Tên luận án:
NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP VẬT LIỆU KIM LOẠI NANO, XỬ LÝ HẠT GIỐNG VÀ CHẤT NHUỘM MÀU
Ngành:
Vật liệu quang học, quang điện tử và quang tử
Tóm tắt nội dung tài liệu:
Luận án tập trung nghiên cứu và ứng dụng công nghệ plasma lạnh trong tổng hợp vật liệu nano kim loại, xử lý bề mặt đế SERS, kích thích nảy mầm hạt giống và phân hủy chất nhuộm. Công nghệ plasma lạnh được đánh giá cao nhờ tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, y học và xử lý môi trường, với các ưu điểm về hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và thân thiện sinh thái.
Nghiên cứu đã thành công trong việc xây dựng một hệ thống phát tia plasma lạnh (plasma jet) hoạt động ổn định, làm công cụ cho các thí nghiệm tiếp theo. Về tổng hợp vật liệu, luận án đã chế tạo được các hạt nano vàng (AuNPs) có đường kính trung bình 45 nm, đạt độ đồng nhất và độ tinh khiết cao, ổn định trên 6 tháng mà không cần chất khử hay chất bảo vệ bề mặt. Các thông số tối ưu cho quá trình tổng hợp AuNPs bằng plasma jet đã được xác định rõ ràng.
Trong ứng dụng phát triển cảm biến, luận án đã chế tạo thành công đế SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) có độ nhạy cao (hệ số tăng cường EF ~3×10⁸, giới hạn phát hiện LOD ~10⁻¹² M cho R6G), có khả năng tái sử dụng 10 lần và hiệu quả trong phát hiện kháng sinh amoxicillin với LOD 9×10⁻¹⁰ M. Việc xử lý bề mặt vật liệu bằng plasma lạnh đã cải thiện năng lượng bề mặt và cấu trúc, tăng cường liên kết của các lớp phủ.
Đối với nông nghiệp, công nghệ plasma lạnh đã chứng minh khả năng kích thích nảy mầm hạt giống hiệu quả. Cụ thể, hệ số nảy mầm của hạt đỗ xanh tăng gấp 11 lần sau 12 giờ và chiều dài cây mầm tăng gần 3 lần sau 96 giờ, nhờ sự điều hòa hormone GA3 bởi nitric oxide (NO) trong plasma. Các thông số tối ưu về năng lượng và nồng độ NO đã được xác định.
Trong xử lý môi trường, luận án đã nghiên cứu phân hủy hoàn toàn chất màu Methyl blue trong nước thải bằng plasma lạnh. Dung dịch 20 ml Methyl blue 30 ppm được phân hủy hoàn toàn sau 55 phút xử lý, và nồng độ COD sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 13-MT:2015/BTNMT. Gốc hydroxyl (•OH) được xác định là tác nhân chính trong quá trình phân hủy này.
Tổng kết, công nghệ plasma lạnh được khẳng định là một giải pháp hiệu quả, thân thiện môi trường với tiềm năng ứng dụng rộng lớn trong các lĩnh vực vật liệu, nông nghiệp và y sinh.
Mục lục chi tiết:
-
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH
-
CHƯƠNG II: CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU
-
CHƯƠNG III: CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH ỨNG DỤNG TRONG TỔNG HỢP CÁC HẠT NANO KIM LOẠI
-
3.1. Khái niệm và tính chất của vật liệu nano kim loại
-
3.2. Các phương pháp chế tạo hạt nano vàng
-
3.3. Nghiên cứu chế tạo hạt nano vàng bằng phương pháp plasma jet
- 3.3.1. Sơ đồ tổng quát các bước chế tạo
- 3.3.2. Ảnh hưởng của khoảng cách từ đầu phát plasma đến bề mặt dung dịch
- 3.3.3. Ảnh hưởng của khoảng cách từ đầu phát plasma đến bề mặt dung dịch
- 3.3.4. Ảnh hưởng tần số nguồn phát plasma
- 3.3.5. Ảnh hưởng của thời gian tổng hợp
- 3.3.6. Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch tiền chất HAuCl4
- 3.3.7. Ảnh hưởng của thể tích dung dịch tiền chất HAuCl4
-
3.4. Đặc tính và cơ chế phản ứng tổng hợp AuNPs bằng tia plasma lạnh
- 3.4.1. Điều kiện tối ưu để tổng hợp dung dịch AuNPs bằng plasma jet
- 3.4.2. Đánh giá đặc tính của các hạt nano vàng được
- 3.4.3. Tìm hiểu cơ chế phản ứng tổng hợp AuNPs bằng tia plasma lạnh
-
3.5. Ứng dụng hạt nano vàng đã chế tạo để phát triển đế SERS có độ nhạy cao
-
3.6. Kết luận chương 3
-
CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH ỨNG DỤNG TRONG CHẾ TẠO ĐẾ SERS ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN CẢM BIẾN HÓA SINH
-
4.1. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma lạnh trong xử lý bề mặt vật liệu polycacbonat và SiO2
- 4.1.1. Quy trình ứng dụng công nghệ plasma lạnh trong xử lý bề mặt vật liệu
- 4.1.1.1. Trên vật liệu polycacbonat (PC)
- 4.1.1.2. Trên vật liệu SiO2
- 4.1.2. Khảo sát, đánh giá hiệu quả và thời gian tồn tại của hiệu ứng xử lý bề mặt vật liệu bằng phương pháp plasma jet
-
4.2. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ plasma lạnh trong phát triển cảm biến hóa sinh dựa trên hiệu ứng SERS
- 4.2.1. Các bước xử lý đế SERS bằng công nghệ plasma jet
- 4.2.2. Khảo sát và đánh giá hiệu quả của đế SERS chế tạo được
- 4.2.2.1. Tăng cường cường độ và độ đồng đều của tín hiệu Raman trên một diện tích lớn
- 4.2.2.2. Cải thiện khả năng tái sử dụng của đế SERS
- 4.2.2.3. Hệ số tăng cường SERS (EF) và độ nhạy với R6G
-
4.3. Thử nghiệm đế SERS chế tạo được trong việc phát hiện kháng sinh Amoxicillin với độ nhậy cao
-
4.4. Kết luận chương 4
-
CHƯƠNG V: CÔNG NGHỆ PLASMA LẠNH ỨNG DỤNG TRONG KÍCH THÍCH HẠT GIỐNG NẢY MẦM VÀ XỬ LÝ CHẤT NHUỘM MÀU
-
5.1. Các thử nghiệm và các bước ứng dụng công nghệ plasma lạnh trong kích thích hạt giống nảy mầm
- 5.1.1. Tác động của plasma lạnh lên bề mặt của hạt giống
- 5.1.2. Tác động của plasma lạnh lên sự nảy mầm của hạt giống
- 5.1.3. Tác động của plasma lên sự phát triển của cây con
- 5.1.4. Các bước ứng dụng công nghệ plasma lạnh trong xử lý hạt giống
-
5.2. Khảo sát và đánh giá hiệu quả nảy mầm hạt giống sau khi xử lý plasma
- 5.2.1. Hệ số nảy mầm
- 5.2.2. Chiều dài của rễ non ngay sau khi nảy mầm
-
5.3. Cơ chế biến đổi vật lý và hóa sinh do xử lý plasma tạo ra
- 5.3.1. Những thay đổi vật lý trên bề mặt hạt sau khi xử lý plasma
- 5.3.2. Những biến đổi về mặt hóa sinh của hạt sau xử lý plasma
- 5.3.2.1. Ảnh hưởng của chiều dài đầu phát plasma đến tỷ lệ RONS
- 5.3.2.2. Ảnh hưởng của RONS đến sự điều hòa của hormone kích thích tăng trưởng tự nhiên
-
5.4. Các thử nghiệm và các bước ứng dụng công nghệ plasma lạnh trong xử lý chất nhuộm
- 5.4.1. Các thử nghiệm ứng dụng công nghệ plasma lạnh trong xử lý chất nhuộm
- 5.4.2. Các bước ứng dụng công nghệ plasma lạnh trong xử lý chất nhuộm
-
5.5. Khảo sát và đánh giá hiệu quả phân hủy chất nhuộm
- 5.5.1. Tốc độ phân huỷ dung dịch Methyl blue
- 5.5.2. Khoảng cách từ đầu phát plasma đến bề mặt dung dịch (d)
- 5.5.3. Ảnh hưởng của tốc độ khí
-
5.6. Cơ chế phân hủy chất nhuộm bằng công nghệ plasma lạnh
- 5.6.1. Ảnh hưởng của H2O2
- 5.6.2. Ảnh hưởng của OH (hydroxyl radicals)
- 5.6.3. Ảnh hưởng của O2 (superoxide radicals anion)
-
5.7. Kết luận chương 5