Làm chủ công nghệ plasma lạnh trong tổng hợp nano kim loại quý
Trong những năm gần đây, vật liệu nano kim loại đặc biệt là vàng (Au) và bạc (Ag) đã trở thành nền tảng cho nhiều ứng dụng tiên tiến trong y học, môi trường và công nghiệp hiện đại nhờ khả năng hấp thụ và tương tác đặc biệt với ánh sáng hay còn gọi là hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt. Các hạt nano này có thể hỗ trợ chẩn đoán bệnh, diệt khuẩn, xúc tác phản ứng hóa học, tăng cường tín hiệu cảm biến hoặc tạo ra các vật liệu quang học thế hệ mới. Tuy nhiên, các phương pháp tổng hợp hiện nay phần lớn vẫn dựa vào quy trình hóa học truyền thống, đòi hỏi hóa chất độc hại, nhiệt độ cao và tạo ra lượng lớn chất thải, chưa phù hợp với định hướng phát triển bền vững.
Trong bối cảnh đó, plasma lạnh nổi lên như giải pháp giàu tiềm năng nhờ khả năng tạo ra các tác nhân hoạt tính đủ mạnh để khử ion kim loại ngay ở điều kiện thường. Dù vậy, việc chế tạo được nguồn phát plasma ổn định, an toàn và thích hợp cho tổng hợp vật liệu vẫn là thách thức đối với nhiều nhóm nghiên cứu trong nước. Tại Viện Khoa học vật liệu, TS. Nguyễn Nhật Linh và nhóm nghiên cứu được Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam phê duyệt thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo nguồn phát plasma lạnh ứng dụng trong tổng hợp vật liệu nano kim loại có hiệu ứng cộng hưởng plasmon bề mặt (Au, Ag)” (mã số: THTEXS.06/22-25). Đề tài trong khuôn khổ Chương trình thu hút các nhà khoa học trẻ tại Viện Hàn lâm.
TS. Nguyễn Nhật Linh (ngoài cùng bên trái) và nhóm nghiên cứu Phòng Công nghệ Plasma - Viện Khoa học vật liệu
Trong quá trình triển khai, nhóm đã xây dựng và tối ưu hóa hệ thống plasma lạnh sử dụng khí argon với cấu trúc điện cực phù hợp cho quá trình khử ion kim loại ở điều kiện áp suất và nhiệt độ phòng. Thiết bị được thiết kế theo hướng đơn giản, ổn định và tiết kiệm năng lượng nhưng vẫn tạo ra mật độ tác nhân hoạt hóa cao, giúp khử nhanh Au3+ và Ag+ mà không cần các chất khử hóa học. Đây là nền tảng để kiểm soát tốt kích thước, hình dạng và phân bố hạt, đảm bảo chất lượng nano vàng và nano bạc đáp ứng yêu cầu nghiên cứu và ứng dụng.
Thiết bị plasma lạnh: (a) Sơ đồ cấu tạo hệ thiết bị plasma lạnh, (b) Ứng dụng của hệ plasma lạnh trong quy trình tổng hợp vật liệu nano vàng
Trao đổi về những thách thức của quá trình phát triển nguồn plasma lạnh, TS. Nguyễn Nhật Linh cho biết: Plasma lạnh mang lại nhiều hứa hẹn nhờ khả năng tạo tác nhân hoạt hóa mạnh, cho phép tạo hạt nano ở điều kiện thường. Tuy nhiên, để duy trì plasma ổn định trong thời gian dài là điều không dễ dàng. Chỉ một thay đổi nhỏ về công suất hay lưu lượng khí cũng có thể làm sai lệch quá trình hình thành hạt. Vì vậy, nhóm nghiên cứu buộc phải tối ưu chi tiết cấu trúc điện cực, hệ thống cấp khí và cơ chế phát plasma nhằm bảo đảm tính đồng đều và chất lượng sản phẩm nano.
Cùng với việc chế tạo thiết bị, nhóm cũng khảo sát toàn diện các thông số ảnh hưởng như lưu lượng khí, công suất plasma, thời gian xử lý và nồng độ muối kim loại. Các thí nghiệm cho thấy, plasma lạnh không chỉ rút ngắn đáng kể thời gian phản ứng mà còn tạo ra các hạt nano có độ ổn định cao, đồng đều và thể hiện cộng hưởng plasmon bề mặt rõ rệt. Kết quả này một lần nữa khẳng định ưu thế nổi bật của phương pháp plasma so với quy trình hóa học truyền thống là không sử dụng hóa chất độc hại, hạn chế chất thải, dễ mở rộng quy mô và thân thiện với môi trường.
Phổ phát xạ quang học (OES) của thiết bị plasma lạnh được thu thập với (a) Các đầu phát có kích thước khác nhau, (b) Khoảng cách từ đầu phát đến vị trí đo
Đánh giá về thành quả quan trọng nhất của đề tài, TS. Nguyễn Nhật Linh nhấn mạnh: “Điều khiến chúng tôi tâm đắc nhất chính là việc chứng minh được khả năng tổng hợp vật liệu nano kim loại quý bằng phương pháp hoàn toàn sạch. Đặc biệt, nguồn plasma lạnh này cho phép tạo hạt nano mà không cần bất kỳ chất khử độc hại nào, phù hợp với định hướng phát triển công nghệ xanh và mô hình sản xuất bền vững”. Chủ nhiệm cũng cho rằng: Nghiên cứu đã góp phần tự chủ việc chế tạo nguồn phát plasma lạnh trong nước giúp giảm phụ thuộc vào thiết bị nhập khẩu, mở ra điều kiện thuận lợi cho các nghiên cứu sâu hơn về vật liệu nano và vật liệu quang - điện tử.
Đề tài thể hiện rõ được tính mới, tính thực tiễn và tiềm năng ứng dụng trong công nghệ plasma, vật liệu xử lý môi trường cũng như phát triển vật liệu - linh kiện năng lượng. Đề tài đã công bố năm bài báo trên các tạp chí quốc tế uy tín nhóm Q1 và Q2, bao gồm: (i) “The Outlook of Flexible DBD-Plasma Devices: Applications in Food Science and Wound Care Solutions”, đăng trên Materials Today Electronics (Q1, 2024); (ii) “Plasma-Assisted Decoration of Gold Nanoparticles on Bioinspired Polydopamine Nanospheres as Effective Catalyst for Organic Pollutant Removal”, đăng trên Applied Sciences (Q2, 2025); (iii) “Pencil-on-paper flexible DBD plasma for surface disinfection”, đăng trên Materials Advances (Q1, 2024); (iv) “Microwave-Assisted Synthesis of Copper Ferrite Nanocatalysts for Synergistic Plasma-Fenton Degradation of Rhodamine B”, đăng trên Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (Q1, 2024); và (v) “Non-thermal plasma-mediated green synthesis of chitosan-functionalized gold nanoparticles for enhanced cancer immunogenicity”, đăng trên Journal of Industrial and Engineering Chemistry (Q1, 2026).
Ngoài ra, đề tài còn có một công bố quốc gia trong kỷ yếu hội nghị chuyên ngành, đồng thời tạo ra các sản phẩm thực tiễn gồm hệ plasma jet, vật liệu nano vàng và bạc. Hội đồng nghiệm thu cấp Viện Hàn lâm đánh giá cao kết quả của đề tài đạt được và thống nhất đánh giá xếp loại đề tài đạt loại A.
Kết quả nghiên cứu đã khẳng định, plasma lạnh là phương pháp tổng hợp vật liệu nano kim loại quý có nhiều triển vọng, xanh hơn, an toàn hơn và dễ kiểm soát hơn so với các quy trình hóa học truyền thống. Việc chế tạo thành công nguồn phát plasma lạnh ổn định và hiệu quả bằng khí argon đánh dấu bước tiến quan trọng trong việc làm chủ công nghệ nano của Việt Nam. Đây cũng là tiền đề cho các nghiên cứu chuyên sâu và ứng dụng thực tiễn trong nhiều lĩnh vực từ y sinh đến môi trường, đóng góp thiết thực vào định hướng phát triển công nghệ tiên tiến và bền vững của khoa học Việt Nam hiện nay.
Cung cấp tin: Chu Thị Ngân - Trung tâm Dữ liệu và Thông tin khoa học
Xử lý tin: Minh Tâm
