nhậận n didiệện cácn các đồđồng ng vvịị phóng x phóng xạạ và xác và xác địđịnh sunh suấất t llượ ượ ng ng ccủủa chúnga chúng đượ đượ c c ttạạoothành tthành từừ các v các vậật lt liiệệu C
Trang 10 1 2 4 5 6 8 9 6 2 2
8 4
Trang 2
7
3 5 5 7 9 5 5 5
Trang 3Xin cám ơ n các Th ầầ y, Cô giáo đđ ã ã gi gi ảả ng ng dd ạạ y, y, hh ướ ng ng dd ẫẫ n tôi trong su ốố tt
ch ươ ng trình h ọọ c cao h ọọ c Cám ơ n các cô, chú, anh, ch ịị , các b ạạ nn đồ ng nghi ệệ pp thu ộộ c Trung tâm đđ ii ệệ n t ử h ọọ c l ượ ng t ử thu ộộ c Vi ệệ n V ậậ t lý đđ ã t ậậ n tình giúp đỡ t t ạạ oo
đđ ii ềề u u ki ki ệệ n thu ậậ n n ll ợ i cho tôi trong quá trình h ọọ c c tt ậậ p, nghiên c ứ u u cc ũũ ng nh ư th th ự cc
hi ệệ n lu ậậ n v ăă n này.
Tôi xin c ảả m ơ n n ss ự hh ợ p tác và giúp đỡ cc ủủ a GS TS.Nguy ễễ n n V V ăă nn Đỗ , TS.
Ph ạạ m Đứ c Khuê trung tâm V ậậ t Lý H ạạ t Nhân và c ảả m ơ n s ự h ỗỗ tr ợ kinh phí t ừ đề tài nghiên c ứ u c ơ b ảả n thu ộộ c Ch ươ ng trình Khoa h ọọ c và Công ngh ệệ V ũũ tr ụụ - Vi ệệ nn Khoa H ọọ c và Công Ngh ệệ Vi ệệ t Nam
Cu ốố i cùng, tôi xin t ỏỏ lòng bi ếế tt ơ nn đế n gia đđ ình ình và và nh nh ữ ng ng ườ i thân c ủủ aa mình đđ ã luôn h ỗỗ tr tr ợ vv ềề vv ậậ t t ch ch ấấ t,t, độ ng viên tinh th ầầ n và t ạạ oo đđ ii ềề u u ki ki ệệ n cho tôi trong su ốố t th ờ i gian th ự c hi ệệ n lu ậậ n v ăă n này.
Xin chân thành cám ơ n!
Tác gi ảả Nguy ễễ nn Đ ình Hoàng
Trang 4L ờ i cam đ oan
Tôi xin cam đđ oan đđ ây là công trình c ủủ a riêng tôi d ướ i i ss ự hh ướ ng ng dd ẫẫ n n cc ủủ aa
TS Nguy ễễ n Thanh Bình Các s ốố li ệệ u và k ếế t qu ảả nêu trong lu ậậ n v ăă n là trung th ự cc
và ch ư aa đượ c ai công b ốố trong lu ậậ n v ăă n, lu ậậ n án khoa h ọọ c nào khác
Tác gi ảả Nguy ễễ nn Đ ình Hoàng
Trang 5M ụ c l ụ cc
L ờ i c ảả m ơ nn i
L ờ i cam đ oan ii
M ụ c l ụ cc iii
Danh m ụ c các b ảả ng v
Danh m ụ c các hình v ẽẽ vi vi
L ờ i nói đầ uu 1
Ch ươ ng 1 - Ố ng nano carbon 2
1.1 L ịị ch s ử hình thành 2
1 2 M ộộ t s ốố d ạạ ng c ấấ u hình ph ổổ bi ếế n c ủủ a v ậậ t li ệệ u u carbon carbon 22
1.3 C ơ ch ếế m ọọ cc ốố ng ng nano nano carbon carbon 5 5
1.4 Các ph ươ ng pháp ch ếế t t ạạ oo ốố ng ng nano nano carbon carbon 6 6
1.5 Tính ch ấấ t c ủủ aa ốố ng ng nano nano carbon carbon 8 8 1.6 Các sai h ỏỏ ng có th ểể t t ồồ n t ạạ i trong m ạạ ng c ủủ aa ốố ng n ng nano carbon 10 ano carbon 10
1.7 M ộộ t s ốố ứ ng d ụụ ng c ủủ aa ốố ng ng nano nano carbon carbon 11 11
Ch ươ ng 2 – Lý thuy ếế t tán x ạạ Raman 16
2.1 Hi ệệ uu ứ ng Raman 16
2.2 Tán x ạạ Raman c ộộ ng h ưở ng 17
2.3 2.3 Các Các mode mode dao dao độ ng c ủủ aa ốố ng ng nano nano carbon carbon 17 17
2.4 Ph ổổ k ếế raman 20
Ch ươ ng 3 – Ngu ồồ n b ứ c x ạạ n ăă ng l ượ ng cao 22 22
3.1 Tia v ũũ tr ụụ 22
3.2 Ngu ồồ n b ứ c x ạạ nhân t ạạ o 23
3.2.1 Máy gia t ốố c tuy ếế n tính 24
3.2.2 Ngu ồồ n n Americium-241, Americium-241, phát phát tia tia X X 26 26
3.2.3 Ngu ồồ n n Radium-226, Radium-226, phát phát gamma gamma 26 26 Ch ươ ng 4 –Th ự c nghi ệệ m 27
Trang 64.1 Nghiên c ứ u s ự ảả nh h ưở ng c ủủ a b ứ c x ạạ laser laser lên lên CNTs CNTs 28 28 4.2 Nghiên c ứ u s ự ảả nh h ưở ng c ủủ a b ứ c x ạạ hãm hãm lên lên CNTs CNTs 31 31 4.3 S ự ảả nh h ưở ng c ủủ a tia X và tia Gamma lên c ấấ u u trúc trúc CNTs CNTs 37 37
K Ế T LU Ậ N 41
TÀI LI Ệ U THAM KH Ả O 42
Các công trình đ ã công b ốố có liên quan đế n lu ậậ n v ăă nn 44 44
Trang 7B ả ng 1. T ầầ n s ố mode D, G , t ỷ s ố ID/IG theo c ườ ng độ laser c ủủ a CNTs khi ch ư aa chi ế u x ạạ
B ả ng 2. Các đồ ng v ịị phóng x ạạ đượ c nh ậậ n di ệệ n t ừ m ẫ uu ố ng nano carbon.
B ả ng 3. T ầầ n s ố mode D, G , t ỷ s ố ID/IG theo c ườ ng độ laser c ủủ a CNTs sau khi
đượ c chi ế u b ằằ ng b ứ c x ạạ hãm.
B ả ng 4. T ầầ n s ố mode D, G , t ỷ s ố ID/IG theo c ườ ng độ laser c ủủ a CNTs sau khi
đượ c chi ế u b ằằ ng tia X.
B ả ng 5. T ầầ n s ố mode D, G , t ỷ s ố ID/IG theo c ườ ng độ laser c ủủ a CNTs sau khi
đượ c chi ế u b ằằ ng tia Gamma.
Trang 8Danh m ụ c các hình v ẽẽ Hình 1.1. C ấ u trúc c ủủ a than chì
Hình 1.2. C ấ u trúc c ủủ a kim c ươ ng
Hình 1.3. C ấ u trúc c ủủ a carbon C 60 (m ộộ t d ạạ ng c ủủ a fullerene)
Hình 1.4. C ấ u trúc c ủủ aa ố ng đơ n t ườ ng SWCNTs và đ a t ườ ng MWCNTs
Hình 1.5. Ả nh SEM c ủủ a CNTs v ớ i h ạạ t xúc tác ở đ áy ố ng và ở đầ uu ố ng
Hình 1.6. Ả nh TEM các ố ng carbon nano đ a t ườ ng
Hình 1.7. C ơ ch ế m ọọ cc ố ng nano carbon
Hình 1.8. H ệệ thi ế t b ịị ch ế t ạạ o CNTs b ằằ ng ph ươ ng pháp CVD
Hình 1.9. H ệệ thi ế t b ịị ch ế t ạạ o CNTs b ằằ ng ph ươ ng pháp h ồồ quang đ ii ệệ nn Hình 1.10. H ệệ t ạạ o CNTs b ằằ ng ph ươ ng pháp chùm laser
Hình Hình 1.11 1.11 Ố ng nano carbon ki ể u armchair có tính ch ấ t kim lo ạạ i và nano carbon ki ể u zig-zag có tính ch ấ t bán d ẫ nn
Hình 1.12. Sai h ỏỏ ng Stone Wales t ạạ o ra c ặặ p ng ũũ giác và th ấ t giác trong CNTs
Hình 1.13. Mô hình s ự xen gi ữ a c ủủ a Li và h ấ p th ụụ H 22
Hình 1.14. Màn hình hi ể n th ịị s ử d ụụ ng CNTs
Hình 1.15. Típ STM, AFM có g ắ n CNTs
Hình 1.16. Típ CNTs bi ế n tính
Hình 1.17 V ậậ t li ệệ u CNTs-COOH dùng cho sensor xác đị nh n ồồ ng độ c ồồ nn
Hình 1.18. Áo ch ố ng đạ n siêu b ề n, v ỏỏ tàu v ũũ tr ụụ làm b ằằ ng CNTs
Hình 1.19. Transistor tr ườ ng s ử d ụụ ng ố ng nanno carbon
Hình 2.1. C V Raman
Hình 2.2. Tán x ạạ Raman thu đượ c khi kích thích phân t ử b ằằ ng laser Hình 2.3. Nguyên lý c ủủ a quá trình tán x ạạ raman
Hình 2.4. Ph ổ tán x ạạ Raman c ủủ a CNTs đ a t ườ ng
Trang 9Hình Hình 2.5 2.5. M M ộộ t t ss ố mode dao độ ng ng cc ủủ a CNTs, Hình bên trái: mode h ướ ng tâm, các nguyên t ử dao độ ng theo ph ươ ng bán kính, hình bên ph ảả i: mode ti ế p p tuy tuy ế nn
t t ươ ng ứ ng v ớ i dao độ ng d ọọ c theo tr ụụ c và xung quanh tr ụụ cc
Hình 2.6. S ơ đồ kh ố i c ủủ a ph ổ k ế Raman
Hình 2.7. Ph ổ k ế Raman c ủủ a hãng Renishaw
Hình 3.1. Ph ổ n ăă ng l ượ ng c ủủ a tia v ũũ tr ụụ
Hình 3.2. S ự ảả nh h ưở ng c ủủ a các tia v ũũ tr ụụ theo độ cao
Hình 3.3. Máy gia t ố c electron tuy ế n tính, trung tâm gia t ố c Pohang, Hàn Qu ố cc
Hình 3.4. N ơ ii đặ t m ẫ uu đượ c chi ế u x ạạ
Hình 3.5. Nguyên lý t ạạ o ra b ứ c x ạạ hãm
Hình 3.6. Ph ổ b ứ c x ạạ hãm thu đượ c t ừ b ắ n máy gia t ố cc
Hình 4.1 S ơ đồ b ố trí thí nghi ệệ m chi ế u x ạạ CNTs b ằằ ng b ứ c x ạạ hãm
Hình 4.2. Ph Ph ổ Raman c ủủ a CNTs khi ch ư a chi ế u khi t ăă ng ng cc ườ ng độ laser t ừ 33
đế n 60 kW/cm22 và gi ảả m m cc ườ ng độ laser t ừ 60 xu ố ng 3 kW/cm22(a- 3 kW/cm22 , , b-
b-15 kW/cm22 ,c-30 kW/cm22 , d-60 kW/ cm22).
Hình 4 Hình 4.3 .3. T T ầầ n s ố mode D và mode G c ủủ a CNTs khi ch ư a chi ế u khi t ăă ng ng cc ườ ng
độ laser t ừ 3 đế n 60 kW/cm22 và gi ảả m c ườ ng độ laser t ừ 60 xu ố ng 3 kW/cm22
Hình 4.4. T ỷ s ố v ề c ườ ng độ ID/IG c ủủ aa ố ng nano carbon khi ch ư a chi ế u x ạạ
Hình 4.5. H ệệ ph ổ k ế gamma HPGe (CANBERRA, M ỹ ))
Hình 4.6. Ph ổ gamma đặ c tr ư ng c ủủ aa ố ng nano carbon
Hình 4.7. Su Su ấ t t ll ượ ng ng t t ạạ o thành các đồ ng ng vv ịị phóng x ạạ trong m ẫ uu ố ng nano carbon khi chi ế u b ở i chùm photon hãm n ăă ng l ượ ng c ự cc đạ i 60 MeV.
Hình 4.8. Ả nh SEM c ủủ a CNTs (a) ban đầ u và (b) sau khi đượ c chi ế u u bb ằằ ng b ứ cc
x ạạ hãm.
Hình 4.9. Ph ổ Raman c ủủ a CNTs sau khi chi ế u b ằằ ng b ứ c x ạạ hãm, khi t ăă ng c ườ ng
độ laser t ừ 3 đế n 60 kW/cm22 và gi ảả m c ườ ng độ laser t ừ 60 xu ố ng 3 kW/cm22(a- 3 kW/cm22 , b- 15 kW/cm22 ,c-30 kW/cm22 , d-60 kW/ cm22).
Trang 10cc ườ ng độ laser t ừ 33 đế n 60 kW/cm22 và gi ảả m m cc ườ ng độ laser t ừ 60 xu ố ng 3 kW/cm22(a- 3 kW/cm22 , b- 15 kW/cm22 ,c-30 kW/cm22 , d-60 kW/cm22).
Hình 4 Hình 4.13 .13. Độ d ịị ch t ầầ n n ss ố cc ủủ a (a) đỉ nh D và (b) đỉ nh G và ( c) t ỷ l l ệệ vv ề cc ườ ng
độ đỉ nh c ủủ a CNTs ch ư a chi ế u, và sau khi chi ế u b ằằ ng tia X, tia Gamma, khi t ăă ng
cc ườ ng độ laser t ừ 33 đế n 60 kW/cm22 và gi ảả m m cc ườ ng độ laser t ừ 60 xu ố ng 3 kW/cm22
Trang 11nhậận n didiệện cácn các đồđồng ng vvịị phóng x phóng xạạ và xác và xác địđịnh sunh suấất t llượ ượ ng ng ccủủa chúnga chúng đượ đượ c c ttạạoothành t
thành từừ các v các vậật lt liiệệu CNTs khi chiu CNTs khi chiếếu bu bở ở i chùm photon hãm ni chùm photon hãm năăng lng lượ ượ ng cng cựựcc đạđạii
60 MeV trên máy gia t
60 MeV trên máy gia tốốc electron tuyc electron tuyếến tính,n tính, đồđồng thng thờ ờ ii đđã ã khkhảảo sáto sát ảảnh nh hhưở ưở ngngccủủa các ngua các nguồồn n bbứức c xxạạ khác nhau nh khác nhau nhưư: : bbứức c xxạạ hãm, tia gama, tia X, tia laser có hãm, tia gama, tia X, tia laser cóm
mậậtt độđộ n năăng lng lượ ượ ng cao lên cng cao lên cấấu trúc cu trúc củủa CNTs ba CNTs bằằng phng phươ ươ ng pháp phân tích phng pháp phân tích phổổ raman
22
Chương 1 -Ống nano carbon
Trang 12Chươ ng 1 -Ống nano carbon
truyềền qua cho thn qua cho thấấy ry rằằng cácng các ốống này có nhing này có nhiềều lu lớ ớ p carbon,p carbon, ốống này lng này lồồng vàong vào ốốngngkia Các
kia Các ốống sau nàyng sau này đượ đượ c c ggọọi lài là ốống nano carbonng nano carbon đđa a ttườ ườ ng (MWCNTs- multing (MWCNTs- multiwall carbon nanotubes)
MMặặc dù có nhic dù có nhiềều tính chu tính chấấtt đặđặc bic biệệt, nht, nhưưng không dng không dễễ dàng dàng đểđể phân tích phân tích ốốngngnano carbon b
nano carbon bằằng phng phươ ươ ng pháp quang phng pháp quang phổổ, do v, do vậậyy đđiiềều nàyu này đđã ã ccảản n trtrở ở viviệệccnghiên c
sáu cạạnh nh rrấấtt đềđềuu đặđặn n SSựự phát hi phát hiệện nàyn này đđã thúcã thúc đẩđẩy sy sựự nghiên c nghiên cứứu u ccủủa các nhàa các nhàkhoa h
khoa họọc trên toàn thc trên toàn thếế gi giớ ớ i Phi Phươ ươ ng pháp quang phng pháp quang phổổ Raman là ph Raman là phươ ươ ng phápng pháp đơ đơ nngi
giảản, rn, rẻẻ titiềền so vn so vớ ớ i kính hii kính hiểển vin vi đđiiệện n ttửử,, đượ đượ c dùng rc dùng rộộng rãing rãi đểđể nghiên c nghiên cứứu trênu trênCNTs trong th
CNTs trong thậập kp kỉỉ tr trướ ướ c.c
1 2 Mộột sốố dạạng cấấu hình phổổ biếến của vậật liệệu carbon1.2.1.Than chì
Trang 13Kim c Kim cươ ươ ngng đượ đượ c bic biếếtt đếđến là mn là mộột lot loạạii đđá quí vá quí vớ ớ i giá tri giá trịị s sửử d dụụng cao Vng cao Vớ ớ i cáci cácđặ
đặc tínhc tính đặđặc c bibiệệt t nhnhưư rrấất t ccứứng, truyng, truyềền nhin nhiệệt tt tốốt, tính tht, tính thẩẩm mm m ỹ ỹ cao , kim c cao , kim cươ ươ ngngđượ
đượ c sc sửử d dụụng rng rấất nhit nhiềều trong thu trong thựực tc tếế
đại hi họọc Rice công bc Rice công bốố n năăm 1985.m 1985
SSựự khám phá ra fullerene khám phá ra fullerene đđã trã trở ở thành m thành mộột bt bướ ướ c tic tiếến ln lớ ớ n trong sn trong sựự hi hiểểu biu biếếtt
Trang 14vvềề thù hình cacbon, mà tr thù hình cacbon, mà trướ ướ cc đđó ó chchỉỉ bbỉỉ gigiớ ớ i i hhạạnn ở ở than chì, kim c than chì, kim cươ ươ ng, vàng, vàcacbon vô
cacbon vô địđịnh hình nhnh hình nhưư mu muộội than và than gi than và than gỗỗ
1.2.4 Ống nano carbon (Carbon nanotube) - CNTs
Khác vKhác vớ ớ i fullerene, CNTs có di fullerene, CNTs có dạạng hình trng hình trụụ rrỗỗng và có thng và có thểể ttồồn tn tạạii ở ở ddạạngng
đơ
đơ n tn tườ ườ ng hong hoặặcc đđa ta tươ ươ ng (gng (gồồm cácm các ốốngng đơ đơ n tn tườ ườ ng lng lồồng vào nhau).ng vào nhau)
55
1.3 Cơ chếế mọọcc ốống nano carbon
Trang 15Có th
Có thểể hi hiểểu mu mộột cácht cách đơ đơ n gin giảản quá trình mn quá trình mọọc CNTs nhc CNTs nhưư sau sau [3][3]
HHạạt xúc táct xúc tác đượ đượ c tc tạạo trêno trên đếđế
ra quá trình t
ra quá trình tạạo các liên ko các liên kếết carbon-carbon và hình thành CNTs.t carbon-carbon và hình thành CNTs
Kích thKích thướ ướ c cc củủaa ốống CNTs vng CNTs vềề c cơ ơ b bảản phn phụụ thu thuộộc kích thc kích thướ ướ c hc hạạt xúc tác Liênt xúc tác Liênkkếết git giữữa các ha các hạạt xúc tác vàt xúc tác và đếđế mà mà ốống nano carbon quyng nano carbon quyếếtt địđịnh cnh cơ ơ ch chếế m mọọc: c: mmọọccttừừ đỉđỉnh cnh củủa ha hạạt lên hay mt lên hay mọọc tc từừ đếđế lên t lên tạạo thành CNTs.o thành CNTs
Kích th
Kích thướ ướ c cc củủa ha hạạt xúc tác kim lot xúc tác kim loạại và cáci và các đđiiềều kiu kiệện liên quan khác quyn liên quan khác quyếếttđị
địnhnh ốống nano carbon làng nano carbon là đơ đơ n tn tườ ườ ng (SWCNTs) hong (SWCNTs) hoặặcc đđa ta tườ ườ ng (MWCNTs).ng (MWCNTs)
C
Cơ ơ ch chếế m mọọc t c từ ừ đế đế
C
Cơ ơ ch chếế m mọọc t c từ ừ đỉ đỉnh nh ccủủa h a hạạt xúc tác t xúc tác
66
1.4 Các phươ ng pháp chếế tạạoo ốống nano carbonng nano carbon [3] [3]
1.4.1 Chếế tạạo vậật liệệu CNTs bằằng phươ ng pháp lắắng đọng pha hơ iihoá họọcc
Trong phTrong phươ ươ ng pháp lng pháp lắắngng đọđọng pha hng pha hơ ơ i hoá hi hoá họọc (CVD) thc (CVD) thườ ườ ng ng ssửử ddụụngngngu
nguồồn carbon là các hyn carbon là các hyđđrô carbon (CHrô carbon (CH44, C22H22) ho) hoặặc CO và sc CO và sửử d dụụng nng năăng lng lượ ượ ngngnhi
nhiệệt t hohoặặc plasma hay laserc plasma hay laser đểđể phân ly các phân t phân ly các phân tửử khí thành các nguyên t khí thành các nguyên tửử carbon ho
carbon hoạạt hóa Các nguyên tt hóa Các nguyên tửử carbon này khu carbon này khuếếch tán xuch tán xuốốngng đếđế, và l, và lắắngng đọđọngnglên các h
lên các hạạt kim lot kim loạại xúc tác (Fe, Ni, Co), và CNTsi xúc tác (Fe, Ni, Co), và CNTs đượ đượ c tc tạạo thành Nhio thành Nhiệệtt độđộ đểđể vào kho
vào khoảảng 650ng 65000C - 90000C
Trang 16Hình 1.8. H ệệ thi thiế ế t bt bịị ch chế ế t t ạạo CNTs bo CNTs bằằng phng phươ ươ ng pháp CVDng pháp CVDPh
Phươ ươ ng pháp lng pháp lắắngng đọđọng hoá hng hoá họọc pha hc pha hơ ơ i thi thườ ườ ng tng tạạo rao ra ốống nano carbonng nano carbon đđaavách ho
vách hoặặcc đơ đơ n vách vn vách vớ ớ ii độđộ s sạạch không cao, thch không cao, thườ ườ ng ngng ngườ ườ i ta phi ta phảải phát trii phát triểển cácn cácph
phươ ươ ng pháp làm sng pháp làm sạạch Phch Phươ ươ ng pháp này cóng pháp này có ưưuu đđiiểểm là dm là dễễ ch chếế t tạạo và ro và rẻẻ ti tiềền.n.M
Mộột st sốố k k ỹ ỹ thu thuậật CVD tt CVD tạạo CNTs tho CNTs thườ ườ ngng đượ đượ c sc sửử d dụụng là:ng là:
tác CNTs tựự mmọọc lên tc lên từừ hhơ ơ i carbon Haii carbon Hai đđiiệện n ccựực carbonc carbon đặđặt cách nhau 1 mmt cách nhau 1 mmtrong bu
trong buồồng khí trng khí trơ ơ (He ho (He hoặặc Ar)c Ar) ở ở áp su áp suấất t ththấấp (gip (giữữa 50 và 700 mbar) Ma 50 và 700 mbar) Mộộtt
(thườ ườ ng là Fe, Co, Ni , Y, Mo) hay không Hing là Fe, Co, Ni , Y, Mo) hay không Hiệệu suu suấất tt tạạo ra CNTs pho ra CNTs phụụ thu thuộộc vàoc vàomôi tr
môi trườ ườ ng plasma và nhing plasma và nhiệệtt độđộ c củủaa đđiiệện cn cựực nc nơ ơ i carbon li carbon lắắngng đọđọng.ng
ChChếế ttạạo CNTs bo CNTs bằằng hng hồồ quang ngoài không khíquang ngoài không khí
Trang 17- Chếế t tạạo CNTs bo CNTs bằằng hng hồồ quang v quang vớ ớ ii đđiiệện cn cựực plasma quay.c plasma quay.
1.4.3 Chếế tạạoo ốống nano carbon dùng nguồồn laser
MMộột chùm laser nt chùm laser năăng ng llượ ượ ng cao (xung hong cao (xung hoặặc liên tc liên tụục) làm bay hc) làm bay hơ ơ i i mmộột biat biagraphite trong lò
graphite trong lò ở ở nhinhiệệtt độđộ cao kho cao khoảảng 1200ng 1200ooC Trong lò có chC Trong lò có chứứa khí tra khí trơ ơ HeHeho
hoặặc Ne vc Ne vớ ớ i i mmụụcc đđích giích giữữ áp su áp suấất trong lòt trong lò ở ở 500 torr và 500 torr và đđóng vai trò cóng vai trò củủa khía khímang
mang đưđưa ha hơ ơ i carbon vi carbon vềề phía c phía cựực lc lắắngng đọđọng.ng
Các nguyên tCác nguyên tửử, phân t, phân tửử carbon l carbon lắắngng đọđọng lng lạại ti tạạo thành cáco thành các đđám có thám có thểể g gồồmmfullerence và MWCNTs
fullerence và MWCNTs ĐểĐể ttạạo ra SWCNTs thì bia pho ra SWCNTs thì bia phảải có xúc tác kim loi có xúc tác kim loạạii(Co, Ni, Fe ho
(Co, Ni, Fe hoặặc Y) CNTsc Y) CNTs đượ đượ c c ttạạo ra bo ra bằằng phng phươ ươ ng pháp bay hng pháp bay hơ ơ i i bbằằng chùmng chùmtia laser có
tia laser có độđộ tinh khi tinh khiếết cao ht cao hơ ơ n so vn so vớ ớ i phi phươ ươ ng pháp hng pháp hồồ quang quang đđiiệện.n
88
1.5 Tính chấất củaa ốống nano carbon1.5.1.Tính chấất cơ
ỐỐng nano carbon cng nano carbon cấấu u ttạạo o chchỉỉ ggồồm toàn các nguyên tm toàn các nguyên tửử carbon carbon ở ở ddạạngng ốốngngnên chúng r
nên chúng rấất t nhnhẹẹ Bên c Bên cạạnhnh đđó liên kó liên kếết t gigiữữa các nguyên ta các nguyên tửử carbon carbon đềđều là liênu là liênkkếết t ccộộng hoá trng hoá trịị ttạạo nên mo nên mộột t ccấấu trúc tinh thu trúc tinh thểể hoàn h hoàn hảảo o vvừừa a nhnhẹẹ vvừừa a bbềền Theon Theom
mộột st sốố so sánh thì so sánh thì ốống nano carbon nhng nano carbon nhẹẹ h hơ ơ n thép 6 ln thép 6 lầần và bn và bềền gn gấấp trp trăăm lm lầần thépn thép(trên cùng 1
(trên cùng 1 đơ đơ n n vvịị ththểể tích và chi tích và chiềều dài) Theo mu dài) Theo mộột t ssốố tài li tài liệệu công bu công bốố,, ốốngngnano carbon
nano carbon đđa a ttườ ườ ng cóng có độđộ ccứứng Young là 1,8 TPa, trong khi thép là 230ng Young là 1,8 TPa, trong khi thép là 230GPa.[
GPa.[1515]]
1.5.2.Tính chấất nhiệệtt
NhiNhiềều nghiên cu nghiên cứứu cho thu cho thấấyy ốống nano carbon là vng nano carbon là vậật t liliệệu u ddẫẫn nhin nhiệệt t ttốốt.t ĐộĐộ ddẫẫn nhin nhiệệtt ccủủaa vvậậtt liliệệuu ccủủa SWCNTs cóa SWCNTs có đạđạt giá trt giá trịị trong khotrong khoảảngng ttừừ 20-300020-3000
ồồ
Trang 18ddẫẫn nhin nhiệệt t ccủủa a vvậật t liliệệu u ccủủa SWCNTs cóa SWCNTs có đạđạt giá trt giá trịị trong kho trong khoảảng ng ttừừ 20 3000 20 3000W/mK
W/mK ở ở trên nhi trên nhiệệtt độđộ phòng phòng [[1818],so v],so vớ ớ i 400 W/ mK ci 400 W/ mK củủaa đồđồng (Cu ) Có tác ging (Cu ) Có tác giảả còn công b
còn công bốố độđộ d dẫẫn nhin nhiệệt có tht có thểể đạđạt tt tớ ớ i 6600 W/mK [i 6600 W/mK [1313] Vì kh] Vì khảả n năăng dng dẫẫn nhin nhiệệttttốốt này mà CNTst này mà CNTs đđãã đượ đượ c c ssửử ddụụng cho ving cho việệc c ttảản nhin nhiệệt cho các linh kit cho các linh kiệệnn đđiiệện n ttửử công su
công suấất cao.t cao.[16][16]
nhau Ngoài ra độđộ ddẫẫnn đđiiệện n ccủủaa ốống nano carbonng nano carbon đơ đơ n n ttườ ườ ng cng cũũng phng phụụ thuthuộộc c rrấấttnhi
nhiềều vào lu vào lựực tác dc tác dụụng lênng lên ốống.ng ĐĐiiềều này su này sẽẽ mmở ở ra ra mmộột ht hướ ướ ng mng mớ ớ i i ssửử d dụụng vng vậậttli
liệệu CNTs làm cu CNTs làm cảảm bim biếến ln lựực, v.v… trong tc, v.v… trong tươ ươ ng laing lai
99
carbon kiể ể u zig-zag có tính chu zig-zag có tính chấ ấ t bán d t bán d ẫ ẫ nnDùng hi
Dùng hiểển vi ln vi lựực nguyên tc nguyên tửử đểđể đđoo đđiiệện n trtrở ở ở ở ttừừng phng phầần n ccủủaa ốống nanong nanocarbon thì th
carbon thì thấấy ry rằằngng đốđối vi vớ ớ ii ốống nanong nano đơ đơ n tn tườ ườ ng dng dẫẫnn đđiiệện nhn nhưư kim lo kim loạại thìi thì đđiiệệnntr
trở ở không không đổđổi i ddọọc theoc theo ốống Tuy nhiênng Tuy nhiên đốđối i vvớ ớ ii ốống nanong nano đơ đơ n n ttườ ườ ng ng ddẫẫnn đđiiệệnnki
kiểểu bán du bán dẫẫn, khi kn, khi kếết lt lạại thành si thành sợ ợ i thìi thì đđiiệện trn trở ở r rấất pht phụụ thu thuộộc vào các vc vào các vịị trí trí đặđặt cáct cácđầ
đầu bu bốốn mn mũũi dòi dò đểđể đđo.o
Nói chungNói chung đđiiệện n trtrở ở susuấất ct củủaa ốống nano carbon vào cng nano carbon vào cỡ ỡ 1010-4 ohm /cm ohm /cm ở ở nhinhiệệttđộ
độ phòng( phòng( đđiiệện trn trở ở su suấất ct củủaa đồđồng là 1,678ng là 1,678-6ohm/cm) Cohm/cm) Cườ ườ ngng độđộ dòng t dòng tốốii đđa ca củủaaCNTs t
CNTs từừ 101077 – – 101088 A/cm22 (g(gấấp hàng trp hàng trăăm m llầần so vn so vớ ớ i i ccườ ườ ngng độđộ dòng t dòng tốốii đđa a ccủủaakim lo
kim loạạii đồđồng) ng) Ngoài Ngoài ra, ra, sai sai hhỏỏngng ở ở ốống nano có thng nano có thểể làm thay làm thay đổđổi tính di tính dẫẫnn đđiiệệnnccủủa chúng.a chúng [12][12]
1.5.4 Tính chấất hóa họọcc
CNTs hoCNTs hoạạtt độđộng hóa hng hóa họọc mc mạạnh hnh hơ ơ n so vn so vớ ớ i graphene Tuy nhiên, thi graphene Tuy nhiên, thựực tc tếế cho choth
thấấy CNTs vy CNTs vẫẫn n ttươ ươ ngng đốđối i trtrơ ơ vvềề mmặặt hóa ht hóa họọc, doc, do đđóó đểđể ttăăng hong hoạạt tính hóa ht tính hóa họọccccủủa CNTs ta pha CNTs ta phảải ti tạạo ra các khuyo ra các khuyếết tt tậật trên bt trên bềề m mặặt ct củủaa ốống, gng, gắắn kn kếết vt vớ ớ i các phâni các phânttửử ho hoạạtt độđộng khácng khác đểđể t tạạo ra các vio ra các vi đầđầu dò nhu dò nhạạy vy vớ ớ i hoá chi hoá chấấtt [17][17]
1.5.5 Tính chấất phát xạạ điiệện tử trườ ng
Trang 19pp ạạ ệệ gg
SSựự phát x phát xạạ trtrườ ườ ng là quá trình phát xng là quá trình phát xạạ đđiiệện n ttửử ttừừ bbềề mmặặt t ccủủa a mmộột pha rt pha rắắnnvào chân không, d
vào chân không, dướ ướ i tác di tác dụụng cng củủa ma mộộtt đđiiệện trn trườ ườ ng tng tĩ ĩ nh (khonh (khoảảng 10ng 1088V/cm) Khi
CNTs, do vậậy chúngy chúng đượ đượ cc ứứng dng dụụng trong các thing trong các thiếết bt bịị phát x phát xạạ đđiiệện tn tửử[12].[12].
1.6 Các sai hỏỏng có thểể tồồn tạại trong mạạng củaa ốống nano carbon
+ + MMộột t ddạạng khuyng khuyếết t ttậậtt ốống nano carbon là sai hng nano carbon là sai hỏỏng Stone Wales, sai hng Stone Wales, sai hỏỏngngnày t
này tạạo ra 1 co ra 1 cặặp ngp ngũũ giác và 1 c giác và 1 cặặp thp thấất giác.t giác
Do c
Do cấấu trúc ru trúc rấất nht nhỏỏ c củủa CNTs,a CNTs, độđộ b bềền kéo cn kéo củủaa ốống là do phng là do phầần yn yếếu nhu nhấất ct củủaaốống quyng quyếếtt địđịnh.nh
KhuyKhuyếết tt tậật tinh tht tinh thểể ảảnh hnh hưở ưở ngng đếđến tính chn tính chấất dt dẫẫ đđiiệện cn củủa CNTs Ma CNTs Mộột khuyt khuyếếttttậật trong kit trong kiểểuu ốống CNTs long CNTs loạại Armchair (di Armchair (dẫẫnn đđiiệện) có thn) có thểể làm cho các khu v làm cho các khu vựựccxung quanh ch
xung quanh chỗỗ khuy khuyếết tt tậật trt trở ở thành bán d thành bán dẫẫn.n
Trang 201.7 Mộột sốố ứ ng dụng củaaốống nano carbon1.7.1 Các ứ ng dụng vềề năăng lượ ng
định rnh rấất tt tốốt theo tht theo thờ ờ i gian, sau khi 1000 chu ki gian, sau khi 1000 chu k ỳ ỳ s sạạc và xc và xảả pin th pin thửử nghi nghiệệm, khôngm, khôngphát hi
phát hiệện có sn có sựự thay thay đổđổi i ccủủa va vậật lit liệệu.u ĐĐiiềều này hu này hứứa ha hẹẹn khn khảả n năăngng ứứng dng dụụng cng củủaaCNTs trong xe h
CNTs trong xe hơ ơ i, các thii, các thiếết t bbịị đđiiệện n ttửử ccầầm taym tay[11].[11]. BBằằng phng phươ ươ ng pháp “layerng pháp “layer
by layer” Các nhà khoa h
by layer” Các nhà khoa họọcc đđã chã chếế t tạạoo đượ đượ cc đđiiệện cn cựực làm tc làm từừ CNTs CNTs đđa ta tườ ườ ngng đểđể ttạạo thànho thành đđiiệện cn cựực dc dươ ươ ng, và lithium titanium oxideng, và lithium titanium oxide đểđể làm làm đđiiệện cn cựực âm Thôngc âm Thôngqua
qua ảảnh TEMnh TEM độđộ phân gi phân giảải cao và so sánh chu trình phóng ni cao và so sánh chu trình phóng nạạp cp củủa pin tra pin trướ ướ c vàc vàsau khi x
sau khi xửử lý nhi lý nhiệệt vt vớ ớ i khí hidro, hi khí hidro, họọ c cũũng chng chứứng minhng minh đượ đượ c c rrằằng, nguyên nhânng, nguyên nhânccủủa sa sựự c cảải thii thiệện vn vềề m mặặt tích trt tích trữữ n năăng lng lượ ượ ng là do các nhóm chng là do các nhóm chứức có chc có chứứa oxi trêna oxi trên
nhau bằằng cách hoà tan CNTs trong dung dng cách hoà tan CNTs trong dung dịịch siêu axít chlorosulphonic tch siêu axít chlorosulphonic tạạo rao ra