Tải bản đầy đủ

Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat ở những nồng độ khác nhau bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng và lá chè

Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
KHOA HOÁ

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: HỒ THỊ TRÂM
Lớp: 12SHH
1. Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat ở
những nồng độ khác nhau bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá bàng và lá chè
2. Nguyên liệu, dụng cụ và thiết bị: Lá bàng, là chè, dung dịch bạc nitrat, cốc thuỷ
tinh, bình định mức, bếp đun bình cầu, bình cầu 500ml, pipet…
3. Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu quá trình điều chế nano bạc từ dung dịch AgNO3 và dịch chiết lá
bàng và dịch chiết lá chè.

- Ứng dụng nano bạc để bảo quản vỏ tôm
4. Giáo viên hƣớng dẫn: PGS. TS. Lê Tự Hải
5. Ngày giao đề tài: Tháng 10 năm 2015
6. Ngày hoàn thành: Tháng 4 năm 2016
Chủ nhiệm Khoa
Giáo viên hƣớng dẫn

PGS. TS. Lê Tự Hải
PGS. TS. Lê Tự Hải
Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 29 tháng 4 năm 2016
Kết quả điểm đánh giá: ............
Ngày 28 tháng 04 năm 2016
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 1


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình hoàn thành khoá luận tốt nghiệp, tôi đã nhận
đƣợc sự giúp đỡ, hỗ trợ và tạo điều kiện tìm tài liệu, hoá chất, dụng
cụ của rất nhiều thầy cô và anh chị. Tôi xin chân thành cảm ơn các
thầy cô trong khoa Hoá, đặc biệt là sự hƣớng dẫn tận tình của PGS.
TS. Lê Tự Hải, cô Võ Thị Kiều Oanh, thầy Nguyễn Đình Chƣơng
cùng các thầy cô trong khoa Hóa đã giúp đỡ tôi hoàn thành tốt khoá
luận tốt nghiệp này.
Đà Nẵng, ngày …… tháng …. Năm 2016
Sinh viên thực hiện

Hồ Thị Trâm

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 2



Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 3
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................. 3
4. Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 3
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .................................................... 4
6. Cấu trúc của luận văn .................................................................................. 4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................. 5
1.1. Giới thiệu về công nghệ nano .................................................................... 5
1.1.1. Nguồn gốc của công nghệ nano [23]....................................................... 5
1.1.2. Khái niệm công nghệ nano [20] .............................................................. 5
1.1.2.1. Khái niệm vật liệu nano ....................................................................... 6
1.1.2.2. Phân loại vật liệu nano ......................................................................... 6
1.1.3. Cơ sở khoa học của công nghệ nano ....................................................... 7
1.1.4. Ý nghĩa khoa học công nghệ nano và khoa học nano ............................. 9
1.1.5. Các phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano .................................................. 10
1.1.5.1. Phƣơng pháp đi từ trên xuống ( Top – down) ...................................... 10
1.1.5.2. Phƣơng pháp đi từ dƣới lên (bottom – up) .......................................... 11
1.1.6. Ứng dụng của công nghệ nano trong đời sống ....................................... 13
1.2. Nano bạc ..................................................................................................... 14
1.2.1. Giới thiệu sơ lƣợc về bạc kim loại [19] .................................................. 15
1.2.2. Đặc tính kháng khuẩn của bạc ................................................................ 16
1.2.3. Khả năng diệt khuẩn của nano bạc .......................................................... 16

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 3


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

1.2.3.1. Vi khuẩn ............................................................................................... 16
1.2.3.2. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc ........................................................... 16
1.2.3. Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc .......................................................... 17
1.2.4. Ảnh hƣởng của nano bạc đến sức khoẻ con ngƣời ................................. 18
1.2.5. Các phƣơng pháp điều chế nano bạc ....................................................... 18
1.2.5.1. Phƣơng pháp ăn mòn laze [7] .............................................................. 18
1.2.5.2. Phƣơng pháp sinh học .......................................................................... 18
1.2.5.3. Phƣơng pháp vật lý............................................................................... 19
1.2.5.4. Phƣơng pháp hoá lý .............................................................................. 19
1.2.5.5. Phƣơng pháp khử hoá học .................................................................... 20
1.3. Ứng dụng của nano bạc .............................................................................. 20
1.3.1. Ứng dụng của nano bạc trong y học........................................................ 20
1.3.2. Ứng dụng công nghệ Nano bạc trong xử lý nước]............................... 21
1.3.3. Ứng dụng của nano bạc vào công nghệ may mặc ................................... 22
1.3.4. Ứng dụng trong nông nghiệp ................................................................ 22
1.3.5. Ứng dụng của nano bạc trong sản xuất hàng tiêu dùng ......................... 23
1.3.6. Ứng dụng của nano bạc vật dụng, trang thiết bị, trong công nghiệp ...... 23
1.4. Giới thiệu về cây bàng [21] ...................................................................... 24
1.4.1. Đặc điểm chung của cây bàng ................................................................. 24
1.4.2. Phân bố và sinh thái học ......................................................................... 26
1.4.3. Thành phần hoá học ................................................................................ 26
1.4.4. Công dụng .............................................................................................. 26
1.5. Cây chè [22]............................................................................................... 28
1.5.1. Đặc điểm chung của cây chè ................................................................... 28
1.5.2. Phân bố .................................................................................................... 29
1.5.3. Thành phần hóa học ............................................................................... 29
1.5.4. Công dụng của lá chè [27] ..................................................................... 29

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 4


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

CHƢƠNG II: THỰC NGHIỆM........................................................................ 31
2.1. Hóa chất và dụng cụ ................................................................................... 31
2.1.1. Hoá chất................................................................................................... 31
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị .................................................................................. 31
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................................... 31
2.2.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình điều chế nano bạc ........... 31
2.2.1.2. Khảo sát tỉ lệ dịch chiết đến quá trình tạo nano bạc ............................ 31
2.2.1.3. Khảo sát ảnh hƣởng của pH đến quá trình tạo nano bạc ...................... 33
2.2.2. Phân tích hạt nano bạc ............................................................................. 33
2.2.3. Ứng dụng diệt khuẩn của nano bạc ....................................................... 34
2.2.3.1. Thử nghiệm khả năng diệt khuẩn trên vỏ tôm .................................... 34
CHƢƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 35
3.1. Khảo sát tỉ lệ dịch chiết lá bàng và lá chè đến quá trình tạo nano bạc ...... 35
3.1.1. Đối với dịch chiết lá bàng ....................................................................... 35
3.1.1.1. Đối với dung dịch AgNO3 100 ppm..................................................... 35
3.1.1.2. Đối với nồng độ AgNO3 200 ppm ....................................................... 35
3.1.1.3. Đối với dung dịch AgNO3 500 ppm..................................................... 36
3.1.2. Đối với dịch chiết lá chè. ........................................................................ 37
3.1.2.1 Đối với dung dịch AgNO3 100 ppm...................................................... 37
3.1.2.2. Đối với nồng độ AgNO3 200 ppm và 500 ppm ................................... 38
3.2. Khảo sát ảnh hƣởng của môi trƣờng pH đến quá trình tạo nano bạc đƣợc
khảo sát ở các nồng độ khác nhau ..................................................................... 40
3.2.1. Đối với dịch chiết lá bàng. ..................................................................... 40
3.2.1.1. Đối với dung dịch AgNO3 100ppm...................................................... 40
3.2.1.2. Đối với dung dịch AgNO3 200 ppm..................................................... 41
3.2.1.3. Đối với dung dịch AgNO3 500 ppm..................................................... 42
3.2.2. Đối với dịch chiết lá chè ....................................................................... 43
SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 5


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

3.2.2.1. Đối với dung dịch AgNO3 100 ppm.................................................... 43
3.2.2.2. Đối với dung dịch AgNO3 200ppm..................................................... 43
3.2.2.3. Đối với dung dịch AgNO3 500ppm..................................................... 44
3.3. Kết quả chụp TEM ..................................................................................... 45
3.4. Thử khả năng kháng khuẩn của nano bạc .................................................. 48
3.4.1. Thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của nano bạc trên vỏ tôm .................. 48
3.4.1.1. Đối với dịch chiết lá bàng ................................................................... 48
3.4.1.2. Đối với dịch chiết lá chè ...................................................................... 49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................... 51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 52

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 6


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Khoa học, công nghệ nano là một lĩnh vực khoa học và công nghệ mới và đang
phát triển rất nhanh chóng hiện nay. Vật liệu đƣợc chế tạo bằng công nghệ này thể
hiện nhiều tính chất mới lạ do hiệu ứng kích thƣớc. Khoa học và công nghệ nano trên
cơ sở kết hợp đa ngành đã tạo nên cuộc cách mạng về khoa học kỹ thuật. Hiện nay,
nhiều quốc gia trên thế giới xem công nghệ nano là mục tiêu mũi nhọn để đầu tƣ phát
triển. Ƣớc tính tổng đầu tƣ cho lĩnh vực công nghệ nano trên toàn thế giới xấp xỉ 3 tỷ
đôla và đã có hàng trăm sản phẩm của công nghệ nano đƣợc thƣơng mại, ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực nhƣ điện tử, hóa học, y sinh, môi trƣờng…..
Trong công nghệ nano thì hạt nano là một vật liệu quan trọng. Một trong những
hạt nano đƣợc sử dụng sớm và rộng rãi nhất là hạt nano bạc. Ở kích thƣớc nano bạc
thể hiện những tính chất vật lý, hóa học, sinh học khác biệt và vô cùng quý giá, đặc
biệt là tính kháng khuẩn. Bạc đƣợc con ngƣời phát hiện ra từ thời nguyên thuỷ xa xƣa
và đƣợc ngƣời xƣa sử dụng rất phổ biến. Ngoài việc sử dụng bạc nhƣ một món đồ
trang sức và tiền tệ, ngƣời xƣa cũng đã biết đến công dụng diệt khuẩn của bạc và đã
sử dụng nó để tạo ra các vật dụng bảo vệ sức khoẻ hằng ngày nhƣ bát, đĩa, cốc uống
rƣợu… để phòng ngộ độc hay thậm chí dùng kim bằng bạc để thử thức ăn có độc hay
không. Trong chiến tranh thế giới thứ nhất, ngƣời ta thậm chí còn sử dụng các sản
phẩm từ bạc để điều trị nhiễm trùng trƣớc khi thuốc kháng sinh ra đời. Kinh nghiệm
dân gian Việt Nam thì cho rằng bạc có tính năng kị gió. Chính vì thế những đồ trang
sức bằng bạc đƣợc sử dụng nhiều để tránh gió độc… đồng tiền bạc dùng để cạo gió
chữa cho ngƣời bị ốm, cảm. Những việc làm đó tuy mang bản chất kinh nghiệm
nhƣng bao hàm trong nó là ý nghĩa khoa học sâu sắc. Tuy nhiên, tác dụng bảo vệ của
bạc chỉ đƣợc tận dụng đến mức cao nhất khi công nghệ nano ra đời. Các phân tử bạc
siêu nhỏ có tính diệt khuẩn mạnh mẽ phóng thích trên một đơn vị diện tích là có giới
hạn, do ảnh hƣởng của lực liên kết phân tử trên bề mặt đồ dùng tạo thành rào cản cho
sự phóng thích này. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ở kích thƣớc nano (từ 1 đến 100
nm), hoạt tính sát khuẩn của bạc tăng lên khoảng 50000 lần so với bạc dạng khối,
nhƣ vậy 1 gam bạc nano có thể sát khuẩn cho hàng trăm mét vuông chất nền. Mặt

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 7


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

khác khi bạc có kích cỡ phân tử chỉ từ 3- 5 nano mét, với kích cỡ ở mức vi mô này thì
Nano bạc có khả năng tiêu diệt những vi khuẩn gây hại theo nguyên tắc bao bọc trực
tiếp tế bào của vi khuẩn và phá vỡ cấu trúc tế bào từ đó vô hiệu hóa sự phát triển của
vi khuẩn. Thực tế thí nghiệm cho thấy: Khi tiếp xúc với nano bạc trong khoảng thời
gian ngắn chƣa đầy 5 phút thì hầu hết các loại vi khuẩn sống (tồn tại trong môi trƣờng
sống bình thƣờng) cũng không còn.
Theo đánh giá của Viện khoa học vật liệu, nano là công nghệ của thế kỷ 21, giúp
bảo vệ và nâng cao chất lƣợng cuộc sống. Nano bạc là ứng dụng hoàn thiện của khoa
học và công nghệ nano đối với bạc giúp tăng cƣờng tính năng diệt khuẩn, sát trùng
tiêu độc và khử trùng. Sỡ dĩ nano bạc hiện nay đang đƣợc nghiên cứu ứng dụng rộng
rãi trong đời sống vì nano bạc ở trạng thái keo nên không bị thất thoát khi chùi rửa
vậy nên khả năng kháng khuẩn sẽ có tác dụng trong suốt quá trình tồn tại của sản
phẩm. Ngoài ra nano bạc không gây tác dụng phụ cho ngƣời sử dụng, và an toàn cho
cả trẻ sơ sinh và trẻ nhỏ (những đối tƣợng có sức đề kháng kém), đặc biệt là không
gây ô nhiễm môi trƣờng khi sử dụng không gây độc cho ngƣời và vật nuôi khi nhiễm
lƣợng nano bạc bằng nồng độ diệt khuẩn (khoảng nồng độ < 100ppm), không gây ô
nhiễm môi trƣờng.
Nhờ những tính năng siêu việt trên, Nano bạc đƣợc xem nhƣ là chất kháng khuẩn
tự nhiên an toàn và hiệu quả. Chính vì vậy, giới khoa học đang đầu tƣ nghiên cứu
tổng hợp nano bạc để phục vụ cho các ứng dụng trong đời sống sản xuất và đặc biệt
đƣợc ứng dụng rộng rãi trong trong y học, nhất là khi hiện tƣợng vi khuẩn kháng
kháng sinh ngày càng phổ biến nhƣ ngày nay.
Cùng với mối quan tâm của thế giới đối với ngành công nghệ nano bạc và tăng
cƣờng sự cần thiết của việc bảo vệ môi trƣờng, trong đề tài này, chúng tôi hƣớng
đến phƣơng pháp tổng hợp hạt nano bạc bằng cách sử dụng các chất chiết xuất từ
thực vật xanh. Quá trình điều chế hạt nano là lành tính, không sử dụng bất kỳ hóa
chất độc hại nào và cũng không gây ô nhiễm môi trƣờng. Tôi quyết định sử dụng
phƣơng pháp hoá học để điều chế nano bạc bằng nguồn nguyên liệu rất phổ biến
trong tự nhiên, từ thực vật, đó chính là lá bàng và lá chè. Cây bàng – tên khoa học là
Terminalia catappa L, thuộc họ Bàng, là một loài cây thân gỗ lớn sinh sống ở vùng
nhiệt đới. Do chứa nhiều hóa chất nên lá và vỏ thân cây bàng còn đƣợc sử dụng trong

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 8


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

nhiều nền y học cổ truyền khác nhau vào một số mục đích. Chẳng hạn, tại Đài Loan
ngƣời ta dùng các lá rụng làm thuốc chữa một số bệnh liên quan tới gan. Tại
Surinama chè đƣợc làm từ lá bàng đƣợc dùng để chữa các bệnh nhƣ lỵ và tiêu chảy.
Ngƣời ta cho rằng lá bàng có chứa các chất ngăn cản ung thƣ (mặc dù không thấy
chúng thể hiện khả năng chống ung thƣ) và các đặc trƣng chống oxi hóa cũng nhƣ
chống phá hủy bộ nhiễm sắc thể.. Ở Việt Nam, cây bàng rất dễ trồng và đƣợc trồng
rất phổ biến trong cả nƣớc với công dụng phổ biến để lấy bóng mát. Bên cạnh cây
bàng, cây Chè có tên khoa học là Camellia sinensis có nhiều vitamin có giá trị dinh
dƣỡng và bảo vệ sức khoẻ, có tác dụng giải khát, bổ dƣỡng và kích thích hệ thần kinh
trung ƣơng, giúp tiêu hoá các chất mỡ, giảm đƣợc bệnh béo phì, chống lão hoá … Do
đó nƣớc chè đã trở thành thứ nƣớc uống của nhân loại. Ngày nay, hầu hết dân cƣ trên
thế giới dùng nƣớc chè làm nƣớc uống hàng ngày. Một số nƣớc uống chè thành tập
quán và tạo ra đƣợc một nền văn hoá nguyên sơ là “văn hoá trà”. Ngoài để uống
ngƣời ta còn dùng nƣớc chè xanh để rửa ráy các vết thƣơng những chỗ lở loét, nhiễm
trùng trên cơ thể. Vì thế chè không những có tên trong danh mục giải khát mà còn có
tên trong từ điển y hoc, dƣợc học. Ngƣời Nhật Bản khẳng định chè cứu ngƣời khỏi bị
nhiễm xạ và gọi đó là thứ nƣớc uống của thời đại nguyên tử. Vì những lý do nhƣ trên
chúng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat
ở những nồng độ khác nhau bằng tác nhân khử dịch chiết nƣớc lá bàng và lá
chè”
2. Mục đích nghiên cứu
- Xây dựng quy trình điều chế hạt nano bạc từ dịch chiết nƣớc lá bàng, nƣớc lá
chè.
- Nghiên cứu ứng dụng diệt khuẩn của nano bạc.
- Đóng góp thêm những thông tin, tƣ liệu khoa học về lá bàng và lá chè và
phƣơng pháp điều chế nano bạc từ dịch chiết lá bàng và lá chè tạo cơ sở khoa học
cho các nghiên cứu sâu hơn về điều chế và ứng dụng của hạt nano bạc.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
- Lá bàng và lá chè thu hái tại thành phố Đà Nẵng.
4. Phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 9


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

- Tìm hiểu thông tin, tƣ liệu về cây bàng và cây chè, bạc, nano bạc và các vấn
đề liên quan đến đề tài.
- Xử lý các thông tin, tƣ liệu để đề ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình
thực nghiệm.
Nghiên cứu thực nghiệm
- Các phƣơng pháp phân tích công cụ: Phƣơng pháp quang phổ hấp thụ phân tử
(UV-Vis)
- Dùng phƣơng pháp đo TEM để xác định kích thƣớc hạt.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học
- Góp thêm tài liệu về qui trình điều chế nano bạc từ nguyên liệu thiên nhiên.
- Khảo sát ứng dụng, thử nghiệm khả năng diệt khuẩn của nano bạc đƣợc điều
chế từ dịch chiết lá bàng, dịch lá chè.
* Ý nghĩa thực tiễn
- Tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có trong tự nhiên để điều chế nano bạc bằng
phƣơng pháp hoá học, không độc hại và thân thiện với môi trƣờng.
- Thử nghiệm khả năng bảo quản vỏ tôm
6. Cấu trúc của luận văn
Luận văn có 62 trang trong đó phần mở đầu 4 trang, kết luận kiến nghị 1 trang, tài
liệu tham khảo có 2 trang. Luận văn có 3 bảng, 33 hình và đồ thị. Nội dung chia
thành 3 chƣơng
Chƣơng 1: Tổng quan: 30 trang
Chƣơng 2: Những nghiên cứu thực nghiệm: 4 trang
Chƣơng 3: Kết quả và thảo luận:16 trang

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 10


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Giới thiệu về công nghệ nano
1.1.1. Nguồn gốc của công nghệ nano [23]
Hạt giống của công nghệ nano bắt nguồn từ bài thuyết trình có tính chất tiên tri
“There’s plenty of room at the bottom” (tạm dịch “Còn nhiều chỗ trống ở cấp vi
mô”) của nhà vật lý nổi tiếng Richard Feynman vào năm 1959. Ông đặt vấn đề làm
sao có thể chứa toàn bộ 24 quyển Bách khoa Từ điển Britannica với tổng cộng
25.000 trang giấy trên đầu cây kim có đƣờng kính 1,5mm mà theo ông thì khả năng
thực hiện điều này là hiện hữu. Mục đích bài nói chuyện của ông không phải chỉ
dừng ở kỹ thuật thu nhỏ (miniaturization) mà còn phác hoạ khả năng hình thành một
nền công nghệ mới, trong đó con ngƣời 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) hay thiết
kế một dụng cụ ngay từ cấu trúc phân tử của nó. Mãi đến năm 1974, thuật ngữ “công
nghệ nano” mới đƣợc giáo sƣ 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 chƣa đƣợc biết đến rộng rãi. Ông định nghĩa nhƣ sau: “Công nghệ
nano chủ yếu bao gồm việc xử lý, tách, hợp nhất và làm biến dạng vật liệu chỉ bằng
một nguyên tử hoặc một phân tử”. Dựa trên tiền đề về công nghệ nano của Richard
Feynman, định nghĩa về công nghệ nano đã đƣợc tiến sĩ K. Eric Drexler khai thác sâu
hơn trong cuốn sách “Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology”
(1986) và cuốn “Nanosystems: Molecular Machinery, Manufacturing, and
Computation”. 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.
1.1.2. Khái niệm công nghệ nano [20]
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 dáng, kích thƣớc trên quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10-9 m). Ranh giới giữa
công nghệ nano và khoa học nano đôi khi không rõ ràng, tuy nhiên chúng đều có
chung đối tƣợng là vật liệu nano. Công nghệ nano bao gồm các vấn đề chính sau đây:
cơ sở khoa học nano, phƣơng pháp quan sát và can thiệp ở qui mô nm, chế tạo vật
liệu nano, ứng dụng vật liệu nano.

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 11


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

1.1.2.1. Khái niệm vật liệu nano
Vật liệu ở thang đo nano, bao gồm các lá nano, sợi và ống nano, hạt nano đƣợc
điều chế bằng nhiều cách khác nhau. Ở cấp độ nano, vật liệu sẽ có những tính năng
đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có đƣợc đó là do sự thu nhỏ kích thƣớc và
việc tăng diện tích mặt ngoài của loại vật liệu này.Vật liệu Nano có thể đƣợc định
nghĩa một cách khái quát là loại vật liệu mà trong cấu trúc của các thành phần cấu tạo
nên nó ít nhất phải có một chiều ở kích thƣớc nanomet.
Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu các hiện tƣợng và sự can thiệp vào
vật liệu tại các quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Tại các quy mô đó tính
chất các vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn.
Vật liệu nano là đối tƣợng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano,
nó liên kết hai lĩnh vực trên với nhau. Kích thƣớc của vật liệu nano trải một khoảng
rộng từ vài nm đến vài trăm nm
1.1.2.2. Phân loại vật liệu nano
Về trạng thái của vật liệu, ngƣời ta phân chia thành ba trạng thái: rắn, lỏng và khí.
Vật liệu nano đƣợc tập trung nghiên cứu hiện nay chủ yếu là vật liệu rắn sau đó mới
đến chất lỏng và khí.
Về hình dáng vật liệu, ngƣời ta phân ra thành các loại sau:
- Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thƣớc nano, không còn chiều
tự do nào cho điện tử), ví dụ: đám nano, hạt nano...
- Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thƣớc nano, điện tử
đƣợc tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ: dây nano, ống nano...
- Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thƣớc nano, hai
chiều tự do, ví dụ: màng mỏng...
Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một
phần của vật liệu có kích thƣớc nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một
chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
Ngoài ra ngƣời ta còn có thể phân loại theo tính chất của vật liệu nano gồm:
- Vật liệu nano kim loại
- Vật liệu nano bán dẫn
- Vật liệu nano từ tính

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 12


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

- Vật liệu nano sinh học
1.1.3. Cơ sở khoa học của công nghệ nano
Công nghệ nano chủ yếu dựa trên ba cơ sở khoa học sau:
- Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lƣợng tử
Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lƣợng tử đƣợc trung
bình hóa với rất nhiều nguyên tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể bỏ qua
các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhƣng các cấu trúc nano có ít nguyên tử hơn thì các tính
chất lƣợng tử thể hiện rõ ràng hơn.Ví dụ một chấm lƣợng tử có thể đƣợc coi nhƣ một
đại nguyên tử, nó có các mức năng lƣợng giống nhƣ một nguyên tử.
- Hiệu ứng bề mặt.
Khi vật liệu có kích thƣớc nhỏ thì tỉ số nguyên tử trên bề mặt và tổng số nguyên
tử của vật liệu gia tăng. Ví dụ xét vật liệu tạo thành từ các hạt nano hình cầu. Nếu
gọi ns là số nguyên tử nằm trên bề mặt, n là tổng số nguyên tử thì mối liên hệ giữa
hai con số trên sẽ là ns = 4n2/3. Tỉ số giữa số nguyên tử trên bề mặt và tổng số
1/3 = 4r /r, trong đó r là bán kính của nguyên tử và
nguyên tử sẽ là f= ns/n = 4/n
0
0
r là bán kính của hạt nano. Nhƣ vậy, nếu kích thƣớc của vật liệu giảm (r giảm) thì tỉ
số f tăng lên. Do nguyên tử trên bề mặt có nhiều tính chất khác biệt so với tính chất
của các nguyên tử ở bên trong lòng vật liệu nên khi kích thƣớc vật liệu giảm đi thì
hiệu ứng có liên quan đến các nguyên tử bề mặt, hay còn gọi là hiệu ứng bề mặt tăng
lên do tỉ số f tăng. Khi kích thƣớc của vật liệu giảm đến nm thì giá trị f này tăng lên
đáng kể. Sự thay đổi về tính chất có liên quan đến hiệu ứng bề mặt không có tính
đột biến theo sự thay đổi về kích thƣớc vì f tỉ lệ nghịch với r theo một hàm liên tục.

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 13


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

Bảng 1.1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu
Đƣờng
kính hạt
nano (nm)

Số
nguyên tử

Tỉ số nguyên

Năng lƣợng

Năng lƣợng

tử trên bề mặt

bề mặt

bề mặt/năng

(%)

(erg/mol)

lƣợng tổng (%)

10

30.000

20

4,08 x 1011

7,6

5

4.000

40

8,16 x 1011

14,3

2

250

80

2,04 x 1012

35,3

1

30

90

9,23 x 1012

82,2

Bảng 1.1 cho biết một số giá trị điển hình của hạt nano hình cầu. Với một hạt
nano có đƣờng kính 5 nm thì số nguyên tử mà hạt đó chứa là 4000 nguyên tử, tỉ số f
là 40 %, năng lƣợng bề mặt là 8,16×1011 và tỉ số năng lƣợng bề mặt trên năng
lƣợngtoàn phần là 82,2 %. Tuy nhiên, các giá trị vật lí giảm đi một nửa khi kích
thƣớc của hạt nano tăng gấp hai lần lên 10 nm. Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề
mặt của vật liệu nano là tƣơng đối dễ dàng [2]
- Kích thƣớc tới hạn
Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích thƣớc.
Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thƣớc này thì tính chất của nó hoàn toàn bị thay đổi,
ngƣời ta gọi đó là kích thƣớc tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là do kích
thƣớc của nó có thể so sánh đƣợc với kích thƣớc tới hạn của các tính chất của vật
liệu. Ví dụ điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thƣớc vĩ mô mà
ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích thƣớc của vật liệu xuống nhỏ hơn quãng đƣờng
tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thƣờng có giá trị từ vài đến vài trăm
nm, thì định luật Ohm không còn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật có kích thƣớc
nano sẽ tuân theo các quy tắc lƣợng tử. Vật liệu nano nằm giữa tính chất lƣợng 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, nhƣng đối với vật liệu nano
thì điều đó không đúng nên các tính chất khác lạ bắt đầu từ nguyên nhân này.
Không phải bất cứ vật liệu nào có kịch thƣớc nano đều có tính chất khác biệt mà nó
phụ thuộc vào tính chất mà nó đƣợc nghiên cứu.

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 14


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

Các tính chất khác nhƣ tính chất điện, tính chất từ, tính chất quang và các tính chất
hóa học khác đều có độ dài tới hạn trong khoảng nm. Chính vì thế mà ngƣời ta gọi
ngành khoa học và công nghệ liên quan là khoa học nano và công nghệ nano.
Ta có bảng độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu nano
Bảng 1.2. Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu [10]
Lĩnh vực

Tính chất điện

Tính chất

Độ dài tới hạn (nm)

Bƣớc sóng điện tử

10-100

Quãng đƣờng tự do trung bình
không đàn hồi

1-100

Hiệu ứng đƣờng ngầm

1-10

Độ dày vách đômen

10-100

Quãng đƣờng tán xạ spin

1-100

Hố lƣợng tử

1-100

Độ dài suy giảm

10-100

Độ sâu bề mặt kim loại

10-100

Độ dài liên kết cặp Cooper

0,1-100

Độ thẩm thấu Meisner

1-100

Tƣơng tác bất định xứ

1-1000

Biên hạt

1-10

Bán kính khởi động đứt vỡ

1-100

Sai hỏng mầm

0,1-10

Độ nhăn bề mặt

1-10

Xúc tác

Hình học topo bề mặt

1-10

Siêu phân tử

Độ dài Kuhn

1-100

Tính chất từ

Tính chất quang

Tính siêu dẫn

Tính chất cơ

1.1.4. Ý nghĩa khoa học công nghệ nano và khoa học nano
Khoa học nano và công nghệ nano có ý nghĩa quan trọng và cực kỳ hâp
dẫn ví những lí do sau đây:
Tƣơng tác của các nguyên tử và các điệu tử trong vật liệu bị ảnh hƣởng bởi
các biến đổi trong phạm vi nano. Do đó khi làm thay đổi cấu hình trong thang
nano của vật liệu ta có thể điều khiển đƣợc tính chất của vật liệu mà không phải
SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 15


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

thay đổi thành phần hóa học của chúng.
Vật liệu nao có diện tích bề mặt ngoài rất lớn nên rất lý tƣởng dùng vào
chức năng xúc tác cho hệ phản ứng hóa học hấp phụ và nhả thuốc chữa bệnh từ
từ trong cơ thể, lƣu trữ năng lƣợng và liệu pháp mỹ phẩm.
Vật liệu có chứa các cấu trúc nano có thể cứng hơn nhƣng lại bền hơn vật
liệu khác. Các hạt nano phân tán trên một nền thích hợp có thể tạo ra vật liệu
compozit siêu cứng.
Tốc độ tƣơng tác và truyền tín hiệu giữa các cấu trúc nano nhanh hơn giữa
các micro rất nhiều và có thể sử dụng các tính chất siêu việt này để chế tạo các
hệ thống nhanh hơn với hiệu quả sử dụng năng lƣơng cao hơn.
Vì các hệ sinh học về cơ bản có tổ chức vật chất ở thang nano nên các bộ
phận nhân tạo dùng trong tế bào có tổ chức cấu trúc nano bắt chƣớc tự nhiên thì
chúng sẽ sinnh hợp. Điều này cực kỳ quan trọng trong việc bảo vệ sức khỏe
1.1.5. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano
Vật liệu nano đƣợc chế tạo bằng hai phƣơng pháp: phƣơng pháp từ trên xuống
(top – down) và phƣơng pháp từ dƣới lên (bottom – up). Phƣơng pháp từ trên
xuống là phƣơng pháp tạo hạt kích thƣớc nano từ các hạt có kích thƣớc lớn hơn;
phƣơng pháp từ dƣới lên là phƣơng pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử.
1.1.5.1. Phương pháp đi từ trên xuống ( Top – down)
Phƣơng pháp đi từ trên xuống là phƣơng pháp dùng kỹ thuật nghiền hoặc biến
dạng để biến các vật liệu đến kích thƣớc nano.
- Phƣơng pháp nghiền
Nguyên lý của phƣơng pháp này là dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật
liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thƣớc nano. Đây là phƣơng pháp
đơn giản, rẻ tiền nhƣng rất hiệu quả, có thể tiến hành ở nhiều loại vật liệu với kích
thƣớc khá lớn đƣợc ứng làm vật liệu kết cấu.
Vật liệu ở dạng bột đƣợc trộn lẫn với những viên bi đƣợc làm từ các vật liệu rất
cứng và đặt trong cối. Máy nghiền có thể là nghiền lắc, nghiền rung, nghiền quay
(còn gọi là nghiền kiểu hành tinh). Các viên bi cứng va chạm vào nhau và phá vỡ bột
đến kích thƣớc nano. Kết quả thu đƣợc là vật liệu nano không chiều.
- Phƣơng pháp biến dạng

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 16


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

Phƣơng pháp biến dạng đƣợc sử dụng với các kỹ thuật đặc nhằm tạo ra sự biến
dạng lớn mà không phá hủy vật liệu. Phƣơng pháp biến dạng có thể là đùn thuỷ lực,
tuốt, cán ép với nhiệt độ có thể đƣợc điều chỉnh tùy thuộc vào từng trƣờng hợp cụ
thể. Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì đƣợc gọi là biến dạng
nóng còn ngƣợc lại thì đƣợc gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu đƣợc gọi là các vật
liệu một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dài nm). Ngoài ra, hiện nay
ngƣời ta thƣờng dùng các phƣơng pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano. Kết
quả thu đƣợc là các hạt nano một chiều hoặc hai chiều.
Nhìn chung phƣơng pháp đi từ trên xuống là phƣơng pháp đơn giản, rẻ tiền
nhƣng hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thƣớc khá lớn (ứng
dụng làm vật liệu kết cấu). Nhƣng nó cũng có nhƣợc điểm là các hạt bị keo tụ lại với
nhau, khó có thể thu đƣợc hạt có kích thƣớc nhỏ, tạo ra vật liệu có tính đồng nhất
không cao và tốn nhiều năng lƣợng, trang thiết bị phức tạp cũng nhƣ dễ bị nhiễm bẩn
từ các dụng cụ chế tạo. Do vậy, phƣơng pháp đi từ trên xuống ít đƣợc dùng để điều
chế vật liệu nano so với phƣơng pháp đi từ dƣới lên.
1.1.5.2. Phương pháp đi từ dưới lên (bottom – up)
Ngƣợc với phƣơng pháp đi từ trên xuống, phƣơng pháp đi từ dƣới lên hình thành
vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Phƣơng pháp này đƣợc phát triển và ứng
dụng rất rộng do tính linh động và chất lƣợng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các
vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay đƣợc chế tạo từ phƣơng pháp này. Phƣơng
pháp từ dƣới lên có thể là phƣơng pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai phƣơng
pháp hóa-lý.
* Phƣơng pháp vật lý
Đây là phƣơng pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha..
- Phƣơng pháp chuyển pha
Vật liệu đƣợc đun nóng rồi làm nguội với tốc độ nhanh để thu đƣợc trạng thái vô
định hình, sau đó tiến hành xử lý nhiệt để xảy ra quá trình chuyển pha từ vô định
hình sang tinh thể (phƣơng pháp làm nguội nhanh).
- Phƣơng pháp bốc bay nhiệt

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 17


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

Vật liệu đƣợc đốt “phƣơng pháp đốt” hoặc dùng tia bức xạ hoặc phóng điện hồ
quang làm cho bay hơi. Sau khi ngƣng tụ hơi ta sẽ thu đƣợc các hạt bột mịn có kích
thƣớc nano.
Phƣơng pháp vật lý thƣờng đƣợc sử dụng để tạo các hạt nano, màng nano, ví dụ: ổ
cúng máy tính.
* Phƣơng pháp hoá học
Phƣơng pháp hoá học là phƣơng pháp chế tạo vật liệu nano từ các ion hoặc nguyên
tử. Đây là phƣơng pháp phổ biến nhất để tổng hợp vật liệu nano.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là có thể tổng hợp đƣợc tất cả các dạng của vật liệu
nano nhƣ dây nano, ống nano, hạt nano, thậm chí là cả các cấu trúc nano phức tạp mô
phỏng sinh học. Hơn nữa, phƣơng pháp này có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc
vào vật liệu cụ thể mà ngƣời ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp.
- Phƣơng pháp khử hoá học
Ở phƣơng pháp khử hoá học, muối của kim loại tƣơng ứng đƣợc khử với sự có
mặt của các tác nhân làm bền để khống chế sự lớn lên của các hạt và ngăn cản sự keo
tụ của chúng.
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là tạo ra các hạt nano có kích thƣớc nhỏ và đồng
nhất cũng nhƣ quy trình thực hiện đơn giản, không đòi hỏi các thiết bị đắt tiền.
Phƣơng pháp này đƣợc sử dụng chủ yếu để tạo ra các hạt nano kim loại.
- Phƣơng pháp sử dụng các hạt nano có sẵn trong tự nhiên
Các chất có sẵn trong tự nhiên nhƣ zoelit, các hạt sét, các phân tử sinh học,… có
rất nhiều các lỗ nhỏ với kích thƣớc nanomét. Các chất này vì thế có thể làm khuôn
phản ứng tổng hợp vật liệu nano,

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 18


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

1.1.6. Ứng dụng của công nghệ nano trong đời sống
Ta có bảng phân bố ứng dụng của vật liệu nano trên thị trƣờng
Bảng1.3. Số loại sản phẩm vật liệu nano và tỉ lệ sử dụng trên thị trường [14]

Loại sản phẩm

Số
lƣợng

Thị trƣờng

%

Hạt nano

160

Y/dƣợc

30

Ống nano

55

Hóa chất và vật liệu cao

29

cấp
Vật liệu xốp nano

22

CN Thông tin, viễn thông

21

Lồng nano

21

Năng lƣợng

10

Châm lƣợng tử

19

Tự động hóa

5

Vật liệu cấu trúc nano

16

Hàng không vũ trụ

2

Sợi nano

9

Dệt

2

Hạt chứa hạt nano

8

Nông nghiệp

1

(capsule)
Dây nano

6

Trong ngành công nghiệp điện tử hiện nay, những bộ vi xử lý đƣợc làm từ vật
liệu nano khá phổ biến trên thị trƣờng, một số sản phẩm nhƣ chuột, bàn phím cũng
đƣợc phủ một lớp nano kháng khuẩn. Pin nano trong tƣơng lai sẽ có cấu tạo theo kiểu
ống nanowhiskers. Cấu trúc ống này sẽ khiến các cực của pin có diện tích bề mặt lớn
hơn rất nhiều lần, giúp nó lƣu trữ đƣợc nhiều điện năng hơn. Trong khi kích thƣớc
của viên pin sẽ ngày càng đƣợc thu hẹp lại.
Công nghệ nano cũng đƣợc ứng dụng rất rộng rãi trong lĩnh xây dựng (sơn
nano), trong chế biến thực phẩm (đóng gói bao bì thực phẩm)… Trong y học, nghiên
cứu đã cho kết quả rất khả quan khi sử dụng các hạt nano vàng để chống lại nhiều
loại ung thƣ. Các hạt nano này sẽ đƣợc đƣa đến các khối u bên trong cơ thể, sau đó
chúng đƣợc tăng nhiệt độ bằng tia laser hồng ngoại chiếu từ bên ngoài để có thể tiêu
diệt các khối u. Công nghệ nano trong tƣơng lai không xa sẽ giúp con ngƣời chống
lại căn bênh ung thƣ quái ác. Nghiên cứu đã cho kết quả lạc quan khi sử dụng các
SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 19


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

hạt nano vàng để chống lại nhiều loại ung thƣ. Các nhà khoa học còn nghiên cứu một
dự án nanorobot vô cùng đặc biệt. Với những chú robot có kích thƣớc siêu nhỏ, có
thể đi vào bên trong cơ thể con ngƣời để đƣa thuốc điều trị đến những bộ phận cần
thiết. Việc cung cấp thuốc một cách trực tiếp nhƣ vậy sẽ làm tăng khả năng cũng nhƣ
hiệu quả điều trị.
Ở lĩnh vực may mặc, các hạt nano bạc có khả năng diệt vi khuẩn gây mùi hôi
khó chịu trong quần áo. Ứng dụng hữu ích này đã đƣợc áp dụng trên một số mẫu
quần áo thể thao. Ngoài ra, các nhà khoa học tìm cách đƣa công nghệ nano vào việc
giải quyết các vấn đề mang tính toàn cầu nhƣ thực trạng ô nhiễm môi trƣờng ngày
càng gia tăng. Việc cải tiến các thiết bị quân sự bằng các trang thiết bị, vũ khí nano
rất tối tân mà sức công phá khiến ta không thể hình dung nổi.
1.2. Nano bạc
1.2.1. Giới thiệu sơ lược về bạc kim loại [19]
Bạc là một trong những kim loại đƣợc con ngƣời phát hiện ra từ rất sớm
(khoảng 5500 đến 6000 năm về trƣớc) chỉ sau vàng và đồng. Tuy nhiên lúc bấy
giờ bạc đƣợc xem là một kim loại rất hiếm do khai thác rất ít.
Ký hiệu của bạc là Ag có nguồn gốc từ chữ Argentum trong tiếng la tinh, bạc
đƣợc biết đến từ thời tiền sử, nó đƣợc nhắc tới trong cuốn Chúa sáng tạo ra thế giới,
các đống xỉ bạc đã đƣợc tìm thấy ở Tiểu Á và trên các đảo thuộc biển Aegean chứng
minh rằng bạc đã đƣợc tách khỏi chì từ thiên niên kỷ thứ 4 trƣớc công nguyên.
Bạc nằm ở ô thứ 47 trong bảng hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học, thuộc
phân nhóm IB (kim loại chuyển tiếp), chu kỳ 5, có cấu hình electron lớp ngoài cùng
là 4d105s1. Bạc trong tự nhiên là hỗn hợp của hai đồng vị ổn định Ag107 và Ag109 với
Ag107 là phổ biến nhất (51,839%). Các đồng vị của bạc hầu hết có sự phong phú nhƣ
nhau, là một điều rất hiếm đối với các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Khối lƣợng
nguyên tử của bạc là 107,8682(2) g/mol, có 28 đồng vị phóng xạ đã đƣợc tìm thấy
với đồng vị ổn định nhất là Ag109 với chu kỳ bán rã 41,29 ngày, Ag111 với chu kỳ bán
rã 7,45 ngày, và Ag112 với chu kỳ bán rã 3,13 giờ.
Tính chất vật lý của bạc: Bạc là kim loại mềm, dẻo, dễ uốn (cứng hơn vàng một
chút), có màu trắng bóng ánh kim nếu bề mặt có độ đánh bóng cao.. Bạc nguyên

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 20


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

chất có độ dẫn nhiệt cao nhất trong tất cả các kim loại, độ phản quang cao nhất (mặc
dù nó là chất phản xạ tia cực tím rất kém), và điện trở thấp nhất trong các kim loại
Tính chất hóa học: Kim loại bạc dễ dàng hòa tan trong axit nitric (HNO3) tạo ra
bạc nitrat. Bạc dễ dàng phản ứng với lƣu huỳnh hoặc hydro sulfua H2S tạo ra bạc
sulfua. Trạng thái ôxi hóa ổn định nhất của bạc là +1 (chẳng hạn nhƣ nitrat bạc:
AgNO3); ít gặp hơn là một số hợp chất trong đó nó có số oxi hoá +2 (chẳng hạn
nhƣ florua bạc (II): AgF2 và +3 (chẳng hạn nhƣ tetrafluoroargentat kali: K[AgF4]).
1.2.2. Đặc tính kháng khuẩn của bạc
Bạc và các hợp chất của bạc thể hiện tính độc đối với vi khuẩn, virus, tảo và nấm.
Tuy nhiên, khác với các kim loại nặng khác (chì, thủy ngân…) bạc không thể hiện
tính độc với con ngƣời.
Từ xa xƣa, ngƣời ta đã sử dụng đặc tính này của bạc để phòng bệnh. Ngƣời cổ đại
sử dụng các bình bằng bạc để lƣu trữ nƣớc, rƣợu dấm. Trong thế kỷ 20, ngƣời ta
thƣờng đặt một đồng bạc trong chai sữa để kéo dài độ tƣơi của sữa. Bạc và các hợp
chất của bạc đƣợc sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều trị
các vết bỏng và khử trùng. Sau khi thuốc kháng sinh đƣợc phát minh và đƣa vào ứng
dụng với hiệu quả cao ngƣời ta không còn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của
bạc nữa. Tuy nhiên, từ những năm gần đây, do hiện tƣợng các chủng vi sinh ngày
càng trở nên kháng thuốc, ngƣời ta lại quan tâm trở lại đối với việc ứng dụng khả
năng diệt khuẩn và các ứng dụng khác của bạc, đặc biệt là dƣới dạng hạt có kích
thƣớc nano. Ngày nay, nhiều loại gạc chứa bạc đƣợc thƣơng mại hóa và sử dụng rộng
rãi để điều trị vết thƣơng trong bệnh viện. Tính kháng khuẩn của bạc làm tăng giá trị
của những vật dụng và trang sức làm bằng kim loại này.

Hình 1.1. Những cổ vật (ly, chén, bình đựng rượu) bằng bạc

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 21


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

1.2.3. Khả năng diệt khuẩn của nano bạc
1.2.3.1. Vi khuẩn
Vi khuẩn (tiếng Anh và tiếng La Tinh là bacterium, số nhiều bacteria) đôi khi còn
đƣợc gọi là vi trùng, nó thuộc loại ký sinh trùng. Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơn
bào, có kích thƣớc nhỏ (kích thƣớc hiển vi) và thƣờng có cấu trúc tế bào đơn giản
không có nhân, bộ khung tế bào và các bào quan nhƣ ty thể và lục lạp. Cấu trúc tế
bào của vi khuẩn đƣợc miêu tả chi tiết trong mục sinh vật nhân sơ vì vi khuẩn là sinh
vật nhân sơ khác với các sinh vật có cấu trúc tế bào phức tạp hơn gọi là sinh vật nhân
chuẩn. Vi khuẩn là nhóm hiện diện đông đảo nhất, chúng hiện diện khắp nơi trong
đất, nƣớc và ở dạng cộng sinh với các sinh vật khác.
1.2.3.2. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc
Các hạt nano bạc có kích thƣớc từ 1 – 10nm thể hiện khả năng mạnh đối với vi
khuẩn. Do ở kích thƣớc nhỏ, khả năng tác động và thâm nhập của nano bạc qua lớp
màng vi khuẩn là rất tốt. Đồng thời với kích thƣớc nano, diện tích bề mặt của hạt
nano lớn hơn rất nhiều so với số hạt của nó cho nên khả năng tƣơng tác với vi khuẩn
thông qua việc tiếp xúc bề mặt tăng lên. Nếu kích thƣớc của hạt nano bạc càng nhỏ
thì càng tốt, bởi vì kích thƣớc càng nhỏ thì đặc tính diệt khuẩn của nó là rất lớn. [12]
Nếu kích thƣớc của hạt nano kim loại ở kích thƣớc 5 nm, chúng sẽ có khả năng
gây ra hiệu ứng điện tử tức là biến đổi cấu trúc điện tử của bề mặt. Do đó khả năng
hoạt động bề mặt của hạt nano bạc đƣợc tăng cƣờng manh mẽ. Kích thƣớc hạt nano
giảm thì phần trăm tiếp xúc của các phân tử tƣơng tác tăng lên.
Các hạt nano bạc thƣờng có dạng hình khối, số lƣợng các mặt hình khối cho thấy
khả năng tác dụng của vi khuẩn ở mức độ cao hay thấp; số lƣợng mặt khối càng
nhiều khả năng diệt khuẩn của nano bạc càng cao. Đồng thời trong quá trình sử dụng
nano bạc thƣờng ở trong dung dịch keo phân tán, nơi mà một lƣợng nhỏ ion bạc đã
đƣợc che dấu và góp một phần vào khả năng diệt khuẩn của nano bạc.

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 22


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

Hình 1.2. Cơ chế diệt khuản của bạc bằng cách tương tác với màng protein.
1.2.3. Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc
Tác dụng diệt khuẩn của ion bạc đƣợc thể hiện ở chỗ ion bạc có khả năng biến
đổi cấu trúc tế bào. Các ion bạc sẽ kết hợp lại và tác dụng với nhóm sulfate của
enzym có trong màng tế bào và làm biến đổi hình thái của màng dẫn đến việc cố định
enzym từ đó gây ra tổn thƣơng cho màng tế bào của vi khuẩn giúp ion bạc xâm nhập
vào trong cơ thể của vi khuẩn dễ hơn. Bên trong cơ thể của vi khuẩn các hạt ion bạc
sẽ tiếp tục tác dụng với các với các bộ phận khác của tế bào bằng việc tác dụng với
nhóm sulfate và các vị trí hoạt động của enzym. Chính sự tƣơng tác đó là nguyên
nhân để khử hoạt tính của enzym dẫn đến giết dần vi khuẩn.
Cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý đƣợc mô tả nhƣ sau: Sau
khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ đi vào bên
trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin – SH của phân tử enzym chuyển
hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn.

Hình 1.3. Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn
Ngoài ra các ion bạc còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hòa
điện tích của gốc phosphate gây ra phản ứng đime hóa pyridin do đó ngăn chặn quá
trình sao chép DNA dẫn đến ức chế tế bào vi khuẩn phát triển.

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 23


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

Hình 1.4. Ion bạc liên kết với các base của DNA
1.2.4. Ảnh hưởng của nano bạc đến sức khoẻ con người
Nano bạc đƣợc đƣa vào sử dụng với mục đích kháng khuẩn và ngăn ngừa sự phát
triển của vi khuẩn. Điều đó nói lên mối quan hệ của nano bạc và sức khỏe con ngƣời.
Một nghiên cứu của trƣờng đại học y khoa ODENSE cho thấy rằng nano bạc
không có tác dụng mạnh đối với sức khỏe con ngƣời và cũng không là tác nhân gây
độc. Chính vì vậy, nano bạc không gây ảnh hƣởng đến sức khỏe con ngƣời và đƣợc
xem là vô hại
Thông qua các nghiên cứu ít ỏi chƣa thể đánh giá hết tác động của các hạt nano
bạc đối với sức khỏe con ngƣời. Tuy nhiên, có thể khẳng định rằng nano bạc là tác
nhân góp phần làm trong sạch môi trƣờng, không phải là chất gây độc cho cơ thể con
ngƣời.
1.2.5. Các phương pháp điều chế nano bạc
1.2.5.1. Phương pháp ăn mòn laze [7]
Đây là phƣơng pháp từ trên xuống. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc, đƣợc đặt
trong một dung dịch có chứa một hoạt chất bề mặt. Một chùm laze xung có bƣớc
sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lƣợng mỗi xung là 90 mJ,
đƣờng kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1 – 3 mm. Dƣới tác dụng của chùm laze
xung, các hạt nano có kích thƣớc khoảng 10 nm đƣợc hình thành và đƣợc bao phủ
bởi chất hoạt hoá bề mặt CnH2n+1SO4Na với n = 8, 10, 12, 14 với nồng độ từ 0,001 –
0,1M
1.2.5.2. Phương pháp sinh học
- Phƣơng pháp này sử dụng các tác nhân nhƣ virut, vi khuẩn có khả năng khử ion
bạc thành bạc kim loại [5]. Dƣới tác dụng của vi khuẩn vi rút thì ion bạc sẽ chuyển
thành nguyên tử hạt nano bạc kim loại.

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 24


Khóa luận tốt nghiệp

PGS.TS. Lê Tự Hải

Biolog
ical

Ag

Ag0

Các tác nhân sinh học thƣờng là: các vi khuẩn MYK3 [4], các loại nấm
Verticillium… phƣơng pháp này khá đơn giản và thân thiện với môi trƣờng. Hạt tạo
ra có thể cho kích thƣớc từ 2 – 5 nm.
- Ngoài ra ngƣời ta còn có thể sử dụng các tác nhân khử từ các dịch chiết từ

thực

vật ví dụ nhƣ: lá ổi, chè, giá, nha đam, rau tờn, hồng ngọc, vỏ chanh, cà rốt… Đây là
phƣơng pháp khá dễ thực hiện và thân thiện với môi trƣờng. Trong đề tài này chúng
tôi quyết định chọn dịch chiết nƣớc lá và lá chè làm tác nhân khử để điều chế nano
bạc vì trong lá bàng và lá chè có cách nhóm ankaloic có tính khử và quan trọng hơn
là chính dịch chiết lá bàng và lá chè cũng có tác dụng diệt khuẩn. Vì vậy khi chọn
dịch chiết nƣớc lá bàng và lá chè làm chất khử để điều chế nano bạc thì khả năng diệt
khuẩn của nano bạc cũng tăng lên.
1.2.5.3. Phương pháp vật lý
Đây là phƣơng pháp sử dụng các tác nhân vật lý nhƣ điện tử, sóng điện từ nhƣ tia
UV, gamma khử ion bạc thành nano bạc.
Ag+

hv

Ag0

Dƣới tác dụng của các tác nhân vật lý, sẽ xuất hiện các sự biến đổi của dung môi
và các chất phụ gia trong dung môi sẽ sinh ra các gốc hoá học có tác dụng khử ion
bạc thành bạc kim loại để chúng keo tụ lại tạo thành các hạt nano bạc.
1.2.5.4. Phương pháp hoá lý
Phƣơng pháp này là phƣơng pháp trung gian giữa hoá học và vật lý. Nguyên lý:
dùng phƣơng pháp điện phân kết hợp với siêu âm để tạo hạt nano. Phƣơng pháp điện
phân thông thƣờng chỉ tạo đƣớc các màng mỏng kim loại. Trƣớc khi xảy ra sự hình
thành màng, các nguyên tử kim loại sau khi đƣợc điện hoá sẽ tạo các hạt nano bám
lên cực âm. Lúc này ngƣời ta tác dụng một xung siêu âm đồng bộ với xung điện phân
thì hạt nano kim loại sẽ rời khỏi điện cực và đi vào dung dịch. [3]
Lò vi sóng là một thiết bị gia nhiệt nó cung cấp một lƣợng nhiệt ổn định và gia
nhiết đồng đều. Sử dụng lò vi sóng tiến hành khử ion Ag+ thàng Ag0 theo quy trình
trình polyol để tạo hạt nano bạc. Trong phƣơng pháp này muối bạc và chất khử êm
dịu có tác dụng trợ giúp cho quá trình khử Ag+ thàng Ag0 nhƣ C2H5OH…

SVTT: Hồ Thị Trâm

Trang 25


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×