Luận văn:Nghiên cứu phương pháp ăn mòn laser để chế tạo các hạt nano kim loại

Công nghê vật liệu nano ngày nay đã khẳng định những ứng dụng rộng lớn của nó trong rất nhiều lĩnh vực. Trong các cấu trúc nano, cấu trúc hạt nano kim loại thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên thế giới do tính chất ưu việt của nó mà khi ở dạng khối kim loại không thể có. Các đặc tính của hạt nano kim loại có thể cho ra những sản phẩm đa năng hoàn toàn mới lạ ứng dụng trong y, dược, bảo vệ môi trường, công nghệ điện tử... [1]....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Luận văn:Nghiên cứu phương pháp ăn mòn laser để chế tạo các hạt nano kim loạiBÁO CÁO TỐT NGHIỆPNghiên cứu phương pháp ăn mòn laser để chế tạo các hạt nano kim loại MỞ ĐẦU 1Công nghê vật liệu nano ngày nay đã khẳng định những ứng dụng rộng lớn của nótrong rất nhiều lĩnh vực. Trong các cấu trúc nano, cấu trúc hạt nano kim loại thu hútrất nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trên th ế giới do tính chất ưu việt của nóm à khi ở dạng khối kim loại không thể có. Các đ ặc tính của hạt nano kim loại có th ểcho ra những sản phẩm đa năng hoàn toàn mới lạ ứng dụng trong y, dược, bảo vệmôi trư ờng, công nghệ điện tử... [1]. Các hạt nano đ ã được nghiên cứu chế tạo b ằng nhiều phương pháp khácnhau. Những phương pháp này được phân nhóm theo kích th ước của vật liệu banđ ầu (gồm 2 nhóm: các phương pháp từ trên xuống và các phương pháp từ dưới lên)hoặc theo trạng thái của vật liệu chế tạo (gồm 4 nhóm: các phương pháp đối với vậtliệu ở trạng thái rắn, trạng thái hơi, các phương pháp tổng hợp hóa học/đối với cácchất ở trạng thái dung dịch và các phương pháp với tổng hợp ở pha khí ). Mỗiphương pháp đ ều có những ưu điểm riêng, tu ỳ theo mục đích chế tạo m à có sự chọnlựa phương pháp phù hợp [2]. Trong số các phương pháp chế tạo, phương pháp ăn mòn laser đang giànhđược sự quan tâm và đầu tư lớn ở nhiều nước trên th ế giới . Đây là m ột trong nhữngphương pháp đơn giản song mang lại hiệu quả, có thể chế tạo được các hạt có kíchthước vài nano với độ tinh khiết cao . Ở Việt Nam, đ ây vẫn còn là m ột phương pháphoàn toàn mới. Dựa trên các tài liệu tham kh ảo , đánh giá kh ả n ăng thực hiện n ghiêncứu, cũng nh ư xu hướng ph áp triển nghiên cứu chúng tôi quyết định thực hiện đềtài: ‘‘Nghiên cứu phương pháp ăn mòn laser để chế tạo các hạt nano kim loại ’’.Mục đích của đề tài: Nghiên cứu cơ sở lý thuyết và th ực nghiệm của phương pháp chế tạo hạtn ano kim loại quý bằng ăn mòn laser. Thiết kế, xây dựng một hệ thiết bị chế tạo hạtn ano kim loại quý trên cơ sở sử dụng laser Nd:YAG tại phòng thí nghiệm. Khảo sátảnh hưởng của thông lượng laser, th ời gian ăn mòn laser và nồng độ dung d ịch chất 2hoạt hoá bề mặt lên kích thước trung bình của hạt nano kim loại. Từ đó xác lập mộtquy trình chế tạo hạt nano kim loại. Đồng thời có sự so sánh phương pháp ăn mònlaser với các phương pháp khác. Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn bao gồm ba chương: Chương 1 : Tổng quan về phương pháp ăn mòn laser Chương 2 : Thực nghiệm chế tạo và các phương pháp nghiên cứu Chương 3 : Kết quả nghiên cứu và thảo luận 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP ĂN MÒN LASER1 .1. K hái niệm phương pháp ăn mòn laser Phương pháp ăn mòn laser là một quá trình lo ại bỏ các vật liệu từ một vậtliệu rắn (hoặc đôi khi ở dạng lỏng) khi chiếu lên bề mặt của nó một tia laser. Mộtđ iểm đặc biệt của ánh sáng laser là nó có th ể tập trung năng lượng với cư ờng độ rấtcao trên một vùng giới hạn của vật liệu. Khi ánh sáng laser chiếu tới vật liệu, docường độ laser lớn sẽ gây bùng nổ và dẫn đến sự phát tán hỗn hợp của nguyên tử,các phân tử và ion (plasma) hoặc các đ ám hơi vật chất từ bề mặt của vật liệu. Đám hơi vật chất Xung LASER Miếng kim loại Hình 1.1: Nguyên lý ăn mòn laser Một xung laser năng lượng cao tập trung chiếu vào vật liệu. Khi dòng nănglượng của laser vượt giá trị ngưỡng ăn mòn của vật liệu, các liên kết hóa học của nób ị phá vỡ và vật liệu bị “vỡ” thành các mảnh nhỏ, thường các m ảnh này là h ỗn hợpcủa nguyên tử, các phân tử và ion. Hỗn hợp các mảnh nhỏ ở trạng thái rắn, khí vàp lasma thoát khỏi vùng tương tác, quá trình ăn mòn tương tự với sự bay hơi nhanhchóng của lớp bề mặt vật liệu. Khi xung lượng laser thấp, mẫu bị nung nóng bởi hấp thụ năng lượng laservà bốc bay hoặc thăng hoa. Khi xung lượng laser cao, mẫu thường được chuyển đổisang d ạng plasma. Thông thường, phương pháp ăn mòn laser thường dùng laser xung, nhưngvới một số vật liệu có thể dùng laser liên tục nếu laser có cường độ đủ lớn. 41.2. Cơ chế phương pháp ăn mòn laserCó hai quá trình chi phối gây ra quá trình ăn mòn [7]: - Quá trình ăn mòn nhiệt: Đó là quá trình đốt nóng vật liệu do sự hấp thụphoton. - Quá trình ăn mòn quang hoá: Đó là quá trình h ấp thụ photon để phá vỡ liênkết hoá học trong phân tử. Đối với laser hoạt động ở vùng hồng ngoại hoặc khả kiến, quá trình quangnhiệt chiếm ưu th ế hơn.Với bức xạ laser vùng tử ngoại xa, khi năng lượng photonlớn hơn năng lượng liên kết hóa học trong phân tử thì quá trình quang hoá chiếm ưuth ế h ơn. Hai quá trình này đ ều là nguyên nhân gây ra quá trình ăn mòn. Trên thực tếh ai quá trình này không tách riêng rẽ m à có mối liên h ệ chặt chẽ với nhau. 1 .2.1 Ăn mòn nhiệt Quá trình ăn mòn nhiệt là quá trình xung laser được hấp thụ trong một thểtích của mẫu rắn, quá trình nung nóng sau đó xảy ra theo thời gian, dẫn đến phầnm ẫu được định xứ nóng chảy, sôi, và cuối cùng là hóa hơi. Nhiệt lượng ăn mòn làkhông cố định vì liên quan đến các quy trình biến đổi hiệu suất và tỷ lệ theo cácb iến đổi của vùng dẫn nhiệt, điểm nóng chảy, điểm sôi, và nhiệt độ hóa hơi cho cáclo ại mẫu khác nhau, và th ậm chí liên quan tới các thành phần và hợp chất khác nhautrong cùng một mẫu. Một phần nóng chảy và một phần hóa hơi tạo th ành các hốh iệu ứng, trong đó sẽ có sự ngưng tụ đáng kể các hạt trong các khí vận chuyển lạnhđược thổi qua bề mặt. Nên kích thước các hạt là khá đa dạng [8]. 1 .2.2 Ăn mòn quang hóa Ăn m òn quang hóa là quá trình có tính ưu tiên vì trên lý thuyết độc lập nóvới tính chất nhiệt, chẳng h ...