Thực hành vật lý chất rắn 2

1

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

KHOA VẬT LÝ

TÀI LIỆU THỰC HÀNH

VẬT LÝ CHẤT RẮN 2

TRÌNH ĐỘ: THẠC SĨ

NGÀNH: VẬT LÝ CHẤT RẮN

Bình Định, 11/2017

2

BÀI: 1

CHẾ TẠO SỢI NANO ZnO BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHUN ĐIỆN

1. Mục đích

- Nắm được cấu tạo và nguyên lý làm việc của phương pháp phun điện. - Biết cách chế tạo sợi nano ZnO bằng phương pháp phun điện. 2. Cơ sở lý thuyết

Phun điện là phương pháp chế tạo vật liệu nano sợi dưới tác dụng của lực

tĩnh điện (điện trường) có hiệu suất cao. Phương pháp này lần đầu tiên được biết

đến vào năm 1934 khi Anton Formhals sử dụng để chế tạo thành công các sợi

polyme. Hơn 30 năm sau, các nhà nghiên cứu mới chú ý đến phương pháp này

thông qua các công trình nghiên cứu của Taylor (1969). Để chế tạo vật liệu bằng phương pháp phun điện ta cần một số dụng cụ cơ

bản sau: một bộ nguồn dùng để tạo điện trường lớn (> 0,5 kV/cm), một kim phun

dùng làm điện cực, một ống chứa dung dịch, một máy bơm dung dịch và một dung

dịch có độ nhớt cao. Chất lỏng được phun ra ở đầu kim điện cực dưới tác dụng lực

tĩnh điện và trọng lực trong một vùng không gian có dạng hình nón gọi là vùng nón

Taylor. Các lực này sẽ cân bằng trong vùng không gian Taylor, tùy thuộc vào điều

kiện cân bằng mà có thể kim phun ra dạng giọt, dạng lỏng (hình 1).

3

Hình 1:Sơ đồ nguyên lí của phương pháp phun điện

Các đặc tính quan trọng của phương pháp phun điện là:

 Dung môi thích hợp để có thể hòa tan được polymer.  Áp suất hơi của dung môi phải thích hợp để nó bay hơi nhanh giúp cho

sợi giữ nguyên được bản chất của nó nhưng cũng bay hơi không quá nhanh để sợi

không bị cứng lại trước khi nó đạt được kích thước nano.  Độ nhớt và sức căng bề mặt của dung môi cũng không quá lớn để ngăn

không cho tia nhựa định hình nhưng cũng không quá nhỏ để cho dung dịch

polymer chảy ra hết khỏi đầu kim phun.  Việc cung cấp năng lượng cần được đầy đủ để đạt được độ nhớt và sức

căng bề mặt của dung dịch polymer một cách tốt nhất giúp cho việc hình thành và

duy trì tia sợi từ đầu kim phun.  Khoảng cách giữa đầu kim phun và bề mặt đế không nên quá nhỏ để tạo

ra tia lửa điện giữa các điện cực nhưng phải đủ lớn để cho dung môi bay hơi trong

quá trình sợi được hình thành.  Các yếu tố ảnh hưởng tới cấu trúc của sợi nano của phương pháp phun

điện:

- Dung dịch polymer

+ Ảnh hưởng của nồng độ

Các công trình được công bố liên quan đến hệ polymer/dung môi cụ thể, và

thường được giới hạn bởi trọng lượng phân tử trung bình của polymer. Và các tác

giả đều kết luận rằng khi tăng nồng độ Polymer thì đường kính sợi tăng. Độ nhớt thay đổi thì đường kính sợi sẽ thay đổi (Junvà cộng sự năm 2003). Độ nhớt tối thiểu cần thiết tương ứng với một số giá trị của c >c* trong dung dịch

và thay đổi theo trọng lượng phân tử của polymer cũng như tính chất của các dung

môi được sử dụng. Điều chỉnh độ nhớt dung dịch bằng cách thay đổi nồng độ

polymer, thay đổi thành phần dung môi ở nồng độ không đổi của polymer cũng có

thể được sử dụng cho mục đích này.