Khoa học Vấn đề
,
221
2123
Vấn đề
vande
/khoahoc/vande/
591550
Sơn nano
1
Article
446
Khoa học
khoahoc
/khoahoc/
,

Sơn nano

Cập nhật lúc 08:17, Thứ Ba, 15/03/2005 (GMT+7)
,

(VietNamNet)-TS Trần Thị Đức và cộng sự tại Hà Nội vừa chế tạo thành công sơn nano. Sơn có tác dụng diệt khuẩn, rêu, mốc... trên bề mặt vật được sơn. Nguyên liệu chính chế tạo sơn là những hạt TiO2 nhỏ gấp... 2000 lần sợi tóc!

  • Từng bị từ chối, không cấp kinh phí nghiên cứu!
TS Đức đang cầm trên tay viên gạch có phủ sơn quang xúc tác màu trắng đục.

Theo TS Trần Thị Đức - trưởng nhóm chế tạo sơn titan dioxide thuộc Viện Vật lý ứng dụng và thiết bị khoa học, tên chính xác của loại sơn này là sơn quang xúc tác TiO2. Thực chất, sơn là một dạng dung dịch chứa vô số các tinh thể TiO2 cỡ chừng 8-25nm (1nanomet bằng 1 phần tỷ met, trong khi một sợi tóc người có đường kính 50.000nm). Do tinh thể treo lơ lửng mà không lắng đọng trong dung dịch nên sơn còn được gọi là dung dịch huyền phù TiO2. Khi được phun lên kính, tường, gạch... sơn sẽ tạo ra một lớp màng mỏng bám chắc vào bề mặt. Sau khi các vật liệu được đưa vào sử dụng, dưới tác động của tia cực tím trong ánh sáng mặt trời, oxy và hơi nước trong không khí, TiO2 sẽ hoạt động như một chất xúc tác để phân huỷ bụi, rêu mốc, khí thải độc hại, hầu hết các chất hữu cơ bám trên bề mặt vật liệu thành nước và CO2. TiO2 không tiêu hao theo thời gian sử dụng do nó là chất xúc tác, không tham gia vào phản ứng phân huỷ.

TS Đức tiết lộ công việc chế tạo sơn TiO2 không dễ dàng gì. Bà và đồng nghiệp đã bắt đầu nghiên cứu TiO2 nano xốp từ năm 1996 nhằm chế tạo điện cực cho pin mặt trời quang điện hoá. Tuy nhiên, do tiềm năng ứng dụng của titan dioxide trong lĩnh vực trên còn khá là xa vời nên họ chuyển sang nghiên cứu, chế tạo màng bằng chất này từ năm 1999. Năm 2001, TS Đức xin thực hiện đề tài cấp bộ: nghiên cứu chế tạo các loại màng xúc tác quang hoá oxide titan để xử lý chất độc hại trong không khí và nước. Đề tài không được duyệt với lý do viển vông. Không nản chí, nhóm nghiên cứu của vẫn tự tìm kinh phí ít ỏi từ cấp cơ sở để tiến hành nghiên cứu. Với kết quả đạt được, TS Đức và nhóm nghiên cứu đã thuyết phục và nhận được sự ủng hộ từ cấp bộ.
 
Trên bề mặt gạch men phủ sơn quang xúc tác PSA-01 (bên trái), các giọt nước lan rộng ra, đẩy bụi bẩn khỏi bề mặt. Còn gạch men thường, nước đọng thành giọt, khi khô để lại vết bẩn (phải).
Trên thị trường lúc đó đã có bán bột TiO2 nano ngoại nhập song khó khăn lớn nhất là tìm ra bí quyết phân tách các cục bột này (vì bột vón thành cục) và tự chế chất kết dính vô cơ thích hợp để tạo thành dung dịch sơn. Sau đó, sơn phải tạo ra màng mỏng, mịn và bám dính khi phun xịt. Yếu điểm của việc sử dụng bột TiO2 thương mại là chỉ tạo ra các loại màng trắng đục. Do vậy, nhóm nghiên cứu của TS Đức phải tìm một con đường khác: đi từ các phân tử chứa titan, chất ổn định và chất kết dính vô cơ để khi phản ứng với nhau chúng tạo ra tinh thể TiO2 cỡ nano lơ lửng trong dung dịch.
 
Ban đầu, kích cỡ tinh thể mà nhóm tạo ra là vài trăm nanomet. Sau đó, họ hoàn thiện dần công nghệ và thu nhỏ kích thước tinh thể xuống còn chừng vài nanomet. Đó chính là loại sơn quang xúc tác PSA-01. Khi được xịt lên bề mặt vật liệu ở nhiệt độ phòng, sơn tạo ra màng mỏng TiO2 trong suốt với chiều dày từ vài trăm nanomet tới vài chục micromet (một micromet bằng 1/1.000mm), tùy theo mục đích sử dụng. Khi cầm một tấm gương có phủ màng, không thể nhận biết sự khác biệt giữa nó và gương bình thường. Màng bám dính tốt lên bề mặt vật liệu, có tác dụng khử mùi, diệt khuẩn, tự làm sạch và chống tạo giọt nước. Ứng dụng tuyệt vời nhất của PSA-01 là phủ lên gương, kính cửa sổ, gương chiếu hậu, bề mặt xe ôtô, gạch men kính, gạch lát sàn, gạch lát vỉa hè, cửa sổ bằng gỗ, lều bạt...
  • Sơn nano diệt khuẩn, độ bền vĩnh cửu
Ở nửa bề mặt gương phủ sơn quang xúc tác, các giọt nước lan ra, tạo màng nước trong suốt. Còn nưúơc đọng thành giọt trên nửa còn lại, làm ảnh mờ.

Phóng viên VietNamNet tận mắt chứng kiến TS Đức cầm một tấm gương đầy bụi mà bà để ngoài cửa sổ phòng làm việc rồi xịt nước lên đó sao cho bề mặt ướt vừa đủ. Quả là kỳ diệu, 1/2 tấm gương được phủ PSA-01 sạch bóng trong phút chốc, không đọng nước. Trong khi nửa còn lại lấm tấm nước và khi khô để lại vết bẩn. Dẫn phóng viên tới nơi để một mảng tường được tạo ra trên một viên gạch granite đã để ngoài trời 1 năm, bà chỉ vào 1/2 bề mặt vẫn sạch bóng do được phủ PSA-01 trong khi bề mặt còn lại đầy rêu mốc.

Còn đối với tường trong và ngoài nhà, nhóm nghiên cứu đã chế tạo sơn quang xúc tác PSA-03 từ bột TiO2 cỡ chừng 25nanomet sẵn có trên thị trường. PSA-03 tạo ra lớp phủ trắng đục, có tác dụng diệt khuẩn, diệt nấm mốc và khử mùi. Cả hai loại sơn đã chứng tỏ hiệu quả diệt khuẩn ngay cả dưới ánh sáng đèn tuýp thông thường ở Viện vệ sinh dịch tễ Trung ương khi được phủ lên tường, đĩa cấy thuỷ tinh, gạch ốp tường phòng thí nghiệm.

Theo TS Đức, nếu chỉ đơn thuần phun xịt sơn quang xúc tác TiO2 lên bề mặt vật liệu ở nhiệt độ phòng, nó sẽ tạo màng có độ bền bán vĩnh cửu. Màng có thể bị cào xước bằng vật sắc nhọn như lớp sơn thông thường. Tuy nhiên, nếu ủ vật liệu ở nhiệt độ 500 độ C sau khi phun xịt, màng sẽ có độ bền vĩnh cửu. Cũng giống như TiO2 có kích cỡ 1micromet, được sử dụng để tạo màu trắng trong sản xuất sơn và hoá mỹ phẩm từ 100 năm nay, sơn quang xúc tác trên không độc và giá thành chấp nhận được.

Thị trường trên 1 tỷ USD!

Sơn quang xúc tác TiO2 được đóng vào lọ và xịt như gôm hoặc nước hoa.

Với những đặc tính tuyệt vời nói trên, các loại sơn quang xúc tác TiO2 như thế này được giới khoa học coi là sản phẩm lý tưởng để làm sạch môi trường trong thế kỷ 21. Nhật Bản hiện dẫn đầu thế giới về nghiên cứu và triển khai các ứng dụng của TiO2 cỡ nano, chẳng hạn như phủ màng titan dioxide lên ôtô, cửa kính của các nhà cao tầng, đèn cao áp trên đường giao thông, lều bạt, tường, gạch lát, gỗ... để khỏi phải lau rửa cũng như diệt khuẩn. Ngoài ra, Nhật Bản và một số nước như Trung Quốc đã chế tạo những cỗ máy nhỏ gọn chứa các tấm gốm xốp phủ TiO2 để lọc không khí trong gia đình, văn phòng. Thị trường các sản phẩm quang xúc tác đang phát triển cực mạnh trên thế giới. Doanh số năm 2000 vẫn còn là con số không thì năm 2001 đã là 200 triệu USD và trên 1 tỷ USD năm 2003.
 
Hy vọng trong thời gian tới đây, với sự hợp tác quốc tế và trong nước, những sản phẩm ứng dụng sơn quang xúc tác của TS Đức sẽ được sản xuất và sử dụng rộng rãi ở Việt Nam, góp phần bảo vệ môi trường sống trong sạch hơn.

Đĩa cấy trong phòng thí nghiệm phủ sơn quang xúc tác (trái) còn rất ít vi khuẩn. Đĩa cấy bên phải không được phủ sơn nên có rất nhiều vi khuẩn.
Phun sơn quang xúc tác màu trắng đuc lên tường.
Một nửa viên gạch (trái) phủ sơn quang xúc tác titan dioxide vẫn sạch. Nửa còn lại không được phủ sơn đã bị đổi màu và đầy rêu mốc.

  • Minh Sơn
,
,