gl

e.

co

◦ (a) hình thành micella hình trụ từ chất HĐBM ◦ (b) tạo dung dịch vật liệu và đưa vào trong micella ◦ (c) loại bỏHĐBM thu sợi nano

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

46

47

Chế tạo sợi nano bằng khuôn hơ

n

Sợi nano có thể được sử dụng như khuôn để tạo ra sợi nano của vật liệu khác

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

co

(a): TEM- sợi nano Ag được bao phủ bởi SiO2 được

G

oo

gl

e.

chế tạo bằng cách phủ lớp Silica vô định hình bên ngoài sợi nano bạc bằng pp sol-gel. (b): TEM - ống nano Silica thu được sau khi ngâm Ag/SiO2 trong dd NH3.

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

47

48

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

n

Chế tạo sợi nano bằng khuôn

Sơ đồ của quá trình hình thành các ống nano ZnAl2O4 cấu trúc spinel Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

48

49

ạy

Buhro và đồng nghiệp đã phát triển một phương pháp dung dịch lỏng rắn nhiệt độ thấp (SLS) để tổng hợp sợi nano cao tinh thể của bán dẫn III-V sợi nhỏ đơn tinh thể với đường kính 10-150nm chiều dài đến vài µm kim loại (In, Sn, Bi) với nhiệt độ nóng chảy thấp được sử dụng làm xúc tác, cơ chế tương tự cơ chế VLS

co

G

oo

gl

e.

m /+

D

Kè

m

Q uy

N

hơ

n

PP dung dịch – lỏng – rắn (SLS)

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

49

50

hơ

n

PP dung dịch – lỏng – rắn (SLS) Q uy

N

Korgel đã sử dụng cách tiếp cận quá bão hòa lưu chất – lỏng – rắn (SFLS), đã phát triển sợi nano Ge và Silicon khuyết tật tự do với đường kính đồng nhất khoảng 40– 50 Å (Si), 50–300 (Ge) và chiều dài vài micromet

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

50

N

Q uy

m /+

co

G

oo

gl

e.

D

ạy

Kè

Được sử dụng rộng rãi như một con đường dung dịch cho sợi và thanh nano bán dẫn Dung môi được trộn lẫn với tiền chất kim loại và sự phát triển tinh thể có tác nhân điều chỉnh và theo khuôn (khuôn amine) Hỗn hợp dung dịch này được đặt vào một nồi hấp, giữ ở áp suất và nhiệt độ cao tương đối, thực hiện quá trình sắp xếp và phát triển tinh thể.

Xia và đồng sự đã hồi lưu acid selenious và hydrazine dư thừa để tổng hợp sợi nano đồng nhất của Se với kích thước cạnh có thể kiểm soát được trong khoảng 10-30nm và chiều dài hàng trăm nanomet

m

hơ

n

Phương pháp tổng hợp Solvothermal

51

Hu, J., Odom, T. W., & Lieber, C. M. (1999). Chemistry and physics in one dimension: synthesis and properties of nanowires and nanotubes. Accounts of Chemical Research, 32(5), 435-445.

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

51

52

n

Ứng dụng của sợi nan hơ

Trong lĩnh vực điện tử Trong lĩnh vực y khoa Trong lĩnh vực năng lượng Trong lĩnh vực môi trường

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

52

53

hơ

N

Trong lĩnh vực điện tử:

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

◦ Một số dây nano là chất dẫn hoặc chất bán dẫn rất tốt ◦ kích thước rất nhỏ có thể tạo thành hàng triệu transistor chỉ trên một bộ vi xử lý duy nhất – kết quả là tốc độ máy tính tăng mạnh ◦ Sử dụng trong máy tính lượng tử do sợi InAs trở thành siêu dẫn do hiệu ứng lân cận khi gắn vào đực cực nhôm, ở nhiệt độ gần 0K, nhôm trở thành siêu dẫn (không có điện trở

G

n

Ứng dụng của sợi nano

http://science.howstuffworks.com/nanowire4.htm, 10:43, 18/03/2014 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

53

54

Trong lĩnh vực điện tử:

hơ

n

Ứng dụng của sợi nano

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

◦ khoa học nano có thể chế tạo sợi nano tạo ra điện bằng hiệu ứng điện áp (khi áp một lực vào vật liệu áp điện, nó phát ra dòng điện) (hiện nay chưa có ứng dụng thực tế) [1] ◦ Sử dụng các điện cực được làm từ sợi nano cho phép màn hình phẳng được linh hoạt hơn và mỏng hơn so với màn hình phẳng hiện nay. ◦ Sử dụng dây nano để xây dựng các bóng bán dẫn mà không cần mối nối p-n ◦ Dây nano bạc nhúng trong polymer để tạo lớp dẫn điện có thể uốn cong mà không làm tổn hại đến dây dẫn ◦ Cảm biến sử dụng sợi nano kẽm oxit có khả năng phát hiện một loạt hơi hóa chất khác nhau ◦ Sợi nano làm từ một hợp kim của sắt và niken để tạo ra các thiết bị có bộ nhớ lớn [2] 1. http://science.howstuffworks.com/nanowire4.htm, 10:43, 18/03/2014 2. http://www.understandingnano.com/nanowires-applications.html, 11:41, 18/03/201454 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

55

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

hơ

n

Ứng dụng của sợi nano

nanowire FETs (field-effect transistors) (bóng bán dẫn sợi nano)

http://spectrum.ieee.org/semiconductors/devices/nanowire-transistors-could-keepmoores-law-alive Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

55

56

N Q uy m Kè ạy

oo

gl

e.

co

m /+

D

◦ Các nhà nghiên cứu Đại học Arkansas đang sử dụng các sợi nano Titan oxit để cấy phủ lên bộ phận cấy ghép titan để mô cơ liên kết tốt với với titan, tăng khả năng thành công khi cấy ghép

hơ

Trong lĩnh vực y khoa:

G

n

Ứng dụng của sợi nano

Ảnh :http://nanotechweb.org/cws/article/tech/31069

http://science.howstuffworks.com/nanowire4.htm, 10:43, 18/03/2014 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

56

57

hơ N

Trong lĩnh vực y khoa:

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

◦ Các nhà khoa học tại Viện tim mạch Gladstone đang thử nghiệm sợi nano và tế bào gốc. Họ hy vọng rằng bằng cách chạy một dòng điện qua một dây nano vào tế bào gốc có thể hướng dẫn cách phân biệt tế bào

G

n

Ứng dụng của sợi nano

http://science.howstuffworks.com/nanowire4.htm, 10:43, 18/03/2014 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

57

58

hơ N

m Kè ạy D m /+

G

oo

gl

e.

Các nhà nghiên cứu Mỹ và Nhật Bản sử dụng sợi nano bạch kim nhỏ hơn 100 lần so với tóc để theo dõi hoạt động tế bào não và điều trị các bệnh về não

Q uy

Trong lĩnh vực y khoa:

co

n

Ứng dụng của sợi nano

http://www.voyle.net/Nano%20Medicine%202005/Medicine%202005-0081.htm, 7:04, 18/03/2013 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

58

59

hơ N

Trong lĩnh vực y khoa:

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

n

Ứng dụng của sợi nano

G

Các cảm biến sợi nano thể phát hiện sự hiện diện của biến đổi gen liên quan đến bệnh ung thư và có thể giúp các nhà nghiên cứu xác định vị trí chính xác của những thay đổi http://www.voyle.net/Nano%20Medicine%202005/Medicine%202005-0081.htm, 7:04, 18/03/2013 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

59

60

Trong lĩnh vực năng lượng

hơ

n

Ứng dụng của sợi nano

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

N

◦ MIT đã phát triển một tế bào năng lượng mặt trời sử dụng graphene phủ sợi nano oxit kẽm – hiệu suất cao, chi phí thấp hơn ◦ Các sợi nano vàng thay thế các chất nền silicon mà các tế bào năng lượng mặt trời bán dẫn ◦ Các nhà nghiên cứu tại Viện Bohr NIEs: ánh sáng mặt trời có thể được tập trung ở các sợi nano do hiệu ứng cộng hưởng các tế bào năng lượng mặt trời hiệu quả hơn, cho phép nhiều năng lượng từ mặt trời được chuyển đổi thành điện năng ◦ Cảm biến chạy bằng điện được tạo ra bởi các sợi nano kẽm oxit áp điện. Điều này có thể cho phép cảm biến nhỏ , khép kín nạp năng lượng bằng năng lượng cơ như thủy triều hay gió ◦ Các nhà nghiên cứu tại Đại học Stanford phát hiện pin sử dụng điện cực được chế tạo từ sợi nano Si bền và không bị nứt vỡ như sử dụng điện cực Si thông thường. http://www.understandingnano.com/nanowires-applications.html, 11:41, 18/03/201460 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

61

N

hơ

Trong lĩnh vực năng lượng

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

n

Ứng dụng của sợi nano

G

Mảng dây nano hấp thu ánh sáng mặt trời đạt 33% so với tấm pin mặt trời hiện nay (20%)

Pin mặt trời sử dụng sợi nano

http://www.photonics.com/Article.aspx?AID=53539, http://spie.org/x51837.xml , 7:58, 18/03/2014 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

61

62

hơ

Trong lĩnh vực môi trường

N

n

Ứng dụng của sợi nano

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

Kè

m

Q uy

◦ Sử dụng các sợi nano bạc clorua như xúc tác quang hóa để phân hủy các phân tử hữu cơ trong nước bị ô nhiễm. ◦ Sử dụng một bộ lọc điện bao gồm các sợi nano bạc, ống nano carbon và bông để diệt vi khuẩn trong nước ◦ Sử dụng thảm dây nano để hấp thụ dầu tràn

http://www.understandingnano.com/nanowires-applications.html, 11:41, 18/03/201462 Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

n hơ N Q uy m Kè

G

oo

gl

e.

co

m /+

D

ạy

XIN CẢM ƠN

Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú # Google.com/+DạyKèmQuyNhơn

63