ứng dụng siêu âm
Khác với ứng dụng siêu âm trong chẩn đoán có mức cường độ sóng phát ra thấp đủ để tạo hình ảnh, siêu âm trong điều trị thì cường độ siêu âm sẽ đủ lớn để gây ra các tác dụng vật lý, sinh lý trên mô cơ thể với mức đã được nghiên cứu kỹ. Tác dụng
Do đó siêu âm được ứng dụng trong chẩn đoán hình ảnh y khoa (siêu âm y khoa) hoặc chụp ảnh bên trong các cấu trúc cơ khí trong kiểm tra không phá hủy. Nhờ khả năng không bị nhận biết được bởi người , sóng siêu âm còn được dùng trong các ứng dụng quan trắc khác, như
Sóng siêu âm được ứng dụng dùng để khảo sát địa hình, vẽ bản đồ những địa hình hiểm trở như đáy đại dương sâu, khu vực rừng núi… . 15/06/2019 Bùi Khánh Trung sóng siêu âm sao phát hiện đươc khuyết tật trong vật đúc
Gần đây, kỹ thuật xử lý nguyên liệu bằng sóng siêu âm đã được ứng dụng để cải thiện hiệu suất trích ly các chất từ một số loại thực vật Liu & cộng sự (2010). 2. Một kết quả thí nghiệm khi xử lý mẫu nguyên liệu sơ ri bằng siêu âm kết hợp đồng thời với
Ứng dụng của sóng siêu âm trong hàng hải. Dựa trên nguyên lý truyền sóng âm và thu lại mà các nhà nghiên cứu đã tạo ra thiết bị dò cá bằng sóng siêu âm. Giúp xác định vị trí, hướng di chuyển và vận tốc của đàn cá. Các máy dò cá phát ra một chùm sóng siêu âm, thông
materi pelajaran kelas 1 sd kurikulum merdeka.
Tùy theo chất lượng thiết bị và khả năng chẩn đoán của bác sĩ có thể giúp chẩn đoán nhanh chóng bệnh. Các hình thức hiển thị hình ảnh siêu âm Kiểu A Amplitude Mode Đầu dò phát sóng gián đoạn, chùm sóng âm khi xuyên qua cơ thể gặp những bộ phận có kháng trở âm khác nhau sẽ cho ra những âm thanh phản xạ tác dụng lên đầu dò siêu âm, tạo những tín hiệu điện được khuếch đại, xử lý và hiện trên màn hình dạng những hình xung nhọn nhô lên khỏi đường đẳng điện. Kiểu A này thường ít sử dụng đơn lẻ mà kết hợp với kiểu B B Mode. Kiểu B Brightness Mode Là kiểu hiển thị dưới dạng thang xám theo thời gian thực. Mức thang xám tỷ lệ với cường độ tín hiệu. Khi hiển thị trên màn hình có nền đen, các tín hiệu cường độ mạnh hiện lên màu trắng, không có tín hiệu hiện lên màu đen, còn các tín hiệu với cường độ trung gian thể hiện qua các sắc xám. Kiểu TM Time Motion Mode Dùng để hiển thị chuyển động của các vật thể theo thời gian bằng cách thể hiện hình kiểu B với các tốc độ quét khác nhau. Nếu mặt phẳng hồi âm đứng yên thì trên màn hình sẽ biểu hiện bằng đường thẳng, ngược lại sẽ có dạng đồ thị di chuyển. Dùng đánh giá sự chuyển động, đo kích thước, sự đàn hồi… Kiểu B, TM đều là siêu âm một chiều. Kiểu 3D, 4D Đây là kiểu siêu âm đa chiều trên nền tảng kiểu B, TM giúp tái tạo hình ảnh dạng đa chiều. Kiểu này thường được sử dụng trong sản khoa. Doppler có 4 dạng siêu âm Doppler là xung, màu, liên tục, năng lượng. Ứng dụng trong siêu âm tim, khảo sát khối u, mạch máu, nơi tổn thương hoặc siêu âm thai. Các dạng đầu dò siêu âm Có 3 loại đầu dò siêu âm cơ bản như sau Đầu dò thẳng Tần số cao, độ phân giải cao, thích hợp cho đánh giá các vùng nông như da, tuyến giáp, tuyến vú, mạch máu. Đầu dò cong convex Tần số thấp hơn, độ phân giải thấp hơn, thích hợp cho việc đánh giá các cơ quan sâu, thường sử dụng cho siêu âm bụng, thai, mạch máu ở sâu. Đầu dò tim Tần số tương đương đầu dò cong, chuyên dụng cho siêu âm tim. Ngoài ra còn có đầu dò sử dụng cho siêu âm 3D, 4D, siêu âm qua thực quản, qua âm đạo hoặc trực tràng, siêu âm mắt, siêu âm can thiệp điều trị. Khi nào bạn cần thực hiện siêu âm? Phương pháp này được sử dụng cho nhiều mục đích thăm khám, chẳng hạn như Đánh giá chức năng tử cung và buồng trứng trong thời gian mang thai, theo dõi sức khỏe của thai nhi Chẩn đoán bệnh về túi mật Đánh giá lưu lượng máu Phối hợp để dò đường cho kim trong sinh thiết hoặc điều trị 1 khối u Kiểm tra 1 khối u vú Kiểm tra tuyến giáp Phát hiện các vấn đề về bộ phận sinh dục và tuyến tiền liệt Đánh giá tình trạng viêm khớp viêm màng hoạt dịch Đánh giá bệnh xương chuyển hóa Điều cần thận trọng Siêu âm có nguy hiểm không? Đây là 1 kỹ thuật chẩn đoán an toàn, sử dụng sóng âm thanh công suất thấp. Hiện vẫn chưa ghi nhận bất kỳ rủi ro nào liên quan đến siêu âm. Mặc dù là một công cụ có giá trị nhưng kỹ thuật cũng có những hạn chế. Sóng siêu âm không thể truyền qua không khí hoặc xương, vì vậy kỹ thuật sẽ không hiệu quả trong việc chụp ảnh các bộ phận cơ thể có khí bên trong hoặc bị che bởi xương như phổi hoặc đầu. Để có cái nhìn rõ hơn ở các bộ phận này, bác sĩ có thể chỉ định các xét nghiệm hình ảnh khác như chụp CT, MRI hoặc X-quang. Quy trình thực hiện Những thông tin được cung cấp không thể thay thế cho lời khuyên của các chuyên viên y tế. Hãy luôn tham khảo ý kiến bác sĩ. Trước khi thực hiện Hầu hết các xét nghiệm chẩn đoán bằng kỹ thuật dùng sóng siêu âm đều không cần người bệnh chuẩn bị đặc biệt. Tuy nhiên, có một vài trường hợp ngoại lệ như sau Đối với một số siêu âm túi mật, bác sĩ có thể yêu cầu người bệnh không ăn hoặc uống trong vòng 6 giờ trước khi thực hiện. Đối với siêu âm vùng chậu, người bệnh có thể cần uống nhiều nước để làm đầy bàng quang và nhịn tiểu trong quá trình siêu âm. Nếu thực hiện cho trẻ nhỏ, hãy tham khảo ý kiến bác sĩ để được hướng dẫn và lưu ý cụ thể hơn trước khi thực hiện. Người bệnh có thể được yêu cầu tháo đồ trang sức trong quá trình thực hiện, vì vậy tốt nhất hãy để các vật có giá trị ở nhà. Ngoài ra, hãy mặc đồ rộng rãi, thoải mái khi do người bệnh có thể phải thay áo choàng bệnh nhân. Trong khi thực hiện Bác sĩ hoặc kỹ thuật viên sẽ thoa gel lên vùng cần khảo sát. Lớp gel có tác dụng ngăn chặn không khí chen giữa đầu dò và da của người bệnh, vốn có thể chặn các sóng âm thanh tạo ra hình ảnh. Loại gel gốc nước này có thể dễ dàng tẩy rửa và an toàn cho người bệnh. Bác sĩ ấn một thiết bị cầm tay nhỏ đầu dò lên khu vực cần khảo sát và di chuyển khi cần thiết để chụp ảnh. Đầu dò gửi tín hiệu sóng âm thanh vào cơ thể người bệnh, thu thập sóng dội ngược lại và gửi chúng đến máy tính, tạo ra hình ảnh. Trong một số trường hợp, kỹ thuật được thực hiện bên trong cơ thể của người bệnh. Lúc này, đầu dò được gắn vào một ống dài như ống nội soi, đưa vào qua một lỗ mở tự nhiên trong cơ thể người bệnh, chẳng hạn như Siêu âm tim qua thực quản. Phương pháp thu được hình ảnh tim, được thực hiện khi cho gây mê người bệnh. Siêu âm qua ngả trực tràng. Phương pháp tạo ra hình ảnh của tuyến tiền liệt bằng cách đặt một đầu dò đặc biệt vào trực tràng. Siêu âm qua ngả âm đạo siêu âm đầu dò âm đạo. Một đầu dò đặc biệt được đưa vào ống âm đạo một cách nhẹ nhàng để thu nhanh hình ảnh tử cung và buồng trứng người bệnh. Siêu âm thường không đau. Tuy nhiên, người bệnh có thể cảm thấy khó chịu nhẹ khi bác sĩ hoặc kỹ thuật viên tì đầu dò và di chuyển trên cơ thể, đặc biệt là trong trường hợp đang phải nhịn tiểu để siêu âm vùng chậu. Sau khi thực hiện Một phiên siêu âm chẩn đoán thông thường mất từ 30 phút đến 1 giờ. Kết thúc quá trình thực hiện, bác sĩ sẽ lau sạch chất gel ban đầu. Người bệnh sẽ ngồi chờ kết quả theo hướng dẫn của nhân viên y tế. Kết quả của xét nghiệm Kết quả của siêu âm là gì? Khi hoàn tất, bác sĩ khoa chẩn đoán hình ảnh sẽ phân tích các hình ảnh và gửi báo cáo cho bác sĩ chuyên khoa cũng như chia sẻ ý nghĩa kết quả với người bệnh. Người bệnh có thể trở lại hoạt động bình thường ngay sau đó. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào, hãy tham khảo ý kiến bác sĩ để được tư vấn phương pháp hỗ trợ điều trị tốt nhất. Hello Bacsi không đưa ra các lời khuyên, chẩn đoán hay các phương pháp điều trị y khoa.
Bài viết được tư vấn chuyên môn bởi Bác sĩ chuyên khoa II Khổng Tiến Đạt, Bác sĩ Chẩn đoán hình ảnh - Khoa Chẩn đoán hình ảnh - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Hạ Long. Bác sĩ có hơn 14 năm làm việc trong lĩnh vực chẩn đoán hình ảnh. Siêu âm trong hồi sức cấp cứu đóng vai trò quan trọng trong việc chẩn đoán bệnh lý mà người bệnh đang gặp phải, hỗ trợ bác sĩ đưa ra quyết định điều trị và theo dõi diễn tiến bệnh một cách chính xác. 1. Siêu âm là gì? Siêu âm là một phương pháp chẩn đoán hình ảnh học không sử dụng các phóng xạ ion hóa. Nguyên tắc của siêu âm là để một phần cơ thể tiếp xúc với sóng âm có tần số cao, tạo ra những hình ảnh bên trong cơ thể. Ưu điểm của kỹ thuật này là không xâm lấn, an toàn, dễ thực hiện. Vì vậy, kỹ thuật siêu âm đã được ứng dụng rộng rãi trong chẩn đoán và hướng dẫn can thiệp điều trị nhiều bệnh lý khác nhau. Siêu âm cấp cứu đóng vai trò rất quan trọng. Kỹ thuật này sử dụng trên những bệnh nhân nặng, nằm tại khoa hồi sức cấp cứu, khoa điều trị tích cực. Phương pháp siêu âm cấp cứu cung cấp thông tin về bệnh lý ngay tại thời điểm thăm khám, rất nhanh chóng và an toàn với bệnh pháp siêu âm có trọng điểm là thực hành siêu âm tại giường bệnh mà bệnh nhân đang điều trị. Mục đích của kỹ thuật là chẩn đoán bệnh, hướng dẫn thủ thuật, theo dõi bệnh và tầm soát kỹ thuật này, các bác sĩ có thêm một công cụ có thể đánh giá nhanh được bệnh lý mà bệnh nhân đang gặp phải để có thêm thông tin đưa ra quyết định điều trị, theo dõi diễn tiến bệnh một cách chính xác. Kỹ thuật siêu âm cấp cứu cũng giảm mức độ lệ thuộc vào các xét nghiệm xâm lấn, các kỹ thuật dùng tia X, đồng thời làm giảm biến chứng khi làm thủ ra, phương pháp siêu âm cũng dễ thực hiện hơn các kỹ thuật khác đối với các bệnh nhân là trẻ em. Vì vậy, siêu âm có trọng điểm ngày càng được khuyến khích thực hiện, đặc biệt ở khoa cấp cứu. Phương pháp siêu âm cấp cứu cung cấp thông tin về bệnh lý ngay tại thời điểm thăm khám, rất nhanh chóng và an toàn với bệnh nhân 3. Những ứng dụng của siêu âm trong hồi sức cấp cứu Siêu âm bệnh nhân chấn thương tại cấp cứuSiêu âm cho những bệnh nhân bị chấn thương nặng trong hồi sức cấp cứu là một chỉ định thường quy vì kỹ thuật thực hiện nhanh, dễ thực hiện tại giường bệnh, không cần di chuyển bệnh nhân, không xâm lấn, không sử dụng tia xạ và có thể lặp lại nhiều đó, ra đời kỹ thuật FAST và eFAST Protocol trên các bệnh nhân bị chấn thương. FAST viết tắt của Focused assessment with sonography for trauma là kỹ thuật đánh giá có trọng điểm bằng siêu âm trong chấn thương, eFAST Extended FAST là FAST mở thuật có thể phát hiện được bệnh nhân chấn thương nặng, gồm chấn thương ngực kín tràn máu màng phổi, tràn khí màng phổi, dập phổi, tràn máu màng tim và chấn thương bụng kín chấn thương gan, ruột, lách, mạc treo, bàng quang, tụy. Kỹ thuật FAST/EFAST protocol giúp phát hiện sự tồn tại của dịch tự do ở những người bệnh chấn thương, thường tập trung ở rãnh gan - thận, rãnh lách - thận, hạ vị túi cùng Douglas và đáy phổi 2 Siêu âm bệnh nhân có choáng tại cấp cứu không do chấn thươngBệnh nhân có choáng là trường hợp thường gặp tại khoa hồi sức cấp cứu. Đây là tình trạng nặng, nếu không được chẩn đoán và xử trí nhanh thì tỷ lệ tử vong khá cao. Choáng được chia thành 4 nhóm dựa trên sinh lý bệnh là Choáng phân bố, choáng giảm thể tích, choáng tim và choáng tắc sĩ sử dụng kỹ thuật siêu âm RUSH protocol để phát hiện tràn dịch màng ngoài tim - chèn ép tim cấp, đánh giá chức năng thất trái, đánh giá tĩnh mạch chủ dưới, đánh giá kích thước - hình dạng thất phải, đánh giá đường B xuất hiện khi có sự tụ dịch trong mô kẽ - phế nang do dập phổi, bệnh phổi mô kẽ, phù phổi cấp,... Nếu bệnh nhân choáng tại cấp cứu, bác sĩ sẽ sử dụng kỹ thuật siêu âm RUSH protocol để phát hiện tràn dịch màng ngoài tim - chèn ép tim cấp Siêu âm hướng dẫn điều trị tại cấp cứuNgoài vai trò chẩn đoán xác định bệnh nhanh tại cấp cứu, kỹ thuật siêu âm còn giúp bác sĩ điều trịThực hiện các thủ thuật điều trị Chọc tháo dịch ổ bụng, màng tim, màng phổi, hướng dẫn đặt nội khí quản, sinh thiết mô,...;Đánh giá và theo dõi điều trị Đáp ứng bù dịchThực hiện kỹ thuật siêu âm giúp giảm tai biến, rút ngắn thời gian thực hiện thủ dụng cụ thể của siêu âm trong điều trị như sauSiêu âm hướng dẫn chọc tháo dịch màng phổi Giúp đánh giá lượng dịch màng phổi để có vị trí chọc tháo thuận lợi, xác định được khoảng cách kim chọc tháo;Siêu âm hướng dẫn chọc tháo dịch màng tim Giúp xác định vị trí chọc dò thuận lợi nhất và gần nhất có thể cũng như lấy được lượng dịch nhiều nhất có thể, hạn chế làm tổn thương các cơ quan xung quanh và có thể ước đoán được lượng dịch màng ngoài tim dựa vào khoảng cách giữa 2 lá của khoang màng tim và kiểu lan tỏa của dịch màng tim;Siêu âm hướng dẫn chọc tháo dịch ổ bụng Giúp bác sĩ có thể xác định vị trí chọc dò thuận lợi nhất, gần nhất có thể và lấy được lượng dịch nhiều nhất có thể, tránh được các vị trí mạch máu;Siêu âm đánh giá đáp ứng của bù dịch Để đánh giá đáp ứng bù dịch trên lâm sàng tại cấp cứu, kỹ thuật đánh giá IVC trên siêu âm chính là phương pháp nhanh, đơn giản, có giá trị và có thể thực hiện lặp lại nhiều lần. Tuy nhiên, cần chú ý là việc chỉ sử dụng trị số IVC đơn lẻ sẽ không đánh giá đúng và đủ đáp ứng bù dịch của bệnh nhân. Thực hiện kỹ thuật siêu âm giúp giảm tai biến, rút ngắn thời gian thực hiện thủ thuật Có thể thấy siêu âm trong hồi sức cấp cứu đóng vai trò rất quan trọng trong việc chẩn đoán và điều trị bệnh cho bệnh nhân, đặc biệt là những trường hợp mắc bệnh nặng, nguy kịch. Để đặt lịch khám tại viện, Quý khách vui lòng bấm số HOTLINE hoặc đặt lịch trực tiếp TẠI ĐÂY. Tải và đặt lịch khám tự động trên ứng dụng MyVinmec để quản lý, theo dõi lịch và đặt hẹn mọi lúc mọi nơi ngay trên ứng dụng. XEM THÊM Các chấn thương ngực kín thường gặp và triệu chứng Tràn máu - tràn khí màng phổi trong chấn thương ngực kín Tìm hiểu về kỹ thuật mở màng phổi cấp cứu
Bài viết được tư vấn chuyên môn bởi ThS, BS. Đặng Mạnh Cường - Bác sĩ Chẩn đoán hình ảnh - Khoa Chẩn đoán hình ảnh - Bệnh viện Đa khoa Quốc tế Vinmec Central Park. Bác sĩ có trên 18 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực siêu âm – chẩn đoán hình ảnh. Mặc dù hình ảnh siêu âm thường được coi là an toàn khi được sử dụng thận trọng bởi các nhà cung cấp dịch vụ trong nhiêu năm nay. Siêu âm dựa trên bức xạ không ion hóa, có nhiều lợi thế hơn, và không có rủi ro giống như tia X hoặc các loại hệ thống hình ảnh khác. Siêu âm là phương pháp sử dụng sóng âm có tần số cao để ghi lại hình ảnh trực tiếp từ bên trong cơ thể. Cơ chế hoạt động của siêu âm tương tự như radar sử dụng trong quân đội đều là quá trình phát và nhận lại sóng âm phản hồi sau đó phân tích và đưa ra các đặc điểm của vật mà sóng âm hướng ích của siêu âm là giúp bác sĩ nhận ra những tổn thương của các mô, cơ quan hay nội tạng của người bệnh để đưa ra những chẩn đoán và phương pháp điều trị chính xác mà không cần phẫu thuật. Ngoài ra, không giống như các kỹ thuật chẩn đoán hình ảnh khác như chụp X-quang, siêu âm không sử dụng tia bức xạ vì thế nếu làm đúng kỹ thuật, siêu âm không gây tác hại với cơ thể, đặc biệt phù hợp cho các bậc cha mẹ muốn theo dõi tình trạng phát triển của thai nhi. Siêu âm không gây ảnh hưởng tới cơ thể nên được lựa chọn để theo dõi tình trạng của thai nhi Hiện nay, hình thức siêu âm phổ biến nhất là siêu âm theo dõi thai kỳ giúp đưa ra những đánh giá bước đầu về sự phát triển của thai hoặc tìm ra những bất thường có thể xuất hiện nhằm đưa ra phương pháp xử lý nhanh chóng và hiệu quả nhất. Tuy nhiên siêu âm còn có nhiều tác dụng khác, đặc biệt là trong chẩn đoán và điều trị. Khi thăm khám cho bệnh nhân, dựa vào những biểu hiện bệnh, bác sĩ có thể đưa ra những chẩn đoán sơ bộ và đề nghị bệnh nhân thực hiện siêu âm nếu nguyên nhân gây ra bệnh xuất phát từ các mô, cơ quan, hệ cơ quan, nội tạng bên trong cơ thể. Một lợi ích khác của siêu âm là có thể phát hiện những bất thường ở cả các mô mềm hay những khu vực dễ bị tổn thương do bức xạ như não. Hình ảnh siêu âm có thể cung cấp cho các bác sĩ thông tin để chẩn đoán vềBàng quangNão trẻ sơ sinhMắtTúi mậtThậnGanBuồng trứngTụyLáchTuyến giápTinh hoànTử cungCác mạch máuSiêu âm cũng là một cách hữu hiệu giúp các bác sĩ phẫu thuật thực hiện chính xác các thao tác trong một số công đoạn nhất định chẳng hạn như sinh thiết. Cơ chế siêu âm mạch máu 2. Ưu điểm của siêu âm Siêu âm là một trong các công cụ giúp chẩn đoán bệnh an toàn, không xâm lấn với nhiều ứng dụng rộng rãi trong vấn đề chăm sóc sức khỏe. Tuy nhiên siêu âm không phải là không có những hạn chế riêng của nó. Dưới đây là một số ưu, cũng như nhược điểm của siêu âm mà chúng ta cần quan tâm Ưu điểm Nhược điểm Siêu âm an toàn và thường không gây đau hoặc khó chịu trừ trường hợp siêu âm nội soi Hình ảnh siêu âm tốt hay không dựa nhiều vào khả năng đọc của bác sĩ cũng như trình độ của kỹ thuật viên siêu âm Không sử dụng đến dao, kéo hay các thủ thuật trong phẫu thuật Siêu âm thường không hiệu quả với các tạng hay cơ quan rỗng như não hoặc các xương rỗng Bệnh nhân không tiếp xúc với các bức xạ ion hóa như đối với chụp X-quang hoặc CT nên siêu âm an toàn hơn 2 phương pháp kể trên Đối với những người béo phì, độ xuyên thấu của sóng âm sẽ giảm do đó rất khó trong siêu âm đặc biệt đối với những cấu trúc ở sâu trong cơ thể. Trên thực tế, nếu kỹ thuật viên áp dụng đúng và đầy đủ các bước trong quy trình, siêu âm hoàn toàn không có hại Đầu dò của siêu âm thường được che phủ bởi nhựa hoặc latex do đó có thể gây hiện tượng dị ứng latex. Siêu âm có thể ghi lại rõ ràng hình ảnh các mô, cơ quan hay tạng mềm, điều mà tia X trong chụp X-quang hay CT không làm được Một ưu điểm khác là siêu âm có thể được thực hiện dễ dàng, nhanh chóng và ít tốn kém hơn các phương pháp khác. Siêu âm có khả năng chẩn đoán hình ảnh các cấu trúc khác nhau như động mạch chủ, tụy, gan... hoặc xác định các biến chứng như thủng, viêm phổi, áp xe... Siêu âm là một trong những công cụ hữu hiệu giúp bác sĩ chẩn đoán và đưa ra các phác đồ điều trị bệnh. Ngoài ra siêu âm còn mang lại rất nhiều ứng dụng khác như siêu âm trị liệu hay siêu âm trong giai đoạn thai kỳ để theo dõi sự phát triển của thai nhi. Bên cạnh một số ưu điểm như an toàn, không gây đau hay khó chịu, thực hiện nhanh chóng, dễ dàng, chi phí thấp, không sử dụng các bức xạ ion hóa... siêu âm cũng có những hạn chế riêng như phụ thuộc nhiều vào trình độ của kỹ thuật viên cũng như bác sĩ, ít hiệu quả đối với các tạng rỗng... Kết quả siêu âm phụ thuộc nhiều vào trình độ của kỹ thuật viên cùng các bác sĩ Để đặt lịch khám tại viện, Quý khách vui lòng bấm số HOTLINE hoặc đặt lịch trực tiếp TẠI ĐÂY. Tải và đặt lịch khám tự động trên ứng dụng MyVinmec để quản lý, theo dõi lịch và đặt hẹn mọi lúc mọi nơi ngay trên ứng dụng. Nguồn tham khảo XEM THÊM Hình ảnh trên siêu âm diễn ra như thế nào? 3 loại siêu âm thường dùng trong y khoa Siêu âm 2d là gì?
Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành ỨNG DỤNG KỸ THUẬT SIÊU ÂM TRONG TỔNG HỢP VẬT LIỆU NANO I Hóa âm Bức xạ siêu âm tạo ra năng lượng lớn để phản ứng xảy ra, thường xuất hiện sự phát xạ ánh sáng. Nguồn gốc của hóa âm và phát xạ siêu âm là sự tạo bọt dưới tác dụng của âm thanh sự hình thành, sự lớn lên, và sự vỡ bọt của các bọt khí trong chất lỏng được chiếu bức xạ siêu âm với cường độ cao. Sự vỡ của các bọt khí sinh ra lượng nhiệt và áp suất cục bộ cao trong thời gian ngắn. Những hot_spots có nhiệt độ 5000 K, áp suất 1000 atm, tốc độ nóng và làm lạnh vào khoảng 1010 K/s. Sự tạo bọt này có thể tạo ra những điều kiện hóa lý đặc biệt Khi chất lỏng có những hạt rắn được chiếu xạ với sóng siêu âm thì 1 hiện tượng sẽ xảy ra. Khi sự tạo bọt xảy ra gần bề mặt rắn, sự vỡ không đối xứng theo hình cầu mà tạo thành dòng lỏng bắn vào bề mặt. Những dòng này tạo ra sóng kích thích có thể phá hủy và làm sạch bề mặt, nhiệt bề mặt cao. Bức xạ siêu âm của huyền phù tạo ra hiệu ứng khác va chạm giữa các phần tử với tốc độ cao. Các sóng kích thích do sự tạo bọt gây ra có thể tăng tốc của các phần tử rắn rất cao. Kết quả của sự va chạm này là tạo ra sự thay đổi lớn trên bề mặt về hình thái, kết cấu và hoạt tính Hóa âm được chia thành nhiều loại dựa vào bản chất của sự tạo bọt hóa âm đồng thể của chất lỏng, hóa âm dị thể của lỏng-lỏng hoặc lỏng-rắn và hóa âm xúc tác. Trong vài trường hợp, bức xạ siêu âm có thể tăng tốc độ phản ứng cả triêu lần. Bởi vì sự tạo bọt chỉ xảy ra trong chất lỏng nên phản ứng hóa học không xảy ra khi chiếu bức xạ siêu âm vào hệ thống rắn-rắn hay rắn-khí được 1 Sự tạo bọt âm thanh Ảnh hưởng hóa học của siêu âm không bắt nguồn từ tương tác trực tiếp với các kiểu phân tử. Tần số siêu âm khoảng 15 Hz đến 1 GHz. Tốc độ âm thanh trong chất lỏng là 1500m/s, bước sóng âm thanh khoảng 10 đến 10-4 cm. Đây không phải là kích thước phân tử. Do đó không có mối liên hệ nào giữa âm thanh và phần tử hóa học ở mức độ phân tử đáng được kể đến trong hóa âm và phát xạ siêu âm Thay vào đó, hóa âm và phát xạ siêu âm xuất phát từ sự tạo bọt bởi âm thanh, như 1 phương pháp hiệu quả để tập trung năng lượng khuếch tán của âm thanh. Sư nén khí sinh ra nhiệt. sự nén bọt khí trong suốt quá trình tạo bọt nhanh hơn tốc độ truyền nhiệt chỉ xảy ra trong thời gian ngắn, tạo thành hot-spot. Những vi bọt này qua sự chiếu xạ của siêu âm thì sẽ hấp thu dần năng lượng từ sóng và sẽ phát triển. Sự phát triển của bọt phụ thuộc vào cường độ của sóng. Ở cường độ sóng cao, những bọt này sẽ phát triển nhanh thông qua tương tác quán tính. Nếu chu kỳ giãn nở của sóng đủ nhanh, bọt khí được giãn ra ở nữa chu kỳ đầu và nữa chu kỳ còn lại là nén Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành bọt, nhưng bọt chưa kịp nén thì lại được giãn tiếp, cứ thế bọt lớn dần lên và vỡ. Ở cường độ âm thấp hơn bọt khí cũng hình thành theo quá trình chậm hơn. Bọt sẽ dao động về kích thước qua nhiều lần nén và dãn, trong bọt sẽ có một lượng khí có sẵn, khí này sẽ tự do hơn khi dãn và mất tự do khi nén. Bọt phát triển sau mỗi lần dãn vì thế khí này sẽ càng tự do hơn áp suất khí bên trong sẽ giảm. Khi bọt phát triển tới kích thước không thể phát triển tiếp được ở cả 2 trường hợp cường độ sóng cao và thấp, bọt không hấp thu năng lượng được nữa, không tiếp tục giữ được hình dạng của nó và dưới áp lực từ chất lỏng bên ngoài đẩy vào trong kết quả là bọt sẽ vỡ vào trong. Sự vỡ vào trong của bọt không thường thấy trong môi trường phản ứng hóa học. 2 Sự hình thành dòng nhỏ trong suốt quá trình tạo bọt tại bề mặt rắnlỏng Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành 1 hiện tượng khác bắt nguồn khi sự tạo bọt xảy ra gần ranh giới bề mặt lỏng-rắn. Có 2 cơ chế trình bày hiệu ứng tạo bọt tại bề mặt dòng nhỏ va đập và sóng kích động phá hủy. Bất cứ khi nào sự tạo bọt hình thành gần ranh giới, sự không đối xứng của các phần tử lỏng chuyển động trong suốt quá trình vỡ bọt có thể tạo ra sự biến dạng mạnh trong các hốc. Thế năng của các bọt khí khi lớn lên sẽ chuyển thành động năng của các dòng lỏng vỡ vào bên trong và xuyên qua các bọt tiếp theo. Bởi vì hầu hết năng lượng hữu ích được chuyển thành dòng gia tốc, nhưng dòng này có thể đạt vận tốc hàng trăm mét trên giây. Bởi vì không đối xứng, dòng thường va đập vào ranh giới rắn và có thể tập trung năng lượng khổng lồ tại vùng va đập. Sự tập trung năng lượng này phá hủy bề mặt. Cơ chế thứ 2 tạo sự phá hủy bề mặt liên quan đến sóng kích thích được tạo bởi sự vỡ của các bọt trong dung dịch. Sự va đập của các dòng nhỏ và sóng kích thích trên bề mặt tạo ra sự mài mòn cục bộ liên quan đến siêu âm và nhiều hiệu ứng hóa âm của phản ứng dị thể. Trong quá trình này, sự mài mòn kim loại bởi sự tạo bọt sinh ra bề mặt nhiệt cao và hoạt tính cao Hình ảnh một bóng khí trong môi trường lỏng chiếu xạ siêu âm vỡ gần bề mặt rắn. Sự có mặt của bề mặt rắn là nguyên nhân của sự vỡ bất đối xứng, hình thành một vòi chất lỏng bắn vào bề mặt rắn với tốc độ rất cao. Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Ảnh SEM Scanning electron micrograph của bột kẽm sau khi kích thích sóng siêu âm. Đoạn nối giữa hai hạt kẽm được hình thành do sự nóng chảy cục bộ là kết quả của sự va chạm mạnh Bề mặt rắn lớn hơn kích thước lớn nhất của các bọt khí là cần thiết để tạo sự biến dạng bề mặt trong suốt quá trình bọt khí vỡ. Đối với siêu âm khoảng 20 kHz, sự phá hủy do các dòng không thể xảy ra nếu các phần tử rắn có kích thước lớn hơn 200μm. Trong trường hợp này, sóng kích thích được tạo bởi sự tạo bọt đồng thể có thể tạo sự va đập giữa các phần tử với tốc độ cao. Suslick và cộng sự nhận ra rằng dòng chảy rối và sóng kích thích bởi siêu âm mạnh có thể hướng các kim loại với tốc độ đủ cao vào nhau tạo sự nóng chảy khi va đập và sự mài mòn bề mặt tinh thể khi va sượt qua. Bột kim loại chuyển tiếp được dùng để dò nhiệt độ cục đại và khoảng tốc độ trong suốt quá trình va đập. Chiếu bức xạ vào bột kim loại Cr, Mo, W trong decane 20 kHz và 50 W/cm2, sự kết tụ do nóng chảy cục bộ xảy ra ở 2 kim loại đầu nhưng không xảy ra ở kim loại thứ 3. Dựa vào điểm nóng chảy của các kim loại này, nhiệt độ tại điểm va đập khoảng 3000oC không liên quan tới nhiệt độ hot-spot khi bọt khí vỡ. Từ vùng nóng chảy do va đập, lượng nhiệt sinh ra đã được nhận ra. Một sự ước lượng tương đối tốc độ va đập khoảng ½ vận tốc âm thanh Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Ảnh SEM của bột kim loại trước và sau khi chiếu xạ siêu âm. Crom nóng chảy 1857oC và các hạt crom bị biến dạng, kết tụ lại với nhau. Molybden nóng chảy ở 2617oC và các hạt Mo cũng kết tụ lại với nhau nhưng không hoàn toàn. Tungsten nóng chảy ở 3410oC và không bị ảnh hưởng. 3 Hóa âm Hóa học là sự tương tác giữa năng lượng và vật chất. Phản ứng hóa học đòi hỏi năng lượng từ dạng này hoặc dạng khác để tiến hành phản ứng hóa học dừng khi nhiệt độ tiến về 0 tuyệt đối. Siêu âm khác với các nguồn năng lượng truyền thống nhiệt, ánh sáng, gốc ion tự do về độ bền, áp suất, năng lượng mỗi phân tử. Nhiệt độ và áp suất lớn, tốc độ làm nóng và làm lạnh đặc biệt được tạo bởi sự vỡ bọt khí là siêu âm đã tạo ra 1 cơ chế hiếm có cho việc tạo hóa học năng lượng cao. Giống như quang hóa, 1 lượng lớn năng Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành lượng sinh ra trong khoảng thời gian ngắn, nhưng nó là nhiệt động , không phải điện tử. Khi quang phân, nhiệt độ nhiệt động cao, nhưng khoảng thời gian ngắn và nhiệt độ cao. Nhiệt do sự tạo bọt tồn tại rất ngắn nhưng xảy ra trong pha ngưng tụ. Hóa âm có áp suất cao có thể tạo kích cỡ vi mô giống vĩ mô 4 Thiết bị Có nhiều lọai thiết bị có thể sử dụng trong hóa âm. Thường có 3 lọai chính sau bể làm sạch siêu âm, sừng siêu âm và bình phản ứng dòng. Nguồn phát của siêu âm thường là các vật liệu áp điện, thường sử dụng gốm titan zirconate chì PZT, mà phụ thuộc vào điện thế xoay chiều cao với tần số siêu âm15 tới 50 kHz. Trong công nghiệp, các hợp kim từ giảo mạnh hơn thường là Ni có thể sử dụng như các cực của ống nam châm tạo từ trường xoay chiều với tần số siêu âm. Nguồn dao động được gắn trên tường của bể, sừng khuếch đại hoặc mặt ngoài của ống hay màn chắn Bể siêu âm 1 W/cm2 là nguồn được sử dụng nhiều trong các phòng thí nghiệm và sử dụng thành công với nhiều nghiên cứu hóa âm dị thể lỏng-rắn. Cường độ âm thanh thấp có thể sử dụng vì độ bền kéo ở bề mặt tiếp xúc lỏng-rắn giảm. Đối với nhiều loại phản ứng bể siêu âm là có thể sử dụng được. Các dạng sóng dừng trong siêu âm đòi hỏi sự điều chỉnh chính xác của bể phản ứng. Mặt khác, bể dễ chế tạo, giá rẻ, dễ sử dụng với kích cỡ khá lớn Nguồn siêu âm mạnh và an toàn thường sử dụng trong phòng thí nghiệm hóa học là sừng siêu âm 50 đến 500 W/cm2 , có thể sử dụng với những chất có hoạt tình và không có hoạt tính, áp suất khí quyển và vừa phải <10 atm. Những thiết bị này thường sử dụng trong sinh học để phá vỡ tế bào. Có nhiều cỡ năng lượng cung cấp và nhiều cỡ titan phù hợp với nhiều kích cỡ mẫu. Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Bình phản ứng dòng 5 Ứng dụng hóa âm trong tổng hợp vật liệu Ứng dụng đặc biệt của hóa âm là công cụ tổng hợp các vật liệu vô cơ, chẳng hạn tổng hợp sắt vô định hình. Nhìn chung hóa âm rất hữu dụng để tổng hợp vật liệu cấu trúc nano của kim loại chuyển tiếp, hợp kim, carbide, oxide và keo. Sự phân ly của các hợp chất cơ kim dễ bay hơi trong dung môi đang sôi tạo ra vật liệu nano với nhiều hình dạng khác nhau và hoạt tính xúc tác cao. Keo nano, lỗ xốp nano diện tích bề mặt lớn kết tụ, và oxide nano tựa xúc tác có thể tạo theo cách này. Ví dụ, chiếu siêu âm vào sắt pentacarbonyl với silicagel sẽ tạo Fe-SiO2 nano vô định hình tựa xác tác. Xúc tác này có hoạt tính cao hơn so với tổng hợp truyền thống là phương pháp ẩm. Tổng hợp hợp kim cũng có thể thực hiện bằng cách phân ly FeCO5 và CoCO3NO. Một ví dụ khác, chiếu siêu âm vào Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành MoCO6 tạo các bó nano lập phương tâm diện molybdenum carbide. Hoạt tính xúc tác này cao hơn so với xúc tác tách hydro chọn lọc platin II Tổng hợp oxide kim loại Khi chiếu xạ siêu âm dung dịch mà dung môi là nước thì sản phẩm tạo thành là H2 và . . H2O2 và các sản phẩm trung gian HO2, các gốc tự do H và O , e-aq .Khi phân ly nước bằng siêu âm sẽ tạo ra cả chất oxy hóa và chất khử. 1 Quy trình Sơ đồ chung để tổng hợp oxide kim loại Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Các chất phản ứng vô cơ, hoạt động bề mặt, pH của hỗn hợp, diện tích bề mặt của nhiều sản phẩm khác nhau cho trong bảng sau Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Trong các thí nghiệm thông thường, hòa tan chất hoạt động bề mặt với 1 lượng nhỏ ethanol trong bình 100 ml đem chiếu xạ siêu âm. Thêm lượng chất phản ứng vào dung dịch chất hoạt động bề mặt sau đó đổ nước cất vào bình chiếu xạ. Độ pH được duy trì bằng cách sử dụng NH4OH, sau đó gel được đem chiếu xạ trong 3h. Các chất kết tủa sẽ được ly tâm, làm sạch, sấy khô. Các chất hoạt động bề mặt sẽ được loại bỏ bằng cách nung hoặc dung môi chiết Các chất hoạt động bề mặt có nhiều loại sodium dodecylsulfate SDS và sodium dodecylbenzenesulfonate DBS như chất hoạt động bề mặt anion, polyethylene glycol monostearate PEG-MS như chất hoạt động bề mặt không ion, dodecyltrimethylammonium chloride DTAC và bromide DTAB như chất hoạt động bề mặt cation. 2 Tổng hợp oxide kim loại chuyển tiếp từ cacbonyl tương ứng Chiếu xạ siêu âm dung dịch decalin của FeCO5 tạo thành nano vô định hình Fe2O3. Không giống như sắt có thể nhận được dạng vô định hình bằng kỹ thuật làm lạnh, sắt oxide không thể chế tạo theo cách này. Tốc độ làm lạnh nhanh cần cho sắt oxide và các oxide kim loại khác. Bởi vì độ dẫn nhiệt của oxide kim loại thấp hơn nhiều so với kim loại nên “glass former” dùng để ngăn cản quá trình kết tinh được thêm vào nếu phương pháp làm nguội được áp dụng. Oxide kim loại vô định hình có thể được tạo thành theo phương pháp này chỉ khi thêm vào các” glass former” như P2O5, V2O5, Bi2O3, SiO2, CaO. Như đã đề cập tốc độ làm lạnh của sự vỡ các bọt khí khoảng 1010 Ks-1 nên Fe2O3 vô định hình có thể tạo thành bằng cách chiếu xạ siêu âm mà không cần thêm bất kỳ “glass former” nào. Nano Fe2O3 sẽ chuyển thành nano Fe3O4 tinh thể nếu nung ở 420oC ở áp suất chân không hoặc có mặt N2. Từ tính của Fe2O3 là thấp và kết tinh ở 268oC Bột Cr2O3 và Mn2O3 có thể tạo thành bằng phương pháp khử hóa âm dung dịch NH42Cr2O7 và KMnO4. Hiệu suất sẽ tăng nếu tăng nhiệt độ phản ứng và thêm vào ethanol. Bột vô định hình có kích cỡ 50-200nm. Khi nung ở 600-900K trong 4h thu được Mn2O3 và Cr2O3 kết tinh Chiếu xạ siêu âm MoCO6 trong decalin 3h môi trường khí tạo thành 1 chất màu xanh, bao gồm các tấm nano xốp đường kính 20nm. Khi nung chất này với sự có mặt của O2, H2, N2 sẽ tạo thành tinh thể MoO2, MoO3 và hỗn hợp 2 oxide này. Qua các phương pháp phân tích còn cho thấy có sự hiện diện của Mo2O5 gồm 2 loại Td và Oh. Nano Mo2O5 sẽ kết tủa đều và chặt trên Si nếu Si được thêm vào Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Sự oxy hóa MoCO6 không xảy ra trong các bọt khí do áp suất bay hơi thấp. do đó, phản ứng hóa âm MoCO6 xảy ra ở bề mặt phân cách. Các phân tử nước hình thành trong bọt khí khuếch tán vào bề mặt phân cách hoặc từ tác chất, khí ổn định Mo2O5 2MoCO6 17 / 2O 2 Mo 2O5 12CO 2 Sonolysis Mo 2 O5 2H 2O Mo 2O5 .2H 2 O 3 Tổng hợp các ferrite từ carbonyl tương ứng Các hợp chất carbonyl khi chiếu xạ siêu âm có mặt Ar tạo thành hợp kim còn chiếu xạ trong không khí sẽ tạo các ferrite. Thực vậy, bột nano vô định hình và siêu nghịch từ NiFe2O4 được tạo thành khi khử siêu âm FeCO5 và NiCO4 trong decalin ở 273K, áp suất O2 là 100-150KPa. Phương pháp đo nhiệt trọng cho thấy nhiệt độ Curie là 44oC cho vô định hình và 560oC cho tinh thể Ferrite BaFe12O19 được tổng hợp bằng hóa âm từ FeCO5 và barium ethylhexanoate Ba-[OOCCHC2H5C4H9]2 trong decane, cường độ siêu âm mạnh. BaFe12O19 vô định hình thu được trong huyền phù keo, mà các phần tử nano phân bố đồng đều. Sau đó sẽ đem lắng hoặc bay hơi rồi nung ở nhiệt độ thấp thu được bột BaFe12O19 tinh thể. Đặc trưng của BaFe12O19 vô định hình là tạo thành vòng Olympic, những vòng nhỏ nằm trong vòng lớn. Chỗ giao nhau giữa các vòng trái ngược với cơ chế hình thành vòng dựa trên sự hình thành lỗ khô bằng bay hơi ẩm trên nền. Sự tạo thành đặc trưng này phụ thuộc vào lực từ với tương tác giữa các phần tử và nền. Đặc trưng khác là tạo thành barium hexaferrite như dung dịch keo khi không sử dụng chất hoạt động bề mặt Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành 4 Tổng hợp hỗn hợp oxide Chiếu xạ siêu âm vào dung dịch nickel nitrate, aluminum nitrate có mặt urê, nung ở 950oC trong 14h thu được nano spinel NiAl2O4 13nm, diện tích bề mặt 108m2g-1. Nano LaNiO3 được tạo bằng cách lắng dưới siêu âm. TEM chứng tỏ siêu âm có thể giảm kích thước các phần tử LaNiO3 20nm . Siêu âm có thể làm tăng hàm lượng oxide bề mặt và khuyết oxy bề mặt tinh thể. TPR chỉ ra LaNiO3 chế tạo bằng hóa âm có nhiệt độ khử thấp và tỉ lệ oxy bề mặt so với tinh thể cao. Ngoài ra hoạt tính xúc tác của phản ứng phân hủy NO cũng được tăng lên. Lanthanum strontium manganate LSM là hợp chất quan trọng trong SOFC cũng đã được sản xuất bằng hóa âm 5 Tổng hợp oxide đất hiếm Hầu hết các tác chất tổng hợp oxide kim loại là hợp chất cơ kim nhưng tổng hợp oxide đất hiếm đi từ dung dịch nước. Các nguyên tố đất hiếm phủ lên trên silic hay Al có kích cỡ 20-30nm. Tổng hợp các oxide đất hiếm đi theo cách sau europium oxide được hòa tan trong lượng nhỏ acid nitric rồi bay hơi cho đến khô. Muối nitrate khô được hòa tan trong 5 ml nước. Sau đó silic được thêm vào 30ml nước cùng lượng dung dịch nitrate. Thực hiện chiếu xạ siêu âm trong 1h và giữ becher trong bể lạnh. 5ml dung dịch ammonia 25% được thêm vào trong suốt quá trình chiếu xạ. Sản phẩm đem rửa nước, ly tâm rồi làm khô chân không Sản xuất europium oxide pha tạp trong nano silic mol% thì khác. Nó được thực hiện bằng cách thủy phân tetraethyl orthosilicate TEOS trong nước, ethanol, dung dịch europium nitrate. Dung dịch ammonia 25% được thêm vàao trong quá trình siêu âm thu được europium oxide đồng nhất silica Sợi nano europium oxide hình thành bằng cách chiếu xạ siêu âm dung dịch europium nitrate có mặt ammonia có kích cỡ 50x500nm. Chiếu xạ siêu âm dung dịch này thu được kết tủa europium hydroxide. 3 Eu aq 3H 2 O EuOH3s 3Haq NH 4aq Khi không thêm ammonium thì sẽ không xuất hiện kết tủa. Sự hình thành europium hydroxide được giải thích như sau EuOH3 hình thành hấp phụ NH4+ hoặc ammonia trên bề mặt, hình thành lớp mỏng gắn kết lại bằng liên kết hydro. Sự hấp phụ của NH4+ đã được chứng minh bằng sự hấp phụ NH4NO3 trên bề mặt bột sau lắng. Cũng có thể giải thích bằng các dòng nhỏ tốc độ cao bắn phá EuOH3 tạo sợi nano 6 Tổng hợp các oxide khác bằng hóa âm Brij-35 [polyoxyethylene lauryl ether] dùng để ổn định nano palladium nhận được đồng thời với PdO bằng cách khử hóa âm PdCl2, có mặt sodium sulfite và argon. Các phần tử này có đường kính 10nm. Nano PdO được khử tới nano Pd trong nồi hơi áp suất H2 50 bar ở 140oC. Hoạt tính xúc tác của nano Pd cũng khác với xúc tác Pd truyền thống Nano tinh thể CeO2 được tổng hợp bằng hóa âm và microwave từ dung dịch NH42CeNO36 dùng hexamethylenetetramine và poly ethylene glycol làm chất hoạt động bề mặt. sản phẩm có hình dạng đồng đều, kích thước nhỏ, hiệu ứng lượng tử dễ thấy Phương pháp khác để tổng hợp CeO2 là từ dung dịch cerium nitrate và azodicarbonamide như tác chất, ethylenediamine hoặc tetraalkylammonium hydroxide như phụ gia. Phụ gia có ảnh hưởng rất lớn đến kích thước và sự phân bố kích thước. CeO2 kích thước nhỏ được tạo thành khi có phụ gia còn CeO2 kết tụ sẽ nhận được khi không có phụ gia. CeO2 Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành nm được tạo thành khi chiếu xạ siêu âm mà tetramethylammonium hydroxide TMAOH tỉ lệ mol cerium nitrate/azodicarbonamine/TMAOH là 1/1/1 1 oxide hiếm thấy của Cu là Cu3O4 cũng được tổng hợp bằng hóa âm từ dung dịch đồng axetate và aniline tỉ lệ 110 tạo nano phase Cu3O4 trên nền polyaniline. Các oxide khác cũng có thể gắn vào polyaniline dễ dàng bằng phương pháp này Oxide tunsteng cũng được hình thành bằng hóa âm từ dung dịch WCO6 trong diphenylmethane DPhM, có mặt khí Ar 80% và O2 20%. Nung bột sản phẩm ở 550oC có mặt Ar tạo tinh thể WO2 đơn tà và hình thoi. Ủ sản phẩm trong Ar ở 1000oC tạo sợi nano WO2-WO3 đường kính 50nm. Nung sản phẩm trong 3h tạo thành nano tinh thể WO3 kích thước 50-70nm Bằng phương pháp hóa âm có thể tổng hợp các oxide kim loại từ hợp chất cơ kim acetate. Các oxide khác đã được nghiên cứu là CuO, ZnO, Co3O4, Fe3O4 trong dung môi nước hoặc hỗn hợp 10% nước-DMF 7 Tổng hợp nano TiO2 Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Tổng hợp xúc tác TiO2 với các pha anatase và brookite đã được nghiên cứu. Phương pháp là thủy phân titanium tetraisopropoxide trong dung dịch 11 EtOHH2O được chiếu xạ siêu âm Nano tinh thể TiO2 được tổng hợp bằng cách thủy phân titanium tetrabutyl trong nước và EtOH được hiếu xạ siêu âm. Cấu trúc và kích cỡ phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng, độ acid và thời gian phản ứng. Cơ chế hình thành nano tinh thể TiO2 như sau thủy phân titanium tetrabutyl trong nước, ngưng tụ tạo thành nhiều nhân nhỏ kết tụ lại thành bó lớn. Chiếu xạ siêu âm tạo nhiều hot spot và cấu trúc tinh thể hình thành gần những hot spot. Kích cỡ sợi titania và titania nanotube điều chế bằng hóa âm như sau sợi titania có chiều dài 1µm, chiều rộng 60nm. Các mảng titania hình thành từ các sợi titannia có đường kính 5nm. Titania nanotube có đường kính 50nm, chiều dài 200-300nm III Tổng hợp nano kim loại Bản chất của quá trình là tốc độ làm lạnh nhanh không đủ thời gian tạo dạng tinh thể 1 Tổng hợp bột nano kim loại Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Có thể tổng hợp các kim loại chuyển tiếp từ các gốc carbonyl Fe từ FeCO5 , Ni từ NiCO4 , and Co từ CoCO3NO. Chiếu siêu âm vào dung dịch Co2+ với hydrazine NH2-NH2 sẽ tạo thành các bó nano anisometric dạng đĩa kíck thước 100nm bề dày 15nm. Các phần tử pha nano kim loại Cu được hình thành khi chiếu siêu âm vào dung dịch CuN2H3COO Khi chiếu xạ siêu âm với sự có mặt của argon tạo thành hỗn hợp Cu2O và Cu. Nếu chiếu xạ với sự có mặt của H2 và argon sẽ tạo thành Cu nguyên chất. Các phần tử nhận được là vật liệu xốp có đường kính 50nm, nhỏ hơn phân hủy nhiệt. Cơ chế khi có mặt gốc tự do hydrogen như chất khử 2 Cu aq 2H. Cu s0 2H aq Bó nano kim loại Pd tạo ở nhiệt độ phòng bằng cách khử siêu âm tỉ lệ mol 12 hỗn hợp PdO2CCH32 và CH3CH212NCH3BrNR4X trong THF hoặc MeOH. NR4X đóng vai trò như chất khử, có thể do sự phân hủy xảy ra ở vùng pha lỏng ngay lập tức bao quanh các hốc và cung cấp các gốc khử tự do. Pd vô định hình được nhận trong THF còn Pd tinh thể được nhận trong MeOH Có các nghiên cứu về tổng hợp nano kim loại quý hiếm như Ag, Au, Pd, Pt, Rh với sự phân bố hẹp phần tử Pd 5nm nhận được từ dung dịch Pd 1mmol trong dung dịch polyethylene glycol monostearate . Có 3 sự khử khác nhau được trình bày khử bằng nguyên tử H, khử bằng các gốc khử tự do bậc hai hình thành bởi H từ các phụ gia hữu cơ với gốc tự do OH và nguyên tử H, sự khử của các gốc tự do hình thành bởi nhiệt phân tại bề mặt phân cách giữa các bọt khí và dung dịch khối. Sự khử AgI và PtII theo cơ chế 2. Sự khử PdII và AuIII theo cơ chế 3. Sự khử RhIII không nhận được nhưng nếu thêm sodium formate thì có thể khử được. Các phần tử nano Pt được tạo thành khi chiếu xạ siêu âm với sự có mặt chất hoạt động bề mặt sodium dodecyl sulfate, SDS rất bền, hình cầu đồng nhất, đơn phân tán đường kính nm. Dạng khử hình thành gần các bọt khí nóng sẽ phản ứng với phức PtCl4-2 tạo các phần tử nano. Ag vô định hình 20nm được hình thành khi khử siêu âm dung dịch AgNO3 với sự có mặt của argon và hydrogen. Bằng phép đo màu PtIV chuyển thành Pt0 qua 2 bước PtIV được khử thành PtII, sau đó PtII được khử thành Pt0 Sự có mặt của các khí tạo các phần tử nano nhỏ và sắc nét hơn như Pd khi có mặt N2, Pt khi có mặt Xe. AuIII được khử khi có mặt lượng nhỏ 2-propanol tạo thành dạng keo. Kích cỡ và tốc độ khử AuIII phụ thuộc vào nhiệt độ dung dịch, cường độ âm, vị trí của bình phản ứng so với bộ dao động. Tốc độ khử khi có mặt các khí xếp theo thứ tự sau CH4 = CO2 < N2 < Ne < He như không xảy ra. Các kim loại từ được tạo thành dựa trên sự giãn nỡ nhanh của các dung dịch lỏng siêu tới hạn RESS với sự khử tạo thành nano nickel, cobalt, sắt , oxide sắt. Khi thêm các chất polymer ổn định tạo thành nano kim loại vô định hình ở nhiệt độ phòng 2 Tổng hợp keo kim loại Các phần tử nano kim loại hiếm Au, Pd,Ag nhận được khi chiếu xạ siêu âm trong dung dịch muối tương ứng với sự có mặt của chất hoạt động bề mặt để ổn định keo như keo dung dịch của phần tử sắt 8nm nhận được khi chiếu xạ FeCO5 khi có mặt acid Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành oleic. Các phần tử nhỏ hơn nhận được khi có mặt polyvinylpyrrolidine dù trong 2 trường hợp này sắt đều vô định hình và có từ tính cao. Sản xuất các dung dịch từ bằng hóa âm đã được nghiên cứu nhiều. Hệ thống bao gồm dung dịch keo cobalt trong decalin ổn định bằng acid oleic, keo phân tán của sắt vô định hình trong nền polyme, dung dịch keo Fe2O3 trong hexane ổn định bởi acid oleic. Dung dịch keo cobalt nhận được bằng quá trình lão hóa trong khí, cobalt chuyển từ 510nm thành kích thước 1µm sau 1 tháng 3 Tổng hợp nano hợp kim Pha nano Fe/Co nhận được khi chiếu xạ siêu âm hỗn hợp FeCO5 và CoCO3NO trong decalin. Dung dịch tỉ lệ mol 11 tạo thành hợp kim rắn Fe20Ni80 mà có thể phụ thuộc vào tỉ lệ áp suất bay hơi của 2 carbonyls trong pha khí của bọt khí bị vỡ. Phương pháp đo nhiệt trọng Fe20Ni80 chỉ ra nhiệt độ curie là 322oC cho vô định hình và 550oC cho tinh thể. Phương pháp đo nhiệt trọng chỉ ra sự hấp thu nhiệt chuyển pha ở 335oC của hỗn hợp pha từ và hợp kim tinh thể Bột thép M50 nhận được bằng phân hủy siêu âm các chất cơ kim FeCO5, EtxC6H6_x2Cr, EtxC6H6_x2Mo, và VCO6 trong decalin. Hình thái M50 nhận được là vi cấu trúc xốp. Các hạt sắt cố kết sự cố kết thực hiện ở điều kiện 275 Mpa, 700oC trong 1h có độ xếp chặt 100%. Độ cứng của sắt là 37 RC so với sắt thông thường là 4-5 RC. Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Đối với M50 là RC so với 58-62 RC của thép thông thường. Độ cứng càng cao nếu nồng độ cacbon thấp và ít oxy Dung dịch bão hòa argon của NaAuCl4 và PdCl2 hoặc K2PtCl4 được khử bằng chiếu xạ siêu âm tạo thành nano hợp kim quý. Nano Au-Pd đơn phân tán 8nm có lõi vàng và lớp vỏ Pd Dung dịch AgNO3với sự có mặt của ammonia chiếu xạ siêu âm cùng FeCO5 cùng H2/Ar tạo thành nano đồng pha Ag/Fe2O3. Vật liệu composite được khử ở 300oC cùng H2 tạo thành nano Ag/Fe. Hợp kim 3 cấu tử Fe/Ni/Co tạo thành bằng cách phân hủy siêu âm các chất cơ kim FeCO5, NiCO4, và CoNOCO3 với sự có mặt của Ar áp suất 100 đến 150Kpa, 273K là vật liệu siêu nghịch từ 4 Kết tủa hóa âm trên hạt hình cầu và bề mặt phẳng Các hạt cầu của vật liệu ceramic hoặc polymer đặt vào bể siêu âm và được chiếu xạ với các chất cơ kim. Ở đây là dung dịch NiCO4 trong decalin. Nickel vô định hình kết tủa chuyển thành đa tinh thể, pha nano hoặc fcc dưới tác dụng của nhiệt, sự có mặt của Ar ở nhiệt độ 400oC. Đo độ hấp phụ của N2 cho thấy diện tích bề mặt Nickel vô định hình giảm nhiều khi kết tinh Nickel vô định hình là 1 chất siêu nghịch từ trong khi Nickel đa tinh thể thì giống như sắt từ. Có sự thay đổi to lớn trên bề mặt cấu trúc silanol có và không có phủ silica. Sự vỡ bọt khí tạo dòng giải hấp nước trên silic, tạo silinol tự do để phản ứng với Nickel. Sự trao đổi Nickel có thể xảy ra do tạo thành nhân kết tụ Nickel. Cơ chế là khi chiếu xạ siêu âm dẫn đến sự ngưng tụ khử nước của Hydro liên kết silanol tạo siloxane. Tiếp theo là sự hình thành liên kết giữa Ni và oxy của nhóm siloxane. Ni vô định hình tạo thành bằng cách kết tủa Ni thì mềm, ít bám dính trên silica, nhưng Ni đa tinh thể 20-30nm thì cứng Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành và bám dính chặt trên silica. Khả năng bám chặt của Ni tinh thể là do Ni hình thành trên bề mặt phân cách trong quá trình kết tinh Các nghiên cứu đã được mở rộng sang các kim loại từ. Co 10nm dính chặt trên silic 225-250nm được tổng hợp bằng phân hủy siêu âm chất cơ kim CoCO3NO trong decalin, sau đó là kết tinh sản phẩm vô định hình. Các hạt silic mang Co tinh thể được kết tủa trên nền silicon tinh thể bằng cách phủ spin Hóa âm cũng được sử dụng để kết tủa Ni trên Al vô định hình và tinh thể. Nghiên cứu kết luận Al vô định hình cung cấp lượng lớn vùng hoạt động cho phản ứng với Ni tạo thành lớp phủ Ni bám chặt trên bề mặt Al, trong khi nếu dùng Al tinh thể làm nền, hầu hết Ni phân bố trên vùng tự do giữa các vi cầu Al. So sánh với Ni không bám dính, Ni bám dính có tương tác mạnh với lõi Al mà có thể ức chế sự kết tinh của Ni, tăng sự hình thành pha spinel NiAl2O4. Phần đầu của sự tương tác giữa Ni và Al có thể tách nhóm hydroxy tạo liên kết bề mặt Ni-O-Al. Vị trí liên kết trở thành trung tâm của Ni. Sau khi nung mẫu đến nhiệt độ cao, ion Ni khuếch tán vào bên trong khối tứ diện rỗng trong Al. Tại nhiệt độ cao hơn, quá trình đảo ngược, sự thay thế của ion Ni2+ cho ion Al3+ tại khối bát diện xảy ra hình thành pha spinel hỗn hợp. Phương pháp đo từ cho thấy sản phẩm là vật liệu siêu nghịch từ Chiếu xạ siêu âm vào vi cầu silic, AgNO3, ammonia trong môi trường nước 90 phút với sự hiện diện của Ar và H2 955 tạo nano composite Ag-Si. Điều chỉnh điều kiện phản ứng có thể thu được ag kết tủa trên hạt cầu silic. Mức độ phủ có thể được tăng và lớp phủ đồng đều có thể được tạo ra. Điều này có thể được thực hiện bằng cách khử dần Ag, do đó giảm bề dày lớp phủ, giống như các phân tử Ag giữa các hạt silic hơn là trên bề mặt Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành Câu hỏi đặt ra là tại sao các phần tử kết tủa bám dính trên bề mặt mà không bị loại bỏ dù khuấy trộn mạnh bằng sóng siêu âm. Câu trả lời là do sóng kích động và các dòng nhỏ tạo thành do sự vỡ bọt khí gần bề mặt. Các dòng này bắn vào bề mặt cầu làm nóng chảy và kết dính. Khi các phần tử nano va chạm bề mặt, lực hóa học và tương tác yếu giữ lại trên bề mặt. Các nghiên cứu đã chứng minh tương tác mạnh hơn khi kết tủa vô định hình được ủ tại nhiệt độ kết tinh Phương pháp kết tủa hóa âm trên bề mặt phẳng chủ yếu là trên các mảnh silicon. Nano Fe2O3 được gắn vào các mảnh Si. Sau khi ủ Fe2O3 vô định hình, tính chất sẽ thay đổi từ siêu nghịch từ sang sắt từ. Các nghiên cứu sau đã chứng tỏ nano Fe2O3 được đưa vào trên Si từ 1 rượu. Khi ủ mẫu ở chân không cao, nguyên tử oxy sẽ chuyển từ Fe sang Si và giải hấp SiO ở 750oC tạo nano Fe trên bề mặt và có từ tính Tổng kết Hiện tượng của sự tạo vỡ bọt âm thanh là kết quả của tập trung năng lượng khổng lồ. Nhiệt độ và áp suất cục bộ khổng lồ cung cấp phương pháp duy nhất nghiên cứu hóa học và vật lý ở những điều kiện đặc biệt. Những ứng dụng đa dạng của hóa âm đang được nghiên cứu trong đó chủ yếu ở các lĩnh vực sinh học , tổng hợp pha trộn lẫn, vật liệu hóa học Hóa âm GVHD Nguyễn Ngọc Hạnh SVTH Nguyễn Minh Thành TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. John Wiley & Son, Kirk-Othmer encyclodpedia of chemical technology, 1998, pp 516-541 2. R. Vijaya Kumar, Y. Diamant and A. Gedanken, Sonochemical synthesis and characterization of nanometer-size transition metal oxides from metal acetates, May 25, 2000 3. Eds., The chemistry of Nanomaterials, Synthesis, Properties and Applications in 2 Volumes, Volume1, 2004, pp113-169 4. Vradman Leonid, Synthesis of nanomaterials by ultrasound, June 2002 5. Materials and environmental applications for sonochemistry, May, 1998 6. Naoyuki Takahashi, Simple and rapid synthesis of ZnO nano-fiber by means of a domestic microwave oven, 21 september 2007 7. H. Mohebbi, Sythesis of nano-crystalline NiO-YSZ by microwave-assisted combustion synthesis, 30 April 2008. 8. Khin Sandar Tun, Improving mechanical properties of magnesium using nano-yttria reinforment and microwave assisted powder metallurgy method, 8 March 2007
ứng dụng siêu âm
