Luận văn Thạc sĩ Khoa học: Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở epoxy chứa các hạt BaTiO3 pha tạp nguyên tố bitmut

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trần Thị Yến Lê

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT
TRÊN CƠ SỞ EPOXY CHỨA CÁC HẠT BaTiO3
PHA TẠP NGUYÊN TỐ BITMUT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

Hà Nội - 2016


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Trần Thị Yến Lê

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU COMPOZIT
TRÊN CƠ SỞ EPOXY CHỨA CÁC HẠT BaTiO3PHA
TẠP NGUYÊN TỐ BITMUT

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
Mã số : 60 44 01 19

Cán bộ hƣớng dẫn: PGS.TS. Nguyễn Xuân Hoàn

Hà Nội – 2016

LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp này đƣợc thực hiện tại Phịng Thí nghiệm Nhiệt động học
và Hố keo, Bộ mơn Hóa lý, Khoa Hóa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại
học Quốc gia Hà Nội.
Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cám ơn PGS.TS. Nguyễn Xuân
Hoàn, ngƣời đã trực tiếp giao đề tài và tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ em hồn thành luận
văn thạc sĩ này.
Em xin chân thành cám ơn TS. Phan Thị Tuyết Mai đã giúp đỡ và đã có những
trao đổi, truyền đạt kinh nghiệm trong quá trình chuẩn bị mẫu, giúp em hoàn thành
luận văn này.
Em xin chân thành cám ơn các Thầy cơ giáo Khoa Hóa học, Trƣờng Đại học
Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội đã trang bị cho chúng em hệ thống kiến
thức khoa học và tạo điều kiện cho chúng em tiếp cận với các đề tài khoa học.
Em xin chân thành cám ơn các anh, chị đang làm tại Phịng Thí nghiệm Nhiệt
động học và Hố keo đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian
thực hiện đề tài.
Em xin chân thành cám ơn gia đình, bạn bè đã quan tâm và giúp đỡ để hoàn
thành luận văn này.
Hà Nội, ngày 16 tháng 12 năm 2016
Học viên

Trần Thị Yến Lê


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................ iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ....................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU.................................................................................. vi

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN ...........................................................................................3
1.1. Vật liệu polyme compozit ....................................................................................3
1.1.1. Lịch sử phát triển ........................................................................................3
1.1.2. Khái niệm về vật liệu polyme compozit .....................................................3
1.1.3. Thành phần của vật liệu polyme compozit.................................................3
1.2. Giới thiệu về BaTiO3 pha tạp kích thƣớc nano ....................................................6
1.2.1 Cấu trúc perovskit .......................................................................................6
1.2.2. Cấu trúc BaTiO3 kích thƣớc nano ..............................................................7
1.2.3 Cấu trúc của hạt BaTiO3- Bi kích thƣớc nano .............................................8
1.3. Các kỹ thuật phân tán hạt nano áp điện vào trong nền polyme ..........................10
1.4. Các tính chất đặc trƣng của vật liệu polyme compozit chứa các hạt áp điện kích
thƣớc nano .................................................................................................................12
1.5. Những ứng dụng cơ bản .....................................................................................13
CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ..................................... Error! Bookmark not defined.
2.1. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ .............................. Error! Bookmark not defined.
2.1.1. Hóa chất .................................................... Error! Bookmark not defined.
2.1.2. Thiết bị và dụng cụ ................................... Error! Bookmark not defined.
2.2. Chế tạo vật liệu ................................................... Error! Bookmark not defined.
2.2.1. Chế tạo hạt nano BaTiO3 và BaTiO3 pha tạp nguyên tố Bi ............. Error!
Bookmark not defined.
2.2.2. Biến tính hạt nano BaTiO3 và nano BaTiO3-Bi với hợp chất silan -APS
............................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.2.3. Chế tạo compozit nền epoxy chứa các hạt nano-BaTiO3 và BaTiO3-Bi
............................................................................ Error! Bookmark not defined.
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu đánh giá đặc trƣng và tính chất của vật liệu ...... Error!
Bookmark not defined.
2.3.1. Phƣơng pháp đo tính chất điện môi .......... Error! Bookmark not defined.
i

2.3.2. Phƣơng pháp đo thế Zeta .......................... Error! Bookmark not defined.
2.3.3. Phƣơng pháp phổ hồng ngoại ................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................ Error! Bookmark not defined.
3.1. Đặc trƣng tính chất bột nano BaTiO3và BaTiO3-Bi chế tạo bằng phƣơng pháp
thủy nhiệt ................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Đặc trƣng nhiễu xạ tia X .......................... Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Đặc trƣng phân bố cỡ hạt của các hạt BaTiO3 và các hạtBaTiO3 pha tạp
Bi ........................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.1.2.1 Đặc trưng phân bố cỡ hạt của BaTiO3 ...... Error! Bookmark not
defined.
3.1.2.2 Đặc trưng phân bố cỡ hạt của BaTiO3 pha tạp nguyên tố BiError!
Bookmark not defined.
3.1.3. Đặc trƣng phổ FT-IR của các hạt BaTiO3 pha tạp Bi và BaTiO3-Bi ghép
silan..................................................................... Error! Bookmark not defined.
3.1.3.1 Đặc trưng phổ FT-IR của BaTiO3 ............. Error! Bookmark not
defined.
3.1.3.2 Đặc trưng phổ FT-IR của BaTiO3 pha tạp nguyên tố Bi .... Error!
Bookmark not defined.
3.1.4. Đặc trƣng thế bề mặt hạt .......................... Error! Bookmark not defined.
3.1.5. Đặc trƣng hằng số điện môi ..................... Error! Bookmark not defined.
3.2. Biến tính silan các hạt nano-BaTiO3 và nano-BaTiO3 pha tạp Bi.............. Error!
Bookmark not defined.
3.2.1. Đặc trƣng phổ FT-IR ................................ Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Đặc trƣng thế bề mặt hạt .......................... Error! Bookmark not defined.
3.3. Vật liệu compozit nền epoxy chứa hạt nano BaTiO3-Bi biến tính silan .... Error!
Bookmark not defined.
3.3.1. Đặc trƣng hằng số điện môi của vật liệu compozit chứa hạt BaTiO3
............................................................................ Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Đặc trƣng hằng số điện môi của vật liệu compozit chứa hạt BaTiO3-Bi

............................................................................ Error! Bookmark not defined.
KẾT LUẬN ................................................................... Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................15

ii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BTO

BaTiO3, Bari titanat

BBT, BaTiO3-Bi

BaTiO3 pha tạp nguyên tố bimut,

DDM

4,4-điamino điphenyl metan

DEA

Phân tích tính chất điện mơi( Dielectric Annalysis)

DGEBA

Epoxy diglyxidyl ete bis-phenol A

EP, EPR

Nhựa Epoxy, nhựa nền epoxy

EP/BTO

Compozit epoxy chứa các hạt nano BaTiO3

EP/BBT

Compozit epoxy chứa các hạt nano BaTiO3 pha tạp nguyên tố Bi

FT-IR

Hồng ngoại biến đổi Fourier (Fourier Transform Infrared
Spectroscopy)

IR

Phổ hồng ngoại (Infrared Spectroscopy)

HSĐM

Hằng số điện môi

XRD

Nhiễu xạ tia X (X ray diffraction)

ε

Hằng số điện môi (Dielectric constant) / Độ thẩm điện môi

(Permittivity)

-APS

γ-aminopropyl trimethoxy silan

PC

Polyme compozit

iii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Sơ đồ minh họa cấu tạo vật liệu polyme compozit . .......................................4
Hình 1.2. Cấu trúc perovskit............................................................................................7
Hình 1.3. Cấu trúc lập phƣơng của BaTiO3. ...................................................................7
Hình 1.4. Tinh thể Bi ......................................................................................................8
Hình 1.5. Mơ phỏng các bƣớc tiến hành chế tạo vật liệu polyme compozit chứa hạt
nano BaTiO3 bằng phƣơng pháp tổng hợp in-situ . .......................................12
Hình 2.1. Sơ đồ điều chế hạt BaTiO3 pha tạp Bi bằng phƣơng pháp thủy nhiệt ... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.1. Giản đồ nhiễu xạ tia X của các mẫu BaTiO3 pha tạp nguyên tố Bimut .. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.2. Giản đồ phân bố cỡ hạt của vật liệu bột BaTiO3 ......... Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.3. Giản đồ phân bố cỡ hạt của vật liệu bột BaTiO3 pha tạp 1% Bi............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.4. Giản đồ phân bố cỡ hạt của vật liệu bột BaTiO3 pha tạp 2,5% Bi .......... Error!
Bookmark not defined.

Hình 3.5. Giản đồ phân bố cỡ hạt của vật liệu bột BaTiO3 pha tạp 5% Bi............. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.6. Giản đồ phân bố cỡ hạt của vật liệu bột BaTiO3 pha tạp 7,5% Bi .......... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.7. Giản đồ phân bố cỡ hạt của vật liệu bột BaTiO3 pha tạp 10% Bi........... Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.8. Phổ FT-IR của bề mặt hạt nano BaTiO3........ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.9. Phổ FT-IR của mẫu hạt nano BaTiO3 pha tạp nguyên tố Bi ở các tỷ lệ hàm
lƣợng khác nhau (1-10 % nguyên tố). ............ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.10. Giản đồ phân bố thế bề mặt của hạt BaTiO3 trong dung dịch KCl ..... Error!
Bookmark not defined.

iv


Hình 3.11. Giản đồ phân bố thế bề mặt của hạt BaTiO3 -x% Bi trong dung dịch KCl
........................................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.12. Hằng số điện mơi của BaTiO3 trƣớc và sau khi pha tạp nguyên tố Bi Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.13. Độ mất điện mơi của BaTiO3 trƣớc và sau khi pha tạp nguyên tố Bi . Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.14. Phổ FT-IR của bề mặt hạt nano BaTiO3 ghép silan... Error! Bookmark not
defined.
Hình 3.15. Phổ FT-IR của bề mặt hạt nano BaTiO3-10%Bighép silan ................. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.16. Giản đồ thế bề mặt của hạt BaTiO3 ghép silan trong dung dịch KCl .. Error!
Bookmark not defined.
Hình 3.17. Phân bố thế bề mặt của hạt BaTiO3 -10%Bi ghép silan trong dung dịch KCl
........................................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.18. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào tần số các mẫu epoxy/DDM Error!

Bookmark not defined.
Hình 3.19. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào tần số các mẫu EP/BTOS-5%KL
........................................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.20. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào tần số các mẫu EP/BTOS-10%KL
........................................................................ Error! Bookmark not defined.
Hình 3.21. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào tần số các mẫu EP/BTOS-10%Bi5%KL ............................................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.22. Sự phụ thuộc của hằng số điện môi vào tần số các mẫu EP/BTOS-10%Bi10%KL ........................................................... Error! Bookmark not defined.

v


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1. Phân bố về kích thƣớc hạt của vật liệu tổng hợp BaTiO3-x%Bi ........... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3.2. Đặc trƣng liên kết và số sóng trên phổ hồng ngoại của vật liệu BaTiO3
...................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.3. Giá trị thế bề mặt của hạt BaTiO3 trong các lần đo .... Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3.4. Giá trị thế bề mặt của hạt BaTiO3 pha tạp 1%Bi ........ Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3,5, Giá trị thế bề mặt của hạt BaTiO3 pha tạp 2,5%Bi ..... Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3,6, Giá trị thế bề mặt của hạt BaTiO3 pha tạp 5% Bi ....... Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3,7, Thế bề mặt của hạt BaTiO3 pha tạp 7,5% Bi Error! Bookmark not defined.
Bảng 3,8, Giá trị thế bề mặt của hạt BaTiO3 pha tạp 10% Bi ..... Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3.9. Hằng số điện môi của các mẫu bột BaTiO3 trƣớc và sau khi pha tạp Bi
...................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.10. Độ tổn hao điện môi của các mẫu bột BaTiO3 trƣớc và sau khi pha tạp Bi

...................................................................... Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.11. Đặc trƣng liên kết trên phổ hồng ngoại của vật liệu BaTiO3 ghép silan APS .............................................................. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.12. Giá trị thế bề mặt của hạt BaTiO3-silan trong dung dịch KCl ............ Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3.13. Giá trị thế bề mặt của hạt BaTiO3-10%Bi-silan trong dung dịch KCl Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3.14. So sánh giá trị thế bề mặt trung bình của hạt BaTiO3 và BaTiO3-10%Bi
trƣớc và sau khi ghép silan -APS. .............. Error! Bookmark not defined.
Bảng 3.15. Độ tổn hao điện môi khi đo các mẫu epoxy/DDM ... Error! Bookmark not
defined.
Bảng 3.16. Độ tổn hao điện môi khi đo các mẫu EP/BTOS-5%KL .. Error! Bookmark
not defined.
Bảng 3.17. Độ tổn hao điện môi khi đo các mẫu EP/BTOS-10%KL Error! Bookmark
not defined.
vi


Bảng 3.18. Độ tổn hao điện môi khi đo các mẫu EP/BTOS-10%Bi-5%KL ......... Error!
Bookmark not defined.
Bảng 3.19. Độ tổn hao điện môi khi đo các mẫu EP/BTOS-10%Bi-10%KL ....... Error!
Bookmark not defined.

vii


MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của đề tài
Polyme compozit (PC) là loại vật liệu có nhiều tính năng ƣu việt nhƣ độ bền
riêng, mođun đàn hồi cao, chống mài mòn tốt, bền trong các môi trƣờng xâm thực và
khả năng gia cơng dễ dàng…Đặc biệt, trong điều kiện khí hậu nóng ẩm có độ ăn mịn

cao, vật liệu polyme compozit là lựa chọn tốt nhất để thay thế sắt, thép, gỗ và trong
tƣơng lai thay thế dần cả các hợp kim đặc biệt, hay đƣợc sử dụng nhƣ lớp phủ lên bề
mặt kim loại. Tuy nhiên, vật liệu trong quá trình sử dụng và bảo quản đều bị lão hóa, ăn
mịn, hƣ hỏng. Việc đánh giá độ bền cơ nhiệt của vật liệu trong mơi trƣờng khí hậu
nóng ẩm cần dùng đến những phép đo và các phƣơng pháp nghiên cứu đặc biệt, cần
nhiều thời gian và công sức. Do vậy, nghiên cứu chế ta ̣o lo ại vâ ̣t liê ̣u thông minh có
thể tƣ̣ cảm biế n đƣơ ̣c quá trình laõ hóa trƣớc khi hỏng hóc là mô ̣t giải pháp rấ t hƣ̃u
hiê ̣u[3]. Nhƣ ta đã biế t , sự lão hóa, rạn nứt vật liệu chủ yếu là do sự phá hủy bề mặt
giữa các pha trong vật liệu compozit. Sự phá hủy bề mặt pha này lại gây ra do ứng suất
biến dạng trong hệ bề mặt pha ba chiều. Sự biến dạng này có thể đo đƣợc trực tiếp
bằng cách đƣa vào hệ các hạt áp điện có kích thƣớc nanơ nhƣ những trung tâm cảm
biến để theo dõi sự biến đổi độ bền của vật liệu [4]thơng qua các tính chất nhƣ điện
môi và áp điện. BaTiO3, PZT,…là các vật liệu áp điện đƣợc sử dụng rộng rãi nhất[15,
20]. Do cấu trúc và hằng số điện môi của vật liệu áp điện kích thƣớc nano có ảnh
hƣởng quyết định đến độ nhạy của phép đo, việc nghiên cứu chế tạo vật liệu BaTiO3
pha tạp các nguyên tố Sr, Zr[9, 10, 19]…để tăng hằng số điện môi đang thu hút sự quan
tâm của các nhà khoa học.
Với mu ̣c tiêu tƣ̀ng bƣớc tiế p câ ̣n và bƣớc đầ u tìm hiể u khả năng chế ta ̣o và ƣ́ng
dụng vật liệu compozit chứa hạt áp điện có kích thƣớc nanơ ở điều kiện Việt Nam , đề
tài “Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit trên cơ sở epoxy chứa các hạt BaTiO3 pha
tạp nguyên tố bitmut” hứa hẹn đóng góp ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Mục đích nghiên cứu
Chế tạo và đặc trƣng tính chất vật liệu polyme compozit nền nhựa epoxy chứa
hạt nano barititanat pha tạp nguyên tố Bi (BBT, (Ba,Bi)TiO3) thông qua việc khảo sát
ảnh hƣởng tỷ lệ hàm lƣợng hạt BBT đến tính chất điện mơi của vật liệu polyme
compozit chế tạo.

1

Đối tƣợng và nội dung nghiên cứu
1. Nghiên cứu tổng hợp vật liệu nano BaTiO3 pha tạp nguyên tố Bi bằng phƣơng
pháp tổng hợp thủy nhiệt;
2. Biến tính bề mặt hạt nano BaTiO3 pha tạp Bi bằng hợp chất ghép nối γaminopropyl trimethoxy silan (γ-APS);Đặc trƣng tính chất vật liệu BaTiO3 pha
tạp Bi biến tính (γ-APS) và khơng biến tính;
3. Nghiên cứu chế tạo và đặc trƣng tính chất của vật liệu polyme compozit nền
nhựa epoxy chứa hạt nano BaTiO3, nano BaTiO3pha tạp Bisau khi biến tính
bằng γ-APS.
Cấu trúc của bản luận văn gồm:
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục trong luận văn
gồm có các chƣơng nhƣ sau :
Chƣơng 1: TỔNG QUAN
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM
Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

2


CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Vật liệu polyme compozit
1.1.1. Lịch sử phát triển
Vật liệu compozit có lịch sử phát triển rất sớm, ngay từ khi hình thành nền văn
minh của nhân loại. Nhƣng việc chế tạo vật liệu polyme compozit (PC) mới đƣợc thực
sự chú ý trong 40 năm trở lại đây. Mục đích chế tạo vật liệu PC là làm sao phối hợp
đƣợc các tính chất mà mỗi vật liệu ban đầu khơng thể có đƣợc. Nhƣ vậy, có thể chế tạo
vật liệu compozit từ những cấu tử mà bản thân chúng không thể đáp ứng đƣợc các yêu
cầu đối với vật liệu.
1.1.2. Khái niệm về vật liệu polyme compozit
Vật liệu polyme compozit (PC) là hệ thống gồm hai hay nhiều pha, trong đó pha
liên tục là polyme. Tuỳ thuộc vào bản chất của pha khác vật liệu PC đƣợc phân thành

các loại [8]:
- Vật liệu có phụ gia phân tán
- Vật liệu đƣợc gia cƣờng bằng sợi ngắn
- Vật liệu đƣợc gia cƣờng bằng sợi liên tục
- Vật liệu độn khí hay xốp
- Vật liệu hỗn hợp polyme-polyme
1.1.3. Thành phần của vật liệu polyme compozit
Vật liệu polyme compozit nói chung đƣợc cấu tạo từ hai thành phần cơ bản là
nền và chất gia cƣờng, ngồi ra cịn có một số chất khác nhƣ chất xúc tiến đóng rắn,
chất mầu, chất phụ gia chống dính, chất chống cháy...Đối với vật liệu PC, khả năng
liên kết giữa các thành phần với nhau rất quan trọng. Vật liệu càng bền khi các thành
phần liên kết với nhau càng chặt chẽ.

3


Hình 1.1. Sơ đồ minh họa cấu tạo vật liệu polyme compozit[3].
1.1.3.1. Nhựa nền[8]
Nhựa nền hay còn gọi là pha liên tục đóng vai trị liên kết tồn bộ các phần tử
gia cƣờng thành một khối compozit thống nhất, che phủ, bảo vệ tránh tác động của
mơi trƣờng bên ngồi đồng thời truyền ứng suất lên chúng. Không những thế, nhựa
nền cịn tạo khả năng để gia cơng vật liệu compozit thành các chi tiết thiết kế.
Tính chất của nền ảnh hƣởng mạnh đến công nghệ chế tạo và các đặc tính sử
dụng của compozit nhƣ: nhiệt độ làm việc, độ bền khối lƣợng riêng, khả năng chống
tác dụng của mơi trƣờng bên ngồi… Nhựa nền cần đảm bảo các yêu cầu sau:
- Có khả năng thấm ƣớt tốt hoặc kết hợp về hóa học với vật liệu gia cƣờng.
- Có khả năng biến dạng trong q trình đóng rắn để giảm ứng suất nội có thể
xảy ra do ngót thể tích.
- Phù hợp với các điều kiện gia cơng thông thƣờng đƣợc dùng để chế tạo vật
liệu compozit theo ý muốn.

- Bền môi trƣờng ở các điều kiện sử dụng vật liệu.
- Giá thành phù hợp
Có rất nhiều hệ nhựa đƣợc dùng làm nền cho vật liệu polyme compozit, gồm hai
nhóm chính là nhựa nhiệt rắn hoặc nhựa nhiệt dẻo.
Nhựa nhiệt dẻo
Compozit nền nhựa nhiệt dẻo có ƣu điểm là ứng suất dƣ rất thấp nảy sinh trong
những giờ đầu tiên ngay sau khi tạo thành sản phẩm. Ƣu điểm khác là về mặt cơng
nghệ: giảm cơng đoạn đóng rắn, dễ gia công tạo dáng sản phẩm dễ thực hiện; có thể
khắc phục những khuyết tật trong q trình sản xuất và tận dụng phế liệu hoặc gia
công lại.

4


Nhƣợc điểm chính của compozit nền nhựa nhiệt dẻo là không chịu đƣợc nhiệt
độ cao. Tuy nhiên, nền polime nhiệt dẻo đang đƣợc quan tâm nghiên cứu do khả năng
ứng dụng rất rộng rãi và khả năng tái sinh.
Ta có thể phân loại nền nhựa nhiệt dẻo nhƣ sau:
+ Nhựa thông dụng nhƣ polyetylen (PE), polypropylene (PP), polystyrene (PS),
polymetylmetacrylat (PMMA)…
+ Nhựa kỹ thuật nhƣ polycacbonat (PC), polyimit (PI), polyamit (PA)…
Nhựa nhiệt rắn
Nhựa nhiệt rắn có độ nhớt thấp, dễ hịa tan và đóng rắn khi đun nóng (hoặc khi
khơng có xúc tác). Sản phẩm sau đóng rắn có cấu trúc khơng gian khơng thuận nghịch
nghĩa là khơng nóng chảy và khơng hịa tan. Nhìn chung nhựa nhiệt rắn cho sản phẩm
có tính chất cơ lý cao hơn nhựa nhiệt dẻo. [8]
Một số nền nhựa nhiệt rắn thƣờng đƣợc sử dụng để sản xuất các kết cấu từ
compozit nhƣ nhựa polyeste, nhựa phenolformandehyt, nhựa furan, nhựa amin,
nhựa epoxy...
1.1.3.2. Chất gia cường

Chất gia cƣờng đóng vai trị chịu ứng suất tập trung trong vật liệu, làm tăng
đáng kể độ bền vật liệu, cấu trúc, hàm lƣợng, hình dáng, tƣơng tác của chất gia cƣờng
và nhựa nền cũng nhƣ độ bền liên kết giữa chúng ảnh hƣởng đến tính chất của vật liệu
polyme compozit và quyết định khả năng gia công vật liệu. Liên kết giữa các chất gia
cƣờng và polyme đƣợc quyết định bởi tính chất hóa học của polyme và đặc trƣng hình
học của chất gia cƣờng. Liên kết bền đƣợc tạo thành khi giữa chất gia cƣờng và nền
polyme có liên kết hóa học hay lực bám dính [8].
Chất gia cƣờng có thể ở dạng bột hoặc dạng sợi.
Chất gia cường dạng sợi
Chất gia cƣờng dạng sợi có khả năng gia cƣờng rất lớn, có độ bền cơ lý cao hơn
rất nhiều so với vật liệu gia cƣờng dạng bột. Việc lựa chọn dạng sợi phụ thuộc vào giá
thành vào đặc tính, tính chất của sợi. Để sử dụng làm chất gia cƣờng sợi cần có độ bền
và độ bền nhiệt cao, tỉ trọng thấp…
Sợi đƣợc sử dụng làm chất gia cƣờng có thể ở dạng liên tục (sợi dài, vải…) hay
gián đoạn (sợi ngắn, vụn, mạt…). Một số cốt dạng sợi thƣờng đƣợc sử dụng: sợi
cacbon, sợi thủy tinh, sợi aramit, sợi đay, sợi tre, sợi dừa…
5


Chất gia cường dạng bột
Chất gia cƣờng dạng bột vừa đóng vai trị chất gia cƣờng, vừa đóng vai trị chất
độn. Bản chất hóa học, tính chất hạt, khả năng liên kết giữa bề mặt hạt và nền quyết
định khả năng gia cƣờng của chúng: làm tăng độ cứng, giảm độ co ngót, tăng khả năng
chống cháy, tăng độ bền nhiệt, điện, hóa, quang… Chất gia cƣờng dạng bột cần có
kích thƣớc nhỏ, đồng đều, phân tán tốt, có khả năng hấp phụ nhựa nền tốt trên toàn bộ
bề mặt và phải có giá thành hợp lý, dễ kiếm.
Một số chất gia cƣờng dạng bột thông dụng: đất sét, cao lanh, bột nhẹ, mica,
bột talc, dioxit silic, oxit nhôm, hydroxit nhơm.
Chất gia cường dạng hạt kích thước nano
Vật liệu polyme nanocompozit sử dụng các chất gia cƣờng dạng hạt có kích

thƣớc nano đƣa vào các polyme có nhiều tính chất ƣu việt. Hơn nữa bản thân các chất
gia cƣờng này có mật độ khuyết tật rất thấp vì kích thƣớc chúng cũng xấp xỉ các
khuyết tật, từ đó tạo nên các vật liệu nanocompozit có tính cơ lý vƣợt trội so với các
compozit truyền thống. Đặc biệt do kích thƣớc nhỏ ở mức độ phân tử nên khi kết hợp
với các pha nền có thể tạo ra các liên kết vật lý nhƣng tƣơng đƣơng với liên kết hố
học, vì thế cho phép tạo ra các vật liệu có tính chất mới, tạo ra các polyme có rất nhiều
ứng dụng trong thực tế.
Các chất gia cƣờng đƣợc sử dụng phổ biến nhƣ: sợi cacbon, bột talc, hạt silica,
clay, bột canxi cacbonat…

1.2. Giới thiệu về BaTiO3pha tạp kích thƣớc nano
1.2.1 Cấu trúc perovskit
"Perovskite" là tên gọi chung của các vật liệu gốm có cấu trúc tinh thể giống
với cấu trúc của vật liệu gốm canxi titanat (CaTiO3).
Công thức phân tử chung của các hợp chất perovskite là ABO3 với A và B là
các ion (cation) có bán kính khác nhau. Ở vị trí của ion Oxy, có thể thay bằng một số
nguyên tố khác, nhƣng phổ biến nhất vẫn là Oxy. Tùy theo ngun tố ở vị trí B mà có
thể phân thành nhiều họ khác nhau, ví dụ nhƣ họ manganite khi B là Mn, họ titanat khi
B là Ti hay họ cobaltit khi B là Co...
Thơng thƣờng, bán kính ion A lớn hơn so với B. Cấu trúc của perovskite
thƣờng là biến thể từ cấu trúc lập phƣơng với các cation A nằm ở đỉnh của hình lập
phƣơng, có tâm là cation B. Cation này cũng là tâm của một bát diện tạo ra bởi các
6


anion O. Cấu trúc tinh thể có thể thay đổi từ lập phƣơng sang các dạng khác nhƣ trực
giao hay trực thoi khi các ion A hay B bị thay thế bởi các nguyên tố khác mà hình thức
giống nhƣ việc mạng tinh thể bị bóp méo đi, gọi là méo mạng Jahn-Teller[10, 20].

Hình 1.2. Cấu trúc perovskit.

1.2.2. Cấu trúc BaTiO3 kích thƣớc nano
Một trong các hợp chất quan trọng của nhóm perovskit là BaTiO3. Đây là chất
áp điện đầu tiên thu đƣợc ở dạng gốm và có hằng số điện môi lớn nên đƣợc ứng dụng
rộng rãi trong việc chế tạo các điện trở nhiệt, các tế bào quang điện.Tính chất áp điện
của vật liệu thể hiện: khi chịu một ứng suất cơ học, trên vật liệu BaTiO3sẽ xuất hiện
một hiệu điện thế, ngƣợc lại khi áp đặt lên nó một điện trƣờng thì xuất hiện biến dạng
cơ học. So sánh với các vật liệu gốm thì thơng số áp điện của BaTiO3chỉ đứng sau vật
liệu PZT.
Cấu trúc của tinh thể BaTiO3 hoàn toàn giống với cấu trúc perovskit tự nhiên
CaTiO3 với cấu trúc dạng A(II)B(IV)O3 và có dạng lập phƣơng thuộc nhóm Pm-3m.

Hình 1.3. Cấu trúc lập phƣơng của BaTiO3.
7


BaTiO3 có 2 dạng thù hình chính. Dạng tứ phƣơng có tính áp điện (nhóm đối
xứng P4mm, a= 3,994 Å, c= 4,034 Å, dạng lập phƣơng và khơng có tính áp điện
(nhóm đối xứng Pm-3m, a= 4,0177 Å). Tùy thuộc vào điều kiện tổng hợp mà có thể
thu đƣợc các dạng cấu trúc khác nhau của perovskitBaTiO3.
Một điều đặc biệt nữa là cấu trúc perovskit có thể tạo thành dung dịch rắn thay
thế với nhau trong một giới hạn rất lớn. Ví dụ: PbTiO3, SrTiO3, BaZrO3,
BaSnO3,KNbO3[20]…Có thể tạo thành dãy dung dịch rắn không hạn chế với BaTiO3,
sự thay thế Ba2+, trong BaTiO3 bằng các cation nhƣ Sr, Bi, Ce[9, 22, 23];hoặc sự thay
thế Ti4+, trong BaTiO3 bằng các cation nhƣZr [19]có thể cải thiện nhiều tính chất vật lý
của gốm áp điện BaTiO3.

1.2.3 Cấu trúc của hạt BaTiO3- Bi kích thƣớc nano
1.2.3.1 Nguyên tố pha tạp Bi
Bitmut là một ngun tố hóa học trong bảng tuần hồn có ký hiệu Bi và số

nguyên tử 83. Nó là một kim loại yếu giòn, nặng, kết tinh màu trắng ánh hồng, có hóa
trị chủ yếu là +3 và có các tính chất hóa học tƣơng tự nhƣ asen và antimon. Trong số
các kim loại thì nó là chất có độ nghịch từ lớn nhất và chỉ có thủy ngân là có độ dẫn
nhiệt thấp hơn. Các hợp chất của bitmut không lẫn chì đơi khi đƣợc sử dụng trong mỹ
phẩm và một số ứng dụng y học.

Hình 1.4. Tinh thể Bi (nguồn: wikipedia)
Trong số cáckim loại nặng, bitmut đƣợc coi là nguyên tố có đồng vị ổn định
nhất, nhƣng hiện nay ngƣời ta đã biết rằng điều này khơng hồn tồn đúng. Đã từ lâu,
trên cơ sở lý thuyết ngƣời ta cho rằng bitmut là không ổn định, nhƣng chỉ đến
năm 2003 thì điều này mới đƣợc chứng minh. Do chu kỳ bán rã lớn, bitmut có thể coi
8


là ổn định và khơng phóng xạ. Trong các nghiên cứu ở lĩnh vực điện hóa, bitmut và
hợp chất của nó đƣợc thêm với hàm lƣợng nhỏ nhằm cải thiệntính chất dẫn điện của
vật liệu. Với mục đích xem xét ảnh hƣởng của Bi khi đƣa vào trong cấu trúc của vật
liệu nano-BaTiO3, do đó chúng tơi chọn ngun tố Bi để pha tạp vào vật liệu BaTiO3
với hi vọng sẽ cải thiện đƣợc các tính chất ban đầu của vật liệu từ đó định hƣớng trong
các ứng dụng tiếp theo.
1.2.3.2Vật liệu BaTiO3 pha tạp nguyên tố
Sự pha tạp thêm các nguyên tố khác có thể dẫn đến các tác động khác nhau
trong hệ thống vật liệu[10]. Mặt khác sự pha tạp các nguyên tố còn nhằm làm giảm sự
phát triển kích thƣớc của các hạt trong q trình thiêu kết và làm giảm hằng số điện
môi tối đa ở nhiệt độ Curie[18]. Hơn nữa, các nguyên tố pha tạp có thể gây ra hiệu ứng
bán dẫn trong vật liệu BaTiO3 và trong một số trƣờng hợp dẫn đến sự giảm điện mơi.
Hiện nay, có ít cơng trình nghiên cứu đề cập đến hệ polyme compozit sử dụng
các hạt phân tán bari zirconat titanat, Ba(Ti,Zr)O3 và/hoặc bari stronti titanat,
(Ba,Sr)TiO3[2, 6, 9, 13, 21].
Trong nghiên cứu của Garcia[13], vật liệu Ba(Ti,Zr)O3 pha đơn tinh thể thu

đƣợc bằng phƣơng pháp điều chế từ hỗn hợp các oxit, sau đó đƣợc sử dụng để chế tạo
hệ compozit sử dụng chất nền là nhựa epoxy với các tỷ lệ thành phần khác nhau.
Nghiên cứu phổ Raman cho thấy sự thay đổi trong cấu trúc tinh thể cùng với sự thay
đổi nồng độ hạt với sự mất trật tự cấu trúc trong phạm vi hẹp. Phân tích tà các ảnh
chụp TEM khẳng định mối quan hệ mật thiết giữa Ba(Ti,Zr)O3 và nhựa nền epoxy
trong sản phẩm compozit. Vật liệu có độ xốp thấp và phân bố kích thƣớc đồng nhất
khi Ba(Ti,Zr)O3 đƣợc phân tán trong nhựa nền epoxyvới hàm lƣợng 10%. Hằng số
điện môi chịu ảnh hƣởng bởi nồng độ nguyên tố pha tạp vì phân bố hạt là thông số
quan trọng nhất ảnh hƣởng đến giá trị điện môi của vật liệu compozit.
Trong nghiên cứu của Vryonis [21]đã chế tạo vật liệupolyme compozit
BaSrTiO3/epoxy sử dụng chất đóng rắn nhiệt độ thấp thơng qua nghiên cứu sự ảnh
hƣởng của tỷ lệ hàm lƣợng hạt phân tán nano-BaSrTiO3trong mạng lƣới polyme nền
(với hạt sử dụng có kích thƣớc ~ 100 nm). Kết quả nghiên cứu thu đƣợc cho thấy hệ
compozit chế tạo có nhiệt độ thủy tinh hóa Tg thấp (trong khoảng 47,5 – 49,2oC). Kết
quả đo hằng số điện môn tại giá trị tần số 1 kHz đạt đƣợc bằng 7,5; 8,0; 8,5 và 9,5 cho
mẫu sử dụng tỷ lệ hạt nano-BaSrTiO3 phân tán trong nền nhựa epoxy lần lƣợt bằng 5,
10, 20 và 30% theo khối lƣợng hạt (so sánh với giá trị hằng số điện mơi của
epoxy/chất đóng rắn bằng 7.0.
Việc đƣa ngun tố pha tạp Bi vào trong cấu trúc của BaTiO3 và nghiên cứu sự
biến đổi tính chất sắt điện của nó mới chỉ có một vài cơng trình cơng bố [19, 22],
nhƣng mới chỉ dừng ở việc nghiên cứu trên vật liệu gốm, việc chế tạo chúng ở kích
9


thƣớc nanomet từ đó sử dụng đề phân tán trong mạng lƣới polyme để tạo compozit từ
đó nghiên cứu sự biến đổi tính chất của vật liệu chế tạo gần nhƣ chƣa đƣợc đề cập đến.
Chính vì vậy, trong nghiên cứu này, chế tạo vật liệu nano BaTiO3 pha tạp
nguyên tố Bi và đưa chúng phân tán trong mạng lưới nền epoxy tạo compozit và khảo
sát ảnh hưởng của chúng đến tính chất điện mơi của vật liệu compozit chế tạo là mục
tiêu chính của nghiên cứu trong đề tài này.

1.3. Các kỹ thuật phân tán hạt nano áp điện vào trong nền polyme
Có nhiều phƣơng pháp đã đƣợc nghiên cứu và triển khai để chế tạo vật liệu
compozit chứa hạt áp điện kích thƣớc nano trên cơ sở nền polyme, chúng đƣợc chia
làm hai phƣơng pháp chính; phƣơng pháp vật lý (trộn trong dung mơi, trộn nóng chảy)
và phƣơng pháp hóa học (trùng hợp in-situ).
1.3.1. Các phƣơng pháp vật lý
Trộn trực tiếp:
Phƣơng pháp trộn trực tiếp đƣợc tiến hành trong dung dịch, trong dung mơi có
khả năng hịa tan polyme hoặc tiền polyme. Hạt áp điện nano có thể đƣa trực tiếp hoặc
phân tán trong dung môi trƣớc khi đƣa vào dung dịch polyme.
Đầu tiên, hạt nano (thƣờng đã biến tính hữu cơ) đƣợc phân tán trong dung mơi
tạo thành huyền phù. Sau đó, dung dịch polyme đƣợc thêm vào, polyme xen kẽ và thay
thế phân tử dung môi giữa các hạt.
Sau khi dung môi bay hơi, cấu trúc hạt nano xen kẽ với polyme đƣợc hình
thành. Trong trƣờng hợp lý tƣởng, cấu trúc xen kẽ có trật tự đạt đƣợc.
Trộn nóng chảy:
Phƣơng pháp trộn nóng chảy đƣợc thực hiện bằng cách trộn polyme nhiệt dẻo ở
trạng thái nóng chảy với hạt nano biến tính hữu cơ với mục đích tối ƣu hóa tƣơng tác
giữa polyme và hạt nano. Sau đó hỗn hợp đƣợc ủ tại nhiệt độ cao hơn nhiệt độ thủy
tinh hóa của polyme.
1.3.2. Phƣơng pháp hóa học
Quá trình trùng hợp in-situ bao gồm sự phân tán trực tiếp các hạt nano vào
trong dung dịch monome trƣớc quá trình trùng hợp. Để đảm bảo tƣơng tác tốt tại bề
mặt phân chia pha giữa các hạt nano với nền polyme cần ghép các nhóm chức hoạt
động bề mặt lên bề mặt hạt hoặc sử dụng các hợp chất hoạt động bề mặt.
10


Hiện nay, đây là phƣơng pháp phổ biến nhất để chế tạo vật liệu compozit chứa

hạt kích thƣớc nano trên cơ sở nền polyme. Các bƣớc thực hiện nhƣ sau:
Đầu tiên, các hạt nano đƣợc phân tán trong monome (hạt nano và monome đƣợc
trộn trực tiếp vào nhau hoặc đƣợc phân tán trong dung mơi trƣớc q trình trộn hợp). Thời
gian của quá trình này phụ thuộc vào độ phân cực của phân tử polyme; bản chất của hạt
nano biến tính và nhiệt độ. Sau đó phản ứng trùng hợp đƣợc khơi mào. Đối với nhựa nhiệt
rắn, chất đóng rắn hoặc xúc tác đƣợc thêm vào để khơi mào phản ứng khâu mạch. Còn đối
với nhựa nhiệt dẻo, phản ứng trùng hợp đƣợc khơi mào bằng chất khơi mào hoặc bằng
cách nâng nhiệt độ của hỗn hợp lên đến nhiệt độ trùng hợp.
Điểm mấu chốt của phƣơng pháp này là kiểm sốt q trình trộn hợp hạt
nano vào monome để đạt đƣợc sự phân tán ở cấp độ nano và sự phân bố các hạt
nano trong nền polyme tốt nhất. Trong những nghiên cứu gần đây, sự kết hợp hai
kỹ thuật gia công khác nhau là: trộn cơ học và rung siêu âm đã đƣợc sử dụng rất
hiệu quả trong quá trình phân tán hạt nano vào trong nền polyme vì chúng dễ dàng
tiến hành trong phịng thí nghiệm.
Giai đoạn hút chân khơng cũng rất quan trọng trong q trình chế tạo
nanocompozit bằng phƣơng pháp trùng hợp in-situ. Sự có mặt của các bọt khí, hơi
ẩm hoặc bất kỳ tạp chất nào trong vật liệu nền polyme cũng có thể tạo ra các khuyết
tật p;ảnh hƣởng lớn đến tính chât điện mơi của vật liệu compozit. Để tách hồn tồn
bọt khí, hỗn hợp hạt nano/monome đƣợc hút chân khơng trƣớc khi cho chất đóng rắn
hoặc xúc tác.

1.3.3. Phƣơng pháp chế tạo vật liệu polyme compozit chứa hạt nano
Vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa nhiệt rắn đƣợc gia công bằng nhiều
công nghệ khác nhau nhƣ: lăn ép bằng tay, ép nóng trong khn, đúc kéo, đúc
phun...Cần chú ý loại bỏ bọt khí trong q trình gia cơng vật liệu.
Có nhiều phƣơng pháp đã đƣợc nghiên cứu và triển khai để chế tạo vật liệu
compozit chứa hạt áp điện kích thƣớc nano trên cơ sở nền polyme, chúng đƣợc chia
thành hai phƣơng pháp chính sau: phƣơng pháp vật lý (trộn trong dung mơi, trộn nóng
chảy) và phƣơng pháp hóa học (trùng hợp in-situ).
Các bƣớc tiến hành chế tạo vật liệu PC chứa hạt nano BaTiO3 biến tính và

khơng biến tính bề mặt hạt đƣợc mơ phỏng trên hình 1.5.

11


Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng cho cả nhựa nhiệt rắn và nhựa nhiệt dẻo [12].
Một số loại nhựa nhiệt rắn nhƣ epoxy (EP), polyanilin, polyuretan (PU), polyimit (PI),
polycyanat este. Một số loại nhựa nhiệt dẻo nhƣ polymetametylacrylat (PMMA),
polystyren (PS), polypropylen (PP), polyetylen (PE)…

Hình 1.5. Mơ phỏng các bƣớc tiến hành chế tạo vật liệu polyme compozit chứa hạt
nano BaTiO3 bằng phƣơng pháp tổng hợp in-situ: a) hạt nano BaTiO3 khơng biến tính
bề mặt, b) nano BaTiO3 biến tính bề mặt[3, 17].

1.4. Các tính chất đặc trƣng của vật liệu polyme compozit chứa các hạt áp điện
kích thƣớc nano
Tính chất của vật liệu polyme compozit là tổ hợp tính chất của các thành phần
khác nhau có trong vật liệu. Tuy nhiên tính chất của PC khơng bao hàm tất cả tính chất
của các cấu tử thành phần khi chúng đứng riêng rẽ mà chỉ lựa chọn trong đó những
tính chất tốt và phát huy thêm.
Sự kết hợp của vật liệu áp điện với tính chất điện mơi tốt nhƣng giịn và khó gia
cơng và vật liệu polyme với tính chất mềm dẻo và khả năng gia công chế tạo dễ dàng
tạo ra vật liệu polyme compozit chứa hạt áp điện có những tính chất khác biệt, vƣợt
qua đƣợc những hạn chế của vật liệu áp điện và vật liệu polyme riêng rẽ[3]. Sự có mặt
12


của hạt nano áp điện làm thay đổi tính chất cơ, điện, nhiệt…của vật liệu polyme
compozit.
1.4.1. Tính chất điện mơi

Tính chất điện mơi của compozit chứa hạt áp điện kích thƣớc nano phụ thuộc
vào nhiều thơng số: kích thƣớc, hình dạng, hằng số điện mơi, hình thái phân bố và
phần thể tích của hạt áp điện trong compozit, sự suất hiện của vùng tƣơng tác pha giữa
hạt áp điện với các thành phần khác trong compozit.
1.4.2. Tính chất cơ học
Sự có mặt của các hạt nano ảnh hƣởng rất lớn đến tính chất cơ học của vật liệu
polyme compozit. Khi các hạt nano đƣợc phân tán tốt trong polyme compozit tạo các
liên kết ở mức độ phân tử giữa các pha với nhau làm tăng độ bền của vật liệu, đồng
thời làm cho vật liệu ổn định ở nhiệt độ cao. Hàm lƣợng hạt nano tăng lên làm tăng độ
cứng, khối lƣợng riêng, ứng suất biến dạng mềm cao, độ bền kéo, modun đàn hồi, độ
bền hóa học và mài mịn, ổn định kích thƣớc hơn. Trong khi đó độ dãn dài kéo đứt, độ
bền va đập, dãn nở nhiệt và khả năng hấp thụ nƣớc giảm xuống.
Tính chất cơ học của vật liệu polyme compozit chứa hạt nano phụ thuộc rất
nhiều yếu tố nhƣ hình dạng, kích thƣớc hạt hàm lƣợng hạt, mức độ phân tán hạt và dộ
bền tƣơng tác pha giữa hạt nano với các thành phần khác trong compozit.
1.4.3. Độ bền nhiệt
Mặc dù nhẹ, bền, chịu môi trƣờng tốt, dễ gia công và lắp ráp nhƣng tính chịu
nhiệt vẫn là yếu điểm của vật liệu polyme compozit so với kim loại hay gốm. Sự có
mặt của hạt nano làm tăng đáng kể dộ bền nhiệt của vật liệu polyme compozit.
1.5. Những ứng dụng cơ bản
Vật liệu gốm áp điện, với khả năng chuyển đổi năng lƣợng cơ thành nặng lƣợng
điện và ngƣợc lại, đã và đang đƣợc ứng dụng làm cảm biến rất tốt. Tuy nhiên , do độ
cứng và độ giòn cao, khi các cảm biến làm bằng vật liệu này đƣợc gắn trên bề mặt các
vật liệu có hình dạng phức tạp sẽ tạo ra sự khơng tƣơng thích làm ảnh hƣởng đến tính
chất cơ học của tồn hệ và do đó làm giảm độ chính xác của phép đo độ lão hóa. Sự
kết hợp vật liệu gốm áp điện với vật liệu polyme với đặc trƣng mềm dẻo, dễ gia công
đã mở ra những cơ hội để có thể vƣợt qua đƣợc những giới hạn của vật liệu gốm áp
điện truyền thống.
Vì thế, vật liệu polyme compozit chứa các hạt áp điện kích thƣớc nano có nhiều
tiềm năng ứng dụng làm cảm biến (nhƣ cảm biến biến dạng, cảm biến nứt gãy, cảm

biến nhiệt độ, cảm biến độ ẩm, cảm biến hóa học và cảm biến điện hóa...) trong nhiều
13


lĩnh vực yêu cầu kỹ thuật cao nhƣ máy bay, tàu vũ trụ cho đến lĩnh vực tàu biển, ô tơ,
đƣờng ống dẫn nhiên liệu trong ngành dầu khí cũng nhƣ các nhà máy điện hạt nhân,
các cơng trình xây dựng và nhiều lĩnh vực khác của đời sống xã hội[6].

14


TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt
1.

Nguyễn Xuân Hoàn and Chu Ngọc Châu (2013), "Ảnh hưởng của điều kiện
nhiệt độ tổng hợp thủy nhiệt đến cấu trúc và độ bền của vật liệu nano bari
titanat." Tạp chí Hóa học, 51: p. 558-562.

2.

Đinh Thị Mai Huệ (2014), "Chế tạo và khảo sát tính chất điện môi của hệ
polyme nanocompozit nền epoxy chứa các hạt BaTiO3 pha tạp." Luận văn Thạc
sỹ khoa học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.

3.

Phan Thị Tuyết Mai (2012), "Nghiên cứu chế tạo vật liệu polime compozit nền
epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh và sợi tự nhiên chứa các hạt áp điện kích

thước nano và khảo sát sự biến đổi tính chất cơ nhiệt trong điều kiện khí hậu
nhiệt đới." Luận án Tiến sĩ, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN.

4.

Phan Thị Tuyết Mai, Lƣu Văn Bơi, Nguyễn Xn Hồn, and Pascal Carrière
(2015), "Kết hợp phổ FTIR và phân tích điện mơi nghiên cứu q trình lão hóa
UV của vật liệu BaTiO3-epoxy nanocompozit." Tạp chí Hóa học, 53(4E1): p.
51-54.

5.

Phan Thị Tuyết Mai, Chu Ngọc Châu, Lƣu Văn Bơi, Pascal Carrière, and
Nguyễn Xn Hồn (2010), "Nghiên cứu phản ứng ghép γ-aminopropyltrimethosysilane lên bề mặt hạt nano BaTiO3."Tạp chí Hóa học, 48(4A): p. 419424.

6.

Trần Văn Phong (2014), "Nghiên cứu chế tạo và tính chất điện mơi hệ vật liệu
compozit nền epoxy/BaTiO3 pha tạp nguyên tố Zirconi." Luận văn Thạc sỹ khoa
học, Trƣờng Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội.

7.

Trần Văn Phong, Đinh Thị Mai Huệ, and Nguyễn Xuân Hoàn (2014), "Đặc
trưng điểm đẳng điện và thế bề mặt của vật liệu nano bari titanat pha tạp Sr, Zr
bằng phương pháp điện di."Tạp chí Hóa học, 52(6B): p. 175-178.

15