Nghiên cứu cấu trúc của ống nano carbon dưới tác động của các loại bức xạ năng lượng cao định hướng ứng dụng trong môi trường vũ trụ

<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

Nghiên cứu cấu trúc của ống nano carbon dưới

tác động của các loại bức xạ năng lượng cao

định hướng ứng dụng trong môi trường vũ trụ

Nguyễn Đình Hồng

Trường Đại học Cơng nghệ

Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật liệu và Linh kiện Nano

Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thanh Bình

Năm bảo vệ: 2011

<b>Abstract: Tổng quan về ống nano carbon: Lịch sử hình thành; Một số dạng cấu hình </b>

phổ biến của vật liệu carbon; Cơ chế mọc ống nano carbon; Tính chất của ống nano
carbon; Các sai hỏng có thể tồn tại trong mạng của ống nano carbon; Một số ứng dụng
của ống nano carbon. Nghiên cứu lý thuyết tán xạ Raman: Hiệu ứng raman; Tán xạ
raman cộng hưởng; Các mode dao động của ống nano carbon. Nghiên cứu nguồn bức
xạ năng lượng cao: Tia vũ trụ; Nguồn bức xạ nhân tạo. Tiến hành thực nghiệm:
Nghiên cứu sự ảnh hưởng của bức xạ laser lên CNTs; Nghiên cứu sự ảnh hưởng của
<b>bức xạ hãm lên CNTs; Sự ảnh hưởng của tia X và tia Gamma lên cấu trúc CNTs. </b>

<b> Keywords: Bức xạ năng lượng; Ống nano carbon; Môi trường vũ trụ; Công nghệ </b>

Nano

<b>Content </b>

<b>MỞ ĐẦU </b>

Do có nhiều tính chất rất đáng chú ý như khả năng dẫn điện, độ cứng cao, độ dẫn nhiệt

tốt. Vật liệu nano carbon (CNTs) không chỉ được ứng dụng trong các vật liệu nano composite,
vật liệu chịu nhiệt, vật liệu hấp thụ sóng điện từ, đầu dị và đầu phát điện tử mà còn được sử
dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như tàu vũ trụ, lò phản ứng hạt nhân, và các ứng dụng
môi trường[10][12][16].

Trong môi tr

, các loại bức xạ điện từ có năng lượng cao như proton,

, vì vậy có thể dẫn đến sự biến đổi về cấu trúc mạng, đưa
vào mạng các nguyên tử lạ, làm thay đổi các tính chất cơ, hóa, lý,...ảnh hưởng đến khả năn

.

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

2

Luận văn này đã đưa một số k

phóng xạ và xác định suất lượng của chúng được tạo thành từ các vật liệu CNTs khi chiếu bởi
chùm photon hãm năng lượng cực đại 60 MeV trên máy gia tốc electron tuyến tính, đồng thời
đã khảo sát ảnh hưởng của các nguồn bức xạ khác nhau như: bức xạ hãm, tia gama, tia X, tia
laser có mật độ năng lượng cao lên cấu trúc của CNTs bằng phương pháp phân tích phổ
raman.

I. ỐNG NANO CARBON

Do có nhiều tính chất rất đáng chú ý như khả năng dẫn điện, độ cứng cao, độ dẫn nhiệt tốt.
Vật liệu nano carbon (CNTs) không chỉ được ứng dụng trong các vật liệu nano composite, vật
liệu chịu nhiệt, vật liệu hấp thụ sóng điện từ, đầu dị và đầu phát điện tử mà còn được sử dụng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau như tàu vũ trụ, lò phản ứng hạt nhân, và các ứng dụng môi

trường

II. LÝ THUYẾT TÁN XẠ RAMAN

+ Mode RBM: là dao động do các nguyên tử carbon dao động theo hướng hướng tâm của
ống. Do vậy mode này được gọi là RBM (radial breathing mode) với tần số nằm trong khoảng
100 – 500 cm-1.

+ Mode G có tần số ở cỡ khoảng 1590 cm-1. Mode này do sự dao động trong mặt nguyên tử
carbon lân cận trong mạng lục giác, bao gồm cả kéo dãn và uốn của các liên kết carbon. Đỉnh
này là do Graphene tạo thành, do vậy mà nó thường được gọi là mode G. Các mode khác
nhau là do sự dao động dọc theo trục hoặc dao động xung quanh trục của ống CNTs. Mode có
năng lượng cao hơn được gọi là mode G+_{, mode có năng lượng thấp hơn được gọi là mode G}

-.
+Mode D: có tần số ở cỡ khoảng 1330 cm-1. được gọi là mode sai hỏng mạng, hay mất trật tự
của mạng của graphene, nó liên quan đến tán xạ Raman cộng hưởng kép. Mode D được tạo ra
bằng quá trình tán xạ gồm 1 tán xạ của phonon, và 1 tán xạ từ dao động đàn hồi của một sai
hỏng mạng.

III. NGUỒN BỨC XẠ NĂNG LƯỢNG CAO
+ B

electron là 60 MeV (bước sóng ngắn nhất 2x10-5

nm)
+ Nguồn Americium-241, phát tia X

Năng lượng tia X: 0,0595 MeV ( 0,0208 nm)
+ Nguồn Radium-226, phát gamma

Năng lượng gamma: 4,78 MeV (2,59x10-4

nm)
IV. THỰC NGHIỆM

+ Ảnh hưởng của bức xạ laser lên CNTs: Bức xạ laser không làm hư hỏng cấu trúc của CNTs
mà chỉ làm cho CNTs bị đốt nóng và giãn nở. Sau khi bị nung nóng, CNTs lại trở về trạng
thái ban đầu.

+Ảnh hưởng lên cấu trúc của CNTs khi được chiếu bức xạ hãm: Sau khi được chiếu với chùm
photon 60 MeV, CNTs đã bị hư hại một phần về cấu trúc, độ trật tự theo 2 chiều của lớp
graphen khơng cịn được như trước nữa.

+ Ảnh hưởng của tia X: tia X thì mẫu lại trở nên tốt hơn, có thể tia X có năng lượng thích hợp
một mặt vừa tạo ra các sai hỏng mới, mặt khác lại tái cấu trúc lại các sai hỏng đã tồn tại trước
đó.

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

3

KẾT LUẬN

Kết quả của thí nghiệm này, có thể cung cấp những thông tin quan trọng về CNTs, khi CNTs
được dùng trong các môi trường đặc biệt, chịu ảnh hưởng của bức xạ có năng lượng cao, như
trong lị phản ứng hạt nhân, mơi trường vũ trụ.

<b>References </b>

1. David J Appelhans, Lincoln D Carr, Mark T Lusk (2010), “Embedded ribbons of
<i>graphene allotropes: an extended defect perspective”, New Journal of Physics, 12, </i>

125006.

2. G. Compagnini, G. A. Baratta, R.S. Cataliotti, and A. Morresi (2005), “New assignment
<i>of crystalline and ion-irradiated graphite phonon spectra”, Journal of Raman </i>

<i>spectroscopy, 26, pp. 917 </i>

3. M. Daenen, R.D. de Fouw, B. Hamers, P.G.A. Janssen, K. Schouteder, M.A.J. Veld
<i>(2003), The Wondrous World of Carbon Nanotubes, Eindhoven University of </i>
Technology, pp. 8-21.

4. M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, and M. Hofman (2007), “The big picture of raman
<i>scattering in carbon nanotubes” , Vibrational spectroscopy, vol. 45, pp. 71–81. </i>

5. Nguyen Duc Dung, Nguyen Van Chuc, Ngo Thi Thanh Tam, Nguyen Hong Quang,
Phan Hong Khoi, Phan Ngoc Minh (2008), “Carbon-Nanotube Growth over Iron
Nanoparticles Formed on CaCO3<i> Support by Using Hydrogen Reduction”, Journal of </i>

<i>the Korean Physical Society, 52, pp.1372-1377. </i>

6. Nguyen Dinh Hoang, Nguyen Ngoc Trung, Pham Duc Khue, Nguyen Thi Thanh Bao,
Phung Viet Tiep, Dao Duy Thang, Nguyen Thanh Binh, Vu Thi Bich (2011), “The
synergistic effect of bremsstrahlung photons and intense laser radiation on the structural
<i><b>properties of carbon nanotubes ”, Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. 2, 035010. </b></i>
7. A. Jorio, A. G. Souza Filho, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, A. K. Swan, M. S. Ünlü,

B. B. Goldberg, M. A. Pimenta, J. H. Hafner, C. M. Lieber, R. Saito (2002), “G-band
<i>resonant Raman study of 62 isolated single-wall carbon nanotubes”,Phys. Rev. B, 65, </i>
155412.

8. A.V.Krasheninnikov, K.Nordlund (2010), “Ion and electron irradiation effects in
<i>nanostructured materials”, Journal of Applied Physics, 107, 071301. </i>

9. Amit Kumar , F. Singh , P.M. Koinkar , D.K. Avasthi , J.C. Pivin , M.A. More (2009),
“Effect of intense laser and energetic ion irradiation on Raman modes of multiwalled
<i>Carbon Nanotubes”, Thin Solid Films, 517, pp. 4322–4324. </i>

10. Seung Mi Lee, Ki Soo Park, Young Chul Choi, Young Soo Park, Jin Moon Bok, Dong
Jae Bae, Kee Suk Nahm, Yong Gak Choi, Soo Chang Yu, Nam-gyun Kim, Thomas
Frauenheim, Young Hee Lee (2000), “Hydrogen adsorption and storage in carbon
<i>nanotubes”, Synthetic Metals, 113, pp. 209–216. </i>

11. Seung Woo Lee, Naoaki Yabuuchi, Betar M. Gallant, Shuo Chen, Byeong-Su Kim,Paula
T. Hammond, Yang Shao-Horn ( 2010), “High-power lithium batteries from
<i>functionalized carbon-nanotube electrodes”, Nature Nanotechnology , 5, pp.531-537. </i>
12. W. I. Milne, K. B. K. Teo, M. Chhowalla, G. A. J. Amaratunga, S. B. Lee, D. G. Hasko,

H. Ahmed, O. Groening, P. Legagneux, L. Gangloff, J. P. Schnell, G. Pirio, D. Pribat,
M. Castignolles, A. Loiseau, V. Semet, Vu Thien Binh (2003), “Electrical and field
emission investigation of individual carbon nanotubes from plasma enhanced chemical
<i>vapour deposition”, Diamond and Related Materials,12, pp. 422–428. </i>

13. Eric Pop, David Mann, Qian Wang, Kenneth Goodson, Hongjie Dai (2005), “Thermal
<i>conductance of an individual single-wall carbon nanotube above room temperature”, </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

4

14. Md. Shakilur Rahman et al (2009), "Measurement of isomeric yield ratios for

90_{Zr(γ, n)}89m,g

Zr, natZr(γ, xn1p)86m,gY, and 89Y(γ,xn)87m,g,86m,gY reactions with 50-, 60-,
<i> and 70-MeV bremsstrahlung", Nuclear Instruments and Methods in Physics Research </i>
vol. B267, pp. 3511- 3518.

15. J.-P. Salvetat, J.-M. Bonard, N.H. Thomson, A.J. Kulik, L. Forro, W. Benoit, L.
<i>Zuppiroli (1999), “Mechanical properties of carbon nanotubes”, Applied Physics A, 69, </i>
pp. 255–260.

16. Bui Hung Thang, Nguyen Van Chuc, Pham Van Trinh, Ngo Thi Thanh Tam and Phan
Ngoc Minh (2011), “Thermal dissipation media for high power electronic devices using
<i>a carbon nanotube-based composite”, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and </i>

<i>Nanotechnology, 2, 025002. </i>

17. Ren-Jang Wu, Yu-Ching Huang, Ming-Ru Yu, Tzu Hsuan Lin and Shih-Lin Hung
(2008), “Application of m-CNTs/NaClO4/Ppy to a fast response, room working
<i>temperature ethanol sensor”, Sensors and Actuators B: Chemical, 134, pp. 213-218. </i>
18. Da Jiang Yang, Qing Zhang, George Chen, S. F. Yoon, J. Ahn, S. G. Wang, Q. Zhou, Q.

<i>Wang, J. Q. Li (2002), “Thermal conductivity of multiwalled carbon nanotubes”, </i>

<i>Physical Review B, 165440 . </i>

</div>

<!--links-->