nghiên cứu chế tạo và khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liêu polyme dẫn

Nghiên cứu chế tạo và khảo sát khả năng hấp
thụ sóng điện từ của vật liệu Polyme dẫn
PPy/CLAY Nanocompozit


Ngô Cao Long

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Khoa Hóa học
Luận văn Thạc sĩ ngành: Hóa lý thuyết và hóa lý; Mã số: 60 44 31
Người hướng dẫn: GS.TS. Nguyễn Đức Nghĩa
Năm bảo vệ: 2011

Abstract. Tổng quan về công nghệ nano; plyme dẫn clay nanocompozit. Trình bày
phương pháp thực nghiệm: chế tạo vật liệu polypyrol clay nanocompozit; chế tạo
mẫu lớp phủ màng acrylic; phương pháp nghiên cứu (phương pháp phổ hồng ngaoij
FT-IR, phương pháp nhiễu xạ tia X, kính hiển vi điện tử, phương pháp phân tích
nhiệt khối lượng, phương pháp đo độ dẫn 4 mũi dò). Đưa ra kết quả và thảo luận:
nghiên cứu tính chất của bentonit tinh thể; nghiên cứu tính chất của polypyrol clay
nanocompozit; khảo sát tính chất màng acrylic PPy/clay nanocompozit.

Keywords. Hóa lý; Sóng điện từ; Vật liệu Polyme

Content

MỞ ĐẦU

Từ khi được phát minh đến nay, polyme dẫn đã thu hút được sự quan tâm nghiên cứu
của các nhà khoa học, mở ra một cuộc cách mạng mới trong lĩnh vực vật liệu. Các loại vật
liệu polyme dẫn như polypyrol, polyanilin, polyphenylen, polythiophen là những polyme có
cấu trúc đôi liên hợp đã được nghiên cứu nhiều hơn cả. Vật liệu polyme dẫn đã được ứng

dụng thành công trong nhiều lĩnh vực như công nghệ điện tử tin học chế tạo các điôt phát
quang làm các màn hình màu siêu mỏng, ứng dụng polyme dẫn làm vật liệu chống ăn mòn
kim loại, làm vật liệu thông minh chế tạo các cảm biến (sensơ) hay chế tạo vật liệu hấp thụ
sóng điện từ Nhưng nhược điểm của vật liệu polyme dẫn là rất khó tan trong các dung môi
hữu cơ và không nóng chảy đã gây khó khăn cho quá trình gia công vật liệu.
Khoa học vật liệu đã phát triển vượt bậc kể từ những phát minh về hệ thống vật liệu
nanocompozit. Hệ nano là hệ gồm các hạt cực nhỏ có kích thước trong khoảng từ 0,1 - 100
nm, các đặc tính của nó khác với nguyên tử nhưng vẫn liên quan đến nguyên tử.
Nanocompozit là lớp vật liệu đặc biệt xuất phát từ sự cấu thành phù hợp của hai hoặc nhiều
loại vật liệu kích thước nano. Vật liệu polyme dẫn clay nanocompozit được tạo thành từ quá
trình trùng hợp cation xen giữa hai lớp montmorillonit trong khoáng sét và các monome như
anilin, pyrol Vật liệu mới này có triển vọng ứng dụng lớn trong nhiều ngành khoa học và
công nghệ kỹ thuật cao.
Đề tài: “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu
polyme dẫn polypyrol clay nanocompozit” tập trung nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu
polyme dẫn, polyme dẫn clay nanocompozit, nghiên cứu tính chất điện, tính chất nhiệt,
nghiên cứu cấu trúc, nghiên cứu khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu này.

CHƯƠNG I. TỔNG QUAN
1.1. Hóa học và công nghệ nano
1.2. Polyme dẫn clay nanocompozit
1.2.1. Polyme dẫn thuần
1.2.2. Một số loại polyme dẫn thuần tiêu biểu
1.2.2.1. Polyanilin
1.2.2.2. Polypyrol
1.2.2.3. Một số polyme dẫn tiêu biểu khác
1.2.2.4. Polyme dẫn điện cấu trúc nano
1.2.3. Nano clay hữu cơ
1.2.3.1. Khoáng sét bentonit
1.2.3.2. Biến tính hữu cơ hoá khoáng sét.

1.2.3.3. Công nghệ chế tạo vật liệu nanocompozit từ khoáng sét và polyme
1.2.2.4. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng nanocompozit
1.2.3. Vật liệu hấp thụ sóng điện từ
1.2.3.1. Tình hình nghiên cứu, sử dụng vật liệu hấp thụ sóng điện từ trong kỹ thuật tàng hình
1.2.3.2. Nguyên lý hấp thụ sóng điện từ
1.2.4. Polypyrol clay nanocompozit

CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM
2.1. Chế tạo vật liệu polypyrol clay nanocompozit
2.1.1. Nguyên liệu
- Metanol, Xilong, Trung Quốc.
2.1.2. Dụng cụ phản ứng
2.1.3. Thao tác
2.2. Chế tạo mẫu lớp phủ màng acrylic
2.3. Các phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp phổ hồng ngoại FT-IR
2.3.2. Phương pháp nhiễu xạ tia X
2.3.3. Kính hiển vi điện tử
2.3.3.1. Kính hiển vi điện tử quét phân giải cao (FE-SEM)
2.3.3.2. Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
2.3.3.3. Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)
2.3.4. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (Thermal Gravimetric Analysis-TGA)
2.3.5. Phương pháp đo độ dẫn 4 mũi dò

CHƯƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Nghiên cứu tính chất của bentonit tinh chế
3.1.1. Xác định kích thước hạt của Bentonit
Kết quả xác định kích thước hạt phân tích trên thiết bị phân tích bằng laze Horiba
partica LA-950 (Viện kỹ thuật Hóa Sinh và Tài liệu nghiệp vụ, Bộ Công an) cho thấy kích
thước hạt tập trung trong vùng 1- 5m và có xác suất cao nhất tại vùng 2m (chiếm trên

90%).
3.1.2. Thành phần hoá học của Bentonit tinh chế
Bảng 3.1. Thành phần hoá học của Bentonit tinh chế
Thành phần
Hàm lượng (%)
SiO
2
50,20
Al
2
O
3
14,80
Fe
2
O
3
2,53
FeO
0,21
(Ca, Mg)O
2,12
(K, Na)O
4,05
Thành phần khác
7,62
Mất khi nung
15,67

3.1.3. Diện tích bề mặt của bentonit

Diện tích bề mặt của Bentonit được xác định từ đường đẳng nhiệt hấp phụ của nitơ tại
-196
o
C. Số liệu hấp phụ được xử lý theo phương pháp BET tại khoa Hóa lý, trường đại học
Sư phạm Hà Nội. Diện tích bề mặt xác định được là 61,8m
2
/g.

3.1.4. Độ trương nở của Bentonit
Kết quả kiểm nghiệm độ trương nở của bentonit Tuy Phong - Bình Thuận đã tinh chế
bằng thí nghiệm đưa 1cm
3
bentonit vào trong ống thí nghiệm. Độ trương của khoáng sét
trong nước lên đến trên 6 lần.

3.2. Nghiên cứu tính chất của polypyrol clay nanocompozit
3.2.1. Tính chất điện
Xác định độ dẫn của các mẫu vật liệu polypyrol clay nanocompozit theo tỷ lệ
clay/polypyrol = 0%, 3%, 5%, 7 % và 10%. Mẫu đo độ dẫn được ép mỏng ở áp suất 100
kg/cm
2
. Kết quả đo độ dẫn của vật liệu polypyrol clay nanocompozit được trình bày tại bảng
3.2.
0
0.5
1
1.5
2
2.5
3

3.5
4
4.5
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Độ dẫn điện (S/cm)
Hàm lượng clay trong nanocompozit (%)

Hình 3.2. Hàm lượng clay và độ dẫn của PPy/clay nanocompozit
Ta thấy polypyrol clay nanocompozit có độ dẫn thấp hơn độ dẫn của polypyrol ban
đầu. Độ dẫn này phụ thuộc vào tỷ lệ giữa clay và polypyrol. Hàm lượng clay càng cao thì độ
dẫn càng giảm, do clay không dẫn điện. Hàm lượng clay ≤ 5% độ dẫn giảm nhẹ, giảm nhiều
khi hàm lượng >5%.
3.2.2. Tính chất nhiệt
Tính chất nhiệt của polypyrol clay nanocompozit được xác định bằng phương pháp
phân tích nhiệt DTA và TGA trên máy Shimadzu TGA- 504 của Viện Hoá học, Viện Khoa
học và công nghệ Việt Nam

Hình 3.3. Giản đồ TGA của clay Thuận Hải đã tinh chế
Giản đồ TGA của clay Thuận Hải tinh chế trình bày tại hình 3.3 cho thấy ở khoảng
nhiệt độ 60
o
C đến 178
o
C xảy ra quá trình tách nước hấp thụ vật lý trong mẫu (11,6%). Tiếp
theo là quá trình mất nước trong cấu trúc tinh thể ở nhiệt độ 500
o
C.


Hình 3.4. Giản đồ phân tích nhiệt TGA của PPy (a) và PPy/clay nanocompozit (b)

Giản đồ TGA của polypyrol ở hình 3.4a cho thấy ở nhiệt độ 320
o
C polypyrol đã phân
huỷ và đến 422,8
o
C phân huỷ đã vượt trên 50% và PPy phân huỷ hoàn toàn ở nhiệt độ 500
o
C.
Giản đồ TGA của PPy/clay nanocompozit ở hình 3.4b cho thấy sự phân huỷ nước
trong mạng tinh thể (hấp thụ vật lý ở 100
o
C) là 2% tiếp sau đó hỗn hợp nanocompozit bền
vững đến tận nhiệt độ 451,44
o
C thì phản ứng phân huỷ polypyrol mới xảy ra.
3.2.3. Nghiên cứu nhiễu xạ tia X
Kết quả nghiên cứu nhiễu xạ Rơnghen cho thấy sự thay đổi khoảng cách giữa các lớp
MMT. Trên giản đồ Rơnghen của bentonit Bình Thuận khi chưa hữu cơ hoá thì khoảng cách
của các lớp MMT tại pic d
(001)
với góc quay 2 = 6
o
là khoảng 12,25 A
o
.

(a)
(b)
(a)

Hình 3.5. Giản đồ nhiễu xạ tia X của clay tinh chế (a), polypyrol (b)
Trên hình 3.5 không thấy có pic tinh thể của clay tại góc 2 = 6
o
. Polypyrol là
polyme, không có cấu trúc tinh thể dạng lớp nên giản đồ nhiễu xạ tia X không có pic đặc
trưng. Điều này cho thấy, polypyrol không gây nhiễu pic của tinh thể MMT khi đo nhiễu xạ
tia X của polypyrol nanoclay compozit.

Hình 3.6. Giản đồ nhiễu xạ tia X của polypyrol clay nanocompozit
Hình 3.6 là giản đồ nhiễu xạ tia X của polypyrol clay nanocompozit. Khoảng cách hai
lớp tinh thể này trong trường hợp polypyrol clay nano compozit là 14,65 A
o
tại góc quay 2 =
6
o
, hàm lượng clay thấp nên pic khó quan sát.
Kết quả nhiễu xạ Rơnghen chứng tỏ đã có sự xâm nhập của polypyrol giữa hai lớp
montmorillonit và đẩy xa khoảng cách hai lớp montmorillonit từ 12,25 A
o
lên đến 14,65 A
o
.
3.2.4. Nghiên cứu quang phổ hồng ngoại FT-IR
Tiến hành chụp phổ hồng ngoại mẫu clay, mẫu PPy và PPy/clay nanocompozit trên
máy FT-IR của Viện Hoá học. Mẫu được nghiền nhỏ, sấy khô trong chân không 24 giờ và
được nghiền với KBr tinh khiết 5mg/1gKBr. Ép viên dưới lực 50 kg/cm
2
. Kết quả cho thấy
như sau:
(b)

Hình 3.7. Phổ hồng ngoại của clay tinh chế
Phổ hồng ngoại của clay tinh chế trình bày tại hình 3.7 cho thấy xuất hiện vùng phổ
3447 - 3627 cm
-1
đặc trưng cho dao động hoá trị của nhóm -OH trong mạng tinh thể liên kết
với các cation Al
3+
với Mg
2+
, Fe
2+
trong nhóm bát diện. Cực đại phổ chuyển dịch về phía tần
số cao hoặc thấp tuỳ thuộc vào hàm lượng cation Mg
2+
hoặc Fe
2+
thay thế ion Al
3+
ở tâm bát
diện. Dao động biến dạng của nhóm -OH cũng được thấy ở vùng 550 - 560 cm
-1
và cũng phụ
thuộc vào hàm lượng Mg
2+
thay thế ion Al
3+
trong tâm bát diện. Nếu hàm lượng Mg
2+
lớn thì

phổ dịch chuyển về phía tần số cao, còn hàm lượng Mg
2+
nhỏ thì phổ dịch chuyển về phía tần
số thấp 520 cm
-1
. Phổ lớn nhất trong mẫu bentonit biểu diễn dao động hoá trị của liên kết Si-
O trong tứ diện ở khoảng 900 - 1200 cm
-1
với cực đại của phổ nằm ở 1035 cm
-1
.
Phổ hồng ngoại của của polypyrol trình bày tại hình 3.8 cho thấy các đỉnh tại 1533
cm
-1
(C=C), 1456 cm
-1
, 1423 cm
-1
đặc trưng cho dao động biến dạng của vòng pyrol, đỉnh tại
844 cm
-1
đặc trưng cho dao động hóa trị liên kết C-H, đỉnh 1144 cm
-1
và 1320 cm
-1
là dao
động của nhóm C-H trong mặt phẳng và đỉnh 1066 cm
-1
là dao động của nhóm C-H của pyrol
thế ở vị trí 2, 5.

Hình 3.8. Phổ hồng ngoại của polypyrol

Hình 3.9. Phổ hồng ngoại của polypyrol clay nanocompozit
Trên phổ hồng ngoại của polypyrol clay nanocompozit trình bày tại hình 3.9 cho thấy
vẫn xuất hiện nhóm phổ ở vùng tần số 3416 đến 3618 cm
-1
và nhóm phổ ở 500 cm
-1
đặc trưng
cho dao động biến dạng nhóm -OH trong mạng tinh thể bát diện, nhóm phổ ở vùng 1041 cm
-1

là dao động đặc trưng của liên kết Si - O trong tứ diện. Đồng thời xuất hiện pic đặc trưng của
polypyrol dao động biến dạng vòng pyrol 1467 cm
-1
, 1557 cm
-1
, 1628 cm
-1
, có sự dịch
chuyển pic về phía sóng ngắn hơn do tương tác với clay. Điều này chứng tỏ polypyrol đã
được hình thành trong khoảng giữa hai lớp MMT.
3.2.5. Nghiên cứu hình thái học của vật liệu PPy/clay nanocompozit
Phương pháp nhiễu xạ Rơnghen, phương pháp quang phổ hồng ngoại đã chứng minh
được cấu cấu trúc của các vật liệu. Để bổ sung cho việc nghiên cứu cấu trúc nano này, chúng
tôi đã nghiên cứu hình thái học của vật liệu bằng phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM),
hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và hiển vi lực nguyên tử (AFM).

Hình 3.10. Ảnh SEM của clay đã tinh chế (a), Ppy (b) và PPy/clay
nanocompozit (c)
Hình 3.10a là ảnh SEM của clay đã tinh chế với độ phân giải 10m. cho thấy các hạt
clay bị kết tụ thành khối và phân tán không đồng đều.
Hình 3.10b là ảnh SEM của PPy cho thấy polyme được phân tán ở dạng khối mịn.
Hình 3.10c là ảnh SEM của PPy/clay nanocompozit cho thấy bề mặt gồm nhiều khối
liền nhau, polypyrol bao bọc lấy hạt clay và các hạt clay được dãn rộng ra bởi quá trình
khuếch tán polypyrol vào trong khoảng xen giữa các lớp MMT.

Hình 3.11. Ảnh TEM của clay (a), clay hữu cơ hóa PPy (b), PPy/clay
nanocompozit (c)
Ảnh TEM của MMT thể hiện tại hình 3.11a cho thấy các hạt clay không có cấu trúc
lớp rõ ràng, kích thước hạt đạt giá trị khoảng 100 nm.
Ảnh TEM của clay xen lớp PPy trình bày tại hình 3.11b cho thấy rõ cấu trúc lớp của
clay hơn, do khoảng cách giữa các mặt mạng của clay tách ra.
Ảnh TEM của PPy/clay nanocompozit trình bày tại hình 3.11c cho thấy các lớp
polyme đã bao bọc lấy các hạt clay, pha nền liên tục với các hạt clay.
3.3. Khảo sát tính chất màng acrylic PPy/clay nanocompozit
3.3.1. Điện trở vuông của màng
Mục đích tạo sản phẩm là vật liệu hấp thụ sóng điện từ, chúng tôi đã tiến hành chế tạo
màng phủ polypyrol clay nanocompozit với acrylic phủ trên đế gỗ với tỷ lệ polypyrol clay
nanocompozit/acrylic là 1:1 và tiến hành đo điện trở vuông.
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000

8000
9000
10000
0 2 4 6 8 10
Hàm lượng clay trong nanocompozit (%)
Điện trở vuông

Hình 3.12. Quan hệ giữa tỷ lệ clay và điện trở vuông của màng acrylic PPy/clay
nanocompozit
Kết quả cho thấy điện trở của các màng với hàm lượng clay trong nanocompozit từ 0
đến 5% nhỏ hơn nhiều so với các màng với hàm lượng clay trong nanocompozit cao hơn.
3.3.2. Khảo sát độ bám dính màng sơn trên các chất liệu khác nhau
Tiến hành quét sơn acrylic đã trộn nanocompozit lên trên các bề mặt khác nhau. Các
mẫu được để khô tự nhiên trong 24 giờ, sau đó sấy ở 50
o
C trong 6 giờ. Kết quả đo độ bám
dính trên máy Adhesion tester AT được trình bày tại bảng 3.4.

Bảng 3.4. Độ bám dính của màng sơn acrylic trộn nanocompozit trên các bề mặt
khác nhau
a
b
c
STT
Vật liệu
Độ bám dính (MPa)
1
Gốm
3,1
2

Gạch nung
3,3
3
Thép
1,8
4
Gỗ
3,5
5
Nhựa ABS
2,5

Ta thấy sơn có độ bám dính tốt trên các bề mặt gỗ, gốm, gạch thích hợp cho việc ứng
dụng để chế tạo phòng, mái che hoặc phủ lên tấm chống đạn cấp cao gốm-compozit, phủ lên
vải làm lưới che phủ cho các thiết bị, khí tài quân sự và có khả năng hấp thụ sóng điện từ ứng
dụng trong an ninh, quốc phòng.
3.3.3. Khảo sát bề mặt màng sơn bằng kính hiển vi điện tử
Để quan sát bề mặt màng sơn khi trộn nanocompozit với các tỷ lệ clay khác nhau, tiến
hành chụp SEM bề mặt mẫu màng sơn trộn PPy, PPy/5% clay nanocompozit và PPy/10%
clay nanocompozit.
Ảnh SEM của các màng sơn trộn nanocompozit với tỷ lệ clay khác nhau trình bày tại
hình 3.13 cho thấy màng sơn chỉ trộn PPy cho bề mặt mẫu không phẳng, có nhiều gợn sóng.
Với màng sơn chứa PPy/5% clay nanocompozit thì bề mặt màng có nhiều hạt phân tán đều
trên bề mặt và màng sơn chứa PPy/10% clay nanocompozit thì bề mặt màng nổi nhiều cục
lớn hơn, do sự kết tụ của clay trong nanocompozit làm bề mặt mẫu nổi thành các khối lớn.


Hình 3.13. Ảnh SEM màng sơn trộn PPy (a), PPy/5% clay nanocompozit (b) và PPy/10%
clay nanocompozit 10%(c)
a

b
c
Quan sát ảnh AFM của mẫu màng acrylic trộn PPy/5% clay nanocompozit trình bày
tại hình 3.14 cho thấy bề mặt của mẫu có sự phân bố đều của các hạt nanocompozit, bề mặt
của màng gồ ghề, diện tích bề mặt lớn.

Hình 3.14. Ảnh AFM của mẫu màng acrylic trộn PPy/5% clay nanocompozit
3.3.4. Khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu polypyrol clay nanocompozit
3.3.4.1. Khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ vào hàm lượng clay
Tiến hành chế tạo các mẫu màng sơn phủ trên cơ sở acrylic và polypyrol clay nano
compozit với hàm lượng clay lần lượt là 0%, 3%, 5%, 7%, 10% theo tỷ lệ
acrylic/nanocompozit là 1:1. Các mẫu sơn được quét đều lên đế gỗ với độ dầy màng sơn 50
μm. Tiến hành đo độ hấp thụ sóng điện từ của các mẫu màng sơn bằng máy phân tích mạng
vectơ E8362B tại Viện Rađa, Viện Khoa học và công nghệ quân sự:
-16
-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
0 2 4 6 8 10
Hàm lượng clay trong nanocompozit (%)
Độ giảm cường độ hấp thụ (dB)
2.5 GHz
2.7 GHz
3 GHz
3.2 GHz

3.5 GHz

Hình 3.20. Sự phụ thuộc cường độ sóng điện từ bị hấp thụ vào hàm lượng clay
trong nanocompozit chế tạo màng sơn
Tiến hành so sánh sự phụ thuộc của cường độ sóng điện từ bị hấp thụ vào hàm lượng
clay trong nanocompozit chế tạo màng sơn trình bày tại bảng 3.5 và hình 3.20. Kết quả cho
thấy màng chứa PPy có độ hấp thụ kém hơn màng chứa clay nanocompozit. Kết quả cũng cho
thấy ở các tần số 2,5 GHz, 2,7GHz, 3,2GHz, 3,5GHz thì khả năng hấp thụ sóng điện từ cực
đại đều ở tại hàm lượng clay 5% trong nanocompozit tức là với hàm lượng 5% clay trong
nanocompozit thì khả năng hấp thụ sóng điện từ là tốt nhất. Điều này là do khi tăng hàm
lượng clay sẽ làm tăng khả năng hấp thụ sóng điện từ của màng nanocompozit do khoảng
cách giữa 2 lớp mạng tinh thể của clay tăng lên dẫn đến sóng điện từ phản xạ lại giữa hai mặt
mạng và bị hấp thụ bởi polypyrol giữa chúng. Nano clay làm tăng diện tích bề mặt màng, làm
tán xạ sóng điện từ theo các hướng khác nhau dẫn đến làm tăng khả năng hấp thụ sóng điện
từ. Khi hàm lượng clay quá cao thì chúng bị co cụm lại dẫn đến độ dẫn của nanocompozit
giảm, sự phân bố của nanocompozit trên bề mặt lớp phủ kém hơn dẫn đến làm giảm khả năng
tán xạ sóng điện từ. Từ các kết quả nghiên cứu trên, luận văn lựa chọn hàm lượng clay trong
nanocompozit chế tạo màng sơn là 5% để tiến hành các nghiên cứu tiếp theo.
3.3.4.2. Khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ vào độ dầy màng hấp thụ
Tiến hành chế tạo các mẫu màng sơn phủ trên cơ sở acrylic và polypyrol clay nano
compozit với hàm lượng clay 5% theo tỷ lệ acrylic/ nanocompozit là 1:1. Các mẫu sơn được
quét đều lên đế gỗ với độ dầy màng sơn 50 μm, 100 μm, 150 μm và 200 μm. Tiến hành đo độ
hấp thụ sóng điện từ của các mẫu màng sơn. Kết quả đo khả năng hấp thụ sóng điện từ của
mẫu màng chứa nanocompozit có độ dầy 50 μm đã được trình bày tại hình 3.17.
-21
-19
-17
-15
-13
-11

-9
-7
-5
50 100 150 200
Độ dầy lớp phủ (μm)
Độ giảm cường độ hấp thụ (dB)
2.5 GHz
2.7 GHz
3.0 GHz
3.2 GHz
3.5 GHz

Hình 3.24. Sự phụ thuộc cường độ sóng bị hấp thụ vào độ dầy lớp phủ
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc cường độ sóng điện từ bị hấp thụ vào độ dầy lớp phủ
trình bày tại bảng 3.6 và hình 3.24 cho thấy màng càng dầy thì khả năng hấp thụ sóng điện từ
càng cao. Khi độ dầy màng cao hơn 150 μm thì khả năng hấp thụ sóng điện từ cũng không
tăng lên nhiều (khả năng hấp thụ sóng điện từ tại độ dầy lớp phủ 150 μm là gần tương đương
với lớp phủ 200 μm). Luận văn lựa chọn độ dầy lớp phủ chế tạo màng sơn là 150 μm để tiến
hành các nghiên cứu tiếp theo.
3.3.2.2. Khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của màng sơn nanocompozit tại các dải tần
khác nhau
Tiến hành chế tạo mẫu màng sơn phủ trên cơ sở acrylic và polypyrol clay nano
compozit với hàm lượng clay 5% theo tỷ lệ acrylic/ nanocompozit là 1:1. Mẫu sơn được quét
đều lên đế gỗ với độ dầy màng sơn 150 μm. Tiến hành đo độ hấp thụ sóng điện từ của màng
sơn ở các dải tần số khác nhau. Kết quả đo khả năng hấp thụ sóng điện từ của màng sơn ở dải
tần từ 2,5 GHz đến 3,5 GHz đã được trình bày tại hình 3.22.
-20
-18
-16
-14

-12
-10
-8
-6
-4
2.5 3.5 4.5 5.5 6.5 7.5 8.5 9.5 10.5 11.5
Tần số sóng điện từ (GHz)
Độ giảm cường độ hấp thụ (dB)

Hình 3.27. Sự phụ thuộc cường độ sóng bị hấp thụ và tần số đo
Kết quả khảo sát sự phụ thuộc cường độ sóng bị hấp thụ vào tần số đo trình bày tại bảng
3.7 và hình 3.27 cho thấy với các dải tần số khác nhau thì vật liệu hấp thụ sóng điện từ với các mức
độ khác nhau. Kết quả cho thấy màng polyacrylic PPy/5% clay nanocompozit với độ dầy 150 μm
có khả năng hấp thụ sóng điện từ ở các dải tần số 2,0 - 3,5GHz và 5,5 - 6,5 GHz tốt hơn ở dải tần số
8,0 - 12 GHz.
Trên cơ sở cường độ hấp thụ sóng điện từ, ta tính được % hấp thụ sóng điện từ trình bày tại
bảng 3.8.
Bảng 3.8. Hiệu suất hấp thụ sóng điện từ tại các dải tần số khác nhau
2,5
2,7
3,0
3,2
3,5
98,4
98,7
96
98,4
97,5
5,5
5,7

6,0
6,2
6,5
97
95
97
98
96
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
<90
<90
<90
<90
<90

Kết quả cho thấy, với màng sơn phủ trên cơ sở acrylic và polypyrol clay nano compozit
với hàm lượng clay 5% theo tỷ lệ acrylic/ nanocompozit là 1:1. quét trên đế gỗ với độ dầy
màng sơn 150 μm cho khả năng hấp thụ sóng điện từ tới 97,5% ở dải tần số 2,5-3,5 GHz, 97%
ở dải tần 5,0-6,5 GHz và < 90% ở dải tần 8,0-12,0 GHz.

KẾT LUẬN
Thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của
vật liệu polyme dẫn polypyrol clay nanocompozit” luận văn đã đạt được một số kết quả sau:
1. Đã khảo sát tính chất và thành phần của clay Thuận Hải tinh chế; hữu cơ hóa clay bằng
monome pyrol, tổng hợp được vật liệu polypyrol clay nanocompozit bằng công nghệ
trùng hợp ken giữa các lớp clay.

2. Đã xác định thành phần và cấu trúc của polypyrol clay nanocompozit bằng nhiễu xạ tia
Rơnghen, phổ hấp thụ hồng ngoại. Kết quả phân tích cấu trúc bằng nhiễu xạ Rơnghen cho
thấy khoảng cách giữa các lớp khoáng sét thay đổi từ 12A
o
lên đến 14,5A
o
.
3. Đã xác định tính chất dẫn điện của vật liệu, độ dẫn của vật liệu giảm dần khi thêm lượng
clay vào nanocompozit, từ 0-5% clay thì độ dẫn giảm nhẹ và lớn hơn 5% thì độ dẫn giảm
nhanh hơn. Điện trở vuông của màng tăng dần theo hàm lượng clay, từ 0-5% clay thì điện
trở vuông tăng nhẹ và lớn hơn 5% thì điện trở vuông tăng nhanh hơn.
4. Nghiên cứu tính chất nhiệt của vật liệu nanocompozit bằng phương pháp phân tích nhiệt
TGA, DTA. Kết quả cho thấy vật liệu PPy/clay nanocompozit có nhiệt độ phân huỷ ở
451,4
o
C, cao hơn polypyrol (422,8
o
C). Nghiên cứu hình thái học của vật liệu bằng ảnh
SEM, TEM, AFM đã chứng minh được sự hình thành cấu trúc nano của vật liệu chế tạo.
5. Khảo sát khả năng hấp thụ sóng điện từ của vật liệu polypyrol clay nano compozit cho
thấy ở hàm lượng 5% clay cho khả năng hấp thụ sóng điện từ tốt nhất, độ dày lớp phủ
càng cao thì khả năng hấp thụ càng tốt. Tại độ dầy lớp phủ 150 μm thì khả năng hấp thụ
tới 97% ở dải 2,0-3,5 GHz và 5,0-8,0 GHz, < 90% ở dải 8,0-12,0 GHz.

References
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT
1. Lê Văn Hiếu, 2010, "Tổng quan về màng điện", Báo cáo khoa học.
2. Nguyễn Đức Nghĩa và các cộng sự, 2004, “Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng vật liệu nano
polyme-composit”, Đề tài cấp nhà nước.
3. Nguyễn Đức Nghĩa, 2006, “Vật liệu conducting polyme cấu trúc nano – Công nghệ chế

tạo, nghiên cứu tính chất và ứng dụng, Báo cáo công trình trọng điểm nổi bật”, Chương
trình khoa học và công nghệ nano.
4. Nguyễn Đức Nghĩa, 2007, "Hóa học Nano, Công nghệ và Vật liệu nguồn", NXB Khoa
học Tự nhiên và Công nghệ.
5. Nguyễn Đức Nghĩa, 2007, "Thử nghiệm ứng dụng vật liệu hấp thụ sóng điện từ chế tạo ca
nô tàng hình trên biển", đề tài cấp viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
6. Nguyễn Đức Nghĩa, 2009, Polyme chức năng & vật liệu lai cấu trúc nano", NXB Khoa
học Tự nhiên và Công nghệ.
7. Vũ Hùng Sinh, Lê Xuân Quế, Đỗ Trà Hương, Đặng Ứng Vận (2001), “Tác động của oxi
hoá đến cấu trúc điện tử của PANi”, Tạp chí Hoá học, T.39(4),32-36.
8. Nguyễn Đình Triệu (2001), “Các phương pháp phân tích Vật lý và Hoá lý”, Nhà xuất bản
Khoa học và kỹ thuật.

TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG ANH
9. Abdul Shakoor, (2008), "Preparation, Characterization and Conductivity Study of
Polypyrrole-Pillared Clay Nanocomposites", Journal of Composite Materials, Vol. 42,
no. 20, pp. 2101-2109.
10. Adam K. Wanekay, Yu Lei, Elena Bekyarova, “Wilfred Chen, Robert Haddon, Ashok
Mulchandani, Nosang V. Myung”, (2006), “Fabrication and Properties of Conducting
Polypyrrole/SWNT-PABS Composite Films and Nanotubes”, Electroanalysis, Vol. 18,
No. 11, pp. 1047 – 1054.
11. AMalinauskas, JMalinauskiene, A Ramanaviˇcius, (2005), "Conducting polymer-based
nanostructurized materials: electrochemical aspects", Nanotechnology, Vol. 16, pp. 51–
62.
12. Bafna A., Beaucage G., “Mirabella F., Mehta S., 2003, 3D hierarchical orientation in
polymer-clay nanocomposite films”, Polymer, Vol. 44, pp. 1103–1115.
13. Bagrodia, S., Germinario, L.T., Gilmer, J.W., Tant, M.R., 2001. “Structure-property
relationships in Polyamide based nanocomposites”, Antec, Vol. 2, pp. 176–179.
14. C. Bower, R. Rosen, L. Jin, J. Han, O. Zhou, 1999, “Deformation of carbon nanotubes in
nanotube–polymer composites”, Applied Physics Letters, Vol. 74, No. 22, pp. 3317-3319.

15. Darder M., Colilla M., Ruiz-Hitzky E., 2005. “Chitosan-clay nanocomposites: application
as electrochemical sensors”, Applied Clay Science Vol. 28, pp. 199–208.
16. De Chirico A., Armanini M., Chini P., Cioccolo G., Provasoli, F., Audisio G., 2003,
“Flame retardants for polypropylene based on lignin”, Polymer Degradation and
Stability, Vol. 79, pp. 139–145.
17. Do-Heyoung Kim and Young Dae Kim, (2007), "Electrorheological Properties of
Polypyrrole and its Composite ER Fluids", J. Ind. Eng. Chem., Vol. 13, No. 6, pp. 879-
894.
18. Drozdov, A.D., Christiansen, J.deC., Gupta, R.K., Shah, A.P., 2003. “Model for
anomaloumoisture diffusion through a polymer-clay nanocomposite”, Journal of Polymer
Science, Part B. Polymer Physics 41, 476–492.
19. E. Ruiz-hitzky and A. Van Meerbeek, 2006, “Clay mineral– and organoclay–polymer
nanocomposite”, F. Bergaya, B.K.G. Theng and G. Lagaly, Handbook of Clay Science,
Published by Elsevier Ltd.,
20. Fei Fei Fang and Hyoung Jin Choi, (2006), "Shear Stress Analysis of a Polypyrrole /Clay
Nanocomposite-based Electrorheological Fluid", J. Ind. Eng. Chem., Vol. 12, No. 6, pp.
843-845.
21. Hiroyuki Enomoto, Shigeo Matsumoto, Michael M. Lerner, (2005), "Synthesis and
Characterization of Conductive Polypyrrole/Montmorillonite Nanocomposite", Journal
Apply Physical, Vol. 44, pp. 224-226 .
22. J.H.Sung, M.S. Cho, H.J. Choi, M.S. Jhon, (2004), " Electrorheology of semiconducting
polymers", J. Ind, Eng. Chem., Vol. 10, No. 7, pp. 1217-1229.
23. J.W. Kima, F. Liua, H.J. Choia, S.H. Hongb, J. Joob, (2003), "Intercalated
polypyrrole/Naþ-montmorillonite nanocomposite via an inverted emulsion pathway
method", Polymer, Vol. 44, pp. 289–293.
24. Ji Woo Kim, Feng Liu, Huyong Jin Choi, (2002), "polypyrrole/Clay Nanocomposite and
its Electrorheological Characteristics", J. Ind. Eng. Chem., Vol. 8, No. 4, pp. 399-403,
25. Kassim ANUAR,Sagadavan MURALI, Adzmi FARIZ, H. N. M. Mahmud EKRAMUL,
(2004), "Conducting Polymer / Clay Composites: Preparation and Characterization",
Materials Science, Vol. 10, No. 3.

26. Khatereh Abron, 2011, Mat Uzir B. Wahit and Sobhan Bahraeian, A study on thermal
and electrical properties of high density polyethylene/high density polyethylene grafted
maleic anhydride/montmorillonite/ polypyrrole blend, Scientific Research and Essays,
Vol. 6(28), pp. 5895-5902.
27. Letaıef, S., Aranda, P., Ruiz-Hitzky, E., 2005. Influence of iron in the formation of
conductive polypyrrole-clay nanocomposites. Applied Clay Science 28, 183–198.
28. Luis Cabedo , Izabela Mróz , José M. Lagarón , Enrique Giménez, (2011), "Development
of conducting nanofillers based on polypyrrole and nanoclays", European Polymer
Congress.
29. Mohammad Rezaul Karim, Jeong Hyun Yeum, (2008) "n situ intercalative
polymerization of conducting polypyrrole/montmorillonite nanocomposites", Journal of
Polymer Science Part B: Polymer Physics, Vol. 46, Iss. 21, pp. 2279–2285.
30. N Srivastava, Y Singh, and R A Singh, 2011, Preparation of intercalated
polyaniline/clay nanocomposite and its exfoliation exhibiting dendritic structure, Bull.
Mater. Sci., Vol. 34, No. 4, pp. 635–638.
31. Quang T. Nguyen, Donald G. Baird, (2006), Preparation of Polymer–Clay
Nanocomposites and Their Properties, Advances in Polymer Technology, Vol. 25, No. 4,
pp. 270–285.
32. R. Turcu, AL. Darabont, A. Nan, N. Aldea, D. Macovei, D. Bica, L. Vekas, O. Pana, M.
L. Soran, A. A. Koos, L. P. Biro, 2006, New polypyrrole-multiwall carbon nanotubes
hybrid materials, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials Vol. 8, No. 2, pp.
643 - 647.
33. Rajapakse R.M.G., Murakami kenji, Bandara H.M. N., Rajapakse R. M.M.Y.,
Velauthamurti K., Wijeratne S., (2010), "Preparation and characterization of
electronically conducting polypyrrole-montmorillonite nanocomposite and its potential
application as a cathode material for oxygen reduction", Electrochimica acta, vol. 55, No.
7, pp. 2490-2497
34. Reza Ansari, 2006, Review Article, Polypyrrole Conducting Electroactive Polymers:
Synthesis and Stability Studies, E-Journal of Chemistry, Vol. 3, No.13, pp 186-201,
October.

35. Reza Ansari, 2009, In-Situ Cyclic Voltammetry and Cyclic Resistometry Analyses of
conducting Electroactive polymer membranes, International Journal of ChemTech
Research, Vol.1, No. 4, pp. 1398-1402.
36. Ruiz-Hitzky, E., Aranda, P., Serratosa, J.M., 2004, Clay organic interactions: organo-clay
complexes and polymer-clay nanocomposites. In: Auerbach, S., Carrado, K.A. Dutta,
P.(Eds.), Handbook of Layered Materials, chapter 3. Marcel Dekker, New York, pp. 91–
154.
37. S. J. Peighambardoust, (2007), "Synthesis and Characterization of Conductive
Polypyrrole/Montmorillonite Nanocomposites via One-pot Emulsion Polymerization",
Macromolecular Symposia, Vol. 247, Issue 1, pp. 99–109.
38. Sinha Ray, S., Okamoto, M., 2003. Polymer/layered nanocomposites: a review from
preparation to processing, Progress in Polymer Science, Vol. 28, pp. 1539–1641.
39. Sung Taek Lim, Hyoung Jin choi, Myung S Jhon, (2003), "Dispersion quanlity and
rheological property of polymer/clay nanocomposite: Ultrasonification effect", J. Ind.
Eng. Chem., Vol. 9, No. 1, pp. 51-57.
40. Suprakas Sinha Ray, Masami Okamoto, (2003), "Polymer/layered silicate
nanocomposites: a review from preparation to processing", Prog. Polym. Sci., Vol. 28,
pp. 1539–1641.
41. Yahiaoui A., Belmokhtar A. , Sahli1 N., Belbachir M., (2007), "Polycondensation of
pyrrole and benzaldehyde catalyzed by Maghnite–H
+
", eXPRESS Polymer Letters, Vol.1,
No.7 pp. 443–449.
42. Takeo SATO, Takeshi YAMAUCHI and Norio TSUBOKAWA, Preparation of
polypyrrole fiber actuator by electropolymerization, International Journal of
Electrochemical Science, Vol. 4, pp. 311-319.
43. V.K. Gade, D.J. Shirale, P.D. Gaikwad, K.P. Kakde, P.A. Savale, H.J. Kharat, B.H.
Pawar, and M.D. Shirsat, (2007), Synthesis and characterization of Ppy-PVS, P(NMP)-
PVS and their copolymer Ppy-P(NMP)-PVS films by galvanostatic method, International
Journal of Electrochemical Science, Vol. 2, pp. 270 - 277.