logo KHVL

Developed in conjunction with Joomla extensions.

Hướng nghiên cứu trọng tâm Khoa Khoa Học Vật Liệu

Vật liệu ngày càng đóng vai trò quan trọng trong quá trình đổi mới công nghệ. Đẩy mạnh nghiên cứu lĩnh vực vật liệu có ý nghĩa hết sức quan trọng đem lại sự phát triển công nghệ, đặc biệt cần thiết cho các nước đang phát triển như Việt Nam hiện nay trong lĩnh vực về khoa học vật liệu nano, vật liệu môi trường, y sinh học, nông nghiệp... Các đơn vị trong Khoa đang có các định hướng nghiên cứu chuyên sâu về Khoa học và công nghệ Vật liệu tiên tiến như các hợp kim đặc dụng; gốm kỹ thuật; vật liệu polymer, composite và nanocomposite; vật liệu quang; vật liệu bền cơ - nhiệt; vật liệu bán dẫn; vật liệu từ, vật liệu phân hủy sinh học, vật liệu y sinh; vật liệu photonics… Đặc biệt là các vật liệu ở dạng màng mỏng và các vật liệu có cấu trúc nano. Đây là đối tượng nghiên cứu đang có nhiều hứa hẹn về sự phát triển và ứng dụng rộng rãi trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Trên cơ sở đó các hướng nghiên cứu trọng tâm của Khoa đang tập trung phát triển các lĩnh vực khoa học vật liệu như sau:

  1. NỘI DUNG CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU
    1. Vật liệu ứng dụng trong Khoa học Môi trường 
  • Pin năng lượng mặt trời lai hóa hữu cơ có các lớp chuyển tiếp dị thể là ZnO có cấu trúc nano đẳng hướng một chiều kết hợp với lớp chuyển tiếp hữu cơ trên nền polymer dẫn P3HT:PCBM được doping bằng các loại vật liệu có cấu trúc nano như grapheme hoặc nano vàng nhằm tăng khả năng truyền tải điện tích và tăng hiệu suất chuyển hóa quang năng (trên 5%). Vật liệu được ứng trong việc chuyển hóa quang năng thành điện năng và sử dụng trong các thiết bị linh khiện điện tử. 
  • Vật liệu cấu trúc nano trong xử lý ô nhiễm môi trường: Nghiên cứu tập trung vào việc tinh chế, xử lý và biến tính các loại nguyên vật liệu sẵn có dồi dào ở nước ta như đât sét (khoáng montmorillonite, MMT), silica (từ vỏ trấu), graphen oxit (GO), oxit sắt từ (Fe3O4), nano TiO2 dạng ống tổ hợp với hạt nano kim loại (Au, Ag, Cu,…) và oxít kim loại như SnO2 nhằm ứng dụng trong việc xử lý các ion kim loại nặng như Hg2+, Pb2+, Cd2+, Co, As, tạp chất hữu cơ (phẩm nhuộm, thuộc da)… gây ô nhiễm môi trường nước; và vật liệu hấp phụ khí ứng dụng trong việc xử lý khí thải CO2, CO, NO2 trong nhà máy hoặc phương tiện di chuyển.

extraction and modification of Vietnamese Clay 

Extraction and modification of Vietnamese clay

 modification of Vietnamese Clay

Modification of Vietnamese clay

 Coating Fe3O4 magnetic nanoparticles

Coating Fe3O4Magnetic Nanoparticles with Humic Acid for High Efficient Removal of Heavy Metals in Water


 study of graphene

Study on graphene and its applications

  • Vật liệu thân thiện môi trường: Chế tạo ra vật liệu có khả năng phân huỷ sinh học trên nền nhựa polyvinyl alcohol, tinh bột, polylactide acid, sợi thực vật (tre, trấu, mùn gỗ…) ứng dụng trong lĩnh vực nhựa thân thiện môi trường như vật liệu composite trong xây dựng, trang trí nội thất, vật liệu được gia cường có tính cơ lý và khả năng chịu nhiệt cao và đặc biệt là ứng dụng lĩnh vực bao bì tự hủy sinh học.

 bamboo fiber

Study on Vietnamese bamboo and its applications

     2.Vật liệu composite và nanocomposite ứng dụng trong lĩnh vực nhựa kỹ thuật

  • Vật liệu polymer composite: được điều chế từ các nguồn thực vật như: vỏ trấu, mạt gỗ, sơi tre… Đây là các nguồn nguyên liệu tái tạo được giá rẻ và phong phú của Việt Nam với vai trò làm pha gia cường cho vật liệu polymer phổ biến như PE, PP, PVC… đến các loại nhựa lỹ thuật như HIPS, ABS, nylon… Vật liệu composite tạo thành có các tính chất cơ hóa lý cải thiện như độ bền kéo, uốn, độ kháng va đập, kháng xé và độ chiu nhiệt cao với khả năng chậm cháy tốt. 
  • Vật liệu polymer nanocomposite: được nghiên cứu tập trung với các pha gia cường phân tán ở kích thước nano như khoáng montmorillonite, vermiculite bắt nguồn từ Mỏ Tam Bố, Ninh Gia của Việt Nam; và silica được điều chế từ  phế thải vỏ trấu bắt nguồn từ Đồng Bằng Sông Cửu Long. Các loại polymer nền sử dụng thường được ứng dụng trong lĩnh vực nhựa kỹ thuật cao như POPP, PA… dùng trong màng bao bì chống thấm khí, và ABS, PS… dùng trong vật liệu linh kiện điện tử có khả năng chịu nhiệt tốt.

 pp or pvc

Study on Vietnamese rice husk and its applications

  • Vật liệu polymer chậm cháyusing non homogenous compound such as triphenyl phosphate… for thermal resistance material. 
  • Vật liệu polymer nanocomposite khử khuẩn: chế tạo các cấu trúc tổ hợp nano kim loại với TiO2 dạng ống nano (TNT) và sử dụng cấu trúc lưỡng kim của cả hai kim loại với TNT không chỉ tăng cường khả năng quang xúc tác dưới điều kiện ánh sáng mặt trời mà còn tăng khả năng diệt khuẩn của của các loại polymer nền ứng dụng trong lĩnh vực bao bì hay y sinh như PE, PP, PU, PLA, PCL...

   3.  Vật liệu ứng dụng trong Công nghệ sinh học – Tế bào gốc – Y học

  • Phát triển cảm biến trở nhớ (memrisitive biosensor) ứng dụng chuẩn đoán sớm ung thư.
  • Chế tạo và phân tích các đặc trưng của thiết bị trở nhớ bằng các phương pháp phún xạ hoặc quang khắc.
  • Chức năng hóa bề mặt / gắn các đầu thu sinh học
  •   Phân tích đánh giá các đặc trưng của cảm biến
  • Chế tạo và tối ưu hóa hoạt động của cảm biến

 chuc nang hoa be mat cam bien

 Sơ đồ cấu tạo và chức năng hóa bề mặt cảm biến

  • Vật liệu hạt nano từ tính (Fe3O4 và Fe2O3) có phủ vật liệu thích nghi sinh học (Dextran,. PEG, Chitosan, Alumin) ứng dụng trong đánh dấu và phân tách các thực thể sinh học.
  • Vật liệu chip soi nano Au với giá thành thấp bằng phương pháp bốc bay và ăn mòn góc nghiêng (Deposition and Etching under Angle-DEA). Việc chế tạo được chip chứa sợi nano Au hoàn chỉnh sẽ đóng một vai trò rất quan trọng cho việc hoàn thành nghiên cứu chế tạo và ứng dụng của cảm biến sinh học để phát hiện phần tử sinh học interleukin-8mRNA.  
  • Phát triển cảm biến điện hóa (electrochemical biosensor) ứng dụng trong phân tích, kiểm soát an toàn thực phẩm
  •  chuc nang hoa be mat cam bien 2          Đối tượng: Các chất tạo nạc phenylethanolamine A (PA), ractopamine (RAC), clenbuterol (CLB) và salbutamol (SAL)

cam bien dien hoa

                   Phương pháp: phương pháp điện hóa

Phát hiện trực tiếp bằng phương pháp oxy hóa điện hóa

-          Chế tạo các điện cực mang xúc tác nano phù hợp (MnO2, CuO, AgO, …) có khả năng xúc tác cho phản ứng oxy hóa chọn lọc trực tiếp các chất tăng trọng

-          Nâng cao độ nhạy đầu dò bằng cách sử dụng ống than nano CNTvà graphene

-          Nghiên cứu động học phản ứng, độ nhạy và giới hạn phát hiện của đầu dò

-          Chế tạo và tối ưu hóa các tham số hoạt động của đầu dò.

Phát hiện trực tiếp bằng phương pháp điện hóa theo cơ chế miễn dịch

-          Nghiên cứu chế tạo điện cực nền cho đầu dò

-          Nghiên cứu phương pháp gắn kháng thể anti-PA, anti- RAC, anti-CLB và anti- SAL lên điện cực nền

-          Xây dựng quy trình phân tích theo cơ chế miễn dịch

-          Chế tạo và tối ưu hóa các tham số hoạt động của đầu dò

 

 

  • Vật liệu polymer y sinh trên nền Poly (e-caprolactone) (PCL), polylactide axit (PLA), polyhydroxy alaknoate (PHA), xi măng sinh học PMMA...

  •           Ứng dụng trong làm vật liệu thay thế cơ, khớp – khung xương: các polymer tương thích sinh học được tổng hợp với trọng lượng phân tử cao (Mn > 100 000) và được gia cường bằng các loại vật liệu có cấu trúc dạng 1D hoặc 3D ở kích thước nano như khoáng sét, graphene hay silica. Tính chất cơ lý của vật liệu được cải thiện và có tiềm năng ứng dụng làm các vật liệu thay thế xương và khớp trong cơ thể người

 poly caprolactone

  

  •       Vật liệu điều trị vết thương bỏng: là loại vật liệu dạng màng sinh học (chitosan, cellulose, keo dán sinh học aerogel silica...) hay dạng bột (khoáng bentonite, curcumin...) có tác dụng bao phủ vùng vết thương bị viêm nhiễm hay bỏng trên da.
  •  Vật liệu polymer chức năng mang tải thuốc
  •        Vật liệu nano chức năng mang tải thuốc

     4. Vật liệu ứng dụng trong Công nghệ thông tin – Điện tử Viễn thông

Hướng nghiên cứu tập trung vào các vật liệu có cấu trúc khối, màng mỏng, sợi, ống, hạt… ví dụ như vật liệu quang tử - photonic; linh kiện vi điện tử như bộ nhớ điện từ (MRAM, ReRAM…); phát quang, thu quang, ghép nối quang, tách và lọc ánh sáng, tế bào quang điện…

  • Linh kiện vi điện tử như bộ nhớ điện từ RRAM từ các loại vật liệu màng mỏng: SrTiO3 pha tạp Cr, ZnO, TiO2, CrxOy, WOx. Vật liệu từ tính ứng dụng trong bộ nhớ từ, linh kiện từ tính (LaMnO3, NdMnO3, SrMnO­3). Các loại vật liệu tạo thành sẽ có bộnhớlý tưởng sẽcông suất cao, đáp ứng nhanh, tuổi thọ cao, mức tiêu thụ điện năng thấp, cũng nhưkhông khả biến và tích hợp tốt hơn so vớicông nghệ hiện tại, và có khả năng tương thích tốt với các ôxít kim loại trong công nghệ bán dẫn (CMOS). Và với việc thu nhỏ các bộ vi xử lý và bộ nhớ, máy điện toán cũng sẽ được thu nhỏ kích thước, máy điện toán nano, nhưng công suất tính toán và dung lượng lưu trữ thì tăng lên hàng nghìn, thậm chí hàng triệu lần so với hiện nay.

MRAM

Categories of standard semiconductor memories and emerging memories, e.g. FRAM, MRAM, PRAM and RRAM

  • Vật liệu sợi quang học: Vật liệu ứng dụng trong sợi quang học có hiệu ứng quang phi tuyến bậc cao được chế tạo từ thủy tinh tellurite (78TeO2 - 5ZnO - 12Li2O – 5Bi2O3 (TZLB) và thủy tinh phosphate 45P2O5 – 30ZnO – 10Na2O – 15K2O (PZNK)). Loại vật liệu này thu hút được sự chú ý lớn vì có sự đa dạng về cấu trúc hình học nên có nhiều tính chất vượt trội hơn những loại thủy tinh khác như: Có độ bền cơ học cao (cao hơn thủy tinh chalcogenide), ổn định trong môi trường không khí ẩm và khả năng chống ăn mòn tốt, có độ truyền qua cao trong vùng bước sóng từ 0.4 µm đến 5 µm, chiết suất tuyến tính và phi tuyến cao, dễ pha tạp với nhiều loại ion đất hiếm, có tính mềm dẻo nên dễ tạo hình hơn vật liệu silica. Chính nhờ những ưu điểm trên nên thủy tinh tellurite được sử dụng phổ biến trong sợi quang học dùng ánh sáng hồng ngoại.
  • Tổng  hợp vật liệu thủy tinh-gốm  SiO2-SnO2 pha tạp các ion Er3+ bằng phương pháp sol-gel ứng dụng trong chế tạo laser hồng ngoại gần.

photo luminescene

Photoluminescence spectra of monoliths doped with 1 mol% Er3+ as a function of tin oxide concentration a) 4% SnO2 and b) 8% SnO2

5. Vật liệu mô phỏng tính toán trong khoa học môi trường và năng lượng

Đây là một hướng nghiên cứu hỗ trợ, định hướng và kiểm chứng nghiên cứu thực nghiệm

  • Sử dụng lý thuyết phiếm hàm mật độ (density functional theory, DFT) để triển khai những phương pháp tính toán để dùng trong những mô hình oxide kim loại. Những oxide kim loại được đưa vào tầm ngắm trong tương lai là TiO2 và ZnO, vốn dĩ là những oxide kim loại không mới và có ứng dụng đặc biệt trong pin mặt trời. Với sự hỗ trợ của việc nghiên cứu lý thuyết, hướng nghiên cứu đạt mục tiêu tìm ra nhiều điều mới mẻ về khuyết tật cũng như sự pha tạp trong các oxide này.
  • Sử dụng các hàm lý thuyết để nghiên cứu sự phân hủy của các chất khí có chứa nguyên tử halogen, như ClOOCl, COCl2, CH2CHCl, hay khí ozone.
  • ·Mô phỏng cấu trúc màng lọc sắc đa bằng thuật toán tối ưu hóa di truyền nhằm tăng cường hiệu suất phát sáng của đèn LED.
  • Mô phỏng phân bố trường và vùng năng lượng đối với cấu trúc photonic crystals; kết quả mô phỏng phân tử vật liệu nano.
  • Mô phỏng phân tử vật liệu ZnO pha tạp
  • Mô phỏng phân bố trường và tính toán cấu trúc vùng năng lượng của tinh thể quang tử
  • Mô phỏng vật liệu dị hình polymer – carbon nanotube ứng dụng cho pin mặt trời.
  • Mô phỏng bằng phương pháp lượng tử cho qui trình chuyển qua của một số cấu trúc vật liệu vô cơ như TiO2, ZnO.
  • Xây dựng bề mặt thế năng và động học phân tử.
  • Mô phỏng cấu trúc tuần hoàn và phản ứng hóa học của vật liệu polymer, graphene dựa trên nguyên lý thứ nhất.
  • Mô phỏng chuyển pha cấu trúc vật liệu bằng metadynamics dựa trên ab-initio molecular dynamics.
  • ·Mô phỏng plasma trong hệ phún xạ magnetron bằng phương pháp particle-in-cell – Monte Carlo collisions.

Các hướng nghiên cứu trọng tâm đề ra của Khoa đã được các cán bộ thực hiện và đạt được một số kết quả nhất định thông qua các công trình được tham dự báo cáo tại các hội nghị quốc tế, công bố trên các tạp chí khoa học có uy tín trong nước và trên thế giới (đạt chuẩn ISI) và một số nghiên cứu đã được chuyển giao công nghệ nhằm ứng dụng vào sản xuất tại một số doanh nghiệp trong và ngoài nước. Tuy là một ngành mới được thành lập được 10 năm nhưng những thông số kết quả nghiên cứu khoa học của Khoa Khoa Học Vật Liệu đã cho thấy sự nỗ lực và phát triển hiệu quả trong lĩnh vực nghiên cứu, có công trình thực hiện đề tài, đăng ký công bố khoa học quốc tế và chuyển giao công nghệ của các cán bộ trong Khoa.