ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA


LÊ THỊ HƯƠNG

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO BẠC TỪ
DUNG DỊCH BẠC NITRAT BẰNG TÁC NHÂN
KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ HÚNG QUẾ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
CỬ NHÂN KHOA KHOA HỌC

Đà Nẵng, tháng 05 năm 2015


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM
KHOA HÓA


NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP HẠT NANO BẠC TỪ
DUNG DỊCH BẠC NITRAT BẰNG TÁC NHÂN
KHỬ DỊCH CHIẾT NƯỚC LÁ HÚNG QUẾ

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP CỬ NHÂN KHOA HỌC

Sinh viên thực hiện

: Lê Thị Hương

Lớp

: 11CHP

Giáo viên hướng dẫn

: PGS.TS Lê Tự Hải

Đà Nẵng - 2015


LỜI CẢM ƠN
Với lòng biết ơn sâu sắc em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, PGS. TS. Lê Tự
Hải, người đã hướng dẫn tận tình, động viên, giúp đỡ em trong suốt q trình
nghiên cứu, thực hiện và hồn thành khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cơ giáo trong khoa Hóa – Trường Đại học
Sư Phạm Đà Nẵng đã dìu dắt, chỉ bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại
trường.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo phụ trách phịng
thí nghiệm đã tạo mọi điều kiện để em hồn thành khóa luận của mình.
Đà Nẵng, ngày 27 tháng 04 năm 2015
Lê Thị Hương


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM


Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: LÊ THỊ HƯƠNG
Lớp: 11CHP
1. Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc từ dung dịch bạc nitrat bằng
tác nhân khử dịch chiết nước lá húng quế.
2. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ:
- Nguyên liệu: Lá húng quế.
- Hóa chất: Bạc nitrat, NaOH, CH3COOH.
- Dụng cụ: Bình tam giác có nút nhám, bình định mức, nhiệt kế thủy ngân
100°C, cốc thủy tinh 200 ml, cốc thủy tinh 250 ml, các loại pipet, ống đong, bình
hút ẩm, máy khuấy từ gia nhiệt, bếp điện, tủ sấy, cân phân tích, lị nung, máy đo
quang phổ hấp thụ UV- vis, máy đo pH.
3. Nội dung nghiên cứu
- Xác định các chỉ tiêu lí hóa
- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế nano bạc: khảo sát
nồng độ AgNO3, ảnh hưởng của pH, nhiệt độ phản ứng, khảo sát thể tích dịch chiết
lá húng quế.
- Phân tích hạt nano bạc và ứng dụng diệt khuẩn của nano bạc.
4. Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. Lê Tự Hải
5. Ngày giao đề tài: 25/05/2014
6. Ngày hoàn thành: 27/04/2015
Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hướng dẫn


( Ký và ghi rõ họ tên)

( Ký và ghi rõ họ tên)

PGS. TS. Lê Tự Hải

PGS. TS. Lê Tự Hải


Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày……tháng…….năm 2015
Kết quả điểm đánh giá: ………..
Ngày……tháng…….năm 2015
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................2
3. Đối tượng và pham vi nghiên cứu ...........................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................3
6. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................3
7. Cấu trúc của đề tài ...................................................................................................5
8. Giáo viên hướng dẫn: .............................................................................................5
9. Ngày giao đề tài: ....................................................................................................5
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .......................................................................................6
1.1. Giới thiệu về công nghệ nano ...........................................................................6
1.1.1. Nguồn gốc của công nghệ nano .................................................................6
1.1.2. Khái niệm công nghệ nano .........................................................................6

1.1.2.1. Khái niệm vật liệu nano .......................................................................6
1.1.2.2. Phân loại vật liệu nano ........................................................................7
1.3. Cơ sở khoa học của công nghệ nano .................……………………………7
1.1.4.1. Phương pháp đi từ trên xuống ( Top – down) ...................................10
1.1.4.2. Phương pháp đi từ dưới lên ...............................................................11
1.1.5. Ứng dụng của công nghệ nano trong đời sống ........................................12
1.2. Nano bạc .........................................................................................................13
1.2.1. Giới thiệu sơ lược về bạc kim loại ...........................................................13
1.2.2. Giới thiệu về nano bạc .............................................................................15
1.2.3. Các phương pháp điều chế nano bạc .......................................................15
1.2.3.1. Phương pháp sinh học .......................................................................15
1.2.3.2. Phương pháp ăn mòn laze .................................................................15
1.2.3.3. Phương pháp vật lý ............................................................................16
1.2.3.4. Phương pháp hóa lý ...........................................................................16
1.2.4. Khả năng diệt khuẩn của nano bạc ..........................................................17
1.2.4.1. Vi khuẩn .............................................................................................17
1.2.4.2. Cơ chế diệt khuẩn của ion bạc [5].....................................................18
1.2.4.3. Cơ chế diệt khuẩn của nano bạc ........................................................19
1.2.4.4. Ảnh hưởng của hạt nano bạc đến sức khỏe con người ......................20
1.2.5. Ứng dụng của nano bạc ...........................................................................20
1.2.5.2. Ứng dụng nano bạc trong sản suất hàng tiêu dùng ...........................24


1.2.5.3. Ứng dụng của hạt nano bạc trong xúc tác .........................................26
1.3. Giới thiệu về cây húng quế .............................................................................26
1.3.1. Đặc điểm chung của cây húng quế...........................................................26
1.3.2. Phân bố và sinh thái học ..........................................................................28
1.3.3. Thành phần hóa học .................................................................................29
1.3.4. Cơng dụng ................................................................................................29
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM ............................................................................31

2.1. Hóa chất và dụng cụ .......................................................................................31
2.1.1. Hóa chất ...................................................................................................31
2.1.2. Dụng cụ và thiết bị ...................................................................................31
2.2. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................31
2.2.1. Xác định các chỉ tiêu hóa lý .....................................................................31
2.2.1.1. Xác định độ ẩm ..................................................................................31
2.2.1.2. Xác định hàm lượng tro .....................................................................32
2.2.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế nano bạc ...........33
2.2.2.1. Chuẩn bị dịch chiết lá húng quế ........................................................33
2.2.2.3. Khảo sát thể tích dịch chiết lá húng quế ............................................35
2.2.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ......................................35
2.2.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của pH ..............................................................36
2.2.3. Phân tích hạt nano bạc .............................................................................36
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................37
3.1. Xác định các chỉ tiêu hóa lý của lá húng quế .................................................37
3.2. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo nano bạc ...........................37
3.2.1. Khảo sát thời gian chưng ninh .................................................................37
3.2.2. Khảo sát tỉ lệ rắn – lỏng ...........................................................................40
3.2.3. Khảo sát nồng độ AgNO3 .........................................................................42
3.2.4. Khảo sát ảnh hưởng của thể tích dịch chiết lá húng quế .........................45
3.2.5. Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng ............................................47
3.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của pH .....................................................................49
3.3. Phân tích hạt nano ...........................................................................................51
3.3.1. Kết quả chụp TEM ...................................................................................51
3.3.2. Kết quả đo X – Ray (ERD) ......................................................................52
3.3.3. Kết quả đo EDX .......................................................................................53
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................. 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................56



DANH MỤC CÁC BẢNG
SỐ

TÊN BẢNG

TRANG

Bảng 1.1

Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu

10

Bảng 1.2

Độ dài tới hạn của một số tính chất của vật liệu

11

Bảng 1.3

Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích

17

Bảng 2.1

Danh sách các loại hóa chất sử dụng trong nghiên cứu

39


Bảng 3.1

Độ ẩm và hàm lượng tro của lá húng quế

48

Bảng 3.2

Kết quả đo UV – vis của dung dịch nano bạc với ảnh hưởng

49

của thời gian chưng ninh
Bảng 3.3

Kết quả đo UV – vis của dung dịch nano bạc với ảnh hưởng

52

của tỉ lệ rắn lỏng
Bảng 3.4

Kết quả đo UV – vis của dung dịch nano bạc với ảnh hưởng

55

của nồng độ AgNO3
Bảng 3.5


Kết quả đo UV – vis của dung dịch nano bạc với ảnh hưởng

58

của thể tích dịch chiết lá húng quế
Bảng 3.6

Kết quả đo UV – vis của dung dịch nano bạc với ảnh hưởng

61

của nhiệt độ
Bảng 3.7

Kết quả đo UV – vis của dung dịch nano bạc với ảnh hưởng
của pH

Bảng 3.8

Thành phần các nguyên tố có trong mẫu

66


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

SỐ

TÊN HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ


Hình 1.1

Những vật làm bằng bạc

19

Hình 1.2

Tác dụng của ion bạc lên vi khuẩn

24

Hình 1.3

Ion bạc vơ hiệu hóa enzyme chuyển hóa oxy của vi khuẩn

25

Hình 1.4

Ion bạc liên kết với các base của DNA

26

Hình 1.5

Bình sữa làm bằng nhựa có pha thêm nano bạc

28


Hình 1.6

Tất làm bằng sợi nilon có pha nano bạc

28

Hình 1.7

Thiết bị gia dụng sử dụng cơng nghệ nano silver để diệt

29

TRANG

khuẩn
Hình 1.8

Các sản phẩm chứa nano bạc

29

Hình 1.9

Khẩu trang nano bạc do Viện Mơi Trường sản xuất

30

Hình 1.10

Các dược phẩm sử dụng nano bạc


31

Hình 1.11

Ảnh SEM của các hạt nano bạc kết hợp với film polylefin

31

Hình 1.12

Cây húng quế

35

Hình 1.13

Hạt và cây húng quế

36

Hình 3.1

Ảnh hưởng của thời gian chưng ninh đến quá trình tạo

50

nano
Hình 3.2


Sự thay đổi màu sắc của dung dịch keo nano bạc theo

51

thời gian chưng ninh
Hình 3.3

Ảnh hưởng của tỉ lệ rắn lỏng đến quá trình tạo nano

53

Hình 3.4

Sự thay đổi màu sắc của dung dịch keo nano bạc theo tỉ lệ

54

rắn lỏng
Hình 3.5

Ảnh hưởng của nồng độ AgNO3 đến quá trình tạo nano

56

Hình 3.6

Sự thay đổi màu sắc của dung dịch keo nano bạc theo

57


nồng độ AgNO3
Hình 3.7

Ảnh hưởng của thể tích dịch chiết lá húng quế đến quá

59


trình tạo nano
Hình 3.8

Sự thay đổi màu sắc của dung dịch keo nano bạc theo

60

dịch chiết lá húng quế
Hình 3.9

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình tạo nano

62

Hình 3.10

Sự thay đổi màu sắc của dung dịch keo nano bạc theo

63

nhiệt độ
Hình 3.11


Ảnh hưởng của pH đến quá trình tạo nano

Hình 3.12

Sự thay đổi màu sắc của dung dịch keo nano bạc theo pH

Hình 3.13

Ảnh TEM của hạt nano bạc (thang đo 100 nm)

64

Hình 3.14

Giãn đồ nhiễu xạ tia X của mẫu nano bạc

65

Hình 3.15

Kết quả đo EDX của mẫu nano bạc

66


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Từ xa xưa con người đã biết sử dụng bạc để làm đồ trang sức, tiền tệ và cũng
đã biết đến công dụng diệt khuẩn của bạc để bảo vệ sức khỏe cho mình. Tuy nhiên,

lúc bấy giờ bạc chưa được sử dụng phổ biến do giá thành quá cao. Nhưng gần đây,
với sự phát triển cơng nghệ nano, chúng ta có thể tạo ra những vật liệu có kích
thước ngày càng nhỏ. Khi được chế tạo với kích thước nano, các vật liệu này sẽ thể
hiện những tính chất đặc biệt về quang, điện, từ, sinh học,… nhất là đối với các hạt
nano kim loại (như vàng, bạc,…) do có sự xuất hiện của hiệu ứng bề mặt và hiệu
ứng kích thước. Đối với bạc, khi được chế tạo ở kích thước nano thì những hạt nano
sẽ có khả năng diệt khuẩn rất tốt. Nano bạc có khả năng ứng dụng trong sinh học vì
kích thước của nano so sánh được với kích thước của tế bào (10 - 100 nm), virus
(20 - 450 nm), protein (5 - 50 nm), gen (2 nm rộng và 10 - 100 nm chiều dài). Với
kích thước nhỏ bé, cộng với việc “ngụy trang” giống như các thực thể sinh học khác
và có thể thâm nhập vào các tế bào hoặc virus, vì vậy nano bạc có khả năng giết
chết hơn 650 loại vi khuẩn khác nhau trong vịng một phút. Tất cả các vi khuẩn
khơng bị lờn với kháng sinh bạc và các hạt nano bạc khơng bị mất tác dụng.
Ngồi ra, các hạt nano bạc cũng sẽ giúp tạo ra các oxygen hoạt tính từ trong
khơng khí hoặc từ trong nước và từ đó phá hủy các màng tế bào của vi khuẩn. Các
hạt nano bạc đã được đưa vào mọi chất dẻo và ứng dụng khá rộng rãi trong đời
sống.
Những năm gần đây, đề tài nano bạc thu hút được rất nhiều sự quan tâm của
giới khoa học và số lượng bài viết trên thế giới về đề tài này cũng tăng lên khá
nhanh. Các cơng trình này tập trung trình bày các cách chế tạo nano bạc và các tính
chất của nó, đặc biệt là khả năng kháng khuẩn.
Nano bạc có thể được nghiên cứu chế tạo bằng nhiều phương pháp như vật lý
(chiếu các bức xạ để phá hủy hạt nano bạc lớn thành những hạt bạc có kích thước
nano), hóa học (dùng các hóa chất có khả năng khử muối bạc để tạo nano bạc), sinh
học (dùng vi sinh vật để khử các muối bạc tạo nano) nhưng phương pháp nào là dễ
1


thực hiện nhất. Sau khi tìm hiểu, tơi quyết định chọn phương pháp hóa học để điều
chế nano bạc bằng nguồn nguyên liệu trong tự nhiên, từ thực vật, đó chính là lá

húng quế. Cây húng quế - tên khoa học là Ocium basilicum, là một thành viên của
gia đình bạc hà, cây cao chừng 0,3m, lá rậm, xanh thẩm, mùi vị nồng tương tự như
mùi quế. Ở một số nơi trên thế giới, cây húng quế được dùng làm gia vị. Cây húng
quế có nguồn gốc từ các vùng nhiệt đới, là một loại rau thơm có rất nhiều cơng
dụng và rất dễ trồng. Đây có thể nói là một loại thảo mộc có thể gặp ở bất kỳ
phương trời góc biển nào hoặc bất kỳ nền văn hóa nào. Những công dụng quý báu
của húng quế bao gồm cải thiện trí nhớ, xua đuổi cơn trùng, kích thích sự ngon
miệng, chống ung thư, tốt cho gan, kháng khuẩn,…
Ở Việt Nam, cây húng quế rất dễ trồng và trồng rất phổ biến trong cả nước,
giá thành rẻ, đặc biệt là được sử dụng làm rau thơm trong các bữa ăn của gia đình.
Vì những lí do như trên nên tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu tổng hợp hạt nano bạc
từ dung dịch bạc nitrat bằng tác nhân khử dịch chiết nước lá húng quế”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xây dựng quy trình điều chế nano bạc từ dịch chiết nước lá húng quế.
- Đóng góp thêm những thơng tin, tư liệu khoa học về lá húng quế và phương
pháp điều chế nano bạc từ dịch chiết lá húng quế, tạo cơ sở khoa học cho các nghiên
cứu sâu hơn về điều chế nano bạc.
3. Đối tượng và pham vi nghiên cứu
- Lá húng quế thu hái tại thành phố Đà Nẵng.
4. Phương pháp nghiên cứu
* Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ:
- Nguyên liệu: Lá húng quế.
- Hóa chất: Bạc nitrat, CH3COOH, NaOH.
- Dụng cụ: Bình tam giác có nút nhám, bình định mức, nhiệt kế thủy ngân
100°C, cốc thủy tinh 200 ml, cốc thủy tinh 250 ml, các loại pipet, ống đong, bình
hút ẩm.
- Máy khuấy từ gia nhiệt, bếp điện, tủ sấy, cân phân tích, lị nung.
- Máy đo quang phổ hấp thụ UV- Vis, máy đo pH.
2



- Thí nghiệm được tiến hành ở phịng hóa lý, khoa Hóa, trường Đại học Sư
Phạm.
* Nghiên cứu lý thuyết
- Tìm hiểu thơng tin, tư liệu về cây húng quế, bạc, nano bạc và các vấn đề liên
quan đến đề tài.
- Xử lí các thơng tin, tư liệu để đề ra các vấn đề cần thực hiện trong quá trình
thực nghiệm.
* Nghiên cứu thực nghiệm
- Phương pháp xác định các thơng số hóa lý: Dùng phương pháp khối lượng
xác định độ ẩm, dùng phương pháp phân hủy mẫu phân tích để xác định hàm lượng
tro.
- Phương pháp chiết tách: Phương pháp chưng ninh sử dụng dung môi là nước
để thu dịch chiết nước lá húng quế.
- Các phương pháp phân tích cơng cụ: Phương pháp quang phổ hấp thụ phân
tử UV-Vis.
- Phương pháp đo TEM, EDX, XRD.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học
- Giúp hiểu rõ hơn về phương pháp điều chế hạt nano bạc bằng phương pháp
hóa học, lành tính, khơng độc hại. Đóng góp thêm tư liệu về quy trình điều chế nano
bạc từ nguyên liệu thiên nhiên.
* Ý nghĩa thực tiễn
- Tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có rất nhiều ở nước ta là lá húng quế để
tổng hợp hạt nano bạc.
6. Nội dung nghiên cứu
* Tổng quan lý thuyết
- Giới thiệu về công nghệ nano, bạc kim loại, nano bạc, các phương pháp điều
chế nano, ứng dụng của nano bạc và giới thiệu về cây húng quế.
* Nghiên cứu thực nghiệm

- Xác định các chỉ tiêu lí hóa
3


- Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình điều chế nano bạc: khảo sát
nồng độ AgNO3, ảnh hưởng của pH, nhiệt độ phản ứng và khảo sát thể tích dịch
chiết lá húng quế.
- Phân tích hạt nano bạc.
Quy trình thực nghiệm tổng hợp nano bạc và khả năng kháng khuẩn của nó:
Lá húng quế
tươi
Xử lý
Xác định chỉ số
hóa lý

Mẫu nguyên liệu
Khảo sát thời gian chiết

Độ ẩm

Hàm
lượng
tro

Chiết
Khảo sát tỉ lệ R/L

Dịch chiết
tối ưu
+ dd AgNO3

Khảo sát nồng độ
dung dịch AgNO3

Nghiên cứu hạt
nano Bạc

Đo
XRD

Đo
TEM

Tổng hợp hạt
nano Bạc

Đo
EXD

Khảo sát thể tích dịch
chiết lá húng quế
Khảo sát nhiệt độ
tạo nano bạc
Khảo sát pH môi
trường tạo nano bạc

4


7. Cấu trúc của đề tài
A. Phần mở đầu

B. Nội dung
- Chương 1: Tổng - Chương 2: Thực nghiệm
- Chương 3: Kết quả và thảo luận
C. Kết luận và kiến nghị
TÀI LIỆU THAM KHẢO
8. Giáo viên hướng dẫn: PGS. TS. Lê Tự Hải
9. Ngày giao đề tài:

Ngày hoàn thành:

Chủ nhiệm khoa

Giáo viên hướng dẫn

( Ký và ghi rõ họ tên)

( Ký và ghi rõ họ tên)

PGS. TS. Lê Tự Hải

PGS. TS. Lê Tự Hải

5


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu về công nghệ nano
1.1.1. Nguồn gốc của công nghệ nano
Thuật ngữ công nghệ nano xuất hiện từ những năm 70 của thế kỷ 20 liên quan
đến cơng nghệ chế tạo cấu trúc vi hình của mạch vi điện tử. Độ chính xác ở đây đòi

hỏi rất cao từ 0,1 – 100 nm tức là phải chính xác đến từng lớp nguyên tử, phân tử.
Mặt khác, q trình vi hình hóa các linh kiện cũng đòi hỏi người ta phải nghiên cứu
các lớp mỏng bề dày cỡ nm, các sợi mảnh có bề ngang cỡ nm, các hạt có đường
kính cỡ nm. Phát hiện ra hàng loạt hiện tượng, tính chất mới mẻ có thể ứng dụng
vào nhiều chuyên ngành rất khác nhau để tạo thành các ngành khoa học mới gắn
thêm chữ nano. Hơn nữa, việc nghiên cứu các quá trình sống xảy ra trong tế bào cho
thấy sự sản xuất ra các chất cho sự sống như protein đều được thực hiện bởi sự lắp
ráp vô cùng tinh vi các phân tử với nhau mà thành. Tức là cũng ở trong công nghệ
nano. [4]
Ý tưởng cơ bản về công nghệ nano được đưa ra bởi nhà vật lý học người Mỹ
Richard Feynman vào năm 1959, ông cho rằng khoa học đã đi vào chiều sâu của
cấu trúc vật chất đến từng phân tử, nguyên tử vào sâu hơn nữa. Nhưng thuật ngữ
“công nghệ nano” mới bắt đầu được sử dụng vào năm 1974 do Nario Taniguchi một
nhà nghiên cứu tại trường đại học Tokyo sử dụng để đề cập khả năng chế tạo cấu
trúc vi hình của mạch vi điện tử.
1.1.2. Khái niệm công nghệ nano
Công nghệ nano (tiếng Anh: nanotechnology) là ngành cơng 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 thước trên quy mô nanômét (nm, 1 nm = 10-9
m). Ranh giới giữa công nghệ nano và khoa học nano đôi khi khơng rõ ràng, tuy
nhiên chúng đều có chung đối tượng là vật liệu nano. [20]
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
được điều chế bằng nhiều cách khác nhau. Ở cấp độ nano, vật liệu sẽ có những tính
6


năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống khơng có được đó là do sự thu nhỏ kích
thước và việc tăng diện tích mặt ngồi của loại vật liệu này. Vật liệu nano có thể
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 thước nanomet. [20]
1.1.2.2. Phân loại vật liệu nano
Về trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và
khí. Vật liệu nano được 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, người ta phân ra thành các loại
sau:
 Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, khơng cịn
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 thước nano,
điện tử được 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 thước nano,
hai chiều tự do, ví dụ: màng mỏng.
 Ngồi ra cịn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có
một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano khơng chiều,
một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. [20]
Ngồi ra người ta cịn 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
 Vật liệu nano sinh học
1.1.3. Cơ sở khoa học của cơng nghệ nano
Có ba cơ sở khoa học để nghiên cứu công nghệ nano:
 Chuyển tiếp từ tính chất cổ điển đến tính chất lượng tử
Đối với vật liệu vĩ mô gồm rất nhiều nguyên tử, các hiệu ứng lượng tử được
trung bình hóa với rất nhiều ngun tử (1 µm3 có khoảng 1012 nguyên tử) và có thể
bỏ qua các thăng giáng ngẫu nhiên. Nhưng các cấu trúc nano có ít ngun tử hơn thì
7


các tính chất lượng tử thể hiện rõ ràng hơn. Ví dụ một chấm lượng tử có thể được

coi như một đại nguyên tử, nó có các mức năng lượng giống như một nguyên tử.
 Hiệu ứng bề mặt
Khi vật liệu có kích thước nm, các số ngun tử nằm trên bề mặt sẽ chiếm tỉ lệ
đáng kể so với tổng số ngun tử. Chính vì vậy các hiệu ứng có liên quan đến bề
mặt, gọi tắt là hiệu ứng bề mặt sẽ trở nên quan trọng làm cho tính chất của vật liệu
có kích thước nanomet khác biệt so với vật liệu ở dạng khối.
Khi vật liệu có kích thước nhỏ thì tỉ số giữa các nguyên tử trên bề mặt và tổng
số nguyên tử của vật liệu gia tăng (gọi là tỉ số f). 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 thước 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 thước của vật liệu
giảm đến nm thì giá trị f này tăng lên đáng kể. Hiệu ứng bề mặt ln có tác dụng
với tất cả các giá trị của kích thước, hạt càng bé thì hiệu ứng càng lớn và ngược lại.
Vì vậy, việc ứng dụng hiệu ứng bề mặt của vật liệu nano là tương đối dễ dàng. [2]
Bảng 1.1. Số nguyên tử và năng lượng bề mặt của hạt nano hình cầu
Đường kính

Số nguyên tử

hạt nano (nm)

Tỉ số nguyên

Năng lượng bề

Năng lượng bề

tử trên bề mặt

mặt (erg/mol)


mặt/năng
lượng 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

35,5

1

30

90

9,23 x 1012

82,2

 Kích thước tới hạn
Các tính chất vật lý, hóa học của các vật liệu đều có một giới hạn về kích
thước. Nếu vật liệu mà nhỏ hơn kích thước này thì tính chất của nó hồn tồn bị
thay đổi. Người ta gọi đó là kích thước tới hạn. Vật liệu nano có tính chất đặc biệt là
do kích thước của nó có thể so sánh được với kích thước tới hạn của các tính chất
của vật liệu. Ví dụ điện trở của một kim loại tuân theo định luật Ohm ở kích thước
8


vĩ mô mà ta thấy hàng ngày. Nếu ta giảm kích thước của vật liệu xuống nhỏ hơn
quãng đường tự do trung bình của điện tử trong kim loại, mà thường có giá trị từ vài
đến vài trăm nm, thì định luật Ohm khơng cịn đúng nữa. Lúc đó điện trở của vật có
kích thước nano sẽ tn theo các quy tắc lượng tử. Không phải bất cứ vật liệu nào
có kích thước nano đều có tính chất khác biệt mà nó phụ thuộc vào tính chất mà nó
được nghiên cứu. [2]

Các tính chất khác như 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 người 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.
Lĩnh vực

Tính chất
Bước sóng điện tử

Tính chất điện

Tính chất

(nm)
10-100

Qng đường tự do trung bình khơng đàn
hồi
Hiệu ứng đường ngầm

Tính chất từ

Độ dài tới hạn

1-100
1-10

Độ dày vách domain


10-100

Quãng đường tán xạ spin

1-100

Hố lượng 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

quang

Tính siêu dẫn

Tính chất cơ

Độ thẩm thấu Meisner


1-100

Tương tác bất định xứ

1-1000

Biên hạt

1-10
9


Xúc tác

Siêu phân tử

Miễn dịch

Bán kính khởi động đứt vỡ

1-100

Sai hỏng mầm

0,1-10

Độ nhăn bề mặt

1-10


Hình học topo bề mặt

1-10

Độ dài Kuhn

1-100

Cấu trúc nhị cấp

1-10

Cấu trúc tam cấp

10-1000

Nhận biết phân tử

1-10

1.1.4. Các phương pháp chế tạo vật liệu nano
Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên xuống
(top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up) [2]. Phương pháp từ trên xuống
là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn, phương
pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử.
1.1.4.1. Phương pháp đi từ trên xuống ( Top – down)
Phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp dùng kỹ thuật nghiền hoặc biến
dạng để biến các vật liệu đến kích thước nano.
 Phương pháp nghiền
Vật liệu ở dạng bột được trộn lẫn với những viên bi được 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 thước nano. Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều.
 Phương pháp biến dạng
Phương pháp biến dạng được sử dụng với các kỹ thuật đặc biệt nhằm tạo ra sự
biến dạng lớn mà không làm phá hủy vật liệu. Phương pháp biến dạng có thể là đùn
thủy lực, tuốt, cán ép với nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường
hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ phịng thì được gọi là biến dạng nóng,
cịn với nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ phịng thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả
thu được là các hạt nano một chiều hoặc hai chiều.
10


Nhìn chung, phương pháp đi từ trên xuống là phương pháp đơn giản, rẻ tiền
nhưng hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng
dụng làm vật liệu kết cấu). Nhưng nó cũng có nhược điểm là các hạt bị keo tụ lại
với nhau, khó có thể thu được hạt có kích thước nhỏ, kích thước hạt khơng đồng
nhất và dễ bị nhiễm bẩn từ các dụng cụ chế tạo. Do vậy, phương pháp đi từ trên
xuống ít được dùng để điều chế vật liệu nano so với phương pháp đi từ dưới lên.
1.1.4.2. Phương pháp đi từ dưới lên
Ngược lại với phương pháp đi từ trên xuống, phương pháp đi từ dưới lên hình
thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Phương pháp này được phát triển và
ứng dụng rất rộng do tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần
lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này.
Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai
phương pháp hóa – lý.
 Phương pháp vật lý
Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. Phương
pháp này thường được sử dụng để tạo các hạt nano, màng nano.
- Phương pháp chuyển pha

Vật liệu được đun nóng rồi làm nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái
vơ định hình, sau đó tiến hành xử lý nhiệt để xảy ra quá trình chuyển pha từ vơ định
hình sang tinh thể (phương pháp làm nguội nhanh).
- Phương pháp bốc bay nhiệt
Vật liệu được đốt “phương pháp đốt” hoặc dùng tia bức xạ hoặc phóng điện hồ
quang làm cho bay hơi. Sau khi ngưng tụ hơi ta sẽ thu được các hạt bột mịn có kích
thước nano.
 Phương pháp hóa học
Phương pháp hóa học là phương pháp chế tạo vật liệu nano từ các ion hoặc
nguyên tử. Đây là phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp vật liệu nano.
Ưu điểm của phương pháp này là có thể tổng hợp được tất cả các dạng của vật
liệu nano như dây nano, ống nano, hạt nano, thậm chí có thể cả các cấu trúc nano
11


phức tạp mô phỏng sinh học. Hơn nữa, phương pháp này còn cho phép can thiệp để
tạo ra các vật liệu nano với kích thước nhỏ như mong muốn với độ đồng đều cao.
- Phương pháp khử hóa học
Ở phương pháp khử hóa học, muối của kim loại tương ứng được 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.
Ưu điểm của phương pháp này là quy trình thực hiện đơn giản, khơng địi hỏi
các thiết bị đắt tiền, có thể điều khiển kích thước hạt như mong muốn và cho phép
tổng hợp vật liệu với khối lượng lớn. Phương pháp này chủ yếu để tạo ra các hạt
nano kim loại.
- Phương pháp sử dụng các hạt nano có sẵn trong tự nhiên
Các chất có sẵn trong tự nhiên như zeolit, các hạt sét, các phân tử sinh học,…
có rất nhiều lỗ nhỏ với kích thước nanomet. Các chất này vì thế có thể làm khuôn
phản ứng tổng hợp vật liệu nano,…
1.1.5. Ứng dụng của công nghệ nano trong đời sống

Trong ngành công nghiệp hiện nay, các tập đoàn sản xuất điện tử đã bắt đầu
đưa công nghệ nano vào ứng dụng, tạo ra các sản phẩm có tính cạnh tranh từ chiếc
máy nghe nhạc iPod nano đến các con chip có dung lượng lớn với tốc độ xử lý cực
nhanh… Trong y học, để chữa bệnh ung thư người ta tìm cách đưa các phân tử
thuốc đến đúng các tế bào ung thư qua các hạt nano đóng vai trị là “xe tải kéo”,
tránh được hiệu ứng phụ gây ra cho các tế bào lành. Y tế nano ngày nay đang nhằm
vào những mục tiêu bức xúc nhất đối với sức khỏe con người, đó là các bệnh do di
truyền có nguyên nhân từ gien, các bệnh hiện nay như: HIV/AIDS, ung thư, tim
mạch, các bệnh đang lan rộng hiện nay như béo phì, tiểu đường, liệt rung
(Parkison), mất trí nhớ (Alzheimer), rõ ràng y học là lĩnh vực được lợi nhiều nhất từ
công nghệ này. Đối với việc sửa sang sắc đẹp đã có sự hình thành nano phẩu thuật
thẩm mỹ, nhiều loại thuốc thẩm mỹ có chứa các loại hạt nano để làm thẩm mỹ và
bảo vệ da. Đây là một thị trường có sức hấp dẫn mạnh, nhất là đối với công nghệ
kiệt xuất mới ra đời như công nghệ nano.
12


Ngồi ra, các nhà khoa học tìm cách đưa cơng nghệ nano vào việc giải quyết
các vấn đề mang tính tồn cầu như thực trạng ơ nhiễm mơi trường 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 cơng phá khiến ta khơng thể hình dung nổi.
1.2. Nano bạc
1.2.1. Giới thiệu sơ lược về bạc kim loại
 Kí hiệu: Ag
 Cấu hình electron của bạc: 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1
 Bán kính nguyên tử Ag: 0,288 nm
 Bán kính ion bạc: 0,23 nm
Bảng 1.3. Số nguyên tử bạc trong một đơn vị thể tích
Kích thước của hạt


Số nguyên tử chứa

nano Ag (nm)

trong đó

1

31

5

3900

20

250000

Bạc là kim loại nặng, mềm, có ánh kim, màu trắng (màu nguyên thủy của bạc
là màu xám), có hai đồng vị bền là

107

Ag (51.9%) và

109

Ag (48.1%), dẻo, dễ uốn

(cứng hơn vàng một chút), để đúc tiền, có màu trắng bóng ánh kim nếu bề mặt có

độ đánh bóng cao. Bạc nguyên chất có độ dẫn nhiệt cao nhất trong tất cả các kim
loại, độ phản quang cao nhất và điện trở thấp nhất trong các kim loại. Bạc kim loại
này ổn định trong khơng khí sạch và nước, nhưng bị mờ xỉn đi trong ôzôn, sulfua
hidro, hay khơng khí có chứa lưu huỳnh. Trạng thái ơxi hóa ổn định nhất của bạc là
+1 (ví dụ như bạc nitrat), ít gặp hơn là một số hợp chất trong đó nó có số ơxi hóa +2
(ví dụ như bạc florua) và +3 (ví dụ như tetrafluoroargentat kali: K[AgF4]).
13


 Tác dụng 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 khơng thể
hiện tính độc với con người.
Từ xa xưa, người ta đã sử dụng đặc tính này của bạc để phịng bệnh. Người cổ
đại sử dụng các bình bằng bạc để lưu trữ nước, rượu dấm. Trong thế kỷ 20, người ta
thường đặt một đồng bạc trong chai sữa để kéo dài độ tươi của sữa. Bạc và các hợp
chất của bạc được sử dụng rộng rãi từ đầu thế kỷ XIX đến giữa thế kỷ XX để điều
trị các vết bỏng và khử trùng. Tính kháng khuẩn của bạc làm tăng giá trị những vật
dụng và trang sức làm bằng kim loại này.
Sau khi thuốc kháng sinh được phát minh và đưa vào ứng dụng với hiệu quả
cao người ta khơng cịn quan tâm đến tác dụng kháng khuẩn của bạc nữa. Tuy
nhiên, từ những năm gần đây, do hiện tượng các chủng vi sinh ngày càng trở nên
kháng thuốc, người 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 dưới dạng hạt có kích thước nano.

Hình 1.1. Những vật làm bằng bạc

14



1.2.2. Giới thiệu về nano bạc
Hạt nano bạc là các hạt bạc có kích thước từ 1 nm đến 100 nm. Do có diện
tích bề mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với các vật
liệu khối do khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn.
Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng Plasmon bề mặt. Hiện tượng này
tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano bạc với
các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano.
1.2.3. Các phương pháp điều chế nano bạc
1.2.3.1. Phương pháp sinh học
- Phương pháp này sử dụng các tác nhân như virut, vi khuẩn có khả năng khử
ion bạc thành bạc kim loại.[6]
Ag+

biological

Ag0

Các tác nhân sinh học thường là: các vi khuẩn MYK3 [10], các loại nấm
Verticillium [12],… Phương pháp này khá đơn giản và thân thiện với mơi trường.
Hạt tạo ra có thể cho kích thước từ 2 – 5 nm.
- Ngồi ra người ta cịn có thể sử dụng các tác nhân khử từ các dịch chiết từ
thực vật ví dụ như: lá ổi, chè, giá, nha đam, vỏ chanh, lá bàng,… Đây là phương
pháp khá dễ thực hiện và thân thiện với môi trường. Trong đề tài này chúng tôi
quyết định chọn dịch chiết nước lá húng quế làm tác nhân khử để điều chế nano bạc
vì trong lá húng quế có các nhóm ankaloic có tính khử và quan trọng hơn là chính
dịch chiết lá húng quế cũng có tác dụng diệt khuẩn. Vì vậy khi chọn dịch chiết nước
lá húng quế làm chất khử để điều chế nano bạc thì khả năng diệt khuẩn của nano
bạc cũng tăng lên.
1.2.3.2. Phương pháp ăn mòn laze
Đây là phương pháp từ trên xuống. Vật liệu ban đầu là một tấm bạc, được đặt

trong một dung dịch có chứa chất hoạt hóa bề mặt. Một chùm laze xung có bước
sóng 532 nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mJ,
đường kính vùng kim loại bị tác dụng từ 1- 3 mm. Dưới tác dụng của chùm laze
xung, các hạt nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ
15