Ống nano carbon (CNTs) là vật liệu nano carbon dạng ống với đường kính ở kích thước nm (120 nm). CNTs có chiều dài từ vài nm đến μm. Ống nano carbon được phát hiện vào năm 1991 bởi Lijima 9. Với cấu trúc tinh thể đặc biệt và các tính chất cơ học quý (nhẹ, độ cứng rất lớn), tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, tính chất phát xạ điện từ mạnh… Ống nano carbon đang được nghiên cứu ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khoa học và công nghệ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA VẬT LÝ - - SEMINAR ĐỀ TÀI: ỐNG NANO CACBON Thực hiện: Nhóm Hướng dẫn: TS Nguyễn Minh Vương Quy Nhơn, tháng 12 năm 2016 TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA VẬT LÝ - - ỐNG NANO CACBON ỐNG NANO NANO CACBON CACBON ỐNG I KHÁI NIỆM II CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO III CÁC TÍNH CHẤT ĐẶC BIỆT IV ỨNG DỤNG V TRIỂN VỌNG NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON I.I KHÁI KHÁI NIỆM NIỆM Lịch Lịch sử sử phát phát triển triển Năm 2014, Việt Nam chế tạo vật liệu CNT Năm 1991, Sumio Lijma tìm CNT Năm 1985, Rick Smalley tìm Fullerene ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON I.I KHÁI KHÁI NIỆM NIỆM - Ống nano carbon (CNTs) vật liệu nano carbon dạng ống với đường kính kích thước nm (1-20 nm) CNTs có chiều dài từ vài nm đến μm Ống nano carbon phát vào năm 1991 Lijima [9] Với cấu trúc tinh thể đặc biệt tính chất học quý (nhẹ, độ cứng lớn), tính dẫn điện, dẫn nhiệt tốt, tính chất phát xạ điện từ mạnh… Ống nano carbon nghiên cứu ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học công nghệ [10]. ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON I.I KHÁI KHÁI NIỆM NIỆM - Ống nano carbon gồm hai loại chính: + Ống nano cacbon đơn tường có cấu trúc giống cuộn lại lớp than chì độ dày nguyên tử (còn gọi graphene) thành hình trụ liền, khép kín đầu nửa phân tử fullerenes Do đó, CNTs cịn biết đến fullerenes có dạng hình ống gồm nguyên tử cacbon liên kết với liên kết cộng hoá trị sp2 bền vững ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON I.I KHÁI KHÁI NIỆM NIỆM ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON I.I KHÁI KHÁI NIỆM NIỆM + Ống nano cacbon đa tường gồm nhiều ống đơn tường đường kính khác lồng vào đồng trục, khoảng cách lớp từ 0,34 nm đến 0,39 nm Ngoài ra, SWCNTs thường tự liên kết với để tạo thành bó xếp chặt (được gọi SWCNTs ropes) tạo thành mạng tam giác hoàn hảo với số mạng 1,7 nm Mỗi bó gồm hàng trăm ống SWCNTs nằm song song với chiều dài lên đến vài mm ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON I.I KHÁI KHÁI NIỆM NIỆM ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON CÁC PHƯƠNG PHƯƠNG PHÁP PHÁPCHẾ CHẾ TẠO TẠO CÁC Lắng đọng pha hóa học Phóng điện hồ quang 3.Dùng nguồn laser Nghiền bi ủ nhiệt ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON III III CÁC CÁC TÍNH TÍNH CHẤT CHẤT ĐẶC ĐẶC TRƯNG TRƯNG + Tính chất hóa học: CNTs tương đối trơ mặt hóa học, ống CNTs có kích thước nhỏ hoạt động hóa học mạnh Để tăng hoạt tnh hóa học ống CNTs, người ta thường tạo sai hỏng ống biến tnh bề mặt ống + Tính chất phát xạ trường: CNTs có khả phát xạ điện từ mạnh điện thấp (10V) [14] ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN + Các ứng dụng tích trữ lượng: CNTs có khả tích trữ lượng cao tốc độ truyền tải điện tử nhanh Bởi CNTs thường nghiên cứu ứng dụng cho pin nhiên liệu Pin nhiên liệu loại có hiệu suất cao Ống nano cacbon cịn sử dụng để làm điện cực siêu tụ điện hóa Bởi chúng có diện tích bề mặt lớn nên lưu trữ nhiều lượng pin, ắc quy thông thường Sản phẩm thử nghiệm (G Gruner & Nanotechweb.org) ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN + Ứng dụng linh kiện điện tử: như thiết bị phát xạ điện từ trường đầu dò nano Đối với ống nano cacbon đơn tường, có đặc tính chất bán dẫn, nên cịn dùng để chế tạo transistor, hay cổng lôgic Ngồi ra, CNTs đơn tường dùng để chế tạo sensor có độ xác hóa học lẫn sinh học tính dẫn điện tốt trơ mặt hóa học sử dụng để chế tạo sensor điện để đo độ biến dạng vật liệu hay thiết bị… Đầu dị kính hiển vi điện tử lực phần tử từ carbon nanotube đa thành ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN Cơng nghệ biến cải bó xơi thành máy dị bom ngăn khủng bố Cải bó xơi cấy ghép ống nano cacbon phản ứng với chất nitroaromatics, giúp phát mìn đạn dược chơn đất Giáo sư Michael Strano, đến từ Viện Công nghệ Massachusetts, Mỹ đồng nghiệp cho biết cải bó xơi sau hấp thụ ống nano carbon phát hiện hóa chất nitro-aromatics trong mìn đạn dược chơn đất, theo BBC Nghiên cứu công bố tạp chí Nature Material hơm 31/10 ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN - Cảm biến ống nano theo dõi trình trạng bệnh nhân tiểu đường - Các nhà nghiên cứu MIT vừa công bố thông tin rằng, họ tạo cảm biến tồn thể người đến năm Đây cảm biến nano tồn lâu thể người Các cảm biến làm từ ống nano carbon cực nhỏ, dày cỡ nguyên tử Các ống carbon bắt phân tử đơn lẻ chúng cảm biến tuyệt vời Các nhà nghiên cứu nhận họ kết hợp ống nano với phân tử khác nhau, chúng nhận biết chất hố học đặc biệt có liên quan đến sức khoẻ người ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN + Vật liệu gia cường: CNTs có độ cứng lớn, chống mài mòn tốt, nhẹ nên thường sử dụng để gia cường vật liệu composite CNTs với polymer, CNTs với cao su, CNTs với kim loại Các vật liệu composite thường có đặc tnh lý tốt, độ bền, dẻo cao dẫn điện tốt Chiếc xe làm từ vật liệu carbon nanotube ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN Làm hình hiển thị: Cấu trúc dạng típ bền mặt học, ổn định nhiệt, độ dẫn điện tốt nên SWCNTs xem vật liệu có khả phát xạ tốt, đặc biệt cần cung cấp điện thấp vài vol (V) Tính chất ứng dụng để chế tạo nguồn phát xạ điện tử, hình hiển thị Màn hình hiển thị làm từ CNTs ứng dụng phát xạ trường ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN - Vừa qua, nhà khoa học thuộc Đại học Thượng Hải, Trung Quốc lần phát điều kiện định, ống nano cácbon chuyển hóa nhiệt thành ngược lại - Đo độ cay tương ớt ống nano Các nhà hóa học Oxford phát cách sử dụng ống nano cacbon để kiểm tra độ cay tương ớt Công nghệ sớm phổ biến cách thương mại cảm biến dùng lần để sử dụng cơng nghệ thực phẩm - Ống nano carbon sinh dòng điện lớn: Các nhà khoa học thuộc Học viện Công nghệ Massachusetts (MIT) vừa phát phương thức phát điện mới: lợi dụng ống nano carbon để tạo dịng điện, áp dụng cho thiết bị siêu nhỏ. ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN - Cải thiện tính siêu dẫn ống nano carbon: Các nhà vật lý Áchentina Mỹ vừa công bố kết họ cải thiện đáng kể tính siêu dẫn hợp kim MgB2 cách pha tạp ống nano cácbon đa tường - Ống nano "đóng băng" nước sơi: Theo Engadget, gần nhóm nhà nghiên cứu MIT bước xa hơn-quan sát nước ống nano thực đóng băng thành dạng rắn nhiệt độ vượt điểm sôi tự nhiên - Chế tạo thiết bị phát chất nổ từ vật liệu nano carbon: Thiết bị nguyên mẫu nhóm nghiên cứu Đại học Utah (Mỹ) phát triển. ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN Công ty Sản phẩm Giai đoạn Ống than nano chất lượng cao cho ứng dụng điện tử CarboLex (Mỹ) Chế tạo hồ quang hay CVD Sản xuất Carbon Nanotechnologies (Mỹ) Chế tạo CVD Sản xuất Carbon Solutions (Mỹ) Chế tạo hồ quang Sản xuất SouthWest NanoTechnologies (Mỹ) Ống than nano đặc biệt từ CVD Thomas Swan (Anh) Ống than nano sản xuất đại trà từ CVD Sản xuất ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN Công ty Sản phẩm Giai đoạn Phim suốt Battelle Memorial Institute (Mỹ) Lớp phủ suốt Nghiên cứu Eikos (Mỹ) Mực in dẫn điện Triển khai sản phẩm Eastman Kodak (Mỹ) Lớp phủ quang học suốt Nghiên cứu, mẫu thử (prototype) Unidym (Mỹ) Phim cho hình chạm (touch screen), pin Triển khai sản phẩm mặt trời, diode phát quang ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN Công ty Sản phẩm Giai đoạn DuPont (Mỹ) Linh kiện điện tử suốt Nghiên cứu IBM (Mỹ) Transistor nano cho vi tnh Nghiên cứu Intel (Mỹ) Liên mạng (interconnect) Nghiên cứu Motorola (Mỹ) Bộ cảm ứng hóa sinh học Mẫu thử Nanomix (Mỹ) Bộ cảm ứng hóa sinh học Triển khai sản phẩm Nantero (Mỹ) Công nghệ nhớ Mẫu thử Samsung (Hàn Quốc) Màn hình Nghiên cứu Linh kiện ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON KẾT KẾT LUẬN LUẬN CNTs vật liệu có tính chất học q độ bền, độ chống mài mòn cao, chịu nén tốt, nhẹ, khả dẫn điện, dẫn nhiệt tốt Bởi vậy, chúng nghiên cứu ứng dụng cho nhiều lĩnh vực khoa học cơng nghệnhư tích trữ lượng, pin mặt trời, transistors, xúc tác, cảm biến, vật liệu polymer tổ hợp Có nhiều phương pháp tổng hợp CNT, phương pháp có ưu khuyết điểm riêng, nhiên điều kiện phịng thí nghiệm Việt Nam, phương pháp thermal CVD phù hợp TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN KHOA VẬT LÝ - - TH OU Y K N A M Y R VE ! H UC ... tạo vật liệu CNT Năm 1991, Sumio Lijma tìm CNT Năm 1985, Rick Smalley tìm Fullerene ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON I.I KHÁI KHÁI NIỆM NIỆM - Ống nano carbon (CNTs) vật liệu nano carbon dạng ống. .. trúc Nó có tnh dẫn điện kim loại bán dẫn( bảng 2) ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON III III CÁC CÁC TÍNH TÍNH CHẤT CHẤT ĐẶC ĐẶC Bảng 2: Phân loại số đặc trưng dẫn CNTs ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON... nổ từ vật liệu nano carbon: Thiết bị nguyên mẫu nhóm nghiên cứu Đại học Utah (Mỹ) phát triển. ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON CACBON IV IV CÁC CÁC ỨNG ỨNG DỤNG DỤNG CƠ CƠ BẢN BẢN ỐNG ỐNG NANO NANO CACBON