VẬT LIỆU BÁN DẪN ỐNG NANO CARBON

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA VẬT LÝ
------

SEMINAR
ĐỀ TÀI: ỐNG NANO CACBON

Thực hiện: Nhóm 4
Hướng dẫn: TS Nguyễn Minh Vương

Quy Nhơn, tháng 12 năm 2016


TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN
KHOA VẬT LÝ
------

ỐNG NANO CACBON


ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
ỐNG

I. KHÁI NIỆM

II. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO

III. CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC BIỆT

IV. ỨNG DỤNG

V. TRIỂN VỌNG NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON

I.I. KHÁI
KHÁI NIỆM
NIỆM

Lịch
Lịch sử
sử phát
phát triển
triển

Năm 2014, Việt Nam đã chế tạo được vật
liệu CNT.

Năm 1991, Sumio Lijma đã tìm ra CNT.

Năm 1985, Rick Smalley tìm ra Fullerene


ỐNG
ỐNG NANO

NANO CACBON
CACBON

I.I. KHÁI
KHÁI NIỆM
NIỆM

- Ống nano carbon (CNTs) là vật liệu nano carbon dạng ống với đường kính ở kích
thước nm (1-20 nm). CNTs có chiều dài từ vài nm đến μm. Ống nano carbon được phát
hiện vào năm 1991 bởi Lijima [9]. Với cấu trúc tinh thể đặc biệt và các tính chất cơ học
quý (nhẹ, độ cứng rất lớn), tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, tính chất phát xạ điện từ mạnh…
Ống nano carbon đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa
học và công nghệ [10].     


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
I.I. KHÁI
KHÁI NIỆM
NIỆM

- Ống nano carbon gồm hai loại chính:
+ Ống nano cacbon đơn tường có cấu trúc giống như là sự cuộn lại của một lớp
than chì độ dày một nguyên tử (còn gọi là graphene) thành một hình trụ liền, và
được khép kín ở mỗi đầu bằng một nửa phân tử fullerenes. Do đó, CNTs cịn được
biết đến như là fullerenes có dạng hình ống gồm các nguyên tử cacbon liên kết
với nhau bằng liên kết cộng hoá trị sp2 bền vững.

ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
I.I. KHÁI
KHÁI NIỆM
NIỆM


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
I.I. KHÁI
KHÁI NIỆM
NIỆM

+  Ống nano cacbon đa tường gồm nhiều ống đơn tường đường kính khác nhau
lồng vào nhau và đồng trục, khoảng cách giữa các lớp từ 0,34 nm đến 0,39 nm.
Ngoài ra, SWCNTs thường tự liên kết với nhau để tạo thành từng bó xếp chặt
(được gọi là SWCNTs ropes) và tạo thành mạng tam giác hồn hảo với hằng số
mạng là 1,7 nm. Mỗi bó có thể gồm hàng trăm ống SWCNTs nằm song song với
nhau và chiều dài có thể lên đến vài mm


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON

I.I. KHÁI
KHÁI NIỆM
NIỆM


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON

CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁPCHẾ
CHẾ TẠO
TẠO
CÁC

1. Lắng đọng pha hơi hóa học

2. Phóng điện hồ quang

3.Dùng nguồn laser

4. Nghiền bi và ủ nhiệt


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON

II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

Cơ
Cơ chế
chế mọc
mọc ống
ống nano
nano cacbon
cacbon

- Hạt xúc tác được tạo trên đế
- Khí CnHn sẽ được phân li thành các nguyên tử carbon và
các sản phẩm phụ khác nhờ chất xúc tác
- Các sản phẩm sau phân ly sẽ lắng đọng trên các hạt xúc
tác. Ở đây sẽ xảy ra quá trình tạo các liên kết C-C và hình
thành CNTs.
- Kích thước ống CNTs phụ thuộc vào kích thước chất xúc
tác.


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON

II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

Cơ
Cơ chế
chế mọc
mọc ống
ống nano
nano cacbon
cacbon

Kích thước của các hạt xúc tác kim loại và các điều kiện liên quan khác quyết định ống nano là ống
đơn vách (SWCNTs) hay đa vách (MWCNTs). 
Liên kết giữa các hạt xúc tác và đế mà ống nano các bon quyết định cơ chế mọc: mọc từ đỉnh của hạt
lên hay mọc từ đế lên tạo thành CNTs.


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP

PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

Cơ
Cơ chế
chế mọc
mọc ống
ống nano
nano cacbon
cacbon


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

1.
1. Phương
Phương pháp
pháp lắng
lắng đọng

đọng pha
pha hơi
hơi hóa
hóa học
học (CVD)
(CVD)

● Nguyên lý: Sử dụng carbon từ hidro carbon(CH4,C2H2) hoặc
CO và năng lượng nhiệt hoặc plasma hay Laze để phân  ly các
phântử khí thành các nguyên tử carbon hoạt hóa. Các nguyên tử
cacbon này khuếch tán xuống đế, và lắng đọng lên các hạt kim
loại xúc tác xúc tác (Fe, Ni, Co). CNTs được tạo thành .(nhệtđộ
0
đặt vào 650-900 C)
 


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

1.

1. Phương
Phương pháp
pháp lắng
lắng đọng
đọng pha
pha hơi
hơi hóa
hóa học
học (CVD)
(CVD)

● Ưu nhược điểm
- Dễ chế tạo và rẻ tiền
- Độ sạch không cao, thường phải dùng thêm các cách làm sạch


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

1.
1. Phương

Phương pháp
pháp lắng
lắng đọng
đọng pha
pha hơi
hơi hóa
hóa học
học (CVD)
(CVD)

● Một số kỹ thuật dùng CVD tạo CNTs thường được sử dụng
- Phương pháp CVD nhiệt
- Phương pháp CVD tăng cường Plasma
- Phương pháp CVD xúc tác Alcohol
- Phương pháp CVD nhiệt có Laze hỗ trợ
- Phương pháp mọc bay hơi
- Phương pháp CVD xúc tác với CoMoCat


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

1.
1. Phương
Phương pháp
pháp lắng
lắng đọng
đọng pha
pha hơi
hơi hóa
hóa học
học (CVD)
(CVD)

Phương pháp CVD nhiệt
Cấu tạo: gồm một ống thạch anhđược bao quanh bởi một lị nhiệt
Hoạt động: khí chứa carbon được đưa vào ống tạo thành
carbonnguyên tử. Dưới nhiệt độ cao, cácnguyên tử carbon bị phân
tán trêncác hạt nano kim loại và trở thành trung hịa. Ngun tử
carbon sau đó lắng đọng thành CNTs.


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ

CHẾ TẠO
TẠO

1.
1. Phương
Phương pháp
pháp lắng
lắng đọng
đọng pha
pha hơi
hơi hóa
hóa học
học (CVD)
(CVD)

Hiện nay để giảm thời gian nung nhiệt
cho lị ban đầu. Phịng thí nghiệm ống
nano đã đề xuất sử dụng thay thế một
ống lò ở trên bằng 4 ống lị sử dụng ống
thép khơng rỉ. Do vậy mà thời gian
chuẩn đị lò đốt giảm đi từ 2 ngày xuống
còn 2h.


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC

CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

1.
1. Phương
Phương pháp
pháp lắng
lắng đọng
đọng pha
pha hơi
hơi hóa
hóa học
học (CVD)
(CVD)


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

2.
2. Phương
Phương pháp
pháp phóng
phóng hồ
hồ quang
quang điện
điện

● Nguyên lý: Hơi carbon được tạo ra bằng phóng một luồng hồ
quang điện giữahai điện cực làm bằng than hoặcgraphit. CNTs tự mọc
lên từ hơi carbon.
● Ưu nhược điểm:
- Là phương pháp đơn giản cho CNTschất lượng cao và cấu trúc
hồn hảo.
- Khơng thể điều khiển được đườngkính cũng như chiều dài của  CNTs
(dotính khơng liên tục và khơng ổn định).


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO

TẠO

2.
2. Phương
Phương pháp
pháp phóng
phóng hồ
hồ quang
quang điện
điện

Các kỹ thuật chế tạo CNTs bằng hồ quang khác
- Hệ tạo CNTs bằng hồ quang ngồi khơng khí
- Hệ tạo CNTs bằng hồ quang trong nitơ lỏng
- Hệ tạo CNTs bằng hồ quang trong từ trường
- Hệ tạo CNTs bằng hồ quang với điện cực Plasma quay


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

3.
3. Phương
Phương pháp
pháp dung
dung nguồn
nguồn laze
laze

Nguyên lý: Một chùm Laze năng lượng cao (xung hoặc liên tục)
làm bay hơi một bia Graphit trong lị ở nhiệt độ cao khoảng
0
1200 C.
Khí trơ He và Ne trong lò giữ áp suất 500 torr và đưa  hơi
carbon về cực lắng đọng.
Các nguyên tử carbon lắng đọng lại tạo thành các đám có thể
gồm fullerence và MWCNTs.


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

3.
3. Phương
Phương pháp
pháp dùng
dùng nguồn
nguồn laze
laze

Các nguyên tử, phân tử các bon lắng đọng lại tạo thành các đám có thể gồm fullerence và
MWCNTs.
Để tạo ra SWCNTs thì bia phải có xúc tác kim loại(Co, Ni, Fe hoặc Y).Ưu nhược điểm:
- Sản phẩm thu được có độ sạch cao
-Khá tốn kém do nguồn Laze phải có cơng suất lớn,điện cực than có độ sạch cao, lượng sản
phẩm tạo ra ít.


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
II.
II. CÁC
CÁC PHƯƠNG
PHƯƠNG PHÁP
PHÁP CHẾ
CHẾ TẠO
TẠO

4.
4. Phương

Phương pháp
pháp nghiền
nghiền bi
bi và
và ủủ bột
bột

Dùng bình thép khơng rỉ có chứa các bi thép không rỉ với độc ứng cao và đổ vào bình thép bột graphit
tnh khiết (98%). Bình thép khơng rỉ được thổi khí Argon với áp suất 300 kPa. Quay bình để bi thép
khơng rỉ nghiền bột graphit khoảng 15 giờ. Sau khi nghiền, bột có rất nhiều ống nano các bon đa
vách. 
Người ta cho rằng quá trình nghiền tạo ra các hạt graphitnhiều mầm để phát triển ống nano các bon
và khi nung ủ nhiệt, các mầm đó phát triển thành ống nano các bon.


ỐNG
ỐNG NANO
NANO CACBON
CACBON
III.
III. CÁC
CÁC TÍNH
TÍNH CHẤT
CHẤT ĐẶC
ĐẶC TRƯNG
TRƯNG

Vật liệu CNTs thể hiện nhiều tính chất ưu việt, tốt hơn so với các vật liệu thông thường
khác như độ bền cơ học, modul ứng suất cao, dẫn nhiệt, dẫn điện tốt và khả năng
phát xạ trường ở cường độ điện trường thấp. Các tính chất này mở ra nhiều hướng

ứng dụng mới thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học trên thế giới.