TÌM HIỂU vật LIỆU CARBON NANOTUBE

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦ DẦU MỘT
Khoa khoa học tự nhiên
BÁO CÁO ĐỀ TÀI
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NĂM HỌC 2013 – 2014
TÌM HIỂU VẬT LIỆU CARBON
NANOTUBE
Giảng viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện:
TS. BÙI XUÂN VƯƠNG PHẠM THỊ ÁNH MINH
1
•
Tổng quan về vật liệu CNT
1
•
Ứng dụng của vật liệu CNT
2
•
Các phương pháp chế tạo CNT
3
•
Phân tích lý hóa vật liệu CNT
4
•
Kết luận
5
2

Lịch sử phát minh:

Được tạo ra bởi những nguyên tử carbon, các
nguyên tử carbon này có liên kết hóa trị với
nhau bằng lai hóa sp2.


Năm 1991, khi nghiên cứu Fulleren C60, Tiến
sĩ Iijima – một nhà khoa học Nhật Bản– đã phát
hiện trong đám muội than là sản phẩm phụ
trong quá trình phóng điện hồ quang có những
ống tinh thể cực nhỏ và dài bám vào catot.
3

Là một dạng thù hình của carbon

Carbon có các dạng tù hình như: kim cương,
than chì, graphene, fulleren và CNT cũng
vậy.

Bao gồm những tấm graphen cuộn tròn đồng
tâm:
4
Click to edit Master text styles
Second level
Third level
Fourth level
Fifth level
Tấm graphene
Cuộn tròn tấm graphene
tạo thành CNT
5

Gồm có 2 loại CNT:
SWCNT (single wall carbon nano tube) : Nano
cacbon đơn tường

MWCNT (multi wall carbon nano tube): Nano
cacbon đa tường
6
Một số ứng dụng của vật liệu CNT
7
Bao gồm 3 Phương pháp chính:

Phương pháp hồ quang điện

Phương pháp sử dụng tia laser

Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học
(CVD)
8

Phương pháp hồ quang điện
Phương pháp này được Thomas Ebbesen và
Pulickel M.Ajayan ở phòng nghiên cứu của hãng
NEC tại Tsukuba (Nhật Bản) công bố vào năm
1992 với kết quả tạo được số lượng ống nano
cacbon ở số lượng vĩ mô.
9
10
Thiết bị chế tạo CNT bằng phương pháp
hồ quang điện

Phương pháp sử dụng tia laser
Phương pháp này do Richard và cộng sự ở
trường đại học Rice thực hiện khi thông tin về
phát minh ống nano cacbon bùng nổ.

11
12
Thiết bị chế tạo CNT bằng phương pháp
chùm laser

Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học (CVD)
Phương pháp phân hủy các khí hóa có chứa
cacbon và sử dụng một nguồn cung cấp năng lượng để truyền
năng lượng cho các phân tử khí này nhằm mục đích bẻ gãy các
liên kết trong phân tử khí để tạo thành các nguyên tử cacbon
linh động. Sau đó các nguyên tử C sẽ khuếch tán về phía các
chất nền đã được gia nhiệt và phủ lên 1 lớp màng mỏng xúc tác
kim loại, ống than nano cacbon sẽ được hình thành và phát
triển trên các hạt xúc tác kim loại này.
13
Bao gồm các phương pháp nhỏ:
1. Phương pháp CVD tăng cường plasma
2. Phương pháp CVD nhiệt
3. Phương pháp CVD xúc tác alcohol
4. Phương pháp tạo thành các pha bay hơi
5. Phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi ở
dạng bọt gel
6. Phương pháp CVD nhiệt có laser hỗ trợ
7. Phương pháp CVD với xúc tác Co-Mo
14
15
Sơ đồ phương pháp CVD tăng cường plasma
1. Phương pháp CVD tăng cường plasma
16
Sơ đồ thiết bị tổng hợp ống than nano

theo phương pháp thermal CVD
2. Phương pháp CVD nhiệt
17
Sơ đồ phương pháp CVD xúc tác alcohol.
3. Phương pháp CVD xúc tác alcohol
18
Sơ đồ thiệt bị của phương pháp tạo
thành pha bay hơi
4. Phương pháp tạo thành các pha bay hơi
5. Phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi ở
dạng bọt gel ( Aero gel-supported)
Trong phương pháp này, ống nano đơn tường được tạo
ra bằng cách cho phân hủy carbon monoxide (CO) trên
nền xúc tác Fe/Mo ở dạng bọt gel (aero gel supported).
Diện tích bề mặt lớn, độ xốp và khối lượng riêng siêu nhỏ
của bọt gel làm cho hiệu suất của phương pháp này cao
hơn hẳn những phương pháp khác. Sau bước xử lý bằng
axit và quá trình ôxi hóa, ta sẽ thu được SWNT chất lượng
cao (>99%).
19
20
Thiết bị đọng hóa học từ pha hơi sử dụng nhiệt
laser (LCVD)
6. Phương pháp CVD nhiệt có laser hỗ trợ
21
Hệ thống bộ hóa lỏng của qui trình CoMoCat.
7. Phương pháp CVD với xúc tác Co-Mo
Bao gồm 3 phương pháp phân tích:

Phương pháp BET xác định bề mặt riêng và

độ hấp phụ của vật liệu CNT

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét
(SEM)

Nguyên lý của phổ nhiễu xạ tia X (XRD):
22

Phương pháp BET (Brunauer Emmet Teller)
xác định bề mặt riêng và độ hấp phụ của
vật liệu CNT
Các tác giả Brunauer - Emmett - Teller bằng con
đường nhiệt động học đã đưa ra phương trình hấp phụ
đẳng nhiệt dựa trên các quan điểm sau:
Hấp phụ vật lý tạo thành nhiều lớp phân tử chồng lên
nhau. Lớp đầu tiên của chất bị hấp phụ hình thành do
kết quả tương tác lực Van der Waals giữa chất hấp phụ
và chất bị hấp phụ, các lớp tiếp theo được hình thành do
sự ngưng tụ khí.
23
•
Phân tích lý hóa vật liệu CNT
4
Phương trình BET có dạng:

Trong đó:
P0: Áp suất hơi nước bão hòa
V: thể tích khí hấp phụ ở áp suất P
Vm: thể tích khí bị hấp phụ ở lớp thứ I (đơn phân tử)
C: thừa số năng lượng.

Ngoài ra, biết Vm ta có thể tính được bề mặt vật hấp phụ
S0 theo biểu thức:

•

24

Phương pháp kính hiển vi điện tử quét
(SEM)
Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron
Microscope), là một loại kính hiển vi điện tử có thể tạo
ra ảnh với độ phân giải cao của bề mặt mẫu vật bằng
cách sử dụng một chùm điện tử (chùm các electron) hẹp
quét trên bề mặt mẫu. Việc tạo ảnh của mẫu vật được
thực hiện thông qua việc ghi nhận và phân tích các bức
xạ phát ra từ tương tác của chùm điện tử với bề mặt mẫu
vật.
25
•
Phân tích lý hóa vật liệu CNT
4