Hiệu ứng bề mặt - cấu trúc nanô

Bám dính (con thạch thùng) Không dính ướt (hiệu ứng lá sen) Dính ướt (hiệu ứng lá hoa hồng).HiệuứngbềmặtDo 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:
Hiệu ứng bề mặt - cấu trúc nanôHiệuứngbềmặtở cấutrúcnanô Bám dính (con thạch thùng)Không dính ướt (hiệu ứng lá sen)Dính ướt (hiệu ứng lá hoa hồng) HiệuứngbềmặtDo đóng góp của hiệu ứng bề mặt: các số nguyên tử nằm trên bề mặt sẽchiếm 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 nhỏ 1g CNT có tổng diện tích bề mặt 1.000 m2VD: 1 g TiO2 có các lỗ nanô tổng diện tích bề mặt 200-500 m2 (sân tennis)Bámdính(conthạchthùng)Tại sao thạch thùng có thể bám chặttốt?Hiệu ứng bề mặt - Sợi “lông” nanô Sợi lông sắp xếp như bàn chải đánh răng 4 bàn chân có tất cả 6,5 triệu sợi lông (dài 200 nm, đường kính 10-15 nm) Mỗi sợi lông chính tua ra các sợi lông con HiệuứngbềmặtSợi“lông”nanô • Bám dính do keo ? • Ma xát ? • Móc vào nhau ? • Lực tĩnh điện ? • Lực mao quản ? • Lực hút van der Waals ?• Lực phân tử sinh ra bởi sự phân cực của cácphân tử thành các lưỡng cực điện• Giảm mạnh theo khoảng cách• Chỉ tồn tại ở khoảng cách nanômét• Diện tích tiếp xúc càng nhiều => L ực càng lớn:diện tích 1cm2 thì lực dính trung bình là 30 kg/ cm2• 6,5 triệu sợi lông có tổng diện tích tiếp xúc cókhả năng chịu được 120 kgBàihọcứngdụngtừtựnhiên BàihọcứngdụngtừtựnhiênMặt dính không keoChế tạo rôbốt biết leo tường Mặt dính nhân tạo polyimide Spiderman (người nhện) nặng 40 g bám vào mặt thủy tinh nhờ mặt dính polyimide 0 ,5100 triệu sợi trên một diện tích 1 cm2Sợi dài 200 µm và đường kính 0,2 µm cm2 BàihọcứngdụngtừtựnhiênChống trơn, trượt lốp xeBàihọcứngdụngtừtựnhiên Máy hút bụi siêu nhỏ làm sạch hạt bụi miromét trên các chip vi tính An ninh: Điều tra tội phạmKhôngdínhướt(hiệuứnglásen)vàbề mặtkhôngthíchnướcTạisaobềmặtdínhướt/khôngdínhướt? Khôngdínhướtvàbềmặt“ghét”nước khốiuởkíchthướcmicromét Bềmặtxốp cócấutrúcnanô?Baoxungquanhlàcáckhốiu nhỏhơnkínhthướcnanômétđượcphủbởimộtloạisáp(vật liệu “ghét” nước) HiệuứngbềmặtBềmặtghétnước Bềmặtthíchnước Bềmặtthíchnước Bềmặtghétnước θ góctiếpxúc:θ 90°bềmặt“ghét”nước Nănglượngbềmặt(nănglượngbềmặtlànănglượngdùngđểbẻđôimộtvậtliệu) Thíchnước=>Nănglượngbềmặtlớn(Kimloại,đáquí…) Ghétnước=>Nănglượngbềmặtnhỏ(sáp,tefnol…) Hìnhtháihọcbềmặt Vớibềmặt“ghét”nước:cànglồilõm=>bọtkhôngkhícàngnhiều =>càngtăngtínhghétnước(tăngθ) Vớibềmặtthíchnước:cànglồilõm=>tănglựcValderWaal =>càngtăngtínhthíchnước Khôngdínhướtbềmặttrơnphủsáp bềmặtvớikhốiulớn unhỏnanométbaoquanh θ =104° θ =150° θ =160–180° Cáckhốiulớnvànhỏcótácdụnglàgiảmdiệntíchtiếpxúc (giọtnướcchỉcó3%diệntíchtiếpxúcvớibềmặtlásen) ⇒làmgiảmnănglượngliênkếtbềmặt ⇒tăngtínhkhôngdínhướttrêncácbềmặtghétnước KhôngdínhướtTạisaomuỗiđứngđượctrênnước Cấutạocủachânmuỗi• Lớpbiểubìtiếtramộtloạisápcógóctiếpxúccủanướctrênbiểubìlà105°• Nhờnhữngsợilôngconvới đườngkínhvàimicrométcócácrãnhnhỏvàitrăm nanomét=>góctiếpxúctăngđến168°Bàihọcứngdụngtừtựnhiên Kính không dính ướt Bàihọcứngdụngtừtựnhiên Kính thường Kính tự làm sạch TiO2Giọtnướctrượt Giọtnướclăncuốn theobụibẩn KínhsinhtháitựlàmsạchPhủ lớp mỏng nanôTiO2 (~15 nm) lên kínhcó tác dụng:-Hấp thụ bức xạ tửngoại của mặt trời tạora hiệu ứng xúc tácquang hóa, phân hủychất bẩn trên kính- Lớp xốp nanô chốngướt và khi nước rơixuống bề mặt kinh,các giọt nước hútnhau, hình thành nênmột màn nước sẽ rửatrôi chất bẩnSơn tự làm sạch(sơn nanô), vải tựlàm sạch… Bàihọcứngdụngtừtựnhiên Sànnhà,gỗ,… Bìnhxịtphủlớptựlàmsạch VảitựsạchCácsảnphẩmtựlàmsạ ...