TÌM HIỂU vật LIỆU CARBON NANOTUBE

 Lịch sử phát minh: Được tạo ra bởi những nguyên tử carbon, các nguyên tử carbon này có liên kết hóa trị với nhau bằng lai hóa sp2.. Bao gồm 3 Phương pháp chính: Phương pháp hồ quan

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT

Khoa khoa học tự nhiên

BÁO CÁO ĐỀ TÀI KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NĂM HỌC 2013 – 2014

TÌM HIỂU VẬT LIỆU CARBON

NANOTUBE

Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:

TS BÙI XUÂN VƯƠNG PHẠM THỊ ÁNH MINH

1

• Phân tích lý hóa vật liệu CNT

• Phân tích lý hóa vật liệu CNT

 Lịch sử phát minh:

 Được tạo ra bởi những nguyên tử carbon, các nguyên tử carbon này có liên kết hóa trị với

nhau bằng lai hóa sp2

 Năm 1991, khi nghiên cứu Fulleren C60, Tiến

sĩ Iijima – một nhà khoa học Nhật Bản– đã phát hiện trong đám muội than là sản phẩm phụ

trong quá trình phóng điện hồ quang có những ống tinh thể cực nhỏ và dài bám vào catot

3

Tấm graphene

Cuộn tròn tấm graphene

tạo thành CNT

5

Một số ứng dụng của vật liệu CNT

7

Bao gồm 3 Phương pháp chính:

 Phương pháp hồ quang điện

 Phương pháp sử dụng tia laser

 Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học

(CVD)

8

 Phương pháp hồ quang điện

Phương pháp này được Thomas Ebbesen và Pulickel M.Ajayan ở phòng nghiên cứu của hãng NEC tại Tsukuba (Nhật Bản) công bố vào năm

1992 với kết quả tạo được số lượng ống nano

cacbon ở số lượng vĩ mô.

9

Thiết bị chế tạo CNT bằng phương pháp

hồ quang điện

 Phương pháp sử dụng tia laser

Phương pháp này do Richard và cộng sự ở

trường đại học Rice thực hiện khi thông tin về phát minh ống nano cacbon bùng nổ.

11

Thiết bị chế tạo CNT bằng phương pháp

chùm laser

 Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học

(CVD)

Phương pháp phân hủy các khí hóa có chứa cacbon và

sử dụng một nguồn cung cấp năng lượng để truyền năng

lượng cho các phân tử khí này nhằm mục đích bẻ gãy các liên kết trong phân tử khí để tạo thành các nguyên tử

cacbon linh động Sau đó các nguyên tử C sẽ khuếch tán về phía các chất nền đã được gia nhiệt và phủ lên 1 lớp màng mỏng xúc tác kim loại, ống than nano cacbon sẽ được hình thành và phát triển trên các hạt xúc tác kim loại này

13

Bao gồm các phương pháp nhỏ:

1 Phương pháp CVD tăng cường plasma

2 Phương pháp CVD nhiệt

3 Phương pháp CVD xúc tác alcohol

4 Phương pháp tạo thành các pha bay hơi

5 Phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi ở

dạng bọt gel

6 Phương pháp CVD nhiệt có laser hỗ trợ

7 Phương pháp CVD với xúc tác Co-Mo

14

Sơ đồ phương pháp CVD tăng cường plasma

1 Phương pháp CVD tăng cường plasma

Sơ đồ thiết bị tổng hợp ống than nano theo phương pháp thermal CVD

2 Phương pháp CVD nhiệt

Sơ đồ phương pháp CVD xúc tác alcohol.

3 Phương pháp CVD xúc tác alcohol

Sơ đồ thiệt bị của phương pháp tạo

thành pha bay hơi

4 Phương pháp tạo thành các pha bay hơi

5 Phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi

ở dạng bọt gel ( Aero gel-supported)

Trong phương pháp này, ống nano đơn tường được tạo

ra bằng cách cho phân hủy carbon monoxide (CO) trên

nền xúc tác Fe/Mo ở dạng bọt gel (aero gel supported)

Diện tích bề mặt lớn, độ xốp và khối lượng riêng siêu nhỏ của bọt gel làm cho hiệu suất của phương pháp này cao hơn hẳn những phương pháp khác Sau bước xử lý bằng axit và quá trình ôxi hóa, ta sẽ thu được SWNT chất

lượng cao (>99%)

19

Thiết bị đọng hóa học từ pha hơi sử dụng nhiệt

laser (LCVD)

6 Phương pháp CVD nhiệt có laser hỗ trợ

Hệ thống bộ hóa lỏng của qui trình CoMoCat.

7 Phương pháp CVD với xúc tác Co-Mo

Bao gồm 3 phương pháp phân tích:

 Phương pháp BET xác định bề mặt riêng và

 Phương pháp BET (Brunauer Emmet

Teller) xác định bề mặt riêng và độ hấp phụ của vật liệu CNT

Các tác giả Brunauer - Emmett - Teller bằng con

đường nhiệt động học đã đưa ra phương trình hấp phụ đẳng nhiệt dựa trên các quan điểm sau:

Hấp phụ vật lý tạo thành nhiều lớp phân tử chồng lên nhau Lớp đầu tiên của chất bị hấp phụ hình thành do

kết quả tương tác lực Van der Waals giữa chất hấp phụ

và chất bị hấp phụ, các lớp tiếp theo được hình thành do

sự ngưng tụ khí

23

• Phân tích lý hóa vật liệu CNT

4

C: thừa số năng lượng.

theo biểu thức:

•

24

 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét

(SEM)

Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron

Microscope), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo

ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng

cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp quét trên bề mặt mẫu Việc tạo ảnh của mẫu vật được

thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức

xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu vật

25

• Phân tích lý hóa vật liệu CNT

4

 Nguyên lý của phổ nhiễu xạ tia X (XRD):

Xét một chùm tia X có bước sóng λ chiếu tới

một tinh thể chất rắn dưới góc tới Do tinh thể có tính chất tuần hoàn, các mặt tinh thể sẽ cách nhau những

khoảng đều đặn d đóng vai trò giống như các cách tử

nhiễu xạ và tạo ra hiện tượng nhiễu xạ của các tia X

Nếu ta quan sát các chùm tia tán xạ theo phương phản

xạ (bằng góc tới) thì hiệu quang trình giữa các tia tán xạ trên các mặt là:

•

26

Như vậy, để có cực đại nhiễu xạ thì góc tới phải thỏa mãn điều kiện:

Ở đây, n là số nguyên nhận các giá trị 1, 2, là bậc cực đại cường độ của phản xạ

d: khoảng cách giữa các mặt mạng

: là góc nhiễu xạ tương ứng

•

27

Trong giới hạn của một bài khóa luận tốt nghiệp em

đã tìm hiểu về ngành Công nghệ nano, và trong đó đặc biệt quan tâm về vật liệu Ống nano cacbon (Carbon

Nano Tube) Em đã tìm hiểu được rất nhiều những kiến thức về loại vật liệu CNT này mà không chỉ riêng em

mà cả thế giới cùng quan tâm như: lịch sử hình thành, bản chất cấu tạo, ứng dụng cũng như các phương pháp chế tạo ra CNT Với một bài báo cáo khóa luận tổng

hợp với những kiến thức cơ bản về vật liệu CNT trên không thể thiếu khỏi những thiếu sót em mong nhận

được những lời góp quý giá của thầy cô

28