Đề tài : Hiệu ứng bề mặt ở cấu trúc na nô

Do đóng góp của hiệu ứng bề mặt: các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Tỉ phần bề mặt/thể tích: S/V ~ 1/r lớn Năng lượng bề mặt chiếm ưu thế do liên kết bên trong lõi nhỏVD: 1g CNT có tổng diện tích bề mặt 1.000 m21 g TiO2 có các lỗ nanô tổng diện tích bề mặt 200-500 m2 (sân tennis)
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đề tài : Hiệu ứng bề mặt ở cấu trúc na nôNHÓM 2: Chủ đề Vớicácthànhviên: PhạmVănThanh• PhạmvănCường• NguyễnvănCường• NguyễnxuânThái• NguyễnvănThực• NguyễnhữuKiên• LươngđìnhBang• BùivănPhong• TrươngvănDũng• HoànghoaThám•Hiệu ứng bề mặt ở cấu trúc nano Bám dính(con thạch thùng) Không dính ướt (hiệu ứng lá sen) Dính ướt (hiệu ứng lá hoa hồng)Hiệu ứng bề mặt ở cấu trúc nanoDo đóng góp của hiệu ứng bề mặt: các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ đáng kể so với tổng số nguyên tử Tỉ phần bề mặt/thể tích: S/V ~ 1/r lớn Năng lượng bề mặt chiếm ưu thế do liên kết bên trong lõi nhỏVD: 1g CNT có tổng diện tích bề mặt 1.000 m2 1 g TiO2 có các lỗ nanô tổng diện tích bề mặt 200-500 m2 (sân tennis)Tại sao thạch thùng lại làm được như thế ???Lật bàn chân của con thằn lằn ta thấy những lá mỏng vắt ngang (Hình 1B). D ướikính hiển vi điện tử, khi phóng đại vài trăm nghìn lần, ng ười ta không tìm th ấychất keo gì đặc biệt cả. Nhưng người ta thấy những lá mỏng của bàn chânthạch thùng có một cấu trúc rất đặc biệt giống như bàn chải đánh răng vớinhững cụm lông được sắp xếp với một thứ tự ngang dọc rất chính xác. Ở mộtđộ phóng đại to hơn, người ta thấy ở đầu mỗi sợi lông tua ra những sợi lông concó hình dạng như cây chổi quét nhà (Hình 1D). Bốn bàn chân có tất cả 6,5 tri ệulông con. Chiều dài của sợi lông con này là 200 nm và đường kính là 10 - 15 nm(nhỏ hơn sợi tóc 7000 lần). Đây là một cấu trúc nano thật hoàn hảo của thiênnhiên được tạo thành từ một loại protein gọi là keratin. Keratin cũng là thànhphần chính trong vảy rắn, mu rùa, mỏ chim. Hình 1: (A) Con thạch thùng th thùng Tokay; (B) những lá mỏng vắt ngang bàn chân nhìn từ dưới lên; (C) lá mỏng là những cụm lông có thứ tự hình bàn chải đánh răng; (D) sợi lông chính tua ra những sợi lông con có hình dạng như cây chổi quét nhà; (E) những sợi lông con và (F) cấu trúc sợi nano nhân tạo [1]. Mặc dù cấu tạo bàn chân của các loại thạch thùng được biết rất rõ trong sinhhọc và động vật học, nhưng cơ chế bám dính vẫn còn khó nắm bắt. Gần 200năm qua, đã có 7 cơ chế được đề nghị: • Bám dính do keo ? • Sức hút (suction) ? • Ma xát ? • Cài vào nhau (interlocking) ? • Lực tĩnh điện ? • Lực mao quản ? • Lực hút van der Waals ?Lực van der waals là gì??• Lực hút van der Waals là một lực liên phân tử (intermolecular force). Trong các phân tử, điện tử thường không phân tán đồng đều gây ra sự phân cực điện. Trong tập hợp nhiều phân tử, đầu dương của phân tử này sẽ hút đầu âm của phân tử kế cận. Đó là lực van der Waals. Nó chi phối cấu trúc tinh thể, độ nóng chảy, độ bay hơi và sự ngưng tụ của nhiều hợp chất hoá học. Trong cuộc sống hằng ngày, ta ít thấy những thí dụ thể hiện lực hút van der Waals vì lực rất yếu. Tuy nhiên, nếu ta ép hai mảnh thủy tinh có mặt rất phẳng vào nhau, ta cần một sức để cạy rời hai mảnh thủy tinh. Sự hút vào nhau của hai mảnh thủy tinh là biểu hiện của lực van der Waals. Nếu hai mảnh thủy tinh thật phẳng thì mặt tiếp xúc càng to, lực càng mạnh hơn. Nhưng trên thực tế chúng ta không có một mặt phẳng nào cực phẳng ở một mức độ lý tưởng. Theo lý thuyết, lực van der Waals tỷ lệ nghịch với khoảng cách theo lũy thừa 7. Đây là lực có tầm cực ngắn (short range). Nói một cách dễ hiểu hơn, sự gia giảm của lực hút cực kỳ nhạy với khoảng cách, nếu ta đặt hai mặt phẳng xa gấp đôi thì lực giảm đi 128 lần (= 2^7). Sự lồi lõm ở một vài micromét (100 lần nhỏ hơn sợi tóc) tạo ra kẽ hở giữa hai mặt phẳng cũng đủ làm triệt tiêu lực van der Waals. Đó là lý do tại sao ta không nhìn thấy lực van der Waals trong sinh hoạt hằng ngày.• Tạo ra một mặt siêu phẳng là một việc bất khả thi. Nhưng nếu bề mặt được cải biến thành một bề mặt có cấu trúc sợi nano, diện tích tiếp xúc sẽ gia tăng hàng triệu hàng tỷ lần. Lực hút van der Waals cũng tăng theo diện tích tiếp xúc đưa ra khái niệm mới về sự bám dính: sự bám dính khô (dry adhesion). Ta hãy nhìn lại bàn chân thạch thùng. cho thấy những sợi lông con với đường kính ở thứ nguyên nano (10 - 15 nm) bám sát vào bề mặt cực kỳ hiệu quả. Kích thước 10 - 15 nm là chiều dày của 10 đến 15 phân tử. Cái bám sát cực kỳ hiệu quả hàm ý một hiện t ượng chỉ xảy ra ở thế giới phân tử. Nhưng sát đến bao nhiêu thì mới thấy sự hiệu quả? Người ta biết lực hút van der Waals chỉ xuất hiện giữa hai vật thể khi được đặt sát ở khoảng cách nanomét. Trong trường hợp bàn chân thạch thùng, để tạo một lực bám hữu hiệu khoảng cách giữa các sợi lông con và mặt nền nhiều nhất là 2 nm, tương đương với kích thước của 2 phân tử. Trên 2 nm, lực van der Waals biến mất. Lực var der waals :bao gồm 3 loại lực• 1. Lực định hướng là lực tương tác lưỡng cực với lưỡng cực .khi các phân tử đến gần nhau, do lực tương tác tĩnh điện giữa các lưỡng cực vĩnh cửa của các phân tử gây nên. Lực này tỉ lệ nghịch với nhiệt độ và tỉ lệ thuận với moomen lưỡng cực. Khi nhiệt độ tăng thì hoạt đọng của các phân tư tăng lên -> cản trở ...