Cơ học vật liệu mới composite định hướng phục vụ thực tiễn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
BÁO CÁO NGHIỆM THU ĐỂ TÀI KHOA HỌC ĐẶC BIỆT
CẤP Đ H Q G H N QG.04.27
Chủ nhiệm Để tài: TSKH. Ngu\ẽn Đình Đức
"Cơ HỌC VẬT LIỆU MỚI COMPOSITE
ĐINH HƯỚNG PHỤC vụ THỤC TIEN"
Iỉ;i Noi - 2005
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
BÁO CÁO TÓM TẮT NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ CỦA ĐỀ TÀI
3
5
CHƯƠNG ] : VẬT LIỆU COMPOSITE - TIEM n ă n g và úng d ụ n g 10
1.1 .Khái niệm về vật liệu mới composite 10
1.2. Mối quan hệ giữa cấu trúc-tính chất và xu hướng
phát iriển vậi liệu mới 12
1.3. Quan hệ vật liệu mới- công nshệ mới và ứns dụng
phát triển vật liệu độ bền cao 17
CHƯƠNG II: XÁC ĐỊNH CÁC HẰNG số KỸ THUẬT CHO VẬT LIỆU NANOCOMPOSITE
POLYME CÓ ĐÔN CÁC HAT GIA CUỠNG 23
II. 1 Vật liệu nanocomposiie polvme 23
11.2. Vật liệu nanocomposite polvme ba pha 34
CHƯƠNG III: ỔN ĐINH CTA TẤM VÀ \'Ó COMPOSITE PHẦN LỚP CÓ TÍNH ĐEN ANH
HƯƠNG CỨA ĐÔ AM VÀ NHIỆT ĐỎ 4?
III.]. Ôn định đàn hói của vo trụ composite lớp Có kể đến anh hưởns nhiệt- ấm theo
lí ihuviĩi chuyến VI bậc cao 43
111.2. Mô hình hoa ốn định cùa tấm composite lớp dựa vào lý ihuyết biến clạnc bác
cao 6CI
CHUONG IV: THUC \GHIẺM XÁC ĐINH CÁC THÔNG số KỸ THUẬT CTA VẬT LIẺi:
COMPOSITE POLYME c o ĐÓN CẢC HAT THL'Y TINH "1
I\’.l. Chuán bị thực níihiỌm 71

I\'.2. Kéi qua ihực niihiộm 74
KÉT Ll'ÂN SI
PHIÉl' ĐANG KV KÉT Ql'A ĐE TÀI KHCN 83
PH I'Li e
MỞ ĐẨU
Công nshệ vật liệu mới được coi là một trong những ngành cône nshộ cao
mới mẻ nhất của Việt Nam. Chỉ từ năm 1990. ngành khoa học này mới được quan
tâm và thúc đẩv. Tuv nhiên trong lĩnh vực này chúng ta lại thu được những thành
tựu đáng kể. Một lĩnh vực được coi là thành công nhất của công nghệ vật liệu mới ở
Việt Nam là composite polyme. Loại vật liệu này đã được nshiên cứu thành côns và
đưa vào ứng dụng khá hiệu quả. Hiện nay, vật liệu composite polyme ở Việt Nam
đã trở thành ngành kinh tế mới rất có triển vọng với sản lượns năm 2004 đạt khoảns
3000 tấn với hơn 40 tàu composite lắp mầy từ 90 - 450 mã lực đang vận hành phục
vụ cho chươns trình đánh bắt xa bờ và hạn chế nạn phá rìms: trẽn 500 cánh cửa
cống bằng vật liệu composite thav thế cho cửa thép và bẻ tôns đã đượcnlắp đặt tại
đồnc bàng sons Cưu Lonc và Quanc Ninh; trên 2000 miếng "hép sọ não và nhiều
nẹp xươns băn2 vật liệu carbon y sinh đã đưọ'c thay thế hàryỊỊ nháp ngoại. Đã xuất
hiện các san phám composite polvme như các hình đựng nước, thuyền, ca nò, các
lãm lợp . mái vòm bản2 composite, các san phẩm nhựa có tính nãns cliỏn2 mòn.
chôm: cháy, các áo giáp, tám lá chăn cho cỏns an và cánh sát cơ độn2. và đã bước
đấu san xuất thư nchiộm các ónc kỹ thuật dẫn các chất thải côns nshiộp. dản dáu và
khí đốt bans composite. Tons cỏns tv VINACONEX mới đây đã nhập dãy chuyền
san xuất các đường ôns dan nước từ Sông Đà vé Hà Nội bănc vật liệu composite.
Ngoài ra, irons một số lĩnh vưc khác cua nền cons nshiệp \'ậi liêu mới chúns ta
cũnc dã Ihu được các kết quả khả quan như nchiên cứu. ứns duns thành cons sứ
cách điên đạt tiéu chuẩn chất lượng quốc lế hoặc chê tạo được nam chăm đát hiếm
co nàn 5 lượng từ siêu mạnh ( cáp khoảng 12 lấn vậi liệu truyền thốnsl, và hiện nay
chúnc la cũn" đã bước đấu tiếp cận với cone nchệ nano. một trong nhữni: cón<:
nghệ được coi là cua tương lai.
Thực tiễn trên thế eiới. trước khi băt tay vào san xuái composite, n<_iưò'i Ui rái

quan tám ]à vơi các \rậT liêu ban đầu đã có. với cóng nehệ đã I]ưa chọn ihì bó trí cãu
trúc, thành phcin cua chúng như thế nào đế có một composite với nhữnc lính năng
lõi ưu nhát. Nói lom lai là ho quan lam đến cỏne tác thiết ké chê' tạo san phám.
Tron" khi do o Một Nam. Díioài một số dú\ chuvén san xuáì dược nháp m:oai. vi Ọc
chẽ lạo composite chu véu dựa vào kinh nghiêm la chính vói một số phương pháp
Ihu cònc nhát như trát, lát tav

mà chưa dưa trên nhữni: kéi qua lính loan - ihici
kc khoa học. Chính \'ì \a\ . nlũrn‘2 san pham dai dược LO chái luom: ch Ưa ihai cai',
diưa ihê đáp ú‘ns: được nhữn 12 đòi hoi klưu khu nhái cua d v lao Iiìav \a CÓI I LI iiJiK'p
hiỌn dại.
Để bước đầu cùng các nhà sản xuất trong nước có cơ sở khoa học và có định
hướng trong việc sản xuất chế tạo vật liệu composite polyme, nâng cao chất lượng
vật liệu, kết cấu và khả năng sáng tạo những sản phẩm mới, trons khuôn khổ đề tài
này, xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của nsành sản xuất nhựa: ngành nhưa của nước
ta trong những năm gần đây có tốc độ phát triển rất nhanh: nãm 2002 đạt khoang
trên 1.200.000 tấn và theo quy hoạch phát triển thì năm 2010 đạt 4.200.000 tấn với
mức tăng trương khoảng 20%/năm. Trong sản xuất nhựa, để hạ giá thành sản phẩm
cũng như náns cao chất lượns nhựa, nsười ta thường bổ sung vào các phụ gia như
bột khoáng, bột TALC, các hạt gia cường như hạt các bon, hạt thuv tinh,
amian, Thực chất nhựa hiện nav là nhựa composite. Ngoài sản phẩm nhựa, các kết
cấu khác như tàu, ca nô. bình nước từ composite ỏ' Việt Nam hiện nay đều có kết
cấu phán lóp, với khí hậu nhiệt đới nắn 2- lắm. mưa nhiều như nước la ibi \ 1 éc lính
anh hưởnc của độ ẩm và nhiệt độ lên các kết cẩu này có ý nghĩa quan trọns. Vì vậy
iron" Đé lài này chúns tôi đã xúy dựng mõ hình và tính toán cho composite xuất
phát từ nhữns ihưc tế nêu trên.
Để lài được thực hiện với sự tham 2Ìa của các nhà khoa học từ nhiều cơ quan
khác nhau: Trường Đại hoc Khoa học lư nhiên. Đại học Bách khoa Hà Nội. Đại học
Xã\ clựne Hà Nội. Học Viện Kỹ thuậi Quán sự. Trunc tám KỸ thuát Yát liệu
chu Yên dụng - Viện E-17 - Tons cục VI Bộ Cõns an. Chu nhiệm Đề tài QG.04.27

cùnc láp thế các nhà khoa hoc đóne ihực hiện Đé tài xin bày tỏ sự cam on chân
thành và sáu sắc lới lãnh đạo ĐHQGHN, Ban KHCN & Văn Phòng ĐHQGHN và
các cơ quan hữu quan nói irên đã tạo điều kiện eiúp đỡ chúns tôi tronc quá trình
ihưc hiện Đê tài này.
BÁO CÁO TÓM TẮT NỘI DƯNG VÀ KÊT QUẢ CỦA ĐỂ TÀI
Vật liệu composite là vật liệu được tổns hợp nên từ hai hay nhiều vật liệu
khác nhau, nhằm tạo ra một vật liệu tổ hợp mới, có những tính năng ưu việt hơn so
với những vật liệu thành phần ban đầu.
Do có những đặc tính ưu việt như có các đặc trung cơ lv tốt, bền với các tác
độns sinh hoá và mõi trường, lại nhẹ, nên vật liệu composite đã có mặt trong hầu
hết mọi lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như xây dựnơ, giao thông vận tải. Cỏn2
nghiệp tiêu dùns. chế tạo máy. 2Ĩao thỏns vận tải, hàns khổns vũ trụ và thậm chí
cả trone y học. Vật liệu composite được ứns dụns mạnh mẽ đê phục vụ phát triển
kinh tế và an ninh quốc phòns.
Tính năns của vật liệu composite phụ thuộc vào ba yếu tố chính: các vặt liệu
thành phần; cấu trúc hình học và phán bố các thành phần cấu thành nên composite;
công nẹhệ chế lạo. Thay đổi một trong ba yếu tố đó cũng đủ dẫn đốn thay đối
composite.
Dựa iheo cáu trúc hình học cua CỖI. vé mặi cơ học có thế phán chia composite
ra làm 3 loại chính:
- composite phân lóp ( <zổm nhiều lớp được liên kết lại với nhau).
- composite với các hạt độn ( bột độn), hoặc các sợi ngấn phán tán.
- composite có cáu Irúc sợi không gian nD ( các sợi độn sons song vói n phươníi
irons khônc sian).
Mặi khác về mặt công nghệ, người ta thườn £ căn cứ vào tính chát cua vặt liệu
nén để phán loại composite. Hiện nay với cách phán loại iheo vật liệu nền
composite được chia ra làm 4 loai:
- composite nén pohmc
- composite nén £Òm
- composite; nén kim loại và các hợp kim

- com posite cacb on -cacbo n ( ca nén và CỐI sợi đéu là cacbo n )
Tuy nhiẽn san xu át vại liệu mới composite hiện nav O' Yiệl Nam mới ch 1 dừni:
O' các vạt liêu composite nún polvme (chu yêu la nển nhựa, nén cpo.w
Composite polvme lìicn na\ dã co dạc lính co' ]_\ cao ìion kim loai, nlìc hon
kim loại, cách nhiẹt. cách diứn lót \'à rái bón vói các tác nhãn hoa học \ J moi
Irườnc. Ví (lu như một ôníi dẫn dáu khí (1=1 in. có ironp lượn í: chi khoanẹ ?-4 \.'2. \a
có thể khai thác sử dụng từ 50-70 năm, trong khi ống thép cùne đường kính và độ
dày nặng gấp 4-5 lần, và chỉ khai thác từ 5-10 năm, do rất hay bị sỉ. Vật liệu
compsite polyme đang được thay thế cho kim loại chế tạo các chi tiết của thán vo
máy bay, tên lửa. thân vỏ động cơ. các khuns, dầm, vách ngăn cúa má)’ bay, tàu vũ
trụ và các vật thể bay khác; các mũi nắn dòng và các chi tiết cua tên lửa; composite
polyme còn được dùng ché' tạo các ăng ten, các hệ thống hãm thậm chí cả các áo
siáp cho cảnh sát và quân đội cũng được làm từ composite. Composite polyme còn
được ứng dụng làm các ống dẫn dáu khí và hoá chất; thán vỏ và các chi tiết của ỏ
tỏ; các thiết bị khác của nsành chế tạo máy.
Việc bố sung các phụ sia như bội kim loại, bột gốm. bột cacbon. bột
khoáng, vào nén polyme đã 2Óp phần náne cao các đặc lính CO' lý như độ bén. độ
CỨI1S. độ chỏYic mài mòn cua loại vật liệu composite này. Nsược lại các bội phụ gia
như CaCCK bột TALC được bổ sung để cải thiệ độ chịu đựns khi sử dụns va dặc
biệt là giam giá ihành cua vật liệu. Tất cá các sản phẩm nhựa đều cần đến phụ sia
và ihực chái đcu là composite.
Đé lài đe ra mục tiêu:
• Xãy dun" mỏ hình lính loán và xác định các hàne sỏ vặt liêu cho các vạt
lieu composite có đáu các hạt phụ gia với kích thước nho đến nanomét.
• Tính loán bài toán ổn định cho lấm và vỏ composite dạns phán lớp có
tính đốn anh hưởne của nhiệt độ và độ ám.
• Thực nehiệm tron2 diéu kiện phương tiện kỹ thuật cua \ 7iộI Nam xác
đinh hãns số vật liệu cho composite có các hạt đòn phụ cia. so sánh,
đánh ciá với kết qua <:iai lích cua cơ học.
Đè lai đã sư dụne các phương pháp cua cơ học vật răn biến dạn". lý

thuvci mỏ đun dan hói hiệu qua \a phươnc pháp cáu irúc tron" cơ học vật liệu
composite: phương pháp phấn tư hữu hạn. kci hợp ciữa lính toán ircn 1TUIV lính \a
các phươnc pháp cua cơ học ihưc nchiệm.
Đi cm dặc bicl cua Đc tài là’ đã ihực hiện đúc. chõ lạo mau comp''siic
níh PAG \'o'i các hại dộn thu\ linh co các tv lệ dọn khác nhau, tiên hanh xác dinh
bàng thực nuhiệm các hãnc sỏ kỹ Ihuại cua vát liệu composite polyme pohamii-
thuy linh. Đa\ là có íiãne Yiú lo'n cua nhóm các lác HUI irons: đicu ki ủn co sơ \ ặt chui
còn khó khăn Jc thực hiộn CLK ihi.iv ntihiỌm co hoe \C‘ \.K Jinb hìó Jun Jan h-1] L \a
hệ sỏ Poatxom: cua com]\">iu\
B.ki can nLihiẹm ihu ĐÍ ùii iỊóni w'i> 3 chương:
Chương I: Vật liệu composite - tiểm năng và ứng dụng
Kết quả chính của Chương I là đã đưa ra tổng quan khá đầy đủ và chi tiết về
composite: định nshĩa, phân loại, ưu nhược điểm và khả năns ứng dụng của từng
loại composite, đổng thời đã đưa ra các khái niệm mới về super-composite,
nanocomposite. Đổng thời giới thiệu sâu về việc sử dụns vật liệu mới composite
trong việc thiết kế chế tạo các khí cụ bay có điều khiển. Trẽn cơ sở phán tích đã chỉ
ra mối quan hệ của các vật liệu thành phần, cổng nghệ chế tạo và tính toán thiết kế
là ba yếu tố quan trọng nhất trono việc chế tạo vật liệu composite; đưa ra khái niệm
siái pháp thiết kế-cỏng nghệ; chỉ ra then chốt của cuộc cách mạng vể vặt liệu mới ỏ'
nước ta hiện nay chính ]à vật liệu composite cácbon-cacbon, vì vật liệu này đáp ứns
được rất nhiều đòi hỏi khắt khe của kỹ thuật và công nghệ hiện đại mà không vặt
liệu nào khác có thê đáp ứns được. Chươnc nàv cũns đi sáu phán tích nhữns tiềm
năng và ứng dụns của composite trons ngành nhựa và ngành cỏne nehiệp hoá chất -
nhữnc địa chi hiện nay đanc sư đụng nhiều composiie tại Việt Nam.
Chương II: Xác định các hãng sỏ ky thuật cho vật liệu nanocomposite
polvme có độn các hạt gia cường
Các hạt độn gia cườnc ớ đây được mô hình hoá như những hạt cáu. ơ đáy
các hạt 2Ía cưòns được chế tạo theo phưonc pháp "Từ irớn X1Í(>IÌÍ> dưới". tức là nhận
được bằns cách nehiền để thu đưọ'c các hạt có kích thước nho hơn. nho đến vài
irãm. thậm chí vài chục nanomét, và như vậy composite được xem là

nanocomposite. Trên cơ sỏ' có lính đến iươnc hỗ ciữa hạt và nén, đã nhận dược cóns
ihức xác định các hằne số đàn hổi cho composite hai pha ( pha nén, hại độn nano)
và composite ba pha (pha nén. hạt cia CƯÒT12 và các hạt khoánc cổ kích ihước
nanomét).
Chương III: Ôn định cua tám và vo composite phán lop có tính đen íinli
huỏn<í cùa độ am \ a nhiệt dọ
Chương này do nhóm các tác gia cua trường Đại học Bách khoa Ha Nội do
PCiS.TS Trăn Ich Thịnh va các hoc trò thực hiên: Đã giai bài toán cua lấm và vo
composite có dạnc phân lóp. Composite có dang phan lớp dược irnp dụ nu rát nhicu
irons: thực lé như các nhà vòm che máv bay; các YO xuóng. canó: các cónịi su di
đòng; các óníi kỹ thuật dãn dáu khi \'à nước, các loại binh composiic có lVmh clạni:
khac nhau Nt‘i dọc ckio cua nhữim kél qua nhạn được ơ da\ la co linh dén L'áL' só
hane bạc cao và YCL1 lo plii iu\'ẽn hmh học \àcì phán lích un đỊnh cua ia:n.
composiic ironíi moi trường co lính đón anh hưonụ LUU dọ am \a nhici lIộ. Mo hum
và thuát loan co dó lin cá) khi so sánh kct qua linh HKÍn v ói mõi so kcl qua hi én có.
Chương IV: Thực nghiệm xác định các thông số kỹ thuật của vật liệu
composite polyme có độn các hạt thuỷ tinh
Chương này do tập thể tác giả từ Đại học Quốc gia Hà Nội ( Nguyễn Đình
Đức), Đại học Bách khoa Hà Nội ( Trần ích Thịnh). Đại học Xây dựns Hà Nội (
Trần Minh Tú), Học Viện Kỹ thuật Quân sự ( Nguyễn Lê Hải) đồng thực hiện. Trên
cơ sớ các mẫu composite nền polyamit nhiệt dẻo PA6 đã chế tạo các composite với
10% và 20% hạt độn thuỷ tinh. Thực nghiệm được tiến hành trên 20 mẫu theo
phương pháp MTS trên máy của Mỹ để xác định môđun đàn hồi E và hệ số
Poatxông của composite. Nhũng kết quả nhận được cho thẩv khi bổ suns các hạt
gia cường đã làm tăng mỏđun đàn hổi E của composite. Ngoài các hằns số đàn hổi.
thực nshiệm đo được trên máy còn cho'kết quả lực. ứns suất pha huy, biến danc
phá huỷ.
Những kết qua nhận được cua Đề tài có thể ứng dụns khi chế tạo các loại
nhựa dẻo và các loại composite phân lóp. composite có độn các hạt phụ da: Kết qua
nhận dược cho phép lính toán, dự báo irước khá năng cơ lính cua vật liéu đế điéu

L'hmh các ihành phán cáu lạo. nhàm nhận được nhữns composite có lính năns họp
1) và ciá ca phai chãníi.
Co quan phối họp và cộng tác viên chính của đẻ tài:
1
TT Co quan phối hợp
Cộn« lác viên
Họ và lén
Chuyên ncành
01
Trườn £ Đại học KHTN.
ĐHỌGHN
GS.TSKH
Đào Huv Bích
Cơ hoc vật rán biến dạnsi.
Cơ học vật liệu composite
02
Trườnc Đai học Bách khoa
Hà Nội
PGS.TS. Trân ích
Thinh. Chu nhiệm
bộ mòn cơ học vặt
li cu
Cư học vật rân biến dạnsi.
Cơ hoc vật li ộ 11 composite
03
1
Truns: lam kv thuật vặt liệu
chuvén dIll'll!. Tone cục VI -
Bõ Cone an
Thượng ta. KS.

Phạm Vãn Ciiới.
Ciiám dóc Trim«j
lãm
Hoá 1Ý
Ngoài ra còn có các NCS, học viêc cao học, các cử nhân là học trò của các
thầv cũng tham gia thực hiện một phần công việc của Đề tài nàv. Đề tài đã trực tiếp
£Óp phần đào tạo 1 NCS ( Trần Minh Tú , ĐHXD HN), 1 học viêc cao học (
Nsuvễn Lê Hải - Học Viện KTQS), cử nhân Đặng Thiện Cương ( Trườns
ĐHKHTN).
Kết quả chính của đề tài được đăng tải trong các bài báo sau:
1) Nguyễn Đình Đức. Vật liệu nanocomposile poỉyme. Tuyến tập cỏns
trình Hội nshị khoa học Toàn quốc Cơ học vật rán biên dạng lần thứ VII. Đồ Sơn,
ngày 27-28/8/2004. NXB ĐHQGHN, năm 2004. Trang 232-240.
2) Nguyễn Đình Đức. Vật liệu mới composite ứng dụng tronq rliiết kế chế
lạo các khí cụ bay. Kỷ yếu Hội thảo toàn quốc" Cơ học Va khí cụ ba\ có diéu
khiến" lần thứ I. Hà Nội. 27/5/2005. NXB ĐHQGHN. 2005, trang 207-224.
3) Níiuyen Dinh Due. Three-phase polymc nanocomposiíe material. Journal
oi' Science oĩ VNU. "Maihemaúcs-physics", T.XXI, N3, 2005. p. 16-23.
4) Tran Ich Thinh. Tran Huu Quoc. Finite element modeling of Biicki'mg i'f
Composite plates bused on the ìuạher-order dcfornialion iheorw Vietnamese
journal of Sciencc and Icchnolosy. Taapj 43, soos 3. 2005. p.l 13-124.
5) Trần k'h Thịnh. Trấn Minh Tú. On định dủìì hối cua Y(> trụ composiỉc lớp
có ké đến àiìlì liiionạ Iiliiệt-ám iheo lý ỉììuyết chuyển VỊ bậc cao. Ký yẽu Hụi thuo
toàn quốc" Co học và khí cụ bay có điểu khiển" lẩn thứ I, Hà Nội, 27/5/2005. NXB
ĐHQGHN. 200?. irang 266-281.
Chúne lỏi đánh LLÌá Đề lài đã ihực hiện đưọc nhữnc nhiệm vụ đề ra. dặc biội
là có kết qua thực nghiệm CỎIIÍỊ phu trên các má\' móc hiện đại.\'é sổ lượn <2 bài bát^
và kết quả đào lạo đã vượt so với chỉ liêu đăns kv. Mội sổ kết qua cua dỏ tài dã
dược chúm: lói cập nhật, dưa vào giang dạy trons món học "Co' học VỢI licit
lotnposiic" lại Truníi lãm vặi liệu chuvên đụníỊ - Viện E17 - Tuns: cục VI. Bọ cỏn1.:

an. và cho học viên cao học và sinh viên lớp cư nhãn khoa học tài năne cua Khoa
loán-cơ. inrờne ĐHKHTN. ĐHQGHN năm 2004. 2005.
Một lán nữa Chu nhiệm Đẽ tai QG.04.27 cùn£2 lap ihế các nha khoa hoc
dỏng thực hiện Đé lài xin bay 10 sư cam ơn chán ihành va sau sac loi lãnh dao
ĐHQGHN. Ban KHCN A: Vãn Phong ĐHQGHN. irườníỊ Đại hoc Khoa hoc Tư
nhicn. iriíoni: Đại học Badi khoa Ha Nội. Tru nu lam kv ihuặi \ai liệu chu\ùn lI ụ 11
- \ ’ i Ọ n E-17 - Ton ì: LUC \ I Bo Com: an dã tạo diéu kiện 12 i ú p dữ e h Ún lói ironi:
quá irình ihuc bien Đó lài IÙI\.
CHƯƠNG I
VẬT LIỆU COMPOSITE - TlỂM NĂNG VÀ ỨNG DỤNG
I.l.Khái niệm về vật liệu mới composite
Cho đến nay, dựa vào các đặc- trưng cơ lý hoá, người ta phân vật liệu ra thành 4
nhóm chính: kim loại và các hợp kim, vật liệu vô cơ-ceramic. vật liệu polyme và
2ần đây nhất là vật liệu tổ hợp compsite.
Vật liệu kim loại là nhữns vật liệu dẫn điện tốt, phản xạ ánh sáng với màu sắc
đặc trims, có khả năng biến dạng dẻo cao. và độ bền hoá học Ihườne ihấp. Đặc
điểm cấu trúc kim loại là sự sắp xếp có trật tự cúa các nsuvên tứ. tạo thành mạns
tinh thể, trong nhữns điều kiện nhất định có thể chuyển hoàn toàn sans irạn<: ihái
khỏns trật tự ( vô định hình ). Kim loại thõng dụns có thể kể ra như thép. done,
nhôm, lin lan, niken, và các hợp kim của chúns.
Vật liệu vô co-ceramic là hợp chất ciữa kim loại ( Me. Al. Si, ) và các phi kim
loại dưới dạne các oxyt. cacbit, nitrit, với các liên kết bền vững kiểu ion hoặc
dỏng hoá irị, lạo ihành mạng tinh thể ( co irặt tự), hoặc trạns thái vô định hình. Các
ceramic I ru yen thòng là thuy tinh. °ôm. sứ, gạch Ceramic thườno dẫn điện kém.
rái iiiòn, khôn£1 biên dạnII deo, bén vững hoá học và nóng chav 0' nhiệt độ rất cao.
Vật liệu polyme có hai loại: nhiệt rán ( đôns rắn ơ nhiệt độ cao. quá trinh
pol\’me hoá khổníi có lính thuận nchịch) \'à nhiệt deo ( quá trình thuận nehịch. chay
deo ra 0' nhiệt dộ cao, cíônc rân khi nguội vù lai có thế chảy deo lại đưọ'c ỏ' nhiệt độ
cao). Polyme có thê có ncuốn 2ốc từ thực vật hoặc độnc vật như xenlulo. caosu.
proiein. enzym hoặc được lóns hợp lừ các monome bans các phan ứng irùníi họp

như nhựa phenolphomalđehil. polvamil. pol\ephin Po]vme có cáu trúc mach
thăng ( polvelylen, pol_\'si\'ren ). mạch nhánh, polyme mans lưới và các polvmc
cáu trúc không. 2Ían ( epoxy. phenolphomanđehit ) và đưọ'c cáu thành nén bơi hai
ncuyên lố chu vêu là cacbon và h\'đrô, có chứa ihihn oxy, clo. nitơ

Polvme dãn
điện kém. eiòn ó' nhiệt dộ thấp và kha nàng biên clans (léo ở nhiệt dộ cao. bén vững
với các môi irirờns hoá hoc.
Compsile là vại liệu dược tónu họp nên lừ hai hay nhiêu loại vậi liệu khúc nhau,
nham mục đích lạo nén mội vật liệu mới. ưu việt và bẽn hon so vói các vặt liéu han
dấu. Vật lieu composite bao eóm có nén và CỐI. Vật liêu nên dam bao việc li én két
các CÒI lại với nhau, lạo cho vật liệu cóm nhiêu thành phán có lính miuvén khói,
lien tục. dam bao cho composite độ bón nhiệi. bẽn hoa ÙI kha nãníi chiu đưm: khi
\ ậi liệu co khiạẽl lại. Vại liệu ncn cua composite có ihe lìi polunc. L'LIL knri mai \;i
hop kim. iióm hoặc các bon. Vat liệu col dam bao cho composite cỏ các mo'Jan Jan
hôi \à đõ tx-n co' hoc cao. Cac cót cua composite có ỉhé la hai nỵãn. h ]■]".!.
các sợi cốt như sơi thuỷ tinh, sợi polyme, sợi gốm, sợi kim loại và sợi các bon, Về
mặt đặt bài toán của cơ học, người ta còn định nghĩa vật liệu composite là vật liệu
mà tính chất của nó phụ thuộc vào toạ độ.
Ưu điểm lớn nhất của composite là có thể thay đổi cấu trúc hình học, sự phân bố
và các vật liệu thành phần đẻ tạo ra một vật liệu mới có độ bền theo mong muốn.
Rất nhiều đòi hỏi khắt khe của kỹ thuật hiện đại ( như nhẹ, lại chịu được nhiệt lên
đến 3000°c, ) chỉ có composite mới đáp ứng nổi, vì vậy, vật liệu composite siữ vai
trò then chốt trong cuộc cách mạns về vật liệu mới.
Thực ra, quá trình tạo nên composite là sự tiến hoá trons nsành vật liệu: Từ vật
liệu chỉ có một cấu tử ( như kim loại nguvên chất), nsười ta đã biết tận dụns tính ưu
việt của các cấu tử để tạo ra các vật liệu có hai hay nhiều cấu tử ( hợp kim ). rồi từ 3
nhóm vật liệu dã biết là kim loại, vật liệu vô cơ ceramic và hữu cơ polyme. nsười la
đã tìm cách tạo ra composite - vật liệu của các vật liệu để kết hợp và sư dụns kim
loại-họp kim, các vậi liệu vô cơ và hữu cơ đổns thời, hợp lý. Vậỉ liệu composite la

\ ú! licit ch cực long hợp nân lừ hai liax ììììiéii yậỉ ìiệit khác nhau, nhằm tạo ra một vậĩ
liệu lô hợp mới, có nhữiiạ lính năiiỊỉ ưu việt hơn so với những vật ìiệit thành phún
ban dầu. Và mới đã)’ đã xuãì hiện các thuật nsữ mới như super-composite:
composite của composite {khi các vật liệu thành phán cũng là composite):
nanocomposiỉe- lù composite có Í! lìlìấi mội thành phẩn của nó có cấu trúc nano.
Tronc các vật liêu kế trẽn, irước đáy người ta thườn2 đánh siá cao vai trò cua vật
liệu nhóm kim loại và cho ran2 chúns giữ vị trí quyết định đến sự phát irién xã hói
và kv thuật. Tuy nhiên cùnẹ với sự phái triển của kỹ thuật và cổns nchệ. đòi hoi
phải có nhữns; vật liệu mới bén hơn. ưu việt hơn. Vì vậy đã xuất hiện vật liệu mới
composite, vừa có chỉ tiêu cơ h cao hơn kim loại và hạp kim, lại bén với cu mói
trưònc hoa học và rất nhe. Mặc dù mới được phát hiện và sư đung, nhưn*:
copmposite đã thay thế kim loại và họp kim tronc chế tạo may. irons viéc ché tao
các vặt thế bay, và đã có mật trong tát ca mọi ngành, mọi linh vực cua ncn kinh té
quõc dán
Định nehTa vật licit )ìì< 7 chi có lính định tính. Yật liêu mới có thế được hiéu như
nhừníi Yậi liệu mói tinh, trước đâ\ chưa hé có. nay dược con neưừi ché tac' nén. \ ’ai
1 í cu mới cũnc có ihé là các \’ậl liệu cũ. nhưng sau khi qua SƯ \\ nhiél. lỉidc. tư N'ái
liệu many các dặc lính mới, vù các vật liệu cỏ nhữnt: dặc tính mới mo na\ V.QIỊỊỊ
(.lược xcm như nhữníi \'ật liệu mới. Vặt liệu có Ihé dã biéi \à sư dụne ơ n(í] na\ nc 1'i
kia. (í các niaív cóní: nchiựp phát iricn. nay diriíc sư ơ các nirii'c pháĩ I rĩ én. n'
nhữns noi chi mói .sir dụ nụ các \'ặi liệu này. ngưòi la cũnì; tiọi những Yặi liêu urirnỊ!
LỈÓ1 mới dó là các \'ậi liệu moi.
Thực tế cho thấy tất cả các vật liệu mới xuất hiện trong các năm gần đây, đều
thuộc nhóm vật liệu composite hoặc là các hợp kim. Ngay cả nhiều hợp kim ( như
vật liệu siêu cứng, hợp kim mới của các kim loại không tươns tác ) cũns là các
composite kim loại. Điều này lý giải vì sao trong nhiều tài liệu khoa học, thuật nsữ
" vật liệu mới" được dùng đồng nghĩa với vật liệu composite.
1.2. Mỏi quan hệ giữa cấu trúc-tính chất và xu hướng phát triển vật liệu moi
Mối quan hệ giữa cấu trúc và tính chất của kim loại-hợp kim. vật liệu vô cơ và
polvme đã được đề cập đến trong các giáo trình vật liệu học . và đã được điếm lại

ngắn oọn ở phần 1. Trong phần này chúng tôi trình bày chu yếu quan hộ giữa cấu
irúc và tính chất của vật liệu composite.
Đặc tính cơ, lý, hoá của composite phụ thuộc vào 3 yếu tố chính:
- các vật liệu thành phần
- cấu trúc của cốt
- cỏn 2 nghệ chê tạo
Thav đối một irong ba véu tố dó cũn2 du dan đến tha}' đối composite. Trong dó
thav đối câu irúc cúa composite là một nhữnc yêu tố quan trọn2 quyết định việc
nãns cao độ bền cúa vậi liệu.
Dựa theo cấu trúc hình học cua cốt , có thể phân chia composite theo cấu trúc
cốt ra làm 3 loại chính:
- composite phân lóp ( cỏm nhiều lớp được liên kết lại với nhau).
- composilc với các hại độn ( bột độn), hoặc các sợi nsăn phân tán.
- composite có câu irúc sợi khôna gian nD ( các sợi độn sons sons với n phưonsi
irons khóm: íiian). 1D là composite có CỎI sợi đổn2 phương.
Bang 1 cho ihãv các hăng số đàn hổi cua composite tươnsi ỨI12 vói sơ đó CỎI
trén hình 2 (min cpoxy CÓI sợi ihuỷ linh
.
Ban í: ]
Các hàns số
đàn hòi
0. E =
. E E -
\ át li cu ^ ĩ ^ E . E
c,;.£
0
m
1 J
II
■s'

\'
1 D
16
3.5
1.4
1.2
0.27
Ị). 5 f)
:>D
S.(1 6.2
1.2
1.2
0.14
(1.14
3D'
(xL) 6.9
1.2
1.2
O.M
í).14
1
1
Q
r 1
■>
S.3
1.2 1.3
(1.15
(1
Từ bảng 1 chúng ta nhận xét là với composite epoxy-thuỷ tinh đans xét, việc

thay đổi cấu trúc cốt làm thay đổi đáng kể mođun đàn hồi và hệ số poát xôns cúa
composite, nhưng ít làm ảnh hưởng tới môđun trượt. Điều này cũng có nshĩa là khi
kết cấu làm việc trong các trường hợp chịu ứng suất-biến dạng trượt, với vật liệu
epoxy-thuỷ tinh đang xét, chúng ta có thể thay thế các vật liệu 3D bằng các vật liệu
ID, 2D đơn giản và rẻ hơn nhiều lần.
Tham số quan trọng đặc trưng cho phân bố cấu trúc là hệ số thể tích Vd ị thể
tích cốt độn)/ V ( của toàn bộ composite). Hệ số này thông thường từ 0,3-0,7 - tức là
Ihành phần cốt thường từ 30% và không quá 10°7c thể rích composite. Khi phán bố
cốt chiếm trên 70% thể tích, chúng quá sát nhau, giữa chúng nay sinh tươns tác dẫn
đến sự tập irung ứng suất, và làm giảm sức bền của vật liệu.
Vật liệu composite có thể đa nền ( nêú nền 2ổm hai loại vật liệu trỏ' lên cấu
thành), hoặc đa cốt ( khi cốt gồm hai hay nhiều loại vật liệu trở lên). Có hai nguyên
nhân chủ yếu dẫn đến việc tạo ra cốt sợi tạp lai của composite: khi một irone các
loại cốt sợi có chỉ số CO' lý cao hơn nhiều so với sợi kia. sẽ hạn chế đưọc yếu điểm
cua các sợi có chỉ số cơ ìý ihấp hơn. va làm giảm giá thành cùa vật liệu. Ví dụ như
việc dùnc cỏì tạp lai đa cốt sọ'i thuỷ tinh + sợi cacbon và sợi hữu cơ + sợi cácbon ,
lạo ra vặt liệu có hệ số dãn nở nhiệt ổn định trong khoảng từ -120"C đến + 160'C.
trong khi composite côì sợi ihu\ linh, hoặc cốt sợi hữu cơ thông thưòng ( khi khóns
có sợi cácbon) lai có sự ihay đổi đặc tính CO' lý đáne kể khi nhiệi độ tăns. Hoặc ví
dụ như composite có 20°/( cốt là sợi các bon và 80% CỐI là sợi thuy tinh, có độ bền
bằnc 75% so với composite có cùng tỷ lệ cốt độn nhưng chỉ toàn là sợi cácbon,
Ironíi khi đó giá ihành composite cốt tạp lai lại chỉ bằng 1/3 so với composite cốt
sợi cacbon. Sự pha tap các thành phần vật liệu khác nhau ảnh hưởne nhiều đốn
mođun dàn hổi, độ bổn nén. bển uốn, và các kha năng chịu nhiệt và <iia thành cua
composite.
Hiện na\' rật liệu phát trién theo các xu hướng sau:
1. Phái trier) vặi liệu theo cõns nghệ truyền thóYis: thép các loại ( ihép xáv
dưng cổ điến. các loại iliép có độ bền cao trong chế tạo máy ); Các hợp kim bền, nhẹ
( các loại hợp kim nhỏm ); vật liệu polyme; vật liệu cốm. thuv linh.
2. Phai irién vậi liêu theo cóng nghệ mới: công nghe lu\én kim bọi: vat liệu

composite ( super-composite vù đặc biệt là nanocomposiie được phái irién rấi manh
irons nhữnii năm iián đ á \): cóng nghệ nguoi nhanh;
3. Phat irién Vdt liêu với cac linh nàng đặc biệl: vái liệu siéu cứnẹ. \ái liứu siéu
Jco. \ ại iicu nhơ hình
Thực lé cho thã\ vat liệu mới phái trial ìlico hườn” Iivủy CUIÌỰ 1 lùm lới nliữn"
VỊÌI h ạ t hi ll lie'll, nlic //if*, v ci cú c linh im iiịi 11‘^ ìx cun ^ \ìì(>i mc. Loai irư CLÌ| kim
loại tương tác đươc với nhau, các vật liệu như kim loại bột, vật liệu siêu cứng thực
chất cũng là các hợp kim - composite kim loại với các phương pháp công nghệ mới.
Một số vật liệu có tính năng điện. từ, đặc biệt, vật liệu siêu dẻo cũns chính là các
hợp kim. Vì vậy, có thể nói xu th ế phát triển của vật liệu mói là phát triển các
composite mói và các họp kim mói. ■
Căn cứ tính chất của vật liệu nền, composite được chia ra làm 4 loại chính:
- composite nền polyme
- composite nền gốm
- composite nền kim loại và các hợp kim
- composite cacbon-cacbon ( cả nển và cốt sợi đéu là cácbon)
Composite poìyme hiện nav đã có đặc tính cơ lý cao hơn kim loại, nhẹ hem
kim loại, cách nhiệt, cách điện lốt \d rất bền với các tác nhãn hoá học và múi
trường. Vậi liệu compsite polyme đang được thay thế cho kim loại trong côns
nghiệp Yct chế lạo các chi liéì cúa các khí cụ bay; ở nước ta composite polvme đã
được dùnii chế tạo các ăng len. các hệ thốns hãm thậm chí cả các áo ciáp cho
canh sái vù quán đội CŨI1S được làm lừ polyme. Composite polyme còn được ứnc
dung làm cuc ỏnu dẫn dáu khí hoá chát. Ịhán vỏ và các chi tiết cua ô tô. và các thiét
bị khác cua imanh chế lạo máy.
I. zCjà*m
» u <
M
Hình 1.1 Vu! liệu composite polyme làm 0 H!I dan dáu. khí
Để nãníi cao kha năny CO' lý \'à giam Irọníi lượn í: \ậi liệu, xu hướnụ dung soi
cúc bon làm CÕI cho composiie pnlymc đan í: đươc ứn Í2 ci LI nu \ ;i pill'll tri On rái rom:

rãi. Comịxvsiic polvmc soi cacbon co hộ so dãn no nlnci ihap. ilo cứm: cao IKT1
du ne đc ché Uio cue ăng len can on dinh cao vé kích co 111 nil ikmi: Irons: đk‘LJ l.icn
hiiv \a khóni: iK’u. Sợi caobon UMm: thích rát lot \ói các mó cua co ihẽ sõn<j. VI \;i\
composite polyme sợi cácbon còn được dùng chế tạo các thiết bị thay thế trons cơ
thể như xương, chất hàn răng, vỏ hộp sọ. Các loại vải cacbon khi bâng cac vết bòng
làm cho chúng mau lành , và khi gỡ thay băng rất róc, không sây thương tổn. Loại
vải cacbon dùng trong y học đã được các nhà khoa học Việt Nam, phối hợp với các
nhà khoa học của Viện NIGRAPHIT ( LB Nsa ) sản xuất và ứns dụns thành công
tại Việt Nam. Những năm gần đây, composite polyme sợi cacbon được dùnơ để chế
tạo các thiết bị thể thao như khung xe đua, mũ cho lái xe và phi công, cán và cánh
cung, các loại vợt cao cấp, các loại thuyền buồm thể thao, Thống kê dưới đáy cho
thấy ví đụ về hiệu quả của \'iệc dùng composite poỉyme sợi cácboìì (CPSC) cho
máy bay tàu lượn AN-124 của Nga:
-Khối lượng sử dụng CPSC( kg): 2200
-Sỏ các chi tiết chế tạo từ CPSC ( cái ): 200
-Giảm được trọns lượng máy bay (kg): 800
-Tãng hệ số sử dụne vặt liệu: (%) 85
-Giam số lượng các chi tiet:(%) 120
-Giam mức độ phức lạp khi chế lạo: (c/( ì 300
- Tiếi kiệm hợp kim nhôm:(k°) 600
-Tăng khối lượn2 chuyển tai ( tân.km) 1.10r’
- Tiết kiệm nhiên liệu:(iấn) 1.2.10"
Nhược diêm lớn nhất cua composite polyme là khi chế lao các kết cáu chịu
nhiệi độ cao có độ bển khỏnc lớn. Việc bổ SUI1ÍI các phụ cia như bột kim loại, bột
gốm. bọt cacbon vào nén polvme đã năng cao các dặc lính cơ lý như độ bc;n. độ
GỨnc . độ mài mòn của loại vậi liệu composite nàv.
Composite "ốm: Việc đưa các CỐI sợi như sợi kim loại đê ché lạo composiie
iióp phấn làm hạn che lính giòn cua gốm. Hiện nay phai iriẽn ráì manh xu thó' Yell
liệu composite nen Í2ổm ircn cơ sỏ' cỏì sợi kim loại và các oxit kim loại, sựi ỊIUIII. sựi
cacbon. Composite nén £Òm la vật liệu có độ cun': cao. bẽn nén cao. có lính cách

nhiêl. cách điện cao . chịu mài mòn cao và irơ ho á học nên dược dùnc rấl phò biến
irons: ché lao máy. và chịu nhiệl độ lên lới 2000-2500 K. như ché tạo các máv lực
imivên 1 ư. C\íc irục ilộm chịu nhiệl cua c-ác cánh quại tuabin dône cơ. các ãnÍ2 ten ơ
mũi các vạt ihé bay vũ irụ cân phai Ihu hỏi trơ vẽ trái đái. mũi năn dònLỉ ten lưa
Composite kim loại được ứng dunL! và phái Iriẽn neùv càn'j manh mõ. maIIị; lai
hiẹu qua kinh tê kv ihuặt cao trom: co khí - chẽ’ lạo muv. Yặi liệu com pitM ic kim
loai co nen la kim loai hoăc hợp kim. còn phân CÕI có ihé là kim loai hoặc phi kim
loại. Đủ làm cói cho composite kim hụii hay tlùnt: các sọi có dó bén cao hoặc
mođun dan hoi c:to. do làm tãni: lính nãnt2 CO' K din comppsiiL'. Vkv SƯ ikinjj IŨ'11
kim loại hoặc hợp kim cho phép làm tăng độ bền của composite theo phương vuông
sóc với phương của các sợi cốt, và tăng độ bền trượt, và như vậy composite nhận
được có độ bền trượt như của kim loại nền. Composite kim loại có các chỉ tiêu cơ lý
cao, và ổn định, bền nhiệt trong khoảns nhiệt độ cao và thời gian lớn hơn nhiều so
với nền polyme.
Một ví dụ phổ biến nhất của composite kimloại là vật liệu nhốm-bor ( nền
nhóm cốt sợi bor). được ứns dụns mạnh mẽ trons hàng không. Để minh hoạ chúnơ
tỏi lấy ví dụ như ở Mỹ, vật liệu này được sử dụng trong máy bay F-106A, cho phép
giảm trọng lượng từ 3,86 tấn xuốnơ còn 2,9 tấn, vì vậy đã tăns được 115% tải trọng
hữu ích mà không hề ảnh hươns đến tốc độ \à tầm bay. ở Nsa. vật liệu như vậv
được chế tạo lần đáu tiên tại xí nchiệp vật liệu hàns khỏns VIAM, băng phươns
pháp hàn khuyếch tán. có ký hiệu BKA-1, irons đó bor chiêm 50% thế tích. BKA
có độ bền kéo là 1 lOOMPa và mođun đàn hồi đạt 260 GPa. Việc dùns composite
nhỏm-bor tron2 máy bay IL-62 cua Nga cho phép giảm được 17^ trọng lượnc,
irons: khi van giữa được các tính năng bav khác, đồng thời nâns được tầm bav xa
lẽn 15% và làn2 lái irons hữu ích lcn 20%. Composite nhỏm-bor còn được dùng
irons: các vậi ihé bay YŨ trụ. nhữnc nơi liếp nối các kết cấu chịu nhiệt độ cao. đế ché
lạo các bu on SI kín cua độn" CO', nhửne chi tiết cúa khuns cứns. vó, vòns đai chịu
lực bao quanh độnc CO' tên lửa. các nQũn nôi của tên lửa đạn đạo.
Vặi liệu composite kim loai nhẹ hay dùns sợi cácbon trên nền nhổm. Mặc dù
composite nhỏm -cacbon có độ bén khớnc cao hon nhiều so với nhữns hợp kim

nhóm lốt nhái, nhưns chúns lại có mođun dàn hổi cao hơn hản ( ]40-160GPa so \'ó'i
70GPa) . \à nhẹ hon ( khối lưọnt: ri én <2 2300k°/nr so vó'i 2750 kc/nr' ), đặc biệt
chúne lại có độ cứng cao gáp 2.5 lán so vói các hợp kim nhôm, có độ bén moi cao
(như úian, ihéịi hop kim) và hệ số dãn no' nhiệt ihấp trons khoáns 293-673' K. Đá\
là \ ật liệu lý tưởns đế dùng chế tạo các chi tiết chịu lái lực và nhiệt cao. như thán vo
canh tuabin. ổn2 xa độns cơ may bay vù tên lửa.
Sợi cácbon cũạs được dùng làm CỎI cho các kim loại nén đỏníi. chi. kẽm dó ché
lạo các chi tiết cho ngành ca khí-chế lạo máy đòi hoi lâu mòn. hệ sô ma sái bé. dan
diện, chịu nhiệi vù co kha nãnc bao loàn tính chái cơ lý kin nóng. Ví dụ composite
clVi-cáchon co dó ben và módun dan hói cao hơn gáp khoan" 1(1 lan ch 1 ihỏmi
ihưoìH!. Đicu do cho phcp sư lìụníi chúng dó chủ' lạo các máy móc irami ilìiél bị làm
\iẽc iron” các mói irirờng bị mòn cao do ma sái. ức ché dược dao dộnL! am ilianh.
háp thụ tkrợc lia Llama.
Đc chê lạo cac ó true khóng cán hoi trơn . \ at licu 1\ iươn<j la cac composiic
khoni: mòn ircn cơ SO' nẽn la chì. voi các soi CỎI la ihep khonL! <21 hoặvj bov.
ihiCv. Hiẹn n a\. mới nhái a ' OMII null ọ chõ lạo các composite ùr ó c k i ir, li ai t ro I
kim loại không tương tác nhau) nhờ tác động của nhiệt độ và xung điện, tạo ra các
composite kim loại dạng đồng-chì-nhôm.'
Composite kim loại nền đồng hoặc bạc, với các cốt vonfram hoặc molipđen có
thể dùng để chế tạo các công tắc điện không mòn cho dòng điện mạnh, hiệu điện
thế cao.
Composite kim loại nền crom và niken, cốt sợi kim loại phân tán là các oxit
nhôm, cũng như các composite kim loại khác với nền là những hợp kim bền nhiệt
và cốt là các sợi kim loại khó nóng chảy là những vật liệu lý tưởng đê chê tạo các
chi tiết máy bền nhiệt của động cơ tuabin khí. Composite kim loại giữ vị trí rấi
quan trọng trons còng nshiệp và quốc phòns.
Composite cacbon-cacbon ]à vật liệu có các cốt sợi cacbon trên cơ sỏ' nền
cacbon. Nén cacbon có tính chái cơ lý và nhẹ tương tự như sợi cacbon, nên khi kết
hơp với sợi cacbon cho chúns ta vật liệu mới siêu bền và siêu nhẹ. Vật liệu cacbon
có độ hền cao. độ CỨ11S cao. Nhiều đòi hỏi khát khe cua kỹ thuật, như đòi hoi tha\

dổi nhiệt độĩ ncột ỏ' mức 1000K/cm, cũng như độ bền cơ học cao ( lên đến 1000
MPa khi kéo), chi có vật liệu cácbon-cacbon với các cấu trúc cốt khác nhau là đáp
ứne được, vì vậy việc phát iriến vật liệu cacbon-cabon ngày càn 2 được hoàn thiện
và ứng dụnc rộnc rãi trone vũ irụ. hàns khổns, quốc phòns và ngành cơ khí. chế tạo
máy, Vật liệu cácbon-cacbon có tiềm năng và triển vọns vô cùns to lớn. đans
ncày cànc thav thế dần các kim loại và hợp kim trons côns nshiệp và cốns nshiệp
chế tạo các vật thế bay và với những tính năn2 cự kỳ ưu việt cua nó đã trỏ' thành
Ihen chẽn cua cuộc cách mạne về vật liệu mới.
1.3. Quan hệ vật liệu mỏi- cóng nghệ mói và ứng dụng phát triển vật liệu đó
ben cao
Vật liệu dùns trong chế tạo máy và cơ khí đểu chịu các tái cơ học. các tác đóníi
vai 1Ý. hoá học vù mỏi trườn" rai khác nhau. Yêu cấu hàm: đáu là vật liệu phai có đó
bên cao. tức la có kha nànc cao chỏns biên dạn2 deo, chốnc sư ilia tâng vét nứt. sư
mài mòn bề mật trone thời eian đủ dài can thiêt. Các chí tiêu về độ bền nói chun"
liên quan đến vật liệu trons ché lạo mav-cơ khí là:
C h i tiên ( ơ hoe:
- Bén lình ( kha nâng cliịu các lác độnc lức thời: bén kéo. bỏn iru'01. hC'11 nén.
uõn )
- Ben moi ( kha nàng chiu các lai luân hoàn)
- Bón \a dập. bén lừ hicn
Chi ìicit VỘI /v -ìn‘j hoc:
- Kỉiõi Im thị: ncni:
• V V.
- Khả năng dẫn điện, đẫn nhiệt,
- Bền nhiệt
- Bền với độ ẩm, bức xạ
- Bền trong các mối trường hoá học ( kiềm, axít, )
- Bền điện hoá,
Với composite, ngoài các chỉ tiêu trên, cẩn biết thêm các thông số:
- Các vật liệu thành phần cấu thành nên composite ( các chỉ tiêu CO' học vật lý.

độ bền của từng thành phần khi riêng rẽ, )
- Tỷ lệ phán bố thể tích giữa cốt và nền
- Cấu trúc cốt ( phân lớp. đổng phươns, cấu trúc không gian theo các phưong
nào? )
- Độ bén dọc theo phươnc cốt, và theo phương vuông góc với các CỐI
- Tỷ lệ độ rỗng trong vật liệu
- Nhiệt độ chịu dims tối đa
- Hệ số dãn nớ nhiệt
- Phươnc pháp chê lạo nén vật liệu
- Biên dạnc tối đa (9c
Vé măt cơ học. độ bén cua vật liệu được biểu diễn qua mối quan hệ ứns suất -
biến dạnc. Vật liệu khône còn kha năns"bền" nữa. tức là khi trona vật liệu xảv ra sự
phá vỡ lính liên lục cua mỏi irườnc vặi liệu. Điều đó được hiếu là khi ÚT12 suất hoặc
biến clạnc vượt quá mức giói hạn cho phép. Mức si ới hạn nàv là đặc trưnc cơ-lý cúa
mỏi vại liệu, và dược biẽu dien qua mặt bền ( mặt siới hạn) trons không sian ứnc
suat hoặc khổns siian biến dạng. Nhữna điếm nằm tron2 mặt này ứne \'ới trạns thái
an toàn (trong giới hạn bén cua \'ặt liệu). Nhữns điếm nằm trên biên hoặc ncoài mặt
21 ới han tươnc ứng với trạns thái ứng suất hoặc biên dạne khỏnc an toan cua vạt
liệu.
Đặc lính Cơ-K -hoá . \’à táì nhiên ca độ bén cua \’ật liệu, phu thuộc vào ba vẽu lổ:
- Các cáu tư. các vật liệu ihành phán cấu thành nén vật liệu.
- Cau trúc và sự phán bố các ihành phán bén irons vật liệu.
- Cone nghệ ché tạo vái liệu
Thay đòi một trong ba Yẽu lò ưén cũníi du dẫn đến ihav đoi đặc tính \'à do hèn
:ua vật liẻu. \'ì vậ\ đế nhan được \'ậi liệu mới có độ bén cao. chúng ỉa có the iha\
jỏi từnc yéu 10. hoặc don': Ihoi hai. hoác ca ba YCU lò mội lúc.
Ví dụ khi ché tạo vịu liọu .siéu cưng, ncu duny bội kim cưom:. rai lẽn he mai hop
ám cứniĩ. rói cp none dưới cíp SLKÌI 5-ÍSGPa, ơ nhiẽl đó khaonc 1 S()C> c có ihc lao ra
•'ậl liệu sióu cứng có dó cứn 12 5000-8000 H\ . dun<: dẽ cãt L!01 kim loại: NC“U hói
iãm cương trộn với khoảng 20-30% bột kim loại, ép nóng dưới áp suất 3-6GPa, ở

nhiệt độ 1200-1600°c tạo ra sản phẩm có độ cứng 4000-5000HV, dùng để cắt đá.
Như vậy thay đổi thành phần cấu thành nên composite, chúns ta nhận được những
vật liệu mới có độ bền (ở đây là độ cứng) khác nhau.
Hoặc cùng vật liệu giống nhau, nhưng với cách bố trí các cốt khác nhau, chúng
ta sẽ nhận được các vật liệu mới có độ bền rất khác nhau: tuy cùng là composite,
nhưng khác với vật liệu epoxy-thuỷ tinh trên đây, với composite cacbon-cacbon,
thay đổi cốt từ 1D sang 3D có thể nhận được vật liệu có mô đun trượt cao hơn từ 2
2,5 lần. Điều này đạt được khôns phải do công rmhệ, mà do chúng ta đã thay đổi
cáu trúc bên trons của các sợi cốt.
Để minh hoạ về yếu tố cốns nchệ ảnh hưởne tới độ bền cua vậi liệu, chúns tôi
lấy ví dụ quá trình chế tạo sợi cacbon. Trong quá trình chế tạo sợi các bon có 2 yêu
ở cóng nsliệ quan trọns nhất quyết định đến chỉ tiêu cơ lý của sợi: đó là nhiệt độ
:ua quá uình xư lv nhiệt và mức độ vuốt sợi. Sự vuốt sợi và tăng nhiệt độ xư lv sợi
àm tàng kha ruins định hướns cua các nsuvên tư cacbon theo phương dài cua sợi.
\LÌ quá là làm lũnc môđun đàn hổi \ à độ bén của vật liệu. Thực tế cho thấy mức độ
> uót sợi cànÍ1 lớn. thì sợi có modun dàn hổi và độ bền càns lớn. Thôns thườn 2 khi
:hé lạo. sợi cacboii dược YUỎI ilico lỷ lệ'1000:1, với tốc độ 125-13ơm/phút. Nhiệt
.16 cànc lớn ihì làm cho sợi có inõđun đàn hổi càns lớn. nhưns không phái nhiệt độ
Vứ 1\ càns cao thì lại cho sợi có độ bền càng cao. Vì khi nhiệt độ cans cao, thì sự
<uãt hiện các lỏ rỏn2 tronc so'i cacbon càns lớn, và \'ì vậy độ bền cua sợi 2iam đi.
rác sợi cacbon thồne ihườnu đại độ bền tối ưu trons khoảns xử lý nhiệt lừ 1200-
I socrc.
Như \’ậy. cône nehệ mới chi là một trons nhũng yêu tố tạo nén Mịt liệu mới.
Hén ilụrc lé. \'ứi cùng một ncuón nguyên liệu, cùne một phươníi pháp CÓIIÍI niỉhệ.
Iiiưò'1 ta dã tha\ đỏi cáu true dế thiết kế, tạo ra những vật lieu mới. Neay như vai
iẽu nano vé ban chái cũne là vậi liẹu có cùim thành phấn hoá học. nhưnu cấu 1 rúc
•ác hạt cua nó lại vỏ cùni: bé. chi lừ 1-10.10 3 cua micromet. Đế níihién cứu các bài
oan CO' học cua \'ật liệu nano, ch únc ta phai ciái các bài toán đe xác định ứm: suái-
ìión clạns \'imó. Điếu nay 1\ LIiLŨ V] sao.troníi những năm <:án đũv. cơ học \ật liệu
nơi phai irién rái mạnh mẽ. và khónu chí các YCU tố như irane ihiẽl bị. nhiẽi dó. các

ác nhàn xúc túc. các chất phu cia mới là "COII'J Ii‘jié". ma nnav ca các phưo'm:
iliáp chọn và sư lý kết câu \ ặt liệu, cách thiót ké ché lạo. cùm : là nhữn<j "hi ƠIIYCI
ìliù //”//(’". va được xem như là mội kháu quan irọní! cua coni: nehc chẽ lao \ ai liéu
noi. Nhiẽu khi chính cat linh loan ihiẽi ké mui. ilã L!oi mo Hn> cac Iilici s;in \ikii
ilũrm: mõ hình Yell liộu mới. lừ đo n;iy sinh các iraníỊ ihici bị moi. CUL mco com:
lỊihụ mói. Ví LỈU ntnr\ai liỌu cacbon-cacbon. từ composiiu ID loi 31). UI'- CUII'J la
chất liệu cacbon, quá trình xử lý nhiệt cơ bản giống nhau, nhưns xử lý cấu trúc cốt
từ 1 phương đến 3 phương rất phức tạp: cả về máy móc thiết bị, cũng như các cách
thức tạo cốt. Công nghệ nhiệt + xung điện đổng thời là công nghệ hoàn toàn mới.
nhờ vậy mà chúng ta tạo ra được các hợp kim và composite kim loại mới. Có thể
nói, công nghệ mới và vật liệu mới có quan hệ khăng khít với nhau: côns nghệ mới
tạo ra các vật liệu mới, và bất cứ ý tưởng mới nào về thiết kế tạo ra vật liệu mới
cũng đòi hỏi sự đáp ứng mới của máy móc, trang thiết bị và côns nghệ, để thực hiện
thiết kế mới đó. Với mỗi trang thiết bị, mỗi giải pháp cổns nghệ lại chỉ đáp ứns
được những yêu cầu nhất định ( về khả năng khai thác các vật liệu thành phần, về
khả năng tạo dáng, về khả năng gia công và chịu nhiệt độ, áp suất nhất định, ). Vì
vậv, khi bất tav vào lựa chọn vật liệu để chế tạo sản phẩm, kết cấu, chúng ta phải có
sự lựa chọn ỵiải pháp thiết kế-công nghệ.
Giải pháp thiết kế-công nghệ là phương án tối ưu, hợp lý nhất đế san xuẩi ra
vật liệu, kết cáu. trên cơ sơ cán nhắc, tons hoà các yêu tố chính sau:
+ Yêu cáu vé lính năng kỹ thuật, thiết kế.
+ Vặt liệu, miuvên liệu ban đấu, và các tranc thiết bị hiện có.
+ Các Ihu pháp cóns nchệ khu thi.
+ Mức độ san xuất ( đơn chiếc hay hàns loại, số lượng ). lĩnh NỊTC áp dụns ( cho
quòc kế dân sinh hav an ninh quốc phone. O' đất liền hay hải đảo, ), hiệu qua kinh
lố (íiiá ihành. các YCU tố xã hội. các vấn đề về mỏi trườnc. vận chuyển, bao quan ),
sức canh tranh so với các san phẩm tương lư bàns vật liệu cũ. so với san phám cùng
loại ớ trong và ncoài nước.
Với ngành nhựa: ứnc dụim nhữnc. két quả nghiên cứu cơ học vé vật liệu
compsite cho tháv có ihế đé xuất một sỏ’ kiến nchị sau nhàm nãns cao chát lượní:

vật liệu:
- Đẽ Iúme cao độ bẽn cua vật liệu nhựa, cán đưa bổ sung vào nhựa các CÓI sợi
bổ SU1ỊỊI. Nhữnc cốt sợi nàv có thể là sợi kim loại, sợi thuv tinh, sợi ha/an hoặc
cacbon Cõi sợi chãne những làm lăn<: độ bén. lănẹ các iziu Irị cua mỏ đun đan hói.
mà còn làm lãn2 kha năn2 bén cua vặt liệu với các lác độnc co học và vãi ]v.
- Có ihé bổ sune vào nhựa các phụ cia dang hột. hạt mịn như các hại khnúne.
bột cácbon. bột kim loai Nhữn2 bó! na\ làm lãng độ cứns:. <:iam các bién (lane 1Ư
biên, han chế sư phái irién các \'ốt nứi \'imó irone \'ật liệu nhựa.
- Mỏ hình vật liệu nhựa lói ưu sẽ la composite nhựa có ba pha: nén nhưa. cac
sợi CỎI. \'à c;íc hại dọn phu eia.
Tro ng nnatih hoa c h a i:
-Do com posiie có ưu dicm rai hcn \'ới các uic dộn " cơ-lv \a hoa hi 1C. hu C('
kha năní! cách nhiệt, cách am tót va nhẹ nén dược ứni: cluni; rái ron<j rãi ir MVJ
công nghiệp và chế tạo máy, trong đó có các máy móc và thiết bị cho ngành công
nghiệp hoá chất.
-Vật liệu composite được ứng dụng để chế tạo các Ống dẫn hoá chất và các
chất thải.
-Các bình chứa bằng vật liệu composite được dùng để chứa các hoá chất đặc
biệt ( đựng kiềm, axít, các hoá chất lỏns và khí, ).
- Bông sợi composite ( như bông sợi thuỷ tinh hoặc bazan, ) được dùnơ để
bảo ôn hoặc bảo hàn các thiết bị nhiệt, lò sấy. các đườns ống dẫn hơi, các thiết bị
nóng hoặc lạnh với mục đích cách nhiệt và chống bức xạ nhiệt.
- Việc trực tiếp dùng vật liệu composite để chế tạo các lò phản ứnc. lò nhiệt
luyện, bình pha chế hoá chất cách nhiệt rất tốt, nên có thể bỏ hẳn hoặc 2Íảm một
phần đáng kể các bỏng khoáng bảo ôn. giảm chi phí và đơn gian hoá tronc việc lắp
đặt và bủo dưỡng thay thế. lại tăng được hiệu quả khai thác do giảm được tổn thát
nhiệt 10-20%.
- Composite bền với bức xạ và hấp thu ám thanh tốt. nén các tâm lợp. bé tôns
3D composhc có irộn các bôn2 khoáns được dùng để xãv dựns các nha xươns san
xuãi. pha chẽ' và bao quan các hoá chất đặc biệt.

- Cúc loại vái composite đưọ'c dùna để may quần áo bảo hộp lao độn ạ.
- Composite được dùng để chê tạo các màns lọc côns nshiệp.
- Vặt liệu composite xốp. được chế tạo từ các bôns. sợi khoáng được dùns đế
lam vạt liệu sư lý ỏ nhiễm mòi trường. Ví dụ composite bỏns sợi bazan có tính húĩ
(ncậm) dấu rát cao: 1 k.íi tấm xốp như vậy có thể nsậm được 30 lít dầu mo. sau khi
ép tách dáu lại có ihô tai sư dụne thêm 8 lần nữa. Vì vậy chúnẹ là các vật liéu lý
iưỏng đế sư lý các sự cố tràn dấu trẽn biển và vùns ven bò' bàn2 cáh thu gom dáu
ưùn và hạn chế sự lan rộne và tính trầm trọn£ của sự cố £áv ó nhiễm mỏi irường.
- San pham cua neành hoá dáu là pec than đá hoặc dáu mo, dược dùne đế chế
[ạo \’ật liệu nền cho composiie siêu nhẹ. sieu bền nhiệ: các bon-cacbon, dược ứne
Jung mạnh mẽ va phổ biến trong \iệc ché tao lẽn lưa. \ ’iệc tận dung các nhựa pcc
làm hạ £Ìá thành san phãm của vặt liệu ( sợi các bon thôn ị: d ụ n i
2 siiá iruníi b'mh 100
] 50S,/ky. nay sợi các bon lừ pec than đá và dầu mo eia ihùnh chi vào khoan'.: 20-
ỎOS/ks:)
Vật ỉiéu composite có riứm nảníỊ ra ứng dung rớ cunÍỊ to ỉon, no ỉa Ytìỉ ỉicu
'Ito hiện tại và tương lơi. Rái nhiéu các nhà khoa học cho răne. ihé k\ XXI la 1 ho
\V cua côn‘1 ntihộ cao va \ật liệu moi composite.
Đe chẽ lao \ ậl liệu mơi. cán co SƯ lham eia iua Mi nhi cu HỊỊanh. nliieu II ỉ Ki
\hoa học: hoa học ( d<j chẽ lao các \'al liệu ihanh phan. LciL chát \iK Lk. l.ci
lính ). vật Iv ( dô nphicn cứu cac cáu trúc n<ju\én tư. phán ur va licn kC'1. a:iỉì
hưởns của các tác động từ, quang, điện, ), cơ học ( để tính toán, dự báo đánh giá
độ bền, thử nghiệm, thiết kế, )> công nghệ ( để xử lý nhiệt độ, áp suất, chọn các thu
pháp cồng nghệ, gia công sản phẩm, ). Trong đó cần có các Tổng công trình sư, là
nsười vừa am hiểu tính toán thiết kế, lại vừa am hiểu công nghệ, am hiểu kinh tế và
quản lý, nối kết các nhà khoa học lại với nhau, quyết định giải pháp thiết kế công
nghệ, đảm bảo cho sự ra đời và phát triển của sản phẩm mới. Sự nghiệp xây dựng và
phát triển ngành vật liệu mới cho tương xứng với tiềm năng và ứng dụng to lớn của
nó khôns thể chỉ là công việc của một Bộ, ngành riêng lẻ, mà phai là chiến lược
tổng thể của cả quốc gia. Chúng tôi hy vọng và tin tưởng ngành vật liệu mới cúa

nước ta nhất định sẽ được đầu tư và quan tâm thích đáng, sẽ phát triển vững mạnh,
góp phần đắc lực và hiệu quả vào sự nghiệp hiện đại hoá công nghiệp và quốc
phòng của đất nước.
CHƯƠNG II
XÁC ĐỊNH CÁC HẰNG s ố KỶ THUẬT CHO VẬT LIỆU
NANOCOMPOSITE POLYME CÓ ĐỘN CÁC HẠT GIA CƯỜNG
II.l. Vật liệu nanocomposite polyme
Toàn bộ nội dung này đã được báo cáo tại Hội nghị Khoa học toàn quốc
Cơ học vật rắn biến dạng lần thứ VII tại Đồ Sơn ngày 27-28/8/2004, và đã được
đăng trong Tuyển tập công trình của Hội nghị, NXB ĐHQGHN. 2004, trang 232
240.
VẬT LIỆU NANO COMPOSITE POLYME
Nguyen Đinh Đức
Đai học Quốc gia Hà Nôi
Abstract. H im nay. vặt ỉiỌu nano đũng được nghiên cứu và sứ dụng mạnh mẽ trong rất nhiều lình vực
cua nen kinh tê (ỊUỎC dân. Trong bao câu khoa học gLỚI thiệu khái quát uể vật liệu nano và ứng dụng; tinh hình
nghiên cữu vã trỉcn vong; đỏng thời xây dưng một mô hình nano composite khi trong nền p o h m e củ cúc hạt gia
cường cỏ cáu true nano. K0t qua bước đáu đỏ xác đinh được các hãng sô kỹ thuật cho vái liệu nano composite
ỊHiỉvmv.
1. Giói thiệu khái quát \e vật liệu nano và ứng dụng
Thuật ncữ côns nchệ nano được nhà khoa học Tanhisuchi của Nhật Ban
đưa ra lần đau tiên \ao năm 1974 tại Hội nghị toàn quốc Nhật Ban về chế tạo
máy chính xác. Là chu\ên eia vé .sia công \’ật liêu giòn, ônc đã tiên đoán đốn
năm 2000 khi cia cóns siêu chính xác vật liệu, sẽ đạt độ chính xác đến nano
mét.
Thực ra ý tưởng vé các cáu trúc siêu nho đã được nhà khoa học ncười Mỹ
Fe\'nman R.p. được giai 1 hương Nôben \’é vật lv nêu lên klii đọc các bài Clan"
của mình cho sinh viên từ năm 1959, và sau đó nhữnc bài ciáng nèty được láp
hợp thành sách “ There is plenlN' of room at the bottom in Miniiuarizalion. New
York; Rienhold." xuất han \'ào nãm 1960. Trong những bai eians nà\'. óng đã dé

cấp đến các cáu trúc siêu nho. và tiên đoán sẽ xuất hiện nhữnc vật liệu mới có
cáu trúc lừ nhữns hạt. kích cỡ 10'7 - J0'° met.
Đ j thõng nhái iron í: khái niệm, hiện na\ nhĩrno cáu ink nhó hơn K'0
nanomét dưo'c xcni là cãu irilc nano.
Chỉ sau 11 năm kể từ khi ý tưởng về cấu trúc nano ra đời, từ năm 1970,
việc xây dựng công nghệ nano đã được các nước Liên Xô, Mỹ, Nhật Bản liến
hành đồng thời cho vật liệu bán dẫn.
Hiện nay có hai cách tiếp cận tới những cấu trúc nano: cách tiếp cận “
Từ trên xuống dưới một ví dụ về cách tiếp cận này là để tạo các cấu trúc nhỏ
hơn, người ta "nghiền nhỏ" các cấu trúc lớn hơn cho đến khi đạt được cấu trúc
nano mong muốn; và cách tiếp cận “ Từ dưới lên trên”, tức là thay đổi sắp xếp
bén trong cuả các nguyên tử. phán tử. ỉhay đổi sư sắp xếp cua các hạt đế từ đó
tạo ra những vật liệu mới.
Tuy nhiên mãi đến năm 1981. nhà khoa học ncười Đan Mạch Gleiter
H. mới chính thức nêu vấn đề xây dựn£ vật liệu mới có cấu trúc nano, và nsay
lập tức đã gây được sự chú ý đặc biệt của các nước Mỹ, Liên xỏ. Nhật Bản và
Trung Quốc. Năm 1983. nhà khoa học neưò'i Nsa Iakovlev E.N. đã công bố
cónc trình đáu liên vé việc chế tạo vật liệu Niken có cấu trúc nano đươc dập ép
từ các hạt sicu nho.
Vậi liệu nano mới dược nghiên cứu và ứns dụng, nhưng đã mans lại
nhữnsi hiệu qua vó cùnc lo lớn mà trí tướns tưởng của loài người dù có phons
phú đen đáu cũng khó có Ihê lường hết được: Theo chươns trình X-200 của
N ASA, việc chế tạo lại thiết bị điện hình nón kiểu cảns hàns khỏns di độnc cho
các khí cụ bay (dùnc đế trọ' 2Íúp các hệ thốns điện, hệ thốns quan sát. la\ mảu
và xứ 1\ ihônc Ún, đam bao cho sự hoạt độns dài ngày cua các khí cụ ba\ ) sẽ
dược ứnc dụnc công Iichệ nano để hiện đại hoá từng bưó'c như tronc bans ]:
Bảng 1 [1 3]
Ị
T rước Năm
Năm

Năm
Năm
i
CÌáY
2003
2010
Ị
2020
2030
Y
(cm)
50 000
10 (»00
1000
ị 10
1
M 80 000 40 ] Co 10 0.002
(kii)
cs 300 150 30 5 o.o.s
(\V)
Cong niihệ nano dược ứni: dụnc mạnh mC* irons \'iộc chc lạo các ihiCi hi
\ Ié[ 1J: các "dọn(.: cơ" cực nho dược CŨY \'ào chỏ lãc mạch sẽ co lác dụní: cáp
cứu tại chỗ, làm lưu thông máu, hoặc đưa thuốc tới nhữns tế bào cần thiết của cơ
thế; các thiết bị siêu nhỏ mang theo thuốc và các hoá chất được cấy vào các mô
uns thư diệt các tế bào ung thư; ứng dụng công nghệ nano cũng giúp cho việc
xác định nhanh và chính xác mã gien, phục vụ cho việc dự báo. chuẩn đoán và
chữa bệnh,
Vật liệu nano cũns được ứns dụng mạnh mẽ tronơ công nshiệp: khi thay
đổi cấu trúc của graphít như thay một nguyên tử cẩc bon trong cấu trúc mạns
tinh thể của graphít bằng một nguyên tử kim loại (như đổng chẳns hạn), chúng

la sẽ nhận được các bon có tính bán dẫn. Nano composite nvlon có 2-6c7c các hạt
nanô đất sét biến dạne nhiệt sẽ bát đầu ở 150°c. trons khi nylon bình thường
chay deo ỏ' 60°c. Các composite polyme có độn các hạt nano được dùns trons
việc tãns cườnc khả nãnc chịu nhiệt cho polyme, dùng làm vật liệu nhẹ chóns
cháy, chốns thấm và \’ật liệu để xử lý ó nhiễm môi trường. Vật liệu nano đổns
có tính khư run° rất cao. cấp 2-3 lần so với
2an2 xám. một vật liệu cho đến na\
văn được xem là có kha năng, ch tine runs khá lý tưởnc. Gốm nano Zicondioxit
có nhiều ưu điếm hon. thiêu kết O' nhiệt độ 1250°c. trons khi sốm thóns thườns
thiêu kết ở 1600‘ C. vì \'ặ>' chẽ tạo côm nano khôns những chúng ta nhặn được
vật liệu mới tốt hon. ma lại iiiám đáng kẽ nsuồn năng lượng cần phải chi phí khi
chẽ lạo. Những \'át liệu kim loại được mạ lớp hạt nano có thể tãng độ cứne lên
lừ 1 6-63% phụ thuộc váo loại hạt. độ dày lớp mạ và độ mịn nhỏ cùa hạt. Nhờ
ứne đụnc cõng, lỊghạ nano dê chế tạo đưọc các chip siêu nhỏ có bộ nhớ cực lớn.
chúne ta dã có những máv lính lốc độ siêu cao. Nsười ta ưưc tính có thê chẽ tạo
các bộ lưu trữ thonc lin có cáu trúc nano. có trọns lượns ven vẹn chỉ 1 sam
nhưng chứa được lưọnc Ihõne tin bang ca thư viện quốc gia [1 3]. Khổnc còn
nghi ngõ' £Ì nữa, \ặt liệu nano sẽ làm nén nhữnc điều kỳ diêu trong thế ky XXI.
và san phám cua chúnc sẽ bước ra khói các phone ihí nehiệm, tạo ra mội cuộc
mạnc thực sự trong cóng nghiệp.
2. Tinh hình nyhién CU11, \u the phiỉt trien và triến \on<i
Co 1 hô nhan \L;1 la irướé nãm 19S0. Mv là nước dan đáu irons lĩnh vực
n LihiOn cưu \ù unu Jụn‘j CÕI11.: imhọ nano, tuy nhiên tron í: vòn" hơn hai ihặị' kv
pan đâv. đo nhan thức được lãm quan trọng và xu thê ứng dunọ c ỏ n 1-! m:hứ \ái
liệu mới nano vào những ngành kỹ thuật cao. nhữn(_! nước như Nhái Ban. Tnmu
Ọ liỏ c. PlKÍp. Đức dã có nhĩrny d;ìu ur dane ké và Ih 11 flirov nhiéu kcĩ OIUI \é
lĩnh vực nàv. B.míi 2 liìón.e ke nliữnt: bai báo klioa học \d nlũnie VI n í: cho lũ
tlưọv L'õn>.: bõ cua m ội so nư V' uvn ihC‘ <:mì.