Tiểu luận: Vật liệu nano trong công nghiệp Polymer

TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER GIỚI THIỆU Vật liệu vô cơ, hữu cấu trúc nano trở thành lĩnh vực quan tâm chuyên sâu cho nhà khoa học công nghiệp tính chất đa dạng ưu việt Gần đây, nhóm vật liệu dựa chất liệu polymer/nano tạo nên chiều hướng cho lĩnh vực Vật liệu nanocomposite ứng dụng rộng rãi ngành công nghệ cao vật liệu dẫn điện, vật liệu chống ăn mòn, dây phân tử, thiết bị cảm biến, cửa sổ thông minh, thiết bị điện hóa Ống cacbon nano (carbon nanotube CNT) loại vật liệu nghiên cứu nhiều Là loại vật liệu linh hoạt, nhiều ứng dụng, tính chất phong phú – hấp thụ quang, phát xạ, học (Young modulus) Có khả ứng dụng nhiều lĩnh vực hóa học, vật lý, sinh học, vật liệu Carbon nanotube - CNT cấu trúc dạng chuỗi phân tử fullerene tìm thấy Tiến sĩ Sumio Iijima vào năm 1991 Trong phân tử C xếp với thành dạng hình cạnh ống có kích thước nhỏ Chúng có đường kính vòng từ vài Å đến 10nm chiều dài cỡ vài mm CNT đa lớp có dạng hình trụ gồm nhiều lớp graphane bọc xung quanh lõi CNT đơn lớp đầu trụ bọc bán cầu fullerene - Phun khí chứa carbon (CO, C2H4, C2H2…) qua lò nung 800-1200oC Khí phân giải phân tử carbon Những phân tử tụ lại bề mặt rắn phủ hạt kim loại Fe, Ni, Co với kích cỡ nano Tại hạt xúc tác kim loại này, phân tử carbon chồng lên tạo thành ống nano, đường kính hạt kim loại đường kính ống Sự tạo thành ống nano không phức tạp, tạo thành ống có đặc tính, cấu trúc, kích thước nhiều lần tổng hợp sau tinh chế để gạn lọc tạp chất, đòi hỏi điều kiện vận hành cách xác SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER Quá trình hình thành carbon nanotube: (a) Các hạt xúc tác nano kim loại; (b) Nguyên tố carbon chồng lên phát triển thành ống, đồng thời nâng hạt kim loại lên; (c) Kết thúc hình thành Tính chất carbon nanotube - Tính chất học đặc tính điện CNT phụ thuộc vào cấu trúc hình học cấu trúc không gian CNT có hệ số module cao vật liệu nhẹ bền so với loại vật liệu trước - Tính chất học: Cho đến nay, người ta cho tính CNT thể tương đồng với graphite CNT có độ bền độ cứng cao Do tính chất liên kết C-C; graphite có module khoảng 1,06TPa; độ bền kéo khoảng 130Gpa; độ bền uốn khoảng 20Gpa Đối với CNT, tùy thuộc vào đường kính kiểu ống, module đàn hồi 1Tpa tương đương kim cương, độ bền kéo khoảng 200 Gpa CNT có khả uốn gập cao liên kết cộng hóa trị C-C cấu trúc hình cạnh Tỷ lệ độ bền khối lượng lớn nhôm, thép titan đến vài trăm lần - Tính chất nhiệt: Do ống nano có khả dẫn photon tốt nên người ta cho CNT có tính dẫn nhiệt tốt, độ dẫn nhiệt khoảng 3000W/m.K theo hướng trục với thay đổi đường kính nhỏ SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER - Tính chất điện: Một graphene cuộn lại theo nhiều cách khác để tạo thành ống CNT đơn lớp, trình cuộn lại làm tính đối xứng hệ thống phẳng tạo phương riêng theo trục với cấu trúc mắt lưới lục giác Bởi đặc tính riêng biệt MWCNTs mà nhiều nghiên cứu khai thác đặc tính ngạc nhiên để hội tụ nhiều ứng dụng kỹ thuật, polymer nanocomposite, phát xạ, thiết bị điện nano, cảm biến hoá học vật liệu sinh học Đối với nanocomposite polymer/MWCNT, việc thêm MWCNT vào làm thay đổi cách rộng rãi tính chất cơ, nhiệt, điện polymer nền, điều làm kéo dài rõ rệt miền ứng dụng chúng Tuy nhiên, vài báo cáo cải thiện tính chất học composite polymer/CNT bị giới hạn phân chia pha polymer CNT Cho đến nay, phân phối CNT polymer vấn đề quan trọng Chế tạo nanocomposite từ carbon nanotube - Sự chức hóa (quá trình xử lý tạo nhóm chức bề mặt) biện pháp sử dụng để nâng cao phân tán môi trường hữu PC Gần đây, vài nghiên cứu dùng MWCNT chức hóa độn gia cường cách sử dụng phương pháp khác trình hoà tan, trình nóng chảy phản ứng trùng hợp dạng in situ Chúng chứng tỏ MWCNT xử lý phân tách tốt phân bố ngẫu nhiên polymer - Ví dụ, Coleman cộng sử dụng có hiệu CNTs làm chất độn để làm tăng đáng kể tính chất quang học polymer Trong nghiên cứu trước đó, composite polymer dẫn/MWCNT chuẩn bị thành công cách sử dụng phản ứng trùng hợp oxi hóa theo kiểu in-situ Các hệ số dẫn điện nhiệt độ phòng composite tăng rộng đem so với polymer dẫn không chứa MWCNT Nhưng tương đối khó khăn để phân tán đồng MWCNT với phương pháp nóng chảy Potschke sử dụng loại PC/NT thương mại có sẵn làm nguyên liệu thêm vào lượng thích hợp polymer nguyên chất trình nóng chảy sau Những kết đề nghị CNT phân bố ngẫu nhiên SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER polymer Tính chất vật lý nanocomposite PC/CNT đúc sẵn phụ thuốc đáng kể vào lượng CNT khả phân bố chúng Tuy nhiên, việc chế tạo mẻ PC/CNT trình nóng chảy sau đề cập đến nghiên cứu sau SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER NỘI DUNG ĐỀ TÀI Trong nghiên cứu này, mẫu PC/MWCNT làm sẵn cách trộn PC axit carboxylic chứa MWCNT dung dịch tetrahydrofuran Sau PC thêm vào mẻ PC/MWCNT với lượng khác cách làm nóng chảy sau Cấu trúc, hình thái học tính chất vật lý nanocomposite PC/MWCNT biểu thị đặc trưng FESEM, HRTEM (TEM độ phân giải cao), phân tích nhiệt trọng ...Vұt liӋu nano trong công nghӋ Vұt liӋu nano trong công nghӋ polymerpolymer Phát triӇn CeO 2 nano hiӋu suҩt cao-kӃt hӧp lӟp phӫ kӁm nhúng nóng Svth: Võ Minh Huҩn Lӟp: 07CNVL Nӝi dungNӝi dung Giӟi thiӋu Thӵc nghiӋm chi tiӃt KӃt quҧ và thҧo luұn KӃt luұn 1. Giӟi thiӋu  Cách mҥ điӋn nhúng nóng đưӧc sӱ dөng lâu đӡi và là phương pháp kinh Cách mҥ điӋn nhúng nóng đưӧc sӱ dөng lâu đӡi và là phương pháp kinh tӃ bao gӗm xӱ lý bӅ mһt mӟi,lӟp thép mӟi,kӃt hӧp vұt liӋu composite vào tӃ bao gӗm xӱ lý bӅ mһt mӟi,lӟp thép mӟi,kӃt hӧp vұt liӋu composite vào bӗn tҳm quá trình đưӧc cҧi thiӋn vӟi viӋc bә sung các nguyên tӕ kim loҥi bӗn tҳm quá trình đưӧc cҧi thiӋn vӟi viӋc bә sung các nguyên tӕ kim loҥi hay oxit ZnO,ZnOhay oxit ZnO,ZnO 22 ,TiO,TiO 2 2 đӇ làm chұm quá trình oxi hoá cӫa chҩt nӅn.đӇ làm chұm quá trình oxi hoá cӫa chҩt nӅn. CeOCeO 2 2 nano composite đã đưӧc tәng hӧp và khám phá như là mӝt kích nano composite đã đưӧc tәng hӧp và khám phá như là mӝt kích hoҥt hiӋu quҧ đӇ tăng cưӡng hiӋu suҩt mҥ cӫa các lӟp phӫ kӁm hoҥt hiӋu quҧ đӇ tăng cưӡng hiӋu suҩt mҥ cӫa các lӟp phӫ kӁm nhúng nóng.Các lӟp kӃt hӧp vӟi mӝt sӕ lưӧng tӕi ưu cӫa CeOnhúng nóng.Các lӟp kӃt hӧp vӟi mӝt sӕ lưӧng tӕi ưu cӫa CeO 22 khoҧng 0.1%(20khoҧng 0.1%(20 40nm)cho hiӋu suҩt mҥ tӕt nhҩt.40nm)cho hiӋu suҩt mҥ tӕt nhҩt. ViӋc đưa CeOViӋc đưa CeO 22 vào lӟp phӫ tҥo ra sӵ cҧi thiӋn đáng kӇ trong mҥ và vào lӟp phӫ tҥo ra sӵ cҧi thiӋn đáng kӇ trong mҥ và đһc tính vұt lý khác cӫa lӟp phӫ.Nó cũng làm giҧm phҧn ӭng giӳa đһc tính vұt lý khác cӫa lӟp phӫ.Nó cũng làm giҧm phҧn ӭng giӳa hӧp kim kӁm và sҳt,tҥo hàng rào bҧo vӋ chӕng lҥi các tác nhân ăn hӧp kim kӁm và sҳt,tҥo hàng rào bҧo vӋ chӕng lҥi các tác nhân ăn mòn.mòn. 2.Thӵc nghiӋm chi tiӃt 2.4 Đһc tính hoá lý 2.3 Quá trình xi mҥ2.3 Quá trình xi mҥ 2.2 Lӵa chӑn và phương pháp xӱ lý chҩt nӅn 2.5 Đһc tinh điӋn hoá 2.1 Chuҭn bӏ hҥt CeO 2 2.1 Chuҭn bӏ hҥt CeO2.1 Chuҭn bӏ hҥt CeO 22 1 . 2 3 Ce(NO 3 ) 3 6H 2 O đưӧc hoà tan trong nưӟc bҵng cách vӯa đun vӯa khuҩy ӣ nhiӋt đӝ 85- 90 o C.Sau đó cho NH 4 (OH) vào,giӳ ӣ t o =80 o Ctrong 2h tҥo kӃt tӫa Ce(OH) 3 . Ce(NO 3 ) 3 +3 NH 4 (OH) ĺ3NH 4 NO 3 +Ce(OH) 3 Ļ Sau đó lӑc,rӱa kӃt tӫa và nung ӣ 200-400 o C trong 2h . Sӱ dөng tia X quét lên mүu phân tích các tinh thӇ đӇ xác đӏnh kích thưӟc cӫa chúng.Vӟi bưӟc sóng Ȝ=1,5405A o ,góc nhiӉu xҥ ș vӟi 2ș=10-70 o .Khi đó tính toán có thӇ tìm ra kích thưӟc trung bình cӫa hҥt CeO là 26,05 nm. Ngưӡi ta sӱ dөng TEM đӇ đo kích thưӟc hҥt CeO 2 ,và thӵc tӃ kích thưӟc trung bình cӫa hat là 20 nm 2.2 Lӵa chӑn và phương pháp xӱ lý chҩt nӅn a) Lӵa chӑn chҩt nӅn b) Phương pháp xӱ lý Chҩt nӅn:là thép có kích thưӟc 3.5*2,5*0,1 cm 3 có thành phҫn:C- 0.09%,Mn-0.34%,P- 0.036%,Si-0.0487% và Al-0.029% Mài mòn bҵng giҩy nhám,tҭy nhӡn bҵng cách nhúng vào d 2 NaOH 5% ӣ 50 o C TiӃp tөc cho vào HCl 8% trong 20 phút ӣ t o phòng.Sau đó ngâm trong NH 4 Cl 30% trong 30 phút ӣ 50 o C Làm cho bӅ mһt chҩt nӅn nhҹn,mӏn tăng cưӡng đӝ bám dính cӫa kim loҥi nóng chҧy và tránh bҩt kì quá trinh oxi hoá trên bӅ mһt chҩt nӅn. 2.3 Quá trình xi mҥ2.3 Quá trình xi mҥ  KӁm nguyên chҩt đưӧc cho vào nӗi nҩu chҧy giӳ ӣ nhiӋt đӝ KӁm nguyên chҩt đưӧc cho vào nӗi nҩu chҧy giӳ ӣ nhiӋt đӝ 450450±±1010 oo C. CeOC. CeO 2 2 đã chuҭn bӏ đưӧc cho vào tҳm kӁm nong chҧy đã chuҭn bӏ đưӧc cho vào tҳm kӁm nong chҧy và khuҩy bҵng que làm bҵng silicon cacbua.và khuҩy bҵng que làm bҵng silicon cacbua.  Cho mүu thép vào ngâm trong dung dӏch kӁm nóng chҧy trong 10s sau đó đem sҩy sơ bӝ ӣ nhiӋt đӝ 200±10 o C  Các thông sӕ cӫa quá trình đưӧc cӕ đӏnh tӕi ưu hoá dӵa trên thӵc nghiӋm.Sӕ lưӧng CeO 2 đưa vào khoҧng 0.1% so vӟi khӕi lưӧng kӁm nóng chҧy. 2.4 Đһc tính hoá lý Đӝ cӭng cӫa mүu bҵng Vickers thӱ đӝ cӭng theo tiêu chuҭn ASTM E 384- 899 sӱ dөng maý HMV tác đông lӵc tҧi 50gf vӟi thӡi gian nhҩn là 12s Đӝ dày cӫa lӟp phӫ đưӧc đo bҵng ASTM B 525-93. Đӝ bám dính cӫa lӟp phӫ xác đӏnh bӣi ASTM B 571- 79.Mүu đưӧc uӕn cong đӃn 180 o sau đó trӣ lҥi vӏ tri cũ Sӱ TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER GIỚI THIỆU Vật liệu vô cơ, hữu cấu trúc nano trở thành lĩnh vực quan tâm chuyên sâu cho nhà khoa học công nghiệp tính chất đa dạng ưu việt Gần đây, nhóm vật liệu dựa chất liệu polymer/nano tạo nên chiều hướng cho lĩnh vực Vật liệu nanocomposite ứng dụng rộng rãi ngành công nghệ cao vật liệu dẫn điện, vật liệu chống ăn mòn, dây phân tử, thiết bị cảm biến, cửa sổ thông minh, thiết bị điện hóa Ống cacbon nano ( carbon nanotube CNT) loại vật liệu nghiên cứu nhiều Là loại vật liệu linh hoạt, nhiều ứng dụng, tính chất phong phú – hấp thụ quang, phát xạ, học (Young modulus) Có khả ứng dụng nhiều lĩnh vực hóa học, vật lý, sinh học, vật liệu Carbon nanotube - CNT cấu trúc dạng chuỗi phân tử fullerene tìm thấy Tiến sĩ Sumio Iijima vào năm 1991 Trong phân tử C xếp với thành dạng hình cạnh ống có kích thước nhỏ Chúng có đường kính vòng từ vài Å đến 10nm chiều dài cỡ vài mm CNT đa lớp có dạng hình trụ gồm nhiều lớp graphane bọc xung quanh lõi CNT đơn lớp đầu trụ bọc bán cầu fullerene - Phun khí chứa carbon (CO, C2H4, C2H2…) qua lò nung 800-1200oC Khí phân giải phân tử carbon Những phân tử tụ lại bề mặt rắn phủ hạt kim loại Fe, Ni, Co với kích cỡ nano Tại hạt xúc tác kim loại này, phân tử carbon chồng lên tạo thành ống nano, đường kính hạt kim loại đường kính ống Sự tạo thành ống nano không phức tạp, tạo thành ống có đặc tính, cấu trúc, kích thước nhiều lần tổng hợp sau tinh chế để gạn lọc tạp chất, đòi hỏi điều kiện vận hành cách xác SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG Lớp 12H4LT TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER Quá trình hình thành carbon nanotube: (a) Các hạt xúc tác nano kim loại; (b) Nguyên tố carbon chồng lên phát triển thành ống, đồng thời nâng hạt kim loại lên; (c) Kết thúc hình thành Tính chất carbon nanotube - Tính chất học đặc tính điện CNT phụ thuộc vào cấu trúc hình học cấu trúc không gian CNT có hệ số module cao vật liệu nhẹ bền so với loại vật liệu trước - Tính chất học: Cho đến nay, người ta cho tính CNT thể tương đồng với graphite CNT có độ bền độ cứng cao Do tính chất liên kết C-C; graphite có module khoảng 1,06TPa; độ bền kéo khoảng 130Gpa; độ bền uốn khoảng 20Gpa Đối với CNT, tùy thuộc vào đường kính kiểu ống, module đàn hồi 1Tpa tương đương kim cương, độ bền kéo khoảng 200Gpa CNT có khả uốn gập cao liên kết cộng hóa trị C-C cấu trúc hình cạnh Tỷ lệ độ bền khối lượng lớn nhôm, thép titan đến vài trăm lần - Tính chất nhiệt: Do ống nano có khả dẫn photon tốt nên người ta cho CNT có tính dẫn nhiệt tốt, độ dẫn nhiệt khoảng 3000W/m.K theo hướng trục với thay đổi đường kính nhỏ SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG Lớp 12H4LT TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER - Tính chất điện: Một graphene cuộn lại theo nhiều cách khác để tạo thành ống CNT đơn lớp, trình cuộn lại làm tính đối xứng hệ thống phẳng tạo phương riêng theo trục với cấu trúc mắt lưới lục giác Bởi vì các đặc tính riêng biệt của MWCNTs mà nhiều nghiên cứu đã khai thác những đặc tính ngạc nhiên đó để hội tụ nhiều ứng dụng kỹ thuật, là polymer nanocomposite, bộ phát xạ, các thiết bị điện nano, cảm biến hoá học và vật liệu sinh học Đối với nanocomposite polymer/MWCNT, việc thêm MWCNT vào sẽ làm thay đổi một cách rộng rãi các tính chất cơ, nhiệt, điện của polymer nền, điều đó sẽ làm kéo dài rõ rệt các miền ứng dụng của chúng Tuy nhiên, một vài báo cáo chỉ rằng các cải thiện về tính chất học của composite polymer/CNT bị giới hạn bởi sự phân chia pha giữa polymer nền và CNT Cho đến nay, sự phân phối đều của CNT polymer nền vẫn là vấn đề rất quan trọng Chế tạo nanocomposite từ carbon nanotube - Sự chức hóa (quá trình xử lý tạo nhóm chức bề mặt) biện pháp sử dụng để nâng cao phân tán môi trường hữu PC Gần đây, vài nghiên cứu đã dùng MWCNT chức hóa là độn gia cường bằng cách sử dụng các phương pháp khác quá trình hoà tan, quá trình nóng chảy phản ứng trùng hợp dạng in situ Chúng NGUYỄN THÀNH TRUNG MSSV:06102098 KHOA:ĐIỆN BÀI TIỂU LUẬN VẬT LIỆU SIÊU DẪN-CÔNG NGHỆ NANO ****VẬT LIỆU SIÊU DẪN **** Định nghĩa : Siêu dẫn hiệu ứng vật lý xảy số vật liệu nhiệt độ đủ thấp từ trường đủ nhỏ, đặc trưng điện trở dẫn đến suy giảm nội từ trường (hiệu ứng Meissner) Siêu dẫn tượng lượng tử Trạng thái vật chất không nên nhầm với mô hình lý tưởng dẫn điện hoàn hảo vật lý cổ điển, ví dụ từ thủy động lực học Trong chất siêu dẫn thông thường, siêu dẫn tạo cách tạo lực hút số electron truyền dẫn nảy sinh từ việc trao đổi phonon, làm cho electron dẫn chất siêu dẫn biểu pha siêu lỏng tạo từ cặp electron tương quan Ngoài tồn lớp vật chất, biết đến chất siêu dẫn khác thường, phô bày tính chất siêu dẫn tính chất vật lý trái ngược lý thuyết chất siêu dẫn đơn Đặc biệt, có chất siêu dẫn nhiệt độ cao có tính siêu dẫn nhiệt độ cao lý thuyết thường biết (nhưng thấp nhiều so với nhiệt độ phòng) Hiện chưa có lý thuyết hoàn chỉnh chất siêu dẫn nhiệt độ cao a Siêu dẫn nhiệt độ cao Siêu dẫn nhiệt độ cao, vật lý học, nói đến tượng siêu dẫn có nhiệt độ chuyển pha siêu dẫn từ vài chục Kelvin trở lên Các tượng khám phá từ thập kỷ 1980 giải thích lý thuyết BCS vốn thành công với chất siêu dẫn cổ điển tìm thấy trước Siêu dẫn ở nhiệt độ cao b Hiệu ứng Meissner Một nam châm nâng mặt vật liệu siêu dẫn nhúng nitơ lỏng lạnh tới −200°C, thể hiệu ứng Meissner Hiệu ứng Meissner hay hiệu ứng Meissner-Ochsenfeld hiệu ứng từ thông bị đẩy hoàn toàn khỏi bên vật siêu dẫn Hiện tượng tượng nghịch từ hoàn hảo Từ thông sinh vật siêu dẫn bù trừ hoàn toàn từ thông môi trường Do đó, từ thông bên vật siêu dẫn Hiện tượng khám phá Walther Meissner Robert Ochsenfeld vào năm 1933 c Lý thuyết BCS Lý thuyết BCS mô hình lý thuyết vi mô ba nhà vật lý John Bardeen, Leon Cooper Robert Schrieffer đưa vào năm 1957 để giải thích tượng siêu dẫn Lý thuyết giải thích thành công tính chất vi mô hệ siêu dẫn nhiệt động lực học hệ Lý thuyết tương thích với mô hình định tính khác "lý thuyết Ginzburg-Landau" Ý tưởng mô hình hệ xuất lực hút điện tử, trạng thái điện tử hệ chất rắn trở nên không bền so với trạng thái mà có xuất cặp điện tử với spin xung lượng trái ngược Lực hút điện tử nguyên nhân tương tác điện tử với mode biến dạng tinh thể mạng (phonon) Ta hình dung, điện tử chuyển động, tương tác với mạng tinh thể làm biến dạng mạng tinh thể điện tử theo sau dễ dàng chuyển động tinh thể Hai điện tử tạo thành cặp điện tử Cooper Từ tương tác điện tử với phonon ta suy lực tương tác hút hiệu dụng hai điện tử Với giả thiết tương tác hút điện tử, phương pháp trường trung bình ta giải mô hình thu kết định lượng John Bardeen, Leon Cooper Robert Schrieffer nhận giải thưởng Nobel vật lý năm 1972 nhờ công trình Tuy nhiên lý thuyết BCS áp dụng cho chất siêu dẫn cổ điển có nhiệt độ trạng thái siêu dẫn thấp Sau phát minh chất siêu dẫn nhiệt độ cao, chưa có lý thuyết hoàn chỉnh giải thích tượng 2.Lịch sử Đối với kim loại nói chung, nhiệt độ cao điện dẫn xuất λ tỉ lệ với nhiệt độ T Ở nhiệt độ thấp, λ tăng nhanh T giảm Nếu kim loại hoàn toàn tinh khiết, nói nguyên tắc T=0 λ tiến tới vô cực, nghĩa điện trở kim lọai dần tiến tới Nếu kim lọai có lẫn tạp chất nhiệt độ thấp (khoảng vài độ K) kim loại có điện trở dư không phụ thuộc nhiệt độ tỉ lệ với nồng độ tạp chất Thực tế đạt tới nhiệt độ T=0 độ K có kim loại nguyên chất hoàn toàn, nên vật thể có điện trở vật dẫn lý tưởng Năm 1911, Heike Kamerlingh Onnes làm thí nghiệm với thủy ngân nhận thấy phụ thuộc điện trở thủy ngân vào nhiệt độ khác hẳn phụ thuộc kim lọai khác Khi nhiệt độ thấp,địên trở thủy ngân không phụ thuộc vào nhiệt độ nữa, phụ thuộc vào nồng độ tạp chất Nếu tiếp tục hạ nhiệt độ xuống tới Tc=4,1 độ K, điện trở đột ngột hạ xuống cách nhảy vọt Hiện tượng nói gọi tượng siêu dẫn, Tc nhiệt độ tới hạn Đến tháng năm 1986 Zurich, hai nhà khoa học Alex Muller Georg Bednorz tình cờ phát chất gốm mà yếu tố cấu thành là: Lantan, Đồng, Bari, Oxit kim loại Chất gốm trở nên siêu dẫn nhiệt độ 35 độ K Một thời gian ngắn sau, nhà khoa học Mỹ lại phát chất gốm TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER GIỚI THIỆU Vật liệu vô cơ, hữu cấu trúc nano trở thành lĩnh vực quan tâm chuyên sâu cho nhà khoa học công nghiệp tính chất đa dạng ưu việt Gần đây, nhóm vật liệu dựa chất liệu polymer/nano tạo nên chiều hướng cho lĩnh vực Vật liệu nanocomposite ứng dụng rộng rãi ngành công nghệ cao vật liệu dẫn điện, vật liệu chống ăn mòn, dây phân tử, thiết bị cảm biến, cửa sổ thông minh, thiết bị điện hóa Ống cacbon nano (carbon nanotube CNT) loại vật liệu nghiên cứu nhiều Là loại vật liệu linh hoạt, nhiều ứng dụng, tính chất phong phú – hấp thụ quang, phát xạ, học (Young modulus) Có khả ứng dụng nhiều lĩnh vực hóa học, vật lý, sinh học, vật liệu Carbon nanotube - CNT cấu trúc dạng chuỗi phân tử fullerene tìm thấy Tiến sĩ Sumio Iijima vào năm 1991 Trong phân tử C xếp với thành dạng hình cạnh ống có kích thước nhỏ Chúng có đường kính vòng từ vài Å đến 10nm chiều dài cỡ vài mm CNT đa lớp có dạng hình trụ gồm nhiều lớp graphane bọc xung quanh lõi CNT đơn lớp đầu trụ bọc bán cầu fullerene - Phun khí chứa carbon (CO, C2H4, C2H2…) qua lò nung 800-1200oC Khí phân giải phân tử carbon Những phân tử tụ lại bề mặt rắn phủ hạt kim loại Fe, Ni, Co với kích cỡ nano Tại hạt xúc tác kim loại này, phân tử carbon chồng lên tạo thành ống nano, đường kính hạt kim loại đường kính ống Sự tạo thành ống nano không phức tạp, tạo thành ống có đặc tính, cấu trúc, kích thước nhiều lần tổng hợp sau tinh chế để gạn lọc tạp chất, đòi hỏi điều kiện vận hành cách xác SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER Quá trình hình thành carbon nanotube: (a) Các hạt xúc tác nano kim loại; (b) Nguyên tố carbon chồng lên phát triển thành ống, đồng thời nâng hạt kim loại lên; (c) Kết thúc hình thành Tính chất carbon nanotube - Tính chất học đặc tính điện CNT phụ thuộc vào cấu trúc hình học cấu trúc không gian CNT có hệ số module cao vật liệu nhẹ bền so với loại vật liệu trước - Tính chất học: Cho đến nay, người ta cho tính CNT thể tương đồng với graphite CNT có độ bền độ cứng cao Do tính chất liên kết C-C; graphite có module khoảng 1,06TPa; độ bền kéo khoảng 130Gpa; độ bền uốn khoảng 20Gpa Đối với CNT, tùy thuộc vào đường kính kiểu ống, module đàn hồi 1Tpa SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER tương đương kim cương, độ bền kéo khoảng 200 Gpa CNT có khả uốn gập cao liên kết cộng hóa trị C-C cấu trúc hình cạnh Tỷ lệ độ bền khối lượng lớn nhôm, thép titan đến vài trăm lần - Tính chất nhiệt: Do ống nano có khả dẫn photon tốt nên người ta cho CNT có tính dẫn nhiệt tốt, độ dẫn nhiệt khoảng 3000W/m.K theo hướng trục với thay đổi đường kính nhỏ - Tính chất điện: Một graphene cuộn lại theo nhiều cách khác để tạo thành ống CNT đơn lớp, trình cuộn lại làm tính đối xứng hệ thống phẳng tạo phương riêng theo trục với cấu trúc mắt lưới lục giác Bởi đặc tính riêng biệt MWCNTs mà nhiều nghiên cứu khai thác đặc tính ngạc nhiên để hội tụ nhiều ứng dụng kỹ thuật, polymer nanocomposite, phát xạ, thiết bị điện nano, cảm biến hoá học vật liệu sinh học Đối với nanocomposite polymer/MWCNT, việc thêm MWCNT vào làm thay đổi cách rộng rãi tính chất cơ, nhiệt, điện polymer nền, điều làm kéo dài rõ rệt miền ứng dụng chúng Tuy nhiên, vài báo cáo cải thiện tính chất học composite polymer/CNT bị giới hạn phân chia pha polymer CNT Cho đến nay, phân phối CNT polymer vấn đề quan trọng Chế tạo nanocomposite từ carbon nanotube - Sự chức hóa (quá trình xử lý tạo nhóm chức bề mặt) biện pháp sử dụng để nâng cao phân tán môi trường hữu PC Gần đây, vài [...]... NHÂN TRANG 15 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER KẾT LUẬN Theo nghiên cứu này, nanocomposite PC/MWCNT đã được chế tạo thành công bằng cách trộn master batch PC/MWCNT và các hạt nhỏ PC thông qua quá trình nóng chảy Các ảnh chụp hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao HRTEM của nanocomposite cho thấy MWCNT được phân tách và phân bố đồng đều trong nền PC Các module đàn hồi của nanocomposite...TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER Hình 5 Ảnh hiển vi HRTEM của mẫu (a) 2% khối lượng, mẫu (b) 5% khối lượng và mẫu (c) 7% PC/MWCNT trong nanocomposite Phân tích TGA sử dụng để xác định sự phân hủy nhiệt của PC vàcomposite PC/MWCNT Hình 6 cho thấy đường cong TGA của PC và nanocomposite với tốc độ gia nhiệt 10oC/phút Trong hình 6b, nhiệt độ bắt đầu phân... SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 13 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER polymer bao bọc cố định xung quanh MWCNT Điều này cần thiết để chỉ ra sự tăng lên đáng kểmodule đàn hồicủa nanocomposite trên nhiệt độ Tg với việc đưa MWCNT vào nền PC - Trên nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg), module đàn hồi của nền PC tinh khiết giảm khoảng 2 bậc về độ lớn, nhưng module đàn hồi của nanocomposite vẫn còn khoảng... LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 11 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER Hình 6 A: Giản đồ TGA của (a) nền PC tinh khiết, (b) 2% khối lượng PC/MWCNT, (c) 5% khối lượng PC/MWCNT, và (d) 7% khối lượng PC/MWCNT nanocomposites B: Ảnh khuếch đại TGA từ 44oC đến 54oC cho (a) nền PC tinh khiết, (b) 2% khối lượng PC/MWCNT, (c) 5% khối lượng PC/MWCNT, và (d) 7% khối lượng PC/MWCNT nanocomposites Hình 7 cho... Giá trị tan δ của (a) nền PC tinh khiết, (b) 2% khối lượng PC/MWCNT, (c) 5% khối lượng PC/MWCNT, và (d) 7% khối lượng PC/MWCNT nanocomposites SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 14 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER Độ dẫn điện của nền PC, PC/MWCNT dạng masterbatch và nanocomposites PC/MWCNT được đo bằng tiêu chuẩn Van Der Pauw với phương pháp thăm dò 4 bước [30] Độ dẫn điện của nền PC ở nhiệt... klg PC/MWCNT 495 420 108 1,9.10-8 5% klg PC/MWCNT 497 551 145 1,8.10-6 SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 12 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER 7% klg PC/MWCNT 498 702 210 2,5.10-5 Rõ ràng, module của PC bắt đầu giảm vào khoảng 150oC, có lẽ là kết quả từ nhiệt độ Tg của PC Trong khi đó, Tgcủa nanocompositethấp hơn so với nền PC tinh khiết, có thể dosự hiện diện của cation CTAB phủ trên bề mặt... so với những số liệu ở nhiệt độ dưới Tg Do đó, vật liệu nanocomposite PC/MWCNT cải thiện độ lớn của module đàn hồi cao hơn 1 bậc so với nền PC không có MWCNT Những kết quả trên cho thấy sự có mặt của MWCNT trong PC /MWCNT có thể giới hạn và làm chậm từng chuỗi chuyển động của PC trên bề mặt tiếp xúc Sự phân bố đồng đều của MWCNT trên cỡ nano có thể kết luận mudule đàn hồi của vật liệu nanocomposite PC/MWCNT... khối lượng PC/MWCNT nanocomposites Hình 7 cho thấy module đàn hồi động của nhựa PC nguyên chất và nanoconpositse PC/MWCNT ở nhiệt độ từ 40-180oC Các dữ liệu module được liệt kê trong Bảng 1 Bảng 1 Giá trị nhiệt độ bắt đầu phân hủy (T onset), module đàn hồi động (G'), và độ dẫn điện của nền PC và vật liệu nanocomposite PC/MWCNT G' (MPa) Mẫu Tonset (⁰C) Nền PC Độ dẫn điện (S/cm) 40⁰C 160⁰C 488 384 6.36... là 20,7%, 58,3%, và 102% tương ứng với 2, 5, và 7% khối lượng masterbatch PC/MWCNT trong nanocomposite Hình 7 Module đàn hồi động (G') của (a) nền PC tinh khiết, (b) 2% khối lượng PC/MWCNT, (c) 5% khối lượng PC/MWCNT, và (d) 7% khối lượng PC/MWCNT Những kết quả này chỉ ra rằng các ảnh hưởng của vật liệu gia cường trong nanocomposite bởi sự có mặt của MWCNT và sự ảnh hưởng tương hỗ có thể xảy ra giữa... tiếp của các đoạn phân tử polymer trong vùng thủy tinh, khi nhiệt độ vượt Tg, năng lượng nhiệt có thể so sánh được vớirào cản thế năng cho các chuyển động đó Đối với nanocompositePC/MWCNT, sự tăng đáng kể G’ có thể thấy được trong phạm vi nhiệt độ thấp hơn, có nghĩa là việc thử nghiệm đua MWCNT vào nềnPC có ảnh hưởng lớn đến tính chất đàn hồi của nền Dưới Tg, tăng cường G’của nanocomposite khi so sánh