Đ Ạ I HỌC QUỐ C GIA HÀ NỘI BÁO CÁO TỎNG KÉT K É T Q U Ả T H ự C H IỆN ĐÊ TÀI K H & C N CẤP ĐẠI h ọ c q u ó c g i a Tên đề tài: Chế tạo, nghiên cứu cấu trúc, tính chất khả ứng dụng hạt nano kim loại quý Mã số đ ề tài: QG-13-03 Chủ nhiệm đề tài: TS Ngạc An Bang Hà Nội, 2016 PH Ầ N I T H Ô N G T IN C H U N G 1.1 Tên đề tài: C hế tạo, nghiên cứu cấu trúc, tính chất khả n ăng ứ n g dụn g hạt nano kim loại quý 1.2 Mã số: Q G 13.03 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT C hức danh, học vị, họ tên Đ o n vị cơng tác Vai trị thực đề tài TS N gạc An B ang K hoa V ật lý, Đ H K H T N , ĐI IQ G H N ội Chủ nhiệm TS T rịnh Thị Loan K hoa V ật lý, Đ H K H T N , Đ H Q G H Nội T hư ký J TS N guyễn T h an h B ình V iện V ật lý, V A ST Thành viên PG S.T S H oàng N am N hật T rường Đ H C N , Đ H Q G H Nội T hành viên ThS Sái C ông D oanh K hoa V ật lý, Đ IỈK H T N , Đ H Q G H N ội T hành viên 1.4 Đ o n vị chủ trì: Đ ại học K hoa học T ự nhiên, Đại học Q uốc gia Hà Nội 1.5 T h òi gian thực hiện: 1.5.1 T heo hợp đồng: 1.5.2 G ia hạn (nếu có): 1.5.3 T hự c thực tế: từ tháng 07 năm 2013 đến tháng 07 năm 2015 đến tháng 04 năm 2016 từ tháng 07 năm 2013 đến tháng 04 năm 2016 1.6 N h ữ n g thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): 1.7 T ổ n g kinh phí đ ợ c phê duyệt đề tài: 180 triệu đồng PHẦN II T Ồ N G QUAN KÉT Q U Ả NGHIÊN c ứ u Đặt vấn đề Các hạt nano kim loại quý Au A g có nhiều khả ứng dụng nhiều lĩnh vực khác photonics, optoelectronics, công nghệ sinh học [1-4], Các ứng dụng thực tế hạt nano kim loại dựa tư ợ ng cộng hư ng plasm on bề m ặt (Surface Plasm on R esonance, SPR ) [1-5], H iện tượng SPR xẩy điện tử dẫn hạt kim loại A u A g tương tác với trư ờng điện từ dẫn đến hình thành dao động đồng pha với m ột tần số cộng hưởng định Các hạt nano kim loại hấp thụ m ạnh photon tới tần số cộng hưởng T rong trư ờng hợp tổng quát, đỉnh SPR bao gồm hai thành phần hấp thụ tán xạ Hiệu ứng SPR phụ thuộc vào hình dạng, kích thướ c, số điện m ôi thân hạt kim loại phụ thuộc vào số điện m ôi m ôi trường xung quanh [1, 2, 4, 5], N hàm kiểm sốt khống chế hình dạng, kích thướ c độ đồng kích thước hạt Au Ag hàng loạt phư ng pháp chế tạo khác [1] ví dụ phươ ng pháp hoá khử [6, 7], quang hoá [7] nghiên cứu sử dụng rộng rãi Phương pháp hóa khử phương pháp thơng dụng đe chế tạo hạt A u A g có kích thước 100 nm Đ ối với phương pháp hóa khứ, thơng thường hạt A u A g chế tạo từ vàng halogenide sứ dụng chất khứ khác n h N aB M [1], N aíCèH sO ? [6, 7], Các A u với tỷ lệ aspect ratio (A R, định nghĩa lỷ lệ đường kính chiều dài thanh) khác chủ yếu chế tạo phương pháp seed-m ediated [8, 9, 10], Phổ hấp thụ m ẫu hạt nano kim loại có hình dạng tự a cầu xuất m ột đỉnh hấp thụ SPR v ùng khả kiến ứng với m ột m ode dao động lưỡng cực Đối với nano A u, đỉnh SPR n gang (T ransverse Surface P lasm on R esonance, T S P R ) có cường độ yếu, nằm Irong dải bước sóng từ 516 đến 520 nm không phụ thuộc m ạnh vào hệ so AR Đ ỉnh cộng hưởng plasm on bề m ặt ứng với m od dao động dọc (L ongitudinal Surface P lasm on R esonance, LSPR) nằm phía sóng dài với cư ng độ m ạnh nhiều so với đinh T SP R Đ ặc biệt vị trí đỉnh LSPR phụ thuộc m ạnh vào hệ số A R Au B ằng cách thay đổi hệ số A R vị trí đỉnh LSPR lliay đổi m ộ t dải rộng từ vùng khả kiến đến vùng h ồng ngoại gần M ặc dù nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau, kết thực nghiệm lý thuyết phụ thuộc định lượng số lượng vị trí đinh SPR vào hình dạng kích thước hạt nano kim loại không phù hợp với [4, 5], Bên cạnh đó, khả hiệu suất phát quang hạt nano kim loại chưa nghiên cứu m ột cách đầy đủ Các kết thực nghiệm nhiều nhóm nghiên cứu giới không phù hợp với H iện tượng SPR hạt nano kim loại A u, A g C u nhiều nhóm nghiên cứu V iệt nam quan tâm N hằm kiểm sốt khống chế hình dạng, kích thước độ đồng kích thước củ a hạt nano kim loại hàng loạt phư ng pháp chế tạo khác ví dụ phư ng pháp hoá khử, quang hoá, laser ablation, điện hóa siêu âm , seed-m ediated nghiên cứu sử dụng trung tâm nghiên cứu hàng đâu V iệt nam V iện K hoa học V ật liệu IMS, V iện V ật lý IOP, T rư ng ĐHKHTN HUS va ĐHBKHN H iện tượng SPR chủ yểu khảo sát thông qua phổ U V -V is hạt Au, A g C u hình dạng tự a cầu nhiệt độ phòng Phần lớn đề tài n g hiên cứu nước tập trung định hư ng vào ứng dụng cụ m ột số ứng dụng thực tế th nghiệm thành công IM S, IOP HUS M ục tiêu Trên sở đánh giá tình hình nghiên cứu ngồi nước trên, đề tài tập trung nghiên cứu m ột cách có hệ thống tượ ng SPR hạt nano kim loại quý A u A g hai hình dạng hạt cầu hình trụ Đặc biệt phụ thuộc định lượng số lượng vị trí đỉnh SPR vào hình dạng kích thước hạt nano kim loại Ket thực nghiệm so sánh với kết tính tốn lý thuyết sử dụng m ô hình lý thuyết M ie, G ans [3], D D A [4] SI [5], N hóm nghiên cứu bước đầu xây dựng m hình lý th uyết SPR hạl nano kim loại sử dụng D P T [11] so sánh với thực nghiệm B ên cạnh đó, m ột so tính chất vật lý khả h iệu suất phát quang, có, cùa hạt nano kim loại khảo sát chi tiết B ước đầu tìm hiểu k h ả ứng dụng hạt nano kim loại th ông tin quốc ph òng m ột m ục tiêu đặt đề tài Phươ ng pháp nghicn cứu Phương pháp nghiên cứu, kỹ thuật sử dụng Phư ơng pháp nghiên cứu chủ yếu phươ ng pháp thực nghiệm kết hợp với iý thuyết, sử dụng kỹ thuật hệ đo h iện đại V iệt nam như: H ệ Siem ens D 5005 (X R D ), JE O L JE M -1010 (T E M ), U V -V is 2450P C , Lab R am IB (R am an), FL3-22 (F luoresence) v nguồn laser N d:Y A G đại cơng suất cao Tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo: V iệc xác định hình dạng kích thước hạt A u thực thơng qua phân tích định lượng ánh T E M với số lượng lớn hạt sử d ụng phần m ềm chuyên dụng Kết q uá cho phép đánh giá xác kích thước trung bình phân bố kích thước cụ thể m ẫu H iện tượ ng SPR phụ thuộc m ạnh vào hình dạng kích thư c hạt nano kim loại Việc xác định phân bố kích thước hạt hệ số A R th anh đóng vai trị quan trọng việc nghiên cứu tượ ng SPR K gửi m ẫu nghiên cứu đến phịng thí nghiệm đại giới để thực phép đo SA X S triển khai T ính chất quang quan trọng hạt nano kim loại quý Au Ag tượng SPR Đ e tài tập trung nghiên cứu làm rõ phụ thuộc vị trí số lượng đính cộng hưởng Plasm on bề m ặt vào hình dạng, kích thước chất m ôi trư ờng xung quanh hạt nano k im loại Sự phụ thuộc bước sóng cộng hưởng SPR vào h ình dạng kích thước hạt nano kim loại có sai khác lớn kêt thự c nghiệm dự đoán lý thuyết Đe tài bước đầu thu thập xử lý số liệu thực nghiệm so sánh với m hình lý thuyết thơng dụng giới n hư M ie, G anz, D D A SI N hóm n g hiên cứu sử dụng D FT để xây d ự ng tính tốn lý thuyết SPR T n g kết k ế t q u ả n g h iê n u 4.1 C hế tạo cấu trúc nano kim loại có kích thước 100 nm a chế tạo hạt nano vàng, bạc có kích thước 10 nm T rong khn khổ củ a đề tài này, chế tạo hạt nano A u A g sử dụng phương pháp hóa khử [2, 3] C ác hạt A u tạo dung dịch bàng cách khử A u3+ sử dụng tác nhân khử sodium borohydride (N aB H ) sodium citrate (NasCóHsOy) Các tiền chất ban đầu H A 1 CI H O (S ig m a-A ld rich , 99,9 % ) N a C H s H (S charlau, 99 % ) hòa tan n c k h ion h ó a v i tỷ lệ m o le x c đ ịn h D u n g d ịc h H A 1 C I s a u k h i p h a ch ế tư n g đ ố i n h y vớ i ánh sáng, cần bảo quản bóng tối, tránh tiếp xúc trự c tiếp với ánh sáng M ột lượng đủ lớn dung dịch sodium citrate chế tạo v bảo quản để d ùng nhiều thí nghiệm m ột thời gian dài H ỗn hợp H A 1 CI NaỉCóHõOv với tỷ lệ nồng độ m ol xác định khuấy trộn 10 phút m áy khuấy từ H ỗn hợp này, sau đó, đun sơi khuấy liên tục m áy khuấy từ Phản ứng khử A u 3+ thành Au° xẩy nhiệt độ 72 ± ° c M àu sắc củ a dung dịch thay đổi từ m àu vàng đặc trư ng A u3+ sang suốt tím đen, cuối m àu đỏ sậm hay hồng tím tùy thuộc vào tỷ lệ nồng độ tiền chất ban đầu D ung dịch sau tiếp tục đun sơi (~ 100 °C) vịng 10 phút để đảm bảo phản ứng xẩy hoàn toàn T rong trình chế tạo m ẫu, H O liên tục bố sung vào nhằm bù trừ cho lượng nước bay V iệc cần thiết nhằm x ác định xác nồng độ hạt Au, A g m ẫu H ình la Hình ảnh m ột số m ẫu nano vàng H ình lb H ình ảnh m ột số m ẫu nano bạc b chế tạo nano vàng Các A u chế tạo thành công phư ng pháp seed-m ediated [7, 8, 9, 10] Q uy trình chế tạo chế hình thành, phát triển A u nhiều nhóm tác giá trình bày thảo luận chi tiết [8, 9, 10] D ung dịch m ầm chứa hạt A u có kích thước nhỏ, nm, đư ợ c chế tạo cách khử ion A u3+ m ôi trư ờng C T A B (A ldrich, 95 % ) sử dụng chất khử m ạnh NaBHLị (K anto, 92 % ) Các A u hình thành p h át triển 24 h sau lượng nhỏ dung dịch mầm đưa vào dung dịch hỗn hợp gồm HA 1 CI4 , CTAB, AgNC>3 (M erck, 99,9 %) CóHsOó (K anto, 99,5 % ) Các để loại bò sản phẩm dư thừa mẫu sau chế tạo tiến hành q u a y li tâm Hình Hình ảnh số mẫu nano vàng chế tạo c C hế tạo hạt nano kim loại hình dạng tự a cầu có cấu trúc lõi/vỏ (co re/sh ell) A u/A u A u/C u ị O C hế tạo m ẫu A u/A g: H ỗn h ọ p dung dịch A u (đã dược chế tạo trên), N a C H H m ột lượ ng nước khử ion nữ a với tỷ lệ thể tích xác định cho vào cốc nghiệm khuấy m áy khuấy từ Sau hỗn hợ p dung dịch khuấy tiếp tục cho thêm AgNC >3 m ột lượng C 6H s 6xác định thêm vào Chế tạo AU/C 1 O: hòa tan m ột lượng xác định dung dịch SD S nước khử ion, sau thêm dung dịch C 1 CI 0.1 M lắc nhẹ khoảng s Lần lượt cho thêm d u n g dịch chứa hạt nano A u d ung dịch N aO H IM tiếp tục lắc nhẹ C uối N H O H H C I thêm vào dung dịch, dung dịch chuyển từ không m àu sang m àu xanh đặc trư ng m ẫu AU/CU2 O core/shell 4.2 K hảo sát cấu trúc tinh thể a C ấu trúc hạt nano vàng M ột phổ m ẫu hạt A u trình bầy H ình T rên phổ X R D có thê q uan sát xác định hai đ ỉnh nhiễu xạ tươ ng ứng với vạch n h iễu xạ đặc trưng m ặt {111} {200} m ạng lập phư ng tâm m ặt (fee) cùa vàng kim loại (PDF: 04-0784) Do nồng độ A u m ẫu đủ lớn, đ ỉnh nhiễu xạ {111} {200} 38,27 44,42 sắc nét vị trí c ủ a đỉnh khớp với phổ chuẩn nên giả thiết hạt A u tro n g m ẫu có cấu trúc tinh thể fee củ a vàng kim loại 350 = 300 °-3 (111) 200 4.077 Ả = 2.041 Ả, a = 4.082 Ả „250 ro.200 ■f 150 ẹ £ 100 CD (2 0 ) 50 30 35 40 45 (d eg ree ) 50 55 H ình P hơ nhiêu xạ tia X f i t p h ô m ẫu nano A u C ường độ tỷ đối đỉnh nhiễu xạ X R D cung cấp thơng tin phương phát triển ưu tiên, có, tinh thể C húng tiến hành phân tích định lượng phố X R D m ẫu hạt A u (hóa khử) K ết fit phổ X R D m ẫu trình bầy hình Đối với m ẫu hạt Au, tỷ lệ cường độ hai đỉnh {200} {111} nhỏ đáng kê so với giá trị tương ứng 0,52 cúa phố chuẩn PD F 04-0784 Kct phù hợp với m ột số tính tốn lý thuyết cho trường hợp cùa hạt kim loại quý (A u, A g) có kích thướ c nanom et T heo tính tốn này, hạt A u Ag nano thường có dạng octahedron bao gồm họ m ặt tinh có số hkl thấp {111} {100} H ằng số m ạng a xác định từ phố nhiễu xạ tia X m ẫu hóa khử khoảng 4,080 Ả Bán độ rộng FW H M đỉnh nhiễu xạ tươ ng ứng với vạch nhiễu xạ đặc trư ng m ặt {111} m ẫu lớn chứng tỏ kích thướ c hạt A u m ẫu tư ng đối nhỏ Sử dụng công thứ c D ebye-S cherrer thông số vị trí F W H M đỉnh {111}, kích thước trung bình c ủ a hạt Au ước lượng vào khoảng 11,3 nm b C âu trúc hạt nano A g Phổ X R D phổ fit hàm m ẫu hạt nano A g chế tạo phư ng pháp hóa khử trình bày hình Do nồng độ Ag m ẫu nhỏ, phổ X R D dung mơi đế thủy tinh quan sát xác định hai đỉnh nhiễu xạ đặc trư ng với cườ ng độ yếu củ a mặt (111) (200) tro n g m ạng lập phương tâm m ặt (fee) bạc kim loại (PD F: 00-02-1098) Đ ỉnh nhiễu xạ {111} 37,84° có vị trí khớp với phổ chuẩn nên giả thiết hạt A g m ẫu có cấu trúc tinh the fee củ a bạc kim loại (H ình 4) e H ình K et q p h â n tích p h X R D m ẫu hạt A g k h bang SC D K et phân tích định lượng phổ X R D m ẫu hạt A g khử SC D hai đỉnh n h iễu xạ tư ng ứng với m ặt (111) (200) m ô tả hai hàm G aussian Sử dụng công thức D ebye-S cherrer với kết fit, kích thước trung bình hạt A g ước lượng vào k h o ả n g D = 5,5 nm D o nồng độ hạt A g m ẫu thấp nên tỷ số tín hiệu tạp nhỏ đ ỉn h nhiễu x { 1 } v {200} y ế u V ị trí c ủ a đ ỉn h n h iễ u x v h ằ n g số m ạng a = 4,122 xác định từ đỉnh {111} {200} c C ấu trúc củ a nano Au Phổ nhiễu xạ tia X m ột số m ẫu A u chế tạo bàng phương pháp seedm ediated thể H ình Phổ X R D có hai đỉnh nhiễu xạ tư ng ứng với vạch nhiễu xạ đặc trư n g c ủ a c c m ặ t { 1 } , ° v { 0 } 4 ,3 ° tro n g m n g lậ p p h n g tâm m ặt ( fe e ) c ủ a v n g k im lo i ( P D F : - ) H ằ n g số m n g a đ ợ c x c đ ịn h từ đ ỉn h { 1 } v { 0 } c ủ a m ẫ u lầ n lượt k h o ả n g ,0 Ả v ,0 Ả ( B ả n g ) T r o n g trư n g hợp c ủ a m ẫ u th an h A u , trái n g ợ c v i m ẫ u h ạt A u , đ ỉn h { 0 } trở thàn h đ ín h n h iễu x c h ín h v c ó c n g độ lớ n đ ỉn h { 1 } (H ìn h ) T ỷ s ố ^ 0 ^ 1 = ’ y lớn n h iề u lần g iá trị c h u ẩ n ,5 K e t q u ả n y c h o p h é p c h ú n g tô i đ a g iả th iết c c tin h thể A u đ ã ph át triể n b ất đ ố i x ứ n g d ọ c th eo p h n g ( 0 ) d ẫ n tớ i h ìn h th n h v p h át triển c ủ a hạt A u d n g th an h d C ấ u trú c c ủ a m ẫ u A u / A g c o re /s h e ll P h ố n h iễ u x tia X c ủ a m ộ t tro n g số c c m ẫ u h ạt A u - c o r e / A g - s h e ll c h ế tạo b n g p h n g p h áp tạ o m ầ m đ ợ c th ể h iệ n H ìn h P h o X R D c ó h đ in h n h iễ u x tư n g ứ n g vớ i c c v c h n h iễu x đ ặ c trư n g c ủ a c c m ặ t { 1 } , ° v { 0 } 4 ,3 ° tr o n g m n g lập p h n g tâm m ặt ( fe e ) c ủ a A u k im lo i ( P D F : - ) h o ặ c A g k im lo i ( P D F : 0 - - ) Hình Phơ XRD mâu hạt nano Au-core/Ag-shell H ằ n g số m n g a đ ợ c x c đ ịn h từ đ ỉn h { 1 } v { 0 } c ủ a m ẫ u k h o ả n g ,0 Ả D o A u v A g c ó d n g c ấ u trú c tin h thể tư n g tự n h a u v v ị trí c c đ ỉn h n h iễ u x đ ặ c trư n g c ủ a h a i n g u y ê n tố n y s a i k h c n h a u rấ t ít, n ên p h ổ n h iễ u x tia X k h ó c ó th ể p h â n b iệ t đ ợ c h a i n g u y ê n tố n y Đ e th đ ợ c x u ấ t h iệ n c ủ a A g k im lo i tro n g m ẫ u ta c ó th ể p h â n tíc h p h ổ tán s ắ c n ă n g lư ợ n g h a y ảnh T E M c ủ a m ẫ u e C ấ u trú c c ủ a m ẫ u A u / C u ? H ìn h g iả n đ n h iễ u x tia X c ủ a m ộ t m ẫ u lõ i v ỏ A U / C 1 O đ ợ c c h ế tạ o từ hạt n an o A u T rê n g iả n đồ n h iễ u x c ó x u ấ t h iệ n c ủ a h a i p h a tin h th ế c ó c ấ u trú c lậ p p h n g tâm m ặt c ủ a C 112 O v v n g C c đ ỉn h n h iễ u x n y tư n g ứ n g v i m ặ t p h a n g m n g ( 1 ) , ( 0 ) v ( 2 ) c ủ a v ậ t liệ u C ib O v m ặ t ( 1 ) c ủ a v ậ t liệ u v n g đ ã đ ợ c ch ỉ H ìn h C n g đ ộ đ ỉn h n h iễ u x c ủ a tinh thể nano vàng y ếu nhiều so với tinh thể C 112O hạt nano vàn g bao quanh bới lớp vỏ C 1 O hàm lượng tinh thể nano vàng nhỏ tinh thể C 1 O H ĩnh 7: P hô nhiễu A u /C u O xạ tici X c ủ a m ẫu 4.3 Xác định hình dạng kích thướ c cấu trúc nano kim loại a Hình thái học hạt nano A u H ình dạng kích thướ c hạt nano A u khảo sát thông qua ảnh TEM Do bao bọc bảo vệ lớp ion âm citrate nên hạt vàng phân tán tốt khơng có tượng kết đám Phân bố kích thước v hình dạng củ a hạt A u khảo sát định lượ ng từ ảnh TEM sử dụng phần m ềm chuyên dụng Phân bố kích thước trung bình hạt nano Au tính số lượng hạt lớn (hơn 100 hạt) cách fit phân bố kích thướ c hạt sử dụng phân bo G auss Có quan sát thấy từ ảnh T E M , phần lớn hạt A u có hình dạng tựa hình cầu H ình dạng hạt Au đánh giá thơng qua độ trịn (circularity) c' = x A /P với A v ầ P diện tích chu vi hạt xác định từ phép phân tích định lượng ảnh T E M m ẫu T rên 80 % số hạl có độ tròn c lớ n ,8 n h n g k h n g có hạt n trò n tu y ệ t đ ố i ( C = ) 30? 25- Hinh 13.C A verage circularity = 87 ± 0.04 C 20- 0D O " < D I— Ì 10- CO (D C rv X1IIK lỉr ĩĩ 0.'6 0.7 0:8 C ircu la rity H ình A nh T E M (à), p h â n bố kích thước (b) độ trịn (c) m ẫu hạt A u chế tạo p h n g p h p hóa kh với tác nhân kh SCD Ả nh T E M gốc củ a m ẫu hạt nano A u khử bàng N aB H trình bầy Hình 9a Các hạt nano A u có kích thướ c nhỏ giới hạn độ phân giải kính hiển vi điện tử truyền TEM nên chât lượng ảnh khơng tơt V iệc xác định hình dạng kích thướ c củ a hạt khó khăn A nh TEM m ẫu sau xử lý thơng qua phần m en Im ageJ dược trình bầy H ình 9.b Kích thướ c trung bình hạt có m ẫu tà 4,4 nm 20 20!n m 'ỆỊ ' ’ ■' Vr’ ; ' • *• 4ị»y • •• •ĩv it.- •Ỉiỉ A u - P r i n t M ag: 0 X @ mm H ĩnh 9.0 A n h T E M m âu hạt nano Alt kh bảng NaBHU H ình 9.b A n h T E M m ẫu h ạt nano A u khử b ằng NaBHU qua x lí H R elative fre que ncy G au ssian fit n m d = 4.43 ± 0.03 nm 10 15 A s p e c t ratio AR AR = 1.28 ±0.25 20 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2 A spect ratio P a rtic le s iz e Cnmi H ình c Phân bố kích thư c m ẫu H ình 9.CÍ Hệ so tỷ lệ A R củợ m ẫu b hình thái học hạt nano A g Ả nh T E M kết phân tích ảnh TEM m ột số m ẫu hạt A g chế tạo p h n g pháp hóa k trình bầy H ình 13 K ích thước trung bình hạt A g ảnh T E M hình lO.a củ a m ẫu đư ợ c ước lượng 47.4 ± 2.3 nm cách fit p h ân bố kích thước hạt sử dụn g phân bố G auss (H ình lO.b) K ích thướ c hạt A g m ẫu p h ân bổ không tập trung h ìn h dạng hạt khơng hồn tồn đồng B ên cạnh m ột số lớn hạt có hình dạng gần cầu, m ẫu ch ứ a n h iều hạt A g có hình dạng đoi xứng thấp (khối hộp, đĩa tam giác, trụ ) với kích thước lớn Q uy trình chế tạo hạt A g cịn cần phải nghiên cứu hoàn th iện để khống chế tốt hìn h dạng kích thướ c hạt Ag H nh lO.b I Relative Frequency — G auss ia n fit size = 47 ± nm 20 40 60 80 100 12 Particle size (nm) H ình 10 A n h T E M (10 a), p h â n bố kích thước (lO.b) m ẫu hạt Ag 140 H ọc v iên cao học chuyên n g n h V ậ t lý C hât răn Q uang hoc, k h ó a 20122014, K h o a V ât lý, T rườ ng Đ H K H T N K hoa V ât lý, ĐHKHTN, Đ H Q G H N ội Ú y viên T ham gia chế tạo mẫu 06 tháng/01 năm Đo phân tích phổ U V V is, PL Ram an Báo cáo kết H ội nghị K hoa học Sinh v iên thuộc chươ ng trìn h N hiệm vu chien lươc củ a Đ H Q G H nội T ham gia chế tạo m ẫu K hoa V ât lý, ĐHKHTN, Đ H Q G H N ội 06 tháng/01 năm Đo phân tích phổ u v V is, PL Ram an II MỤC TIÊU, NỘỈDUNG VÀ SẦN PHẨM D ự KIÊN 10.Mục tiêu ( B m sá t c ụ thể h óa định h ng m ục tiêu theo đ ặ t hàn g - có) V ân đê n g h iên cứu đê tài n g hiên cửu h iệu ứng cộng h n g P lasm o n bê m ặt (S u rface P lasm o n R esonance, SPR ) h t nano kim loại T ro n g đó, p h ụ th u ộ c số lư ợ n g v ị trí đ ỉn h cộng hư ng SPR vào hình dạng, kích thư c, số điện m ôi th â n hạt kim lo i vào h ằ n g số điện m ôi m ôi trư ng x u n g quanh nội dun g n g h iê n cứu ch ín h đ ề tải B ê n cạn h đó, m ộ t số tính chất vật lý n h năn g p h át quang từ tính, n ế u có, c ủ a hạt n a n o k im loại khảo sát chi tiết B c đầu tìm h iểu khả ứng d ụ n g h t nano k im loại tro n g thơng tin quốc phịng m ộ t m ục tiêu đặt đề tài Đ e tài có n h ữ n g m ục tiêu cụ thể sau: C h ế tạo hạt n an o k im loại quý n hư A u v A g sử dụng phư ng pháp h ó a (chem ical red u c tio n , seed -m ed iated m ethod ) vật lý (laser ablation) K h ả o sát c ấ u trúc tinh th ể thông qua phổ X R D v khảo sát h ìn h dạng k ích th c củ a h t nano k im loại th ô n g qua ảnh T E M phần m ềm chuyên dụng N g h iê n u m ộ t số tín h chất vật lý, đặc b iệ t h iện tượng cộng hưởng P lasm on bề m ặ t (S urface P ỉa sm o n R e so n a n c e, S PR ), tìm hiểu khả ứng dụng tro n g thơng tin quốc phịng 11- N ộ i dun g N C K H (N rõ nội d u n g k h o a học, công nghệ cần g iả i quyết, ho t động đế thự c cá c nộ i d u n g tạo đ ợ c sả n p h ẩ m ; ỷ nghĩa, hiệu việc nghiên cứu, p h n g án g iả i quyết, c h ỉ rõ nội d u n g mới, tính kế thừa p h t triển, n ội dun g có tính rủ i ro g iả i p h p khắc phục, g h i rõ ch u y ên để cần th ự c nội dung) N o i d ung 1: C hế tạo h t nano kim loại có kích th c 100 um - H oạt đ ộ n g 1: T hu thập tài liệu tham khảo chuẩn b ị dụng cụ thí n ghiệm v hóa c h ấ t cần thiết - H oạt độn g 2: + Chế tạo m ẫu h t kim loại n h A u A g hình dạng tự a càu có kích th c 100 n m tro n g m ôi trư ờng dun g m ô i khác + Chế tạo m ẫu hạt nano kim loại hình dạnơ tựa cầu có cấu trúc lõ i/v ỏ (core/shell) A g /A u A u/A g + Chế tạo m ẫu nano kim loại A u có hệ số A spect R atio (A R) từ 2,5 đến 3,8 tro n g H O + Đ e khảo sát địn h lượng hiệu ím g SPR , m ẫu chế tạo cần đạt độ đ n g cao h ìn h dạng k ích thước - H oạt đ ộng 3: N ghiên u v đưa Q uy trình bảo q u ản m ẫu lâu dài (chất bảo quản h o t hóa bề m ặt, đ iều kiện vật lý ) N ôi dung : K hảo sát cấu trú c tin h thể - H oạt đ ộ n g 1: T iến h n h đo phổ X R D m ộ t cách hệ thống - H oạt đ ộ n g 2: Phân tíc h địn h lượ ng phổ X R D nhằm khảo sát cấu trú c tinh thể m ẫu nano k im loại T hông tin p h n g phát triển ưu tiên (nếu có) hạt th an h nano kim loại liên quan trự c tiếp đến h ĩn h dạng số lượng v vị trí đỉn h SPR N ội dung : X ác định hình dạng v kích thư c hạt nano kim loại - H oạt đ ộ n g 1: Chụp ảnh T E M m ẫu hạt nano kim loại - H oạt đ ộ n g 2: - Sử d ụ n g p h ầ n m ềm chun dụng IraageJ phân tích đ ịnh lượng hìn h d n g k ích thư c h t nano kim loại (đư ng kính) v th anh nano kim loại (hệ số A R ) M ức độ đồn g h ìn h dạng v kích th c m ẫu hạt đ ó n g vai trò đ ịn h v iệ c khảo sát h iệu ứng SPR N ếu đ iều k iên tài thiết bị cho phép, v iệc chụp ảnh H R T E M p hổ n hiễu x điện tử S A E D thự c P h ổ nhiễu xạ đ iện từ v ảnli H R T E M , th ự c hiện, p h â n tích sừ dụng p h ần m ềm chuyên dụng C ác kết n y có ý n g h ĩa định tro n g việc khẳng định cấu trúc core/shell h o ặ c dum b-bell củ a m ẫu hạt N ô i dung : N g h iên cứu h iệu ứ n g cộng hư ng P lasm on bề m ặt SPR hạt n an o kim loại - H oạt đ ộ n g 1: Đ o phổ U V -V is m ẫu hạt th an h nano kim loại chế tạo - H oạt đ ộ n g 2: N ghiên u h iện tư ợ ng S P R h t nano kim loại A u A g hìn h cầu c ù n g m trư ịng S ự phụ th uộc vị trí đỉn h SPR lưỡng cự c vào kích th c củ a h t nano kim loại đư ợ c khảo sát chi tiết K et thực n ghiệm so sánh v i k ế t tín h tốn lý thuyết d ự a m ộ t số lý th u y ết cổ đ iển (M ie, G ans ) h iện đại (D D A , SI D F T ) - H oạt đ ộ n g 3: N ghiên cửu h iện tư ợ ng SPR th an h A u nano h ìn h trụ: số lượng v vị trí củ a đ ỉnh S P R phụ th u ộ c vào h ệ số A R (aspect ratio) K ết thực n g h iệm so sánh với k ế t q u ả tính tốn lý th uyết sử dụng m ộ t số lý th u y ết cổ điển (M ie, G ans ) h iện đại (D D A , SI D FT) - H oạt đ ộ n g 4: N ghiên u h iện tư ợ ng SPR hạt nano kim loại dạng A u /A g hìn h cầu Sự phụ th u ộ c số lượng v vị trí đỉnh SPR vào k ích vỏ đ ợ c khảo sát chi tiết K et thực nghiệm so sánh v i kết thuyết d ự a m ột số lý thuyết cổ điển (M ie, G ans ) đại (D D A , lõi/vỏ co re/sh ell thước lõi tính to án lý SI D FT ) N ộ i d u n s 5: N g h iên cứu m ộ t số tính c h ất vật lý tìm h iểu khả ứ ng d ụ n s hạt n an o kim loại tro n g th ơng tin quốc phịng H o ạt động 1: N g h iên cửu khả năn g p h át quang hạt nano kim loại H o t động 2: N g h iê n cử a chuyển tiếp kim loại-bán dẫn kích thư c nano H oạt động 3: T ìm h iểu v đề x u ất m hình th iết bị anten FM siêu nhạy có bề m ặt c n ăn g h óa h t nano kim loại 12 - Sản phẩm dự kiến ( Cụ th ể hóa, thuyết m inh rõ sản p h ẩ m khoa học dự kiến , c h ỉ n h ữ n g vấn đ ề , nội dung khoa học g iả i đem lợi n h ữ n g đón g góp m i cho nhận th ứ c khoa học, p h t mới, sả n p h ẩ m công nghệ m i ( bao gồm p h n g p h p mới, quy trình cơng nghệ ), h o ặ c g iả i p h p hữu ích, patent, hệ th ống thông tin, d ữ liệu m i s ẽ đ ợ c tạo ra, khả n ă n g tạo thư ng phẩm , hợp tác mới, dịch vụ - Sản p h ẩ m khoa học: - M ột (01) báo đăng tạp chí chuyên ngành Q uốc tế (ISI) - M ột (01) báo cáo k h o a học hội nghị Q uốc gia Q uốc tế - Sản p h ẩ m công n g h ệ/kh ả n ă n g ứ ng dụn g thực tiễ n : - Q uy trình chế tạo bảo quản m ẫu h t nano kim loại h ình cầu có kích thướ c 100 nra - Q uy trình chế tạo v bảo quản m ẫu A u nano có tỷ số A R dư i 4.0 - Q uy trình chế tạo vào bảo quản hạt nano kim loại lõi/vỏ A g/A u có k íc h thư c 100 ran - Sản p h ẩ m đào tạo: - M ột (01) L u ận v ăn T hạc sỹ - M ột (01) K h ó a luận tố t nghiệp th u ộ c chươ ng trìn h N hiệm vụ chiến lược 13 - T ổ n g q u a n tình hình ngh iên cứu nước đề xuất nghiên u đề tài 13.1 Đ n h giá tổng quan tình hìn h nghiên cứu lý luận thực tiễn thuộc lĩn h vực c ủ a Đ ề tài N g o i n irứ c (P h â n tích đánh g iá đư ợ c n hữ ng cơng trình nghiên cử u có liên quan v n h ữ n g kết q uả n g h iê n u m i n h ấ t lĩnh vực nghiên cứu để tài; nêu đư ợ c nhữ ng bư c tiến trình độ K H & C N n h ữ n g kết n g hiên u đỏ; n hữ ng vấn đề K H C N đ a n g cần p h ả i n g h iên cứu g iả i q u yết) C ác hạt v n a n o kim loại quý n hư A u v A g có nhiều k h ả n ăng ứ n g dụng tro n g n h iê u lĩn h vực khác n h au n hư photonics, optoelectronics, v công n g h ệ sinh học [1-4] C ác ứ n g d ụng thự c tê hạt nano kim loại dựa h iện tư ợ ng cộng h n g p lasm o n b ề m ặt (S u rface P lasm on R esonance, SPR ) [1-5] H iện tư ợ ng SPR xẩy điện tử dẫn c ủ a hạt k im loại A u A g tư ng tác với trư ờng điện từ ngồi dẫn đến h ìn h th ành d a o động đồng pha với m ộ t tần số cộng hư ng định C ác hạt nano kim loại hấp thụ m n h p h o to n tớ i đ ú n a tần số cộng h ng T rong trư n s hợp tổ n g quát, đ ỉnh S P R bao g m h th àn h p hần hấp thụ tán xạ H iệu ứ n s S P R p hụ thuộc vào hình dạng, k ích thướ c, h ă n g số đ iện m ôi b ản thân hạt kim loại p hụ thuộc vào số đ iện m ô i m ôi trư n g x u n g q uanh [1, 2, 4, 5], N h a m kiếm soát v k h ống chế hìn h dạng, kích thước độ đồng k ích thư c h t Au v A g h àn g loạt phư ng p háp chế tạo khác [1] ví dụ p h n g pháp hoá k h [6, 7], quang hoá [7] n g h iên cứu sử dụng rộng rãi P h n g pháp hóa k h p h n g pháp th ông dụng để chế tạo h t A u A g có kích thư c d ó i 100 nrn Đối v i p h n g pháp hóa khử, thơng thường hạt A u A g chế tạo từ v n g h alo g en id e sử d ụ n g chất k h khác n h au n h N a B H [1], N a C H j [6, 7], Các th an h A u v ó i tỷ lệ aspect tio (A R , định n g h ĩa tỷ lệ đư ng kín h chiều dài th an h ) khác n h au chủ yếu đ ợ c chế tạo b ằ n g phư ng pháp seed-m ediated [8, 10] _ P hô hâp th ụ m ẫu hạt nano kim loại có hìn h dạng tự a cầu x u ấ t h iện m ột đỉnh hấp th ụ SP R tro n g vùng k kiến ứ n g với m ột m ode dao động lư ỡ n g cực Do khác biệt chất, hạt n an o Ag có đỉnh SPR k h o ản g 410-440 n m m ẫu hạt nano A u có đ ỉn h S P R kho ản g 516-550 nm Phổ hấp thụ m ẫu th an h nano k im loại g ô m hai đinh SPR p h ân biệt tư n g ím g vớ i hai m ode dao động điện tử tự th eo hai p h n g song song (dao động dọc) v v u ô n g góc (dao động ngang) với trục Đ ối với th an h nano Au, đ ỉn h SP R ngang (T ran sv erse Surface P lasm on R eso n an ce, T S P R ) có cường đ ộ yếu, nằm dải bư c sóng từ 516 đến 520 nm khơng p h ụ thuộc m n h vào h ệ số A R Đ ỉn h cộng h n g plasm on bề m ặt ứ n g với m od dao động dọc (L o n g itu d in al S urface P lasm o n R esonance, L S P R ) nằm p h ía sóng dài với cường độ m ạnh h n nhiều so với đ ỉn h T S P R Đ ặc biệt vị trí đỉn h L S P R p h ụ thuộc m ạnh vào hệ số A R củ a th an h A u B ằn g cách th a y đổi hệ số A R v ị trí đỉn h L S P R thay đổi m ột dải rộng từ vù n g k h ả kiên đ ê n vừng hồng n g o ại gần M ặc dù đan g n g h iên u ứ n g dụng rộng rãi n h iều lĩnh vực k h c nhau, k ết q u ả thực nghiệm lý thuyết p h ụ thuộc định lượng số lượng v vị trí đỉn h S P R v hình dạng k ích thướ c h t nano kim loại k h ô n g phù h ợ p với n h au [4, 5] B ên cạnh đó, k v h iệu suất p h át quang hạt nano kim loại cũ n g ch a đượ c n g h iên cứu m ột c ch đầy đủ C ác kết q u thực nghiệm nh iều n h ó m n g h iên cứu trê n thê giới kh ô n g phù hợp v ó i Trong nưóc H iện tư ợ ng S PR c ủ a h ạt nano k im loại n h A u, A g C u đ ã v đư ợ c nh iều n h ó m ng h iên cử u V iệt nam quan tâm N h ằ m kiểm soát khống chế h ìn h dạng, k ích th c v độ đ n g n hất kích thư c hạt nano kim loại hàng loạt p h n g pháp ch ế tạo k h ác n hau ví dụ n h phươ ng pháp h o khử, q u a n g hố, laser ablation, điện hóa siêu âm , seedm ed ia te d v đư ợ c n g h iên cửu sử dụng trung tâm n g h iê n cứu h n g đầu c ủ a V iệt n a m V iện K h o a học V ậ t liệu IM S , V iện V ật lý IO P, T rư ng Đ H K H T N H U S v Đ H B K H N H iện tượng S P R chủ yếu đư ợ c k h ảo sát thông qua phổ U V -V is h t A u, A g C u h ĩn h dạng tựa cầu n h iệt độ phòng P h ầ n lớn đề tài nghiên c ứ u n c tập tru n g đ ịn h h n g vào n h ữ n g ứ n g d ụ n g cụ th ể m ột số ứng dụng th ự c tế đ ã đượ c th nghiệm thành cô n g IMS, IOP HUS N h ó m tác già đ ăng ký đề tài thự c h iện m ột số nghiên cứu b ả n tú y h iệu ứ n g S P R hạt th an h nano kim loại A u A g năm g ần T h n h v iê n củ a n h ó m th am gia h o ặ c chủ trì cầc đề tài k h o a học liên quan đến S PR c ụ thể sau: C h ế tạo, nghiên u tín h chất v k h ả n ăn g ún g dụng m ộ t số h t nano b n dẫn, k im loại sinh h ọ c , m ã số Q G -07-03, 2007 N g h iê n u hiệu ứ n g cộng h n g p lasm o n bề m ặt hạt k im loại có k ích thướ c n an o m eters, m ã số Q T -08-14, 2008 N g h iê n u thuộc tín h q u an g học hạt nano kim loại, m ã số Q T -09-14, 2009 C ác kết q uả ch ín h đượ c trìn h bày tro n g báo cáo hội n g h ị K hoa h ọ c ch uyên n g n h v đăng tải tạ p chí V N U Journal o f Science Đ H Q G H n ộ i D anh sách b áo cáo báo liên quan liệt kê M ục “T óm tắt hoạt động nghiên c u tá c g iả th u y ết m in h đề cư n g ” 13.2 Đ ịnh h n g nộ i dung c ầ n ng h iên cứu Đ e tài, luận giải cần th iết, tính cấp bách, ý nghĩa lý luận v thự c tiễn T rên sở đánh giá tìn h hìn h n g h iên cửu nước trên, đề tài tập tru n g n g h iên cứu m ộ t cách có hệ th ố n g h iện tư ợ n g SPR hạt nano k im loại quý n h A u v A g hai hìn h dạng hạt cầu th an h h ìn h trụ Đ ặc biệt phụ th uộc định lư ợ ng số lư ợ n g vị trí đỉnh SPR vào hình dạng kích thướ c hạt n a n o kim loại K ết q u ả thực n g h iệm so sánh với k ết tính tốn lý thuyết sử dụ n g m hình lý th u y ê t n h M ie, G ans [3], D D A [4] SI [5] N hóm nghiên cửu bước đ ầ u xây dự n g m h ìn h lý thuyết S P R củ a h t nano kim loại sử dụng D P T [11] v so sán h với th ự c n g hiệm B ên cạnh đó, m ộ t số tính ch ất v ật lý n h khả hiệu suât p h át quang, nêu có, hạt nano kim loại khảo sát chi tiết B ước đầu tìm h iểu khả ứ n ẹ (lụng củ a hạt nano kim loại tro n g thơng tin v quốc phịng cũn °, m ột m ục tiêu đặt đề tài 14 - L iệ t k ê d a n h m ụ c cơng tr ìn h n g h iê n c ứ u , tà i liệu có liên q u a n đến đ ề tà i tr íc h d ẫ n k h i đ n h g iá tổ n g q u a n [1 ] [2] [3] [4] [5] M D aniel and D A struc, C hem Rev 104 (2004) 293 J P erez-Juste, I P astoriza-S antos, L M L iz-M arzan, and p M ulvaney, Coord C hem R ev 249 (2005) 1870 R G a n s,A n n Phys 37 (1912) 881 S w Prescott and p M u lv an ey , J A pp Phys 99 (2006) 123504 c Pecharom an, J P erez-Juste, G M ata-O soro, L M L iz-M arzan, and p M ulvaney, Phys.Rev.B 77 (2008) 035418 [6] J T urkevitch, p c Stevenson, and J H illier, D iscuss F araday Soc 11 (1951) 55 [7] A T ao, S H abas, and p Y ang, Sm all (2008) 310 [8] N R Jana, L G earheart, and c J M urphy, J Phys C hem 105 B (2001) 4065 [9] B N ikoobakht and M A E l-S ayed, C hem M ater 15 (2003) 1957 [10] N A B ang, p T T hom , and N T T hanh, J Sci 24 (2008) 35 [1 ] ] K e-Y an Lian, P aw eỉ Salek, M ing xing Jin and D ajun D ing, D ensity-fu n ctio n a l studies o f p la s m o n s in sm all m etal clusters, T h e Journal O f C hem ical Physics 130, 174701 (2009) [12] W eihai N i, X iaoshan K ou, Zhi Y ang, and Jian fan g W ang , T a iloring L o n g itu d in a l S u rfa ce P la sm o n W avelengths, S ca tte rin g a n d A b so rp tio n C ross Sectio n s o f G old N a n o r o d s , A C S N a n o 2(4) 7 -6 (2008) 15 - C ách tiếp cận, p hư ng pháp nghiên cứu, kỹ thuật s dụng (Luận c ứ rõ cách tiếp cận vẩn đ ề n g h iên cứu, th iế t kế nghiên cứu, p h n g p h p nghiên cứu, kỹ th u ậ t s ẽ s d ụ n g g ắ n với từ n g nội d u n g â ể tài; so sánh với p h n g p h p g iả i q u yết tư n g tự kh c p h â n tích ã ể làm rõ đ ợ c tính mới, tính đ ộ c đáo, tính sá n g tạo đề tài) C ách tiếp c ậ n : T hự c n g h iệm sở nắm vữ ng lý th uyết b ản h iện tượng S P R hạt nano kim loại qu ý h iếm (Au, Á g, Cu ) P h n g p h p nghiên cứu, kỹ th u ậ t s dụng: P h n g p h p nghiên u chủ y ếu ph ng pháp thực nghiệm kết h ọp vớ i lý thuyết, sử d ụng n h ữ n g k ỹ th u ật v hệ đo h iện đại V iệt nam như: H ệ Siem ens D 5005 (X R D ), JEO L JEM 1010 (T E M ), Ư V -V is 2450P C , L ab R am IB (R am an), FL 3-22 (F luoresence) nguồn laser N d: Y A G h iện đại công suất cao T rư ng hợp cần th iết m ẫu nghiên u gửi đến p h ị n g thí nghiệm h iện đại giới liệt kê m ục 18 Đ e c o n g Tính m ới, tín h độc đáo, tín h sá n g tạo: Đ ể x ác đ ịn h xác ph n g p h t triển ưu tiê n th ông thư ng n hóm nghiên u th ế giới sử d ụ n g H R T E M SA ED C ác th iê t bị h iện khơng có ch a triển khai V iệ t nam , c h ú n g tiến h ành phân tích định lượ ng p hổ X R D m ẫu để th ay V iệ c x c đ ịn h hình dạng kích thư c h t A u thực thông qua p h â n tích địiih lư ợ n g ảnh TEM với số lượ ng lớn hạt v th an h sử dụng phần m ềm chuyên dụng K et cho p h é p đ án h giá xác hơ n k ích thướ c trung b ìn h phân bố kích thướ c cụ thê m âu H iện tư ợ n g S P R phụ thuộc m ạnh vào h ìn h d ạng k ích thước h t nano kim loại V iệ c xác đ ịn h đư ợ c phân bố kích thư c hạt hệ số a R đóng vai trị quan trọng tro n g việc n g h iê n u tượng SPR K gửi m ẫu nghiên cứu đến p h ị n g thí nghiệm h iện đại trê n g iớ i để thực h iện phép đo SA X S triển khai T ính chất q u a n g quan trọng hạt nano kim loại quý n h A u Aơ 10 tượ ng SPR Đ ê tài tậ p trung n g h iên cử u làm rõ p hụ thuộc vị trí sơ lư ợ ng đỉnh cộng h n g Plasm on bể m ặ t vào hình dạng, kích thư c chất m ôi trư ờng xung quanh h t nano kim loại Sự p h ụ th u ộ c bước sóng cộng hưởng S P R vào hình dạng kích th c hạt nano k im loại có sai khác lớn kêt q u ả thự c nghiệm d ự đoán lý thuyết Đ e tài bước dâu thu th ập xử lý số liệu thự c nghiệm v so sánh với m hình lý thuyết th ô n g d ụ n g thê giới n h M ie, G anz, D D A SI N hóm n g hiên cứu sử dụng D F T để xây d ự ng v tính tốn lý th u y ết v ề SPR 16 - K h ả n ă n g s d ụ n g CO' sỏ-v ậ t c h ấ t, tr a n g th iế t b ị (tên p h ò n g th í nghiệm s ẽ s d ụ n g đề tài) Phịng T hí n g h iệm V ật lý Đ ại cươ ng, K h o a V ật lý, Đ H K H T N : - Phục v ụ v iệ c n g h iên cử u chế tạo m ẫu ph n g pháp hóa, quang hóa - T h iế t bị ch ính phục vụ chế tạo m ẫu: T ủ hút, m áy khuấy từ, tủ sấy, tủ lạnh, m áy q u ay ly tâm v máy rung siêu âm , hệ quang hóa T rung tâm K h o a học V ật liệu (C M S ), K hoa V ậ t lý, Đ H K H T N : - D o p h ổ X R D sử dụng hệ Siem ens D 5005 Đ o phổ Ư V -V is sử dụng hệ U V -V is 450P C (S him adzu) C aư y 5000 C h ụ p ả n h SE M đo phổ E D S sử dụng hệ đo S E M JSM (Japan) E D S ISIS 300 D o p h ổ R am an sử dụng hệ đo L abR am T rung tâm N a n o N ă n g lượng, Đ H Q G H nơi: H ệ đo PPM S Phịng T h í n g h iệ m T rọng điểm , V iện K hoa h ọ c V ật liệu: H ệ đo M icro R am an L A B R A M 1B T rung tâ m Đ iệ n tử học lượng tử, V iện V ật lý: - H ệ đo P L (Jobine Y von) ^ - C ác n g u n laser công suất cao phục vụ chế tạo m ẫu sừ dụng phư ng pháp L aser ab la tio n V iện V ệ sinh D ịc h tễ T ru n g Ư ơng: Chụp ảnh T E M sử dụng hệ JE O L JE M -1010 17 - P h u o n g án p h ố i h ọ p v ói tổ chức nghiên cứu CO’ sở sản xuất nước (nếu có) (Tì'rình bày rõ p h o n g án p h ố i hợp: tên tổ chức p h ố i hợp tham g ia thực đề tài nội dung công việc tham g ia đề tài, kể sở sản xuất người s dụng kết nghiên cứu; khả n ă n g đón g góp nhân lực, tài chính, s hạ tầng-nếu có) K h ơng c ó 18 - P h o n g án hcrp tác quốc tế (nếu có) N h ó m n g h iê n u Prof D r B rian K orgel, D epartm ent o f C hem ical E ngineering, U n iv ersity o f T ex as at A ustin, U SA : - H ọ p tác n g hiên u công nghệ ch ế tạo m ẫu hạt nano kim loại - H ợ p tác trao đổi n g h iên cứu ứng dụng h t nano kim loại N hóm n g h iê n cứu Prof D r Paul M ulvaney (U niversity o f M elbourne, A ustralia) Prof D r L iz -M a rz a n (U niversity o f V igo, Spain): - H ọ p tác trao đổi nghiên u tư ợ n g S P R hạt nano kim loại - T o đ ổ i thảo luận m hình lý th u y ết đại (D D A , SI) hiệu ứng SPR N hóm n g h iê n cứu Prof Shlom o M agdassi, C asali Institute, Institute o f C hem istry, T h e H eb rew U n iv e rsity o f Jerusalem : Hcrp tác n g h iên cú n m ột số ứng dụng cụ thể h t nano kim loại tro n g thông tin công nghiệp 11 19 - T ó m t ắ t k ế h o c h v lộ t r ì n h th ự c h iện ( L O G F R A M E ) STT M ụ c tiê u Sản p h âm C ác nội d ung, hoạt động c h ủ yếu Đ iều k iệ n th ự c h iệ n D ự k iế n k in h p h í (T r.đ) 1 Chế tạo hạt nano kim loại có kích thước 100 nm Tài liệu tổng quan, dụng cụ thí nghiệm T h u thập tài liệu tham khảo v chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm 10 + Hệ m ẫu hạt kim loại hình dạng tự a cầu có kích thướ c 100 nm C hế tạo m ẫu hạt kim loại n h A u v A g h ìn h dạng tự a cầu có k ích thướ c 100 nm m ôi trư ờng dung m ôi khác 30 + Hệ m ẫu h t nano kim loại hình dạng tự a cầu có cấu trúc lõi/vỏ C nhân, tô c h ứ c th ự c h iện * Thòi g ian (bắt đầu, kết thúc) - C hủ trì - HVCH /20138/2013 - Sái Công D oanh - C hủ trì -H V C H /20 12/2013 - Sái Công D oanh - T rịnh T h ị L oan - s v làm k h ó a luận tố t nghiệp + Chế tạo m ẫu hạt nano kim loại hình dạng tự a cầu có cấu trúc lõi/vỏ (core/shell) A g /A u A u/A g K hảo sát cấu trúc tinh thể + Hệ m ẫu nano kim loại A u có hệ số A spect R atio định trước + Chế tạo m ẫu nano kim loại A u có hệ so A spect R atio (A R ) từ 2,5 đến 3,8 H O + K ết khảo sát định lượng hiệu ứng SPR + Đ o v khảo sát định lượng phổ U V -V is B ản Q uy trình bảo quản v ật liệu N g h iên cứu v đưa Quy trìn h bảo quản m ẫu lâu dài (chất bảo quản h o ạt h ó a bề m ặt, điều k iện vật lý ) 04 T iến h àn h đo phổ X R D m ộ t cách hệ thống 10 - K ết phổ XRD 30 - HVCH - Sái Công D oanh - s v làm k h ó a luận tố t nghiệp - HVCH - S i Công D oanh - s v làm k h ó a luận tố t nghiệp 12 1/20143/2014 4/20146/2014 Phân tíc h định lượng phổ X R D nhằm khảo sát cấu trú c tin h thể m ẫu nano kim loại 10 -Ảnh T E M bề mặt v k ế t phân tích Chụp ảnh F E S E M T E M m ẫu hạt nano k im loại 20 - T h ợ p k ế t thực nghiệm v lý thuyết, v iế t dự thảo báo cáo khoa học + Sừ dụng p h ầ n m ềm chuyên dụng Im ageJ phân tích định lượng hình dạng v kích thước hạt nano k im loại 06 - H oàn th iện b ản dự thảo báo cáo khoa học Đ o phổ U V -V is m ẫu hạt nano k im loại chế tạo 10 - Kết p h â n tích định lượ ng (pp R ietv eld cần th iết) o j Xác địrủi hình dạng v kích th c hat n an o kim loại N g h iên c ứ a hiệu ứ ng cộng hư ng P lasm on bề m ặt S P R hạt v th an h n an o kim loại - C hủ trì đề tài 7/20149/2014 - Sái Cơng D oanh - HVCH - Sái C ông D oanh 9/201410/2014 - HVCH - C hủ trì đ ề tài 11/2014 - Sái Công D oanh 12/2014 - HVCH - C hủ trì đề tài 1/20153/2015 - Sái C ơng D oanh - HVCH - s v làm k h ó a luận tốt nghiệp - H oàn th iệ n báo cáo k h o a học d ạn g báo gửi đăng trê n tạp chí khoa học v ngồi n c + N g h iên u h iện tượng S P R hạt nano k im loại A u A g h ìn h cầu, hình trụ, v lõi vỏ 20 - C hủ trì đề tài 1/20153/2015 - Sái Cơng D oanh -H V C H + Tính to án dựa m ột số lý th uyết cổ điển (M ie, G ans ) đại (D D A , SI DFT) - H oàng N am N hật - T rịnh thị L oan - s v làm k hóa luận tố t nghiệp N g h iên u m ột số tín h ch ất vật lý tìm h iểu khả - Báo cáo h iệu ím g tro n g hệ nano kim loại + N ghiên cứu khả p h t quang h ạt nano kim loại + N g h iên círu chuyển tiếp k im loại-b án dẫn kích thư c nano 13 15 - C hủ trì đề tài - Sái Công D oanh - T rinh Thị Loan 4/20156/2015 ú ng dụng hạt nano kim loại thơng tin quốc phịng - Báo cáo khả ứng dụng h ạt nano kim loại lĩnh vực công nghệ th ô n g tin quốc phịng T ìm h iểu đề xuất m hình thiết bị anten FM siêu nhạy có bề m ặt c hóa h t nano kim loại 15 - Chủ trì Đ ề tài /20 6/2015 - H oang N am N hật 180 T ổn g thành viên 24 th n g G hi nhữ ng cá nhân có tên tạ i M ục 10 n ghiên cícu sinh, học viên cao học tham g ia III HỈNH THỨC SẢN PHẨM KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 20 Cấu trúc d ự kiến báo cáo kết đề tài Báo cáo để tài có nội dung cụ thể n h sau: M ục lục M đầu ọ C hư ng 1: T quan C hư ng 2: T hự c n g h iệm C h n g 3: K ết v T hảo luận K êt luận K iến nghị Tài liệu tham khảo T ó m tắ t kết đạt đ ợ c tiếng V iệ t tiếng A nh 10 B áo cáo thực k inh phí 11 B áo cáo thực đề tài 12 B ả n đ ăn g ký, đề cư n g đề tài, phiếu đ ăn g ký k ế t N C K H 13 P h ụ lục: báo cáo k h o a học đư ợ c đăng, chấp nhận đăng, thảo sách đăng ký, các.luận văn, lu ậ n án hỗ trợ đề tài 21 Bài báo, báo cáo, sách chuyên khảo: Số báo đ ăn g tạp chí quốc gia: Số báo đ ă n g tạp chí quốc tế: 01 (ISI) Sô báo cáo k h o a học, hội nghị k h o a học nước: Số báo cáo k h o a học, h ội nghị khoa học quốc tế: 01 STT T ên sản phẩm ( dự k i ế n ) N ội dung, yêu cầu khoa học cần đạt B ài báo k hoa học đ ăng trê n tạp chí chuyên n g àn h Q uốc tế Tạp chí quốc tế nằm hệ th ố n g ISI B áo cáo hội nghị khoa học q u ố c tế H ội nghị k h o a học quốc tế D ự kiến noi công bố Chi (Tiợp chí, N h x u ấ t bản) M ỹ/C hâu  u/H àn Quốc K ỷ yếu Hội nghị 22 P h n g p háp ; T iêu chuẩn; Quy phạm; P h ần m ềm máy tính; Bản vẽ thiết kế; Quy trình n g nghệ; S đồ, b ản đồ; s ố liệu, Co' sỏ' d ữ liệu; B áo cáo phân tích; Tài liệu d ự báo (phư ng p h p , quy trình, m ô hình, ); Đ e án, qui hoạch; L uận ng kin h tế-kỹ thuật v sản phẩm k h c 14 STT Y câu khoa học T ê n sả n p h â m G hi ( dự k i ế n ) Q u y trình chê tạo v bảo quản m âu h t nano kim (A u A g ) loại hìn h cầu c ó kích th c 100 nm Ổ n đ ịn h có độ lặp lại cao M au h t đồng n h ất hình dạng k ích thước Q u y trình chế tạo bảo quản m ẫu th an h A u nano có tỷ số A R 4.0 O n đ ịnh có độ lặp lại cao M au th a n h A u đ ồng hình dạng v tỷ số A R Q u y trình chế tạo vào bảo quản hạt n a n o kim loại lõi/vỏ A g /A u có kích th c dướ i 100 rnn O n đ ịn h có độ lặp lại cao M ầu h t đồng n h ất hình dạng kích thư c 23 Sản phâm cơng nghệ K h n g có M au {m odel, m aket); Sản p h ẩ m (là h n g hố, â ợ c tiêu thụ thị trường); V ậ t liệu; T h iế t bị, m áy m ó c; D ây chuyền c ô n g nghệ v loại khác; STT T ê n sản phấm cụ t h ể tiêu chất lu ọ n g chủ yếu s ả n phẩm Đơn vị đo M ứ c chất lư ọ n g cần đạt M ấu tương tự (theo tiêu c h u ấ n m i n h ấ t) T rong nước T hế giới D ự kiến số lư ọ-ng/quy m ô sả n p h ấ m ta o r a 24 Sản ]phám d ự kiến đăng ký bảo hộ quyền sở hữu cơng nghiệp, giải pháp hữu ích, b ằn g sáng chc K hơng có 25 S ả n phẩm đào tạo STT C ấ p đ o tạo Số lư ợ n g N h iêm v u đ c g iao liê n q u a n đ ến đ ề tà i G hi (D ự k iến k in h ph í hỗ trợ 27 triệ u đồng (15 % T ổ n g kinh p h í đề tài) ) Đ vị: Tr Đ n g T hạc sỹ 01 T ham gia chế tạo m ẫu hạt nano k im loại Đ o phân tíc h phổ U V -vis P hân tích ả n h TE M , phổ XRD T ham gia v iết báo v báo cáo khoa học Báo cáo H ội nghị K hoa học Q uốc gia/Q uốc tế 15 25 Cừ nhân th u ộ c chương trìn h NVCL _ L_ 01 T ham gia chế tạo m ẫu hạt nano kim loại hình dạng tựa cầu có cấu trúc lõi/vỏ (core/shell) A g /A u A u/A g 02 T ham gia đo phổ U V -V IS, _ L _ T E M , X R D 26 C ác s ả n p h ẩ m k h c ( Ghi rõ : Hợp đồng, s c h ) K hơng có I V KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG VÀ TÁC ĐỘNG CỦA KẾT QUẢ NGHIÊN cửu 27 - K h ả ứ n g dụn g kết nghiên cứu 27.1 K h ả ứ n g dụng tro n g lĩnh vự c đào tạo, nghiên cứu khoa học & c ô n g nghệ, quản lý sách, - ỈDào tạo c h u y ê n m ôn sâu chuyên ng ành V ật lý chất rắn Q uang học h iệ n đại cho 01 học v iên cao h ọc - B áo cáo đề tài báo k h o a h ọc n c quốc tế nhữ ng h ọ c liệu tài liệu th am khảo có giá trị đào tạo n g h iên cứu chuyên sâu 27.2 K h ả ứ n g d ụ n g thực tiễn (phát triển kinh tế -XH, sản x u ấ t h n g h ó a ) n/a 27.3 K h ả liê n doanh liên kết với doanh nghiệp tro n g q trình n g hiên cícu n /a 28 - P h m vi địa (d ự kiến) ứng dụ n g kết đề tài n/a 16 29 - T c đ ộ n g lọ i ích m a n g lạ i c ủ a k ế t q u ả n g h iê n u 29.1 Đ ố i vớ i lĩnh vực K H & C N có liên quan (N nliững dự kiến đóng góp vào cá c lĩnh vự c khoa học công nghệ tro n g n c q u ố c tế, đóng g ó p mới, m hư ng nghiên u m ới thơng qua cơng trình cơng bo tro n g ngồi nước) - Các quy trìn h công nghệ chế tạo hạt v nan o kim loại chi tiết v có m ứ c độ lặp lại cao n g góp c h u n g cho cộng đồng n g h iên cứu khoa học c ô n e n e h ệ nano V iệt nam - C ác k ê t q u ả thực nghiệm đủ độ tin cậy kết q u ả tính tốn lý thuyết đại hiệu ứ n g S P R h ạt nano kim loại củ a đề tài n g góp cho kiến thứ c chung SPR - C ác k ế t q u ả so sánh số liệu thực nghiệm v k ết Lý thuvết sử dụnơ nhiều m hìn h k h ác th u hút quan tâm c ủ a cộng đồng n g h iên cứu phư ng diện lý th u y ết th ự c nghiệm 29.2 Đ ổ i v i kinh tế - x ã hội bảo vệ m ôi trư ng (Nêu n h ữ n g tác động dự kiến kết q u ả nghiên cứu đối vớ i x ã hội: n g gó p cho việc x â y d ự n g chủ trư n g , sách, p h p lu ậ t có tác đ ộ n g làm chuyển biến nhận thức x ã hội, s ự p h t trỉên k in h tế x ã hội bảo vệ m ô i trường) n/a 29.3 Đ ố i v i tổ chức chủ trì c s ủ n g dụ n g k ết nghiên círu ( Đ ố i v i c c đơn vị tổ chức th u ộ c Đ H Q G ý t i : nâng cao trình độ, lực cán k h o a học, cán b ộ g iả n g dạy, cán qu ả n lý ; tă n g cườ ng thiết b ị ) N âng cao chất lư ợ n g đào tạo SĐ H ch uyên ngành V ật lý C hất rắn củ a Đ H K H T N T ăng cường lực ng h iên cứu, khả năn g hội nhập th àn h viên th am g ia đề tài Sừ dụng có hiệu q u ả th iế t bị đại đượ c trang bị năm gần 29.4 K ìn h p h ỉ nguồn lự c khác m đề tà i có th ể đem lại n/a V K I N H P H Ỉ T H Ự C H I Ệ N Đ Ể T À I - Tổng kinh p h í th ự c h iện đề tài: 0 0 0 0 (hai trăm triệu đồng) - Phân bổ kinh phí: Đơn vị tính: Triệu đồng TT N ộ i dun g K in h phí N ăm thứ N ăm thứ X â y d ự n g đê cương chi tiêt T h u thập viêt tôn g quan tài liệu TÍ1 U thập tư liệu (m ua, thuê) 0 0 o J 30 30 C hi phí tàu xe, cơng tá c phí 0 C h ì phí th m ướn 0 D ịch tài liệu tham khảo (số tra n g X n giá) V iê t tông quan tư liệu nJ _ Điều tra, khảo sát, thí nghiệm , thu thập số liệu, n g h iê n cửu 17 ; Ị : Chi phí hoạt đ ộ n g chun mơn 30 30 C h i phí cho đ o tạo 12 15 32 30 Thuê trang thiêt bị 0 M ua trang th iêt bị 0 M ua nguyên vật liệu, cây, 32 30 Hội thảo khoa học, viết báo cáo tổng kết, nghiệm thu Hội thảo 1 V iểt báo cáo lô n g két/B áo cáo kỳ N ghiệm thu/B áo cáo kỳ 2 Chi khác 8 0,8 0,8 Chi phí điện -n c 3,6 3,6 Q uản lý phí 3,6 3,6 T ơn g kinh phí 90 90 (( hi nhi (huê m n NCS, học viên cao học, NVCL.Phù hợ p v ó i mục 25) sv - í ! huê, mua sam trang thiết bị, nguyên vật liệu M ua văn phòng phẩm In ân photocopy Nịịùy th n g .năm 20 Ngày M tháng Ngiròi viết thuyết tninh đề cương năm 20.12 2j( Thủ trưởng Đơn vị , đón g dấu) (Họ, tên, chữ ký) PH Ổ Hi ệ u T R Ư ỚN G 6S.TSKH ffly u jv n * r'3 iftX to u t, ỈC ó n ỹ' W Q GHN KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ 'fa 18 V ă n ĩõ íd P H Ụ L Ụ C - Giải trình kinh phí khoản chi STT N ội d u n g K i n h phí np A Tơng (Tr.đ) X â y d ụ n g đê c n g chi tiê t Thu thập viết tông quan tài liệu G iả i tr ìn h (Sổ lượng, đơn giá, thành tiền) V iêt Đ ê cư ng đê tài chi tiêt T h u th ập tư liệu (m ua, th u ê) D ịch tài liệu tham khảo (số trang X n giá) V iêt tô n g quan tư liệu D iê u t r a , k h ả o s t, th í n g h iệ m , thu thập số liệu, nghiên cửu 60 T hu thập v iêt T ông quan tài liêu C hi phí tàu xe, cơng tác p hí C hi phí thuê m ướn C hi p hí hoạt động chun m ơn Chi phí cho đào tạo 60 - 01 H ợ p đơng th khốn chuyên m ô n th ự c nhiệm vụ n g h iên cứu chủ trì đề tài với quan chủ trì; - C ác h ợ p đ n g th khốn chun m n củ a thành viên 27 (C hi p h í thuê m ướn NCS, học viên c a o hoc P h ù hơp với m uc 25) Thuê, mua săm trang thiêt bị, nguyên vật liệu Thuê xây dựng 02 H ợp đơng th khốn chun m ô n thành viên đề tài N C S (Sái Công D oanh) v H ọc viên cao học k h ó a 2012-2 với chủ trì đề tài p h â n b ổ dự to n k in h phí đ ố i vớ i c c đề tà i, dự án K H C N có sử dụ n g ngân sá c h N hà nước” T h ô n g tư liên tịc h c ủ a Bộ T i c h ín h B ộ K H C N số /2 0 /T T L T /B T C B K H C N ngày /1 /2 0 v iệc “ H n g dẫn ch ế độ k h o n k in h phí c ủ a đề tài, dự n K H C N có sử d ụ n g ngân sá c h N hà nước” trang thiêt bị M u a tra n g th iết bị - Hóa chất: HA11CI4 , AgN03j CTAB, SCD - Au, Ag, Cu - ố D ụ n g cụ thí nghiệm : bình, n g nghiệm , lọ đụn g m ẫu thí n g h iệm , quay từ, cuvette Hội thảo khoa học, viết báo cáo H ọ p đông, h ó a đơn m ua nguyên v ậ t liệu, dụng cụ thí nghiệm nhỏ lẻ 30 20 12 11 (ô n g k ế t, n g h iệ m thu 19 ( D ự a vào văn nà o ) H ướng dân q u ả n lý hoạt động N C K H ĐHQGHN b a n h àn h kèm th e o Q u y ết đ ịn h số 1895/Q Đ ĐHQGHN ngày /6 /2 ; T h ô n g tư liên tịc h c ủ a Bộ T i c h ín h B ộ K H C N số 4 /2 0 /T T L T /B T C B K H C N ngày /0 /2 0 việc “H ướng dẫn đề tài với chủ trì đề tài; 62 M ua n g u y ên vật liệu, dụng cụ nhỏ lẻ: Căn 1lội tháo Chi phí sem inar, hội thảo Viẻt bao cáo tông kêt N ghiệm thu V iêt báo cáo tiên độ Tơng kết đề tài Chi phí họp Báo cáo tiên độ N ghiệm thu đề tài { hi kh c 16 M ưa văn phòng phâm 1,6 Chi phí điện nước 7,2 Q uản lý phí 7,2 l ô n g ki n h phí 180 Chi phí điện nước phục vụ đề tài Q uản lý phí theo quy định Ký tên 20 ... Ả NGHIÊN c ứ u Đặt vấn đề Các hạt nano kim loại quý Au A g có nhiều khả ứng dụng nhiều lĩnh vực khác photonics, optoelectronics, công nghệ sinh học [1-4], Các ứng dụng thực tế hạt nano kim loại. .. trình bày có ý nghĩa khoa học, đóng góp vào nghiên cứu, chế tạo, khảo sát tính chất khả ứng dụng hạt nano kim loại quý điều kiện thực tiễn Việt nam - Các kết cơng bố tạp chí Gold Bull., tạp chí... IỆN ĐÊ TÀI K H & C N CẤP ĐẠI h ọ c q u ó c g i a Tên đề tài: Chế tạo, nghiên cứu cấu trúc, tính chất khả ứng dụng hạt nano kim loại quý Mã số đ ề tài: QG-13-03 Chủ nhiệm đề tài: TS Ngạc An Bang