Nghiên cứu phát triển công nghệ phủ màng mỏng TiO₂ pha tạp bạc (Ag–TiO₂) có tính quang xúc tác và kháng khuẩn trên gốm sứ gia dụng phục vụ thương mại hóa

Đề tài “Nghiên cứu phát triển công nghệ phủ màng mỏng TiO₂ pha tạp bạc (Ag–TiO₂) có tính quang xúc tác và kháng khuẩn trên gốm sứ gia dụng phục vụ thương mại hóa” có tính mới và tính sáng tạo thể hiện ở công nghệ chế tạo, quy trình sản xuất và khả năng ứng dụng thực tiễn. Thứ nhất, đề tài đã làm chủ công nghệ phủ màng mỏng Ag–TiO₂ trên các sản phẩm gốm sứ gia dụng có hình dạng phức tạp bằng phương pháp sol–gel có hỗ trợ oxalat kết hợp kỹ thuật phun phủ. Khác với các công nghệ lắng đọng chân không như sputtering, PLD, ALD hoặc CVD, công nghệ này sử dụng thiết bị đơn giản, chi phí đầu tư thấp, tiêu hao năng lượng ít, dễ mở rộng quy mô và phù hợp với điều kiện sản xuất của các doanh nghiệp trong nước. Thứ hai, đề tài đã xây dựng được quy trình công nghệ hoàn chỉnh, bao gồm điều chế dung dịch tiền chất titanium–oxalat ổn định, pha tạp bạc (Ag), phun phủ, xử lý nhiệt và kiểm soát chất lượng lớp phủ. Quy trình tạo được lớp phủ đồng đều, có độ bám dính cao, duy trì màu sắc và độ bóng của sản phẩm, đồng thời có thể áp dụng trên nhiều loại gốm sứ gia dụng và thiết bị vệ sinh có hình dạng khác nhau. Thứ ba, đề tài không chỉ tập trung chế tạo một loại vật liệu mà còn phát triển một nền tảng công nghệ phủ chức năng. Quy trình công nghệ có khả năng mở rộng để tích hợp các nguyên tố pha tạp khác trong tương lai nhằm điều chỉnh tính chất lớp phủ theo yêu cầu ứng dụng mà không phải thay đổi toàn bộ dây chuyền công nghệ. Thứ tư, công nghệ tạo ra lớp phủ đa chức năng, kết hợp đồng thời khả năng quang xúc tác dưới ánh sáng khả kiến, hoạt tính kháng khuẩn mạnh, nâng cao độ cứng bề mặt và vẫn giữ được tính thẩm mỹ của sản phẩm. Việc tích hợp nhiều tính năng trên cùng một lớp phủ góp phần nâng cao giá trị sử dụng và giá trị thương mại của sản phẩm gốm sứ. Thứ năm, điểm mới nổi bật của đề tài là đã vượt qua giai đoạn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để triển khai trong thực tế. Công nghệ đã được áp dụng để chế tạo nhiều dòng sản phẩm gốm sứ gia dụng, hình thành sản phẩm thương mại và được doanh nghiệp tiếp nhận thông qua hợp đồng hợp tác. Đây là minh chứng rõ ràng cho tính khả thi, khả năng chuyển giao và triển vọng thương mại hóa của công nghệ. Đề tài được phát triển trên cơ sở các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên các tạp chí khoa học quốc tế, đồng thời mở rộng theo hướng làm chủ công nghệ, hoàn thiện quy trình sản xuất và thương mại hóa sản phẩm, tạo cầu nối giữa nghiên cứu khoa học và ứng dụng thực tiễn.

Đề tài đã vượt qua giai đoạn nghiên cứu trong phòng thí nghiệm để bước sang giai đoạn ứng dụng và thương mại hóa. Công nghệ phủ màng mỏng Ag–TiO₂ được phát triển theo hướng đơn giản, dễ triển khai, sử dụng các thiết bị phổ biến trong công nghiệp và không yêu cầu hệ thống chân không hoặc dây chuyền có chi phí đầu tư cao. Nhờ đó, công nghệ có khả năng tích hợp vào các cơ sở sản xuất hiện có và tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động chuyển giao tới các doanh nghiệp sản xuất gốm sứ trong nước. Quy trình công nghệ đã được hoàn thiện từ khâu điều chế dung dịch tiền chất, pha tạp bạc (Ag), phun phủ, xử lý nhiệt đến kiểm tra chất lượng lớp phủ. Toàn bộ quy trình có tính lặp lại cao, dễ kiểm soát các thông số công nghệ và phù hợp với cả quy mô sản xuất nhỏ, trung bình và công nghiệp. Công nghệ đã được áp dụng thành công trên nhiều dòng sản phẩm gốm sứ gia dụng như chén, bát, đĩa, ly, bộ ấm chén và một số sản phẩm gốm sứ vệ sinh. Lớp phủ sau xử lý nhiệt có độ bám dính cao, không làm thay đổi màu sắc, độ bóng và tính thẩm mỹ của sản phẩm, đồng thời tạo khả năng quang xúc tác, kháng khuẩn và nâng cao độ cứng bề mặt, góp phần gia tăng giá trị sử dụng. Kết quả đánh giá cho thấy lớp phủ Ag–TiO₂ có hoạt tính quang xúc tác cao trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ mô phỏng dưới điều kiện chiếu sáng, đồng thời thể hiện hiệu quả kháng khuẩn mạnh đối với các chủng vi khuẩn phổ biến như Escherichia coli và Staphylococcus aureus. Ngoài ra, lớp phủ còn góp phần tăng khả năng chống trầy xước và kéo dài tuổi thọ sản phẩm. Đặc biệt, công nghệ đã được triển khai trong thực tế thông qua hợp tác với doanh nghiệp, hình thành các sản phẩm thương mại và sẵn sàng chuyển giao cho sản xuất. Đây là minh chứng rõ ràng cho tính khả thi, khả năng vận hành ổn định và triển vọng mở rộng quy mô trong thời gian tới. Với ưu điểm sử dụng nguyên liệu sẵn có, quy trình đơn giản, chi phí đầu tư hợp lý và khả năng tích hợp vào dây chuyền sản xuất hiện có, công nghệ có thể được chuyển giao cho các doanh nghiệp sản xuất gốm sứ gia dụng và thiết bị vệ sinh tại thành phố Huế cũng như các địa phương khác. Đây là cơ sở quan trọng để phát triển các dòng sản phẩm gốm sứ chức năng có giá trị gia tăng cao, góp phần nâng cao năng lực cạnh tranh của doanh nghiệp Việt Nam.

Đề tài mang lại hiệu quả toàn diện về khoa học, kỹ thuật, kinh tế và xã hội, đáp ứng định hướng phát triển khoa học, công nghệ và đổi mới sáng tạo gắn với nhu cầu của doanh nghiệp và thị trường. Hiệu quả kỹ thuật: Công nghệ tạo được lớp màng mỏng Ag–TiO₂ có cấu trúc tinh thể ổn định, độ bám dính cao trên bề mặt gốm sứ và vẫn duy trì được tính thẩm mỹ của sản phẩm. Lớp phủ đồng thời có khả năng quang xúc tác, kháng khuẩn và nâng cao độ cứng bề mặt, góp phần cải thiện chất lượng, khả năng chống trầy xước và kéo dài tuổi thọ sản phẩm so với gốm sứ thông thường. Hiệu quả kinh tế: Công nghệ sử dụng nguyên liệu phổ biến, thiết bị đơn giản và quy trình sản xuất không yêu cầu hệ thống chân không hoặc dây chuyền có chi phí đầu tư lớn. Nhờ đó, chi phí đầu tư và sản xuất được kiểm soát ở mức hợp lý, trong khi giá trị gia tăng của sản phẩm được nâng cao nhờ các tính năng chức năng mới. Việc hình thành sản phẩm thương mại và ký kết hợp đồng hợp tác với doanh nghiệp cho thấy công nghệ có khả năng tạo doanh thu, mở rộng thị trường và nâng cao năng lực cạnh tranh của các doanh nghiệp sản xuất gốm sứ trong nước. Hiệu quả xã hội: Công nghệ góp phần tạo ra các sản phẩm gia dụng an toàn hơn nhờ khả năng hạn chế sự phát triển của vi sinh vật và hỗ trợ phân hủy các chất hữu cơ trên bề mặt dưới điều kiện chiếu sáng. Đồng thời, việc phát triển các dòng gốm sứ chức năng góp phần thúc đẩy đổi mới công nghệ trong ngành vật liệu, nâng cao năng lực nghiên cứu, thiết kế và sản xuất các sản phẩm có giá trị gia tăng cao tại Việt Nam. Hiệu quả môi trường: Công nghệ sử dụng TiO₂ là vật liệu có độ ổn định hóa học cao, không độc hại và thân thiện với môi trường. Quy trình phủ phát sinh ít chất thải, tiêu hao năng lượng thấp hơn so với nhiều công nghệ phủ chân không, phù hợp với định hướng phát triển sản xuất xanh, tiết kiệm năng lượng và kinh tế tuần hoàn. Bên cạnh đó, đề tài góp phần tăng cường mối liên kết giữa cơ sở nghiên cứu và doanh nghiệp thông qua hoạt động chuyển giao công nghệ, rút ngắn khoảng cách giữa nghiên cứu khoa học và sản xuất, thúc đẩy thương mại hóa các kết quả nghiên cứu trong nước và đóng góp vào sự phát triển của hệ sinh thái đổi mới sáng tạo tại thành phố Huế.