zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Thạc sĩ - Tiến sĩ - Cao học

Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp nano ôxít kẽm và nghiên cứu khả năng ứng dụng trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn thép

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:72

Báo xấu

48
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài nghiên cứu nhằm tổng hợp được nano ZnO ở các điều kiện nhiệt độ và pH khác nhau. Bằng phương pháp phân tích cấu trúc như nhiễu xạ tia X, phổ hồng ngoại và kính hiển vi trường điện tử quét cho thấy đã tổng hợp được nano ZnO với hình dạng lục lăng và kích thước hạt khoảng 10 nm. Kích thước hạt phụ thuộc vào điều kiện tổng hợp, trong điều kiện làm lạnh và pH=8 có kích thước hạt nhỏ và đồng đều hơn so với khi tổng hợp nano ZnO ở nhiệt độ thường và pH lớn hơn (pH=12).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Tổng hợp nano ôxít kẽm và nghiên cứu khả năng ứng dụng trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn thép

Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- ĐẶNG QUYẾT THẮNG TỔNG HỢP NANO ÔXÍT KẼM VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÕN THÉP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội - 2014 Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN --------------------- ĐẶNG QUYẾT THẮNG TỔNG HỢP NANO ÔXÍT KẼM VÀ NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TRONG LỚP PHỦ BẢO VỆ CHỐNG ĂN MÕN THÉP Chuyên ngành: Hóa vô cơ Mã số: 60440113 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Trịnh Anh Trúc Hà Nội - 2014 Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng LỜI CẢM ƠN Báo cáo khóa luận tốt nghiệp này được thực hiện tại Phòng Nghiên cứu Sơn bảo vệ - Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới - Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công nghê Việt Nam. Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Trịnh Anh Trúc đã giao đề tài và tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành báo cáo khóa luận tốt nghiệp này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa hóa học - Trường đại học Khoa học tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội, cùng toàn thể cán bộ Phòng Nghiên cứu Sơn bảo vệ - Viện Kỹ Thuật Nhiệt Đới - Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp đỡ tôi suốt thời gian qua. Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã động viên khuyến khích để tôi có thể hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này. Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Đặng Quyết Thắng Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng MỤC LỤC NỘI DUNG Trang Danh sách bảng biểu, hình vẽ 4 Danh sách các từ viết tắt 6 MỞ ĐẦU 7 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 10 1.1. Giới thiệu về ăn mòn kim loại và các phương pháp bảo vệ 10 111 n m n im o i 10 1 1 2 Sự ăn m n th p trong h quy n 11 1 1 3 Cá ph ng pháp o vệ h ng ăn m n im o i 12 1.2. Giới thiệu về vật liệu nano 13 1 2 1 Cá hái niệm về vật iệu nano 13 1 2 2 T nh hất hung ủa vật iệu nano 14 1 2 3 Cá ph ng pháp thự nghiệm điều hế vật iệu nano 14 1.3. Nano ôxít kẽm 16 1 3 1 Cấu trú và t nh hất ủa nano ZnO 16 1.3.2. Cá ứng dụng ủa nano ZnO 19 1.4. Lớp sơn phủ bảo vệ 21 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 25 2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị 25 2 1 1 Hóa hất 25 2 1 2 Dụng ụ và thiết ị 25 2.2. Tổng hợp nano ZnO 26 2.3. Biến tính nano ZnO bằng silan 26 2.4. Biến tính nano ZnO bằng BTSA 27 2.5. Chế tạo màng sơn bảo vệ bằng epoxy và nano ZnO biến tính 27 2 5 1 Chuẩn ị mẫu th p 27 2 5 2 Chế t o màng s n epoxy và epoxy hứa nano ZnO 27 Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng 2.6. Các phương pháp nghiên cứu đặc tính của vật liệu, màng sơn 27 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1. Tổng hợp nano ZnO và biến tính nano ZnO 38 3 1 1 Phân t h hình thái ấu trú vật iệu nano ZnO tổng hợp 38 3 1 2 Biến t nh nano ZnO ằng hợp hất hữu 43 3.2. Khả năng ức chế ăn mòn của nano ZnO và ZnO biến tính 45 3.3. Kết quả thử nghiệm tính chất bảo vệ chống ăn mòn thép của lớp 49 phủ epoxy chứa nano ZnO và nano ZnO biến tính 3 3 1 Kh o sát nh h ởng ủa tỷ ệ nano ZnO trong ớp phủ epoxy 49 3 3 2 Kh năng o vệ h ng ăn m n th p ủa ớp phủ epoxy hứa 53 nano ZnO biến t nh 3.4. Kết quả thử nghiệm khả năng chống phá hủy bởi tia tử ngoại (UV) 59 lớp phủ epoxy chứa nano ZnO và nano ZnO biến tính 3.5. Khảo sát các tính chất cơ lý của các màng sơn 63 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng DANH SÁCH BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ 1. Danh sách các bảng biểu - Bảng 1.1: Các thông số vật lý của ZnO - Bảng 3.1: Các pic đặc trưng của nano ZnO và ZnO biến tính - Bảng 3.2: Giá trị modul tổng trở tại tần số 1 Hz của màng sơn epoxy và epoxy chứa tỉ lệ nano ZnO khác nhau - Bảng 3.3: Giá trị modul tổng trở tại tần số 1 Hz của màng sơn chứa nano ZnO và nano ZnO biến tính - Bảng 3.4: Giá trị modul tổng trở tại tần số 1 Hz của màng sơn sau chiếu UV - Bảng 3.5. Kết quả đo độ bám dính và độ bền va đập của các màng sơn 2. Danh sách các hình vẽ - Hình 1.1: Cấu trúc tinh thể lục giác Wurtzite của ZnO - Hình 1.2: Cấu trúc tinh thể lập phương giả kẽm - Hình 1.3: Cấu trúc tinh thể lập phương muối ăn - Hình 2.1: Cấu tạo của kính hiển vi điện tử quét SEM - Hình 2.2: Sự phản xạ của tia X trên mặt mạng tinh thể - Hình 2.3: Sơ đồ đo điện hóa màng sơn trên nền thép - Hình 3.1: Giản đồ nhiễu xạ tia X của ZnO - Hình 3.2: Phổ hồng ngoại của bột ZnO - Hình 3.3: Ảnh SEM nano ZnO tổng hợp ở O0C và 250C - Hình 3.4: Ảnh SEM nano ZnO tổng hợp ở O0C tại pH=8(a) và pH=12 (b) - Hình 3.5: Ảnh SEM nano ZnO tổng hợp ở 250C tại pH=8(a) và pH=12 (b) - Hình 3.6: Phổ hồng ngoại của nano ZnO(a), ZnO-Silan1(b), ZnO-Silan2(c), ZnO- BTSA(d) - Hình 3.7. Đường cong TGA của ZnO và ZnO biến tính hữu cơ - Hình 3.8: Phổ tổng trở của mẫu đo ức chế ăn mòn sau 2 giờ ngâm, trong dung dịch NaCl.0,1M Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng - Hình 3.9: Đường cong phân cực mẫu đo ức chế ăn mòn sau 2 giờ ngâm trong dung dịch NaCl.0,1M - Hình 3.10: Phổ tổng trở của màng sơn sau 1 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% Mẫu trắng(a), 0,1%ZnO(b), 0,5%ZnO(c), 1%ZnO(d) - Hình 3.11: Phổ tổng trở của màng sơn sau 7 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% Mẫu trắng(a), 0,1%ZnO(b), 0,5%ZnO(c), 1%ZnO(d) - Hình 3.12: Phổ tổng trở của màng sơn sau 60ngày ngâm trong dung dịch NaCl3% Mẫu trắng(a), 0,1%ZnO(b), 0,5%ZnO(c), 1%ZnO(d) - Hình 3.13: Biến thiên của modul tổng trở tại tần số 1 Hz theo thời gian thử nghiệm trong môi trường NaCl 3%: Mẫu trắng(a), 0,1%ZnO(b), 0,5%ZnO(c), 1%ZnO(d) - Hình 3.14: Phổ tổng trở của màng sơn sau 2ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 1%ZnO(a), 1%ZnOhình que(b), 1%ZnO-Silan1(c), 1%ZnO-Silan2(d), 1%ZnO-BTSA(e) - Hình 3.15: Phổ tổng trở của màng sơn sau 48 ngày ngâm trong dung dịch NaCl3%:1%ZnO(a), 1%ZnOhình que(b), 1%ZnO-Silan1(c), 1%ZnO-Silan2(d), 1%ZnO-BTSA(e) - Hình 3.16: Biến thiên của modul tổng trở tại tần số 1 Hz theo thời gian thử nghiệm trong môi trường NaCl 3%: 1%ZnO(a), 1%ZnO hình que(b), 1%ZnO-Silan1(c), 1%ZnO-Silan2(d), 1%ZnO-BTSA(e) - Hình 3.17: Phổ tổng trở của màng sơn sau 1 chu kỳ chiếu tia UV (trong dung dịch NaCl3%): Mẫu trắng(a), 1%ZnO(b), 1%ZnO hình que(c), 1%ZnO-Silan1(d), 1%ZnO-Silan2(e) - Hình 3.18: Phổ tổng trở của màng sơn sau 7 chu kỳ chiếu tia UV (trong dung dịch NaCl3%): Mẫu trắng(a), 1%ZnO(b), 1%ZnO hình que(c), 1%ZnO-Silan1(d), 1%ZnO-Silan2(e) - Hình 3.19: Đồ thị modul tổng trở tại tần số 1 Hz của màng sơn theo thời gian chiếu UV Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT - XRD: Phổ nhiễu xạ tia X. - IR: Phổ hồng ngoại. - SEM: Phương pháp kính hiển vi điện tử quét. - TEM: Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua. - DD1: Dung dịch 1. - DD2: Dung dịch 2. - MT: Mẫu trắng. - 0,1% ZnO, 0,5% ZnO, 1%ZnO: Màng sơn epoxy chứa 0,1%, 0,5%, 1% nano ZnO. - ZnO-Silan1: Nano ZnO biến tính bằng silan Triethoxy phenyl silaml. - ZnO-Silan2: Nano ZnO biến tính bằng silan N-(2-Aminoethyl)-3 anino propyl- trimethoxy. - ZnO-BTSA: Nano ZnO biến tính bằng 2-benzothiazolylthio-succinic axit. Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng MỞ ĐẦU 1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Trong các lĩnh vực kinh tế và xã hội của loài người, kim loại và hợp kim đã và đang đóng một vai trò vô cùng quan trọng. Nó là vật liệu không thể thiếu và ngày càng được sử dụng rộng rãi hơn. Tuy nhiên cho đến ngày nay con người vẫn đang phải đối đầu với một vấn đề rất nghiêm trọng, đó là “Ăn mòn kim loại”. Hiện tượng ăn mòn kim loại gây ra những thiệt hại rất lớn cho nền kinh tế quốc dân. Theo ước tính có tới 10% lượng kim loại sản xuất ra hàng năm trên thế giới bị thiệt hại do ăn mòn, tương ứng khoảng 1 - 5% GDP thiệt hại hàng năm về kinh tế. Theo các số liệu thống kê gần đây, thiệt hại do ăn mòn kim loại gây ra ở Mĩ là khoảng 4% GDP, tương đương với 300 tỉ đô la mỗi năm [2]. Ngoài những thiệt hại trực tiếp về mặt vật chất, ăn mòn kim loại còn gây ra những thiệt hại gián tiếp như: làm giảm độ bền của các loại máy móc, thiết bị và chất lượng sản phẩm, sự ăn mòn cố thể gây ra những tai họa rất lớn cho các lò phản ứng hạt nhân, máy bay, tên lửa và các thiết bị tự động... Những thiệt hại do ăn mòn kim loại gây ra là rất nghiêm trọng, vì vậy nghiên cứu và tìm kiếm các biện pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại, hạn chế tổn thất do ăn mòn gây ra đang là vấn đề quan trọng của các quốc gia, trong đó có Việt Nam. Việt Nam là một quốc gia có khí hậu nhiệt đới, nóng ẩm, mưa nhiều, và lại có trên 3000 km bờ biển. Do đó nền kinh tế nước ta có quan hệ mật thiết với môi trường, đặc biệt là môi trường biển, môi trường có độ xâm thực ăn mòn cao. Chính vì vậy nghiên cứu các quá trình ăn mòn vật liệu, tìm ra các biện pháp hạn chế tối ưu quá trình ăn mòn đang là một trong các vấn đế cấp thiết, được đầu tư nghiên cứu mạnh ở nước ta. Các phương pháp chống ăn mòn kim loại bao gồm việc tác động vào môi trường ăn mòn, phủ lên bề mặt vật liệu các lớp phủ bền ăn mòn, bảo vệ catôt hoặc anôt, thụ động hoá bề mặt kim loại... Một trong những biện pháp có hiệu quả cao để Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng bảo vệ chống ăn mòn kim loại là sử dụng các lớp sơn phủ hữu cơ, biện pháp này cho phép bảo vệ kim loại trong thòi gian dài mà vẫn đảm bảo được tính thẩm mĩ cao. Thông thường lâu nay trước khi sơn, kim loại được thụ động hoá bởi một lớp cromat hoặc photphat để tạo độ bám dính cao giữa bề mặt kim loại với các lớp sơn phủ, đồng thời tăng khả năng bảo vệ chống ăn mòn. Tuy nhiên các lớp lót cromat lại có nguy cơ gây ra ô nhiễm môi trường một cách nghiêm trọng, có ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ con người. Chính vì vậy, việc tổng hợp nano ôxít kẽm và nghiên cứu khả năng ứng dụng của nano ôxít kẽm trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn thép ít độc hại và có khả năng chống ăn mòn cao, tạo được độ bám dính tốt đang được các nhà khoa học quan tâm trong những năm gần đây. 2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN Trong những năm gần đây nền công nghiệp sản xuất vật liệu sơn rất phát triển do biện pháp sơn bảo vệ chống ăn mòn kim loại được sử dụng nhiều nhất, có hiệu quả cao, giá thành thấp. Để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, các cơ sở nghiên cứu và sản xuất đang quan tâm nghiên cứu và phát triển các hệ sơn thân thiện với môi trường. Việc nghiên cứu các phụ gia ức chế ăn mòn và tăng khả năng bảo vệ của lớp phủ cũng rất được chú ý. Gần đây có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng của nano ZnO trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn kim loại, chỉ với hàm lượng nhỏ nano ZnO đã tăng đáng kể khả năng bảo vệ của màng sơn. Với đề tài luận văn: “Tổng hợp nano ôxít kẽm và nghiên cứu khả năng ứng dụng trong lớp phủ bảo vệ chống ăn mòn thép”, báo cáo của tôi đã hoàn thành quá trình tổng hợp nano ZnO và biến tính hữu cơ làm ức chế ăn mòn trong lớp sơn epoxy để kéo dài thời gian bảo vệ chống ăn mòn thép. Nội dung chi tiết của báo cáo luận văn khoa học này được chia thành 3 chương và phần kết luận: CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN Trong chương này, chúng tôi giới thiệu quá trình ăn mòn kim loại, các phương pháp bảo vệ chống ăn mòn kim loại và lớp phủ sơn, một số khái niệm, tính Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng chất chung của vật liệu nano, hình dạng cấu trúc, một số phương pháp sử dụng để chế tạo vật liệu nano và khả năng ứng dụng của hạt nano ZnO. CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM Chúng tôi giới thiệu một số hóa chất, dụng cụ và thiết bị trong quá trình điều chế vật liệu nano và quá trình tổng hợp màng sơn epoxy chứa các hạt nano ZnO. Các phương pháp nghiên cứu đặc tính và tính chất vật liệu như: chụp phổ hồng ngoại IR, chụp hiển vi điện tử quét phát xạ trường FESEM, chụp hiển vi điện tử truyền qua TEM, xác định độ bám dính, độ bền va đập và phương pháp đo tổng trở điện hóa. CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Trong chương này, chúng tôi đưa ra các kết quả thực nghiệm thu được về tính chất của các vật liệu nano ZnO, nano ZnO biến tính. Khảo sát tính chất và khả năng bảo vệ chống ăn mòn kim loại thép của màng sơn được chế tạo trên nền nhựa epoxy có phân tán các hạt nano tổng hợp trên. Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu về ăn mòn kim loại và các phƣơng pháp bảo vệ 1. n n ki oại [16] Ăn mòn kim loại là quá trình tự phá hủy cấu trúc kim loại dưới tác dụng của môi trường xung quanh hay môi trường xâm thực. Có nhiều nguyên nhân ảnh hưởng tới quá trình ăn mòn kim loại như: bản chất và thành phần kim loại, môi trường xâm thực, công nghệ vật liệu Tùy theo cơ chế phá hủy kim loại mà người ta phân loại ăn mòn thành: ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa. Ăn mòn hóa học xảy ra do phản ứng hóa học của kim loại với môi trường xâm thực. Ăn mòn điện hóa là ăn mòn kim loại trong môi trường điện li, trong đó sự oxy hóa kim loại và sự khử các chất oxy hóa không chỉ xảy ra trong một phản ứng trực tiếp mà nhờ sự dẫn điện, quá trình oxy hóa khử còn xảy ra phức tạp, ở nhiều khu vực khác nhau trên bề mặt kim loại. Ăn mòn điện hóa tuân theo quy luật của động học điện hóa và định luật Faraday. Điển hình cho dạng ăn mòn này là ăn mòn galvanic, với các hợp kim được tạo bởi nhiều nguyên tố kim loại có điện thế điện cực khác nhau cho nên khi làm việc trong dung dich điện li tạo thành các pin ăn mòn, ta gọi đó là dạng ăn mòn galvanic. Sự phá hủy kim loại theo cơ chế ăn mòn điện hóa rất phổ biến trong tự nhiên. Ăn mòn điện hóa của kim loại gồm có ba quá trình cơ bản là quá trình anôt, quá trình catôt và quá trình dẫn điện: - Quá trình anot là quá trình là quá trình oxy hóa điện hóa, trong đó kim loại chuyển vào dung dịch dưới dạng ion và giải phóng điện tử: M → Mn+ + ne - Quá trình catot là quá trình khử điện hóa trong đó các chất oxy hóa nhận điện tử do kim loại bị ăn mòn giải phóng ra: Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng Ox + ne → Red Chất oxi hóa thường gặp là H+ hoặc O2 Trong môi trường axit: 2H3O+ + 2e → H2 + H2O Trong môi trường trung tính: O2 + 2H2O + 4e → 4OH- - Quá trình dẫn điện: các điện tử do kim loại ăn mòn giải phóng ra sẽ di chuyển từ nơi có phản ứng anôt tới nơi có phản ứng catôt, còn các ion dịch chuyển trong dung dịch. Như vậy, khi kim loại bị ăn mòn sẽ xuất hiện vùng catôt và vùng anôt. 1.1.2. S ăn n th p trong kh quyển [2, 5] Trong không khí khô, thép được bảo vệ bởi một lớp oxit mỏng và khí. Ở nhiệt độ trên 300oC tốc độ oxy hóa tăng rất nhanh. Phản ứng anot: Fe + H2O → FeOH+ + H+ + 2e FeOH+ + H2O → FeOOH + 2H+ + e Phản ứng catot: 3FeOOH + e → Fe3O4 + H2O + OH- Sau đó Fe3O4 tiếp tục bị oxi hóa bởi O2 trong không khí để thành FeOOH: Fe3O4 + 1/4 O2 + 3/2 H2O → 3 FeOOH Tốc độ của phản ứng ăn mòn được xác định bởi tốc độ hình thành lớp gỉ. Thường lớp gỉ này xốp và quá trình ăn mòn tiếp tục với tốc độ giảm dần khi tăng chiều dày lớp gỉ. Sự có mặt của những phần tử muối hút ẩm trong không khí có thể khởi đầu cho sự ngưng tụ ẩm. Sự ngưng tụ này tạo nên lớp dung dịch điện ly trên bề mặt thép. Ăn mòn của các cấu kiện thép ở ngoài trời cũng bị ảnh hưởng bởi tần số chu kỳ ướt và khô (mưa, sương). Sự khác nhau về mức độ ăn mòn giữa khí hậu lục địa và biển chủ yếu do nhân tố này quyết định. Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng Sự ăn mòn kim loai nói chung và ăn mòn thép nói riêng đã gây ra một tổn thất đáng kể cho nền kinh tế quốc dân, bởi vậy sự nghiên cứu các quy luật ăn mòn cũng như đề xuất các phương pháp bảo vệ kim loại có ý nghĩa thực tiễn lớn lao. 1. C c phương ph p o v ch ng ăn n ki oại [15] Vấn đề bảo vệ chống ăn mòn kim loại phải được thực hiện đồng thời với việc sử dụng kim loại, dựa trên sự hiểu biết các nguyên nhân và cơ chế của quá trình ăn mòn người ta chia làm ba phương pháp chính như sau: - Tách kim loại khỏi môi trường xâm thực. - Thay đổi tính chất môi trường xâm thực. - Thay đổi tính chất của kim loại. 1.1.3.1. Tách kim o i hỏi môi tr ờng xâm thự Phương pháp bảo vệ kim loại được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp là ngăn cách kim loại khỏi môi trường xâm thực bằng lớp phủ bám dính tốt, không thấm và kín khít, không bị ăn mòn hoặc bị ăn mòn với tốc độ yếu hơn tốc độ ăn mòn của kim loại cần được bảo vệ, độ bền cao. Có nhiều loại lớp phủ nhưng ta có thể chia thành ba loại chính: - Lớp phủ kim loại. - Lớp phủ phi kim loại. - Lớp phủ hữu cơ. Bản chất của lớp phủ bảo vệ là ở chỗ cô lập kim loại với tác dụng của môi trường xâm thực. 1.1.3.2 Thay đổi t nh hất ủa môi tr ờng xâm thự Để thay đổi các tính chất của môi trường xâm thực người ta loại bỏ các chất xâm thực hoặc đưa vào các chất làm giảm tính xâm thực của môi trường. Chẳng hạn nếu oxy hòa tan trong dung dịch là nguyên nhân ăn mòn người ta đuổi oxy vào không khí hay đưa vào các chất hấp thụ đặc biệt như hidrazon hidrat, natri sunfit để làm giảm tính xâm thực của các dung dịch axit, muối, bazơ người ta thêm vào dung dịch các chất ức chế ăn mòn. Để bảo vệ các chi tiết máy chống ăn mòn khí quyển người ta dùng các chất ức chế bay hơi. Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng 1.1.3.3 Thay đổi t nh hất ủa im o i Để thay đổi các tính chất của kim loại người ta có thể đưa các kim loại bền hơn đối với ăn mòn vào dung dịch trong các điều kiện khai thác. Việc hợp kim các kim loại là một phương pháp có hiệu quả để tạo thành một loại thép mới, một loại hợp kim mới. Trên cơ sở hiểu biết quá trình ăn mòn điện hóa hòa tan anôt các kim loại, có thể thay đổi các tính chất của kim loại bằng các phương pháp bảo vệ điện hóa như: bảo vệ catôt, bảo vệ anôt, bảo vệ bằng protecto, bảo vệ điện dẫn lưu. 1.2. Giới thiệu về vật liệu nano 1.2.1. Các kh i ni về vật i u nano 1.2.1.1 Cá hái niệm hung Để hiểu sâu hơn về khái niệm vật liệu nano, chúng ta cần biết hai khái niệm có liên quan là khoa học nano (nanoscience) và công nghệ nano (nanotechnology). Khoa học nano là ngành khoa học nghiên cứu về các hiện tượng, sự can thiệp vào các vật liệu với quy mô nguyên tử, phân tử và đại phân tử. Quy mô này tương ứng với kích thước vào cỡ vài nano mét cho đến vài trăm nano mét. Tại các quy mô đó, tính chất của vật liệu khác hẳn với tính chất của chúng tại các quy mô lớn hơn. Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích đặc trưng, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị, và hệ thống bằng việc điều chỉnh hình dáng và kích thước trên nano mét [21]. Vật liệu nano là đối tượng của hai lĩnh vực là khoa học nano và công nghệ nano, nó là sự liên kết của hai lĩnh vực với nhau. Kích thước của hạt vật liệu đạt từ vài nm đến vài trăm nm. 1.2.1.2 Phân o i vật iệu nano Vật liệu nano được chia ra nhiều loại khác nhau nhưng vẫn được phân chia thành các dạng chính như sau: Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử). Ví dụ: hạt nano, đám nano Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều. Ví dụ: dây nano, ống nano... Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do. Ví dụ: màng mỏng... Ngoài ra, còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nano compozit trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nanomet, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau. 1.2 2 T nh chất chung của vật i u nano Các tính chất của vật liệu nano đều bắt nguồn từ kích thước hạt của chúng rất nhỏ bé, có thể đạt tới kích thước giới hạn của nhiều tính chất hóa lí của vật liệu. Từ đó, ta có thể nhận thấy rằng ở vật liệu nano nằm giữa tính chất lượng tử của nguyên tử và tính chất khối vật liệu. Do đó, hầu hết các nguyên tử tự do thể hiện hoàn toàn tính chất của mình khi tương tác với môi trường xung quanh. Trong khi đó, các vật liệu thông thường chỉ có một ít nguyên tử nằm trên bề mặt, còn phần lớn các nguyên tử nằm sâu bên trong thể tích của vật liệu, bị các nguyên tử ở lớp ngoài che chắn. Từ đó, ta có thể chờ đợi vật liệu nano thể hiện những các tính chất sau: - Tương tác của các nguyên tử và các điện tử trong vật liệu bị ảnh hưởng bởi các biến đổi trong phạm vi nano, làm thay đổi cấu hình vật liệu. Từ đó, ta có thể điều khiển các tính chất theo ý muốn mà không cần phải thay đổi thành phần hóa học của nó. - Vật liệu cấu trúc nano có diện tích bề mặt rất lớn nên chúng là vật liệu lý tưởng để làm xúc tác cho các phản ứng hóa học, điều chế thuốc chữa bệnh trong cơ thể, thiết bị lưu trữ thông tin. - Tốc độ tương tác, truyền thông tin giữa cấu trúc nano nhanh hơn rất nhiều so với cấu trúc micro và có thể sử dụng tính chất ưu việt này để chế tạo ra hệ thống thiết bị truyền tin nhanh và hiệu quả năng lượng cao. 1.2.3 Các phương ph p th c nghi điều chế vật i u nano [17, 32, 42] Vật liệu nano được chế tạo bằng hai phương pháp: phương pháp từ trên xuống (top-down) và phương pháp từ dưới lên (bottom-up). Phương pháp từ trên xuống là phương pháp tạo hạt kích thước nano từ các hạt có kích thước lớn hơn; phương pháp từ dưới lên là phương pháp hình thành hạt nano từ các nguyên tử. Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng 1.2.3.1. Ph ng pháp từ trên xu ng Phương pháp từ trên xuống là phương pháp chế tạo hạt có kích thước nano từ hạt có kích thước lớn hơn. Dùng kỹ thuật nghiền và biến dạng để biến vật liệu thể khối với tổ chức hạt thô thành cỡ hạt kích thước nano. Đây là các phương pháp đơn giản, rẻ tiền nhưng rất hiệu quả, có thể tiến hành cho nhiều loại vật liệu với kích thước khá lớn (ứng dụng làm vật liệu kết cấu). Kết quả thu được là vật liệu nano không chiều (các hạt nano). Phương pháp biến dạng có thể là đun thủy lực. Nhiệt độ có thể được điều chỉnh tùy thuộc vào từng trường hợp cụ thể. Nếu nhiệt độ gia công lớn hơn nhiệt độ kết tinh lại thì được gọi là biến dạng nóng, còn ngược lại thì được gọi là biến dạng nguội. Kết quả thu được là các vật liệu nano một chiều (dây nano) hoặc hai chiều (lớp có chiều dày nm). Ngoài ra, hiện nay người ta thường dùng các phương pháp quang khắc để tạo ra các cấu trúc nano. 1.2.3.2. Phương pháp từ dưới lên Hình thành vật liệu nano từ các nguyên tử hoặc ion. Phương pháp từ dưới lên được phát triển rất mạnh mẽ vì tính linh động và chất lượng của sản phẩm cuối cùng. Phần lớn các vật liệu nano mà chúng ta dùng hiện nay được chế tạo từ phương pháp này. Phương pháp từ dưới lên có thể là phương pháp vật lý, hóa học hoặc kết hợp cả hai phương pháp hóa-lý. Phương pháp vật lý: Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ nguyên tử hoặc chuyển pha. Bao gồm hai phương pháp: - Phương pháp chuyển pha: vật liệu được nung nóng rồi cho nguội với tốc độ nhanh để thu được trạng thái vô định hình, xử lý nhiệt để xảy ra chuyển pha vô định hình thành tinh thể (kết tinh). - Phương pháp bốc bay nhiệt: nguyên tử để hình thành vật liệu nano được tạo ra bằng cách: đốt, phún xạ, phóng điện hồ quang Phương pháp hóa học: Đây là phương pháp tạo vật liệu nano từ các ion. Phương pháp hóa học có đặc điểm là rất đa dạng vì tùy thuộc vào vật liệu cụ thể mà Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng người ta phải thay đổi kỹ thuật chế tạo cho phù hợp. Phương pháp này có thể tạo các hạt nano, dây nano, ống nano, màng nano, bột nano... Để tổng hợp được các vật liệu có kích thước và hình dạng nói trên ta có thể thông qua các phương pháp sau: - Phương pháp chế tạo vật liệu dùng trong hóa keo - Phương pháp sol-gel - Phương pháp thủy nhiệt - Phương pháp kết tủa - Phương pháp đồng kết tủa Dựa vào các phương pháp trên, các dung dịch khác chứa các ion khác nhau được trộn với nhau theo một tỷ lệ thành phần thích hợp, dưới tác dụng của áp suất, nhiệt độ mà ta thu được các vật liệu nano được kết tủa từ dung dịch. Sau quá trình lọc, sấy khô, ta thu được vật liệu nano. u điểm của phương pháp hóa học là các vật liệu tạo ra rất đa dạng, chúng có thể là vật liệu vô cơ, hữu cơ, kim loại Đặc điểm của phương pháp là rẻ tiền và có thể chế tạo với một lượng lớn trong công nghiệp. Nhưng nó cũng có nhược điểm là hợp chất có liên kết với phân tử nước có thể là một khó khăn, phương pháp sol-gel thì không có hiệu suất cao. 1.3. Nano ôxít kẽm 1. Cấu trúc và t nh chất của nano ZnO 1.3 1 1 Cấu trú ủa nano ZnO [21, 35, 36] Ôxít kẽm kết tinh ở 3 dạng: Tinh thể lục giác wurtzite, cấu trúc tinh thể lập phương giả kẽm và dạng lập phương muối ăn rất hiếm khi nhìn thấy. Tinh thể lục giác wurtzite là ổn định nhất và phổ biến nhất, cấu trúc dạng lập phương giả kẽm được làm ổn định bằng cách làm ZnO lớn lên trên chất nền có cấu trúc lưới lập phương. Trong cả hai trường hợp, cả kẽm và tâm ôxít đều là tứ diện, cấu trúc muối (loại NaCl) chỉ được nhìn thấy ở áp suất tương đối cao khoảng 10 GPa. Các chất đa hình 6 cạnh và lập phương giả kẽm thì không có đối xứng nghịch đảo. Điều này và các tính chất đối xứng là hệ quả trong hiện tượng áp điện của hệ lục giác và blende kẽm ZnO và hiện tượng lửa điện của ZnO lục giác. Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng Trạng thái ổn định hơn của ZnO là cấu trúc wurtzite, cấu trúc có ô cơ sở lục o o giác với các thông số mạng a = 3,249 A , c = 5,207 A . Anion oxy và cation Zn hình thành một khối tứ diện. Toàn bộ cấu trúc thiếu sự đối xứng tâm. Cấu trúc của ZnO có thể mô tả đơn giản như một số các mặt phẳng khác nhau của hệ toạ độ lục giác ion O2- và Zn2+, chụm vào nhau theo trục. Hình 1.1: Cấu trú tinh th ụ giá Wurtzite ủa ZnO Hình 1.2: Cấu trú tinh th ập ph ng gi ẽm Hình 1.3: Cấu trú tinh th ập ph ng mu i ăn Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ
Luận văn thạc sĩ khoa học Đặng Quyết Thắng 1.3.1.2 T nh hất ủa nano ZnO - Tính chất cơ học: ZnO là vật liệu tương đối mềm với độ cứng xấp xỉ 4,5 theo thước đo Mohs. Hằng số đàn hồi của nó nhỏ hơn những vật liệu bán dẫn III-V như GaN. Nhiệt dung và độ dẫn điện cao, hệ số giãn nở nhiệt thấp và nhiệt độ nóng chảy cao của ZnO thuận lợi cho việc chế tạo đồ gốm. Giữa các vật liệu bán dẫn cấu trúc tứ diện xếp chặt, ZnO có ten xơ áp điện cao nhất hay là có ten xơ nhỏ nhất khi so sánh với GaN và AlN. Tính chất này làm nó trở thành một vật liệu kỹ thuật quan trọng cho nhiều ứng dụng áp điện, mà ứng dụng đó đòi hỏi một sự kết hợp có tính chất cơ điện lớn. - Tính chất điện: Nano ZnO có vùng dẫn tương đối rộng khoảng 3,3 eV và năng lượng kích thích liên kết tương đối lớn (60 eV) so sánh với năng lượng nhiệt (26 meV) tại nhiệt độ phòng. Lợi thế kết hợp với một vùng dẫn rộng bao gồm điện áp đánh thủng cao hơn, khả năng chịu được điện trường lớn, điện tử truyền thấp hơn vả sự hoạt động ở nhiệt độ cao và năng lượng cao. Vùng dẫn của ZnO có thể điều chỉnh lớn hơn tới 3-4 eV bằng cách hợp kim hóa nó với oxít magiê hoặc oxit cadimi [31, 33]. - Tính chất quang: Vật liệu cấu trúc nano ZnO có tính chất quang rất tốt. Cấu trúc nano ZnO có ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực quang. Nano ZnO dạng thanh rất hữu dụng trong tia laze tới bơm quang học rất nhanh, để làm đảo ngược mật độ trong nhiều mức năng lượng và sản sinh chùm tia laze năng lượng cao. ZnO là chất bán dẫn có vùng dẫn rộng điều đó thể hiện tính phát quang trong vùng gần tử ngoại vả vùng ánh sáng nhìn thấy. Tính chất quang của các hạt ZnO trong vùng ánh sáng nhìn thấy phụ thuộc lớn vào phương pháp tổng hợp của chúng cũng như số lượng các khuyết tật bề mặt. - Tính chất vật lý của ZnO: bảng 1.1 trình bày các thông số vật lý của oxit kẽm. Trường Đại học KHTN Chuyên ngành hóa vô cơ

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

TL.01: Bộ Tiểu Luận Triết Học

207 tài liệu

1455 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.