Tìm hiểu về ống nano cacbon và ứng dụng

PHẦN MỞ ĐẦU LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Bắt đầu từ thập kỉ 80 kỷ trước, khoa học công nghệ giới đặc biệt ý tới hướng nghiên cứu, phát triển đặc biệt kì lạ lí thú mà ngày gọi khoa học công nghệ nano Tên gọi nano có ý nghĩa hướng nghiên cứu liên quan đến vật thể, cấu trúc có kích thước khoảng từ đến 100 nm Đây lĩnh vực mẻ biên giới phạm vi ứng dụng học cổ điển học lượng tử Xuất nhiều tính chất kỳ lạ vật liệu quen thuộc, mà có hệ gồm vài trăm nguyên tử vật liệu có Cacbon nguyên tố phổ biến lớp vỏ trái đất (cacbon chiếm 2,3% khối lượng vỏ trái đất hay 0,14% số lượng nguyên tử vỏ trái đất) Trong tự nhiên cacbon tồn chủ yếu ba dạng thù hình là: kim cương; cacbon vô định hình như: than cốc, than gỗ, than mỡ đặc biệt than chì (graphit) Tinh thể graphit có màu xám đen có cấu trúc tinh thể hai chiều (2D) Chính đến năm 1991 ống nano cacbon (CNT) khám phá cách tình cờ Nhà Vật lí Sumio Iijima lúc ông nghiên cứu bề mặt điện cực graphit sử dụng phóng điện hồ quang Ông phát thấy ống cacbon nhỏ (đường kính cỡ 10-6mm dài có vài micromet) với độ bền cao thuộc tính điện lạ Về chất, ống nano cacbon graphit Phát kích thích nhà khoa học toàn giới, ống nano cấu trúc cứng Chúng có tiềm bền thép hứa hẹn tạo nên cách mạng ngành sản xuất thiết bị điện tử, hoá học vật liệu Chúng vật liệu chế tạo “thang máy không gian” công nghệ buộc vệ tinh Về lý thuyết GS Windle giải thích, vệ tinh buộc vào Trái Đất sợi cáp, song sợi cáp phải nhẹ bền, sợi nano cacbon làm điều Ngày với phát triển khoa học công nghệ, người ngày đạt nhiều thành tựu việc giảm kích thước không sản phẩm mà hạt cấu thành nên sản phẩm Khi giảm kích thước vật liệu đến kích thước xảy hiệu ứng kích thước (do lượng tử hoá lượng) Vậy kích thước vật liệu hiệu ứng kích thước xảy ra? Và có ưu việt so với kích thước lớn hơn? Các nhà khoa học hiệu ứng kích thước hay lượng tử hoá lượng xảy kích thước nhỏ 100 nm họ kích thước cỡ nm vật liệu xuất tính chất vượt trội mà vật liệu kích thước lớn Từ nảy sinh ngành khoa học mới: ngành khoa học công nghệ nano Vậy nên từ xưa tới nay, ống nano cacbon thử thách mà nhà nghiên cứu muốn vượt qua Đây xem ngành khoa học đa liên ngành có tham gia ngành: sinh học, hoá học, vật lý,… Trong khóa luận này, em mạnh dạn chọn đề tài "Tìm hiểu ống nano cacbon ứng dụng " Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Hữu Tình giúp đỡ em hoàn thành luận này! MỤC ĐÍCH Ống nano cacbon (CNT) có tính chất điện, nhiệt, hóa học tốt nên cho ta ứng dụng lớn vào ngành vật liệu đặc biệt vật liệu composit Với cấu trúc tinh thể đặc biệt, ống nao cacbon (CNT) có nhiều tính đặc biệt như: độ dẫn điện thay đổi theo cấu trúc kích thước ống, nhẹ thép lần lại bền cỡ 100 lần, chịu nhiệt độ cao tốt (~ 28000 C chân không ~ 7000 C không khí) có tính đàn hồi tốt, độ dẫn nhiệt cao ~ 3000 W/mK CNT có diện tích bề mặt lớn (250 m2/g), có khả phát xạ điện tử điện trường thấp (V/µm) ứng với mật độ dòng phát xạ lớn, tính chất đặc biệt nên tập trung vào nghiên cứu nhằm tạo linh kiện điện tử… nhiều ứng dụng khác, đưa nhiều phương pháp tổng hợp ống nano cacbon NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Đưa tính chất vượt trội ống nano cacbon so với vật liệu khác - Hệ thống phương pháp tổng hợp ống nano cacbon ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Ống nano cacbon ứng dụng 5.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Sử dụng phương tiện truyền thông để tìm kiếm thêm thông tin PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ NANO 1.1 Công nghệ nano gì? Công nghệ nano công nghệ để nghiên cứu, chế tạo: - Vật liệu - Linh kiện, cụm linh kiện: + Có tính chất sinh kĩ thuật nano + Có tính chất tốt trước + Có kích thước cỡ 1~100 nm - Điều khiển tính chất nhờ điều khiển kích thước Khoa học công nghệ nano có ý nghĩa quan trọng hấp dẫn lý đây: + Tương tác nguyên tử điện tử vật liệu bị ảnh hưởng biến đổi phạm vi thang nano Do đó, làm thay đổi cấu hình thang nano vật liệu ta điều khiển tính chất vật liệu theo ý muốn mà không cần phải thay đổi thành phần hóa học Ví dụ: Thay đổi kích thước hạt nano làm cho chúng đổi màu ánh sáng phát thay đổi hạt nano từ tính để chúng trở thành hạt đômen tính chất từ thay đổi hẳn + Vật liệu nano có diện tích mặt cao nên chúng lý tưởng để dùng vào chức xúc tác hệ phản ứng hóa học, hấp phụ, nhả thuốc chữa bệnh từ từ vào thể, lưu trữ lượng liệu pháp thẩm mỹ + Vật liệu có chứa cấu trúc nano cứng hơn, lại bền (không giòn) so với vật liệu mà không hàm chứa cấu trúc nano Các hạt nano phân tán thích hợp tạo vật liệu compozit siêu cứng + Tốc độ tương tác truyền tín hiệu cấu trúc nano nhanh cấu trúc micro sử dụng ưu việt để chế tạo hệ thống nhanh với hiệu lượng cao + Vì hệ sinh học có tổ chức vật chất thang nano, nên phận nhân tạo, dùng tế bào, có tổ chức nano bắt chước tự nhiên chúng dễ tương hợp sinh học (biocompatible) Điều quan trọng cho bảo vệ sức khỏe 1.2 Nội dung công nghệ 1.2.1 Công nghê nano dùng để làm gì? Công nghệ nano nghiên cứu, chế tạo: - Vật liệu • Vô cơ, hữu cơ, gốm oxit • Kim loại • Vật liệu từ, vật liệu dẫn điện • Vật liệu quang • Chấm lượng tử • … - Công cụ • TEM • AFM • Lithography • … - Linh kiện • Sensor • SET (transistor phân tử) • Đầu GMR • NEOMS • MEOMS 1.2.2 Công nghệ chế tạo  Top - down: Làm từ xuống: khắc, đục… để từ khối to làm vật nhỏ  Bottom – up: Làm từ lên trên: lấy phân tử, nguyên tử làm đơn nguyên nhỏ để lắp ráp vật to có kích thước bình thường để sử dụng 1.3 Cơ sở khoa học  Hiệu ứng bề mặt Các cấu trúc nano có kích thước nhỏ nên chúng xếp “cô đọng” gắn kết đông đặc (compact), cần thiết vi lỗ xốp (micropore) Tính chất đặc biệt vật liệu cấu trúc nano có nguyên nhân tương tác điện từ chúng qua lớp bề mặt hạt nano cạnh Lực tương tác nhiều trường hợp lớn lực tương tác Vandervan Sự “cô đọng” cấu trúc nano có lợi cho việc tăng tốc độ truyền tải thông tin hệ thống cấu trúc nano Riêng đại phân tử sinh học, kết hợp với hiệu ứng bề mặt làm cho cấu trúc chúng trở nên phức tạp Độ phức tạp cao cấu trúc chúng phân tích nguyên lý khoa học tầm sâu Một toán bề mặt quan trọng tương tác bề mặt giá đế (substrate) mà có cấu trúc nano với nguyên tử cấu trúc nano Bề mặt giá đế thường có độ gồ ghề định mà nguyên tử hấp phụ bề mặt di động tới vị trí thấp Tính chất ảnh hưởng đến việc xếp nguyên tử giá đế theo cấu trúc nano định trước Những tính chất bề mặt làm cho việc “lắp ghép” cấu trúc nano trở nên phức tạp làm tăng thêm tính phức tạp hệ vốn có phi tuyến, dẫn tới tính chất hoàn toàn cấu trúc  Sự chuyển tiếp cổ điển - lượng tử: chuyển sang kích thước cỡ nano  Hiệu ứng kích thước (size effect) Các vật liệu thường đặc trưng số đại lượng vật lý không đổi, ví dụ độ dẫn điện kim loại, nhiệt độ nóng chảy, từ độ bão hòa vật liệu sắt từ,… đại lượng đặc trưng không đổi kích thước vật đủ lớn thang nano Khi giảm kích thước vật xuống đến thang nano, tức vật trở thành cấu trúc nano đại lượng đặc trưng nói không bất biến nữa, ngược lại chúng thay đổi theo kích thước gọi hiệu ứng kích thước Ví dụ: Khi bề dày lớp kim loại thang nano nhỏ độ dẫn điện giảm so với độ dẫn điện kim loại, vật có kích thước lớn Sự giảm theo kích thước giải thích vai trò tán xạ điện tử bề mặt tăng bề dày lớp nano giảm Đã có nhiều nghiên cứu hiệu ứng kích thước vật liệu từ vật liệu siêu dẫn… 1.4 Ứng dụng Ứng dụng công nghệ nano chia thành số phần sau: - Vật liệu lớp phủ: + Các vật liệu khỏe hơn, nhẹ tự gắn kết lại + Các vật liệu cảm biến với đáp ứng nhanh + Các vật liệu sinh học + Các vật liệu bề mặt lớn hạt nano xúc tác nano - Các thiết bị kích thước nano: + Điện tử nano bao gồm điện tử học phân tử điện tử sinh học + Quang điện tử bao gồm thiết bị hữu + Các thiết bị từ cho tính toán lưu trữ liệu + Các thiết bị học nano + Các cảm biến vật lý, hóa học, sinh học - Sức khỏe: + Chữa bệnh + Khám bệnh + Bộ phận nhân tạo + Làm thuốc + Mang thuốc + Chẩn đoán bệnh - Năng lượng môi trường: + Lưu trữ lượng + Xử lý môi trường + Sản xuất không gây ô nhiễm Công nghệ nano nghiên cứu nhiều lĩnh vực: vật liệu nano, ống nano cacbon, điện tử nano, công nghệ nano y sinh học, MEMS, công nghệ nano phân tử,… ứng dụng phong phú, kể xiết Chúng ta hình dung tất nhìn thấy xung quanh làm từ công nghệ nano Trong đa dạng, phong phú bật lên ống nano cacbon (một dạng tinh thể khác cacbon) mà tính chất, cấu trúc không nhắc tới CHƯƠNG II: CARBON NANOTUBE (CNT) (Ống nanocacbon) 2.1 Khái niệm 2.1.1 Fullerence Như nói Fullerence C60 tìm thấy lần vào năm 1985.Sáu mươi nguyên tử Cacbon, tạo thành bóng đường kính 0,7 nm, bề mặt bóng hình sáu cạnh năm cạnh ghép lại Về sau người ta tìm thấy thêm nhiều dạng khác Fullerence: C70 (có 70 nguyên tử Cacbon), C80 (có 80 nguyên tử Cacbon), C120 (có 120 nguyên tử Cacbon),… Hình dạng Fullerence không giống bóng mà to, dài giống bóng bầu dục, có bị méo Có thể hình dung Fullerence cắt từ graphen uốn nắn lại cho thành hình cầu Bản thân graphen phẳng, nguyên tử Cacbon graphen xếp theo hình cạnh, nguyên tử Cacbon có liên kết chìa tạo thành góc đồng phẳng góc 120o Nhưng uốn nắn lại thành cầu, mối liên kết từ nguyên tử chìa không mặt phẳng mà bị khum Không phải tất nguyên tử bề mặt Fullerence tạo thành hình sáu cạnh mà bắt buộc có số mặt trở thành hình năm cạnh, có bảy cạnh Fullerence gồm có nguyên tử Cacbon nối với liên kết cộng hóa trị nên xem lồng nhẹ Mỗi lồng đại phân tử Cacbon Điều đáng ý bên lồng có khoảng không lớn lồng lại xếp khít tạo cấu trúc không gian Ví dụ: C60 lồng hình cầu, phân tử tác dụng hút lực Vandervan tạo nên cấu trúc lập phương tâm mặt theo kiểu xếp khít cầu Điều lý thú cho thêm nguyên tử thích hợp lọt vào bên cầu C60 lọt vào chỗ trống tám mặt bốn mặt cấu trúc lập phương tâm mặt cầu C60 xếp khít tạo nên có nguyên tử liên kết, bám vào bên Fullerence Hình 2.1: Một số hình ảnh Fullerence Ví dụ: Có thể cho có muối bám vào Fullerence tạo nên M+xCn60 M+ cation x số để cân điện tích Fullerence 10 nguyên tử cacbon Khi gặp kim loại xúc tác, nguyên tử cacbon tự xếp tạo thành ống cacbon Hình 2.16: Giản đồ hệ thống CVD plasma tăng cường Các hạt kim loại xúc tác có ảnh hưởng lớn đến kích thước ống, tốc độ mọc, độ dày thành ống cấu trúc vi mô ống Ni dường thích hợp để tạo MWCTNs thẳng hàng đồng Kích thước MWCTNs tạo vào khoảng 15 nm Hiệu suất hình thành cao đạt khoảng 50 % nhiệt độ tương đối thấp (dưới 330 0C) + Phương pháp CVD nhiệt Hình 2.17: Hệ CVD nhiệt lò ngang 33 Trong phương pháp này, trước hết từ phiến Silic, người ta oxi hóa bề mặt tạo lớp oxit bề mặt cỡ vài trăm nanomet Sau phún xạ lên bề mặt kim loại xúc tác Ni, Fe, Co, tạo lớp màng kim loại dày cỡ từ vài nanomet đến vài trăm nanomet Sau ủ nhiệt, lớp kim loại xúc tác không tồn dạng màng mà bị “vón” lại thành hạt kim loại có kích thước nanomet Hệ lò có cấu tạo giống (hình 2.17) bao gồm phận bản: lò nhiệt mà cung cấp nhiệt cách cho dòng điện xoay chiều chạy qua điện trở lò so kim loại, ống thạch anh gốm đặt lò, đầu ống đầu vào đường khí dùng để tổng hợp CNT đầu lại đầu khí thải Mỗi đường khí vào cho qua điều chỉnh lưu lượng Nhiệt độ lò điều khiển tự động nhờ tín hiệu đưa từ cặp nhiệt đặt lò Áp suất lò thay đổi sử dụng thêm máy hút chân không Mẫu đế Silic trước đặt máng thạch anh đưa vào lò để tổng hợp CNT thường làm bề mặt dung dịch axit HF loãng Tiếp người ta làm tiếp cho dòng khí NH3 vào lò nung nhiệt độ khoảng 750 0C đến 1000 0C Sau làm sạch, khí NH3 bị ngắt Đưa vào lò khí chứa cacbon khí trơ Khí trơ đóng vai trò khí mang, tạo môi trường cho phản ứng xảy Khí chứa cacbon CH4, C2H2,… đóng vai trò nguồn cung cấp cacbon Các khí điều chỉnh lưu lượng phù hợp, ổn định Nhiệt độ lò giữ ổn định từ khoảng 600 đến 1000 0C Thời gian tổng hợp kéo dài từ vài phút đến vài Tốc độ mọc CNT thay đổi theo thời gian giai đoạn tổng hợp nhiệt độ lò CNT mọc nhanh phút nhiệt độ cao Ở nhiệt độ cao CNT đồng hơn, mọc dài thường ống đa vành Kích thước CNT phụ thuộc vào bề dày lớp 34 kim loại xúc tác, loại xúc tác nhiệt độ lò Lớp kim loại mỏng CNT tạo có kích thước nhỏ Ví dụ: Với kim loại Fe xúc tác, bề dày khoảng 13 nm cho CNT có kích thước khoảng 30 ÷ 40 nm, với bề dày khoảng 27 nm tạo CNT có kích thước khoảng 100 ÷ 200 nm Nhiệt độ tối ưu để tạo CNT vào khoảng từ 700 ÷ 9000C 2.6 Ứng dụng Ứng dụng CNT đa dạng phong phú, tùy theo trí tưởng tượng người Người ta làm CNT sợi dây dẫn điện, ống dẫn nguyên tử, phân tử, hay bình chứa, chí CNT làm trục quay bánh răng, ống dẫn động, Kết hợp CNT với vật liệu khác tạo nên vật liệu với tính chất tốt trước nhiều Có thể nói ống nano cacbon công nghệ nano mở chân trời cho khoa học kĩ thuật Sau đây, minh họa số ứng dụng ống CNT lĩnh vực quan trọng: • Điện tử • Vật liệu • Cảm biến, NEMS, sinh học • Về lượng • … 2.6 Điện tử(trong linh kiện) Từ ống nano cacbon người ta làm phần tử có kích thước cỡ nano thay cho phần tử mạch điện thông thường + Đường dẫn điện lượng tử CNT (kích thước giảm 100 lần) 35 + Tụ điện Hình 2.18: Tụ điện làm CNT + Emitter Cực 10 um 10 um Điện môi (dầy 1-2 um) Silic Sợi CNT Lớp xúc tác cho CNT phát triển Hình 2.19: Emiter làm CNT + Thiết bị phát xạ điện từ trường (Màn hình hiển thị sử dụng CNT) Yêu cầu chung ngưỡng phát xạ vật liệu phải thấp, mật độ dòng phải có độ ổn định cao, vật liệu phát xạ phải có đường kính nhỏ cỡ nanomet, cấu trúc tương đối hoàn hảo, độ dẫn điện cao, độ rộng khe lượng nhỏ ổn định mặt hóa học Các điều kiện này, vật liệu CNT đáp ứng đầy đủ Hơn nữa, CNT lại tương đối trơ mặt hóa học nên có độ ổn định mặt hóa học cao 36 Hình 2.20: Màn ảnh thị sử dụng CNT + Đầu dò nano Do tính dẻo gia khả dẫn điện CNT sử dụng làm đầu dò điện tử kính hiển vi AFM STM Hình 2.21: Đầu điên tử sử dụng CNT + Lưu trữ liệu + Oscillators THz + Nguồn cho thiết bị 2.7 Vật liệu Nhờ có tính chất học, hóa học, quang học, tính chất điện mà từ CNT phương pháp khác người ta tạo vật liệu có tính chất tốt hẳn trước 37 • Vật liệu bền • Cáp, dây, trục • Vật liệu đa chức • Chịu nhiệt, vật xạ, mang nhiệt • Chắn xạ • Màng lọc, • Áo giáp, quần áo không gian 2.7 Cảm biến, nems, sinh học + Kính hiển vi dựa CNT: AFM, STM,… + Cảm biến ống nano: lực, áp suất, hóa học,… + Cảm biến sinh học + Cơ cấu phân tử, động - Tay gắp cực nhỏ Hình 2.22 : Một tay gắp cực nhỏ 38 - Trục dao động Hình 2.23 : Mô trục dao dộng - Cơ cấu bánh Hình 2.24: Mô cấu bánh + Về lượng (pin) • CNT có khả tích trữ lượng cao Tốc độ chuyển tải điện tử từ cực sang cực với vật liệu CNT nhanh Do hiệu suất pin nhiên liệu loại thường cao • Hai thành phần tích trữ điện hóa CNT hydrogen lithium 39 • Do CNT có cấu trúc dạng trụ rỗng đường kính cỡ nanomét nên vật liệu CNT tích trữ chất lỏng khí lõi trơ thông qua hiệu ứng mao dẫn Hấp thụ gọi hấp thụ vật lý CNT tích trữ hydrogen theo cách hóa học (hấp thụ nguyên tử) 40 PHẦN KẾT LUẬN Khóa luận nghiên cứu cách tổng quan đặc tính cấu trúc, công nghệ chế tạo, tính chất hóa, lý lĩnh vực ứng dụng vật liệu cacbon cấu trúc nano, đặc biệt ống nano cacbon • Công nghệ nano có ảnh hưởng lớn đến ngành điện tử, tính toán, vật liệu sản xuất, lượng, giao thông… • Cũng ống nano cacbon nhân tố quan trọng phát triển công nghệ nano Các tính chất cơ, điện, nhiệt, hóa phát xạ điện từ vật liệu ống nano cacbon lý thú có ưu điểm vượt trội so với vật liệu khác có nhiều khả ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Chính vậy, công nghệ nano tảng khoa học kĩ thuật đại 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Anh S C.J Lee, J Park/Carbon 39 (2001) 1891- 1896 S Fan et al, Physica E 8(2000)179 J Kong, M G Chapline and H Dai, Adv Mater 13(2001)1384 Y S Park et al, Carbon 39(2001)655 M Daenen, R D de Fouw, B Hamers: The Wondrous World of Carbon Nanotubes Tiếng Việt Vũ Đình Cự, Nguyễn Xuân Chánh - Công nghệ nano điều khiển đến phân tử Nguyễn Hoàng Nghị - Nhập môn công nghệ nano 42 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian làm việc nghiêm túc, khẩn trương đến luận văn em hoàn thành Trong thời gian nghiên cứu em giúp đỡ tận tình giảng viên TS Nguyễn Hữu Tình – người trực tiếp hướng dẫn em làm khóa luận thầy cô khoa Vật lí, đặc biệt nhóm Vật lí chất rắn Trường Đại học Sư phạm Hà Nội bạn sinh viên khoa Vật lí Em xin trân trọng cảm ơn thầy giáo, cô giáo khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, thầy cô giáo nhóm Vật lí chất rắn, đặc biệt giảng viên TS Nguyễn Hữu Tình giúp đỡ, động viên, tạo điều kiện, xin cảm ơn tất bạn sinh viên giúp đỡ em hoàn thành khóa luận Hà Nội, ngày 14 tháng 02 năm 2013 Sinh viên thực Đào Thị Sim LỜI CAM ĐOAN Sau thời gian làm việc nghiêm túc, khẩn trương đến luận văn em hoàn thành Bên cạnh đó, em quan tâm tạo điều kiện thầy cô khoa Vật lí Đặc biệt hướng dẫn tận tình giảng viên – TS Nguyễn Hữu Tình Trong nghiên cứu hoàn thành khoa luận em có tham khảo tài liệu ghi mục tài liệu tham khảo Vì vậy, em xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu khóa luận trung thực không trùng lặp với đề tài khác Em xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực khóa luận cảm ơn thông tin trích dẫn khóa luận rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày 14 tháng 02 năm 2013 Sinh viên thực Đào Thị Sim MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG CHƯƠNG I: CÔNG NGHỆ NANO 1.1Công nghệ nano gì? 1.2 Nội dung công nghệ 1.2.1 Công nghê nanô dùng để làm gì? 1.2.2 Công nghệ chế tạo 1.3 Cơ sở khoa học 1.4 Ứng dụng CHƯƠNG II: CARBON NANOTUBE (CNT) (Ống nanocacbon) 2.1 Khái niệm 2.1.1 Fullerence 2.1.2 Carbon Nanotube (CNT) ? 11 2.2 Cấu trúc CNT 14 2.2.1 Cấu trúc đơn vách (SWNT) 14 2.2.2 Cấu trúc đa vách (MWNT) 15 2.3.1 Hóa tính 16 2.3.2 Điện 16 2.3.3 Quang 17 2.3.4 Cơ tính 17 2.4 Tại dùng CNT? 18 2.5 Các phương pháp tổng hợp ống nano cacbon 20 2.5.1 Giới thiệu 20 2.5.2 Cơ chế hình thành ống cacbon 21 2.5.3 Phương pháp phóng điện hồ quang 22 2.5.4 Các phương pháp bốc bay lade 28 2.5.5 Các phương pháp lắng đọng hoá học (CVD) 32 2.6 Ứng dụng 35 2.6.1 Điện tử(trong linh kiện) 35 2.7.2 Vật liệu 37 2.7.3 Cảm biến, nems, sinh học 38 PHẦN KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1: Một số hình ảnh Fullerence 10 Hình 2.2 : a) Kim cương, b) Graphite 11 Hình 2.3: Mô tả cách cắt cuộn SWCNT 12 Hình 2.4: Các loại ống armchair, zigzag, chiral 14 Hình 2.5: Cấu trúc đơn vách CNT 15 Hình 2.6: Cấu trúc đa vách CNT 16 Hình 2.7: Hình biểu diễn chế trình mọc CNT 21 Hình 2.8: Hệ phóng điện hồ quang chế tạo ống nano cacbon 22 Hình 2.9: Hình mô cấu điện cực: 25 Hình 2.10: Hệ dùng phương pháp hàn hồ quang không khí 26 Hình 2.11: Hệ thống phóng điện hồ quang nitơ lỏng 27 Hình 2.12: Ảnh SEM MWNTs thu trường hợp 28 Hình 2.13: Hệ thống phóng điện hồ quang với điện cực quay 28 Hình 2.14: Hệ bốc bay lade 29 Hình 2.15: Hệ thống bốc bay xung cao tần 31 Hình 2.16: Giản đồ hệ thống CVD plasma tăng cường 33 Hình 2.17: Hệ CVD nhiệt lò ngang 33 Hình 2.19: Emiter làm CNT 36 Hình 2.18: Tụ điện làm CNT 36 Hình 2.20: Màn ảnh thị sử dụng CNT 37 Hình 2.21: Đầu điên tử sử dụng CNT 37 Hình 2.22 : Một tay gắp cực nhỏ 38 Hình 2.23 : Mô trục dao dộng 39 Hình 2.24: Mô cấu bánh 39 [...]... mỗi ống có thể từ vài trăm nanomet đến micromet Ngày nay đã làm được những ống nano cacbon dài đến centimet Như vậy ống nano cacbon có nhiều loại: một vách, nhiều vách, to nhỏ dài ngắn,… khác nhau Ngoài ra ống nano cacbon có thể còn bị rẽ nhánh, đoạn đầu là một ống, sau lại rẽ thành hai ống chẳng hạn 13 Còn một vấn đề nữa, đó là hai đầu ống nano cacbon như thế nào là kín hay hở Nói chung khi mọc lên ống. .. armchair, chiral) thì các ống bên ngoài cũng ít nhiều dẫn điện do đó ống nhiều vách ít nhất cũng có tính chất bán kim như ở graphit 2.3.3 Quang Ống cacbon có tính chất quang phi tuyến, tức là nó phụ thuộc mạnh vào đường kính và tính đối xứng của ống Với các ống nano có kích thước lớn, tính quang hầu như không có 2.3.4 Cơ tính Ống nano cacbon chỉ gồm có các nguyên tử cacbon nên nhẹ và liên kết giữa các nguyên... (3, 3),… sao cho chu vi ống là bằng chiều dài tới nút (n, n) ta gọi đó là ống nano cacbon (n, n) 12 Nói chung nếu cuộn ống nano cacbon sao cho chu vi ống có độ dài bằng độ dài vectơ na1 + ma2, thì đó là ống nano cacbon (m, n) Nói cắt lá graphen ra và cuộn lại theo nhiều cách như trên là để dễ hiểu cách mô tả cấu trúc, thực sự là trong những điều kiện nhất định, các nguyên tử Cacbon tự kết nối lại để... cứu cho biết: nếu n - m = 3q (q nguyên) thì ống nano có tính kim loại, nếu n - m  3q (q nguyên) thì ống nano cacbon có tính bán dẫn Thường ống nano cacbon một vách có đường kính trong khoảng 1 ÷ 2nm Còn ống nhiều vách như là do nhiều ống đơn lồng nhau, đường kính ống to nhất vào cỡ 2 ÷ 25 nm, ống rỗng ở giữa đường kính cỡ 1 ÷ 8nm, khoảng cách giữa các vách ở ống nhiều vách cỡ 0,34nm (gần bằng khoảng... hồ quang, người ta sử dụng hồ quang điện giữa hai điện cực than và có thể dùng thêm chất xúc tác Các nguyên tử cacbon được tạo ra và tự lắp ráp thành ống cacbon Trong kỹ thuật bốc bay bằng lade, một nguồn lade có công suất lớn được sử dụng để chiếu vào bình chứa nguồn cacbon là các khí chứa cacbon như CO, CH4, 20 Vào thời điểm hiện nay, kỹ thuật này là cách để chế tạo ống nano cacbon sạch nhưng với... thường 17 so sánh là ống nano cacbon nhẹ hơn thép 6 lần và bền hơn thép 100 lần Lấy mũi nhọn nén vào đầu ống, ống bị uốn cong nhưng đầu ống không bị hư hại gì Nếu thôi không tác dụng, ống thẳng lại như ban đầu Người ta phải dùng bố trí đặc biệt như kéo, uốn trong kính hiển vi điện tử truyền qua để quan sát, đo lực ở hiển vi lực nguyên tử,… để biết được một số thông số cơ học của ống nano cacbon Ở MWCNTs,... (giữa 50 và 700 mbar) Dòng điện làm bay hơi một điện cực và kết tủa hơi cacbon này ở điện cực còn lại Ống nano cacbon trong lớp kết tủa này có tốc độ hình thành phụ thuộc vào tính đồng đều của hồ quang plasma và nhiệt độ hình thành lớp kết tủa trong plasma Cơ chế hình thành đang được hiểu ngày một thấu đáo Các thí nghiệm đã chứng tỏ rằng: tỷ lệ ống cacbon với các kích thước khác nhau phụ thuộc vào hỗn... nhau phụ thuộc vào hỗn hợp khí He và Ar Hỗn hợp này có hệ số khuếch tán và độ dẫn nhiệt khác nhau Đặc điểm này tác động đến tốc độ khuếch tán và làm nguội của các phân tử cacbon và xúc tác, do đó tác động lên kích thước của ống nano cacbon tạo ra Các ống đơn lớp sinh mầm và mọc lên trên các hạt kim loại xúc tác có kích thước còn phụ thuộc vào mật độ của nguyên tử cacbon và các hạt kim loại Tuỳ thuộc từng... Khả năng chống oxi hoá là cực kỳ cần thiết nếu muốn dùng SWCNT vào các ứng dụng như làm đầu phát điện tử Các nghiên cứu gần đây đã chứng tỏ rằng: nếu làm cực âm giống như một cái bát thì sẽ làm giảm các khuyết tật và do đó tăng đáng kể khả năng chống oxi hoá của ống nano cacbon (hình 2.9) Hình 2.9: Hình mô phỏng cơ cấu điện cực: a) truyền thống b) cải tiến Phổ Raman của sản phẩm tạo ra đã chứng tỏ SWCNT... ống nano là kín hai đầu Khi bẻ gãy hay cắt vụn một đầu hay cả hai đầu đều có thể hở (Hình 2.4 ống nano hở, bịt đầu bằng Fullerence) Hình 2.4: Các loại ống armchair, zigzag, chiral Một ống nano đơn giản có cấu trúc tương tự như Fullerence, nhưng phân tử Fullerence có dạng hình cầu còn ống nano lại là hình trụ với một đầu kết thúc dạng chóp với một nửa phân tử Fullerence Ống nano độ rộng chỉ vài nanomet ... - Đưa tính chất vượt trội ống nano cacbon so với vật liệu khác - Hệ thống phương pháp tổng hợp ống nano cacbon ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Ống nano cacbon ứng dụng 5.PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN... ta gọi ống nano cacbon (n, n) 12 Nói chung cuộn ống nano cacbon cho chu vi ống có độ dài độ dài vectơ na1 + ma2, ống nano cacbon (m, n) Nói cắt graphen cuộn lại theo nhiều cách để dễ hiểu cách... 3q (q nguyên) ống nano cacbon có tính bán dẫn Thường ống nano cacbon vách có đường kính khoảng ÷ 2nm Còn ống nhiều vách nhiều ống đơn lồng nhau, đường kính ống to vào cỡ ÷ 25 nm, ống rỗng đường