Công nghệ sản xuất sợi Nano Cacbon

Công nghệ sản xuất sợi Nano Cacbon.

Trang 1

ĐỀ TÀI TIỂU LUẬN

Trang 2

Khoa CNVL Lớp VL05PO 2

DANH SÁCH THÀNH VIÊN

Cao Xuân Bách Đặng Thanh Chung Trịnh Kim Cúc

Nguyễn Thị Thùy Dương Trần Văn Khoa

Đinh Thế Lâm

Lê Thị Nga Nguyễn Thị Bảo Ngọc

Vũ Thái Kim Thi Văn Đan Thùy Nguyễn Thị Anh Thy Nguyễn Diên Khả Tú

Trang 3

NỘI DUNG BÁO CÁO

• Cấu trúc

• Tính chất

• Ứng dụng

• Các phương pháp tổng hợp

Trang 4

•Cấu trúc

Trang 5

Các loại Carbon

Từ trái sang phải: (a) Kim cương, (b) Than chì, (c) Lonsdaleite,

(d) C60, (e) C540, (f) C70, (g) Carbon vô định hình (h) Ống nano carbon

Trang 6

CNT STRUCTURE

• Là dạng thù hình của Carbon

• Đường kính của ống nano vào cỡ một vài nanomet

• Tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính vượt trên 10.000

• Ống nano lại có dạng hình trụ, với ít nhất một đầu được phủ bởi

một bán cầu có cấu trúc fullerene

• Liên kết hóa học của các ống nano được cấu thành hoàn toàn

bởi các liên kết sp2, tương tự với than chì

Trang 7

CARBON NANOTUBE (CNT)

Trang 8

CNT STRUCTURE

• Single Walled Carbon Nanotube (SWNT)

• Multi Walled Carbon Nanotube (MWNT)

Trang 9

zigzag

chiral

armchair T

a1 a2

Trang 10

SWNT

zigzag(n,0)

Trang 11

• Phần lớn các SWTN có đường kính gần 1 nanomet

• Độ dài đường ống có thể gấp hàng nghìn lần đường kính

• Hình dung là cuộn một lớp than chì độ dày một-nguyên-tử

(graphene) thành một hình trụ liền

Trang 12

MWNT

Trang 13

• Gồm nhiều lớp graphite cuộn lên nhau để tạo dạng ống

• Có thể mô tả cấu trúc MWNT theo 2 kiểu:

– Russian doll: gồm những tấm graphite được xếp theo hình trụ đồng tâm.

– Parchment: 1 tấm graphite đơn được cuộn quanh chính nó.

• Khoảng cách giữa các lớp MWNT gần bằng khỏang cách giữa các

lớp graphene của graphite, xấp xỉ 0.33 nm

Trang 14

•Tính chất

Trang 15

TÍNH CHẤT CƠ

• - BỀN NHẤT: 48.000 kN*m*kg-1 và 154 kN*m*kg-1

• - CỨNG NHẤT

• - Độ bền PHƯƠNG BÁN KÍNH ≠ PHƯƠNG DỌC TRỤC

Trang 16

TÍNH CHẤT ĐIỆN

• Cấu trúc ảnh hưởng mạnh đến tính chất điện.

• Có thể mang dòng điện cường độ 4 x 109 A/cm2 > Cu 1000 lần

• NHẠY CẢM: Phát hiện những thay đổi về điện rất chính xác

• Dẫn điện > 70 lần chất bán dẫn truyền thống.

BÁN DẪN < CNTs

Trang 17

TÍNH CHẤT NHIỆT

• Dẫn theo PHƯƠNG DỌC TRỤC

• 6000 W/m*oK so với 385 W/m*oK

>

Trang 18

KHUYẾT TẬT

1/ LỖ TRỐNG DẠNG TINH THỂ Graphite

Trang 19

KHUYẾT TẬT

2/ DẠNG STONE WALL Lục giác  Ngũ giác + 7 cạnh

Trang 20

Trang 22

•Ứng dụng

Trang 23

ỨNG DỤNG

• Quần áo, trang thiết bị thể thao, bánh lái trong ngành hàng không

• Composite siêu bền 138Gpa(liên kết mạng CNT với Polymer)

• Pin nhiên liệu Hydro

• Cánh tay rôbot

• Tấm phim quang học

• Vỏ tàu vũ trụ

Trang 24

Trang 26

Trang 27

VI MẠCH CMOS

Trang 28

CẢM BIẾN KHỐI LƯỢNG

Trang 29

VỢT CẦU LÔNG YONEX ARCSABER 10

Trang 30

SPACE ELEVATOR

Trang 31

NANOTUBE RADIO

Trang 32

BỘ PHẬN TẢN NHIỆT CPU HYDRO JET

Trang 33

Ống nanotube mang thuốc

Trang 34

BỘ PHẬN TẢN NHIỆT CPU HYDRO JET

Trang 35

•Các phương pháp

tổng hợp

Trang 36

Trang 37

•Pp hồ quang điện

Trang 38

PP HỒ QUANG ĐIỆN

Trang 39

A-TỔNG HỢP SWNT

Trang 40

A- TỔNG HỢP SWNT

CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG

KHÍ TRƠ

PLASMA

HÌNH DẠNG CATHODE

Trang 41

A-TỔNG HỢP SWNT

HÌNH DẠNG CATHODE

Trang 42

Trang 43

B-TỒNG HỢP MWNT

TỔNG HỢP TRONG NITƠ LỎNG

Trang 44

B-TỒNG HỢP MWNT

TỔNG HỢP TRONG TỪ TRƯỜNG

Trang 45

B-TỒNG HỢP MWNT

TỔNG HỢP TRONG TỪ TRƯỜNG

Trang 46

B-TỒNG HỢP MWNT

PP HỒ QUANG ĐIỆN QUAY

Trang 47

•Pp sử dụng tia

lazer

Trang 48

BẢN VẼ PHÁC HỌA THIẾT BỊ CẮT LASER

Trang 49

Ảnh TEM của một bó SWNTs dùng xúc tác Ni/Y

(2 : 0.5), tổng hợp bằng phương pháp laser liên tục.

Trang 50

Sản xuất SWNTs với quy mô lớn

• Hai phương pháp mới nhất để tăng quy mô tổng hợp SWNTs :

– Dùng điện cực laser tự do với xung cực nhanh.

– Dùng sóng laser liên tục dạng hạt.

Trang 51

THIẾT BỊ CỦA PP DÙNG XUNG LASER SIÊU

NHANH

Trang 52

PP dùng sóng laser liên tục

Trang 53

PHƯƠNG PHÁP

PHÂN HỦY CÁC

KHÍ CHỨA

CARBON

Trang 54

PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY CÁC KHÍ CHỨA

Chất nền

Si,SiO2

Xúc tác

Ni,Fe,Co, Fe/Mo,Co/Mo

Bẽ gãy liên kết

Khuếch tán

t o coat

Trang 55

CARBON

• Phương pháp CVD được tiến hành theo 2 bước

Chuẩn bị xúc tác

Tiến hành tổng hợp ống than cacbon

Phun lên bề mặt chất nền

1 lớp màng mỏng kim loại chuyển tiếp sau đó sử dụng nhiệt hoặc dùng hóa chất

ăn mòn tạo thành các hạt

xúc tác nhỏ mịn

Trang 56

CƠ CHẾ PHẢN ỨNG

Trang 57

Trang 58

Số lượng hạt và kích thước của các hạt xúc tác kim loại ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng, đường kính và khuyết tật của ống than nano

Trang 59

XÚC TÁC KIM LOẠI DÙNG ĐỂ TỔNG HỢP

Trang 60

CÁC PHƯƠNG PHÁP CỤ THỂ

• PP phân hủy các khí chứa cacbon dạng plasma (PECVD)

• PP phân hủy các khí chứa cacbon dùng nhiệt

• PP phân hủy dùng alcohol (ACCVD)

• PP tạo thành các pha bay hơi

Trang 61

CÁC PHƯƠNG PHÁP CỤ THỂ

• PP phân hủy sử dụng xúc tác ở dạng gel

• PP phân hủy sử dụng nhiệt laser (LCVD)

• Qui trình CoMoCat

• Qui trình bất đối xứng CO ở áp suất cao (HiPco)

Trang 62

CARBON Ở DẠNG PLASMA

• Sử dụng dòng cao tần đặt vào 2 điện cực đặt song song; một điện cực dưới chứa ( xúc tác + chất nền)

• Xúc tác: Fe,Ni,Co

• Nhiệt độ tiến hành phản ứng 330°C

• Đường kính ống nano tạo

thành khoảng 15 nm.

• Hiệu suất cao nhất đạt được là 50%

Trang 63

PHÂN HỦY DÙNG NHIỆT

• Phủ xúc tác (Fe, Ni hoặc Co) lên các rãnh của chất nền silica bị ăn mòn bởi HF

• Thổi NH3 vào ống quartz chứa chất nền ở 750-1050°C để hình thành các hạt xúc tác kích thước nano

Ống carbon sẽ hình thành trên các hạt này.

• Sản phẩm là MWNTs,đường kính phụ thuộc bề dày lớp màng kim loại

• Bề dày màng 13nm  đường kính ống than 30 - 40 nm.

• Bề dày màng là 27nm  đường kính ống than 100 - 200nm

Trang 64

PHÂN HỦY DÙNG NHIỆT

Trang 65

PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY XÚC TÁC DÙNG ALCOHOL

• Sản phẩm là SWNTs

tinh khiết, có thể ứng

dụng sản xuất trên qui

mô lớn với giá thành thấp.

• Đường kính ống nano

khoảng 1nm.

• Sử dụng các ethanol với xúc tác Fe/Co trên nền Zeolite

• Nhiệt độ tạo thành ống nano chỉ khoảng 550 o C

Trang 66

Catalyst

C

OH

Trang 67

PHƯƠNG PHÁP TẠO THÀNH

CÁC PHA BAY HƠI

• Sản phẩm : SWNTs và MWNTs SWNTs : đường kính 2-4 nm

MWNTs : đường kính 70 -100 nm

• Phương pháp này cung cấp

trực tiếp khí và xúc tác vào

buống phản ứng mà không

cần sử dụng chất nền

• Xúc tác sử dụng : Ferrocene

Trang 68

PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY SỬ DỤNG XÚC TÁC

• Nhiệt độ phản ứng tối ưu : 860°C

• Sản phẩm thu được : SWNTs có đường kính 1-1,5 nm

Trang 69

PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY SỬ DỤNG NHIỆT

LASER

Trang 70

PHƯƠNG PHÁP PHÂN HỦY SỬ DỤNG NHIỆT

LASER

• Kết quả thu được : cả SWNTs và MWNTs

• Đường kính của SWNTs từ 0,7 nm đến 2,5 nm

• Đường kính của MWNTs từ 30 nm đến 80 nm

Trang 71

QUY TRÌNH COMOCAT

Trang 72

QUY TRÌNH COMOCAT

• Mo đóng vai trò điều tiết lượng

carbon trên Co, ngăn cản sự hình

thành các dạng cacbit không mong

mà không phải dừng phản ứng.

– Có thể điều chỉnh nhiệt

độ phản ứng để đạt được SWNT có đường kính mong muốn.

Nhiệt độ (°C) Đường kính

750 0,85-0,95

850 0,9-1,25

950 1,0-1,4

Trang 73

QUI TRÌNH BẤT ĐỐI XỨNG CO Ở ÁP SUẤT CAO

• Dùng để sản xuất SWNTs

• Nguyên liệu là khí CO, xúc tác Fe(CO)5

Trang 74

QUI TRÌNH BẤT ĐỐI XỨNG CO Ở ÁP SUẤT CAO

• Tạo được SWNTs ổn định có đường kính nhỏ nhất (0,7 nm) trong

các phương pháp hóa học

• Hiệu suất 70%

• SWNTs có thể tạo ra với tốc độ 450 mg/giờ với độ tinh khiết 97%

• Kích thước của SWNT có thể điều chỉnh thông qua áp suất của CO

• Qui trình này hứa hẹn việc sản xuất ống nano ở qui mô lớn

Trang 75

•SO SÁNH CÁC

PHƯƠNG PHÁP

TỔNG HỢP

Trang 76

Trang 77

HiỆU SUẤT LÝ THUYẾT

Hồquang điện

CắtLazer

Phân hủykhí

30-90% Nhỏ hơn 70% 20-100%

Trang 78

SWNTsMWNTsMWNTs

Ống ngắn, đường kính 0,6-1,4 nmỐng ngắn, đường kính ngoài 10 nmChùm ống dài, đường kính 1-2 nm

Có thể tạo được nhưng rất đắtỐng dài, đường kính 0,6-4 nmỐng dài, đường kính ngoài 10-240 nm

Trang 79

ƯU ĐIỂM

Hồquang điện

CắtLazer

Phân hủykhí

•Sản phẩm ít lẫn tạp chất

•Có thể điều khiển đường kính SWNT

•Kích thước ống dài, sản phẩm ít lẫn tạp chất

•Qui trình đơn giản,

dễ sản xuất ở qui

mô công nghiệp

Trang 80

NHƯỢC ĐIỂM

Hồquang điện

CắtLazer

Phân hủykhí

•Sản phẩm thường

là MWNT

•Khuyết tật nhiều hơn

Tiêu đề	Công Nghệ Sản Xuất Sợi Nano Cacbon
Tác giả	Cao Xuân Bách, Đặng Thanh Chung, Trịnh Kim Cúc, Nguyễn Thị Thùy Dương, Trần Văn Khoa, Đinh Thế Lâm, Lê Thị Nga, Nguyễn Thị Bảo Ngọc, Vũ Thái Kim, Thi Văn Đan Thùy, Nguyễn Thị Anh Thy, Nguyễn Diên Khả Tú
Trường học	Khoa Công Nghệ Vật Liệu
Chuyên ngành	Công Nghệ Vật Liệu
Thể loại	Tiểu luận

Định dạng
Số trang	80
Dung lượng	5,25 MB