Nghiên cứu tổng hợp vật liệu điện, điện tử thế hệ mới từ nguyên liệu thân thiện môi trường

MẪU 14KHCN BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG Tên đề tài NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU ĐIỆN ĐIỆN TỬ THẾ HỆ MỚI TỪ NGUYÊN LIỆU THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG Mã số đề tài 192 Đ02 Chủ nhiệm đề tài TS Nguyễn Hoài Thương Đơn vị thực hiện Khoa Công Nghệ Điện Tp Hồ Chí Minh, 1 LỜI CÁM ƠN Chủ nhiệm đề tài xin chân thành cảm ơn sự quan tâm của Ban giám hiệu, hội đồng xét duyệt, lãnh đạo Khoa Công nghệ đi.

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌCCẤP TRƯỜNG Tên đề tài: NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP VẬT LIỆU ĐIỆN-ĐIỆN TỬ THẾ HỆ MỚI TỪ NGUYÊN LIỆU THÂN THIỆN MÔI TRƯỜNG Mã số đề tài: 192.Đ02 Chủ nhiệm đề tài: TS Nguyễn Hoài Thương Đơn vị thực hiện: Khoa Cơng Nghệ Điện Tp Hồ Chí Minh, … LỜI CÁM ƠN Chủ nhiệm đề tài xin chân thành cảm ơn quan tâm Ban giám hiệu, hội đồng xét duyệt, lãnh đạo Khoa Công nghệ điện phịng ban Trường Đại học Cơng Nghiệp Tp Hồ Chí Minh hỗ trợ suốt q trình xét duyệt, thực nghiệm thu đề tài Chủ nhiệm đề tài xin chân thành cảm ơn đến quý đồng nghiệp, nhà làm chun mơn đóng góp ý kiến quý báo trình đo đạc, tổng hợp phân tích kết thực nghiệm, giúp cho đề tài thực tiến độ hoàn thành mục tiêu đề Chủ nhiệm đề tài mong tiếp tục nhận quan tâm giúp đỡ Nhà trường, quý đồng nghiệp thời gian tới để tiếp tục mở rộng phát triển đề tài Có đề tài triển khai ứng dụng thực tế Xin chân thành cảm ơn PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu điện-điện tử hệ từ nguyên liệu thân thiện môi trường 1.2 Mã số: 192 Đ02 1.3 Danh sách chủ trì, thành viên tham gia thực đề tài TT Họ tên (học hàm, học vị) TS Nguyễn Hồi Thương Đơn vị cơng tác Vai trị thực đề tài Khoa Công Nghệ Điện Chủ nhiệm đề tài 1.4 Đơn vị chủ trì: 1.5 Thời gian thực hiện: 1.5.1 Theo hợp đồng: tháng 01 năm 2019 đến tháng 01 năm 2020 (theo hợp đồng số 15/HĐ-ĐHCN ký ngày 18/01/2019) 1.5.2 Gia hạn (nếu có): khơng 1.5.3 Thực thực tế: từ tháng 01 năm 2019 đến tháng 08 năm 2019 1.6 Những thay đổi so với thuyết minh ban đầu (nếu có): khơng có 1.7 Tổng kinh phí phê duyệt đề tài: 50 triệu đồng II Kết nghiên cứu Đặt vấn đề Hiện nay, số lượng lớn thiết bị điện-điện tử chứa nhiều chất độc hại sau sử dụng thải trực tiếp môi trường tự nhiên, gây vấn đề lớn môi trường sức khỏe người Chính vậy, việc sử dụng loại vật liệu hệ thân thiện môi trường để chế tạo thiết bị điện-điện tử tương lai hướng đầy triển vọng Ý tưởng đưa vật liệu thân thiện môi trường vào nghiên cứu chế tạo thiết bị điện-điện tử không q Năm 2010, tạp chí Nature cơng bố cơng trình nghiên cứu [1] thực nhóm nhà khoa học chế tạo thành công transistor hữu cơ, tạo hướng đột phá lĩnh vực điện-điện tử Một nhóm tác giả khác vào năm 2014 [2] thành công việc sử dụng giấy làm cho transistors phát triển linh kiện nhớ Những cơng trình mang tính bước ngoặc cho đời lĩnh vực điện tử gọi là: điện tử xanh “green electronics” Cho đến nay, có thêm nhiều vật liệu liên quan tổng hợp thành công, vật liệu nanocomposite sắt điện từ tinh thể xenlulo [3] Tuy nhiên, số lượng cơng trình cịn hạn chế so với tiềm phát triển Xenlulo ln có sẵn tự nhiên (trong thực vật, tảo vi khuẩn), khơng tốn thân thiện mơi trường (Hình 1) Ý tưởng việc sử dụng xenlulo điện – điện tử tạo nên đột phá lúc giải nhiều vấn đề giai đoạn Trong cơng trình cơng bố trước đây, xenlulo chủ yếu dùng dạng ống nano Nhược điểm loại vật liệu khó kiểm sốt hàm lượng chất sắt điện đưa vào bên ống Đề tài giúp giải thêm vấn đề việc kiểm soát hàm lượng thành phần vật liệu, từ điều chỉnh tham số điện phù hợp với yêu cầu cụ thể thực tiễn Hơn nữa, xenlulo có chứa liên kết hidro liên kết với vật liệu có chứa liên kết hidro khác Chính vậy, chất sắt điện sử dụng đề muối Rochelle với tính chất sắt điện đặc trưng hình thành từ liên kết hidro Nếu tương tác muối Rochelle xenlulo hình thành, cấu trúc liên kết hydro muối Rochelle bị ảnh hưởng, từ làm thay đổi tính chất điện nảy sinh bất thường Làm rõ chất tương tác khơng có ích nghiên cứu mà ứng dụng thực tiễn Hình – Ý tưởng vật liệu điện – điện tử thân thiện môi trường Mục tiêu a Mục tiêu tổng quát Phát triển thành công loại vật liệu điện-điện tử hệ sử dụng chế tạo linh kiện nhớ nâng cao khả tích điện tụ điện b Mục tiêu cụ thể Sử dụng hạt nanoxenlulo, nguyên liệu có nguồn gốc tự nhiên, không tốn thân thiện môi trường làm thành phần phát triển vật liệu điện-điện tử hệ cách kết hợp với muối Rochelle – vật liệu sắt điện truyền thống vật liệu sắt điện phát Phương pháp nghiên cứu Đề tài nghiên cứu dựa phương pháp thực nghiệm Vật liệu tổng hợp phịng thí nghiệm từ thành phần thân thiện mơi trường: hạt xenlulo kích thước nano tổng hợp từ rác thải vật liệu sắt điện truyền thống (muối Rochelle) Hình thái, cấu trúc, tham số điện vật liệu (sự thay đổi số điện mơi theo nhiệt độ, tính chất chuyển pha, tượng tích tần số thấp,…) đo đạt phịng thí nghiệm Các tham số điện cụ thể nghiên cứu là: - - - - Sự phụ thuộc số điện môi phổ DSC vào nhiệt độ tần số cố định Tham số cho biết nhiệt độ chuyển pha sắt điện muối Rochelle vật liệu composite tổng hợp Tính chất bề mặt kích thước hạt nanoxenlulo vật liệu composite tổng hợp: kết cho biết tổng quan phân bố thành phần composite Ngoài ra, với thơng tin kích thước hạt xenlulo cấp độ nano giúp đưa giả định tương tác thành phần vật liệu kích thước hạt bé diện tích mặt cao Điều quan trọng để giải thích tính chất điện thu Phổ XRD phổ FTIR: làm rõ cấu trúc tinh thể nhóm chức vật liệu Trước hết, kết nhằm khẳng định độ tin cậy vật liệu tổng hợp không thấy xuất pha lạ Thứ hai, thông tin cấu trúc hữu ích cho việc giải thích tính chất điện vật liệu Kiểm tra phản ứng tham số điện vật liệu vào tần số điều chỉnh tần số điện áp đặt vào vật liệu Điều hữu ích để nghiên cứu dịch chuyển vách domen, dịch chuyển điện tích cung cấp nhiều thông tin quan trọng cho ứng dụng thực tiễn vật liệu Tổng kết kết nghiên cứu - Thành phần nano xenlulo tổng hợp thành công từ cotton phế thải với độ tinh khiết cao Kích thước hạt đạt từ 40 – 80 nm Ở kích thước này, diện tích bề mặt hạt nano lớn, giúp cho trình tương tác với muối Rochelle mạnh Kết phổ XRD FTIR không phát pha lạ vật liệu ban đầu dùng để tổng hợp vật liệu - Vật liệu nanocomposite sắt điện từ hai thành phần thân thiện môi trường (hạt nanoxenlulo muối Rochelle) tổng hợp thành công với tỉ lệ khối lượng khác nhau, kiểm chứng phổ XRD FTIR Kết kiểm tra hình thái cho thấy, hàm lượng hạt nanoxenlulo lớn tinh thể Rochelle có kích thước nhỏ - Theo kết kiểm tra biến đổi số điện môi, thay đổi phổ DSC XRD, điểm chuyển pha sắt điện muối Rochelle vật liệu dịch chuyển lên nhiệt độ cao so với muối trạng thái đơn tinh thể có kích thước thơng thường Ngồi ra, thành phần khối lượng xenlulo lớn nhiệt độ chuyển pha lớn Đặc biệt, thành phần khối lượng muối Rochelle chiếm tỉ lệ không đáng kể (khoảng 10%), pha sắt điện vật liệu trì đến nhiệt độ phân rã muối Rochelle - Kết thu được giải thích tương tác mạnh hai thành phần vật liệu nanocomposite hạt nanoxenlulo tinh thể muối Rochelle Sự tương tác giúp trì trạng thái phân cực tự phát, từ mở rộng pha sắt điện muối Rochelle Nói cách khác, phạm vi ứng dụng thực tế muối Rochelle mở rộng đặt trạng thái kết hợp với xenlulo vật liệu nanocomposite - Xenlulo có khả hút ẩm cao, từ ảnh hưởng đến tham số điện vật liệu đặt điều kiện mơi trường có độ ẩm cao Để bảo đảm độ tin cậy số liệu nghiên cứu, tất thí nghiệm thực điều kiện bình thường Việt Nam với độ ẩm tương đối thời điểm đo đạc 85% Đánh giá kết đạt kết luận - Kết thu đề tài được đăng tạp chí “Phase Transitions” thuộc hệ thống ISI: “Hoai Thuong Nguyen, Bich Dung Mai Study on structure and phase transition of an eco-friendly ferroelectric composite prepared from cellulose nanoparticles mixed with Rochelle salt Phase Transitions 92(9):831-838 https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/01411594.2019.1650931” - Kết thu có ý nghĩa quan trọng việc sử dụng vật liệu thân thiện mơi trường để kiểm sốt tính chất điện vật liệu điện-điện tử truyền thống Tóm tắt kết Kết thu The obtained results Tổng hợp thành cơng hạt nanoxenlulo có kính thước từ 20 – 40 nm Successful synthesis of nanocellulose nanoparticles with size ranged from 20 – 40 nm Tổng hợp thành công vật liệu nanocomposite sắt điện từ hạt nanoxenlulo vật liệu sắt điện truyền thống (muối Rochelle) hàm lượng khác Successful synthesis of a nanocomposite from cellulose nanoparticles and a primitive ferroelectric of Rochelle salt Kiểm tra chi tiết hình thái, cấu trúc vật liệu sử dụng SEM, phổ X-ray FTIR Morphology and structure of the synthesized composite were carefully characterized using SEM, X-ray and FTIR techniques Nghiên cứu chi tiết tính chất chuyển pha sắt điện ảnh hưởng hàm lượng lên tính chất chuyển pha vật liệu Investigated in detail the phase transition features and the influence of composition mass ratios on the phase TT transition temperature Công bố thành công kết nghiên cứu tạp chí ISI “Phase Transitions” The results are successfully published in ISI-ranked journal of “Phase Transitions” III Sản phẩm đề tài, công bố kết đào tạo 3.1 Kết nghiên cứu (sản phẩm dạng 1,2,3) Yêu cầu khoa học hoặc/và tiêu TT kinh tế - kỹ thuật Tên sản phẩm Đăng ký Đạt Quy trình cơng nghệ Quy trình tổng hợp vật liệu phải miêu tả chi tiết báo ISI Quy trình tổng hợp vật liệu miêu tả chi tiết báo ISI (mục 2) Bài báo Bài báo ISI Bài báo đăng tạp chí “Phase Transitions” thuộc danh mục ISI với tiêu đề: “Study on structure and phase transition of an ecofriendly ferroelectric composite prepared from cellulose nanoparticles mixed with Rochelle salt”, Volume 92 (9), 2019 Ghi chú: - Các ấn phẩm khoa học (bài báo, báo cáo KH, sách chuyên khảo…) chấp nhận có ghi nhận địa cảm ơn trường ĐH Cơng Nghiệp Tp HCM cấp kính phí thực nghiên cứu theo quy định - Các ấn phẩm (bản photo) đính kèm phần phụ lục minh chứng cuối báo cáo (đối với ấn phẩm sách, giáo trình cần có photo trang bìa, trang trang cuối kèm thơng tin định số hiệu xuất bản) 3.2 Kết đào tạo TT Họ tên Thời gian thực đề tài Tên đề tài Tên chuyên đề NCS Tên luận văn Cao học Đã bảo vệ Nghiên cứu sinh Học viên cao học Sinh viên Đại học Ghi chú: - Kèm photo trang bìa chuyên đề nghiên cứu sinh/ luận văn/ khóa luận bằng/giấy chứng nhận nghiên cứu sinh/thạc sỹ học viên bảo vệ thành công luận án/ luận văn;( thể phần cuối báo cáo khoa học) IV Tình hình sử dụng kinh phí T T A B Nội dung chi Chi phí trực tiếp Th khốn chun môn, Nguyên, nhiên vật liệu, Thiết bị, dụng cụ Cơng tác phí Dịch vụ th ngồi Hội nghị, hội thảo, thù lao nghiệm thu kỳ In ấn, Văn phịng phẩm Chi phí khác Chi phí gián tiếp Quản lý phí Chi phí điện, nước Tổng số Kinh phí duyệt (triệu đồng) Kinh phí thực (triệu đồng) 35 10,5 1,5 0 35 10,5 1,5 0 0,5 0,5 2,5 50 2,5 50 Ghi V Kiến nghị - Đề tài dừng việc nghiên cứu tính chất chuyển pha vật liệu hàm lượng khác nhau, ảnh hưởng tích chất học lên chuyển pha muối Rochelle hoàn toàn chưa nghiên cứu, muối Rochelle có nhiều ứng dụng thực tế nhờ khả chuyển tín hiệu học thành tín hiệu điện - Tiếp tục sử dụng hạt nanoxenlulo để tổng hợp vật liệu điện-điện tử khác VI Phụ lục sản phẩm Sản phẩm 1: Quy trình cơng nghệ Quy trình cơng nghệ tổng hợp vật liệu miêu tả chi tiết mục báo ISI: “Sample preparation and experimental methods” Mục cắt từ báo ISI đính kèm phần III (phụ lục đính kèm) báo cáo Sản phẩm 2: Bài báo ISI Bảng đầy đủ báo ISI tạp chí “Phase Transitions” đính kèm đính kèm phần III (phụ lục đính kèm) báo cáo Tp HCM, ngày Chủ nhiệm đề tài Phòng QLKH&HTQT tháng năm 2019 KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN Trưởng Đơn Vị (Họ, tên, chữ ký) ... thân thiện môi trường làm thành phần phát triển vật liệu điện- điện tử hệ cách kết hợp với muối Rochelle – vật liệu sắt điện truyền thống vật liệu sắt điện phát Phương pháp nghiên cứu Đề tài nghiên. .. thành cảm ơn PHẦN I THƠNG TIN CHUNG I Thơng tin tổng quát 1.1 Tên đề tài: Nghiên cứu tổng hợp vật liệu điện- điện tử hệ từ nguyên liệu thân thiện môi trường 1.2 Mã số: 192 Đ02 1.3 Danh sách chủ trì,... không phát pha lạ vật liệu ban đầu dùng để tổng hợp vật liệu - Vật liệu nanocomposite sắt điện từ hai thành phần thân thiện môi trường (hạt nanoxenlulo muối Rochelle) tổng hợp thành công với