Hiệu ứng bề mặt ở cấu trúc nano

Hiệu ứng bề mặt ở cấu trúc nanô Bám dính (con thạch thùng) Không dính ướt (hiệu ứng lá sen) Dính ướt (hiệu ứng lá hoa hồng) 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) Hiệu ứng bề mặt Bám dính (con thạch thùng) Tại sao thạch thùng có thể bám chặt tốt? Hiệu ứng bề mặt - Sợi “lông” nanô Sợi lông sắp xếp như bàn chải đánh răng Mỗi sợi lông chính tua ra các sợi lông con 4 bàn chân có tất cả 6,5 triệu sợi lông(dài 200 nm, đường kính 10-15 nm) Bám dính do keo ? Ma xát ? Móc vào nhau ? Lực tĩnh điện ? Lực mao quản ? Lực hút van der Waals ? Hiệu ứng bề mặt - Sợi “lông” nanô Lực phân tử sinh ra bởi sự phân cực của các phân tử thành các lưỡng cực điện Giảm mạnh theo khoảng cách Chỉ tồn tại ở khoảng cách nanômét Diện tích tiếp xúc càng nhiều => Lực càng lớn: diện tích 1cm2 thì lực dính trung bình là 30 kg/cm2 6,5 triệu sợi lông có tổng diện tích tiếp xúc có khả năng chịu được 120 kg Bài học ứng dụng từ tự nhiên Bài học ứng dụng từ tự nhiên Mặt dính không keo Chế tạo rôbốt biết leo tường Bài học ứng dụng từ tự nhiên Chống trơn, trượt lốp xe Bài học ứng dụng từ tự nhiên Máy hút bụi siêu nhỏ làm sạch hạt bụi miromét trên các chip vi tính An ninh: Điều tra tội phạm Không dính ướt (hiệu ứng lá sen) và bề mặt không thích nước Tại sao bề mặt dính ướt/không dính ướt ? khối u ở kích thước micromét Bao xung quanh là các khối u nhỏ hơn kính thước nanômét được phủ bởi một loại sáp (vật liệu “ghét” nước) Bề mặt xốp có cấu trúc nanô ? Không dính ướt và bề mặt “ghét” nước Hiệu ứng bề mặt Bề mặt ghét nước Bề mặt thích nước q - góc tiếp xúc :  90° bề mặt “ghét” nước Năng lượng bề mặt (năng lượng bề mặt là năng lượng dùng để "bẻ đôi" một vật liệu ) Thích nước => Năng lượng bề mặt lớn (Kim loại, đá quí…) Ghét nước => Năng lượng bề mặt nhỏ (sáp, tefnol…) Hình thái học bề mặt Với bề mặt “ghét” nước: càng lồi lõm => bọt không khí càng nhiều  => càng tăng tính ghét nước (tăng ) Với bề mặt thích nước: càng lồi lõm => tăng lực Val der Waal  => càng tăng tính thích nước Bề mặt thích nước Bề mặt ghét nước Không dính ướt bề mặt trơn phủ sáp  = 104° bề mặt với khối u lớn  = 150° u nhỏ nanomét bao quanh = 160 – 180° Các khối u lớn và nhỏ có tác dụng là giảm diện tích tiếp xúc (giọt nước chỉ có 3 % diện tích tiếp xúc với bề mặt lá sen ) làm giảm năng lượng liên kết bề mặt tăng tính không dính ướt trên các bề mặt ghét nước Không dính ướt Lớp biểu bì tiết ra một loại sáp có góc tiếp xúc của nước trên biểu bì là 105° Nhờ những sợi lông con với đường kính vài micromét có các rãnh nhỏ vài trăm nanomét => góc tiếp xúc tăng đến 168° Tại sao muỗi đứng được trên nước Cấu tạo của chân muỗi Bài học ứng dụng từ tự nhiên Kính không dính ướt Bài học ứng dụng từ tự nhiên Kính thường Kính tự làm sạch TiO2 Giọt nước trượt Giọt nước lăn cuốn theo bụi bẩn Phủ lớp mỏng nanô TiO2 (~15 nm) lên kính có tác dụng: Hấp thụ bức xạ tử ngoại của mặt trời tạo ra hiệu ứng xúc tác quang hóa, phân hủy chất bẩn trên kính Lớp xốp nanô chống ướt và khi nước rơi xuống bề mặt kinh, các giọt nước hút nhau, hình thành nên một màn nước sẽ rửa trôi chất bẩn Sơn tự làm sạch (sơn nanô), vải tự làm sạch… Kính sinh thái tự làm sạch Bài học ứng dụng từ tự nhiên Các sản phẩm tự làm sạch khác: Sơn tường tự làm sạch, sơn mái chống đông tuyết Sơn thân tầu chống bám rêu , giảm sức cản của nước Vải chống thấm nước dùng trong y học Chống kết dính trong các linh kiện micro Vải tự sạch Bình xịt phủ lớp tự làm sạch Sàn nhà, gỗ,… Hiệu ứng lá hoa hồng – Bề mặt thích nước Tại sao ? Hiệu ứng lá hoa hồng – Bề mặt thích nước Các "ngọn đồi" micromét có chứa khe nano dọc theo đồi Các "ngọn đồi" micromét tạo các khe không khí làm giảm diện tích tiếp xúc nước với bề mặt => giọt nước cuộn tròn Các khe nanô tạo ra vùng tiếp xúc có lực van der Waals làm nước bám dính vào bề mặt cánh hoa (giống thạch thùng) Dính ướt – không dính ướt