Đề tài “Tổng Hợp Bề Mặt Siêu Chống Thấm (Superhydrophobic) Và Ứng Dụng” là một dạng nghiên cứu từ hiện tượng tự nhiên. Bắt đầu là những hạt nước trên lá sen, lá môn, trên cánh bướm, cánh gián…. đã là nguồn ý tưởng cho các nhà khoa học tìm tòi, giải thích hiện tượng và đưa các sáng kiến ứng dụng trong thực tế.
AMBIENT/
Chủ đề:
Nội dung Text: Đồ án: Tổng hợp bề mặt siêu chống thấm (superhydrophobic) và ứng dụng
- Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM
Khoa Công Nghệ Hóa Học GVHD: Ths.Nguyễn Thị Thanh Hiền
BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC
TỔNG HỢP BỀ MẶT SIÊU CHỐNG THẤM
(SUPERHYDROPHOBIC) VÀ ỨNG DỤNG
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Ngành: Công Nghệ Hóa Học)
GVHD : Ths.NGUYỄN THỊ THANH HIỀN
LỚP : 02DHLHH
SVTH : NGUYỄN TUÂN
Tổng Hợp Bề Mặt Siêu Chống Thấm SVTT: Nguyễn Tuân
(Superhydrophobic) Và Ứng Dụng Trang 1
- Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM
Khoa Công Nghệ Hóa Học GVHD: Ths.Nguyễn Thị Thanh Hiền
MSSV : 2204115009
1.
Tổng Hợp Bề Mặt Siêu Chống Thấm SVTT: Nguyễn Tuân
(Superhydrophobic) Và Ứng Dụng Trang 2
- LỜI CẢM ƠN
Trên thực tế không có sự thành công nào mà không gắn liền với những sự hỗ
trợ, giúp đỡ dù ít hay nhiều, dù trực tiếp hay gián tiếp của người khác. Trong
suốt thời gian từ khi bắt đầu học tập ở giảng đường đại học đến nay, em đã
nhận được rất nhiều sự quan tâm, giúp đỡ của quý Thầy Cô, gia đình và bạn bè.
Với lòng biết ơn sâu sắc nhất, em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Công
Nghệ Hóa Học – Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM đã cùng
với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho
chúng em trong suốt thời gian học tập tại trường. Và đặc biệt, trong học kỳ cuối
khóa này khoa đã đưa ra các đề tài thật hữu ích cho chúng em trước khi hoàn
thành việc học tại trường trong đó có để tài “Tổng Hợp Bề Mặt Siêu Chống
Thấm (Superhydrophobic) Và Ứng Dụng” do Ths. Nguyễn Thị Thanh Hiền đã
hướng dẫn
Em xin chân thành cảm ơn Ths Nguyễn Thị Thanh Hiền đã tận tâm hướng
dẫn em trong suốt thời gian qua. Nếu không có những lời hướng dẫn, dạy bảo
của Cô thì em nghĩ bài báo cáo thực tập này của em rất khó có thể hoàn thiện
được. Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn Cô.
- LỜI MỞ ĐẦU
Đi cùng với việc nghiên cứu và sự phát triển của khoa học ngày nay đó là
tính ứng dụng của nó vào thực tế. Có những nghiên cứu bắt nguồn từ yêu cầu
thiết yếu của đời sống hằng ngày, nhưng cũng có những nghiên cứu xuất phát từ
những hiện tượng tự nhiên mà nghiên cứu để ứng dụng vào thực tế. Đề tài
“Tổng Hợp Bề Mặt Siêu Chống Thấm (Superhydrophobic) Và Ứng Dụng” là
một dạng nghiên cứu từ hiện tượng tự nhiên. Bắt đầu là những hạt nước trên lá
sen, lá môn, trên cánh bướm, cánh gián…. đã là nguồn ý tưởng cho các nhà khoa
học tìm tòi, giải thích hiện tượng và đưa các sáng kiến ứng dụng trong thực tế.
Từ những ứng dụng đơn giản như sơn chống thấm, kính tòa nhà …đến các thiết
bị như điện thoại, máy quay phim dưới nước, giấy chống thấm…đã và đang
được nghiên cứu. Ngoài tác dụng chống thấm nước thì nó còn đem lại các lợi ích
khác như chống sự bám dính của rong rêu, tảo hay giảm tính ma sát…nên lợi ích
kinh tế rất lớn. Đây chính là lý do mà em đã chọn đề tài này với mục tiêu là tìm
hiểu và tổng hợp chất tạo bề siêu chống thấm (superhydrophobic) để ứng dụng
trong thực tế.
- NHẬN XÉT
(Giáo Viên Hướng Dẫn)
- NHẬN XÉT
(Giáo Viên Phản Biện)
- MỤC LỤC
- DANH MỤC BẢNG
Bảng Nội Dung Trang
1.1 Năng lượng bề mặt của các vật liệu thông dụng.
2.1 Một số loại cản quang và độ phân giải của chúng.
2.2 Tóm tắt những chất khí chính dùng trong CVD
DANH MỤC HÌNH
- Hình Nội Dung Trang
1.1 Bề mặt không dính ướt của lá sen và hoa hồng.
1.2 Hiệu ứng lá sen.
1.3 Cấu trúc hai thứ bậc của lá sen.
1.4 Cấu trúc micro/nano của khối u làm gia tăng góc tiếp xúc.
Cơ chế "tự làm sạch" trên lá sen: giọt nước tròn cuốn trôi bụi
1.5
bẩn.
1.6 Cấu trúc vi mô bề mặt hoa hồng.
1.7 Sự khác biệt giữa giọt nước trên cánh hoa hồng và lá sen.
1.8 Giọt nước trên bề mặt.
1.9 Sự liên hệ giữa góc tiếp xúc theta và năng lượng bề mặt.
1.10 Giọt nước trên bề mặt lồi lõm.
Các bước của công nghệ quang khắc sử dụng ánh sáng
2.1
(photolithography).
Nguyên lý kỹ thuật hệ photolithography Quá trình mask
2.2
alignment.
2.3 Cấu trúc một hệ beam writer của công nghệ EBL.
Cấu trúc hóa học và phản ứng quang hóa ở PMMA do chiếu
2.4
xạ.
2.5 Xử lý để tạo bề mặt siêu kị nước micro.
2.6 Bề mặt được bổ sung polydopamine.
2.7 Bề mặt có cấu trúc hoa.
2.8 SEM của mẫu InGaN.
2.9 SEM của bề mặt sau loại bỏ polimer thừa.
Sự lắng đọng LBL của polyelectrolytes với các nhóm nhạy
2.10
UV.
Sơ đồ biểu diễn các bước tạo bề mặt siêu kị nước với mảng
2.11
sợi nano Pt.
Bề mặt siêu kị nước với cấu trúc nano bởi polyethylene mật
2.12
độ cao (HDPE)
Hình ảnh SEM của ống nano PS với trạng thái hình học khác
2.13
nhau.
3.1 SEM các mẫu polypropylene chưa được xử lí hóa học.
3.2 Mẫu polypropylene đã xử lí hóa học.
3.3 Mẫu polystyrene.
3.4 Cấu trúc micro của mẫu đã xử lí polypropylene.
Hình dáng giọt nước và góc tiếp xúc của các mẫu theo
3.5
phương pháp sử dụng isotacticpolypropylene (IPP).
SEM mẫu theo Phương pháp sử dụng isotacticpolypropylene
3.6
(IPP).
- 3.7 Ảnh hưởng của tốc độ làm lạnh lên mẫu.
3.8 Các bước để tạo bề mặt hợp kim nhôm siêu kị nước.
3.9 Góc tiếp xúc của hợp kim nhôm qua các giai đoạn xử lí.
Ảnh hưởng của thời gian xử lí bằng nước sôi đến góc tiếp
3.10
xúc.
SEM bề mặt hợp kim nhôm xử lý nước sôi ở thời gian khác
3.11
nhau
3.12 Ảnh hưởng của nồng độ STA lên góc tiếp xúc.
3.13 Ảnh hưởng của thời gian xử lí STA đến góc tiếp xúc.
- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
2.
Tìm hiểu lý thuyết bề mặt không thấm ướt.
Tìm hiểu các ứng dụng bề mặt siêu kị nước trong thực tế.
Tìm hiểu và dịch tài liệu các phương pháp chế tạo bề mặt siêu kị
nước.
Tham khảo và dịch tài liệu công nghệ làm bề mặt siêu kị nước đơn
giản trong phòng thí nghiệm và đánh giá kết quả.
- Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM
Khoa Công Nghệ Hóa Học GVHD: Ths.Nguyễn Thị Thanh Hiền
3. PHẦN 1. TỔNG QUAN VỀ BỀ MẶT KHÔNG DÍNH ƯỚT
1. 1.1 Hiệu ứng lá sen, hoa hồng
1.1. 1.1.1 Hiệu ứng lá sen
Hình 1.1. Bề mặt không dính ướt của lá sen và hoa hồng.
Lá sen lâu nay vẫn được coi là tiêu chuẩn vàng về khả năng duy trì sự khô
ráo trong tự nhiên. Trên lá sen, các giọt nước sẽ đáp xuống trong hình dạng một
chiếc bánh mỏng, rồi nhanh chóng bật nảy trở lại thành một giọt đối xứng. Hiệu
ứng lá sen đã được áp dụng để sản xuất nhiều loại sợi công nghiệp, sơn và mái
chống thấm. Bí quyết của chúng là "góc tiếp xúc" cao.
Tổng Hợp Bề Mặt Siêu Chống Thấm SVTT: Nguyễn Tuân
(Superhydrophobic) Và Ứng Dụng Trang 17
- Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM
Khoa Công Nghệ Hóa Học GVHD: Ths.Nguyễn Thị Thanh Hiền
Hình 1.2. Hiệu ứng lá sen.
Theo lý thuyết của Wenzel (hay Kossen), cấu trúc lồi lõm, xù xì gia tăng
tính ghét nước của bề mặt ghét nước. Điều này được thấy rõ trên bề mặt lá sen.
Bề mặt lá sen là một bề mặt cực ghét nước có góc tiếp xúc là 161°. Dưới kính
hiển vi điện tử, người ta quan sát được những khối u ở kích thước micromét
(một phần ngàn mm), trên những khối u này dày đặc những khối u nhỏ hơn được
phủ bởi một loại sáp. Đây là một cấu trúc có thứ bậc (hierarchical structure). Thứ
nhất là mặt nền, sau đó là các khối u micromét, kế đến là cấu trúc nanomét và
sau cùng là lớp sáp phủ cực mỏng. Lớp sáp thực vật này là một bề mặt ghét
nước có năng lượng bề mặt thấp như sáp paraffin.
Hình 1.3. Cấu trúc hai thứ bậc của lá sen.
Khối u lớn trên mặt lá (a) và hình phóng đại của khối u lớn (b) cho thấy
các khối u nhỏ nanomét xuất hiện li ti trên mặt khối u lớn.
Dựa trên thành quả của Barthlott và Neinhuis, nhóm của giáo sư Lei Jiang
(Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc) tìm hiểu bề mặt lá sen qua góc nhìn vật lý
và vật liệu học. Theo giáo sư Jang và các cộng sự viên, cấu trúc thứ bậc của bề
mặt lá sen trong đó các khối u nanomét mọc trên các khối u micromét không phải
là một việc ngẫu nhiên. Bề mặt xù xì ở cấp độ micromét như cái chảo rán Teflon
cũng đủ làm gia tăng sự ghét nước của bề mặt. Khi lá sen là bề mặt phẳng chỉ có
Tổng Hợp Bề Mặt Siêu Chống Thấm SVTT: Nguyễn Tuân
(Superhydrophobic) Và Ứng Dụng Trang 18
- Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM
Khoa Công Nghệ Hóa Học GVHD: Ths.Nguyễn Thị Thanh Hiền
chất sáp không thôi, trị số của góc tiếp xúc là 104°. Chất sáp cho bề mặt tính ghét
nước nhưng chưa phải "cực ghét". Jang và cộng sự viên dùng hình học fractal để
xem ảnh hưởng của khối u. Khi có sự hiện diện của những khối u nanomét, góc
tiếp xúc θ gia tăng đột biến vượt qua trị số 150° trở thành bề mặt cực ghét nước.
Cũng vì những khối u nanomét, giọt nước chỉ có 3 % diện tích tiếp xúc với bề
mặt lá sen. Điều này đưa đến một kết quả hiển nhiên là giọt nước có thể di
động tự do khi bề mặt nghiêng và cuốn theo bụi bậm cho lá sen đặc tính tự làm
sạch (selfcleaning).
Hình 1.4. Cấu trúc micro/nano của khối u làm gia tăng góc tiếp xúc.
(a) Bề mặt trơn với chất sáp, θ = 104°.
(b) Bề mặt với khối u lớn, θ = 150°.
(c) Bề mặt với khối u lớn và khối u nanomét, θ = 160 – 180°.
Nước rơi lên bề mặt lá sen sẽ lăn như những giọt hình cầu, cuốn đi bụi
bẩn và vi trùng.
Tổng Hợp Bề Mặt Siêu Chống Thấm SVTT: Nguyễn Tuân
(Superhydrophobic) Và Ứng Dụng Trang 19
- Trường ĐH Công Nghiệp Thực Phẩm Tp.HCM
Khoa Công Nghệ Hóa Học GVHD: Ths.Nguyễn Thị Thanh Hiền
Hình 1.5. Cơ chế "tự làm sạch" trên lá sen: giọt nước tròn cuốn trôi bụi bẩn.
1.1.2 Hiệu ứng hoa hồng
Hình 1.6. Cấu trúc vi mô bề mặt hoa hồng
(a) Những "ngọn đồi" micromét trên cánh hoa hồng.
(b) Các khe nano trên đỉnh đồi.
Dưới kính hiển vi điện tử, bề mặt hoa hồng xuất hiện một cấu trúc vi mô
có hai thứ bậc: (1) những "ngọn đồi" kích cỡ micromét nằm ngang dọc theo một
thứ tự nhất định và (2) trên đầu những ngọn đồi tí hon này xuất hiện nhiều khe
nano.
Cơ cấu bám dính của trên cánh hoa hồng hay là "hiệu ứng cánh hoa" (petal
effect) được khảo sát và cơ chế vừa ghét nước vừa thích nước được giải thích.
Tổng Hợp Bề Mặt Siêu Chống Thấm SVTT: Nguyễn Tuân
(Superhydrophobic) Và Ứng Dụng Trang 20
Thêm vào BST
Báo xấu
Download
Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ
.jpg){kind=small}
