BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH
PHỦ NANO BẠC TRÊN VẢI COTTON BẰNG PLASMA LẠNH

GVHD: ThS. THÁI VĂN PHƯỚC
SVTH: NGUYỄN CÔNG KHÔI
MSSV: 11143078
SVTH: TRẦN VĂN ĐỨC
MSSV: 11143037
SVTH: TRẦN MINH NGHIỆM
MSSV: 11143101

SKL004288

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016


TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY
BỘ MƠN CƠNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY

Sinh viên:

Khóa: 2011-2015

Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạ
1. Tên đề tài:

Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình phủ nano bạc trên vải cotton bằng
Plasma lạnh
2. Các số liệu, tài liệu ban đầu:
- Mơ hình thiết bị xử lý đƣợc vải khổ 1,2 m;
- Tốc độ tối đa 20 m/ph;
- Phủ trên vải cotton;
- Hoạt động liên tục.
3. Nội dung chính của đồ án:
- Tổng quan: tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, kết quả nghiên cứu trong và
ngồi nƣớc, mục đích và nhiệm vụ đề tài;
- Cơ sở lý thuyết: lý thuyết về phủ nano bạc trên vải;
- Thiết kế và chế tạo mơ hình thiết bị: tính tốn, thiết kế và tìm ra mơ hình tối
ƣu cho thiết bị; chế tạo mơ hình với kích thƣớc 1700mm x 1600mm x 500mm;
- Thử nghiệm và tìm ra thơng số tối ƣu hệ thống phủ;
- Kết luận và kiến nghị: những ƣu và khuyết điểm của mơ hình; khả năng ứng
dụng của mơ hình vào thực tế.
4. Ngày giao đồ án:
5. Ngày nộp đồ án:
TRƢỞNG BỘ MÔN
(Ký, ghi rõ họ tên)

GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)



LỜI CAM KẾT
Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình phủ nano bạc trên vải
cotton bằng công nghệ Plasma lạnh”
 Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Thái Văn Phƣớc
 Họ và tên sinh viên: Nguyễn Công Khôi

− MSSV: 11143078

Lớp: 111432A

 Địa chỉ sinh viên: Hịa Định Đơng – Phú Hòa – Phú Yên
 Số điện thoại liên lạc: 0947724056
 Email:
 Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 23/01/2016
 Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là

cơng trình do chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép
bài viết nào đã đƣợc cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc. Nếu có
bất kỳ một sự vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016
(Ký, ghi rõ họ tên)

Nguyễn Công Khôi


LỜI CAM KẾT
Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình phủ nano bạc trên vải
cotton bằng công nghệ Plasma lạnh”
 Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Thái Văn Phƣớc
 Họ và tên sinh viên: Trần Văn Đức


− MSSV: 11143037

Lớp: 111432B

 Địa chỉ sinh viên: Ninh Thân – Ninh Hòa – Khánh Hòa
 Số điện thoại liên lạc: 0979913942
 Email:
 Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 23/01/2016
 Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là

cơng trình do chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép
từ bất kỳ một bài viết nào đã đƣợc công bố mà không trích dẫn nguồn
gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách
nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016
(Ký, ghi rõ họ tên)

Trần Văn Đức


LỜI CAM KẾT
Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình phủ nano trên
vải cotton bằng cơng nghệ Plasma lạnh”
 Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Thái Văn Phƣớc
 Họ và tên sinh viên: Trần Minh Nghiệm

− MSSV: 11143101

Lớp: 111432B


 Địa chỉ sinh viên: Ấp 1, Long An – Long Thành – Đồng Nai
 Số điện thoại liên lạc: 01285159545
 Email:
 Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 23/01/2016
 Lời cam kết: “Tơi xin cam đoan khố luận tốt nghiệp (ĐATN) này là

cơng trình do chính tơi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép
từ bất kỳ một bài viết nào đã đƣợc công bố mà khơng trích dẫn nguồn
gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tơi xin chịu hồn tồn trách
nhiệm”.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016
(Ký, ghi rõ họ tên)

Trần Minh Nghiệm


LỜI CẢM ƠN
Đồ án tốt nghiệp đối với sinh viên là rất quan trọng, nhằm tổng hợp lại những
kiến thức về chuyên ngành cơ khí chế tạo máy và các mơn học có liên quan khác mà
chúng em đã đƣợc học trên giảng đƣờng đại học, cũng nhƣ những kinh nghiệm từ
thực tế. Qua đồ án tốt nghiệp đã giúp chúng em áp dụng từ lý thuyết vào thực tế để
nghiên cứu và chế tạo mơ hình ứng dụng vào thực tế. Qua đó chúng em đã củng cố
vững hơn về kiến thức chuyên ngành và kỹ năng tƣ duy, cũng nhƣ làm vệc nhóm
sao cho hiệu quả. Đây là một kỹ năng rất cần thiết cho các kỹ sƣ sau khi ra trƣờng.
Lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đầu tiên xin gửi đến gia đình vì sự
động viên và sự cận kề, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để chúng em hồn thành khóa
học của mình một cách tốt nhất.
Bên cạnh đó chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy (cô) trong
Khoa Cơ Khí Chế Tạo máy, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP. HCM, đã tận

tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em thực hiện tốt khóa học và đề tài
này. Đặc biệt chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy ThS. Thái Văn
Phƣớc là ngƣời đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để
chúng em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này.
Mặc dù đã rất cố gắng, nhƣng trong một khoảng thời gian cho phép, cũng
nhƣ hạn chế về mặt kiến thức của bản thân, đồ án này khơng thể tránh khỏi nhiều
thiếu xót. Chính vì vậy, chúng em rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy (cơ)
cũng nhƣ của bạn bè và những ngƣời có quan tâm đến lĩnh vực mà đồ án này đã
đƣợc trình bày.
Cuối cùng chúng em xin kính chúc thầy ThS. Thái Văn Phƣớc cùng q thầy
(cơ) trong khoa cơ khí Chế Tạo Máy lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, công tác tốt.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!
Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016
Nhóm sinh viên thực hiện

Nguyễn Công Khôi
Trần Văn Đức
Trần Minh Nghiệm


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đề tài “ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MƠ HÌNH PHỦ
NANO BẠC TRÊN VẢI BẰNG CƠNG NGHỆ PLASMA LẠNH ”
Cơ thể con ngƣời ln chịu tác động của mơi trƣờng xung quanh. Và có nhiều
ngun nhân gây ra bệnh cho con ngƣời trong đó có vi khuẩn. Việc bảo vệ cơ thể
cũng nhƣ phòng ngừa chúng là vấn đề ln đƣợc quan tâm. Vì thế hiện nay vải
kháng khuẩn đƣợc sử dụng rộng rãi và đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong y
tế: sử dụng làm quần áo phẫu thuật, quần áo bác sĩ, quần áo bệnh nhân, drap giƣờng
bệnh; trong may mặc: veston, quần áo, rèm cửa… Hiện nay có nhiều phƣơng pháp
tạo ra vải kháng khuẩn và đều có ƣu nhƣợc điểm khác nhau, trong đó phƣơng pháp

dùng cơng nghệ plasma lạnh có nhiều ƣu điểm hơn cả.
Vải kháng khuẩn là vải chứa thành phần nano bạc giúp diệt khuẩn. Vải kháng
khuẩn đƣợc tạo ra nhƣ thế nào? Sơ đồ sau sẽ giúp chúng ta hiểu đƣợc phần nào.

Vải

Xử lý plasma
lần 1

Phun hóa
chất

Xử lý plasma
lần 2

Vải kháng
khuẩn

Năng lƣợng plasma sẽ làm thay đổi tính chất của vải, giúp vải dễ dàng tạo liên kết
với nano bạc trong hóa chất đễ tạo thành vải kháng khuẩn nhƣ ta mong muốn.
Để biết đƣợc hiệu quả kháng khuẩn của vải nhƣ thế nào, chúng em đã chế
tạo thử các mẫu vải, và tiến hành các thí nghiệm kiểm tra. Thí nghiệm đánh giá tác
dụng diệt khuẩn của vải đƣợc phủ nano bạc với các nồng độ khác nhau đối với các
loại vi khuẩn. Thí nghiệm đánh giá độ bền khuẩn của vải đƣợc phủ nano bạc sau
nhiều lần giặt và tác dụng diệt khuẩn sau khi giặt…đều cho những kết quả tốt.
Qua sự tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài:
“ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano bạc trên vải cotton bằng cơng
nghệ plasma lạnh”.
Nghiên cứu đƣợc thực hiện gồm bốn giai đoạn là:
 Giai đoạn 1 – Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ Plasma lạnh, động


lực học plasma, nghiên cứu công nghệ phủ nano bạc và ứng dụng
công nghệ Plasma lạnh vào xử lý và phủ nano bạc trên vải.


 Giai đoạn 2 – Đƣa ra nhiều phƣơng án thiết kế mơ hình xử lý, làm

thực nghiệm ban đầu, phân tích ƣu nhƣợc điểm của từng phƣơng án,
và cuối cùng chọn phƣơng án tối ƣu dựa trên tiêu chí hiệu suất xử lý,
tiết kiệm năng lƣợng, chi phí và bảo vệ môi trƣờng.
 Giai đoạn 3 – Tiến hành thí nghiệm với các điều kiện khác nhau: cơng

suất tiêu hao (dịng điện, điện áp, tần số), kích thƣớc hình dáng buồng
Plasma, hình dáng buồng cấp nano bạc nhằm tìm ra các thông số vận
hành tối ƣu.
 Giai đoạn 4 – Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm và kết luận.


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP........................................................................... i
LỜI CAM KẾT......................................................................................................... ii
LỜI CAM KẾT........................................................................................................iii
LỜI CAM KẾT........................................................................................................ iv
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................... v
TÓM TẮT ĐỒ ÁN................................................................................................... vi
CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU....................................................................................... 1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài......................................................................................1
1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài............................................................2
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài...........................................................................2
1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu......................................................................2

1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu..................................................................................... 2
1.4.2. Phạm vi nghiên cứu......................................................................................... 2
1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................................3
1.5.1. Cơ sở phƣơng pháp luận................................................................................. 3
1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể............................................................... 3
1.6. Kết cấu của đồ án...............................................................................................3
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI............................................. 4
2.1. Tổng quan công nghệ nano....................................................................................................... 4
2.2. Sơ lƣợc về nano............................................................................................................................ 4
2.2.1. Khái niệm........................................................................................................ 4
2.2.2. Phân loại.......................................................................................................... 5
2.2.2.1. Hạt nano vô cơ.............................................................................................. 5
2.2.2.2. Hạt nano polymer.........................................................................................5
2.2.2.3. Nanotube...................................................................................................... 5
2.2.2.4. Tinh thể nano (nanocrystals)......................................................................... 6
2.2.2.5. Hạt nano rắn lipid (solid lipid nanoparticles)................................................ 6
2.3. Giới thiệu về nano bạc........................................................................................7
2.3.1. Tính chất của hạt nano bạc..............................................................................7
2.3.1.1. Tính chất quang học.....................................................................................7


2.3.1.2. Tinh..............................................................................................................7
2.3.1.3. Tính chất từ..................................................................................................8
2.3.1.4. Tính chất nhiệt..............................................................................................8
2.3.2. Cơ chế kháng khuẩn và tác dụng của Nano Bạc..............................................8
2.3.2.1. Cơ chế kháng khuẩn của Nano Bạc..............................................................8
2.3.2.2 Ứng dụng của Nano bạc................................................................................ 9
2.4. Nghiên cứu các loại vải....................................................................................11
2.4.1 Sợi bông......................................................................................................... 13
2..4.2 Vải từ sợi len-wool........................................................................................ 14

2.4.3 Lụa tơ tằm...................................................................................................... 15
2.4.4 Vải Kaky........................................................................................................ 15
2.4.5 Vải Kate......................................................................................................... 16
2.5 Vì sao phải phủ Nano Bạc lên vải..................................................................... 16
2.6. Phƣơng pháp tổng hợp Nano Bạc.................................................................... 17
2.6.1.1. Phƣơng pháp từ trên xuống (top - down)................................................... 17
2.6.1.2. Phƣơng pháp từ dƣới lên (bottom - up)..................................................... 17
2.6.2. Các phƣơng pháp tổng hợp nano bạc............................................................ 18
2.7. Các phƣơng pháp phủ nano hiện nay...............................................................20
2.7.1. Phủ trực tiếp lên bề mặt.................................................................................20
2.7.2. Phun trực tiếp lên bề mặt............................................................................... 21
2.7.3. Ngâm tẩm trong dung dịch nano................................................................... 21
2.7.4. Sử dụng công nghệ Plasma............................................................................ 22
2.8. Giới thiệu về Plasma........................................................................................ 22
CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT....................................................................... 24
3.1. Thành phần vải cotton...................................................................................... 24
3.2. Năng lƣợng Plasma.......................................................................................... 25
3.2.1. Ion hóa........................................................................................................... 25
3.2.2. Năng lƣợng ion hóa...................................................................................... 26
3.2.3. Tiết diện hiệu dụng........................................................................................ 26
3.2.4. Khoảng đƣờng tự do trung bình.................................................................... 26
3.2.5. Tần số va chạm.............................................................................................. 26


3.2.6. Va chạm đàn hồi............................................................................................ 26
3.2.7. Va chạm không đàn hồi.................................................................................. 27
3.2.7.1. Va chạm không đàn hồi loại 1..................................................................... 27
3.2.7.2. Va chạm khơng đàn hồi loại 2..................................................................... 27
3.2.8. Sự phóng điện phụ thuộc............................................................................... 29
3.2.8.1. Nhiệt ion hóa.............................................................................................. 29

3.2.8.2. Nhiệt ion hóa.............................................................................................. 31
3.2.9. Sự tự phóng điện.................................................................................................................... 32
3.3.Khả năng phủ nano bạc lên vải cotton………………………………….…… 33
CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ......................35
4.1. Những yêu cầu cơ bản của đề tài...................................................................... 35
4.2. Cải tiến mơ hình............................................................................................... 35
4.2.1. Mơ hình cũ.................................................................................................... 36
4.2.2. Mơ hình cải tiến............................................................................................. 37
4.2.3. Ngun lý hoạt động..................................................................................... 38
4.3. Phƣơng án sử dụng điện cực của bộ Plasma.................................................... 38
4.3.1. Phƣơng án 1: Sử dụng điện cực dƣơng ngắn hơn cực âm............................39
4.3.2. Phƣơng án 2: Sử dụng điện cực dƣơng dài hơn cực âm...............................39
4.4. Định vị thanh điện cực trong ống thạch anh.....................................................41
4.5. Định vị ống thạch anh với trục Plasma............................................................. 41
4.6. Trình tự cơng việc tiến hành............................................................................. 42
CHƢƠNG 5: TÍNH TỐN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ VẢI BẰNG CÔNG
NGHỆ PLASMA.................................................................................................... 43
5.1. Nhận xét........................................................................................................... 43
5.2. Chọn vật liệu cho hệ thống............................................................................... 43
5.3. Tính tốn hệ thống............................................................................................ 44
5.3.1. Tính tốn chọn động cơ................................................................................. 44
5.3.2. Tính tốn thiết kế trục.................................................................................... 44
5.4. Thiết kế mơ hình............................................................................................... 45
Chƣơng 6: CHẾ TẠO VÀ THÍ NGHIỆM.............................................................. 53


6.1. Chế tạo:............................................................................................................ 53
6.2. Thí nghiệm....................................................................................................... 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................60



DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 2.1: Nano Platium............................................................................................................. …. 5
Hình 2.2: Nano tube............................................................................................................................ 6
Hình 2.3: Hạt lipid............................................................................................................................... 6
Hình 2.4: Cơ chế phá vỡ phản ứng oxy hóa.............................................................9
Hình 2.5: Sơ đồ các bƣớc sản xuất dệt, nhuộm, may cho đến khi thành phẩm.......12
Hình 2.6: Vải cotton và góc liên kết sợi vải............................................................13
Hình 2.7: Sợi len.....................................................................................................14
Hình 2.8: Vải lụa............................................................................................................................... 15
Hình 2.9: Vải kaki............................................................................................................................. 15
Hình 2.10: Vải kate............................................................................................................................ 16
Hình 2.11: Sự chuyển biến vật chất theo nhiệt độ.................................................................. 23
Hình 3.1: Vải cotton..............................................................................................24
Hình 3.2: Cơng thức cấu tạo của cenllulose............................................................25
Hình 3.3: Cơ chế phóng điện..................................................................................32
Hình 4.1: Sơ đồ mơ hình ban đầu................................................................................................ 36
Hình 4.2: Hình ảnh mơ hình ban đầu......................................................................37
Hình 4.3: Sơ đồ mơ hình cải tiến............................................................................37
Hình 4.4: Cấu tạo ống plasma...................................................................................................... 38
Hình 4.5: Buồng plasma phƣơng án 1...................................................................................... 39
Hình 4.6: Buồng plasma phƣơng án 2...................................................................................... 40
Hình 4.7: Định vị điện cực trong ống thạch anh................................................................... 41
Hình 4.8: Định vị ống thạch anh so với trục plasma............................................................ 41
Hình 5.1: Trục plasma lớn.............................................................................................................. 45
Hình 5.2: Trục plasma nhỏ............................................................................................................. 46
Hình 5.3: Thành máy....................................................................................................................... 46
Hình 5.4: Con trƣợt di động lớn.................................................................................................. 47
Hình 5.5: Con trƣợt di động nhỏ................................................................................................. 48
Hình 5.6: Con trƣợt cố định.......................................................................................................... 48

Hình 5.7: Vịng đệm ống thạch anh............................................................................................ 49
Hình 5.8: Nút đậy ống thạch anh................................................................................................. 49
Hình 5.9: Thanh chặn....................................................................................................................... 50
Hình 5.10: Giá plasma...................................................................................................................... 50
Hình 5.11: Giá đỡ ống thạch anh (2 ống).................................................................................. 51
Hình 5.12: Giá đỡ ống thạch anh (1 ống).................................................................................. 51
Hình 5.13: Đế máy............................................................................................................................. 51
Hình 5.14: Mơ hình thiết kế 3D.................................................................................................... 52


Hình 6.1: Hình ảnh trục lớn........................................................................................................... 53
Hình 6.2: Hình ảnh trục nhỏ.......................................................................................................... 53
Hình 6.3: Hình ảnh con trƣợt di động lớn............................................................................... 53
Hình 6.4: Hình ảnh con trƣợt di động nhỏ.............................................................................. 54
Hình 6.5: Hình ảnh con trƣợt cố định....................................................................................... 54
Hình 6.6: Hình ảnh thành máy..................................................................................................... 55
Hình 6.7: Hình ảnh thanh chặn.................................................................................................... 55
Hình 6.8: Hình ảnh thực tế............................................................................................................. 56
Hình 6.9: Mẫu vải trƣớc khi xử lý.............................................................................................. 57
Hình 6.10: Vải đƣợc phủ dung dịch bạc nano 1%............................................................... 58
Hình 6.11: Vải đƣợc phủ dung dịch bạc nano 3%................................................................ 58
Hình 6.12: Vải đƣợc phủ dung dịch bạc nano 7%............................................................... 58


CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài
Trong thời đại ngày nay, ở nƣớc ta nhu cầu sử dụng vải kháng khuẩn đang
ngày càng nở rộ và ƣa chuộng vì những đặc tính ƣu việt của nó nhƣ: ngăn cản sự
phát triển của vi khuẩn, chống bám bẩn… Chính vì vậy, mà vải kháng khuẩn đƣợc
ứng dụng nhiều trong các ngành y tế, ngành may trang phục, quần áo thể thao…

Trong y tế loại vải này đƣợc dùng làm quần áo phẫu thuật, quần áo cho bệnh nhân,
drap giƣờng bệnh, mũ bác sĩ… Bên cạnh đó, trong may mặc ngƣời ta dùng nhiều
trong việc may trang phục nhƣ veston, quần áo thể thao, rèm cửa… Nắm bắt đƣợc
tính thị yếu của thị trƣờng, nên các doanh nghiệp may mặc trong nƣớc cũng sử
dụng các loại vải kháng khuẩn này vào sản phẩm của mình. Hiện nay, các nghiên
cứu trong nƣớc cũng đã và đang nghiên cứu cách tạo ra vải kháng khuẩn, nhƣ việc
nhúng vải vào trong dung dịch nano bạc rồi phơi khô xong đem sử dụng hoặc tìm
cách gắn gốc có cấu trúc nano bạc vào gốc của vải bằng các phƣơng pháp các
phƣơng pháp nhƣ: dùng tia UV, dùng sóng siêu âm để tạo liên kết… Tuy nhiên các
giải pháp này cũng có những nhƣợc điểm khó khắc phục nhƣ: ơ nhiễm mơi
trƣờng, khơng an tồn cho ngƣời sử dụng, tác dụng khơng lâu, thời gian xử lý lâu,
tốn thời gian, tiền bạc và công sức… Chính những đều này làm cho các nguyên
liệu vải thƣờng đƣợc nhập từ nƣớc ngoài, làm cho giá thành sản phẩm tăng lên do
chi phí vận chuyển và giá nguyên liệu tƣơng đối cao, gây khó khăn trong việc cạnh
tranh thƣơng mại.
Chính vì vậy, đề tài xử lý phủ nano bạc lên bề mặt vải bằng công nghệ
Plasma ở điều kiện nhiệt độ thấp (Plasma lạnh) là đề tài rất cần thiết nhằm tạo ra sản
phẩm mới mang tính Việt Nam với chất lƣợng cao, khắc phục đƣợc những nhƣợc
điểm trên nhằm phục vụ trong và ngoài nƣớc đẩy mạnh sự cạnh tranh trên thị
trƣờng quốc tế.
Công nghệ xử lý phủ nano bạc lên vải bằng Plasma lạnh là một công nghệ
tiên tiến, mới nhất phù hợp với nhu cầu, và đều kiện sản xuất kinh doanh của doanh
nghiệp nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩm, tạo ra đặc tính mới cho sản phẩm. Về
phía ngƣời tiêu dùng, sản phẩm có tính linh hoạt cao giúp tiết kiệm chi phí và bảo
vệ mơi trƣờng mà khơng thay đổi nhiều về tính chất của vải.

1


1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Đây là phƣơng pháp xử lý mới có thể bổ sung vào quy trình sản xuất để tạo
ra sản phẩm hoàn chỉnh chất lƣợng cao, là phƣơng pháp mà trên thế giới hiện nay
đƣợc giới khoa học rất quan tâm nghiên cứu. Là chủ trƣơng mà cần các nhà nghiên
cứu khoa học thực hiện, dám nghĩ - dám làm. Ý nghĩa khoa học của đề tài là rõ ràng
kể cả khi thành cơng hay thất bại thì cũng có thể giúp cho chúng ta hiểu biết thêm
về công nghệ mới. Sự thành cơng của đề tài sẽ hồn thiện thêm một phƣơng pháp
phun phủ nano bạc lên vải bằng công nghệ Plasma vừa đạt hiệu quả cao, không gây
nguy hiểm và ô nhiễm đến môi trƣờng. Việc áp dụng công nghệ Plasma thay thế
cho các phƣơng pháp đã có trƣớc đây sẽ tiết kiệm đƣợc giá thành, thời gian…
Không chỉ sử dụng điện an tồn và thân thiện với mơi trƣờng mà còn tiết kiệm
nguyên liệu một cách hiệu quả nhất.
1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mơ hình phủ nano bạc trên vải
cotton bằng công nghệ plasma ở nhiệt độ thấp” đƣợc thực hiện
theo các mục tiêu sau:
Mục tiêu tổng quan:
 Tạo hƣớng đi mới trong lĩnh vực xử lý bề mặt;
 Giúp phát triển ngành công nghiệp dệt may.

Mục tiêu cụ thể:
 Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đƣợc mơ hình phủ nano bạc trên vải bằng

cơng nghệ Plasma đáp ứng đƣợc yêu cầu đề ra;
 Tìm ra các thơng số tối ƣu của mơ hình;
 Tạo ra sản phẩm vải có tính chất mới.

1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu
 Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu cách chế tạo môi trƣờng Plasma ở nhiệt độ


thấp trong môi trƣờng áp suất thƣờng, ứng dụng vào việc xử lý và phủ nano
bạc lên bề mặt vải;
 Hệ thống phủ nano bạc trên vải.

1.4.2. Phạm vi nghiên cứu

2


Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một mơ hình phun phủ nano
bạc trên vải bằng công nghệ Plasma ở nhiệt độ thấp với năng suất 20m/phút. Sau
khi thành công sẽ nghiên cứu để nâng công suất làm việc nhằm đáp ứng nhu cầu của
cơ sở doanh nghiệp cũng nhƣ các công ty lớn.
1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
1.5.1. Cơ sở phƣơng pháp luận
Phƣơng pháp phân tích tài liệu: Tham khảo từ giáo trình thiết kế máy, tài liệu
về Plasma, chất phủ Nano và đƣợc sự hỗ trợ từ giáo viên hƣớng dẫn (ThS. Thái

Văn Phước).
Điều tra thực tế: Tiến hành các thí nghiệm về khả năng kháng khuẩn của vải
đƣợc phủ nano bạc và xử lý Plasma trên vi khuẩn S. Aureus, thực hiện các thí
nghiệm về xử lý các bề mặt từ đó rút ra các nhận xét đánh giá. Tham khảo một số
máy xử lý bề mặt bằng cơng nghệ Plasma có cấu trúc tƣơng tự và giá thành của
chúng trên thị trƣờng.
1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể
 Tham khảo tài liệu về thiết kế máy xử lý bề mặt bằng công nghệ Plasma;
 Tham khảo chất phủ Nano đề xuất phƣơng án phủ, nguyên lý hoạt động,

thiết bị phụ trợ, thực hiện thiết kế mơ hình;
 Tiến hành làm thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm để đạt kết quả


mong muốn.
1.6 . Kết cấu của đồ án
Kết cấu của đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chƣơng
 Chƣơng 1: Giới thiệu.
 Chƣơng 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài.
 Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết.
 Chƣơng 4: Phƣơng hƣớng và giải pháp cơng nghệ.
 Chƣơng 5: Tính tốn, thiết kế hệ thống xử lý vải bằng công

nghệ palsma.

 Chƣơng 6: Chế tạo và thí nghiệm.
 Kết luận & Kiến nghị

3


CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ
TÀI 2.1. Tổng quan công nghệ nano
Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ cao nhƣ công nghệ thông tin, công
nghệ sinh học, sự ra đời và phát triển công nghệ nano sẽ cuộc cách mạng của thế kỷ
21, hứa hẹn sẽ lấp đầy mọi nhu cầu trong cuộc sống của chúng ta.
Công nghệ nano 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
-9

thƣớc của các hạt và vật liệu trên quy mô từ 1 đến 100 nanômét (1 nm = 10 m). Là
một ngành công nghệ non trẻ, tuy nhiên nó có khả năng sẽ làm thay đổi một cách
toàn diện bộ mặt cuộc sống của chúng ta . Nhiều quốc gia trên thế giới đã quan tâm

và đặt ra mục tiêu nghiên cứu phát triển và ứng dụng cơng nghệ nano, nhƣ là một
địn bẩy thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế, cùng các ngành khoa học công nghệ
khác, vốn đã phát triển nhƣ công nghệ thông tin, công nghệ sinh học.
 Trên thế giới
Ngày nay công nghệ nano đã trở thành một ngành công nghệ đƣợc đầu tƣ nghiên
cứu các ứng dụng để tạo ra các sản phẩm có giá trị hàng nghìn tỷ USD hàng năm.
Một loạt công ty đã tham gia: Mitsubishi, Motorola, Lucent, Hitachi, Nec, Sony,
Microsoft, IBM. Riêng Mitsubishi đã đầu tƣ hơn 100 triệu Euro cho nano. Công ty
này sẽ tạo ra những loại sợi carbone nhỏ chắc hơn thép 100 lần và nhẹ hơn thép 6
lần. Một khoản ngân sách, chỉ riêng năm 2003, đã có 3 tỷ Euro đƣợc chi ra cho
những nghiên cứu về nano [9].
Mỹ là quốc gia rất quan tâm đến nano. Mỹ đã thành lập 2 Viện nghiên cứu kỹ thuật
nano quốc gia. Ngƣời Mỹ hy vọng nano sẽ có nhiều ứng dụng triệt để cho các
ngành y tế, giáo dục, năng lƣợng, giao thông và cả tƣ pháp.
Khơng chỉ có Mỹ, các nƣớc nhƣ Nhật Bản, Trung Quốc , Hàn Quốc cũng đầu tƣ
hàng trăm triệu USD cho việc nghiên cứu các ứng dụng của nano và đã đạt một số
thành tựu nhất định. Thị trƣờng nano châu Á sẽ sớm bùng nổ trong thời gian tới.
 Tại Việt Nam
Nhiều trung tâm, phòng ban nghiên cứu nano thuộc các trƣờng đại học cũng đƣợc
thành lập. Năm 2006 tại Cần Thơ chúng ta đã tổ chức Hội thảo khoa học tồn quốc
về ứng dụng cơng nghệ nano, với sự đăng đàn của nhiều nhà khoa học thế giới.
2.2. Sơ lƣợc về nano
2.2.1. Khái niệm
 Hạt nano (nanoparticles) là các hạt với một hay nhiều kích thƣớc ở dạng kích

cỡ nano (nm, 1 nm = 10

−9

m).


4


Hình 2.1: Nano platium [11]
 Cơng nghệ nano 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 thƣớc trên nanomet. Ở kích thƣớc nano, vật liệu sẽ có
những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống khơng có đƣợc đó là do
sự thu nhỏ kích thƣớc và việc tăng diện tích mặt ngồi...
2.2.2. Phân loại
2.2.2.1. Hạt nano vơ cơ
Các hạt vơ cơ cấu trúc nano có kích thƣớc, hình dạng và lỗ xốp khác
nhau đƣợc tạo ra từ kim loại, oxit kim loại. Đặc điểm nổi bật nhất của các
hạt nano vô cơ là khả năng dễ chế tạo và tính ứng dụng cao.
2.2.2.2. Hạt nano polymer
Các hạt nano polymer đƣợc hình thành từ quá trình cắt đứt và phân
hủy mạch polymer dạng dài về dạng kích thƣớc nano. Ứng dụng chủ yếu
của các polymer nano là làm chất nền cho quá trình dẫn truyền thuốc.
2.2.2.3. Nanotube
Nanotube đƣợc xem nhƣ là các tấm tự gắn kết, xuất phát từ các
nguyên tử đƣợc sắp xếp trong các ống (tube). Hiện nay trong lĩnh vực
thuốc và y tế, nhiều nhà khoa học đang nghiên cứu khả năng ứng dụng
nanotube trong quá trình dẫn truyền thuốc.

5


Hình 2.2: Nanotube [12]

2.2.2.4.

Tinh thể nano (nanocrystals)

Tinh thể nano là sự kết hợp các phân tử lại để hình thành tinh thể có
kích thƣớc nano. Các tinh thể nano đƣợc ứng dụng rộng rãi trong ngành
vật liệu, kỹ thuật hóa học nhƣ các chấm lƣợng tử (quantum dot) trong
hình ảnh sinh học.
2.2.2.5.

Hạt nano rắn lipid (solid lipid nanoparticles)

Các hạt lipid rắn là những lipid - nền tảng cấu thành từ những chất dẫn
truyền thuốc dạng keo. Ƣu điểm của các hạt nano lipid dạng rắn này là
chúng có độ ổn định cao hơn so với liposome trong hệ thống sinh học.
Ứng dụng chính của hạt nano rắn dạng lipid đƣợc dùng để dẫn truyền
thuốc, hoặc làm làm chất mang cho các thuốc đắp tại chỗ.

Hình 2.3: Hạt lipid [13]

6


2.3. Giới thiệu về nano bạc
2.3.1. Tính chất của hạt nano bạc
2.3.1.1.

Tính chất quang học

Tính chất quang học của hạt nano bạc trộn trong thủy tinh làm cho các

sản phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau đã đƣợc ngƣời La Mã sử
dụng từ hàng ngàn năm trƣớc. Các hiện tƣợng đó bắt nguồn từ hiện tƣợng
cộng hƣởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) do điện tử tự do
trong hạt nano bạc hấp thụ ánh sáng chiếu vào. Kim loại có nhiều điện tử tự
do, các điện tử tự do này sẽ dao động dƣới tác dụng của điện từ trƣờng bên
ngồi nhƣ ánh sáng. Thơng thƣờng các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi
các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi
quãng đƣờng tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thƣớc. Nhƣng khi
kích thƣớc của kim loại nhỏ hơn quãng đƣờng tự do trung bình thì hiện
tƣợng dập tắt khơng cịn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hƣởng với ánh
sáng kích thích. Do vậy, tính chất quang của hạt nano bạc có đƣợc do sự dao
động tập thể của các điện tử dẫn đến từ q trình tƣơng tác với bức xạ sóng
điện từ. Khi dao động nhƣ vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano bạc
làm cho hạt nano bạc bị phân cực điện tạo thành mộ lƣỡng cực điện. Do vậy
xuất hiện một tần số cộng hƣởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣng các yếu
tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano bạc và môi trƣờng xung quanh là các
yếu tố ảnh hƣởng nhiều nhất. Ngoài ra, mật độ hạt nano bạc cũng ảnh hƣởng
đến tính chất quang. Nếu mật độ lỗng thì có thể coi nhƣ gần đúng hạt tự do,
nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hƣởng của q trình tƣơng tác giữa
các hạt.
2.3.1.2.

Tính chất điện

Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật
độ điện tử tự do cao trong đó. Đối với vật liệu khối, các lý luận về độ dẫn dựa
trên cấu trúc vùng năng lƣợng của chất rắn. Điện trở của kim loại đến từ sự tán
xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt
của nút mạng (phonon). Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng
điện I) dƣới tác dụng của điện trƣờng (U) có liên hệ với


7


nhau thông qua định luật Ohm: U = IR, trong đó R là điện trở của kim loại.
Định luật Ohm cho thấy đƣờng I – U là một đƣờng tuyến tính. Khi kích
thƣớc của vật liệu giảm dần, hiệu ứng giam cầm lƣợng tử làm rời rạc hóa
cấu trúc vùng năng lƣợng. Hệ quả của q trình lƣợng tử hóa này đối với hạt
nano bạc là I – U không cịn tuyến tính nữa mà xuất hiện một hiệu ứng gọi là
hiệu ứng chắn Coulomb (Coulomb blockade) làm cho đƣờng I – U bị nhảy
bậc với giá trị mỗi bậc sai khác nhau một lƣợng e/2C cho U và e/RC cho I,
với e là điện tích của điện tử, C và R là điện dung và điện trở khoảng nối hạt
nano bạc với điện cực.
2.3.1.3.

Tính chất từ

Bạc có tính nghịch từ ở trạng thái khối do sự bù trừ cặp điện tử. Khi vật
liệu thu nhỏ kích thƣớc thì sự bù trừ trên sẽ khơng tồn diện nữa và vật liệu
có từ tính tƣơng đối mạnh.
2.3.1.4.

Tính chất nhiệt

Nhiệt độ nóng chảy của vật liệu phụ thuộc vào mức độ liên kết giữa các
nguyên tử trong mạng tinh thể. Trong tinh thể, mỗi một nguyên tử có một số các
nguyên tử lân cận có liên kết mạnh gọi là số phối vị. Các nguyên tử trên bề mặt
vật liệu sẽ có số phối vị nhỏ hơn số phối vị của các nguyên tử ở bên trong nên
chúng có thể dễ dàng tái sắp xếp để có thể ở trạng thái khác hơn. Nhƣ vậy, nếu
kích thƣớc của hạt nano bạc giảm, nhiệt độ nóng chảy sẽ giảm.


2.3.2. Cơ chế kháng khuẩn và các ứng dụng của nano bạc
2.3.2.1.

Cơ chế kháng khuẩn của nano bạc

 Nano bạc kháng khuẩn theo hai cơ chế chính:
+

Làm biến chất vi khuẩn bằng cách phá vỡ các nối disulfit: các nối
disulfit (–S–S–) trong vi khuẩn rất quan trọng vì nó đóng vai trị nhƣ
một cơng tắc đóng, mở thuận nghịch để tạo ra protein khi tế bào vi
khuẩn gặp các phản ứng oxy hóa. Đây là cấu trúc quan trọng của các
enzyme trong vi khuẩn với tính chất xúc tác, nano bạc vơ hiệu hóa
enzyme mà vi khuẩn, virus và nấm cần cho quá trình chuyển hóa
oxygen;

8


+

Phá vỡ màng tế bào vi khuẩn bằng các phản ứng oxy hóa: nano bạc
giúp tạo ra oxy hoạt tính trong khơng khí hoặc từ nƣớc. Những oxy
hoạt tính này có khả năng phá vỡ màng tế bào hoặc thành tế bào của
vi khuẩn.

Hình 2.4: Cơ chế phá vỡ bằng phản ứng oxy hóa [14]
 Ƣu điểm của nano bạc so với thuốc kháng sinh:
+


Nano bạc giết chết vi khuẩn ngay lập tức bằng 2 cơ chế làm biến chất
và oxy hóa. Vì vậy vi khuẩn khơng có khả năng kháng lại bạc. Các tế
bào của con ngƣời ở dạng mơ nên khơng bị ảnh hƣởng bởi q trình
này;

+

Khơng nhƣ các thuốc kháng sinh bị hấp thụ trong quá trình diệt
khuẩn, nano bạc hoạt động nhƣ chất xúc tác mà không bị hấp thụ.

2.3.2.2.

Ứng dụng

Xúc tác
 Nano bạc với diện tích bề mặt lớn và năng lƣợng bề mặt cao rất hữu

ích trong việc sử dụng làm xúc tác. Khi đƣợc sử dụng làm xúc tác thì
các hạt nano bạc thƣờng đƣợc phủ lên các chất mang là silica phẳng,
alumina …chúng có tác dụng làm nền giữ cho các hạt nano bạc bám
trên các chất mang đồng thời có thể làm tăng độ bền. Đồng thời, có
thể làm tăng độ bền, tăng tính chất xúc tác, bảo vệ chất xúc tác khỏi
quá nhiệt cũng nhƣ kết khối cục bộ giúp kéo dài thời gian hoạt động

9


của chất xúc tác. Ngồi ra, hoạt tính xúc tác có thể điều khiển bằng
kích thƣớc của các hạt nano bạc dùng làm xúc tác;

 Xúc tác nano bạc đƣợc ứng dụng trong việc oxi hóa các hợp chất hữu

cơ, chuyển hóa ethylen thành ethylen oxit dùng cho các phản ứng khử
các hợp chất nitro, làm chất phụ gia cải tiến khả năng xử lý NO và khí
CO của xúc tác FCC. Ngồi ra, xúc tác nano bạc cịn dùng làm xúc tác
trong phản ứng khử thuốc nhuộm bằng NaBH4…
Xử lý nước
 Với đời sống đang ngày càng đƣợc nâng cao nhƣ hiện nay, đồng thời

yêu cầu nƣớc uống sạch của con ngƣời ngày càng thay đổi: nƣớc
uống sạch nhƣng phải đảm bảo đã đƣợc tiệt trùng. Việc ứng dụng
nano bạc phủ lên PU dùng trong xử lý nƣớc uống cũng đƣợc đặt ra và
hứa hẹn sẽ là một hƣớng ứng dụng mang nhiều lợi ích thật sự thiết
thực trong đời sống;
 Ngồi ra vấn đề xử lý những ơ nhiễm nguồn nƣớc do nƣớc thải sinh

hoạt và các khu công nghiệp gây ra, hiện nay trên thế giới cũng nhƣ
trong nƣớc đã có nhiều cơng trình nghiên cứu về việc ứng dụng công
nghệ nano bạc cho việc xử lý nƣớc thải.
Ngành dệt may
 Trong thời gian dài, ngành công nghiệp dệt may sử dụng các hợp chất

nhƣ : CuSO4, ZnSO4,… đƣa vào trong vải tạo ra các sản phẩm sạch
có khả năng diệt khuẩn. Tuy nhiên, các tác nhân trên không thể đáp
ứng đƣợc yêu cầu cơ bản trong việc diệt khuẩn. Chính vì thế, việc làm
ra các tác nhân mới đáp ứng nhu cầu thực tế là rất cấp thiết.
Nhƣ đã đƣợc biết đến, hạt nano bạc có tính năng diệt khuẩn từ 98 –
99%. Nên khi đƣa nano bạc vào xơ sợi thì các hạt nano bạc bám dính
phân tán và cũng khơng gây tác hại cho da và có khả năng diệt khuẩn
rất cao;



Hiện nay, Nano bạc đã đƣợc đƣa vào xơ sợi của ngành công nghiệp
dệt may nhƣ: cotton, polyeste, polyeste/cotton, PP/PE, PAN,
Polyamid, len, Silk và Nylon… Trong số các loại thì vải cotton là

10


đƣợc chú ý nhiều nhất vì nó gần gũi với đời sống con ngƣời và các
điều kiện để chế tạo cũng không quá khắc nghiệt;


Nano bạc ứng dụng trong các sản phẩm dệt may đƣợc sử dụng có tính
sát khuẩn cao: quần áo, găng tay dùng trong y tế và các sản phẩm
tránh mùi hôi.

2.4. Nghiên cứu các loại vải
 Vải sợi là những cấu trúc dạng phẳng, đƣợc tạo thành từ các loại tơ sợi đƣợc

đan lại với nhau theo 1 cách nào đó. Những sợi này có dạng sợi dài, xoắn vào
nhau tạo thành phần tử cơ bản nhất của vải sợi. Mỗi loại sợi này đƣợc cấu
thành từ hàng triệu chuỗi phân tử hoá học đơn lẻ;
 Hiện nay, quy trình sản xuất các loại vải ở các doanh nghiệp hoặc các công ty

lớn chủ yếu đƣợc thực hiện theo các bƣớc nhƣ sau: Sợi vải đƣợc chuyển qua
cơng đoạn mắc sợi, sau đó chuyển sang hồ rồi mới đƣa qua hệ thống máy dệt để
thực hiện công đoạn dệt, công đoạn cuối cùng trƣớc khi sản phẩm dệt đƣợc
xuất xƣởng là công đoạn kiểm phẩm. Tại đây, hệ thống vải dệt


đƣợc kiểm tra kỹ trƣớc khi cho xuất kho để tránh những lỗi sản phẩm.

11