vật liệu siêu dẫn - công nghệ nano

Bài tiểu luận:
Vật liệu siêu
dẫn - công
nghệ nano
MỤC LỤC
Bài tiểu luận: Vật liệu siêu dẫn - công nghệ nano 1
MỤC LỤC 2
a. Siêu dẫn nhiệt độ cao 3
b. Hiệu ứng Meissner 4
c. Lý thuyết BCS 4
B.VẬT LIỆU NANO 17
Cấu trúc 18
Một số thông số vật lý của nanoclay 20
Biến tính nanoclay 20
Các loại ống nano cacbon 23
Đơn lớp Cách đặt tên ống nano
(n,m) có thể tưởng tượng như là một vector (Ch) trong một tấm than chì vô hạn mà mô
tả cách "cuộn" tấm than chì để tạo ống nano. T thể hiện trục của ống, và a1 với a2 là
các vector đơn vị của graphene trong không gian thực 23
Đa lớp 26
Fullerite 27
Torus 28
NGUYỄN THÀNH TRUNG
MSSV:06102098 BÀI TIỂU LUẬN
KHOA:ĐIỆN
VẬT LIỆU SIÊU DẪN-CÔNG NGHỆ NANO
****VẬT LIỆU SIÊU DẪN ****
1. Định nghĩa :
Siêu dẫn là hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trường
đủ nhỏ, đặc trưng bởi điện trở bằng 0 dẫn đến sự suy giảm nội từ trường (hiệu ứng
Meissner). Siêu dẫn là một hiện tượng lượng tử. Trạng thái vật chất này không nên nhầm

với mô hình lý tưởng dẫn điện hoàn hảo trong vật lý cổ điển, ví dụ từ thủy động lực học
Trong chất siêu dẫn thông thường, sự siêu dẫn được tạo ra bằng cách tạo một lực hút giữa
một số electron truyền dẫn nào đó nảy sinh từ việc trao đổi phonon, làm cho các electron
dẫn trong chất siêu dẫn biểu hiện pha siêu lỏng tạo ra từ cặp electron tương quan. Ngoài
ra còn tồn tại một lớp các vật chất, biết đến như là các chất siêu dẫn khác thường, phô
bày tính chất siêu dẫn nhưng tính chất vật lý trái ngược lý thuyết của chất siêu dẫn đơn
thuần. Đặc biệt, có chất siêu dẫn nhiệt độ cao có tính siêu dẫn tại nhiệt độ cao hơn lý
thuyết thường biết (nhưng hiện vẫn thấp hơn nhiều so với nhiệt độ trong phòng). Hiện
nay chưa có lý thuyết hoàn chỉnh về chất siêu dẫn nhiệt độ cao.
a. Siêu dẫn nhiệt độ cao
Siêu dẫn nhiệt độ cao, trong vật lý học, nói đến hiện tượng siêu dẫn có nhiệt độ chuyển
pha siêu dẫn từ vài chục Kelvin trở lên. Các hiện tượng này được khám phá từ thập kỷ
1980 và không thể giải thích được bằng lý thuyết BCS vốn thành công với các chất siêu
dẫn cổ điển được tìm thấy trước đó.
Siêu dẫn ở nhiệt độ cao
b. Hiệu ứng Meissner

Một nam châm được nâng trên mặt một vật liệu siêu dẫn nhúng trong nitơ lỏng lạnh tới
−200°C, thể hiện hiệu ứng Meissner
Hiệu ứng Meissner hay hiệu ứng Meissner-Ochsenfeld là hiệu ứng từ thông bị đẩy ra
hoàn toàn khỏi bên trong của vật siêu dẫn. Hiện tượng này là hiện tượng nghịch từ hoàn
hảo. Từ thông sinh ra bởi vật siêu dẫn bù trừ hoàn toàn từ thông ở môi trường ngoài. Do
đó, từ thông bên trong vật siêu dẫn bằng 0. Hiện tượng này được khám phá bởi Walther
Meissner và Robert Ochsenfeld vào năm 1933.
c. Lý thuyết BCS
Lý thuyết BCS là mô hình lý thuyết vi mô được ba nhà vật lý John Bardeen, Leon
Cooper và Robert Schrieffer đưa ra vào năm 1957 để giải thích hiện tượng siêu dẫn. Lý
thuyết này giải thích rất thành công những tính chất vi mô của hệ siêu dẫn và nhiệt động
lực học của hệ. Lý thuyết này cũng rất tương thích với một mô hình định tính khác là "lý
thuyết Ginzburg-Landau".

Ý tưởng cơ bản của mô hình này là khi trong hệ xuất hiện lực hút giữa các điện tử, trạng
thái điện tử cơ bản của hệ chất rắn trở nên không bền so với trạng thái mà trong đó có
xuất hiện cặp điện tử với spin và xung lượng trái ngược.
Lực hút giữa các điện tử này là do nguyên nhân tương tác giữa điện tử với các mode biến
dạng của tinh thể mạng (phonon). Ta có thể hình dung, khi một điện tử chuyển động,
tương tác của nó với mạng tinh thể làm biến dạng mạng tinh thể và điện tử đi theo sau đó
sẽ dễ dàng chuyển động hơn trong tinh thể. Hai điện tử này tạo thành một cặp điện tử
Cooper. Từ tương tác điện tử với các phonon ta có thể suy ra lực tương tác hút hiệu dụng
giữa hai điện tử.
Với giả thiết trên về tương tác hút giữa các điện tử, bằng phương pháp trường trung bình
ta có thể giải được mô hình và thu được những kết quả định lượng.
John Bardeen, Leon Cooper và Robert Schrieffer đã nhận giải thưởng Nobel về vật lý
năm 1972 nhờ công trình này. Tuy nhiên lý thuyết BCS chỉ áp dụng đúng cho các chất
siêu dẫn cổ điển có nhiệt độ của trạng thái siêu dẫn rất thấp. Sau phát minh về các chất
siêu dẫn nhiệt độ cao, cho đến nay chưa có lý thuyết hoàn chỉnh nào giải thích các hiện
tượng này.
2.Lịch sử
Đối với kim loại nói chung, ở nhiệt độ rất cao thì điện dẫn xuất λ tỉ lệ với nhiệt độ T. Ở
nhiệt độ thấp, λ tăng nhanh khi T giảm. Nếu kim loại hoàn toàn tinh khiết, có thể nói rằng
về nguyên tắc khi T=0 thì λ tiến tới vô cực, nghĩa là điện trở kim lọai dần tiến tới 0. Nếu
kim lọai có lẫn tạp chất thì ở nhiệt độ rất thấp (khoảng vài độ K) kim loại có điện trở dư
không phụ thuộc nhiệt độ và tỉ lệ với nồng độ tạp chất. Thực tế không thể đạt tới nhiệt độ
T=0 độ K và không thể có kim loại nguyên chất hoàn toàn, nên vật thể có điện trở bằng 0
chỉ là vật dẫn lý tưởng.
Năm 1911, Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân nhận thấy rằng sự
phụ thuộc của điện trở thủy ngân vào nhiệt độ khác hẳn sự phụ thuộc đối với kim lọai
khác. Khi nhiệt độ thấp,địên trở thủy ngân không phụ thuộc vào nhiệt độ nữa, chỉ phụ
thuộc vào nồng độ tạp chất. Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống tới Tc=4,1 độ K, điện trở đột
ngột hạ xuống 0 một cách nhảy vọt. Hiện tượng nói trên gọi là hiện tượng siêu dẫn, và Tc
là nhiệt độ tới hạn.

Đến tháng 1 năm 1986 tại Zurich, hai nhà khoa học Alex Muller và Georg Bednorz tình
cờ phát hiện ra một chất gốm mà các yếu tố cấu thành là: Lantan, Đồng, Bari, Oxit kim
loại. Chất gốm này trở nên siêu dẫn ở nhiệt độ 35 độ K.
Một thời gian ngắn sau, các nhà khoa học Mỹ lại phát hiện ra những chất gốm tạo thành
chất siêu dẫn ở nhiệt độ tới 98 độ K.
Ở Việt Nam, nghiên cứu về siêu dẫn cũng đã được các nhà khoa học của Trường đại học
Tổng hợp Hà Nội trước đây, nay là Đại học Quốc gia Hà Nội thực hiện trong khoảng gần
hai chục năm qua. Các nhà khoa học Việt Nam làm lạnh bằng Nitơ lỏng và đã tạo ra được
một số vật liệu siêu dẫn thuộc loại rẻ tiền
Sự khác biệt giữa vật siêu dẫn và vật dẫn điện hoàn hảo
Từ trường bên trong vật dẫn điện hoàn hảo và vật siêu dẫn dưới tác động của môi trường
ngoài ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp (nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ Curi). Từ trường bị
đẩy ra khỏi vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của vật
liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp là trạng thái
không thuận nghịch.
3.Ứng dụng hiện tượng siêu dẫn
• Chuyển tải điện năng
• Đoàn tầu chạy trên đệm từ
• Tạo ra Máy gia tốc mạnh
• Máy đo điện trường chính xác
• Cái ngắt mạch điện từ trong máy tính điện tử siêu tốc
• Máy quét MRI dùng trong y học
3.1 chuyển tải điện năng
Sự phát triển của ngành điện hiện đại, điện vật lý, vật lý năng lượng cao, tổng hợp nhiệt
hạch có điều khiển, công nghệ cao về y học và nhiều ngành khoa học kỹ thuật khác
không thể có được nếu không sử dụng rộng rãi những thiết trí ứng dụng hiện tượng siêu
dẫn.
Trong thuật ngữ kỹ thuật, vật liệu siêu dẫn được chia thành hai loại: Vật liệu siêu dẫn
nhiệt độ thấp (VSNT) hoạt động ở mức nhiệt độ hêli và các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ
cao (VSNC) có khả năng hoạt động ở cấp nhiệt độ sôi của nitơ lỏng (~ 77 K).

Trong số rất nhiều hợp kim và hợp chất VSNT có thể có, sau gần bốn mươi năm tiến
hành lựa chọn, người ta đã xác định được hai vật liệu đầu bảng là hợp kim Nb -Ti
được biến dạng và hợp chất giữa các kim loại Nb3Sn, về nguyên tắc thoả mãn được
những đòi hỏi chủ yếu của ngành điện và điện vật lý. Chính các vật liệu Nb -Ti và
Nb3Sn tại nhiệt độ làm việc từ 1, 8 đến 8 K thực tế đảm bảo mức yêu cầu trên toàn bộ
dải từ trường và mật độ dòng làm việc trong các thiết trí kỹ thuật điện và điện vật lý.
Những VSNC chính đang được sử dụng ngày nay là những vật liệu trên cơ sở các hợp
chất: Bi2Sr2CaCu2Ox (Bi-2212); Bi2Sr2Cu2CXu3Ox (Bi - 2223) và YBa2Cu3O7
(Y-123).
Các chất siêu dẫn trên cơ sở của hợp chất Bi -2212 do nhiệt độ tới hạn tương đối thấp
(90 K) không có ý nghĩa để sử dụng ở cấp nhiệt độ sôi của nitơ lỏng. ở các nhiệt độ từ
hêli đến hyđrô, chúng có khả năng tải dòng vượt trội hơn các vật liệu nhiệt độ thấp
trong các từ trường mạnh (Nb-Ti; Nb3Sn) ở nhiệt độ 4, 2 K. Về kết cấu, dây dẫn Bi
-2212 được chế tạo bằng phương pháp "bột tán - trong ống" chủ yếu ở dạng băng
(dải) và đôi khi ở dạng các dây xoắn trong lớp vỏ bọc bằng bạc hoặc hợp kim bạc.
Chất siêu dẫn Bi -2223 khi chế tạo ít đòi hỏi về mặt công nghệ hơn so với Bi -2212,
tuy nhiên nhiệt độ tới hạn 107 K cho phép đạt được ở các nhiệt độ của nitơ (~ 77 K)
mật độ dòng điện tới 108 A/m2 trong từ trường của dòng điện bản thân nó. Khi giảm
nhiệt độ tới 35 K, vật liệu hoạt động hoàn toàn có hiệu quả (mật độ dòng ở mức 108
A/m2) với độ cảm ứng của từ trường đạt tới gần 5 T (tesla). Công nghệ chế tạo tương
tự như Bi -2212.
Để nghiên cứu triển khai kỹ thuật, người ta sử dụng các phần tử tải dòng trên cơ sở
hợp chất Bi -2223 trong vỏ bọc bằng bạc và các dây dẫn trên cơ sở hợp chất Y -Ba-
Cu-O. Dây dẫn compozit trên cơ sở hợp chất Bi -2223 được sử dụng cho dải các
trường dưới 0, 5 T ở 77 K. Các vật liệu trên cơ sở hợp chất Y-Ba-Cu-O có khả năng
làm việc trong trường từ tới 5 T ở 77 K hiện nay đã bắt đầu được tăng cường nghiên
cứu triển khai cho các thiết trí kỹ thuật điện sắp tới, kể cả các bộ tích trữ năng lượng.
Đến ngày nay đã tạo ra được công nghệ sản xuất những sản phẩm lớn Y -123 và các
bộ phận bằng bitmut (các phần tử tải dòng hình xuyến). Đã bắt đầu chế tạo các vật
liệu khối lớn, những vật liệu này ở chế độ trường đông lạnh có khả năng cạnh tranh

được với các nam châm vĩnh cửu như Nd -Fe-B.
Chất siêu dẫn trên cơ sở hợp kim Nb -Ti biến dạng
Các dây dẫn trên cơ sở các hợp kim Nb -Ti đang chiếm ưu thế trên thị trường vật liệu
siêu dẫn toàn thế giới.
Các hợp kim của hệ thống Nb -Ti có trị số tối đa về trường tới hạn trên ~ 11 T và
nhiệt độ tới hạn ~ 9, 85 K. Thông thường, các chất siêu dẫn Nb -Ti được sử dụng
trong các trường 1 - 8 T ở nhiệt độ 4,2 - 4, 5 K. Trong công nghiệp chế tạo, người ta
lựa chọn hợp kim Nb -Ti (46 - 48,5% khối lượng).
Dây compozit trên cơ sở hợp kim Nb -Ti là compozit chứa các sợi Nb - Ti được phân
bố trong ma trận bằng đồng siêu tinh khiết hoặc hợp kim điện trở trên cơ sở đồng.
Trong thành phần compozit có thể có các vật liệu khác được sử dụng để làm các rào
khuyếch tán và điện trở (Nb, Cu-Ni, Cu-Mn). Chuỗi dây compozit Nb -Ti rất rộng, từ
các dây đường kính 0,3 - 1, 5 mm với 6 - 100 sợi kích thước 25 - 100 mm tới các dây
compozit đường kính 0,1 - 0, 25 mm chứa khoảng 106 sợi kích thước 0,1 - 0,5 mm
trong ma trận bằng các hợp kim điện trở. Số lượng đáng kể các dây dẫn Nb -Ti đường
kính 0,65 - 0, 85 mm với các sợi 6 - 10 mm để chế tạo hệ thống từ của máy gia tốc
cần thiết cho sự phát triển của ngành vật lý năng lượng cao.
Đến nay, công nghệ chế tạo các chất siêu dẫn Nb -Ti đã khá hoàn thiện. Mật độ dòng
tới hạn đạt được trong sản xuất hàng loạt các dây với đường kính sợi 6-10 mm là
3.103 A/mm2 trong trường 5 T. Giá thành các chất siêu dẫn Nb -Ti thuộc cấp này vào
khoảng 150 USD /kg.
Đối với các thiết trí bằng chất siêu dẫn vận hành ở dòng điện tần số công nghiệp, đã
nghiên cứu triển khai các dây dẫn Nb -Ti đường kính 0,15 - 0, 2 mm với mức tổn thất
thấp chứa các sợi siêu mỏng đường kính 0,1-0,2 mm được phân bố trong ma trận
bằng các hợp kim điện trở Cu -Ni hoặc Cu -Mn. ở tần số 50 Hz và biên độ trường ±
5,5 T, mật độ dòng tới hạn trong các dây dẫn đó là 2,1-3,3.103 A/mm2, mức tổn thất
từ trễ là 1,3-2,9 kW/m3. Giá thành các chất siêu dẫn cấp này là trên 1.000 USD /kg (±
0, 5 T ở tần số 50 Hz). Cả mức tổn thất năng lượng tương đối cao ở nhiệt độ 4, 2 K
cũng như giá thành vật liệu này là những yếu tố kìm hãm sự phát triển các công trình
chế tạo VSNT cho các thiết trí kỹ thuật điện vận hành ở tần số công nghiệp.

Các nhà sản xuất chính các chất siêu dẫn Nb -Ti trên thế giới là: Oxford Instrument
(OST), Outokumpu US, Magnex Ltd, Wang NMR (Mỹ); Alstom Power Conversation
(Pháp); European Advanced Superconducters (EAS) Europa Metalli (Ý); Outokumpu
Poricopper Oy (Phần Lan); Furu - Kawa; Hitachi Cable; Sumitomo; Kobe Steel (Nhật
Bản).
Chất siêu dẫn trên cơ sở hợp chất giữa các kim loại Nb3Sn
Để sử dụng trong thực tế ngành điện, người ta cũng quan tâm tới các chất siêu dẫn
nhiều sợi trên cơ sở hợp chất giữa các kim loại Nb3Sn (nhiệt độ tới hạn quá độ
chuyển sang trạng thái siêu dẫn là ~ 18,6 K, có khả năng làm việc trong các từ trường
cao với độ cảm ứng từ 20 - 24 T). Thông thường, kết cấu các chất siêu dẫn compozit
trên cơ sở Nb3Sn phức tạp hơn so với các chất siêu dẫn Nb -Ti. Theo công nghệ
"đồng thanh" dựa trên sự khuyếch tán pha rắn của thiếc từ ma trận Cu -Sn vào các sợi
niobi (Nb) trong thời gian dài xử lý nhiệt ở nhiệt độ 600 - 800 oC người ta thu được
các dây dẫn kết cấu khác nhau với chiều dài trên 10 km và số lượng sợi tới 2.104.
Riêng lớp siêu dẫn với độ dầy cỡ micromét được sắp xếp ở lớp biên phân cách giữa
sợi niobi và ma trận đồng thanh.
Các dây siêu dẫn nhiều sợi được chế tạo theo công nghệ "đồng thanh" có độ ổn định
cao về các tính chất siêu dẫn và tổn thất năng lượng từ trễ tương đối thấp. Chúng có
mật độ dòng tới hạn (Jc) tới 900 A /mm2 (12 T; 4,2 K) và mức tổn thất từ trễ (Q) tới
400 mJ /cm3 (± 3 T). Các dây siêu dẫn loại này được các hãng sau đây sản xuất: EAS
(trước đây là hãng Vacuumschmelze) ở Đức và Furukawa, Hitachi, JASTEC (trước
đây là Kobe Steel) ở Nhật Bản. Giá thành dây dẫn này tùy theo các đặc tính kỹ thuật,
là 600 - 800 USD/kg (12 T; 4,2 K).
Các dây dẫn được chế tạo theo phương pháp nguồn thiếc bên trong có khả năng tải
dòng cao hơn. Cách đây không lâu, người ta đã đạt được những trị số kỷ lục về mật
độ dòng tới hạn, khoảng 3.000 A /mm2 trong trường 12 T, nhưng với tổn thất từ trễ
rất cao Q ³ 6.000 mJ/cm3.
Các hãng áp dụng công nghệ nguồn thiếc bên trong để sản xuất dây siêu dẫn Nb3Sn
là: Mitsubishi Electric, Showa Electric (Nhật Bản), Oxford Instrument, Outokumpu
US, Supergenics (Mỹ) và Europa Metalli (Ý). Mức mật độ dòng tới hạn trong dây

compozit được các hãng nói trên khuyến nghị phụ thuộc đáng kể vào yêu cầu đặt ra
đối với mức tổn thất từ trễ của dây dẫn. Thí dụ, khi cần phải đảm bảo tổn thất ở mức
£ 250 mJ/cm3 thì mật độ dòng tới hạn tại tiết diện không có đồng là 750 - 900
A/mm2 (12 T; 4 K). Khi không có các đòi hỏi về tổn thất từ trễ Jc (12 T; 4,2 K) thì
mật độ dòng tới hạn có thể đạt tới 2.500 - 3.000 A/mm2. Giá thành chất siêu dẫn loại
này tới 1.200 USD /kg (12 T; 4,2 K) tùy theo các đặc tính kỹ thuật.
Tính giòn tăng cao của hợp chất giữa các kim loại Nb3Sn là hạn chế đáng kể đối với
mức biến dạng cho phép của dây compozit khi chế tạo các cuộn dây. Vì lý do đó
trong hàng loạt trường hợp người ta áp dụng công nghệ "Quấn dây - ủ dây", nghĩa là
cuộn dây được chế tạo bằng dây "chưa tinh chế", sau đó được ủ bằng khuyếch tán
nhiệt. Thời gian xử lý nhiệt bằng khuyếch tán sau khi quấn dây là 60 giờ, ngắn hơn
đáng kể so với các công nghệ khác.
Từ năm 1992, hãng Shape Metal Innovation (SMI) đã chế tạo các chất siêu dẫn theo
công nghệ này. Hãng này đã đạt được trị số mật độ dòng tới hạn (Jc) trên 1.500 A
/mm2 (12 T; 4,2 K), tổn thất từ trễ dưới 400 mJ /cm3. Giá thành của chất siêu dẫn
loại này lên tới 690 USD /kg (12 T; 4,2 K).
Dây siêu dẫn nhiều sợi trên cơ sở hợp chất giữa các kim loại NbJAI ít bị suy giảm về
các đặc tính tới hạn dưới tải. Một số hãng Nhật Bản đang nghiên cứu triển khai loại
chất siêu dẫn này. Đến nay các hãng đó mới chỉ chế tạo được trong phòng thí nghiệm
và giá thành hiện nay còn rất cao.
Vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao thuộc các thế hệ thứ nhất và thứ hai
Ngày nay ở các nước phát triển (Mỹ, châu Âu, Nhật) và hàng loạt các nước đang phát
triển (Trung Quốc, Hàn Quốc) đang diễn ra bước quá độ từ giai đoạn nghiên cứu
triển khai sang giai đoạn sản xuất công nghiệp với sản lượng tương đối lớn các vật
liệu siêu dẫn kỹ thuật trên cơ sở các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao (VSNC) và thử
nghiệm chúng với việc chế tạo hàng loạt các thiết trí mẫu kỹ thuật điện ở nhiệt độ cực
thấp như cáp điện lực, bộ dẫn dòng, bộ hạn chế dòng, máy biến áp, động cơ và máy
phát điện, các hệ thống từ, v.v.
Rất nhiều công ty hàng đầu như AMSC (Mỹ), EAS, Trithor (Đức), Sumitomo
Electric Industry (SEI), Furukawa, Hitachi (Nhật), Innova ST (Trung Quốc), có sản

lượng dây dẫn VSNC đạt tới 1.000 km mỗi năm. Nhiều dự án xây dựng các xí nghiệp
công nghiệp đang được tích cực thực hiện với sản lượng lên tới 20.000 km một năm
(AMSC - Mỹ). Khối lượng vốn đầu tư của cả tư nhân, cũng như của nhà nước cho
việc nghiên cứu triển khai các công nghệ này ở Mỹ lên tới 100 triệu USD mỗi năm.
Cho đến nay, phương pháp chế tạo hoàn chỉnh nhất về mặt kỹ thuật đối với các
VSNC ở dạng dây compozit dài là phương pháp "bột tán trong ống". Phương pháp
này cho phép dễ dàng thay đổi kết cấu dây dẫn cho các công dụng khác nhau và chế
tạo được những dây siêu dẫn liền sợi dài tới vài kilômét (dây VSNC thế hệ thứ nhất,
hoặc dây siêu dẫn 1-G). Những thành công lớn nhất đạt được trong việc áp dụng
phương pháp này thích hợp với việc chế tạo các vật liệu siêu dẫn dạng băng trên cơ
sở hợp chất (Bi, Pb)2Sr2Ca2Cu3O10-d (Bi-2223). Hợp chất này ở giai đoạn đầu của
công nghệ chế tạo được đổ vào ống bằng bạc hoặc hợp kim bạc ở dạng bán thành
phẩm bột tán.
ở nhiều nước đã hình thành việc chuyên môn hóa các hãng sản xuất bán thành phẩm
như Nexans Superconductor (Đức), Superconductor Components, Seatle
Superconductors (Mỹ), v.v. và về chế tạo, cung cấp thành phẩm - các dây siêu dẫn
đoạn dài cho những công dụng cụ thể. Trong số những hãng nổi tiếng trước hết phải
kể đến AMSC (Mỹ), Innova ST (Trung Quốc), Sumitomo Electric Industry (Nhật),
EAS, Trithor (Đức).
Đặc tính các dây dẫn do các hãng kể trên chế tạo theo các số liệu năm 2005 được
trình bày trong bảng 1. Giá của các dây dẫn Bi -2223/Ag cho mức nhiệt độ 77 K sẽ
giảm đáng kể vào năm 2010.
ở Nga, trong điều kiện cấp kinh phí hiện nay mới chỉ sản xuất thí nghiệm các
compozit Bi -2223/Ag.
Các compozit VSNC chế tạo theo phương pháp "bột tán trong ống" có dòng công tác
không cao, bị hạn chế về từ trường ở 77K, và giá thành cao, do vậy người ta nghiên
cứu triển khai các compozit đoạn dài trên cơ sở hợp chất Y -Ba-Cu-O trên các phần
tử mang - nền đệm (thường là niken và các hợp kim niken) kim loại đoạn dài. Các
chất siêu dẫn này mang tên "VSNC thế hệ thứ hai" hoặc các chất siêu dẫn 2-G.
3.2 Đoàn tàu chạy trên đệm từ

Dựa vào "nam châm siêu dẫn", người Nhật và người Đức thiết kế ra các đoàn tầu chạy
trên đệm từ. Người Nhật đã thử nghiệm với khoảng 3 - 4 công nghệ tầu chạy trên đệm từ
khác nhau, lấy tên là Maglev dựa theo: thực hiện phép nâng điện - động lực học bằng
cách tạo ra 2 từ trường đối nhau giữa các nam châm siêu dẫn đặt trên con tầu và những
cuộn dây lắp trong đường ray hình chữ U bằng bê tông.
Sau đây là một hình mẫu nhiều triển
vọng nhất đã thử nghiệm đến lần thứ ba,
có thông số kỹ thuật: tầu chạy từ Tokyo
đến Osaka cách nhau khoảng 500km,
mục tiêu chở 100 khách chạy trong một
giờ. Từ trường do nam châm siêu dẫn
tạo ra cực mạnh đủ để nâng con tầu lên
10 cm khỏi đường ray. Đường ray có
mặt cắt hình chữ U, trên nó có lắp 3
cuộn dây từ, được cung cấp điện bởi các
trạm nguồn đặt dưới đất dọc đường tầu.
Nam châm siêu dẫn đặt trên tầu và đặt
trong những bình chứa Helium đã hoá
lỏng, tạo ra nhiệt độ thấp là 269 độ dưới
không độ, khi có dòng điện đi qua, sinh
ra một từ trường khoảng 4,23 tesla nâng
tầu bổng lên trong khung đường ray chữ
U.
Nhờ lực hút và lực đẩy xen kẽ giữa hai cực Nam - Bắc của cuộn giây và nam châm, con
tầu cứ thế tiến lên phía trước. Điều khiển tốc độ nhờ điều chỉnh biến đổi tần số dòng điện
trong cuộn dây từ 0 đến 50 Hz và điều chỉnh tốc độ từ xa tại trung tâm điều khiển. Để
hãm tầu, người ta làm cách hãm như trên máy bay. Người Nhật đã phải vừa sản xuất vừa
thử nghiệm trong 7 năm với kinh phí trên 3 tỷ USD. Hệ thống trên đôi khi còn được gọi
là hệ thống "Vận tải trên bộ tốc độ cao" (High Speed Surface transport - HSST).
+ Theo hướng công nghệ HSST này, người Đức chế tạo ra tầu "Transrapid" chạy trên

đệm từ và cũng theo nguyên lý phát minh từ những năm 1960 theo công nghệ hơi khác
người Nhật đôi chút, đó là phương pháp nâng điện từ nhờ tác động của những thanh nam
châm đặt trên tàu, với những nam châm vô kháng chạy bên dưới và hai bên đường tầu
hình chữ T. Ước vận tốc đạt 450 km/giờ chạy trên đường Berlin tới Hambourg, kinh phí
khoảng 6 tỷ USD. Ngoài ra, người Pháp cũng đã và đang quan tâm đến vấn đề vận tải
siêu tốc trên bộ bằng siêu dẫn.
3.3 máy gia tốc mạnh

Máy gia tốc hạt vòng xuyến
High Một con tàu của Nhật ứng dụng hệ thống
Speed Surface transport - HSST (Ảnh: bobbea)

+ Một ứng dụng quan trọng khác nữa là, có thể tạo ra được máy gia tốc mạnh để nghiên
cứu đặc tính gốc của nguyên tử. Người ta dùng những nam châm cực mạnh để bẻ cong
các chùm hạt, làm cho chúng chạy theo đường tròn để chúng va đập vào nhau, qua đó
nghiên cứu những "mảnh" sinh ra do những va đập mạnh đó; người ta gọi đó là "siêu va
đập siêu dẫn", dựa theo nguyên tắc này, các nhà khoa học Mỹ đang tiến hành xây dựng
một "máy gia tốc cực mạnh" trong đường hầm dài 88 km ở bang Texec để nghiên cứu các
hạt cơ bản của vật chất.
3.4Máy quét MRI dùng trong y học
các nhà khoa học khai thác hiện tượng siêu dẫn trong các ứng dụng
đặc biệt như máy chụp cắt lớp cộng hưởng từ (MRI) và máy tạo sự
va đập của các hạt vật lý năng lượng cao, được làm lạnh bằng Heli
lỏng. Nhưng các ứng dụng thông dụng hơn như việc thay thế hệ
thống đường dây điện bằng các loại dây siêu dẫn vẫn chưa thể thực
hiện được nếu không có các vật liệu có khả năng siêu dẫn ở nhiệt
độ cao hơn.
3.4 ứng dụng khác
một ứng dụng vô cùng quan trọng nưa là khả năng giữ được trạng thái thứ tư cua vật liệu-
trạng thái plasma. Chúng ta biết rằng phản ứng nhiệt hạch (Thermonuclear reactions) với

khả năng tạo ra một năng lượng khổng lồ, hãy thử hình dung năng lượng được tạo ra do
phản ứng nhiệt hạch từ một gam D-T tương đương với năng lượng từ 10000 lits
dầu.Nhưng ở trạng thái plasma với thành phần chủ yếu là Hidro nà hêli và nhiệt độ
khoảng 60000C sẽ không co loại vật liệu nào có thể giữ, khống chế được nguồn năng
lương này. Với khả năng ưu việt của mình các Ions và electrons quay xung quanh các
đường từ trường tạo ra một áp lực tử vô cùng lớn có thể giữ được trạng thái plasma trong
các lò phản ứng hạt nhân.
Sự khác biệt giữa vật siêu dẫn và vật dẫn điện hoàn hảo
Từ trường bên trong vật dẫn điện hoàn hảo và vật siêu dẫn dưới tác động của môi trường
ngoài ở nhiệt độ phòng và nhiệt độ thấp (nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ Curi). Từ trường bị
đẩy ra khỏi vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu của vật
liệu siêu dẫn ở nhiệt độ phòng. Trạng thái của vật siêu dẫn ở nhiệt độ thấp là trạng thái
không thuận nghịch.
Vật liệu siêu dẫn
Một số ứng dụng của chất siêu dẫn:
- Tàu đệm từ. Nam châm siêu dẫn mạnh sẽ trở nên nhỏ hơn và tốn ít năng lượng hơn các
nam châm điện như hiện nay.
- Siêu máy tính. Các nút bấm tí hon làm bằng chất siêu dẫn sẽ giúp máy tính đạt được tốc
độ một nghìn nghìn tỉ phép tính mỗi giây.
- Bom E. Từ trường siêu dẫn sẽ tạo ra một dao động để huỷ thiết bị truyền động điện tử.
Thirty bị này đã từng được quân đội Mỹ sử dụng năm 2003.
4.1 Vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao dựa trên nền sắt đầu tiên
Hơn hai mươi năm qua, các nhà vật lý vẫn không thể lý giải
một cách chính xác hiện tượng siêu dẫn nhiệt độ cao tại sao
dường như chỉ xảy ra ở nhóm đặc biệt các hợp chất hầu như
chỉ dựa trên đồng (Cu) và xảy ra như thế nào. Và mới đây, các
nhà khoa học ở Nhật Bản đã khám phá ra một loại chất siêu
dẫn nhiệt độ cao hoàn toàn mới dựa trên sắt (Fe) cho phép các
nhà vật lý tìm hiểu dễ dàng hơn và làm sáng tỏ những điểm
quan trọng về hiện tượng đầy bí ẩn

Siêu dẫn là sự biến mất hoàn toàn của điện trở của vật liệu khi
được làm lạnh dưới nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn (TC). Hiện tượng siêu dẫn dựa trên việc
tạo ra các cặp điện tử tương hỗ với nhau, thông qua tạo thành các cặp gọi là gặp Cooper
để chuyển dời trong vật liệu mà không bị cản trở (không có điện trở). Hiện tượng này
được miêu tả trong lý thuyết Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) về hiện tượng siêu dẫn
nhiệt độ thấp, ở đó các cặp Cooper được nhờ việc liên kết các điện tử với nhau thông qua
trao đổi các phonon (hạt trường của dao động mạng tinh thể).
Tuy nhiên, lý thuyết BCS không thể lý giải được các tính chất của các chất siêu dẫn nhiệt
độ cao, được khám phá từ năm 1986 (giá trị nhiệt độ chuyển pha cao nhất hiện nay đạt tới
138 K), và các hợp chất này hầu hết đều là các hợp chất của đồng (cuprates) chứa các mặt
phẳng song song của ôxit đồng mà ở đó các nguyên tử đồng nằm trên một mạng hình
vuông và điện tích được mang bởi các lỗ trống ở vị trí của Ôxi. Mỗi nguyên tử đồng sẽ có
một điện tử không kết cặp và do đó các nhà nghiên cứu tin rằng mômen từ (hay spin) liên
kết với nhau sẽ tạo ra tính chất siêu dẫn trong các vật liệu này.
Hình 1. Cấu trúc tinh thể và phổ nhiễu xạ tia X của vật liệu (J. Am. Chem. Soc. 130
3296).
Mới đây, Hideo Hosono cùng các cộng sự ở Viện Công nghệ Tokyo (Nhật Bản) lần đầu
tiên khám phá ra một vật liệu siêu dẫn nhiệt độ cao có nhiệt độ chuyển pha 26 K được
dựa trên các hợp chất của sắt -Fe (có thể xem các kết quả này trên J. Am. Chem. Soc. 130
3296). Đây là hợp chất LaOFeAs chứa các lớp của Lanthanum (La) Ôxi (O) bị kẹp
giữa bởi các lớp của Sắt (Fe) và Arsenic (As) – và bị pha tạp thêm các ion Fluoride.
Các nhà nghiên cứu hi vọng có thể tăng được nhiệt độ chuyển pha cao trên 26 K bằng
cách thay đổi các quá trình xử lý vật liệu (ví dụ như đặt áp suất…). Các nghiên cứu sơ bộ
ban đầu về vật liệu này đã giả thiết tính chất siêu dẫn xảy ra trong vật liệu không thuộc
loại trung gian phonon (phonon-mediated) như được kỳ vọng từ lý thuyết cổ điển BCS,
nhưng có thể không giống như được dự đoán trong các hợp chất siêu dẫn nhiệt độ cao
kiểu “cuprates”.
“Ai đó có thể cho là tính siêu dẫn trong các vật liệu kiểu này là trung gian phonon trong
các vật liệu siêu dẫn nhiệt độ thấp,” – Kristjan Haule, một nhà vật lý lý thuyết ở Đại học
Rutgers (Mỹ) đang làm việc trong một nhóm cũng đang nghiên cứu về loại vật liệu này.

“Tuy nhiên, chúng tôi đã tiến hành các tính toán bằng lý thuyết phiếm hàm và giả thiết
rằng TC hầu như phải xung quanh 1 K nếu như các phonon có chức năng đó”. Nhóm của
Haule đã tính toán được rằng các hợp chất không pha tạp LaOFeAs có tính kim loại rất
tồi ở nhiệt độ thấp và hầu như là một chất cách điện. Haule nói trên Physicsworld.com:
“Đây là một bằng chứng mạnh mẽ để nói rằng tính siêu dẫn không phải được trung gian
bởi các phonon, tính chất đòi hỏi phải ở trạng thái kim loại rất tốt với các hạt tải kết
hợp”.

Hình 2. Sự thay đổi của điện trở suất và độ cảm từ phụ thuộc
vào nhiệt độ của vật liệu. Tính chất chuyển pha xảy ra ở 26 K
(J. Am. Chem. Soc. 130 3296).

Thật vậy, tính kim loại kém này giống như các chất siêu dẫn nhiệt độ cao bị pha tạp nhẹ -
Haule giải thích thêm. Theo nhóm của Haule, điều này có nghĩa rằng các lý thuyết liên
kết yếu – ví dụ lý thuyết thăng giáng spin – từng được giả thuyết trong quá khứ để mô tả
các hợp chất cuprates sẽ không còn hữu ích để giải thích tính siêu dẫn trong các hợp chất
LaOFeAs. Và các kết quả nghiên cứu thực nghiệm sơ bộ từ nhóm của Hosono rất phù
hợp với những phát hiện này.
Vật liệu siêu dẫn mới này cũng là một bằng chứng để chứng tỏ rằng tính siêu dẫn không
bị hạn chế bởi các ôxit đồng và một vài hợp chất khác dựa trên Uranium (U), Cerium
(Ce), Plutonium (Pu). Mặc dù tính siêu dẫn có thể bị phá hủy bởi từ trường cao, nhưng
khám phá đã chỉ ra rằng thậm chí nó có thể tồn tại trong các vật liệu có từ tính mạnh (ví
dụ như Sắt khi được bao quanh bởi các nguyên tử thích hợp, mà trong trường hợp này là
As). Hơn nữa, hiệu ứng này có liên quan đến tính chất quỹ đạo của điện tử, mà thường bị
bỏ quên trong các hợp chất cuprates, cũng có thể đóng vai trò quan trọng. Haule tin rằng
loại vật liệu siêu dẫn mới này có thể cực kỳ quan trọng cho công nghệ nhưng vẫn rất cần
nhiều nghiên cứu thêm trước khi nói gì một cách chắc chắn.
SILICON siêu dẫn ở nhiệt độ phòng
Các nhà khoa học Đức và Canada tuyên bố vượt qua siêu thử thách của ngành điện tử, đó
là tạo ra chất siêu dẫn ở nhiệt độ phòng mà chỉ dùng các hợp chất thông thường.

Với khí SiH4 ở áp suất cao, các nhà khoa học đã tạo ra được vật liệu siêu dẫn ở nhiệt độ
phòng. Source: Wikipedia
Đầu năm nay, TTCN đã tóm tắt về sự tiến triển trong việc tìm kiếm vật liệu siêu dẫn. Có
lẽ bước tiến quan trọng nhất trong lĩnh vực này đã được một nhóm các nhà khoa học của
Canana và Đức thực hiện thành công và đã được công bố mới đây. Nhóm này đã phát
triển được một hợp chất siêu dẫn ở nhiệt độ thường bao gồm silicon và Hydro mà không
cần bộ máy làm lạnh.
Chìa khóa của hiện tượng siêu dẫn ở nhiệt độ thường là áp suất, yếu tố mà trước đây được
coi là rào cản không thể vượt qua trong ngành điện tử. Một số hợp chất, nếu được nén ở
áp suất lớn sẽ có những đặc tính đặc biệt, trong đó có siêu dẫn.
Giáo sư John Tse của Đại học Saskatchewan (University of Saskatchewan) Canada nói
"Nếu hợp chất của Hydro được đặt dưới áp suất đủ lớn thì chúng sẽ có tính siêu dẫn.
Tính siêu dẫn này có thể được bảo toàn ngay cả ở nhiệt độ cao, không cần được làm
lạnh."
Thế nhưng trong nhiều năm nay, những cố gắng để nén Hydro đến mức cần thiết đều đi
đến thất bại. Những nhà nghiên cứu Canada và Đức đã tìm được chìa khóa của vấn đề mà
mọi người khác thất bại, đó là pha tạp Silicon vào Hydro.
Chất siêu dẫn mới là một hợp chất có tên "Silane". Hợp chất này có cấu trúc tương tự
Metal với nguyên tử Si thay cho nguyên tử C ở tâm.
Giáo sư Tse đã phát triển phần lí thuyết của hiện tượng siêu dẫn của Silane với sự giúp đỡ
của Yansun Yao một nghiên cứu sinh tại Đại học Saskatchewan. Lí thuyết này đã được
chứng minh bằng thực nghiệm bởi nhà nghiên cứu Mikhail Eremets tại Học viện Max
Planck (Max Planck Institute) Đức.
Các nhà khoa học hy vọng rằng những kết quả trên sẽ nhanh chóng được áp dụng trong
công nghiệp, trong đó có cả làm dây dẫn điện cho các siêu máy tính.
****CÔNG NGHỆ NANO****
A.KHÁI NỆM
“ Là ngành công nghệ liên quan đến việc thiết kế, phân tích, chế tạo và ứng
dụng các cấu trúc, thiết bị và hệ thống bằng việc điều khiển hình dáng, kích thước
trên quy mô nanomét.

B.VẬT LIỆU NANO
Vật liệu nano là loại vật liệu có kích thước cỡ nanômét.
Đây là đối tượng nghiên cứu của khoa học nano và công nghệ nano, nó liên kết hai
lĩnh vực trên với nhau. Tính chất của vật liệu nano bắt nguồn từ kích thước của
chúng, vào cỡ nanômét, đạt tới kích thước tới hạn của nhiều tính chất hóa lý của
vật liệu thông thường. Đây là lý do mang lại tên gọi cho vật liệu.
Kích thước vật liệu nano trải một khoảng từ vài nm đến vài trăm nm phụ thuộc
vào bản chất vật liệu và tính chất cần nghiên cứu.
Vật liệu nano là vật liệu trong đó ít nhất một chiều có kích thước nano mét. Về
trạng thái của vật liệu, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật
liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó mới
đến chất lỏng và khí. Về hình dáng vật liệu, người ta phân ra thành các loại sau:
• Vật liệu nano không chiều (cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn
chiều tự do nào cho điện tử), ví dụ, đám nano, hạt nano
• Vật liệu nano một chiều là vật liệu trong đó hai chiều có kích thước nano,
điện tử được tự do trên một chiều (hai chiều cầm tù), ví dụ, dây nano, ống
nano,
• Vật liệu nano hai chiều là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano,
hai chiều tự do, ví dụ, màng mỏng,
• Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ
có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano
không chiều, một chiều, hai chiều đan xen lẫn nhau.
Vật liệu nano gồm 2 loại chính là : nanolay và ống nano carbon
1.NANOCLAY
Nanoclay (còn gọi là nano khoáng sét) được cấu tạo từ các lớp mỏng, mỗi lớp có
chiều dày từ một đến vài nanomét, còn chiều dài từ vài trăm đến vài nghìn
nanomet. Loại nanoclay đầu tiên được tìm thấy trên thế giới là montmorillonit (ở
Montmorillon, Pháp, năm 1874).
Montmorillonit (viết tắt là MMT) thuộc nhóm smectit, cùng với các loại khoáng
khác như cao lanh, palygorskit, sepiolit, là những loại khoáng quan trọng trong

công nghiệp. Khoáng Smectite thường được gọi bằng cái tên bentonit, đây là tên
một loại đá chứa chủ yếu loại khoáng này.
Smectite là họ các khoáng trong đó bao gồm 2 loại quan trọng nhất:
• Natri montmorillonit
• Canxi montmorillonit
Cấu trúc
Cấu trúc lý tưởng của nanoclay montmorillonit
Năm 1933, U. Hoffman, K. Endell và D. Wilm công bố cấu trúc tinh thể lý tưởng
của montmorillonit. Cấu trúc này bao gồm 2 tấm tứ diện chứa silic và 1 tấm bát
diện chứa nhôm hoặc magiê diện bị kẹp giữa 2 tấm tứ diện. Các tấm này có chung
các nguyên tử oxy ở đỉnh. Độ dày của mỗi lớp clay khoảng 9,6Å. Khoảng cách
giữa hai lớp clay bằng tổng độ dài của chiều dày một lớp nanoclay với khoảng
cách giữa hai lớp nanoclay được gọi là khoảng cách cơ bản (gọi tắt là khoảng cách
d). Độ dày tinh thể từ 300Å đến vài μm hoặc lớn hơn, tuỳ thuộc loại silicat.
Công thức chung của MMT có dạng Mx(Al4 – xMgx)Si8O20(OH)4. Trong đó M
là cation đơn hoá trị, x là mức độ thế x = 0,5 ÷ 1,3.
Mặc dù trong cấu trúc của chúng đều có các cấu trúc tứ diện và bát diện sắp xếp
thành từng lớp nhưng tuỳ thuộc vào cấu trúc và thành phần mà các khoáng này có
tính chất vật lý và hoá học khác nhau.
Sự sắp xếp và thành phần của cấu trúc tứ diện hay bát diện quyết định đến tính
chất của clay. Kích thước, hình dạng, phân bố hạt cũng là những tính chất vật lý
quan trọng, các ứng dụng cụ thể đều phải căn cứ vào những tính chất này. Ngoài
ra, những đặc tính quan trọng khác như hoá học bề mặt, diện tích và điện tích bề
mặt cũng ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu.[1] Do khả năng thay thế đồng hình
của Si4+ cho Al3+ ở tấm tứ diện và của Al3+ cho Mg2+ hoặc Fe2+ ở tấm bát diện
nên giữa các lớp nanoclay có điện tích âm. Các điện tích âm này được trung hòa
bởi các cation kim loại kiềm hoặc kiềm thổ như Ca2+ và Na+ ở giữa các lớp clay.
Ngoài ra, do nanoclay có tính ưa nước cao, giữa các lớp nanoclay thường có các
nguyên tử nước. Các lớp nanoclay được liên kết với nhau bằng lực Van der Waals.
Các lớp clay có điện tích không giống nhau nên trong tính toán phải lấy giá trị

điện tích trung bình của toàn bộ tinh thể.[11]
Một số thông số vật lý của nanoclay
• Khối lượng phân tử (g/mol) 540,46
• Tỷ trọng trung bình (g/cm3) 2,35
• Hệ tinh thể Monoclinic
• Độ cứng Mohs ở 200C 1,5 – 2,0
• Màu sắc trắng, vàng
• Đặc tính Tinh thể trương lên nhiều lần khi hấp thụ nước
Một số tài liệu công bố thành phần hoá học của nanoclay có: Al = 9,98%, Si =
20,78%, H = 4,10% and O = 65,12%.
Ngoài Montmorillonite thì hectorit và saponit cũng là những loại vật liệu silicat
dạng lớp thông dụng và chúng đều có cấu trúc giống như trên. Bảng 2 dưới đây
cho biết công thức hoá học và một số đặc trưng của chúng. [2, 7]
Công thức hoá học và một số đặc trưng của 3 loại silicat dạng lớp thông dụng
Loại chất Công thức hoá học CEC (meq/100g) Chiều dài hạt (nm)
Montmorillonite Mx(Al4-xMgx)Si8O20(OH)4 110 100÷150
Hectorit Mx(Mg6-xLix)Si8O20(OH)4 120 200÷300
Saponit MxMg6(Si8-xAlx)Si8O20(OH)4 86,6 50÷60
Ghi chú:
M: cation hoá trị I
x: mức độ thế đồng hình (tù 0,5÷1,3)
CEC: khả năng trao đổi cation.
Biến tính nanoclay
Nanoclay là chất vô cơ, có tính ưa nước. Trong khi nền polyme để chế tạo vật liệu
nanocompozit là các chất hữu cơ và thường có tính kỵ nước. Do vậy, nanoclay rất
khó trộn hợp với polyme. Để tăng sự tương hợp giữa nanoclay và polyme thì
người ta phải biến tính nanoclay. Có một số phương pháp (kỹ thuật) dùng để biến
tính nanoclay, trong đó thông dụng nhất là phương pháp trao đổi ion.
Dưới đây là một số loại nanoclay thương mại hiện có bán trên thị trường
Nanomer®I.30E Nanocor, Inc. (Mỹ) - - -

Nanomer®I.28E Trimetyl stearyl amoni 1,7
Cloisite®Na+ Southern Clay Products, Inc. (Mỹ) Chưa biến tính <2% 2,86
Cloisite®30B Metyl tallow bis-2-hydroxyetyl amoni <2% 1,98
Cloisite®20A Dimetyl dihydrogenat tallow amoni <2% 1,77
Tixogel®MP250 Süd-Chemie (Đức) Muối amin bậc 4 <3% 1,66
Tixogel®MP100 <2,5% 1,43 ( “ />2.ỐNG NANO CARBON
Các ống nanô cácbon (Tiếng Anh: Carbon nanotube - CNT) là các dạng thù hình
của cacbon. Một ống nano cacbon đơn lớp là một tấm than chì độ dày một-
nguyên-tử cuộn tròn lại thành một hình trụ liền, với đường kính cỡ nanomet. Điều
này xảy ra trong các cấu trúc nano mà ở đó tỉ lệ giữa chiều dài và đường kính vượt
trên 10.000. Các phân tử cacbon hình trụ đó có các tính chất thú vị làm cho chúng
có khả năng hữu dụng cao trong rất nhiều ứng dụng của công nghệ nano, công
nghiệp điện tử, quang học, và một số ngành khoa học vật liệu khác. Chúng thể
hiện độ bền đáng kinh ngạc và các tính chất điện độc đáo, và độ dẫn nhiệt hiệu
quả. Các ống nano vô cơ cũng đã được tổng hợp.
Ống nano là một loại cấu trúc fullerene, trong đó cũng bao gồm cả buckyball.
Trong khi buckyball có dạng hình cầu, một ống nano lại có dạng hình trụ, với ít
nhất một đầu được phủ bởi một bán cầu có cấu trúc buckyball. Tên của chúng
được đặt theo hình dạng của chúng, do đường kính của ống nano vào cỡ một vài
nanomet (xấp xỉ nhỏ hơn 50.000 lần một sợi tóc), trong khi độ dài của chúng có
thể lên tới vài milimet. Các nhà nghiên cứu ở đại học Cincinnati (UC) đã phát
triển một quá trình để xây mạng thẳng hàng các ống nano cacbon cực dài. Họ đã
có thể sản xuất các ống nano cacbon dài 18mm
[1]
và có thể xoắn lại thành các sợi
nano cacbon. Có hai loại ống nano cacbon chính: ống nano đơn lớp (SWNT) và
ống nano đa lớp (MWNT).
Bản chất của liên kết trong ống nano cacbon được giải thích bởi hóa học lượng tử,
cụ thể là sự xen phủ orbital. Liên kết hóa học của các ống nano được cấu thành
hoàn toàn bởi các liên kết sp

2
, tương tự với than chì. Cấu trúc liên kết này, mạnh
hơn các liên kết sp
3
ở trong kim cương, tạo ra những phân tử với độ bền đặc biệt.
Các ống nano thông thường tự sắp xếp thành các "sợi dây thừng" được giữ với
nhau bởi lực Van der Waals. Dưới áp suất cao, các ống nano có thể trộn với nhau,
trao đổi một số liên kết sp
2
cho liên kết sp
3
, tạo ra khả năng sản ra các sợi dây
khỏe, độ dài không giới hạn thông qua liên kết ống nano áp suất cao.
[2]
Mô hình 3D của ba loại ống nano cacbon đơn lớp.
Hoạt hình cho thấy cấu trúc 3 chiều của một ống nanô.
• Các loại ống nano cacbon
• Đơn lớp Cách
đặt tên ống nano (n,m) có thể tưởng
tượng như là một vector (C
h
) trong
một tấm than chì vô hạn mà mô tả
cách "cuộn" tấm than chì để tạo ống
nano. T thể hiện trục của ống, và a
1

với a
2
là các vector đơn vị của

graphene trong không gian thực
Phần lớn các ống nano đơn lớp (SWNT-Single Wall Nanotube) có đường kính gần
1 nanomet, với độ dài đường ống có thể gấp hàng nghìn lần như vậy. Cấu trúc của
một SWNT có thể được hình dung là cuộn một lớp than chì độ dày một-nguyên-tử
(còn gọi là graphene) thành một hình trụ liền. Cách mà tấm graphene được cuộn
như vậy được biểu diễn bởi một cặp chỉ số (n,m) gọi là vector chiral. Các số
nguyên n và m là số của các vector đơn vị dọc theo hai hướng trong lưới tinh thể
hình tổ ong của graphene. Nếu m=0, ống nano được gọi là "zigzag". Nếu n=m, ống
nano được gọi là "ghế bành". Nếu không, chúng được gọi là "chiral".
Ống nano đơn lớp là loại ống nano cacbon cực kì quan trọng bởi chúng thể hiện
các tính chất điện quan trọng mà không ống nano đa lớp nào có được. Các ống
nano đơn lớp là ứng cử viên sáng giá trong việc thu nhỏ kích thước sản phẩm
ngành cơ điện từ cỡ micro hiện nay xuống còn nano. Sản phẩm căn bản của ngành
này là dây điên, mà SWNT lại dẫn điện rất tốt
[3]
. Một ứng dụng hữu ích khác của
SWNT là trong việc phát triển các transitor cảm ứng (FET-field effect transitor)
nội phân tử. Việc sản xuất cửa luận lý (logic gate) đầu tiên sử dụng FET làm bằng
SWNT gần đây đã trở thành hiện thực
[4]
. Bởi vì SWNT trở thành p-FET khi tiếp
xúc với oxy và n-FET khi không tiếp xúc với oxy, chúng đều có thể bảo vệ một
nửa SWNT khỏi bị tiếp xúc vói oxy, trong khi cho tiếp xúc với oxy nửa còn lại.
Kết quả là một SWNT đơn có thể hoạt động như một cửa luận lý NOT với cả loại
FET n và p trong cùng một phân tử.
Ống nano đơn lớp vẫn có chi phí sản xuất cao, khoảng $1500 mỗi gam vào năm
2000, và việc phát triển các phương pháp tổng hợp hiệu quả hơn là rất cần thiết
cho tương lai của công nghệ nano. Nếu không thể phát hiện các phương pháp tổng
hợp rẻ hơn, nó sẽ trở thành cản trở về mặt tài chính trên con đường đưa ống nano
đơn lớp ra ứng dụng trong thực tế.

[5]
Một vài nhà cung cấp phân phối SWNT arc
discharge với khoảng $50-100 vào năm 2007.
Ống nano đơn lớp (SWNT-Single Wall Nanotube)

Ống nano đơn lớp (SWNT-Single Wall Nanotube)