HÓA HỌC NGÀY NAY – Các phương pháp chế tạo vật liệu nano

Vật liệu nano lai cơ kim không chỉ đại diện thay mặt cho sự sửa chữa thay thế đầy phát minh sáng tạo trong phong cách thiết kế vật liệu và những hợp chất mới trong điều tra và nghiên cứu hàn lâm mà còn được cho phép tiến hành một cuộc cách mạng ứng dụng công nghiệp. Ngày nay, hầu hết những vật liệu lai đang xuất hiện trong thị trường là được tổng hợp và giải quyết và xử lý dựa trên kỹ thuật của hóa học trong thập niên 80 của thế kỷ 20 .
Các quy trình gồm có :

a) Đồng trùng hợp các silan hữu cơ, đại phân tử monomer, alkoxide kim loại

b) Áo bọc các chất hữu cơ bằng các silica hoặc alkoxie kim loại có xuất xứ từ quá trình sol-gel

c) Chức hoá hữu cơ lên độn nano, nano clay, hoặc các hợp chất có cấu trúc tấm

Những thế hệ mới những vật liệu nano này tăng trưởng liên tục trải qua những nghiên cứu và điều tra hàn lâm đã và đang là những quả ngọt cho những ứng dụng đầy doanh thu trong những nghành quang học, điện tử, truyền dẫn ion thể rắn, cơ khí, nguồn năng lượng, môi trường tự nhiên, sinh học, y học. Các ứng dụng đơn cử hoàn toàn có thể thấy như màng lọc, thiết bị tách, màng phủ mưu trí, pin nguyên vật liệu, tế bào mặt trời, chất xúc tác, cảm ứng, v.v …
Các kế hoạch chung trong chế tạo những vật liệu nano mang chức .
Có ba hướng chính A, B, C độc lập trong chủng loại, ứng dụng, thực chất giao diện giữa những phần hữu cơ-vô cơ, chính sách tổng hợp hóa học được dùng trong chế tạo vật liệu nano. ( hình 1 )

Hướng A liên quan đến hóa học sol-gel, sử dụng các tác chất đa chức và tạo cầu nối, tổng hợp sử dụng các điều kiện thủy nhiệt.

A1: Tổng hợp sol-gel.

Thông qua những chính sách tổng hợp sol-gel tầm cỡ, tất cả chúng ta có mạng vật liệu lai vô định hình. mạng này hình thành từ quy trình thủy phân những alkoxide sắt kẽm kim loại đã được biến tính phần hữu cơ hoặc những alide sắt kẽm kim loại, và alide sắt kẽm kim loại đã được ngưng tụ với alkoxide sắt kẽm kim loại. Dung môi hoàn toàn có thể chứa những phân tử hữu cơ, phân tử sinh học hoặc polymer đa chức mà nó hoàn toàn có thể tạo nới ngang hoặc tương tác với hoặc bị giữ lại bên trong phần vô cơ của vật liệu nano lai nhờ những tương tác ( link hydro, tương tác p-p, lực Val der Waals ). Hướng này đơn thuần, rẻ, và tạo ra vật liệu nano lai vô định hình. Các vật liệu này cho cấu trúc micro không xác lập, trong suốt và dễ định hình dạng màng hay khối. Chúng có size đa phân tán và không giống hệt trong thành phần hóa học. Tuy nhiên vật liệu tổng hợp từ hướng này rẻ, đa dụng, có nhiều đặc thù cơ lý đáng chăm sóc và đang có ứng dụng thương mại trong dạng màng hay khối monolith. Hiện tại, việc trấn áp cấu trúc cục bộ hoặc bán cục bộ cũng như mức độ tổ chức triển khai của vật liệu loại này là những yếu tố quan trọng trong việc tạo ra những tích chất như mong muốn .

A2: Sử dụng tác chất đã tạo cầu nối.

Các chất đã tạo cầu nối như silsesquioxane X3Si – R9 – SiX3 với R9 là chất bắt cầu gốc hữu cơ, X là những gốc Cl, Br, OR. Sử dụng những chất này được cho phép chế tạo những vật liệu lai cơ kim với độ như nhau mức phân tử và có tổ chức triển khai cục bộ tốt hơn. Sự tích hợp những thành phần cầu nối gốc hữu cơ của những nhóm alkyl, vòng thơm, và ure giúp quá trình tự liên kết tốt hơn nhờ năng lực tạo mạng link hydro mạnh và sắp xếp hiểu quả qua những tương tác p-p của những nửa phân đoạn hữu cơ .

A3: Tổng hợp thủy nhiệt

Phương pháp tổng hợp thủy nhiệt trong dung môi phân cực ( nước, formamide, v.v … ) với sự xuất hiện những phân tử khuôn gốc hữu cơ cho ra những mẫu sản phẩm zeolite. Các loại sản phẩm này có diện tích quy hoạnh mặt phẳng rất cao. Một số vật liệu zeolite lai mang tính từ hoặc điện. Sản phẩm có cấu trúc khung cơ-kim ( metal organic framwork – MOF ) đi từ phương pháp này hiện đang là ứng viên cho những ứng dụng xúc tác và hấp phụ khí .

Hướng B liên quan đến hóa học kết nối (hướng B1), hoặc sự phân tán (hướng B2) các khối nano đã được hình thành sẵn (well-defined nanobuilding block- NBB). Các khối nano hình thành sẵn là các phần tử được hiệu chỉnh cấu trúc và sẵn sàng tích hợp vào vật liệu nền. Những NBB có thể là các chùm hay bó phân tử, hạt nano được gắn trước hay cố định các nhóm chức hữu cơ ( oxyt kim loại, kim loại,oxyt các nguyên tố nhóm VI, các hợp chất dạng nano vỏ-lõi hoặc nano lớp (đất sét, các hydroxyt lưỡng lớp, các phospate dạng lớp, oxide các nguyên tố nhóm VI). Những NBB này có khả năng chèn tách vào các thành phần hữu cơ. Bên cạnh đó, chúng có thể được bọc các ligand hoặc kết nối với các chất bắt cầu gốc hữu cơ, chẳng hạn các phân tử telechelic hoặc polymer hoặc dendrimer đã chức hóa. Sử dụng những nhóm chất đã định sẵn cấu trúc này cho ưu điểm:

– Chúng khá trơ với sự thủy phân hoặc sự tấn công của các phần tử ái nhân.

– Các NBB có size nano, đa phân tán, và với cấu trúc định sẵn rõ sẽ tạo dựng tốt những đặc thù của vật liệu sau cuối .
Sự phong phú những NBB về thực chất, cấu trúc, và độ chức và những link được cho phép tạo nên những kiến trúc giao diện cơ-kim khác nhau tương ứng đến những kiểu tổng hợp khác nhau. Ngoài ra, tổng hợp theo từng bậc được cho phép trấn áp tốt những cấu trúc trung gian trong quy trình. Nhóm vật liệu đi từ sử dụng NBB quan trọng là vật liệu dùng đất sét nano. Chúng đã được thương mại kinh doanh hóa từ những hiệu quả chèn tách, trương nở và ly tán những đất sét nano .

Hướng C Tự tổ hợp -lắp ghép.

C1: Tố chức, tạo dạng mạng lai cơ-kim bằng các chất hoạt động bề mặt hữu cơ

Trong mười năm qua, hướng tổng hợp mới này được khảo sát và nghiên cứu và điều tra kỹ và đem lại sự thành công xuất sắc trong tăng trưởng vật liệu lai. Sự thành công xuất sắc này tương quan đến năng lực trấn áp và điều khiển và tinh chỉnh những giao diện cơ-kim. Trong nghành nghề dịch vụ này, những pha cơ-kim được chăm sóc tới vì sự đa dụng của chúng trong việc kiến thiết xây dựng nên một khoanh vùng phạm vi rộng những loại nanocomposite. Nanocomposite từ nghành nghề dịch vụ này hoàn toàn có thể là loại phân tán trật tự cao những khối vô cơ vào nền hữu cơ hay là loại vật liệu nanocomposite có sự dung nạp có trấn áp cao ở mức nano độ những polymer hũu cơ vào trong nền vô cơ. Một trong số chúng là vật liệu đi từ tổng hợp mạng lai có cấu trúc meso .

Hướng C2 sử dụng tác chất silsesquioxane đã được tạo cầu nối để tạo vật liệu lai xốp meso có khung ghép. Bước tiếp cận này tạo ra họ vật liệu mới các silica lai có tổ chức meso xốp mang nhóm chức hữu cơ bên trong vỏ silica. Vật liệu nano xốp này có trật tự cao và độ xốp meso cho phép thực hiện các phản ứng gắn chức hữu cơ lên bề mặt tiếp theo.

Hướng C3 liên quan đến sự kết hợp quá trình tự tổ hợp-gắn kết và cách xây dựng các khối nano NBB. Hướng này cho phép chúng ta có thể kiểm soát tốt các bước tổ hợp -gắn kết. Chúng hết sức quan trọng trong việc khảo sát nền tảng tổng hợp vật liệu bằng sự xây dựng kết cấu. Hướng này cho thấy sự đa dạng các giao diện trong cấu trúc giữa các phần vô cơ và hữu cơ ( nối đồng hóa trị, phức, tương tác tĩnh điện, v.v…). Các khối NBB cũng tạo ra ngành hóa học chuyên về lắp ghép phân tử thông qua các qua trình nhận dạng mức phân tử.

Phương pháp Aerosol

Phương pháp Aerosol được sử dụng thông dụng để tổng hợp hàng loạt vật liệu như Kim loại, oxit sắt kẽm kim loại, non-oxide ceramic, vật liệu bán dẫn, vật liệu siêu dẫn và đặc biệt quan trọng là vật liệu nano. Aerosol hoàn toàn có thể dùng để điều chế vật liêu với độ tinh khiêt cao cùng với điều khiển và tinh chỉnh được sự kết tinh cũng như size hạt vật liệu .

Phương pháp tổng hợp Aerosol có thể chia thành 2 cách:
-Sự tạo hạt vật liệu từ pha khí ( gas-to-particle)
-Sự tạo hạt vật liệu từ giọt nhỏ ( droplet-to-particle)

Sự tạo hạt vật liệu từ pha khí (PP chính của Aerosol)

Các hạt vật liệu được sinh ra từ trạng thái hơi quá bão hòa của những “ condensable species ” trong thiên nhiên và môi trường khí mang ( khí mang này thường là những khí trơ như N2, Ar … ). Hơi quá bão hòa này được tạo ra bởi hoặc phản ứng hóa học, hoặc quy trình Vật lý, ví như quy trình làm lạnh để giảm áp suât hơi bão hòa của “ condensable species ”. Tại trạng thái quá bão hòa đủ cao, những hạt vật liệu được sinh ra bởi quy trình “ nucleation ”, cùng với quy trình tăng trưởng hạt vật liệu trải qua : condensation, coagulation và agglomeration. Thông thường, Sự tạo hạt vật liệu từ pha khí thường sinh ra những hạt vật liệu với sự phân bổ kích cỡ hạt vật liệu ở khoanh vùng phạm vi hẹp, những hạt vật liệu tạo ra ở đây là dạng rắn và có hình cầu .
Sự tạo hạt vật liệu từ pha khí đã được sử dụng để điều chế những sắt kẽm kim loại ( Ag, Au, Cu va Mo ), những oxide va non-oxide ceramic ( Al2O3, TiO2, SiO2, MgO, AlN, BC, và vật liệu bán dẫn ( GaAs, ZnS. Hơn nưa, những vật liệu cấu trúc nano cũng thuận tiện được điều chế theo phương pháp này, size những hạt hoàn toàn có thể xê dịch từ vài nano tới vài micro. Trên qui mô công nghiệp TiO2, fumed SiO2, carbon black đã được điều chế theo phương pháp này .

Ưu điểm: So với phương pháp Sol-gel. Sản phẩm tạo ra ở dạng khô được sinh ra trực tiếp giảm bớt được các khâu lọc, rửa, sấy và nung… Điều này rất phù hợp cho các ứng dụng ceramic hay composite đòi hỏi nguyên liệu đầu ở dạng khô.

Hoahocngaynay.com/Hoahoc.info

Nguồn: Cyberchemvn.com

Chia sẻ :

Source: https://vh2.com.vn
Category custom BY HOANGLM with new data process: Chế Tạo