NHÓM 2: Chủ đề Với các thành viên : Với các thành viên : • Phạm Văn Thanh < Team leader> • Phạm văn Cường • Nguyễn văn Cường • Nguyễn xuân Thái • Nguyễn văn Thực • Nguyễn hữu Kiên • Lương đình Bang • Bùi văn Phong • Trương văn Dũng • Hoàng hoa Thám 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 nano 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 nhỏ VD: 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). Dưới kính hiển vi điện tử, khi phóng đại vài trăm nghìn lần, người ta không tìm thấy chất keo gì đặc biệt cả. Nhưng người ta thấy những lá mỏng của bàn chân thạch thùng có một cấu trúc rất đặc biệt giống như bàn chải đánh răng với những cụm lông được sắp xếp với một thứ tự ngang dọc rất chính xác. Ở một độ phóng đại to hơn, người ta thấy ở đầu mỗi sợi lông tua ra những sợi lông con có hình dạng như cây chổi quét nhà (Hình 1D). Bốn bàn chân có tất cả 6,5 triệu lông 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 thiên nhiên được tạo thành từ một loại protein gọi là keratin. Keratin cũng là thành phần chính trong vảy rắn, mu rùa, mỏ chim. Hình 1: (A) Con thạch thạch thùng 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 sinh học và động vật học, nhưng cơ chế bám dính vẫn còn khó nắm bắt. Gần 200 năm 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?? [...]... Bề mặt thích nước Bề mặt ghét nước Theo lý thuyết của Wenzel (hay Kossen), cấu trúc lồi lõm, xù xì gia tăng tính ghét nước của bề mặt ghét nước Điều này được thấy rõ trên bề mặt lá sen Bề mặt lá sen là một bề mặt cực ghét nước có góc tiếp xúc là 161° Ngoài lá sen, biểu bì của các loài côn trùng cũng có hi ệu ứng ghét nước con muỗi nước làm một ví dụ Hiệu ứng hoa hồng Cấu trúc bề mặt của hoa hồng làm... nhỏ, do đó, khi bề mặt lá đủ nghiêng, giọt nước sẽ bị lăn đi dưới sức nặng của chính nó, cuốn theo các hạt đất cát bẩn Chính vì vậy, lá sen luôn trơn tuột và rất sạch sẽ Bề mặt ghét nước Bề mặt thích nước *bề mặt ghét nước:góc ghét nước >90° tiếp xúc bề mặt nhỏ lại ,do chứa một loại chất hidrophobic • *bề mặt thích nước nước:góc ghét nước < 90° Do sự tương thích giữa bề mặt chất với bề mặt chất lỏng... thùng là 1 kg/cm2 Hiệu ứng không đính ướt (hiệu ứng lá sen) và bề mặt không thích nước Cấu trúc bề mặt lá sen • Vào đầu những năm 1990, nhà thực vật học Wilhelm Barthlott của Đại học Bonn (Đức) đã chỉ ra được cấu trúc khiến cho lá sen luôn khô ráo Trên mặt lá sen có vô số các "bướu" nhỏ, được bao phủ bởi một lớp sáp mỏng Khi nước mưa rơi xuống, những giọt nước chỉ tiếp xúc với bề mặt lá ở vài điểm rất... cho bề mặt hoa hồng thích nước theo đúng như công thức Cassie Góc tiếp xúc của giọt nước là 152° chứng tỏ bề mặt cánh hoa là cực ghét nước, nhưng sự tiếp xúc giữa nước và bề mặt ở các chỗ trũng tạo ra lực van der Waals làm nước bám dính vào bề mặt cánh hoa Sự bám dính do lực van der Waals giống như bàn chân thạch thùng bám vào trần nhà CÔNG NGHỆ NANO SƠN ứng dụng trong tự nhiên NHóm 2 :hiệu ứng bề mặt. .. trị số ở cuối bảng nên là các vật liệu ghét nước Bảng 1: Năng lượng bề mặt của các vật liệu thông dụng • Một số quan sát cho thấy góc tiếp xúc không những tùy thuộc vào năng lượng bề mặt của chất nền mà còn bị ảnh hưởng bởi mô dạng của bề mặt Nói một cách dễ hiểu, sự lồi lõm làm bề mặt thích nước càng thích nước (góc tiếp xúc nhỏ hơn) và bề mặt ghét nước càng ghét nước (góc tiếp xúc to hơn) Bề mặt thích... chất lỏng Giản lược những chứng minh toán học, năng lượng bề mặt được dùng để phỏng đoán bề mặt đó thích hay ghét nước Theo định nghĩa, năng lượng bề mặt là năng lượng dùng để "bẻ đôi" một vật liệu Như vậy, vật liệu cứng như kim cương sẽ ứng đầu bảng, kế đến là gốm sứ, kim loại và sau cùng là các loại polymer (Bảng 1) Một vật liệu có năng lượng bề mặt càng cao thì bề mặt của nó lại càng thích nước... của giọt nước trên bề mặt có lịch sử hơn 200 năm Năm 1805, Young đã đưa ra một công thức nổi tiếng nhưng đơn giản dựa vào sự cân bằng lực tại mặt tiếp giáp, gSV = gLV cos q + gSL Ở đây, góc tiếp xúc q là góc ở trạng thái cân bằng trên một mặt phẳng; gSV là năng lượng bề mặt của chất nền; gLV là năng lượng bề mặt của chất lỏng (còn gọi là sức căng bề mặt) và gSL là năng lượng giữa mặt tiếp giáp giữa... 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... giữa bề mặt nước và bề mặt lá hoa hồng Hình a Hình b Những "ngọn đồi" micromét trên cánh hoa hồng và các khe nano trên đỉnh đồi cho thấy cách tiếp xúc của nước với bề mặt lá sen và hoa hồng hoàn toàn khác nhau Trong khi những khối u của lá sen "đội" giọt nước tạo ra một lớp không khí bị kẹt lại bên dưới, nước thấm vào chỗ trũng giữa các "ngọn đồi" trên mặt hoa hồng nhưng không thấm vào những khe nano ở. .. 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 tượng chỉ xảy ra ở thế giới phân tử Nhưng "sát" đến bao nhiêu thì mới thấy sự hiệu quả? Người ta biết . 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 nano Do đóng góp của hiệu ứng bề mặt: . trong liên kết hóa học, nhưng vì bề mặt tiếp xúc của cấu trúc nano trở nên yếu hơn các lực khác trong liên kết hóa học, nhưng vì bề mặt tiếp xúc của cấu trúc nano trở nên cực lớn nên lực hút van. 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 nhỏ VD: 1g CNT có tổng diện tích bề