Luận văn nghiên cứu tối ưu hóa quy trình tổng hợp ống nano carbon cnts mọc thẳng đứng bằng phương pháp lắng đọng hóa học nhiệt từ pha hơi t cvd trên nền xúc tác ni fe

24 i ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ PTN CÔNG NGHỆ NANO 22 M.D a e n e n e t a l (2003), Th e Wo n d ro us Wo r l d of C a r bo n N a no t u b es, k x e p e p e v x y e p g e h l e y g x e @ p l x p v h @ e l E i n dhov e n U n i v e rs i t y of T e ch no lo g y z p g i e p p z i e e l z v m e p y c m 23 M i nj a e J u n g, Kw a n g Yo n g E u n, J a e-K a p L e e, Yo u n g-Joo n B a i k, MỤC LỤC Kw a n g-R y eo l L e e, Jo n g W a n P a r k (2001), “G row th of c a r bo n n a no t u b esii b y ch em i c a l v a po r d e pos i t io n” ,D i amo n d a n d R e l a t e d M a t e r i a l s 10, 1235 – 1240 DANH MỤC HÌNH VẼ iii 24 M i ch a e l J.O’Co n n e l l, Ph.D (2006), C a r bo n N a no t u b es P ro p e r t i es k x e p c l z m x y z e i p x y x e s e k e z h p e g p e c s x l e z x c v x z p p p x p z y c p p x e e h p x o l y c e x e p g x p g e y x v s e v e g k y x e x e v e @ e x z p h e x @ y l p p c p x p p v x h @ e l s e e z o @ m l x p v h @ e l e v z e PHẠM ĐÔNG PHƯƠNG l a n d A p p1 l i cTỔNG a t io ns,QUAN T a y lo rLÝ & FTHUYẾT r a n c is, C a lNGHIÊN ifo r n i a CỨU TỐI ƯU HĨA QUY TRÌNH TỔNG HỢP ỐNG NANO CARBON (CNTs) MỌC THẲNG ĐỨNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP LẮNG ĐỌ Chương x p g s s y z x v z p l x m y e e x p z l x y z e p z x TRÊN NỀN XÚC TÁC Ni, Fe M a rthành i a L evà t izphát i a Ttriển e r r a no v a,nano V i to S ess(CNTs) a, a n d M a r co Ross i (2006), 1.1 Lịch25 sử hình ống carbon “Th eWo r l d of C a r bo n N a no t u b es: A n O v e rv i ew of CVD G row th 1.2 Cấudotrúc, loại M e tho lo g iphân es”, Ch emCNTs i c a l V a po r D e pos i t io n 12, 315 – 325 D r ess e lh a us, G D r ess e lh a us, R S a i to, A Jo r io (2004), “R a1m a n 1.3 Tính26 chấtM.S CNTs s p e c t ros co p y of c a r bo n n a no t u b es”, Ph ys i cs R e po r ts 1.4 Ứng27 dụng S S Is l am e t a l (2007), “R am a n s t u d y o n s i n g l e-w a l l e d c a r2bo n n a no t u b es w i th d iff e r e n t l as e r e x c i t a t io n e n e r g i es”, B u l l M a t e r S c i., Vo l.30, Chương No.3, I n d2.i aCÁC n A c aPHƯƠNG d em y of SPHÁP c i e n c eTỔNG s, 295 –HỢP 299.ỐNG NANO CARBON 28 Sh u x i a W a n g, P e n g W a n g a n d O t to Zho u (2006), “Eff e c t s of NH3 p l asTổng m a pquát r e t r ecác a t mphương e n t o n th e g row of ống c a r bo n n acarbon no t u b e s”, D i amo n d & R e l2a t e d 2.1 pháp tổngthhợp nano M a t e r i a l s 15, 361 – 364 2.2 Phương hồ quang n”, 29 Spháp um iophóng I ij i mđiện a (1991), “H e(AD l i c a-l Arc m i cDischarge) ro t u b u l es of g r a ph i t i c c a r bo L e t tPhương e rs to Npháp a t u r edùng 354,laser 56 – (LA 58 - Laser Ablation) 2.3 30 Y O u y a n g, L M.Co n g a, L.Ch e n a, Q.X.L i u b, Y.F a n g (2008), “R am a n 2.4 Phương pháp lắng đọng hóa (CVD) s t u d y o n s i n g l e-w a l l e d c a r bo n n a no t u b es a n d m u l t i-w a l l e d c a r bo n n a no t u b es w i thTổng d iff ehợp r e n tống l as enano r e x ccarbon i t a t io nởethể n e rkhí g i es”, Ph ys i c a E 40, 2386 – 2389 2.5 31 Y.S Ch e n, J.H.H u a n g, J.L H u, C.C Y a n g , W.P K a n g (2007), 2.6 Ưu, khuyết điểm phương pháp t – CVD so với phương pháp khác “S y n th es is of s i n g l e-w a l l e d c a r bo n n a no t u b es p ro d u c e d us i n g a th r e e l a y e r A l/ F e/ Mo m e t a l c a t a l ys t a n d th e i r f i e l d em i ss io n p ro p e r t i es”, C a r bo n 45, 3007 – Chương PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM 3014 k e k e v e e y g x e z x e g x y c z e l s v e l s m x l p x p v h @ l e p l g z z x v p y x k l x l v x e e s z x e y e v e e x v v e e l v l l x v z h e v h z g m v p g l z v z e z e p e c p y v m x e m p k v e l l h @ @ e e e l e p z e l z e e l e p p e e z l z e x l l x v z y z v h e l e x l e l z i p i g z k x e l l z e e v p x l x x p s p e e l p e e v c z v h g z e v e z x l x p l m p l l h y z p y c y k e x x v e y y e e g 3 x e @ z p y Chuyên ngành: Vật liệu Linh kiện Nanô l c c v e p l m v l s x x e v l p x y z x e p c x v z l e l v x y x z x x e l e c y e y e e p c v x y y 3 z x v x e v @ v y x y p e g z p x g e y z x v @ v p y e v e z p e p h p l e v c z h e @ e p x p v z e v h h e @ @ h x l x l e y g l l z h y z h l z e l x c v z @ p e y x g p v e l h z @ l l p v l l g e y x v e g x p (Chuyên ngành đào tạo thí điểm) e x s z v z 3 x e @ p z l s p y y e p c g x x e @ p p x p l v h @ e s g e h s e p e e c x g v h z e l z p c x l x v e e @ p TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ l e Người hướng dẫn khoa học: Tiến Sĩ ĐINH DUY HẢI c e y x m e e y p ii 3.1 Thiết bị z e x x e l x x h p z p m c @ e e x p x x e x p p g c p h x l p p e m k g p e e h e e c p v x e h l p i y y m p p p s v x v x l p v p x e h x e e x x p e x y y l x l x e e l p l e l h e l e x p z l x e z @ e g z v e @ z l z x p e e y g h s e e k l v 23 z 3.2 Quy trình tạo lớp xúc tác 10 Ch r i s t i a n KLI NKE (2003), A n a l ys is of c a t a l y t i c g row th of c a r bo n MỤC LỤC n a no t u b es, Ph.D Th5es i s, ÉCOLE POLYTECH NIQUE FÉDÉRALE DE LAUSA N NE, D i p lom-Ph ys i k e r, U n i v e rs i tä t 3.3 Quy trình tổng hợp nano carbon t – CVD F r i d e r i c a n a, K a r ls r uh e, A l l em a g n e e t d e n a t io n a l i té a l l em a n d e, – 39 3.4 Các phép phân tích, đánh giá kết quả: 11 G a n g W u, Bo-Q i n g X u (2007), “C a r bo n n a no t u b e s u p po r t e d P t e l e c t ro d es fo r m e th a no l o x i d a t io n: A com p a r i so n b e tw e e n m u l t i- a n d s i n g l e-w a l l e d c a r bo n n a no t u b es”, Jo u r n a l of Chương KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN Pow e r So u r c es 174, 6148 – 158 e z l v x y z x p l p x y m l z l x v x y m v z c e v x i e e @ p k p x p e z v g e h e @ z e l x e p x x e y l e l h z l e l y y e l x c p e e v g e p x v z l p x y z v x e y e v e e g e e l h e e e l e v x p y p z g x v z p l s x e z l p p @ y e l x c e p g h v e z e p l z s y l m l z o e e p z e l z v v e l h y v z p x c h p g l x z p c y e x y y e g e @ x p e p @ x p p p v x p h v @ e h @ l e h s s e l h v e e p g v x y l 4.1 Khảo sát màng xúc tác Ni Fe 4.2 Tổng hợp ống nano carbon phương pháp t-CVD 4.3 Ảnh hưởng thông số lên trình tổng hợp ống nano carbon 12 4.4 Quy trình chế tạo ống nano carbon thẳng đứng phương pháp t-CVD 20 12 G L K e lwo g (1996), I n t eHồ r a cChí t ioMinh n of R- a2012 d i a t io n w i th S u rf a c es a n d Thành phố E l e c t ro n T u n n e l i n g, S p r i n g e r-V e r l a g, vo l 24 d e y e v e p h p p e y z p c y c s e z p p c e e e e y x c v e e i x y v z p g x g z x v z p z v h e x e l x p g 13 H C u i e t a l h z e v x (2003), “G row th b eh av io r of c a r bo n n a no t u b es o n m u l t i l a y e r e d m e t a l c a t a l ys t f i l m i n ch em i c a l v a po r d e pos i t io n”, Ch em i c a l Ph ys i cs L e t t e rs 374, 222 – 228 14 Iwo n a B B e e ch a,*, J am es R S m i th a, A n d r ew A S t e e l e b, I a n Pe n eg a r a, Sh e e l a gh A C am p b e l l (2001) , Th e us e of a tom i c fo r c e m i c ros co p y fo r s t u d y i n g i n t e r a c t io ns of b a c t e r i a l b iof i lm s w i th s u rf a c es, 15 J e a n- M a r c Bo n a r d, Lá sz ló Fo r ró, D a n i e l U g a r t e, W a l t A d e H e e r, a n d A n d ré Châ t e l a i n (1998), “Ph ys i cs a n d ch em i s t r y of c a r bo n n a nos t r u c t u r es”, E u ro p e a n Ch em is t r y Ch ro n i c l e 3, – 16 e z y l z p v e l z @ x y p y e p e i x x i z s e e g x e e c x e s e l x z v e @ z p p x p p v e x x l e l h z @ e x l p y l m l l z l h z v y v l z y e x v x m v p e e e g e e e g l e v x y v e e x v x y m l v l e y e @ x p e x e z p e v e y e x c x x v z p l p g h p e s e g e x p s @ e x l x x p e v k v e @ e l e x l v e z e z y e x y z y x y @ z z p x e y l l e p z y e x v l m m l z g p e h l h e z e l x p l x y l v z e e x e l z e l s m e l v h g m z p c l e g e l p z z l v e e y c x m e x v e e x @ p p y v x g p l v e e h v h e e e l e e e 16 J am es Ho n e (2001), Pho no ns a n d Th e rm a l P ro p e r t i es of C a r bo n x l l e l p e p p l x p g e e l x y e s e e v z e l x e @ p N a no t u b es, A p p l i e d Ph ys i cs, vo l 80, p p 273 - 386 x p v h @ e l s s y z e g m l z l i y s s 17 K az u yosh i T a n a k a & To k io Y am a b e & K e n i ch i F u k u i (1999), Th e x l h m l z x p x o x o z x l x @ e e p z z h o h z e s c i e n c e a n d t e ch no lo g y of c a r bo n n a no t u b es, N e th e r l a n ds z e p e x p g v e p y c m x e @ p p x p v h @ e l l e v e e y x p g l 18 K ah Yoo n g Ch a n, B e e S a n T eo (2005), S p u t t e r i n g pow e r a n d x p c x p e e x p e s h v v e e z p c s e e x p g d e pos i t io n p r ess u r e eff e c t s o n th e e l e c t r i c a l a n d s t r u c t u r a l p ro p e r t i es of g e s l z v z p s e e l l h e e e e v l p v e e y e v e z x y x p g l v e h v h e x y s e s e e v z e l co p p e r th i n f i l m, M u l t im e d i a U n iv e r s i t y, M a l a ys i a s s e e v z p z y l k h y v z l e g z x p z i e e l z v m k x y x m l z x 19 M M e y y a p p a n (2006), C a r bo n A p p l i c a t io ns, CRC P r ess k s s y z x v z p k e m m l e x e s l 20 M e a g a n k e x c x s x p x e @ n a no t u b es – S c i e n c e p p x p v h @ e l z e p and e x p g l S p Mauter k x h v e and e x p M e n a ch em g k e p x e E l im e l e ch l y z l e y e (2008), E nv i ro nm e n t a l A p p l i c a t io ns of C a r bo n – b as e d N a nom a t e r i a l s, E nv i ro nm e n t a l p i z e p l e p v x y s s y z x v z p l x e @ p @ x l e g l x p l x v e e z x y l p i z e p l e p v x y S c i e n c e a n d T e ch no lo g y, vo l 42, n um 16 z e p e x p g e p y c m i y p h l 21 M S D r ess e lh a us, G D r ess e lh a us, a n d M Hof m a n (2007), “Th e b i g p i c t u r e of r am a n s c a t t e r i n g i n c a r bo n n a no t u b es” , V i b r a t io n a l s p e c t ros co p y, pp 71–81 k s i 22 z v h e e e e x l p x c l x z p p c z p v e p p p v m x x e @ p v v p @ p c 3 v z v @ k i s l p c x l v l p z h o z p y p p c p x p x e @ p p v i p e p x c z v e s p v x c y p x p c s p p p x p l x e p @ 3 @ z v y l p c p l y v e p c e l x l v e v y e e x z h p l c e z p x e e l @ l e p y p x x h l p v x h @ p g e k l l z @ e x x v p z e p x y l s e v e l @ z s c m v z v c h m p l p c é p v y i o v h v l p c l p c é e Đ i nh D u y Hả i (2011) , N gh iê n u chế tạo ố n g n a no c a r bo n khảo é z p h m z l c z p h v p c p x p x e @ p i o s p p h v c p p l v c l y l é p vo l 45, T iế n g V iệ t N g u yễ n Nă n g Đị nh (2006), Vậ t lý kỹ th uậ t mà n g mỏ n g, ĐHQG Hà Nộ i, t r.2, 201 z  Đá nh g iá ố n g n a no c a r bo n tạo nh bằ n g cá c th iế t bị SE M phổ R am a n  Khảo sá t ả nh hưở n g củ a mộ t số đ iề u k iệ n lê n ố n g n a no c a r bo n đượ c tổ n g hợ p  Xá c đị nh v a i t rò củ a lớ p đệm, đặ c b iệ t mà n g đệm A l, t ro n g q uá t rì nh tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n  Q u y t rì nh chế tạo ố n g n a no c a r bo n bằ n g phươ n g phá p t-CVD x h l sá t khả nă n g ứ n g dụ n g t ro n g cá c th iế t bị phá t xạ t rườ n g, N ghị đị nh thư V iệ t N am v o p p c p c g p c v e p c 3 v z v @ s v p v e p c l c p p v z v l x l - Hà n Q uố c p h p x e @ p @ p c s p c s s Q uá ch D u y T rườ n g (2010), Ố n g n a no c a r bo n – Cá c phươ n g phá p chế v h TÀI LIỆU THA M KHẢO k h m e p c tạo, tí nh chấ t ứ n g dụ n g, t r.3 – v v p v i p c g p c v e p c p x p x e @ p s p c s s iii z p c e x l z p c z e y e p @ z h k e p e x x y y x e z x z y @ p p e y v @ y x p v h @ e g x @ p e e g l c e m e l l e y x h k e l l z p e l x p v x k l e l x e p v p e l l e y x l x x v h g h p m z p p z o z l e x h v e s x k e e l y x v e g e p g e e l v x p g z p c x e @ p n a no t u b es F rom b as i cs to a p p l i c a t io ns, S p r i n g e r, B e r l i n H e i d e l b e r g x p v h @ e l e l @ x l z l v x s s y z x v z p l s e z p c e e e e y z p e z g e y @ e e y x p g h i x l e v h e y e y y v e p y c m x p g a p p l i c a t io n”, U n iv e rs i t y of T e ch no lo g y, S y d n e y x s s y z x v z p p z i e e l z v m e p y c m m g p e m B i n gsh e X u, T i a n b ao L i, X u g u a n g L i u, X i a n L i n, J i a n L i (2007), “G row th of w e l l- a l i g n e d c a r bo n n a no t u b es i n a p l asm a s ys t em us i n g f e r ro c e n e so l u t io n i n e th a no l”, Th i n So l i d F i lm s 515, 6726 – 6729 C a r bo n n a no t u b es, h t t p:// e n.w i k i p e d i a.o r g/ C a ro l e E B a d u r a n d C e d r i c B r i e ns (2005), “C a r bo n N a no t u b e S y n th es is: A R ev i ew”, I n t e r n a t io n a l Jo u r n a l Of Ch em i c a l R e a c to r E n g i n e e r i n g Vo l.3 R3, Th e B e r k e l e y E l e c t ro n i c P r ess z e l y v h v z e p z p e e v y e l z l l y x x p c y v x m p x y p z h c p e y @ p e y e e e g z p x p e e o y e m p e @ e e y z v p e x v x g h z p l e e x p z g v @ @ y g p e x h x z x p v e i e z e v v y v l z e z e x @ p g p h c h x l z p c p z x s y h z x l l x x p l m z l v e p z l h l x z p p z c e e e e p e l e p z p p s x h y g h e e l l e e o z p z s e g z e x y z x e e p c l x e l z x y e x e v @ p e l p p p p c B.J.Ho l l a n d, J.G.Zh u, L.J am e t (2007), ”F u e l c e l l t e ch no lo g y a n d y DA NH MỤC HÌ NH VẼ Hì nh 4.1: Ả nh SE M S iO2 dà y 100 nm đượ c hì nh nh bằ n g q uá t rì nh o x y hó a( t rá i) Hì nh 4.2: Ả nh AF M bề mặ t mà n g S iO2 dà y 100 nm ( phả i) Hì nh 4.3: Đồ thị phâ n bố độ nhấ p nhô bề mặ t mà n g S iO2 dà y 100 nm( t rá i) Hì nh 4.4: Đồ thị phâ n bố độ nhấ p nhô bề mặ t mà n g S iO2 dà y 20 nm( phả i) Hì nh 4.5: Ả nh SE M bề mặ t lớ p đệm A l dà y 20 nm s a u kh i phủ DC s p u t t e r i n g( t rá i) Hì nh 4.6: Ả nh AF M bề mặ t mà n g A l dà y 20 nm( phả i) Hì nh 4.7: Ả nh AF M bề mặ t mà n g N i (3 nm) t rê n w af e r s i l i c, S i-N i3 Hì nh 4.8: Ả nh AF M bề mặ t mà n g N i (3 nm) t rê n S iO2 (100 nm), S iO2- N i3 Hì nh 4.9: Ả nh AF M bề mặ t mà n g N i (3 nm) t rê n A l (20 nm), A l- N i3 Hì nh 4.10: Ả nh AF M bề mặ t mà n g F e (3 nm) t rê n w af e r s i l i c, S i-F e3 Hì nh 4.11: Ả nh AF M bề mặ t mà n g F e (3 nm) t rê n S iO2 (100 nm), S iO2-F e3 Hì nh 4.12: Ả nh AF M bề mặ t mà n g F e (3 nm) t rê n A l (20 nm), A l-F e3 Hì nh 4.13: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p CNTs S i/N i3 (700)( t rá i) 10 Hì nh 4.14: Phổ R am a n củ a mẫ u tổ n g hợ p C NTs S i/N i3 (700)( phả i) 10 Hì nh 4.15: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p CNTs S iO2/ N i3 (700)( t rá i) 10 Hì nh 4.16: Phổ R am a n củ a mẫ u tổ n g hợ p C NTs S iO2/ N i3 (700)( phả i) 10 Hì nh 4.17: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p CNTs A l/ N i3 (700)( t rá i) 11 Hì nh 4.18: Phổ R am a n củ a mẫ u tổ n g hợ p C NTs A l/N i3 (700)( phả i) 11 Hì nh 4.19: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p CNTs S i/F e3 (700)( t rá i) 11 Hì nh 4.20: Phổ R am a n củ a mẫ u tổ n g hợ p C NTs S i/F e3 (700)( phả i) 11 Hì nh 4.21: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p CNTs S iO2/F e3 (700)( t rá i) 11 Hì nh 4.22: Phổ R am a n củ a mẫ u tổ n g hợ p C NTs S iO2/F e3 (700)( phả i) 11 Hì nh 4.23: Phổ R am a n củ a mẫ u tổ n g hợ p C NTs A l/F e3 (700)( t rá i) 12 Hì nh 4.24: Phổ R am a n củ a mẫ u tổ n g hợ p C NTs A l/F e3 (700)( phả i) 12 Hì nh 4.25: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u S i/N i3 s a u kh i ủ nh iệ t 700oC 13 Hì nh 4.26: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u S i/F e3 s a u kh i ủ nh iệ t 700oC 13 Hì nh 4.27: Ả nh AF M bề mặ t lớ p mà n g đệm S iO2 (100 nm) s a u kh i ủ nh iệ t nh iệ t độ c nh a u 13 Hì nh 4.28: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u S iO2/F e3 s a u kh i ủ nh iệ t nh iệ t độ c nh a u 14 Hì nh 4.29: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u A l/N i3 s a u kh i ủ nh iệ t 600oC; R MS=8.2268 nm 14 Hì nh 4.30: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u A l/ N i3 s a u kh i ủ nh iệ t 700oC; R MS=4.2165 nm 15 l i p c 22 TÀI LIỆU THA M KHẢO l A n n i c k Lo i s e a u & S t e ph a n Ro ch e (2005), U n d e rs t a n d i n g c a r bo n p 21 l p A Jo r io, A G So uz a F i lho, G D r ess e lh a us, M S D r ess e lh a us, A K Sw a n, M S Ü n lü, B B Go l d b e r g, M A P i m e n t a, J H H af n e r, C M.L i e b e r, R S a i to (2002), “G- b a n d r eso n a n t R am a n s t u d y of 62 i so l a t e d s i n g l e-w a l l c a r bo n n a no t u b es”, Ph ys R ev B, 65, 155412 k z KẾT LUẬ N T iế n g A nh z z x z p p v e e e h @ z p e c k p p é p é z k v s v s g @ k l p @ p @ v p l p p p p s p p g m @ l l v l k @ l v l p c p k @ l v l p c l z p l v e p p p k @ l v l p c l z p l v e p p p l z v e p y c g v p l y g m p l c p c v l p c e p l v e p p p k @ l v l p c e p l v e p p p k @ l v l p c e p l v e p p p k p l x l p p x p x x x p x x v h p h h h h p c p c c p c p c l c c l x p x l h v p c s l l x l x p x l h v p c s l l x l x p x l v p p h p p k @ l v l p p k @ l v l p p k @ l v y k @ l v l k @ l @ l v c h h s s z l l z z l e l p l c p h x h m e x v e z z s z s h v v e e z p c v e z l y z y z l e z z v e z s e z z z s e e z z s z e v e z e s e y v e e z z p z z z s p e e z z v z e l y v z l z z l z y z z z l l s z o l l l l e l z o z e l x v z x z z l l p y p l y l p z p l z l v l z l l e z l s s l y l l l p z l s s e y l l p p z l l p l s z l l s e x z l s p l s s p v v s p c v v l l c v v l x x p v h l 3 h l l x v h l p k h l x x l p l x 3 k p x 3 l p p x k p p p k p p x z y l p z p @ e p m o z k v m g h x p x x s h g z l c z z l l p s p p p @ l p m p p p l @ l v p v s z s p p l y p @ v p p k l l l c p p @ k m z v v z p l l x h o z p z v p z v p o p p x h p p p k p p p h v l z e h y l l z x l h x o h z o p z z p v z p z v p o p x h v l k l h y l z l x h o z p z v k p l Hì nh 4.31: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u A l/N i3 s a u kh i ủ nh iệ t 800oC; R MS=5.355 nm 15 p p k @ l v l h y l z l x h o z p z v k p l iv 21 Hì nh 4.32: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u A l/N i3 s a u kh i ủ nh iệ t 900oC; R MS=5.0261 nm 15 Hì nh 4.33: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u A l/F e3 s a u kh i ủ nh iệ t nh iệ t độ c nh a u16 Hì nh 4.34: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p CNTs S iO2/ N i (1 nm)( t rá i) 16 Hì nh 4.35: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p C NTs S iO2/ N i (2 nm)( g iữ a) 16 Hì nh 4.36: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p C NTs S iO2/ N i (3 nm)( phả i) 16 Hì nh 4.37: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u S iO2/ N i (1 nm), tỷ số G/D = 1.19 17 Hì nh 4.38: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u S iO2/ N i (2 nm), tỷ số G/D = 1.09 17 Hì nh 4.39: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u S iO2/ N i (3 nm), tỷ số G/D = 1.16 17 Hì nh 4.40: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/N i (1 nm)( t rá i) 17 Hì nh 4.41: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/N i (2 nm)( g iữ a) 17 Hì nh 4.42: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/N i (3 nm)( phả i) 17 Hì nh 4.43: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/N i (1 nm), tỷ số G/D = 1.099( t rá i) 17 Hì nh 4.44: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/N i (2 nm), tỷ số G/D = 1.656( g iữ a) 17 Hì nh 4.45: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/N i (3 nm), tỷ số G/D = 2.407( phả i) 17 Hì nh 4.46: Đồ thị tỷ lệ IG/ID củ a cá c mẫ u mà n g xú c tá c N i bề dà y c nh a u t rê n lớ p đệm S iO2 A l 18 Hì nh 4.47: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (1 nm)( t rá i) 18 Hì nh 4.48: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (2 nm)( g iữ a) 18 Hì nh 4.49: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (3 nm)( phả i) 18 Hì nh 4.50: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (1 nm), tỷ số G/D = 4.058( t rá i) 19 Hì nh 4.51: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (2 nm), tỷ số G/D = 2.566( g iữ a) 19 Hì nh 4.52: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (3 nm), tỷ số G/D = 2.141( phả i) 19 Hì nh 4.53: Đồ thị tỷ lệ IG/ID củ a cá c mẫ u mà n g xú c tá c F e bề dà y c nh a u t rê n lớ p đệm A l 19 Hì nh 4.54: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mà n g A l/ N i3 600oC 20 o Hì nh 4.55: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mà n g A l/ N i3 700 C 20 Hì nh 4.56: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mà n g A l/ N i3 800oC 20 Hì nh 4.57: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mà n g A l/ N i3 900oC 20 Hì nh 4.58: Sơ đồ tổ n g q uá t q u y t rì nh chế tạo ố n g n a no c a r bo n bằ n g t-CVD 21 p p p k p k p p x h p @ l v l v l h y l z l x h o z p z k h y x e l h l v x p h o c z p s v z l k v l p z z p p k x l h v p c s l l z l z p p k x l h v p c s l l z l z v l p l p p o z p c l z l v l x p l l v p c s v e p l h z l z p l v l p x l x p l l v p c s v e p l h z l z p l v l p x l x p l l v p c s v e p l h z l z p l v l p p k x l l v p c s v e p l h y l z p l v p p k x l l v p c s v e p l h y l z p l c p p k x l l v p c s v e p l h y l z p l s z s é l x p l l v p c s v e p l h y l z p l v l x l x p l l v p c s v e p l h y l z p l v l x l x p l l v p c s v e p l h y l z p l v l l v z v y i x 3 l h l p c p v l z @ g m o p k x l l v p c s v e p l h y e p l v p k x l l v p c s v e p l h y e p l c p p k x l l v p c s v e p l h y e p l s p v e z h v e p e z z x z x l x p l l v p c s v e p l h y e p l v l x l x p l l v p c s v e p l h y e p l v l x l x p l l v p c s v e p l h y e p l v l z p é l v v y x 3 l h l p c p v e @ g m o y p p k x l l v p c s v e p l p c y l z p p k x l l v p c s v e p l p c y l z p p k x l l v p c s v e p l p c y l z p p k x l l v p c s v e p l p c y l p x x p s p z p c y p p z x p s x z p p z z x p s e z p c z z x e e x s p v y l p p y @ l p v p c h v h m v e p v p c p x p z x e @ p @ p c v p x h v e p Hì nh 4.59: G iả n đồ nh iệ t q uá t rì nh tổ n g ố n g n a no c a r bo n bằ n g th iế t bị t-CVD 21 p z p p p z v h v e p v p c p c p x p x e @ p @ p c v z v @ v iv 21 Hì nh 4.58: Sơ đồ tổ n g q uá t q u y t rì nh chế tạo ố n g n a no c a r bo n bằ n g t-CVD Đ iề u k iệ n q uá t rì nh tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n s a u:  Khí : A r:H2C2H2 = 800:100:50 s c cm  Nh iệ t độ : 700 – 800oC  Thờ i g i a n : 10 phú t p é p z h o z p v h v e p c p h v p v h c m v s p e p c p x v p p x e e l z v z @ c p l 3 p x p p l x x e @ p @ p c v h l p c z x p s v Hì nh 4.59: G iả n đồ nh iệ t q uá t rì nh tổ n g ố n g n a no c a r bo n bằ n g th iế t bị tCVD p z p p p z v h v e p v p c p c p x p x e @ p @ p c v z v @ v KẾT LUẬ N l Bằ n g th iế t bị t-CVD t rê n sở thự c n gh iệm tạ i Phị n g thí n gh iệm Cơ n g n ghệ N a no, L uậ n vă n thự c h iệ n cá c yê u cầ u s a u:  Tạo cá c loạ i mà n g xú c tá c N i F e t rê n cá c loạ i lớ p đệm c nh a u bằ n g phú c xạ DC  Khảo sá t cấ u t rú c bề mặ t cá c loạ i lớ p đệm vậ t l iệ u xú c tá c bằ n g SE M AF M  Chế tạo ố n g n a no c a r bo n bằ n g th iế t bị t-CVD t rê n xú c tá c N i F e cù n g vớ i cá c lớ p đệm c nh a u p p l x p c v z v @ v i v e p l v p c z l v z p c v p c z l p c h p i p p v p x @ p 3 h y @ z p l c v c 3 c l p h v e i c m p h 3 v h l l z x h i e v e p z y s p v @ y z y s p l o p i @ l v 3 y l i i v y z h p v l z k p z c i p p p s k v e z x p 3 y x s e p @ p l @ o p c v p z x h v v e p p v i c 20 Hì nh 4.54: Ả nh SE M củ a C NTs tổ n g hợ p t rê n mà n g A l/N i3 600oC p p k x l l v p c s v e p l p c y l Chươ n g TỔ NG QUA N LÝ THUYẾT z p l p p p x p i k x l l v p c s v e p l p c y l z x e p z p l v p x y y e x h p k x l l v p c s v e p l p c y l l h m p x y e h c e c e s p p l z x v e z 3 p l p p e c c v z c x e p h z p x x p s p x c p e l @ p x p c p e p z l z z p p p g x z v c p p p i p @ o p x v p z p s g v v p p l p c x v l p s l g p l l p h p l l z @ o p x c c k p p p p p x c p c y p e l l i v y z h s p l @ v v c h l l e p i p p v p x s l z l l y x e l v @ p x z e p z @ v y @ h s p v h @ p x z e i p p z v x x c v z p p s 3 c l x g p p x e h p v y p o p y p s p h p h v y v e o z p l p x c v p v z e p h h y y l e e e p x e @ p e y g 3 p h c v v e p c p p Dự a vào đặ c tí nh n tầ n g h a y đ a tầ n g củ a g r a ph i t e, t a phâ n Hì nh 4.56: Ả nh SE M củ a C NTs tổ n g hợ p t rê n mà n g A l/N i3 800oC p e @ l g i p x e c c @ p e v p p e p h p x z c h g v v l x y p p h p h p c v l @ l z e Hì nh 4.55: Ả nh SE M củ a C NTs tổ n g hợ p t rê n mà n g A l/N i3 700oC 3 i p l 1.1 Lị ch sử hì nh nh phá t t r iể n ố n g n a no c a r bo n (CNTs) Vào năm 1991, S um io I ij im a cá c đồ n g củ a ô n g phá t h iệ n ố n g n a no c a r bo n ( c a r bo n n a no t u b es – CNTs) Ô n g khám phá r a ố n g n a no c a r bo n đ a vá ch ( m u l t i – w a l l e d c a r bo n n a no t u b es – MWNTs) Q u a ả nh chụ p từ kí nh h iể n v i đ iệ n tử t r u yề n q u a, ô n g phá t h iệ n có nhữ n g t i nh thể nhỏ n g cá i ố n g rỗ n g đườ n g kí nh ố n g vào cỡ 1,4 nm cò n ch iề u dà i cỡ  m, thậ m chí dà i đế n mm S a u đó, n g chế tạo nh n g ố n g n a no c a r bo n n vá ch ( s i n g l e – w a l l e d c a r bo n n a no t u b es – SW NTs) 1.2 Cấ u t rú c, phâ n loạ i CNTs Ố n g n a no c a r bo n vậ t l iệ u cấ u t rú c n a no t rê n sở c a r bo n, n g tươ n g đươ n g mộ t ch iề u củ a cá c phầ n tử khô n g ch iề u f u l l e r e n e C60 ( có cấ u t rú c hì nh cầ u) cá c lớ p g r a ph i t e c uộ n lạ i mà nh p c x i p v p p p v p c x m p x v p c x v l c e x s z v e v x v s p z CNTs nh h a i loạ i : Ố n g n a no c a r bo n n vá ch (SW NTs – S i n g l e W a l l e d l l v p x z y z p c p x p x e @ p p p i l l z p c y e x y y e g C a r bo n N a no t u b es) : tạo nh từ mộ t g r a ph e n e Và ố n g n a no c a r bo n đ a x i e @ p l x p v h @ e l v v p v l v v l c e x s e p e p c p x p x e @ p p x vá ch ( MWNTs k l l – M u l t i W a l l e d C a r bo n N a no t u b es) : tạo nh từ h a i h a y nh iề u ố n g n a no c a r bo n n k h p i y v z x y y e g x e @ p l x p v h @ e l v v p v x z x m p z h p c p x p x e @ p p vá ch lồ n g vào nh a u y p c i p x h o Hì nh 4.57: Ả nh SE M củ a C NTs tổ n g hợ p t rê n mà n g A l/N i3 900 C  Sự th a y đổ i nh iệ t độ ả nh hưở n g đế n độ dà i kí ch thướ c ố n g n a no c a r bo n đượ c tạo nh t rê n mà n g A l/ N i3  Q u a kế t q uả khảo sá t ả nh SE M mặ t cắ t củ a ố n g n a no c a r bo n đượ c tổ n g hợ p t rê n mẫ u xú c tá c A l/N i3, nhậ n thấ y CNTs có cấ u t rú c thẳ n g đứ n g, đồ n g đề u mậ t độ c ao 4.4 Q u y t rì nh chế tạo ố n g n a no c a r bo n thẳ n g đứ n g bằ n g phươ n g phá p tCVD Dự a t rê n v iệ c khảo sá t nhữ n g đ iề u k iệ n ả nh hưở n g đế n q uá t rì nh tổ n g hợ p củ a ố n g n a no c a r bo n, t a rú t r a mộ t số nhậ n xé t s a u:  Lớ p đệm A l n g v a i t rò q u a n t rọ n g t ro n g v iệ c hì nh nh cá c “mầm” xú c tá c  Cả h a i loạ i xú c tá c N i F e đề u có khả nă n g tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n  V iệ c đ iề u kh iể n độ c ao ố n g n a no c a r bo n mọ c thẳ n g đứ n g thự c h iệ n bằ n g cá ch th a y đổ i nh iệ t độ tổ n g hợ p  T ro n g kh i mà n g xú c tá c F e cho kế t q uả tổ n g hợ p tố t nhấ t bề dà y khảo sá t xú c tá c N i đạ t đượ c kh i có bề dà y nm Từ đó, q u y t rì nh chế tạo ố n g n a no c a r bo n s a u: p p v x e x @ h x p m v x x p v c p p e e x p p i p 3 x e p x e z e l p p s p v p c v p l p l p g z c y i l o v p c p x c e c o i x e p v c v o z o v p p e @ z x x p c l l e z @ v v p h x p m v v o l z l v v p p v x c l p l x p 3 x h e v @ p e p v p c z v p p c x p p c p p h p p l e p v p e v p @ c p l v e p c s p p c p p h x v e c v p p s p p z i e p h o i p 3 c x v p p p v v c p x m x l p p z e p c p z p v e @ v v p x e p o p x z 3 x p p p @ p v p z c l c h p o l x p z v h c h p v e p v l c e x s z v e x m v x p p l x i e v e z e x y v x h v e p c p x p v p @ x g p c z c x c y p c p x p p o v p nhấ t củ a n g nà y ố n g (9,0), A r m ch a i r : ố n g n a no ( n, n); kí ch thướ c nhỏ nhấ t p v x g p c p m y p c e l x z e y p c p x p p p o v p p v ố n g (5,5), đườ n g kí nh ố n g 0,39 nm đâ y kí ch thướ c nhỏ nhấ t đượ c y p c s c p p c o p p c y p l i p m y o v p p v v p củ a chỏm cầ u C60, Ch i r a l : ố n g n a no ( n, m) v p v p 3 p c s p c p x x l h z e x y y p c p x p p l 1.3 Tí nh chấ t củ a CNTs p v x l l  Tí nh họ c: ố n g n a no vậ t l iệ u có độ bề n họ c rấ t c ao, phù hợ p cho p v p c p p c s @ v g v m p v p l 3 p c p x p y i v y z h p @ p 3 e v x s s cá c ứ n g dụ n g đị i hỏ i tí nh bề n củ a vậ t l iệ u Và tí nh chấ t họ c củ a ố n g 3 p c g p c p z z v p @ p x i v y z h v p v 3 x p c p s phụ th uộ c nh iề u vào phươ n g phá p chế tạo, n g cấ u t rú c ố n g, hì nh thứ c v @ h tồ n tạ i v s v 3 h c p c s v phâ n cấ u t rú c ố n g n a no nh b a n g Z i gz a g : ố n g n a no ( n,0), kí ch thướ c nhỏ c p s i p p h p Dự a vào cá ch c uộ n t rò n tấ m g r a ph i t e h a y tọ a độ ( n, m) củ a v e c to r ch i r a l, t a z z p e p y l z p p c c x x p p l k y v v z z z p m y p m h p p p p p g x y p @ z v v l l p v v p e c l v v v v p p x l o @ s l p i v z p l p l p l p v h h x v o l 3 z v h p c p v e p z p o v k p p s h m v p v z p z h i s p c s s v g p c h v e p c p v 20  Tí nh chấ t đ iệ n : Tí nh chấ t đ iệ n đượ c x em tí nh chấ t q u a n p v p z p p v p z p v p p e l p y v p v h x p t rọ n g nhấ t củ a ố n g n a no bở i phạm v i ứ n g dụ n g rộ n g lớ n củ a t ro n g v e p c p v x p c p x p @ n gà nh cô n g n gh iệ p đ iệ n tử p c p p c p c z s p z p v z s l i z p c g p c e p c y p x p v e p c 19 Tí nh chấ t nh iệ t : Tí nh chấ t nh iệ t củ a ố n g n a no có l iê n hệ t rự c t iế p vớ i bả n  p v p z v p v p z v x p c p x p y z p v e v z s i z @ p chấ t g r a ph i t e, cũ n g cấ u t rú c kí ch thướ c củ a v c e x s z v e p c p h v e i o v 3 x p v s v p v e p c v p v e p c y o p p p c s v p 3 e y e v e p từ bề mặ t củ a chấ t rắ n bằ n g h iệ u ứ n g x u yê n hầ m q u a hà n g rào bề mặ t v @ l v x v e p @ p c z h p c p h m p l h x p c e v @ l v kh i p vào vậ t l iệ u mộ t h iệ u đ iệ n đủ lớ n o z s i i v y z h l v z h p z p v p y p 1.4 Ứ n g dụ n g  Lư u t rữ nă n g lượ n g :  L i nh k iệ n phá t xạ t rườ n g:  Vậ t l iệ u com pos i t e  Ố n g n a no c a r bo n dù n g đầ u dò cảm b iế n  Ố n g n a no c a r bo n dù n g m chấ t hấ p thụ p c g p c h z v e p p o v y z z p p h c y s p v l c p s v l z v e p c e p c p x p x e @ p g p c p p c p x p x e @ p g p c y h g l i 3 l v @ s z p v Chươ n g CÁC PHƯƠ NG PHÁP TỔ NG HỢP ỐNG NA NO CARBO N p c l l l l l l 2.1 Tổ n g q uá t cá c phươ n g phá p tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n Có b a phươ n g phá p : Phó n g đ iệ n hồ q u a n g ( a r c d i s ch a r g e, AD) Bố c b a y bằ n g l as e r ( l as e r a b l a t io n) Phươ n g phá p lắ n g đọ n g hơ i hó a họ c (CVD) p c h @ x v p p x s @ y c x v p z s c p s z p @ c s s v p c s p c p x p x e @ p s h x m x @ p p c c x y x e l e g e z y l x l x e e c e e p p c s s y p c p p c z x Về bả n, chế phá t t r iể n củ a ố n g n a no gồm bướ c : @ p 3 s v v e z p x p c p x p c l @  Đầ u t iê n, mộ t t iề n tố chấ t cầ n cho hì nh nh ố n g n a no, f u l l e r e n es, é h v z p l v v z p v v p l p v p p c p x p h y y e e e p e l C2, đượ c tạo nh t rê n bề mặ t củ a hạ t xú c tá c k i m loạ i p v v p v e p @ l v x v p v o z l y z  Từ hạ t c a r b i d e g iả bề n nà y, c a r bo n n g th a nh rấ t nh a nh đượ c tạo nh v v x e @ z g e c z @ p p m x e @ p g p c v x p e v p x p p v p  Vá ch c a r bo n bị g r a ph i t e hó a Cơ chế nà y dự a t rê n q u a n sá t TE M tạ i chỗ 3 x e @ p @ c e x s z v e x p m g x v e p h x p l v k v z Q uá t rì nh mọ c ố n g n a no c a r bo n d iễ n r a rấ t nh a nh Hầ u hế t q uá t rì nh mọ c d iễ n r a n g a y t ro n g thờ i đ iểm đầ u t iê n Tố c độ mọ c lê n tớ i 60 µ m/ phú t Tù y th uộ c vào kí ch thướ c hạ t xú c tá c k im loạ i, nh iệ t độ mà hì nh n g đườ n g kí nh ố n g n a no c a r bo n đượ c tổ n g hợ p nh c nh a u 2.2 Phươ n g phá p phó n g đ iệ n hồ q u a n g (AD - A r c D i s ch a r g e) H a i q u e g r a ph i t e đượ c sử dụ n g cá c đ iệ n cự c t ro n g b uồ n g bố c b a y Cho mộ t dò n g đ iệ n đ i q u a vớ i cườ n g độ 50A -100 A, tạo bở i mộ t h iệ u đ iệ n khoả n g 20V, m x uấ t h iệ n phó n g đ iệ n nh iệ t độ c ao g iữ a h a i đ iệ n cự c Sự h g z p i p e p o x v x e o v g p z p c v p c p e p p c z x p y p l p v z e p h v c x v z z z p @ p v l z z p p p s p z h g z x c p x e p v p v p l p x x y l h v e p z l g p z p z l v p e c p p z v p x p v c v z p p p p p h v s i e p v p l m p c v o h p p h c p c e o p l g p y p l i e h v z x p o p p h p l s p z x z c s s p v s e p z p c c v v p s h c e @ p l l m v x x p x p e c e c @ x c e @ h z c z p c l x p h Tí nh chấ t phá t xạ t rườ n g: Phá t xạ t rườ n g khả nă n g phá t xạ cá c e l e c t ro n  phó n g đ iệ n làm b a y hơ i mộ t t ro n g nhữ n g đ iệ n cự c c a r bo n tạo mộ t hì nh n g q u e nhỏ lắ n g đọ n g t rê n đ iệ n cự c cò n lạ i s @ v x z z p @ h z x p p m z p v c e c p p z p y y p c l p @ p x c m v z e p p l z v p v e p c p p p y z c p z p 3 x e @ p i v l v p g p c 19 Hì nh 4.50: Phổ R am a n CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (1 nm), tỷ số G/D = 4.058( t rá i) Hì nh 4.51: Phổ R am a n CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (2 nm), tỷ số G/D = 2.566( g iữ a) Hì nh 4.52: Phổ R am a n CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (3 nm), tỷ số G/D = 2.141( phả i) Từ phổ R am a n th eo bề dà y lớ p xú c tá c F e phủ t rê n lớ p đệm A l, t a nhậ n thấ y tỷ số G/D g iảm dầ n th eo bề dà y p x l x p l l v p c s p x l x p l l v p c s v x l x p l l v p c e v e e c p v s x m v l x p v l e c @ z g l g m p z s e v y e p l v l p l h y e p l v l e p l h y e p l v l z p @ h x s y v l z s v p v g e s v e p y s p l y v x p p m Hì nh 4.53: Đồ thị tỷ lệ IG/ID củ a cá c mẫ u mà n g xú c tá c F e bề dà y c nh a u t rê n lớ p đệm A l Từ đồ thị t rê n t a thấ y t rá i n gượ c nh a u g iữ a lớ p xú c tá c N i F e t rê n lớ p đệm A l  V a i t rò củ a lớ p đệm A l rấ t q u a n t rọ n g ả nh hưở n g lớ n đế n hì nh nh ố n g n a no c a r bo n h a i loạ i xú c tá c nà y  Kh i nh iệ t độ tă n g, lớ p đệm A l dễ dà n g bị vỡ r a nh cá c đảo có kí ch thướ c nhỏ dầ n Cá c mà n g xú c tá c t rê n lớ p đệm A l cũ n g từ bị ch i a cắ t dầ n r a  T rê n cá c đảo A l, cá c “ mầm” xú c tá c k i m loạ i t iế p tụ c đượ c hì nh nh vớ i kí ch thướ c nhỏ hơ n nh iề u Đâ y chí nh v a i t rị q u a n t rọ n g củ a lớ p đệm t ro n g q uá t rì nh tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n  T u y nh iê n, tí nh chấ t củ a mà n g xú c tá c N i F e c nh a u nê n hì nh nh cá c “ mầm” xú c tá c k im loạ i c 4.3.3 Khảo sá t ả nh hưở n g củ a nh iệ t độ tổ n g hợ p đố i vớ i mà n g A l/ N i p é v v y x 3 l v p y s p l v v e p v x v m l v e z p h e l p c p y s c p p p x l h v e @ g m o p x h y c z x y s p v l z i e v e p y x z v v o p e p x m p l s p x p x z l 3 v p e p y i p g c c z y l 3 p g p v 3 c e v l l p p p h p l p c v p h v v p c p @ v i e c y p p p l p m e p y x s v p p l y 3 p p c v p x p g v p e e e p y v v p @ c y l y e g p p v p x p p g o p z l p z p p v v s s p p i y l x p v v x z v h p v y c z @ x p z l e p p x l x v p p z p o é c p o z p l c z l m s p v h c v p v z l v p y p c p v y z s z p x p l z z s i x x e i o p v y v z v @ p e h x i e z l v e p c p o p x z p p p c y l z h p p 18 2.3 Phươ n g phá p dù n g l as e r (LA - L as e r A b l a t io n) Phươ n g phá p nà y đượ c phá t m i nh bở i nhóm củ a R i c k Sm a l l e y vào năm 1995 N gườ i t a sử dụ n g mộ t n g uồ n l as e r x u n g hoặ c l iê n tụ c làm b a y hơ i b i a g r a ph i t e t ro n g lò n u n g nh iệ t độ c ao (12000C), làm n gư n g tụ ố n g n a no đầ u th u đượ c m má t Sả n phẩm th u đượ c SW NTs h a y MWNTs phụ th uộ c vào chấ t kí ch thí ch Phươ n g phá p nà y chủ yế u dù n g để chế tạo SW NTs chấ t lượ n g c ao, 2.4 Phươ n g phá p lắ n g đọ n g hó a hơ i (CVD) Mộ t phươ n g phá p c chế tạo CNTs lắ n g đọ n g hó a hơ i CVD (Ch em i c a l V a po u r D e pos i t io n), kỹ th uậ t lắ n g đọ n g dự a t rê n cá c phả n ứ n g hó a họ c ph a hơ i N gườ i t a đặ t mộ t n g uồ n c a r bo n ph a khí sử dụ n g mộ t n g uồ n nă n g lượ n g p l asm a h a y nh iệ t đ iệ n t rở để t r u yề n nă n g lượ n g cho cá c phâ n tử c a r bo n n g khí N g uồ n khí c a r bo n thườ n g dù n g CH4, CO, C2H2 kh i chị u ả nh hưở n g củ a n g uồ n nă n g lượ n g phâ n hủ y tạo r a cá c n g u yê n tử c a r bo n hoạ t tí nh n Cá c th am số ả nh hưở n g đế n q uá t rì nh tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n bằ n g phươ n g phá p lắ n g đọ n g hơ i hó a họ c là: n g uồ n c a r bo n, tố c độ dị n g khí, tỷ lệ g iữ a cá c khí, chấ t xú c tá c, vậ t l iệ u hỗ t rợ nh iệ t độ tổ n g hợ p 2.4.1 CVD tă n g cườ n g p l asm a (PECVD - P l asm a E nh a n c e d CVD) Á p mộ t đ iệ n c ao vào đ iệ n cự c, kh iế n khí bị o x i hó a tạo r a mô i t rườ n g p l asm a Nă n g lượ n g nh iệ t củ a đế nă n g lượ n g củ a p l asm a c ao p kh iế n cho hỗ n hợ p khí bị phâ n hủ y nh cá c nh phầ n r iê n g b iệ t C a r bo n phâ n tá n lê n xú c tá c cho đế n kh i đạ t t rạ n g thá i bão hị a n gư n g tụ n goà i xú c tá c tạo nh ố n g n a no Đế đượ c đặ t đ iệ n cự c nố i đấ t Để tạo lớ p đồ n g đề u khí phả n ứ n g nê n đượ c c u n g cấ p từ mặ t đố i d iệ n K i m loạ i xú c tá c, F e, N i h a y Co đượ c phủ t rê n cá c đế S i, S iO2 h a y kí nh… S a u kh i cá c hạ t xú c tá c đượ c tạo nh, C NTs mọ c t rê n 2.4.2 CVD nh iệ t (TCVD – Th e rm a l CVD) TCVD cũ n g tươ n g tự PECVD, t u y nh iê n nă n g lượ n g dù n g để phâ n tá ch n g u yê n tử c a r bo n nh iệ t ( từ cá c đ iệ n t rở) th a y sử dụ n g n g uồ n p l asm a T ro n g phươ n g phá p nà y, F e, N i, Co hoặ c hợ p k im củ a n g, b a n đầ u đượ c phủ lê n đế Xử lý đế t ro n g d u n g dị ch a c i d HF ph a loã n g vớ i nướ c cấ t, s a u đư a vào lò n u n g phả n ứ n g CVD 2.4.3 CVD xú c tá c cồ n (ACCVD – A l coho l C a t a l y t i c CVD) ACCVD kĩ th uậ t đượ c phá t t r iể n mạ nh mẽ cho t iềm nă n g sả n x uấ t hà n g loạ t củ a SW NTs chấ t lượ n g c ao vớ i g iá nh thấ p T ro n g kĩ th uậ t nà y, rượ u b a y hơ i e th a no l h a y m e th a no l đượ c sử dụ n g t rê n nhữ n g hạ t xú c tá c F e h a y Co Có thể tổ n g hợ p CNTs nh iệ t độ thấ p nhấ t 5500C Đườ n g kí nh ố n g vào khoả n g nm 2.5 Tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n thể khí Tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n thể khí (V a po u r ph as e g row th) q uá t rì nh tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n t rự c t iế p từ hỗ n hợ p khí c a r bo n xú c tá c k i m loạ i t ro n g b uồ n g mà khô n g cầ n đế T ro n g đó, xú c tá c k im loạ i đượ c sử dụ n g hợ p p c s p l c e x s p v v e l p p é v v y x 3 l y p p o z y x s p z 3 l p l p v p l p 3 v s v s p c p l z p l v v p z o e c p 3 v i c y l z @ g m o p x h v e p y l 3 v y p x m p l z p p z v h v p p y v c p x p e x p e @ c p z m p y y g h x l v @ p k c p h p v c l p p z v p c v v y v p c p c v l v p l l c v e v e p y s p l y x s h z l p g p c x l h s l v l c h x p c c l l v e p z p l c p z e l k v p k h v 3 v p x p p p l l c l k s l v x p l v e p c l l s v p h v e y p c s e l v p h e p y l l e h y e z x l k p s @ x p x l 3 p y c p y e v p c o e y p m p h z p v x l y p p c p p p p x i é p @ c h p c p z o p p e p e p v y p p p o i x p p p m p p v p v p l h y h c p x p 3 c p p x x e @ c p v p e p x e @ v g p p l m l i p c z p p o z v h p y Intensity (arb units) Intensity (cnt.) Intensity (cnt.) 1200 1400 1600 R a m a n Sh if t ( c m-1) x l x p z v l 1800 1000 1200 1400 1600 R a m a n Sh if t ( c m-1) x l x p z v l 1800 1000 1600 R a m a n Sh if t ( c m-1) x l x p z v l 1800 p x z e m x v z p p p l h p k x c l z l l v y p z c s o p p v l l y e p c @ l p l e p g x h y c s v y p p p p c g p c 3 x l v c h c p e p v o m c x y v v p y y e l m @ c i y p x p i p p p l p c c c i x p m l z p p @ h z x v h v o v x x 3 g p y p z s c c e p p l v p y c c x h i p p v p p p s l z p p x y s c x y v p x e c @ p o z h p p c v x g h p z p l c p y m p l l h x p @ v p v c v p g p x p c x v e p p @ p o p @ v p y c c z x g i l c p v l x v z s e e x y x l x z s v o @ v x l p v z p e z p p v p x e z p p c p c v e p s z v p @ p p z x c p l e s p x c p p z v h m p e z v x z g c c p v x z p p @ e v z p p z g z v v z x p p m c é z o v l y z p x h p y p e @ l o l v e p s p p m p m p x z s g c l 3 p i s y p g o x z p l y p c c x c g p c p p z p p i c h s s y c x @ p l x p l p v x p v l h x p h p v c v v x l l p l e o p p l e x h c v p s y h y p p v s p m c p c x y é p v p e p o p s s p p v p c p c p p s x p v z s p p l p c p v p z p p v v o p v v p v p c v c 3 p c h z i p m p c p p p p y l x x p i p x e c v p y e z s p p l e v p p y v m y x e y p v v x i z o v p x x l e h v l v p x v @ h x i p h v z m c z y p v c s p c v l p e p y s v v z x v c p h 3 y p e c v l x p s v x p i y z v v e z p c y p z p z p x m v c z 3 v p v y l p g s v p v l v x l v s v e e p p p p y z l c p o p v c v é p c c h p o l v p p p v p v e p h m e c p h x i @ x c m m o p c l p e x z i i p c p v e y z e v c p e p i v v s p p p v p 1400 l v v p v c v v 1200 @ x v h p p p y 1000 @ y x p z p s p p e x p h p p v s p p x z e p y l c v c @ p p v p m y p v y l 3 s e c z @ p p e p c v c c p p c p p @ s x p p z p p p o z c p p o e z y p l h l p v p p y v l c v c v g o y l p l s v z h c l m l v x x k p p s p p p y s z y x s s p y o v Hì nh 4.47: Ả nh SE M củ a C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (1 nm) ( t rá i) Hì nh 4.48: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (2 nm)( g iữ a) Hì nh 4.49: Ả nh SE M củ a CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/F e (3 nm)( phả i) Cả b a ả nh SE M cho thấ y ố n g n a no c a r bo n đượ c hì nh nh thê n mẫ u A l/ F e có mậ t độ c ao, đườ n g kí nh nhỏ đồ n g đề u Ả nh SE M mẫ u A l/F e1 có kí ch thướ c ố n g n a no c a r bo n rấ t nhỏ so vớ i mẫ u cò n lạ i A l/F e2 A l/F e3 Đ iề u nà y n g tỏ, độ dà y mà n g xú c tá c ả nh hưở n g nhấ t đị nh đế n đườ n g kí nh ố n g n a no c a r bo n m s v x v o x v p p p p y v v l x p s s x s l p p c z x 3 e o c e c c s p z y h m s e l p c c s v p s e p l p p h x v p Hì nh 4.46: Đồ thị tỷ lệ IG/ID củ a cá c mẫ u mà n g xú c tá c N i bề dà y c nh a u t rê n lớ p đệm S iO2 A l Ả nh hưở n g củ a lớ p đệm S iO2 khô n g m th a y đổ i nh iề u tỷ lệ G/D, t ro n g kh i lớ p đệm A l tá c độ n g rấ t tí ch cự c lê n hì nh nh ố n g n a no c a r bo n củ a xú c tá c N i Kh i bề dà y xú c tá c N i tă n g tỷ lệ G/D tă n g, n g tỏ mậ t độ C NTs đượ c hì nh nh tă n g 4.3.2.3 Mẫ u cá c mà n g xú c tá c F e t rê n lớ p đệm A l p y m g y s v c p l l s k x c s c p s v l p g s z e y p c c z s c c p s @ h c s s c p p p p c c p p l x c p x p p x o p x p e c x e @ x p @ e v p p @ e p v o p v v z e o s v p c x s p p p h s v e s o 3 o z l x x e y l e c @ p z e v i p y p 3 l v h g o p v z c l e p y y z s 18 chấ t hữ u f e r ro c e n e dễ b a y hơ i nh iệ t độ c ao v e @ p e x h e m e p e z x g p z v 17 2.6 Ư u, kh u yế t đ iểm củ a phươ n g phá p t – CVD so vớ i cá c phươ n g phá p c So vớ i cá c phươ n g phá p c, phươ n g phá p lắ n g đọ n g hoá họ c từ ph a hơ i (Ch em i c a l V a po r D e pos i t io n – CVD) có nh iề u u đ iểm bở i dễ đ iề u kh iể n q uá t rì nh hì nh nh ố n g c a c bo n, thự c h iệ n n g iả n, cho phé p tạo CNTs nh iệ t độ thấ p (< 7000C) Kh u yế t đ iểm củ a phươ n g phá p nà y sả n phẩm th u đượ c có độ t i nh kh iế t chư a c ao, có tí nh họ c yế u hơ n cá c phươ n g phá p c h o h i e v e l z p x v p y x p v m z s v z l z e e p p o z v x c l x m x s p s s c h p x p s v s s z v s z v l 3 p v s l p c p p v s p @ v z c o z x p p p m p c s z p s s h c p s p 3 c p p z m l z g p v p c c z s l s h o s o x z l v o v h l s s s s y p p c @ s s s p l p z p h z s h i y z p p h z p v p p Hì nh 4.37: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u S iO2/ N i (1 nm), tỷ số G/D = 1.19 Hì nh 4.38: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u S iO2/ N i (2 nm), tỷ số G/D = 1.09 Hì nh 4.39: Phổ R am a n CNTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u S iO2/ N i (3 nm), tỷ số G/D = 1.16 T rê n ả nh SE M n g t a thấ y có x uấ t h iệ n củ a mộ t số cụm/ khố i c nh a u vớ i kí ch thướ c to, chí nh cá c mả nh S iO2/ N i bị vỡ nh iệ t độ c ao, khô n g hì nh nh đượ c ố n g n a no c a r bo n T u y nh iê n, vẫ n x uấ t h iệ n mộ t số “mầm” xú c tá c N i kí ch cỡ nhỏ ố n g n a no c a r bo n đượ c tổ n g hợ p t rê n cá c xú c tá c k i m loạ i Do cấ u t rú c củ a lớ p đệm S iO2 s a u q uá t rì nh xử lý nh iệ t hì nh thả nh nhữ n g mả n g nhỏ có kí ch thướ c lớ n nê n CNTs đượ c tổ n g hợ p có cấ u t rú c khô n g đồ n g đề u; độ s a i hỏ n g tạ p chấ t rấ t c ao Tỷ lệ IG/ID hầ u í t th a y đổ i th eo bề dà y mà n g xú c tá c N i kh i phủ t rê n S iO2 4.3.2.2 Mẫ u cá c mà n g xú c tá c N i t rê n lớ p đệm A l p x c l l 3.1 Th iế t bị z v e p x p h z v @ p m x p z g x v z p  Th iế t bị DC/RF S p u t t e r i n g z v @ s h v v e e z p e v c i @ h p v e e o p h c h x v l l x m p p z v h v v p i v e e p @ z m l l l z v o @ l z o i p z v p z p p p i p c p y v l l o z l e v p l z y p v g l l l p l p p s v l z z o p l l @ v h y x e v z p x l z l p p h p p l x c x p l l z z z p p l h e v c o z l v y z p h l 3 x p p p h e p z l v l e v p v v l s v l p c l h p p s e s v p p p o v c m p z p p l v c s p v v p p l v y s l v v x c p o v p y c p p l x p p v c c c c l p p p x p p p l x v p p x l 3 o z p p p o i m x z x  Th iế t bị o x y hó a (O x i d a t io n) l k i p @ l x h k p p p p x p p Chươ n g PHƯƠ NG PHÁP THỰC NGHIỆ M l v y v p p c v s p 3 h x c p v l z o z s v e z  Kí nh h iể n v i đ iệ n tử q ué t SE M EDX p z p i z p z p v h v k k i h 3 l p c p v l z v e p y s p l y  Th iế t bị kí nh h iể n v i lự c n g u yê n tử (AF M) z v @ o p z p i z y p c h m p v k  Th iế t bị M i c ro-R am a n - LABR am Ho r i b a JOBI N YVO N z v @ k z e x l x p x l e z @ x l l 3.2 Q u y t rì nh tạo lớ p xú c tá c 3.2.1 Q u y t rì nh làm sạ ch bề mặ t S i l i c: m v h e p m v v e y p y s l p l v 3 @ l v z y z Hì nh 4.40: Ả nh SE M củ a C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/N i (1 nm) ( t rá i) Hì nh 4.41: Ả nh SE M củ a C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/N i (2 nm)( g iữ a) Hì nh 4.42: Ả nh SE M củ a C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/ N i (3 nm)( phả i) Q u i t rì nh xử lý bề mặ t t iê u ch uẩ n (S t a n d a r d C l e a n i n g - SC): h z v e p p y @ l v v z h h p v x p g x e g y e x p z p p c v S iê u â m t ro n g d u n g dị ch a c i d HNO3 (100%) vớ i thờ i g i a n phú t; s a u rử a l v e p c g h p c g x z g l i z v z c z x p s v l x h p e sạ ch bằ n g H2O t i nh kh iế t t ro n g phú t T iế p th eo s iê u â m t ro n g d u n g dị ch HNO3 @ p c v z p o z v v e p c s v z s v e l z h l v e p c g h p c g z v p s v p e l e x e x l @ p c v z p o z v v e p c phú t Q u a y khô l y tâm 15 g iâ y rồ i n gâm t ro n g HF (1%) hoặ c HF(49%):H2O, tỷ lệ 1:20 s l c p z x l x p p s l k l v p x p c l k s l v x v p l e p l s v c l v p h e y p c s l l v z p h e p y l l l z h y l z z l (65%) nh iệ t độ 1100C, 10 phú t đ em r a rử a sạ ch bằ n g H2O t i nh kh iế t t ro n g p p x k p Intensity (cnt.) l h z Intensity (cnt.) z p e Intensity (cnt.) h v h x m o y m v l c z m e z p c l v e p c v y 1000 1200 1400 1600 1800 1000 1200 R a m a n Sh if t ( c m-1) x t ro n g phú t C uố i cù n g rử a sạ ch bằ n g H2O t i nh kh iế t t ro n g phú t, q u a y khô l y v e p c tâ m v l s v h z p c e x l @ p c v z p o z v v e p c s v h x m o y m l x p z v 1400 1600 1800 1000 1200 R a m a n Sh if t ( c m-1) l x l x p z v 1400 1600 1800 R a m a n Sh if t ( c m-1) l x l x p z v l Hì nh 4.43: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/ N i (1 nm), tỷ số G/D = 1.099( t rá i) Hì nh 4.44: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/ N i (2 nm), tỷ số G/D = 1.656( g iữ a) Hì nh 4.45: Phổ R am a n C NTs tổ n g hợ p t rê n mẫ u A l/ N i (3 nm), tỷ số G/D = 2.407( phả i) Dự a vào kế t q uả ả nh SE M t a thấ y kh i bề dà y lớ p xú c tá c N i tă n g lê n mậ t độ C NTs cà n g nh iề u; đườ n g kí nh CNTs cà n g lớ n p x l x p l l v p c p x l x p l l v p c s v e x l x p l l v p v z c l p i o v h p k v x s v m p l h y l z p l v l e p l h y l z p l v l e p l h y l z p l v l x v s x e z s c p v z o z @ g m y s p v l l p c p z h p p c o p l l p c y p v l z v p c y p v p Th eo kế t q uả phổ R am a n t a thấ y tỷ số G/D tă n g th eo bề dà y lớ p xú c tá c N i, tươ n g ứ n g vớ i mậ t độ C NTs nh iề u hơ n e v o p c v p h c s i z x l v p l x p v l x v l m p v z h l v p p c v e @ g m y s p v l z 17 16 Hì nh 4.33: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u A l/F e3 s a u kh i ủ nh iệ t nh iệ t độ c nh a u Từ cá c kế t q uả khảo sá t ả nh hưở n g củ a q uá t rì nh ủ nh iệ t lê n cá c mà n g xú c tá c k im loạ i (F e, N i) kh i có khơ n g có lớ p mà n g đệm A l (20 nm) S iO2 (100 nm), t a có nhữ n g nhậ n xé t s a u đâ y:  Q uá t rì nh ủ nh iệ t t ro n g q u y t rì nh tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n bằ n g tCVD n g v a i t rò tạo nh cá c “ mầm” xú c tá c Từ cá c “ mầm” kí ch thướ c nhỏ nà y mớ i hì nh nh cá c ố n g n a no c a r bo n t ro n g q uá t rì nh “mọ c CNTs”  Lớ p mà n g đệm n g v a i t rò rấ t q u a n t rọ n g t ro n g v iệ c hì nh nh cá c “mầm” xú c tá c, có kí ch thướ c nhỏ độ đồ n g đề u c ao  Q uá q uá t rì nh ủ nh iệ t, cá c mẫ u mà n g xú c tá c (N i, F e) t rê n lớ p đệm A l (20 nm) có kí ch thướ c nhỏ, đồ n g đề u hơ n so vớ i cá c mẫ u phủ t rê n lớ p đệm S iO2 (100 nm) 4.3.2 Khảo sá t ả nh hưở n g củ a bề dà y lớ p mà n g xú c tá c đố i vớ i ố n g n a no c a r bo n Cá c mẫ u vớ i bề dà y lớ p mà n g xú c tá c c nh a u (1; nm) t iế p tụ c tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n bằ n g th iế t bị t-CVD, có đ iề u k iệ n thự c h iệ n s a u:  Nh iệ t độ tổ n g hợ p: 700oC  Thờ i g i a n ủ nh iệ t: 10 phú t  Thờ i g i a n tổ n g hợ p: 10 phú t  Lư u lượ n g khí: A r:H2:C2H2 = 800:200:50 s c cm Mẫ u cá c mà n g xú c tá c N i t rê n lớ p đệm S iO2 Kế t q uả ả nh SE M s a u: p p v o z l p o y h z l v k v e x l o p v e c p c l s l l c p p v l v p x h e e x h o x y z p h s v l e p z v p c p p p z l v y z v y p p o 3 y p s p l c h p x i p h m v v p p p c e p v p i o p l o z v p c l p e e s l v 3 v p v v v p p x z z v z p x l @ e z c h h 3 l p v h x z x p l x p z h p i p p p c p x c p v x p 3 p x x e @ e @ p z p v @ l e p p c l c v o h h x p l v i h p p p p p p l p e v p c c c p p p e p c i p v h c h p z l l p v e p p @ g k p @ m y v s o v v l 3 s e z v 3 e p l y h s p c p p x p v z h h p z i o z p s z p v e l l p x l v e p i z p c v p z l p v z s p l v x h y s p x e x p @ v p p c 3.2.2 Tạo lớ p đệm:  Chế tạo đế S iO2 : Lớ p ô x i t s i l i c có bề dà y khoả n g 100 nm đượ c tạo t rê n bề mặ t ph iế n bằ n g phươ n g phá p ô x i hoá nh iệ t  Chế tạo đế A l : Q uá t rì nh phủ mà n g A l đượ c thự c h iệ n bằ n g má y phú n xạ U n i v e x 350, hoạ t độ n g chế độ DC m a g n e t ro n 3.2.3 Tạo lớ p mà n g xú c tá c k im loạ i Phủ mà n g k im loạ i bằ n g phú n xạ mộ t ch iề u (DC s p u t t e r i n g): Q uá t rì nh phú n xạ phươ n g phá p phủ vậ t l iệ u bằ n g cá ch đ iề u kh iể n mộ t chùm io n có nă n g lượ n g c ao tớ i b i a vậ t l iệ u Tạo mà n g xú c tá c N i t rê n lớ p A l/ s i l i co n: Q uá t rì nh phủ mà n g xú c tá c N i đượ c t iế n hà nh q u a h a i bướ c bả n Đầ u t iê n q uá t rì nh phủ lớ p đệm A l t rê n nề n đế s i l i co n sạ ch T iế p th eo phủ lớ p mà n g k im loạ i N i lê n phí a t rê n Cả h a i đề u dù n g phươ n g phá p phú n xạ Tạo mà n g xú c tá c t rê n đế S iO2 Mà n g N i (~20 nm) đượ c phủ bằ n g phú n xạ DC t rê n đế S iO2 (100 nm) t rướ c kh i đư a vào b uồ n g tCVD nhằm thự c h iệ n q uá t rì nh xử lý nh iệ t 7000C t ro n g thờ i g i a n 10 phú t Lư u lượ n g dò n g khí A r:H2 lầ n lượ t 200:100 s c cm Tạo mà n g xú c tá c F e t rê n lớ p A l/ s i l i co n :Phủ mà n g đ a lớ p F e/A l/ s i l i co n bằ n g phú n xạ y p l p y y p s x p p p h v p l g y 3 e p p l c p x l h k p s h v x p p l k c s h x s x l x p x l h l p c p v p l 1000 1200 1400 1600 1800 R a m a n Sh if t ( c m-1) l x p z v l c z v p v p s p v z @ s p l l y z p m o p c y x p z p l c p e c p l p v v e p v v v e z p @ p c l m s p p p z p h g z p p e l @ p v e p v c 3 p y @ z h p l z h o s h z v v p e e z l p c v h v l z e p p s p p p c y p l z y é s z p h y v s h z p l v y p c e p h o z v l s e l p y z p s l z c y y p p s s p x v l v e l y v z e p p x z p p z c s e e p y p v e z y v s l v z s y s s @ s z o v l z z s p c l s h 3 c v c c p z x v l c y x p l k o v z z c p p z x x p c l z i p @ y h p s c l p v v s p h y p @ l c p v g p c p x c s p z p o p h e v y e p p y v l c p v e v e p y s y l z y z p l p c y s e y l z y z p p Mà n g xú c tá c F e t rê n đế A l : Đầ u t iê n, phủ lớ p đệm A l dà y 20 nm t rê n đế s i l i co n S a u đó, tạo mà n g xú c tá c dà y nm t rê n lớ p A l bằ n g phươ n g phá p phú n xạ DC C uố i cù n g q uá t rì nh xử lý nh iệ t lớ p xú c tá c F e/A l 7000C 3.3 Q u y t rì nh tổ n g hợ p n a no c a r bo n bằ n g t – CVD Đầ u t iê n, b uồ n g tCVD đượ c nâ n g nh iệ t : từ nh iệ t độ phò n g lê n nh iệ t độ c ao, khoả n g từ 6000C – 9000 C, t ro n g 10 phú t Hỗ n hợ p khí đượ c sử dụ n g A r H2 vớ i tố c độ dị n g khí lầ n lượ t 800 100 s c cm k z y z p c p p x l l c h z s v p l l c l s z p z l l l z h h m e v 3 z e v p p v c v p z v h p z c p @ e c e g p c o x p p y v p v p p p e s p p v v v l y y p p l p s @ p e g c m p s p l c v s e p s p s p y v v i s y p c z s y v y @ c s l v p c p p z @ y z m p e e h g y p v y p x v p é v p p v y p v s p p c h c h p p y v p v l 3 z s v p s o p p c y l p g p p z c v p y e x i l S a u đó, q t rì nh t iề n xử lý: nhằm xử lý lớ p xú c tá c n g a y tạ i nh iệ t độ c ao x h p h v e p v z p p y p l p y y s p v p c x m v z p z v p x l z l Q uá t rì nh nà y ả nh hưở n g t rự c t iế p đế n kí ch thướ c n a no củ a cá c hạ t xú c tá c h v e p p m l p p c v e v z s p p o v p x p x 3 v p v k im loạ i Do nh iệ t độ c ao, cá c hạ t k im loạ i bị co cụm lạ i hì nh nh cá c hạ t z o v l z v e p z l y z p z v p x 3 v o z l y z @ 3 l y z p v p 3 v n a no, phâ n bố t rê n bề mặ t lớ p đệm Q t rì nh nà y có thờ i g i a n 20 phú t z p l x l x p z v l p s p h @ v e p @ l v y s p l h v e p p m v z c z x p y s v x R a m a n Sh if t ( c m-1) x l x p v e p h x p v e p c p v y h v e p v p c s p c p x p x e @ p i z p c h p c a r bo n khí e th y l e n e (C2H2) đượ c thê m vào vớ i vậ n tố c 50 s c cm Kh i đó, ố n g 1000 1200 1400 1600 1800 R a m a n Sh if t ( c m-1) x Q uá t rì nh q u a n t rọ n g nhấ t q uá t rì nh tổ n g hợ p ố n g n a no c a r bo n vớ i n g uồ n 1000 1200 1400 1600 1800 x h p v i v e p @ s i p p y p x z p v p z z p z Intensity (cnt.) Intensity (cnt.) v z p l Intensity (cnt.) p p c p p y @ z s p p s h y s @ c l Hì nh 4.34: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p C NTs S iO2/ N i (1 nm) ( t rá i) Hì nh 4.35: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p CNTs S iO2/ N i (2 nm)( g iữ a) Hì nh 4.36: Ả nh SE M củ a mẫ u tổ n g hợ p CNTs S iO2/ N i (3 nm)( phả i) Kế t q uả phổ R am a n củ a mẫ u mà n g xú c tá c N i t rê n S iO2 z z c c l p l v z s z p z p p o c p p y l v z @ v c p c s p p s p l p i e e y é v z p i l o x z z s v p h v z h k l p l p p p v @ l p s v e l p s v s o v c v c x z i v s z p c l c v p p c l c v p p s c p p y c p v z y @ p c z m p v z k g @ x p 3 p l m c z l c c p p v l v e l l z l v y v v m p p h s x e p l p h y i y o p z p h p i p p l p l l p p v v z p l l l z p h v @ o z v e @ p y o e v m y e p e p v l i i z i p v y l 3 l z p p c n a no c a r bo n đượ c “ mọ c” vớ i mầm cá c hạ t xú c tá c k im loạ i kí ch thướ c l p x p x e @ p l p l i z l l y 3 v p v o z l y z o v n a no p x p C uố i cù n g, b uồ n g tCVD đượ c m lạ nh hạ nh iệ t nh iệ t độ phò n g h z p c @ h p c v p y l y p i p z v i p z v p s p c 15 3.4 Cá c phé p phâ n tí ch, đá nh g iá kế t q uả: 3.4.1 Kí nh h iể n v i đ iệ n tử q ué t (SE M) Kí nh h iể n v i đ iệ n tử q ué t (S c a n n i n g E l e c t ro n M i c ros co p e), v iế t tắ t SE M, mộ t loạ i kí nh h iể n v i sử dụ n g mộ t chùm đ iệ n tử hẹ p q ué t t rê n bề mặ t mẫ u Bằ n g v iệ c gh i nhậ n phâ n tí ch cá c bứ c xạ đ iệ n tử thứ cấ p tạo r a hì nh ả nh bề mặ t mẫ u có độ phâ n g iả i rấ t c ao, đạ t kí ch thướ c đế n cỡ i nm 3.4.2 Kí nh h iể n v i lự c n g u yê n tử (AF M) s s s p z p y l z v p c l y i v l h i o i p z z p p z p p i z y g p p e p v v c h o v x p c p p c v y 3 p p z l x m h k v l z z v h z s c z c h v i i p p p v p p p s z p z p p z z z p p p c v z @ v o v e p p z p v e l p v k p z e l v p s s p z v v p i i v 3 e h v s z p z e v p v v v @ e y k l x v l p h p @ l k Hì nh 4.30: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u A l/N i3 s a u kh i ủ nh iệ t 700oC; R MS=4.2165 nm p Kí nh h iể n v i lự c n g u yê n tử (A tom i c Fo r c e M i c ros co p e AF M) mộ t p z p i z y p c h m p v v l z e e k z e l s e k y l v p p k @ l v l h y l z l x h o z p z v k l th iế t bị q u a n sá t cấ u t rú c v i mô bề mặ t củ a vậ t rắ n dự a t rê n n g u yê n tắ c xá c đị nh v z v @ h x p l v h v e i z l @ l v x i v e p g x v e p p c h m p v p p p lự c tươ n g tá c n g u yê n tử g iữ a mộ t đầ u mũ i dò nhọ n vớ i bề mặ t củ a mẫ u Từ y v p c v p c h m p v c z x l v p h l z g p p i z @ l v x l h nhữ n g tí n h iệ u tươ n g tá c đượ c gh i nhậ n nhằm q u a n sá t hì nh n g cấ u t rú c bề p l p c v p z h v p c v p c z p p p l h x p l v p g p c i h v e @ mặ t vậ t l iệ u độ phâ n g iả i rấ t c ao, cỡ n a nom e t e r, phâ n b iệ t từ n g n g u yê n v i v y z h p s p c z z e v x p x p l e v e e v s p @ z v v p c p c h m p tử Hì nh 4.31: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u A l/ N i3 s a u kh i ủ nh iệ t 800oC; R MS=5.355 nm p p k @ l v l h y l z l x h o z p z v k p l v 3.4.3 Th iế t bị q u a n g phổ R am a n (R am a n s p e c t ros co p y) Q u a n g phổ R am a n phổ tá n xạ khô n g đà n hồ i, h a y cò n gọ i tá n xạ R am a n, đượ c nhà vậ t lý họ c Ấ n Độ Ch a n d r as e kh a r a V e n k a t a R am a n tìm r a nă m 1928 H iệ u ứ n g nà y tá n xạ khô n g đà n hồ i củ a nh sá n g vớ i no n xả y r a kh i ch iế u mộ t chùm nh sá n g n sắ c tớ i mẫ u N g uồ n nh sá n g n sắ c thườ n g đượ c sử dụ n g t ro n g q u a n g phổ R am a n mộ t chùm t i a l as e r có bướ c só n g t ro n g vù n g khả k iế n, vù n g gầ n hồ n g n goạ i, hoặ c vù n g gầ n tử n goạ i z h x l p x v x p @ h c z m e x o l l v c z 3 h p c p h z y c p x p l e v p y 3 @ p l p p v l c e x e l v l z e s c m z o x e l x x z e m p o x p x v c z p x x l p y l c x v p i p v z p l e s p x p h g p p p l i v p c p p g p e e c p p p c c s p o c p l p o p v x x p l l l p é v p p p p g l p x v m c x s y c l y p e p p v v l x x x c l p v s l i h z p l i c p l p p x p p x s p c v o o e p z c p h i x p p c c s c x p p l x c p p y c z z Hì nh 4.32: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u A l/N i3 s a u kh i ủ nh iệ t 900oC; R MS=5.0261 nm Từ cá c ả nh AF M bề mặ t t rê n, t a nhậ n thấ y q u a q uá t rì nh ủ nh iệ t t rê n bề mặ t mẫ u x uấ t h iệ n cá c “ mầm” xú c tá c, cá c đỉ nh hạ t n a no k im loạ i bê n t rê n Từ 600 đế n 900oC, cá c “ mầm” xú c tá c nà y có kí ch thướ c cà n g nhỏ, mậ t độ cà n g lớ n Ả nh hưở n g củ a q uá t rì nh ủ nh iệ t cũ n g xả y r a tươ n g tự vớ i mà n g A l/F e3 p p p v y k l e p @ z v p v p Chươ n g KẾT QUẢ VÀ BÀ N LUẬ N p c l l p 4.1 Khảo sá t cá c mà n g xú c tá c N i F e 4.1.1 Cá c lớ p mà n g đệm S iO2 A l Đế w af e r s a u kh i đượ c m sạ ch, đượ c t iế n hà nh tạo cá c lớ p đệm c nh a u t rướ c kh i phủ lớ p xú c tá c k im loạ i t rê n cù n g i Mà n g S iO2 (100 nm) tạo nh bằ n g q uá t rì nh o x y hó a nh iệ t (o x y d a t io n) l y é e x o z 3 s l e e x y p p p l s k l p o s c c h p c p v l z z p 3 y o z p z z i i v l l y l c p c l e h l p h y l h v v z l v p z e l p x v h o x z p p p l z v l v m p k h v x h y v e p p p z p v p v x v p o z v p v e v p v p p @ z p p v 3 y s p l o p x 3 l l p v p m o v 3 p c p i l p x h v e p p z v p c p m e x v p c v i z l p c y e h c p c h v e p p m x p z v p m g x v z p 140.16 { n m/µ m} p 20 l l 15 ( t rá i) 600oC ; ( phả i) 700oC v e z s z 10 0 10 15 20 -140.16 { n m/µ m} p l l X[µ m] l p p k z g m p l p x p p k @ l v v l e p v p @ p c h v z p c z g m Th eo ả nh SE M t a thấ y lớ p mà n g S iO2 s a u q uá t rì nh o x i d a t io n có mộ t bề mặ t phẳ n g e Hì nh 4.1: Ả nh SE M S iO2 dà y 100 nm đượ c hì nh nh bằ n g q t rì nh o x y hó a( t rá i) Hì nh 4.2: Ả nh AF M bề mặ t mà n g S iO2 dà y 100 nm ( phả i) p l s z e p p m z l p p y l @ y l l p p v k e Y[µm] v v l p l @ @ p h s v p e c p k p z g x v x v z v m p y l s l v p @ c l z v l o x h v ( t rá i) 800oC ; ( phả i) 900oC v e z s z 15 14 Kh i nh iệ t độ tă n g lê n, cá c mả nh có kí ch thướ c nhỏ dầ n Đ iề u nà y g iú p cho q uá t rì nh hì nh nh cá c “ mầm” xú c tá c bê n t rê n phâ n tá n nhỏ hơ n nh iề u so vớ i nế u khô n g có lớ p mà n g đệm T iế p tụ c khảo sá t ả nh hưở n g củ a nh iệ t độ t ro n g q uá t rì nh ủ nh iệ t đố i vớ i mẫ u mà n g F e (3 nm) t rê n lớ p đệm S iO2, kế t q uả s a u: z c z p z s p p v v p h p s l v p z l p v z h o c e y v 3 p l l p p i z l l p v p h l p p o p p c 3 p x o l c p v l y z v p s l p v p e p p v g c @ p c p p v é e p z h l p m s l p v p l h v e p p z v p z i z h c e p l v e p y s p l z o v h p l x h Hì nh 4.3: Đồ thị phâ n bố độ nhấ p nhô bề mặ t mà n g S iO2 dà y 100 nm( t rá i) Hì nh 4.4: Đồ thị phâ n bố độ nhấ p nhô bề mặ t mà n g S iO2 dà y 20 nm( phả i) S a u kh i phủ bằ n g phú n xạ DC, mà n g S iO2 có độ nhấ p nhô c ao nhấ t 140.16 nm R MS = 66.9129 nm ii Mà n g A l (20 nm) phủ bằ n g th iế t bị phú n xạ DC (DC s p u t t e r i n g) p é v p x h o v z k v e z k p l s p z p c p s s p ( t rá i) 600oC, R MS=27.013 nm ; ( phả i) 700oC, R MS=89.478 nm s é @ l @ p p c i p @ p p s s p p p s p p p p l s @ p c v z l @ l k y @ p v l c l v p c l z p z c g z p m g p s p m p p l v l x e z s z p v y l v @ s p p l s h v v e e z p c 99.06 { n m/µ m} p l l k l 20 Y[µm] 15 10 0 ( t rá i) 800oC, R MS=92.285 nm ; ( phả i) 900oC, R MS=98.415 nm Hì nh 4.28: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u S iO2/F e3 s a u kh i ủ nh iệ t nh iệ t độ c nh a u Kế t q uả cho thấ y x uấ t h iệ n mậ t độ cá c “ mầm” xú c tá c cà n g nh iề u, kí ch thướ c cà n g nhỏ kh i nh iệ t độ tă n g lê n Q u a khảo sá t lớ p mà n g đệm S iO2 mẫ u S iO2/F e (3 nm) t a nhậ n thấ y v a i t rò q u a n t rọ n g củ a lớ p đệm q uá t rì nh ủ nh iệ t đố i vớ i hì nh nh cá c “ mầm” xú c tá c k i m loạ i kí ch thướ c n a no 4.3.1.3 Mẫ u cá c mà n g xú c tá c t rê n lớ p đệm A l v e p h v e h p v z k p x p x p z x o k h v h o o p k v e z l p c x z 3 s y o l s p p p p p p v x v z o z p z h v s v z e h l i l z p p l h l c c v c l m l p v v y p l v v y h h l @ l p l z v i e x o v z p v p h p z p p l p k h c l y p e z p v p l z p v p v i p z l l p v v x 3 p p p p c v m l i x l p e p y s p l y z x o @ v l v l v l h y l z l x h o z p z v k p l l @ l v p p l p c y s k k y h v s p p v e @ e p z p y p c v i c l l p o s l p y p p l l x h o z s z c v i m e p p c v g g m p p p s p l p s s z p v p p 3 x v m y p v l h m i k p l p p v h x o l v y s l p c p l z p l i y p l v @ v c y s h p o z c i v v y p s s l p p c p p l l i z z l i p y c z l p c p v o z l y z l z i e @ p c k @ h p s k k p h p p p l x p -98.43 { n m/µ m} l l l 20 X[µ m] p l Hì nh 4.29: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u A l/N i3 s a u kh i ủ nh iệ t 600oC; R MS=8.2268 nm 15 Hì nh 4.5: Ả nh SE M bề mặ t lớ p đệm A l dà y 20 nm s a u kh i phủ DC s p u t t e r i n g( t rá i) Hì nh 4.6: Ả nh AF M bề mặ t mà n g A l dà y 20 nm( phả i) Q u a kế t q uả ả nh AF M (hì nh 4.4) đồ thị độ nhấ p nhơ (hì nh 4.5), cho thấ y t u y bề mặ t mà n g A l phẳ n g n g vẫ n có độ nhấ p nhô c ao nhấ t 99.06 nm R MS = 33.0456 nm Nhậ n xé t, q u a khảo sá t lớ p mà n g đệm S iO2 (100 nm)và A l (20 nm) bề mặ t mà n g A l phẳ n g í t nhấ p nhơ hơ n so vớ i mà n g S iO2 S a u kh i tạo lớ p mà n g đệm S iO2 A l, cá c mà n g xú c tá c k i m loạ i N i F e đượ c phủ bằ n g th iế t bị phú n xạ DC vớ i bề dà y th a y đổ i lầ n lượ t 1; nm 4.1.2 Mà n g xú c tá c N i t rê n cá c lớ p đệm c nh a u Khảo sá t lớ p mà n g N i dà y nm đượ c phủ t rê n cá c bề mặ t S i, S iO2 A l l p 10 l o p z v z v p z c v @ p l s v p v y s p l l z p c i v e p l z z 3 g @ y m g m p l s p l v x o p m p z y p s v p x e y v y i p l h p 3 @ l v z z i y 4.1.2.1 Đế w af e r s i l i c é x e e l z y z S a u kh i phủ lớ p mà n g N i dà y nm t rê n w af e r s i l i c, kế t q uả AF M s a u: x h o z s y s l p c l z g m p l v e p x e e l z y z o v h k p l x h 13 Hì nh 4.7: Ả nh AF M bề mặ t mà n g N i (3 nm) t rê n w af e r s i l i c, S i- N i3 Kế t q uả ả nh AF M cho thấ y s a u kh i phủ bằ n g phú n xạ DC lê n w af e r S i, lớ p mà n g N i (3 nm) có cấ u t rú c cá c mả nh k i m loạ i kí ch thướ c i t ră m nm t rở lê n, vớ i độ c ao nhấ t ~ 75 nm Độ nhấ p nhơ bề mặ t t r u n g bì nh R MS = 14.2752 nm p p v y v h s l e p l p é l v s @ k c l p 4.1.2.2 k p z e p y z l p v e h p l h v l m i @ v v l p p l v x p x c z o e p c l h p z p y e p p p v @ v @ l s p c x e s l e p p o z l z y z z p l y y z o l z p x e e v z i z l k p l Lớ p mà n g đệm S iO2 (100 nm) s l p c p l z p l Hì nh 4.25: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u S i/ N i3 s a u kh i ủ nh iệ t 700oC p Hì nh 4.8: Ả nh AF M bề mặ t mà n g N i (3 nm) t rê n S iO2 (100 nm), S iO2- N i3 Độ nhấ p nhô bề mặ t S iO2- N i3 t r u n g bì nh là: R MS = 50.8251 nm p p é p k s p @ @ l l v v l p z c l l z z v e h p p c l v @ e p p z y p l z k l p l p c p l y p p p p k h Hì nh 4.9: Ả nh AF M bề mặ t mà n g N i (3 nm) t rê n A l (20 nm), A l- N i3 Độ nhấ p nhô bề mặ t A l- N i3 t r u n g bì nh là: R MS = 6.5376 nm T ro n g loạ i lớ p mà n g đệm mà n g A l- N i (3 nm) cho độ phẳ n g mị n tố t hơ n cá c mà n g cò n lạ i 4.1.3 Mà n g xú c tá c F e t rê n cá c lớ p đệm c nh a u Tươ n g tự phủ mà n g N i, mà n g xú c tá c F e có bề dà y nm đượ c phủ bằ n g phú n xạ DC t rê n cá c lớ p mà n g đệm, p e v p c p p y c p p @ z @ l y s l v v y l p c l l p z p v l e c h v p l z c p @ l p p l v e y c p y p l y k y l p z p l p l z l s l h z l z l x h o z p c i l p e p s é v h p v z v p z c k s o h p p v p @ l p l c p l z v m p l c p v p l p v p v e c 3 s p p e v y e l l v p c l o h z l z y e z l l z x h i o e z l x y c v p p i i z p c p z e l v g c 3 v m p v e l y v p y v l h y p p p p s e p c e p p p o v c l 3 y s p l c p l z c p y s l p p l c o p 3 v p x e @ g m p l p s @ p x e e l z y z l p l z 3 o p p l l x z v v l p v y x m p y v p z y y s l p c p l z h ( t rá i) 600oC ; ( phả i) 700oC v e Mẫ u S i-F e3, R MS = 6.3548 nm Hì nh 4.10: Ả nh AF M bề mặ t mà n g F e (3 nm) t rê n w af e r s i l i c, S iF e3 p e p k @ l v l p c e p l v e p x e e l z y z z v p z v p v l p p l v l p p l 3 o v p c p l p p z e k p l z s v i x z z v l z c h p z s l k v z 4.1.3.1 Đế w af e r s i l i c é v z o p h z p h v p l y p z p p c i z y v k s k p h v p p v k c h p s v x p l Hì nh 4.26: Ả nh AF M bề mặ t mẫ u S i/F e3 s a u kh i ủ nh iệ t 700oC Do khơ n g có lớ p đệm, mà n g k i m loạ i N i F e s a u kh i ủ nh iệ t nh iệ t độ c ao có x u hướ n g kế t tụ lạ i nh cá c đám lớ n có kí ch cỡ từ 100 – 200 nm Chí nh đ iề u nà y ả nh hưở n g đế n q uá t rì nh tạo nh mầm xú c tá c có kí ch thướ c nhỏ hơ n, g iảm chấ t lượ n g cũ n g mậ t độ CNTs đượ c tổ n g hợ p 4.3.1.2 Mẫ u cá c mà n g xú c tá c t rê n lớ p đệm S iO2 Mẫ u mà n g N i F e, dà y nm, t rê n lớ p đệm S iO2 (100 nm) đượ c ủ nh iệ t t ro n g 10 phú t vớ i cá c nh iệ t độ lầ n lượ t 600; 700; 800 900oC Đầ u t iê n, khảo sá t th a y đổ i củ a lớ p mà n g đệm S iO2 (100 nm) q u a q uá t rì nh ủ nh iệ t s a u: p l p @ z o é k l 4.1.2.3 Lớ p mà n g đệm A l (20 nm) s p s z p l h x h v e p ( t rá i) 800oC ; ( phả i) 900oC Hì nh 4.27: Ả nh AF M bề mặ t lớ p mà n g đệm S iO2 (100 nm) s a u kh i ủ nh iệ t nh iệ t độ c nh a u Q u a ả nh AF M th u đượ c, nhậ n thấ y kh i nh iệ t độ c ao, bề mặ t mà n g S iO2 bị vỡ nh từ n g mả nh lớ n vớ i kí ch thướ c c nh a u khô n g đồ n g đề u v p p k e @ z s l v p y s z l h l o x p v l k p p c x v z h i h p o p @ c p c z p l l x h o z p v v p l h p p p p v x p v c z p i p p v o z p h m c l o z p p y p z i v z p o 3 x @ v 13