Đồ án Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano bạc trên vải cotton bằng công nghệ Plasma lạnh (Phần 1)

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano bạc trên vải cotton bằng công nghệ Plasma lạnh (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHỦ NANO BẠC TRÊN VẢI COTTON BẰNG PLASMA LẠNH GVHD: ThS. THÁI VĂN PHƯỚC SVTH: NGUYỄN CÔNG KHÔI MSSV: 11143078 SVTH: TRẦN VĂN ĐỨC MSSV: 11143037 SVTH: TRẦN MINH NGHIỆM MSSV: 11143101 S K L 0 0 4 2 8 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 1/2016
2. TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc BỘ MÔN CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên: Nguyễn Công Khôi MSSV: 11143078 Trần Văn Đức 11143037 Trần Minh Nghiệm 11143101 Khóa: 2011-2015 Ngành đào tạo: Công nghệ chế tạo máy Hệ: Chính quy 1. Tên đề tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano bạc trên vải cotton bằng Plasma lạnh 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu: - Mô hình thiết bị xử lý đƣợc vải khổ 1,2 m; - Tốc độ tối đa 20 m/ph; - Phủ trên vải cotton; - Hoạt động liên tục. 3. Nội dung chính của đồ án: - Tổng quan: tổng quan về lĩnh vực nghiên cứu, kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc, mục đích và nhiệm vụ đề tài; - Cơ sở lý thuyết: lý thuyết về phủ nano bạc trên vải; - Thiết kế và chế tạo mô hình thiết bị: tính toán, thiết kế và tìm ra mô hình tối ƣu cho thiết bị; chế tạo mô hình với kích thƣớc 1700mm x 1600mm x 500mm; - Thử nghiệm và tìm ra thông số tối ƣu hệ thống phủ; - Kết luận và kiến nghị: những ƣu và khuyết điểm của mô hình; khả năng ứng dụng của mô hình vào thực tế. 4. Ngày giao đồ án: 5. Ngày nộp đồ án: TRƢỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƢỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)
3. LỜI CAM KẾT Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano bạc trên vải cotton bằng công nghệ Plasma lạnh” Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Thái Văn Phƣớc Họ và tên sinh viên: Nguyễn Công Khôi MSSV: 11143078 Lớp: 111432A Địa chỉ sinh viên: Hòa Định Đông – Phú Hòa – Phú Yên Số điện thoại liên lạc: 0947724056 Email: congkhoinguyen@gmail.com Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 23/01/2016 Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép bài viết nào đã đƣợc công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 (Ký, ghi rõ họ tên) Nguyễn Công Khôi
4. LỜI CAM KẾT Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano bạc trên vải cotton bằng công nghệ Plasma lạnh” Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Thái Văn Phƣớc Họ và tên sinh viên: Trần Văn Đức MSSV: 11143037 Lớp: 111432B Địa chỉ sinh viên: Ninh Thân – Ninh Hòa – Khánh Hòa Số điện thoại liên lạc: 0979913942 Email: tranduc1193@gmail.com Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 23/01/2016 Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã đƣợc công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 (Ký, ghi rõ họ tên) Trần Văn Đức
5. LỜI CAM KẾT Tên đề tài: “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano trên vải cotton bằng công nghệ Plasma lạnh” Giảng viên hƣớng dẫn: ThS. Thái Văn Phƣớc Họ và tên sinh viên: Trần Minh Nghiệm MSSV: 11143101 Lớp: 111432B Địa chỉ sinh viên: Ấp 1, Long An – Long Thành – Đồng Nai Số điện thoại liên lạc: 01285159545 Email: vntoiyeu2010@gmail.com Ngày nộp khoá luận tốt nghiệp (ĐATN): 23/01/2016 Lời cam kết: “Tôi xin cam đoan khoá luận tốt nghiệp (ĐATN) này là công trình do chính tôi nghiên cứu và thực hiện. Tôi không sao chép từ bất kỳ một bài viết nào đã đƣợc công bố mà không trích dẫn nguồn gốc. Nếu có bất kỳ một sự vi phạm nào, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm”. Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 (Ký, ghi rõ họ tên) Trần Minh Nghiệm
6. LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp đối với sinh viên là rất quan trọng, nhằm tổng hợp lại những kiến thức về chuyên ngành cơ khí chế tạo máy và các môn học có liên quan khác mà chúng em đã đƣợc học trên giảng đƣờng đại học, cũng nhƣ những kinh nghiệm từ thực tế. Qua đồ án tốt nghiệp đã giúp chúng em áp dụng từ lý thuyết vào thực tế để nghiên cứu và chế tạo mô hình ứng dụng vào thực tế. Qua đó chúng em đã củng cố vững hơn về kiến thức chuyên ngành và kỹ năng tƣ duy, cũng nhƣ làm vệc nhóm sao cho hiệu quả. Đây là một kỹ năng rất cần thiết cho các kỹ sƣ sau khi ra trƣờng. Lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đầu tiên xin gửi đến gia đình vì sự động viên và sự cận kề, giúp đỡ, tạo mọi điều kiện để chúng em hoàn thành khóa học của mình một cách tốt nhất. Bên cạnh đó chúng em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến các thầy (cô) trong Khoa Cơ Khí Chế Tạo máy, trƣờng Đại học Sƣ phạm Kỹ thuật TP. HCM, đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất cho chúng em thực hiện tốt khóa học và đề tài này. Đặc biệt chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy ThS. Thái Văn Phƣớc là ngƣời đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi để chúng em hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp này. Mặc dù đã rất cố gắng, nhƣng trong một khoảng thời gian cho phép, cũng nhƣ hạn chế về mặt kiến thức của bản thân, đồ án này không thể tránh khỏi nhiều thiếu xót. Chính vì vậy, chúng em rất mong nhận đƣợc sự góp ý của các thầy (cô) cũng nhƣ của bạn bè và những ngƣời có quan tâm đến lĩnh vực mà đồ án này đã đƣợc trình bày. Cuối cùng chúng em xin kính chúc thầy ThS. Thái Văn Phƣớc cùng quý thầy (cô) trong khoa cơ khí Chế Tạo Máy lời chúc sức khỏe, hạnh phúc, công tác tốt. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Tp. Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2016 Nhóm sinh viên thực hiện Nguyễn Công Khôi Trần Văn Đức Trần Minh Nghiệm
7. TÓM TẮT ĐỒ ÁN Đề tài “ NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH PHỦ NANO BẠC TRÊN VẢI BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH ” Cơ thể con ngƣời luôn chịu tác động của môi trƣờng xung quanh. Và có nhiều nguyên nhân gây ra bệnh cho con ngƣời trong đó có vi khuẩn. Việc bảo vệ cơ thể cũng nhƣ phòng ngừa chúng là vấn đề luôn đƣợc quan tâm. Vì thế hiện nay vải kháng khuẩn đƣợc sử dụng rộng rãi và đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong y tế: sử dụng làm quần áo phẫu thuật, quần áo bác sĩ, quần áo bệnh nhân, drap giƣờng bệnh; trong may mặc: veston, quần áo, rèm cửa Hiện nay có nhiều phƣơng pháp tạo ra vải kháng khuẩn và đều có ƣu nhƣợc điểm khác nhau, trong đó phƣơng pháp dùng công nghệ plasma lạnh có nhiều ƣu điểm hơn cả. Vải kháng khuẩn là vải chứa thành phần nano bạc giúp diệt khuẩn. Vải kháng khuẩn đƣợc tạo ra nhƣ thế nào? Sơ đồ sau sẽ giúp chúng ta hiểu đƣợc phần nào. Vải Xử lý plasma Phun hóa Xử lý plasma Vải kháng lần 1 chất lần 2 khuẩn Năng lƣợng plasma sẽ làm thay đổi tính chất của vải, giúp vải dễ dàng tạo liên kết với nano bạc trong hóa chất đễ tạo thành vải kháng khuẩn nhƣ ta mong muốn. Để biết đƣợc hiệu quả kháng khuẩn của vải nhƣ thế nào, chúng em đã chế tạo thử các mẫu vải, và tiến hành các thí nghiệm kiểm tra. Thí nghiệm đánh giá tác dụng diệt khuẩn của vải đƣợc phủ nano bạc với các nồng độ khác nhau đối với các loại vi khuẩn. Thí nghiệm đánh giá độ bền khuẩn của vải đƣợc phủ nano bạc sau nhiều lần giặt và tác dụng diệt khuẩn sau khi giặt đều cho những kết quả tốt. Qua sự tìm hiểu và nghiên cứu, nhóm chúng em quyết định thực hiện đề tài: “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano bạc trên vải cotton bằng công nghệ plasma lạnh”. Nghiên cứu đƣợc thực hiện gồm bốn giai đoạn là:  Giai đoạn 1 – Nghiên cứu lý thuyết về công nghệ Plasma lạnh, động lực học plasma, nghiên cứu công nghệ phủ nano bạc và ứng dụng công nghệ Plasma lạnh vào xử lý và phủ nano bạc trên vải.
8.  Giai đoạn 2 – Đƣa ra nhiều phƣơng án thiết kế mô hình xử lý, làm thực nghiệm ban đầu, phân tích ƣu nhƣợc điểm của từng phƣơng án, và cuối cùng chọn phƣơng án tối ƣu dựa trên tiêu chí hiệu suất xử lý, tiết kiệm năng lƣợng, chi phí và bảo vệ môi trƣờng.  Giai đoạn 3 – Tiến hành thí nghiệm với các điều kiện khác nhau: công suất tiêu hao (dòng điện, điện áp, tần số), kích thƣớc hình dáng buồng Plasma, hình dáng buồng cấp nano bạc nhằm tìm ra các thông số vận hành tối ƣu.  Giai đoạn 4 – Phân tích đánh giá kết quả thí nghiệm và kết luận.
9. MỤC LỤC NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP i LỜI CAM KẾT ii LỜI CAM KẾT iii LỜI CAM KẾT iv LỜI CẢM ƠN v TÓM TẮT ĐỒ ÁN vi CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2 1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu 2 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu 2 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 3 1.5.1. Cơ sở phƣơng pháp luận 3 1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể 3 1.6. Kết cấu của đồ án 3 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 4 2.1. Tổng quan công nghệ nano 4 2.2. Sơ lƣợc về nano 4 2.2.1. Khái niệm 4 2.2.2. Phân loại 5 2.2.2.1. Hạt nano vô cơ 5 2.2.2.2. Hạt nano polymer 5 2.2.2.3. Nanotube 5 2.2.2.4. Tinh thể nano (nanocrystals) 6 2.2.2.5. Hạt nano rắn lipid (solid lipid nanoparticles) 6 2.3. Giới thiệu về nano bạc 7 2.3.1. Tính chất của hạt nano bạc 7 2.3.1.1. Tính chất quang học 7
10. 2.3.1.2. Tinh 7 2.3.1.3. Tính chất từ 8 2.3.1.4. Tính chất nhiệt 8 2.3.2. Cơ chế kháng khuẩn và tác dụng của Nano Bạc 8 2.3.2.1. Cơ chế kháng khuẩn của Nano Bạc 8 2.3.2.2 Ứng dụng của Nano bạc 9 2.4. Nghiên cứu các loại vải 11 2.4.1 Sợi bông 13 2 4.2 Vải từ sợi len-wool 14 2.4.3 Lụa tơ tằm 15 2.4.4 Vải Kaky 15 2.4.5 Vải Kate 16 2.5 Vì sao phải phủ Nano Bạc lên vải 16 2.6. Phƣơng pháp tổng hợp Nano Bạc 17 2.6.1.1. Phƣơng pháp từ trên xuống (top - down) 17 2.6.1.2. Phƣơng pháp từ dƣới lên (bottom - up) 17 2.6.2. Các phƣơng pháp tổng hợp nano bạc 18 2.7. Các phƣơng pháp phủ nano hiện nay 20 2.7.1. Phủ trực tiếp lên bề mặt. 20 2.7.2. Phun trực tiếp lên bề mặt. 21 2.7.3. Ngâm tẩm trong dung dịch nano. 21 2.7.4. Sử dụng công nghệ Plasma 22 2.8. Giới thiệu về Plasma 22 CHƢƠNG 3: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 24 3.1. Thành phần vải cotton 24 3.2. Năng lƣợng Plasma 25 3.2.1. Ion hóa 25 3.2.2. Năng lƣợng ion hóa 26 3.2.3. Tiết diện hiệu dụng 26 3.2.4. Khoảng đƣờng tự do trung bình 26 3.2.5. Tần số va chạm 26
11. 3.2.6. Va chạm đàn hồi 26 3.2.7. Va chạm không đàn hồi 27 3.2.7.1. Va chạm không đàn hồi loại 1 27 3.2.7.2. Va chạm không đàn hồi loại 2 27 3.2.8. Sự phóng điện phụ thuộc 29 3.2.8.1. Nhiệt ion hóa 29 3.2.8.2. Nhiệt ion hóa 31 3.2.9. Sự tự phóng điện 32 3.3.Khả năng phủ nano bạc lên vải cotton . 33 CHƢƠNG 4: PHƢƠNG HƢỚNG VÀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ 35 4.1. Những yêu cầu cơ bản của đề tài 35 4.2. Cải tiến mô hình 35 4.2.1. Mô hình cũ 36 4.2.2. Mô hình cải tiến 37 4.2.3. Nguyên lý hoạt động 38 4.3. Phƣơng án sử dụng điện cực của bộ Plasma 38 4.3.1. Phƣơng án 1: Sử dụng điện cực dƣơng ngắn hơn cực âm 39 4.3.2. Phƣơng án 2: Sử dụng điện cực dƣơng dài hơn cực âm 39 4.4. Định vị thanh điện cực trong ống thạch anh 41 4.5. Định vị ống thạch anh với trục Plasma 41 4.6. Trình tự công việc tiến hành 42 CHƢƠNG 5: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ VẢI BẰNG CÔNG NGHỆ PLASMA 43 5.1. Nhận xét 43 5.2. Chọn vật liệu cho hệ thống 43 5.3. Tính toán hệ thống 44 5.3.1. Tính toán chọn động cơ 44 5.3.2. Tính toán thiết kế trục 44 5.4. Thiết kế mô hình 45 Chƣơng 6: CHẾ TẠO VÀ THÍ NGHIỆM 53
12. 6.1. Chế tạo: 53 6.2. Thí nghiệm 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 60
13. DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 2.1: Nano Platium . 5 Hình 2.2: Nano tube 6 Hình 2.3: Hạt lipid 6 Hình 2.4: Cơ chế phá vỡ phản ứng oxy hóa 9 Hình 2.5: Sơ đồ các bƣớc sản xuất dệt, nhuộm, may cho đến khi thành phẩm 12 Hình 2.6: Vải cotton và góc liên kết sợi vải 13 Hình 2.7: Sợi len 14 Hình 2.8: Vải lụa 15 Hình 2.9: Vải kaki 15 Hình 2.10: Vải kate 16 Hình 2.11: Sự chuyển biến vật chất theo nhiệt độ 23 Hình 3.1: Vải cotton 24 Hình 3.2: Công thức cấu tạo của cenllulose 25 Hình 3.3: Cơ chế phóng điện 32 Hình 4.1: Sơ đồ mô hình ban đầu 36 Hình 4.2: Hình ảnh mô hình ban đầu 37 Hình 4.3: Sơ đồ mô hình cải tiến 37 Hình 4.4: Cấu tạo ống plasma 38 Hình 4.5: Buồng plasma phƣơng án 1 39 Hình 4.6: Buồng plasma phƣơng án 2 40 Hình 4.7: Định vị điện cực trong ống thạch anh 41 Hình 4.8: Định vị ống thạch anh so với trục plasma 41 Hình 5.1: Trục plasma lớn 45 Hình 5.2: Trục plasma nhỏ 46 Hình 5.3: Thành máy 46 Hình 5.4: Con trƣợt di động lớn 47 Hình 5.5: Con trƣợt di động nhỏ 48 Hình 5.6: Con trƣợt cố định 48 Hình 5.7: Vòng đệm ống thạch anh 49 Hình 5.8: Nút đậy ống thạch anh 49 Hình 5.9: Thanh chặn 50 Hình 5.10: Giá plasma 50 Hình 5.11: Giá đỡ ống thạch anh (2 ống) 51 Hình 5.12: Giá đỡ ống thạch anh (1 ống) 51 Hình 5.13: Đế máy 51 Hình 5.14: Mô hình thiết kế 3D 52
14. Hình 6.1: Hình ảnh trục lớn 53 Hình 6.2: Hình ảnh trục nhỏ 53 Hình 6.3: Hình ảnh con trƣợt di động lớn 53 Hình 6.4: Hình ảnh con trƣợt di động nhỏ 54 Hình 6.5: Hình ảnh con trƣợt cố định 54 Hình 6.6: Hình ảnh thành máy 55 Hình 6.7: Hình ảnh thanh chặn 55 Hình 6.8: Hình ảnh thực tế 56 Hình 6.9: Mẫu vải trƣớc khi xử lý 57 Hình 6.10: Vải đƣợc phủ dung dịch bạc nano 1% 58 Hình 6.11: Vải đƣợc phủ dung dịch bạc nano 3% 58 Hình 6.12: Vải đƣợc phủ dung dịch bạc nano 7% 58
15. CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1. Tính cấp thiết của đề tài Trong thời đại ngày nay, ở nƣớc ta nhu cầu sử dụng vải kháng khuẩn đang ngày càng nở rộ và ƣa chuộng vì những đặc tính ƣu việt của nó nhƣ: ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn, chống bám bẩn Chính vì vậy, mà vải kháng khuẩn đƣợc ứng dụng nhiều trong các ngành y tế, ngành may trang phục, quần áo thể thao Trong y tế loại vải này đƣợc dùng làm quần áo phẫu thuật, quần áo cho bệnh nhân, drap giƣờng bệnh, mũ bác sĩ Bên cạnh đó, trong may mặc ngƣời ta dùng nhiều trong việc may trang phục nhƣ veston, quần áo thể thao, rèm cửa Nắm bắt đƣợc tính thị yếu của thị trƣờng, nên các doanh nghiệp may mặc trong nƣớc cũng sử dụng các loại vải kháng khuẩn này vào sản phẩm của mình. Hiện nay, các nghiên cứu trong nƣớc cũng đã và đang nghiên cứu cách tạo ra vải kháng khuẩn, nhƣ việc nhúng vải vào trong dung dịch nano bạc rồi phơi khô xong đem sử dụng hoặc tìm cách gắn gốc có cấu trúc nano bạc vào gốc của vải bằng các phƣơng pháp các phƣơng pháp nhƣ: dùng tia UV, dùng sóng siêu âm để tạo liên kết Tuy nhiên các giải pháp này cũng có những nhƣợc điểm khó khắc phục nhƣ: ô nhiễm môi trƣờng, không an toàn cho ngƣời sử dụng, tác dụng không lâu, thời gian xử lý lâu, tốn thời gian, tiền bạc và công sức Chính những đều này làm cho các nguyên liệu vải thƣờng đƣợc nhập từ nƣớc ngoài, làm cho giá thành sản phẩm tăng lên do chi phí vận chuyển và giá nguyên liệu tƣơng đối cao, gây khó khăn trong việc cạnh tranh thƣơng mại. Chính vì vậy, đề tài xử lý phủ nano bạc lên bề mặt vải bằng công nghệ Plasma ở điều kiện nhiệt độ thấp (Plasma lạnh) là đề tài rất cần thiết nhằm tạo ra sản phẩm mới mang tính Việt Nam với chất lƣợng cao, khắc phục đƣợc những nhƣợc điểm trên nhằm phục vụ trong và ngoài nƣớc đẩy mạnh sự cạnh tranh trên thị trƣờng quốc tế. Công nghệ xử lý phủ nano bạc lên vải bằng Plasma lạnh là một công nghệ tiên tiến, mới nhất phù hợp với nhu cầu, và đều kiện sản xuất kinh doanh của doanh nghiệp nhằm nâng cao chất lƣợng sản phẩm, tạo ra đặc tính mới cho sản phẩm. Về phía ngƣời tiêu dùng, sản phẩm có tính linh hoạt cao giúp tiết kiệm chi phí và bảo vệ môi trƣờng mà không thay đổi nhiều về tính chất của vải. 1
16. 1.2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Đây là phƣơng pháp xử lý mới có thể bổ sung vào quy trình sản xuất để tạo ra sản phẩm hoàn chỉnh chất lƣợng cao, là phƣơng pháp mà trên thế giới hiện nay đƣợc giới khoa học rất quan tâm nghiên cứu. Là chủ trƣơng mà cần các nhà nghiên cứu khoa học thực hiện, dám nghĩ - dám làm. Ý nghĩa khoa học của đề tài là rõ ràng kể cả khi thành công hay thất bại thì cũng có thể giúp cho chúng ta hiểu biết thêm về công nghệ mới. Sự thành công của đề tài sẽ hoàn thiện thêm một phƣơng pháp phun phủ nano bạc lên vải bằng công nghệ Plasma vừa đạt hiệu quả cao, không gây nguy hiểm và ô nhiễm đến môi trƣờng. Việc áp dụng công nghệ Plasma thay thế cho các phƣơng pháp đã có trƣớc đây sẽ tiết kiệm đƣợc giá thành, thời gian Không chỉ sử dụng điện an toàn và thân thiện với môi trƣờng mà còn tiết kiệm nguyên liệu một cách hiệu quả nhất. 1.3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo mô hình phủ nano bạc trên vải cotton bằng công nghệ plasma ở nhiệt độ thấp” đƣợc thực hiện theo các mục tiêu sau: Mục tiêu tổng quan: Tạo hƣớng đi mới trong lĩnh vực xử lý bề mặt; Giúp phát triển ngành công nghiệp dệt may. Mục tiêu cụ thể: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo đƣợc mô hình phủ nano bạc trên vải bằng công nghệ Plasma đáp ứng đƣợc yêu cầu đề ra; Tìm ra các thông số tối ƣu của mô hình; Tạo ra sản phẩm vải có tính chất mới. 1.4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 1.4.1. Đối tƣợng nghiên cứu Đề tài sẽ tập trung nghiên cứu cách chế tạo môi trƣờng Plasma ở nhiệt độ thấp trong môi trƣờng áp suất thƣờng, ứng dụng vào việc xử lý và phủ nano bạc lên bề mặt vải; Hệ thống phủ nano bạc trên vải. 1.4.2. Phạm vi nghiên cứu 2
17. Đề tài tập trung nghiên cứu, thiết kế và chế tạo một mô hình phun phủ nano bạc trên vải bằng công nghệ Plasma ở nhiệt độ thấp với năng suất 20m/phút. Sau khi thành công sẽ nghiên cứu để nâng công suất làm việc nhằm đáp ứng nhu cầu của cơ sở doanh nghiệp cũng nhƣ các công ty lớn. 1.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 1.5.1. Cơ sở phƣơng pháp luận Phƣơng pháp phân tích tài liệu: Tham khảo từ giáo trình thiết kế máy, tài liệu về Plasma, chất phủ Nano và đƣợc sự hỗ trợ từ giáo viên hƣớng dẫn (ThS. Thái Văn Phước). Điều tra thực tế: Tiến hành các thí nghiệm về khả năng kháng khuẩn của vải đƣợc phủ nano bạc và xử lý Plasma trên vi khuẩn S. Aureus, thực hiện các thí nghiệm về xử lý các bề mặt từ đó rút ra các nhận xét đánh giá. Tham khảo một số máy xử lý bề mặt bằng công nghệ Plasma có cấu trúc tƣơng tự và giá thành của chúng trên thị trƣờng. 1.5.2. Các phƣơng pháp nghiên cứu cụ thể Tham khảo tài liệu về thiết kế máy xử lý bề mặt bằng công nghệ Plasma; Tham khảo chất phủ Nano đề xuất phƣơng án phủ, nguyên lý hoạt động, thiết bị phụ trợ, thực hiện thiết kế mô hình; Tiến hành làm thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm để đạt kết quả mong muốn. 1.6 . Kết cấu của đồ án Kết cấu của đồ án tốt nghiệp bao gồm 6 chƣơng  Chƣơng 1: Giới thiệu.  Chƣơng 2: Tổng quan nghiên cứu đề tài.  Chƣơng 3: Cơ sở lý thuyết.  Chƣơng 4: Phƣơng hƣớng và giải pháp công nghệ.  Chƣơng 5: Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý vải bằng công nghệ palsma.  Chƣơng 6: Chế tạo và thí nghiệm.  Kết luận & Kiến nghị 3
18. CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI 2.1. Tổng quan công nghệ nano Cùng với sự phát triển của các ngành công nghệ cao nhƣ công nghệ thông tin, công nghệ sinh học, sự ra đời và phát triển công nghệ nano sẽ cuộc cách mạng của thế kỷ 21, hứa hẹn sẽ lấp đầy mọi nhu cầu trong cuộc sống của chúng ta. Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thƣớc của các hạt và vật liệu trên quy mô từ 1 đến 100 nanômét (1 nm = 10-9 m). Là một ngành công nghệ non trẻ, tuy nhiên nó có khả năng sẽ làm thay đổi một cách toàn diện bộ mặt cuộc sống của chúng ta . Nhiều quốc gia trên thế giới đã quan tâm và đặt ra mục tiêu nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ nano, nhƣ là một đòn bẩy thúc đẩy sự phát triển của nền kinh tế, cùng các ngành khoa học công nghệ khác, vốn đã phát triển nhƣ công nghệ thông tin, công nghệ sinh học.  Trên thế giới Ngày nay công nghệ nano đã trở thành một ngành công nghệ đƣợc đầu tƣ nghiên cứu các ứng dụng để tạo ra các sản phẩm có giá trị hàng nghìn tỷ USD hàng năm. Một loạt công ty đã tham gia: Mitsubishi, Motorola, Lucent, Hitachi, Nec, Sony, Microsoft, IBM. Riêng Mitsubishi đã đầu tƣ hơn 100 triệu Euro cho nano. Công ty này sẽ tạo ra những loại sợi carbone nhỏ chắc hơn thép 100 lần và nhẹ hơn thép 6 lần. Một khoản ngân sách, chỉ riêng năm 2003, đã có 3 tỷ Euro đƣợc chi ra cho những nghiên cứu về nano [9]. Mỹ là quốc gia rất quan tâm đến nano. Mỹ đã thành lập 2 Viện nghiên cứu kỹ thuật nano quốc gia. Ngƣời Mỹ hy vọng nano sẽ có nhiều ứng dụng triệt để cho các ngành y tế, giáo dục, năng lƣợng, giao thông và cả tƣ pháp. Không chỉ có Mỹ, các nƣớc nhƣ Nhật Bản, Trung Quốc , Hàn Quốc cũng đầu tƣ hàng trăm triệu USD cho việc nghiên cứu các ứng dụng của nano và đã đạt một số thành tựu nhất định. Thị trƣờng nano châu Á sẽ sớm bùng nổ trong thời gian tới.  Tại Việt Nam Nhiều trung tâm, phòng ban nghiên cứu nano thuộc các trƣờng đại học cũng đƣợc thành lập. Năm 2006 tại Cần Thơ chúng ta đã tổ chức Hội thảo khoa học toàn quốc về ứng dụng công nghệ nano, với sự đăng đàn của nhiều nhà khoa học thế giới. 2.2. Sơ lƣợc về nano 2.2.1. Khái niệm Hạt nano (nanoparticles) là các hạt với một hay nhiều kích thƣớc ở dạng kích cỡ nano (nm, 1 nm = 10−9 m). 4
19. Hình 2.1: Nano platium [11] Công nghệ nano là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thƣớc trên nanomet. Ở kích thƣớc nano, vật liệu sẽ có những tính năng đặc biệt mà vật liệu truyền thống không có đƣợc đó là do sự thu nhỏ kích thƣớc và việc tăng diện tích mặt ngoài 2.2.2. Phân loại 2.2.2.1. Hạt nano vô cơ Các hạt vô cơ cấu trúc nano có kích thƣớc, hình dạng và lỗ xốp khác nhau đƣợc tạo ra từ kim loại, oxit kim loại. Đặc điểm nổi bật nhất của các hạt nano vô cơ là khả năng dễ chế tạo và tính ứng dụng cao. 2.2.2.2. Hạt nano polymer Các hạt nano polymer đƣợc hình thành từ quá trình cắt đứt và phân hủy mạch polymer dạng dài về dạng kích thƣớc nano. Ứng dụng chủ yếu của các polymer nano là làm chất nền cho quá trình dẫn truyền thuốc. 2.2.2.3. Nanotube Nanotube đƣợc xem nhƣ là các tấm tự gắn kết, xuất phát từ các nguyên tử đƣợc sắp xếp trong các ống (tube). Hiện nay trong lĩnh vực thuốc và y tế, nhiều nhà khoa học đang nghiên cứu khả năng ứng dụng nanotube trong quá trình dẫn truyền thuốc. 5
20. Hình 2.2: Nanotube [12] 2.2.2.4. Tinh thể nano (nanocrystals) Tinh thể nano là sự kết hợp các phân tử lại để hình thành tinh thể có kích thƣớc nano. Các tinh thể nano đƣợc ứng dụng rộng rãi trong ngành vật liệu, kỹ thuật hóa học nhƣ các chấm lƣợng tử (quantum dot) trong hình ảnh sinh học. 2.2.2.5. Hạt nano rắn lipid (solid lipid nanoparticles) Các hạt lipid rắn là những lipid - nền tảng cấu thành từ những chất dẫn truyền thuốc dạng keo. Ƣu điểm của các hạt nano lipid dạng rắn này là chúng có độ ổn định cao hơn so với liposome trong hệ thống sinh học. Ứng dụng chính của hạt nano rắn dạng lipid đƣợc dùng để dẫn truyền thuốc, hoặc làm làm chất mang cho các thuốc đắp tại chỗ. Hình 2.3: Hạt lipid [13] 6
21. 2.3. Giới thiệu về nano bạc 2.3.1. Tính chất của hạt nano bạc 2.3.1.1. Tính chất quang học Tính chất quang học của hạt nano bạc trộn trong thủy tinh làm cho các sản phẩm từ thủy tinh có các màu sắc khác nhau đã đƣợc ngƣời La Mã sử dụng từ hàng ngàn năm trƣớc. Các hiện tƣợng đó bắt nguồn từ hiện tƣợng cộng hƣởng Plasmon bề mặt (surface plasmon resonance) do điện tử tự do trong hạt nano bạc hấp thụ ánh sáng chiếu vào. Kim loại có nhiều điện tử tự do, các điện tử tự do này sẽ dao động dƣới tác dụng của điện từ trƣờng bên ngoài nhƣ ánh sáng. Thông thƣờng các dao động bị dập tắt nhanh chóng bởi các sai hỏng mạng hay bởi chính các nút mạng tinh thể trong kim loại khi quãng đƣờng tự do trung bình của điện tử nhỏ hơn kích thƣớc. Nhƣng khi kích thƣớc của kim loại nhỏ hơn quãng đƣờng tự do trung bình thì hiện tƣợng dập tắt không còn nữa mà điện tử sẽ dao động cộng hƣởng với ánh sáng kích thích. Do vậy, tính chất quang của hạt nano bạc có đƣợc do sự dao động tập thể của các điện tử dẫn đến từ quá trình tƣơng tác với bức xạ sóng điện từ. Khi dao động nhƣ vậy, các điện tử sẽ phân bố lại trong hạt nano bạc làm cho hạt nano bạc bị phân cực điện tạo thành mộ lƣỡng cực điện. Do vậy xuất hiện một tần số cộng hƣởng phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhƣng các yếu tố về hình dáng, độ lớn của hạt nano bạc và môi trƣờng xung quanh là các yếu tố ảnh hƣởng nhiều nhất. Ngoài ra, mật độ hạt nano bạc cũng ảnh hƣởng đến tính chất quang. Nếu mật độ loãng thì có thể coi nhƣ gần đúng hạt tự do, nếu nồng độ cao thì phải tính đến ảnh hƣởng của quá trình tƣơng tác giữa các hạt. 2.3.1.2. Tính chất điện Tính dẫn điện của kim loại rất tốt, hay điện trở của kim loại nhỏ nhờ vào mật độ điện tử tự do cao trong đó. Đối với vật liệu khối, các lý luận về độ dẫn dựa trên cấu trúc vùng năng lƣợng của chất rắn. Điện trở của kim loại đến từ sự tán xạ của điện tử lên các sai hỏng trong mạng tinh thể và tán xạ với dao động nhiệt của nút mạng (phonon). Tập thể các điện tử chuyển động trong kim loại (dòng điện I) dƣới tác dụng của điện trƣờng (U) có liên hệ với 7
22. S K L 0 0 2 1 5 4