(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính

(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính(Luận văn thạc sĩ) Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ––––––––––––––––––––––––

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ––––––––––––––––––––––––

NGUYỄN THỊ HẰNG

PHÂN TÍCH ĐẶC TRƯNG CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT

CỦA GRAPHEN OXIT BIẾN TÍNH

Chuyên ngành: Hóa phân tích

Mã số: 8.44.01.18

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Tô Thị Xuân Hằng

LỜI CẢM ƠN

Bản luận văn này được thực hiện và hoàn thành tại phòng nghiên cứu sơn bảo vệ, Viện Kỹ thuật nhiệt đới – Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam Tôi xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo Viện Kỹ thuật nhiệt đới đã tiếp nhận và cho phép tôi được làm thực nghiệm tại Viện

Tôi xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc và lời chân thành cảm ơn đến PGS.TS Tô Thị Xuân Hằng, người đã hướng dẫn và chỉ đạo tận tình, giúp đỡ tôi trong

suốt thời gian thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn đến Chị Nguyễn Thùy Dương cùng các thầy

cô, anh chị làm việc và nghiên cứu tại phòng đã tận tình giúp đỡ, chỉ bảo giúp tôi hiểu biết sâu thêm về những kiến thức đã được học ở trường và những kiến thức ở ngoài thực tế

Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy Phạm Thế Chính, Thầy Vương Trường Xuân cùng các thầy, cô giáo trong bộ môn hóa phân tích Trường Đại học Khoa học- Đại Học Thái Nguyên đã trang bị kiến thức và tạo điều kiện tốt nhất để tôi tiếp cận với đề tài được giao

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới toàn thể gia đình, bạn bè đồng nghiệp đã luôn cổ vũ, động viên tôi trong suốt thời gian qua

Trong quá trình thực hiện luận văn do còn hạn chế về mặt thời gian, kinh phí cũng như trình độ chuyên môn nên không tránh khỏi những thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô, bạn bè và đồng nghiệp

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hằng

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ hóa học ―Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính‖ là công trình nghiên cứu của tôi, có sự hỗ trợ từ giáo viên hướng dẫn là PGS TS Tô Thị Xuân Hằng Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất cứ công trình nghiên cứu nào trước đây Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng, cũng như kết quả khóa luận của mình

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019

Học Viên

Nguyễn Thị Hằng

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT a DANH MỤC SƠ ĐỒ b DANH MỤC HÌNH c DANH MỤC BẢNG BIỂU e

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích của đề tài 1

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 2

5 Phương pháp tiến hành nghiên cứu 2

Chương 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Graphen 3

1.1.1 Giới thiệu chung về graphen 3

1.1.2 Một số tính chất của graphen 5

1.2 Graphen oxit 7

1.2.1 Giới thiệu chung về graphen oxit (GO) 7

1.2.2 Cấu trúc graphen oxit 7

1.2.3 Tâm hoạt động của graphen và graphen oxit 9

1.2.4 Phương pháp chế tạo graphen oxit 10

1.3 Ức chế ăn mòn kim loại 10

1.3.1 Khái niệm 10

1.3.2 Phân loại ức chế ăn mòn 11

1.3.3 Ức chế ăn mòn thân thiện với môi trường 13

1.4 Nghiên cứu sử dụng axit ascorbic làm ức chế ăn mòn 16

1.4.1 Giới thiệu chung 16

1.4.2 Ứng dụng axit ascorbic làm ức chế ăn mòn 16

Chương 2: THỰC NGHIỆM 17

2.1 Dụng cụ, hóa chất 17

2.1.1 Dụng cụ 17

2.1.2 Hóa chất 17

2.2 Chế tạo graphen oxit 17

2.3 Chế tạo GO biến tính bằng axit ascobic 18

2.4 Xác định hàm lượng ASA trong GO-ASA 19

2.5 Xác định khả năng giải phóng ASA từ GO-ASA 19

2.6 Chế tạo màng polyuretan chứa GO-ASA 19

2.7 Các phương pháp nghiên cứu 20

2.7.1 Phương pháp phổ hồng ngoại 20

2.7.2 Phương pháp phổ tử ngoại khả kiến (UV-Vis) 21

2.7.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) 23

2.7.4 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) 23

2.7.5 Phương pháp tổng trở điện hóa 24

2.7.6 Thử nghiệm mù muối 27

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 28

3.1 Phân tích cấu trúc của graphen oxit biến tính bằng axit ascobic 28

3.1.1 Phân tích cấu trúc của graphen oxit 28

3.1.2 Phân tích cấu trúc của graphen oxit biến tính bằng ascobic axit 30

3.1.3 Xác định hàm lượng axit ascobic trong graphen oxit biến tính 32

3.2 Nghiên cứu sự giải phóng axit ascobic từ graphen oxit biến tính 34

3.2.1 Ảnh hưởng của nồng độ NaCl đến khả năng giải phóng axit ascobic 35

3.2.2 Ảnh hưởng của pH dung dịch đến khả năng giải phóng axit ascobic 38

3.3 Đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng polyuretan chứa GO-ASA 41

3.3.1.Đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn của màng màng polyuretan chứa GO-ASA bằng phổ tổng trở 41

3.3.2 Đánh giá độ bền ăn mòn bằng thử nghiệm mù muối 45

KẾT LUẬN 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO 49

PU polyuretan

DI nước khử ion

IR phổ hồng ngoại UV-Vis phổ tử ngoại khả kiến XRD nhiễu xạ tia X

CVD phương pháp lắng đọng hơi SEM phương pháp kính hiển vi điện tử quét

DANH MỤC SƠ ĐỒ

Sơ đồ 2.1 Tổng hợp graphen oxit 18

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Than chì là tập hợp của các mặt phẳng graphene hình lục giác 3

Hình 1.2: Ba dạng thù hình của cacbon là fulleren, ống nano cacbon và than chì (lần lượt từ trái qua phải) được hình thành từ các tấm graphen 4

Hình 1.3: Cấu trúc graphen 4

Hình 1.4: Cấu trúc đề xuất của GO bởi các nhà nghiên cứu khác nhau 8

Hình 1.5: Cấu trúc của một số chất ức chế ăn mòn bay hơi 14

Hình 1.6: Cấu trúc hóa học của axit ascobic 16

Hình 2.1: Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi màng sơn ngăn cách hoàn toàn kim loại khỏi dung dịch điện ly 26

Hình 2.2: Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi dung dịch điện li ngấm vào màng sơn nhưng chưa tiếp xúc với bề mặt kim loại 26

Hình 2.3: Sơ đồ mạch điện và phổ tổng trở khi dung dịch điện li tiếp xúc với bề mặt kim loại 26

Hình 3.1: Phổ hồng ngoại của GO 29

Hình 3.2: Ảnh SEM của GO 29

Hình 3.3: Giản đồ XRD của GP và GO 30

Hình 3.4: Phổ hồng ngoại của GO-ASA 30

Hình 3.5: Giản đồ XRD của GO-ASA và GO 31

Hình 3.6: Ảnh SEM của GO-ASA 32

Hình 3.7: Phổ UV-Vis của dung dịch chứa ASA ở các nồng độ khác nhau 33

Hình 3.8: Đường chuẩn biểu diễn mối quan hệ giữa nồng độ và cường độ hấp thụ của dung dịch 34

Hình 3.9: Tỉ lệ phần trăm ASA giải phóng vào nước cất tại các thời gian ngâm khác nhau 36

Hình 3.10: Tỉ lệ phần trăm ASA giải phóng vào dung dịch NaCl 0.1M tại các thời gian ngâm khác nhau 36

Hình 3.11: Tỉ lệ phần trăm ASA giải phóng vào dung dịch NaCl 0,5M tại

các thời gian ngâm khác nhau 38

Hình 3.12: Tỉ lệ phần trăm ASA giải phóng vào dung dịch NaCl 0,1M có pH=5 tại các thời gian ngâm khác nhau 39

Hình 3.13: Tỉ lệ phần trăm ASA giải phóng vào dung dịch NaCl 0,1M có pH=10 tại các thời gian ngâm khác nhau 40

Hình 3.14: Phổ tổng trở của các màng sơn sau 1 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 42

Hình 3.15: Phổ tổng trở của các màng sơn sau 7 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 43

Hình 3.16: Phổ tổng trở của các màng sơn sau 14 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 44

Hình 3.17: Sự thay đổi giá trị Z100 mHz của các màng sơn theo thời gian thử nghiệm 45

Hình 3.18: Ảnh chụp các mẫu trước khi thử nghiệm mù muối 46

Hình 3.19: Ảnh chụp sau 48 giờ thử nghiệm mù muối của các mẫu 47

Hình 3.20: Ảnh chụp sau 144 giờ thử nghiệm mù muối của các mẫu 47

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1: Hiệu suất ức chế ăn mòn thép trong hệ thống nước làm mát của

một số axit hữu cơ ở nồng độ 20 ppm 15

Bảng 3.1: Các pic đặc trưng và liên kết tương ứng của GO 28

Bảng 3.2: Các pic đặc trưng và liên kết tương ứng của GO-ASA 31

Bảng 3.3: Cường độ hấp thụ của các dung dịch 33

Bảng 3.4: Cường độ hấp thụ ASA xác định từ phổ UV-Vis, sử nhả ASA trong nước cất tại các thời gian ngâm khác nhau 35

Bảng 3.5: Cường độ hấp thụ ASA xác định từ phổ UV-Vis, sử nhả ASA trong dung dịch NaCl 0,1 M tại các thời gian ngâm khác nhau 37

Bảng 3.6: Cường độ hấp thụ ASA xác định từ phổ UV-Vis, sự nhả ASA trong dung dịch NaCl 0.5M tại các thời gian ngâm khác nhau 37

Bảng 3.7: Cường độ hấp thụ ASA xác định từ phổ UV-Vis, sự nhả ASA trong dung dịch NaCl 0,1M có pH=5 tại các thời gian ngâm khác nhau 39

Bảng 3.8: Cường độ hấp thụ ASA xác định từ phổ UV-Vis, sự nhả ASA trong dung dịch NaCl 0,1M có pH=10 tại các thời gian ngâm khác nhau 40

Bảng 3.9 Giá trị Z107 mHz của các màng sơn sau 1 ngày,7 ngày và 14 ngày ngâm trong dung dịch NaCl 3% 45

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Ăn mòn kim loại gây ra những thiệt hại vô cùng nghiêm trọng, vì vậy chống ăn mòn kim loại là công việc hết sức quan trọng Có nhiều phương pháp bảo vệ, nhưng lớp phủ bảo vệ hữu cơ được sử dụng rộng rãi do giá thành rẻ và

dễ thi công Graphen là lớp đơn các nguyên tử cacbon sắp xếp theo mạng lục giác, có các tính chất nhiệt, cơ và tính chất điện đặc biệt, vì vậy graphene được nghiên cứu ứng dụng làm phụ gia cho polymer nanocompozit để gia cường các tính chất của vật liệu Graphen và graphen oxit (GO), có tác dụng gia cường tính chất cơ lý, tính chất nhiệt và khả năng che chắn của lớp phủ hữu cơ Trong những năm gẫn đây, để giảm thiểu ô nhiễm môi trường, các chất ức chế ăn mòn hữu cơ được sử dụng trong màng sơn để thay thế các chất

ức chế độc hại Tuy nhiên khi sử dụng trực tiếp trong màng sơn các chất ức chế hữu cơ có thế tác dụng với các chất tạo màng, làm giảm hiệu quả ức chế, hoặc gây ảnh hưởng đến mạng liên kết của lớp phủ Vì vậy các chất ức chế ăn mòn hữu cơ thường được hấp phụ lên các chất mang vô cơ trước khi đưa vào màng sơn

Nhằm kết hợp các tính chất gia cường của GO và ức chế ăn mòn hữu

cơ, GO biến tính hữu cơ được quan tâm nghiên cứu trong lớp phủ hữu cơ Việc nghiên cứu cấu trúc của GO biến tính , xác định hàm lượng ức chế hữu

cơ trong GO biến tính và các khả năng tương tác với nền thép của chúng là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu Xuất phát từ yêu cầu thực tế nhằm góp phần tạo ra các phụ gia mang ức chế ăn mòn thân thiện môi trường trên

cơ sở grpahen oxit, tôi chọn và thực hiện đề tài: ―Phân tích đặc trưng cấu trúc, tính chất của graphen oxit biến tính‖

2 Mục đích của đề tài

Xác định được hình thái cấu trúc của graphen oxit biến tính, khả năng

3 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là graphen oxit (GO) mang ức chế ăn mòn Đề tài tập trung nghiên cứu cấu trúc của graphen oxit biến tính, khả năng nhả ức chế của GO biến tính và ứng dụng trong lớp phủ polyuretan

4 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Phân tích cấu trúc, tính chất của GO biến tính bằng axit ascobic

1 Phân tích cấu trúc của GO biến tính

2 Xác định hàm lượng ức chế trong GO biến tính

3 Nghiên cứu sự giải phóng ức chế từ GO biến tính trong các môi trường khác nhau

4 Chế tạo và đánh giá khả năng bảo vệ chống ăn mòn của lớp phủ polyuretan chứa GO biến tính

5 Phương pháp tiến hành nghiên cứu

1- Phương pháp nghiên cứu tài liệu

Tổng quan tài liệu về vấn đề nghiên cứu ở trong nước và trên thế giới 2- Phương pháp phân tích

+ Cấu trúc của GO biến tính được phân tích bằng phổ hồng ngoại, kính hiển vi điện tử quét và nhiễu xạ tia X

+ Khả năng nhả ức chế của GO biến tính được xác định bằng phổ tử ngoại khả kiến

3- Phương pháp xử lý số liệu

Sử dụng các thuật toán thông kê trên Excel để tính toán kết quả phân tích

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Graphen

1.1.1 Giới thiệu chung về graphen

Graphen là tấm phẳng dày gồm một lớp nguyên tử cacbon với liên kết

sp2 được bó thành mạng hình tổ ong hai chiều (2D), là khối căn bản cho các vật chất kiểu than chì bất chấp số chiều

Tên gọi của graphen được ghép từ "graphit" (than chì) và hậu tố "-en" (tiếng Anh là "-ene"); trong đó chính than chì là do nhiều tấm graphen ghép lại

Graphen có thể được bọc lại tạo thành những fulleren 0D, hay cuộn lại thành ống nanô cacbon 1D hoặc xếp thành than chì 3D Chiều dài liên kết cacbon-cacbon trong graphen khoảng 0,142 nm

Hình 1.1: Than chì là tập hợp của các mặt phẳng graphene hình lục giác

Graphen là phần tử cấu trúc cơ bản của một số dạng thù hình như than chì, ống nanô cacbon và fulleren

Hình 1.2: Ba dạng thù hình của cacbon là fulleren, ống nano cacbon và than

chì (lần lượt từ trái qua phải) được hình thành từ các tấm graphen

Màng graphen được tạo thành từ nguyên tử cacbon sắp xếp theo cấu trúc lục giác trên cùng một mặt phẳng, hay gọi là cấu trúc tổ ong Trong đó, mỗi nguyên tử cacbon liên kết với ba nguyên tử cacbon gần nhất bằng liên kết , hay trạng thái lai hóa sp2, đặc trưng cho mức độ bền vững của cấu trúc phẳng của màng graphen theo nguyên lý Pauli Obitan p nằm vuông góc với cấu trúc phẳng của màng, xen phủ bên hình thành liên kết , với mức năng lượng chưa được lấp đầy được gọi là các obitan không định xứ Màng graphen đóng vai trò quan trọng trong hình thành nên các tính chất điện khác thường của graphen

Hình 1.3: Cấu trúc graphen

Năm 2010, hai nhà khoa học Andrei Geim và Konstantin Sergeevich Novoselov khám phá ra graphen đã được trao Giải Nobel Vật lý

Do graphen có cấu trúc độc đáo, tính chất vượt trội, chí phí sản xuất graphen thấp hơn so với vật liệu nano cacbon khác nên ngày càng được nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khác nhau như linh kiện điện tử, vật liệu cảm ứng, vật liệu xúc tác, xúc tác quang học, tế bào năng lượng mặt trời, tăng cường tia Raman, tổng hợp hình ảnh phân tử và ứng dụng trong y học

Có nhiều phương pháp tổng hợp graphen, từ đơn giản như khử nhiệt, hóa chất cho đến phức tạp như các phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD)… Gần đây có nhiều nghiên cứu việc kết hợp khử trong tổng hợp graphene bước đầu cho thấy những kết quả khả quan trong việc bổ sung hiệu quả cho nhau nhất là theo con đường tổng hợp graphene trong pha lỏng [1]

Trong đó có thể thấy gia nhiệt được chứng minh là có hiệu quả trong việc khử các nhóm hydroxyl, carboxyl [2] hoặc tác nhân hydrazine với các nhóm epoxy [3] trên bề mặt graphene oxide

1.1.2 Một số tính chất của graphen [2- 4]

1.1.2.1 Graphen là vật liệu mỏng nhất trong tất cả các vật liệu

Graphen là vật liệu rất mỏng, dày bằng một phần triệu của giấy in báo thông thường và bằng 1/200000 sợi tóc Mắt người không thể quan sát được màng graphen, chỉ có kính hiển vi điện tử tối tân mới quan sát dược độ dày của màng Ta có màng graphen dày gấp 100 lần nguyên tử cacbon màu vàng,

30 - 40 lần lớp màu xanh lơ, 10 lần lớp màu hồng và graphen màu hồng rất nhạt, một màng graphen trong suốt chỉ dày bằng một nguyên tử khi quan sát dưới kinh hiển vi

1.1.2.2 Độ bền cơ học của graphen

Sức bền nội tại là sức căng lớn nhất mà một chất nguyên khối có thể chịu được trước khi tất cả các nguyên tử trong một tiết diện cho trước bị kéo

ra khỏi nhau đồng thời

Khi ấn lõm màng graphen bằng một kính hiển vi lực nguyên tử có đầu nhọn kim cương với bán kính 20nm Phản ứng lực dịch chuyển của màng graphen đơn lớp giúp xác định tính chất đàn hồi của màng graphen Để tính được sức bền nội tại của graphen ta dựa vào lực mà tại đó màng bị vỡ và phân

bố thống kê lực phá vỡ của nhiều màng Màng này không có khiếm khuyết vì chúng quá nhỏ Do đó sức bền nội tại của graphen được coi là một ―giới hạn trên‖ cho sức bền của vật liệu - giống như kim cương là cứng nhất

Từ kết quả trên cho thấy graphen bền hơn thép 200 lần Một sợi dây thép dài 28km sẽ tự đứt nếu được treo theo phương thẳng đứng, trong khi một sợi graphen chỉ đứt trong điều kiện tương tự khi ở độ dài trên 1000 km

1.1.2.3 Độ cứng của graphen

Graphen có cấu trúc bền vững, ở cả nhiệt độ thường Độ cứng của graphen ―lệch khỏi biểu đồ‖ so với các chất liệu khác do nhờ liên kết cacbon - cacbon trong graphen và sự không có mặt của bất cứ khiểm khuyết nào trong

độ căng cao nhất của màng graphen Ngày nay, các nhà nghiên cứu đã đo được độ cứng thực chất của graphen, đặc biệt là nghiên cứu của hai giáo sư cơ khí Jeffrey Kysar và James Hone thuộc trường Đại học Columbia và họ khẳng định đây là loại vật liệu cứng nhất từng được kiểm tra

1.1.2.4 Độ mềm dẻo của graphen

Graphen có cấu trúc mềm dẻo, có thể bẻ cong, gập hay cuộn lại, có nhiều đặc tính ống nano, graphen dễ chế tạo và dễ thay đổi đặc tính hơn ống nano nên được sử dụng nhiều trong việc chế tạo các vật dụng cần các chất liệu tinh vi, dẻo, dễ uốn Các nhà Vật lý sử dụng graphen trong phòng thí nghiệm để chế tạo chất dẫn và thử nghiệm các hiện tượng lượng tử ở nhiệt độ bình thường

1.1.2.5 Ứng dụng của graphen[5,6]

- Dây dẫn và điện cực trong suốt: Graphene là vật liệu trong suốt và có tính dẫn điện tốt nên được dùng làm dây dẫn trong suốt trong các tấm pin mặt trời và các thiết bị điện tử gia dụng khác

- Chip máy tính: Các nhà nghiên cứu đã tạo ra được chiếc bóng bán dẫn nhỏ nhất trên thế giới, có bề dày chỉ bằng một nguyên tử và rộng bằng 10 nguyên tử từ Graphene Và về bản chất là một công tắc bật tắt, là thiết bị quan trọng của một bảng vi mạch, là nền tảng của bất cứ thiết bị điện tử nào

- Màn hình ti vi cảm ứng: Các nhà nghiên cứu người Anh đã chế tạo ra một màn hình tinh thể lỏng tí hon bằng cách sử dụng Graphene

- Ứng dụng trong cảm biến: Graphene được sử dụng trong các cảm biến khí, cảm biến sinh học Nguyên lý hoạt động dựa trên sự thay đổi độ dẫn của graphene khi hấp thụ các nguyên tử, phân tử lên bề mặt của nó

1.2 Graphen oxit

1.2.1 Giới thiệu chung về graphen oxit (GO)

Graphen oxit (GO) là một dạng biến đổi của graphen, nguyên tử cacbon lai hóa sp2 trong graphen bị oxi hóa lên cacbon sp3, xuất hiện các nhóm chức

bề mặt như -COOH, -OH, -C-O-C-, -C=O,…

GO là một chất rắn màu nâu xám với tỉ lệ C:O trong khoảng 2:1 và 2:9

có khả năng phân tán tốt trong nước và nhiều dung môi khác GO được tổng hợp cách đây hơn 150 năm bằng cách oxi hóa than chì nhờ tác nhân oxi hóa mạnh là KClO3 và HNO3 và đến năm 2004, được gọi là graphen oxit

Graphen oxit là một đơn lớp của oxit graphit (cũng tương tự như graphen là đơn lớp của graphit) Graphen oxit có tính chất cơ bản giống như graphen, vì vậy nó được nghiên cứu làm chất hấp phụ loại bỏ các chất gây ô nhiễm môi trường nước

1.2.2 Cấu trúc graphen oxit

Cấu trúc của GO phụ thuộc vào phương pháp tổng hợp và có nhiều cấu trúc được đưa ra bởi nhiều nhà nghiên cứu, trong đó mô hình của Lerf-Klinowski phổ biến nhất [7]

Hình 1.4: Cấu trúc đề xuất của GO bởi các nhà nghiên cứu khác nhau

Graphit sau khi bị oxi hóa, trên mặt phẳng các lớp có chứa các nhóm hydroxyl, epoxy và trên các góc mặt phẳng hình thành các nhóm cacbonyl hoặc cacboxylic

Năm 2013, Ayrat M và cộng sự đã đề xuất một mô hình GO mới, tên gọi là DSM (Dynamic Structural Model) [8] Trong GO, các nhóm chức mới liên tục phát triển và biến đổi Động lực của quá trình biến đổi là sự tích tụ điện tích âm trên lớp GO, được ổn định bằng sự cộng hưởng và hình thành của một lớp điện tích kép

Các vòng thơm, nối đôi, nhóm epoxy nằm trên mạng lưới cacbon gần như phẳng, còn cacbon nối với nhóm –OH hơi lệch so với cấu trúc tứ diện làm cho cấu trúc lớp hơi cong Lực đẩy giữa các lớp và nhóm chức có oxi tích điện tích âm làm cho GO ưa nước và trương được nước Diện tích GO tăng lên so với graphen do tạo liên kết hydro giữa các nhóm hydroxyl, epoxi và nước của các lớp graphen oxit (tăng 0,65 - 0,75 nm so với 0,34 nm, được xác định thông qua giản đồ XRD) [9]

Độ dày của đơn lớp tấm GO xấp xỉ 1- 2 nm [8], xấp xỉ 4 lần độ dày của một lớp graphen 0,34nm[10] Điểm đẳng điện pHpzc = 3,9, điện tích bề mặt GO trong nước mang điện tích âm và GO là chất ưa nước kỵ dầu [11]

1.2.3 Tâm hoạt động của graphen và graphen oxit

Hợp chất hữu cơ được hấp phụ trên các hạt nano hay vật liệu cấu trúc nano qua các tương tác sau: tương tác điện tử, liên kết hydro, sự xếp chồng liên kết π- π, lực phân tán, liên kết cho - nhận và hiệu ứng kị nước

Graphen có vai trò trong hình thành liên kết tương tác π- π của sự chồng xếp với một số chất hữu cơ có chứa vòng thơm do có tương tác điện tử

π bất đối xứng đóng Tương tác cation - π cũng đóng góp vào quá trình hấp phụ Tương tác này bị chi phối bởi sự phân cực cation, lực tĩnh điện giữa các cation và cấu trúc điện tử aromatic giàu electron π

GO có nhiều nhóm chức nên sự hình thành các liên kết hydro hoặc sự tương tác điện tử với các hợp chất hữu cơ có chứa oxy và nitơ Các nhóm chức chứa oxy phân cực của GO làm cho vật liệu ưa nước GO phân tán tốt trong nước và có thể bị tách lớp trong nhiều loại dung môi [12] Nhóm chức hoạt động như cacbonyl, epoxy, hydroxyl trên bề mặt của tương tác với các phân tử nằm trên bề mặt biến tính, có thể liên kết với các ion kim loại nặng có mặt trong dung dịch thông qua phức bề mặt, hoặc tương tác tĩnh điện giữa bề mặt âm GO và các cation kim loại, chất mầu… Nên được sử dụng để tách các ion từ dung dịch [13]

Quá trình hấp phụ các ion kim loại và hợp chất hữu cơ trên graphen và

GO thường phụ thuộc nhiều vào pH và bản chất của các chất hữu cơ (số vòng thơm trong cấu trúc) [8,14] pH thấp thuận lợi cho ion hóa của các nhóm chức chứa oxi trên bề mặt GO Tương tác tĩnh điện giữa ion kim loại và GO mạnh hơn do điện tích trên bề mặt GO âm pH cao, hình thành kết tủa các hyđroxit kim loại hoặc nhóm anion chiếm ưu thế, xảy ra hiệu ứng đẩy giữa anion và bề mặt GO Vì vậy, tìm giá trị pH tối ưu nâng cao hiệu quả của quá trình hấp phụ

1.2.4 Phương pháp chế tạo graphen oxit

Dựa trên cơ sở oxy hóa graphit bằng các tác nhân khác nhau, tạo thành cấu trúc có chứa nhóm phân cực –OH, người ta chia thành ba phương pháp chính Bao gồm phương pháp: Brodie, Staudenmaier và Hummers

Phương pháp Brodie và Staudenmaier là sự kết hợp của kali clorat (KClO3) và axit nitric (HNO3) để oxy hóa graphite Phương pháp Hummer xử

lý graphen bằng kali pemanganat (KMnO4) và axit sunfuric (H2SO4)

Phương pháp Brodie là phương pháp phân tích nguyên tố, sản phẩm cuối cùng có công thức C11H4O5, có tính axit yếu, phân tán trong môi trường kiềm, cấu trúc không hoàn hảo Phương pháp đơn giản dễ thực hiện, nhưng tốn nhiều hóa chất để rửa sản phẩm

Phương pháp Staudenmaier có sự thay đổi so với phương pháp Brodie khi sử dụng hỗn hợp axit sulfuric đặc và axít nitric đặc Sau đó thêm từ từ kali clorat vào hỗn hợp làm tăng mức độ oxi hóa của GO, nhưng thời gian phản ứng lâu và nguy hiểm do KClO3 là chất dễ nổ và sản phẩm khí clo dioxit cũng

là một hợp gây cháy nổ

Phương pháp Hummers sử dụng hỗn hợp H2SO4, NaNO3 và KMnO4 , sản phẩm GO có mức độ oxi hóa cao hơn Quá trình oxi hóa GO là không hoàn toàn Phương pháp này an toàn, graphen oxit tạo ra có hiệu suất cao, nhưng có nhiều giai đoạn

Nhóm nghiên cứu của Giáo sư Tour tại Đại học Rice ( Mỹ) đã đưa ra phương pháp mới so với phương pháp Hummers là không sử dụng NaNO3, tăng lượng KMnO4 và axit photphoric (H3PO4) và sản phẩm thu được có sự oxi hóa cao được gọi là phương pháp Tour, công bố năm 2010 Ưu điểm của phương pháp này không tạo ra khí độc hại như NO2, N2O4 và quá trình tổng hợp này thân thiện với môi trường

1.3 Ức chế ăn mòn kim loại

1.3.1 Khái niệm

Ức chế ăn mòn theo định nghĩa của ISO là ―hợp chất hoá học làm giảm tốc độ ăn mòn khi có mặt trong hệ ở nồng độ thích hợp mà không làm thay

đổi đáng kể nồng độ của các thành phần khác‖ [15] Do đó các chất hoá học đưa thêm vào môi trường với mục đích giảm thiệt hại do ăn mòn bằng cách thay đổi pH hoặc giảm nồng độ ôxi sẽ không phải là chất ức chế

Để ngăn quá trình ăn mòn có hiệu quả, chất ức chế phải có mặt ở nồng

độ nhất định Nồng độ này phụ thuộc vào: bản chất kim loại, điều kiện bề mặt, nhiệt độ, điều kiện thông thoáng của môi trường, thành phần môi trường,

sự có mặt của các vi sinh vật, hiệu suất trao đổi nhiệt, sự có mặt hoặc sự tiếp xúc với các kim loại khác hoặc chất dẫn (ví dụ như các bon), sự có mặt của các vết nứt, sự có mặt của các tác động cơ học, như rung, mỏi

Một chất là ức chế ăn mòn của một kim loại này có thể không có tác dụng, thậm chí còn có thể làm tăng quá trình ăn mòn của kim loại khác Do

đó chất ức chế ăn mòn phải được đánh giá theo bản chất của kim loại và môi trường cụ thể mà nó hoạt động

Ức chế ăn mòn thân thiện môi trường là các chất không chứa kim loại nặng, không độc hại, có thể là chất vô cơ hay hữu cơ

1.3.2 Phân loại ức chế ăn mòn [16]

Ta có thể phân loại các chất ức chế ăn mòn theo:

Môi trường sử dụng

Phản ứng nó ức chế

Cơ chế hoạt động

a/ Phân loại theo môi trường sử dụng

 Trong môi trường nước, ta phân ra 2 loại: các chất ức chế cho môi trường axit thường được sử dụng để tránh các phá huỷ hoá học thép trong quá trình tẩy kim loại Các chất ức chế cho môi trường trung tính sử dụng để bảo

vệ hệ thống nước làm lạnh

 Trong môi trường hữu cơ, người ta thường phải sử dụng lượng lớn

ức chế ăn mòn như trong mô tơ, trong xăng Thực tế các chất lỏng đều chứa một lượng nhỏ nước có thể gây ăn mòn Các chất ức chế ăn mòn sử dụng

 Trong môi trường khí, ức chế ăn mòn nói chung được sử dụng để bảo vệ tạm thời các vật bao gói trong quá trình vận chuyển hoặc bảo quản như: thiết bị chính xác, linh kiện điện tử Các chất ức chế này chủ yếu là các các hợp chất hữu cơ có áp suất hơi cao, ví dụ như một số amin, chúng có thể hấp phụ trên

bề mặt kim loại và bảo vệ chống ăn mòn cho kim loại trong khí quyển

b/ Phân loại theo phản ứng điện hoá

Ta có thể chia ức chế ăn mòn làm 3 loại theo ảnh hưởng của của chúng đến phản ứng điện hoá cục bộ :

 Ức chế anôt, làm chậm lại hoặc dừng phản ứng ôxi hoá kim loại Nó làm giảm mật độ dòng anôt và dịch điện thế ăn mòn về phía dương Chất ức chế anôt phải được sử dụng ở nồng độ cần thiết, vì bề mặt anôt có kích thước nhỏ hơn bề mặt catôt, do đó quá trình ăn mòn sẽ xảy ra mạnh ở vùng không được bảo vệ, và sẽ có ăn mòn điểm

 Ức chế catôt, ngược lại với ức chế anôt, ức chế catôt hoạt động ở vùng catôt trong hệ ăn mòn điện hoá Nó ngăn chặn sự dịch chuyển các điện

tử do đó làm giảm quá trình ăn mòn Tất cả các chất làm giảm phản ứng cục

bộ catôt đều thuộc loại ức chế này

 Ức chế hỗn hợp làm giảm tốc độ của cả phản ứng cục bộ anôt và catôt, nhưng ít biến đổi điện thế ăn mòn

c/ Phân loại theo cơ chế hoạt động

 Ức chế do hấp phụ: Các chất ức chế này ngăn cản tác động của môi trường xâm thực bằng cách bám lên bề mặt kim loại Quá trình ăn mòn bị chậm lại do sự hấp phụ này Mức độ ức chế do đó phụ thuộc vào sự cân bằng giữa phần hoà tan và hấp phụ lên kim loại Cơ chế này đặc biệt quan trọng trong môi trường axít Sự bám lên kim loại được thực hiện do các nhóm chức của chất ức chế Các chất ức chế hấp phụ hoá học cho hiệu quả bảo vệ cao hơn các chất hấp phụ vật lý do các lực tĩnh điện

 Ức chế do thụ động: một số chất ức chế ôxi hoá tạo nên màng thụ động rộng trên bề mặt kim loại và làm giảm tốc độ ăn mòn Nó hoàn thiện lớp

ôxit tạo thành tự nhiên trên bề mặt kim loại, ở đây các chất ức chế hấp phụ vào các lỗ rỗ của lớp ôxít, lấp đầy chúng và khử

 Ức chế do kết tủa lên bề mặt : Một số chất ức chế tạo lớp màng trên

bề mặt do kết tủa các muối vô cơ hoặc phức hữu cơ ít tan Màng này ngăn cản ôxi và ít nhiều ngăn quá trình tan anôt

 Ức chế do loại trừ các chất gây ăn mòn : chất ức chế này chỉ áp dụng cho trường hợp hệ khép kín, chủ yếu trong các hệ thống nước nóng khép kín của nhà máy nhiệt điện Một lượng chất ức chế rất nhỏ được đưa vào nước đã được khử khí và ion trước để loại bỏ ôxi và ngăn chặn quá trình ăn mòn

1.3.3 Ức chế ăn mòn thân thiện với môi trường

Chất ức chế hữu cơ thường chứa các nguyên tử như O , N , S trong phân tử, chúng có mật độ điện tử cao và do đó có khả năng ức chế ăn mòn O,

N, và S là các trung tâm hoạt động cho quá trình hấp phụ trên bề mặt kim loại Hiệu quả ức chế có thể được sắp xếp theo thứ tự sau: O < N < S < P Sử dụng các hợp chất hữu cơ có chứa oxy, lưu huỳnh, và đặc biệt là nitơ để ức chế ăn mòn thép đã được nghiên cứu nhiều Các kết quả công bố cho thấy chất ức chế hữu cơ hấp thụ trên bề mặt kim loại bằng thay thế các phân tử nước trên bề mặt và tạo thành một rào cản khít chặt Các đôi điện tử tự do và các điện tử P trong các phân tử chất ức chế dễ dàng chuyển từ các chất ức chế đến kim loại Một liên kết hóa trị liên quan đến chuyển giao của các electron

từ chất ức chế với kim loại bề mặt có thể được hình thành Sự hấp phụ hóa học phụ thuộc vào mật độ điện tử trên nguyên tử của chất cho của các nhóm chức và cũng như độ phân cực của nhóm chức Khi một nguyên tử hydro kiên kết với cacbon trong vòng được thay thế bởi một nhóm nhóm thế (- NH2 , -

NO2, -CHO , hoặc - COOH ) nó làm tăng khả năng ức chế Mật độ điện tử trong kim loại thay đổi khi có hấp phụ hóa học, do đó làm chậm các phản ứng

ăn mòn Hiệu suất của một chất ức chế hữu cơ phụ thuộc vào cấu trúc hóa học

và tính chất hóa lý của các hợp chất như nhóm chức nãng, mật độ điện tử tại

a/ Các hợp chất amin

Các chất ức chế ăn mòn chứa nitơ được nghiên cứu nhiều là các chất amin, trong các amin người ta sử dụng các amin có trọng lượng phân tử thấp hơn 300 như amôniac, hydrazin, alkyamin (với mạch cacbuahydro C1-C4), morpholin, benzylamin, cyclohexamin, alcanoamin hay các muối thu được bằng trung hoà bởi các axit aminphotphonic Người ta cũng sử dụng các alkylamin béo C12-C22 như laurylamin, stearylamin và các muối của nó để làm các chất ức chế ăn mòn hữu cơ

Một số hợp chất amin được sử dụng làm chất ức chế bay hơi [17] như dimetylanilin (DMA), cyclohexylamin, hexametylenimin, morpholin (Hình 1.5) Hiệu suất ức chế ăn mòn thép của các chất ức chế ăn mòn thép trong điều kiện khí quyển khá cao, đạt 96-98%

Hình 1.5: Cấu trúc của một số chất ức chế ăn mòn bay hơi

Cơ chế hoạt động của các chất ức chế này như sau:

- Hơi bão hòa của các chất ức chế làm giảm độ ẩm tương đối xuống thấp hơn giá trị tới hạn

- Làm kiềm hóa môi trường đưa pH về vùng mà ăn mòn rất thấp

- Giảm mật độ dòng ăn mòn về giá trị thấp nhất bằng làm cho bề mặt kim loại trở nên kị nước, ngăn các phản ứng của kim loại với môi trường

Hiệu xuất ức chế ăn mòn thép của các chất trên được sắp xếp theo thứ tự sau: Cyclohexyl amin > Hexamethylene imin > Morpholin > N-N-dimethyl anilin

b/ Axit hữu cơ

Axit hữu cơ là các chất ức chế ăn mòn thân thiện môi trường, nó được

sử dụng là ức chế ăn mòn cho đồng, thép, hợp kim nhôm, magie [18-22] Khả năng ức chế ăn mòn của nó phụ thuộc vào độ dài mạch cacbuahydro [23-24] Trong môi trường nước nó có thể phản ứng với bề mặt kim loại để tạo thành các liên kết cacboxylat [25] Hiệu xuất ức chế ăn mòn của một số axit được trình bày trong bảng 2 [26]

Bảng 1.1: Hiệu suất ức chế ăn mòn thép trong hệ thống nước làm mát của

một số axit hữu cơ ở nồng độ 20 ppm

Một số axit hữu cơ sử dụng kết hợp với các ion Zn2+ cho hiệu quả bảo

vệ chống ăn mòn cao hơn hẳn như axit succinic, axit adipic [27,28] Hiệu suất

ức chế đạt 93% với hỗn hợp axit succinic (nồng độ 250 pm) và Zn2+

(50 ppm) Trong khi hiệu suất ức chế của axit succinic ở nồng độ 250 pm là 50%

và hiệu suất ức chế của Zn2+ ở nồng độ 50 ppm là 17% Các kết quả phân tích

bề mặt cho thấy lớp bảo vệ tạo thành trên bề mặt thép gồm phức của Fe2+ và axit oxalic và Zn(OH)2 [27] Tương tự hiệu suất ức chế của hỗn hợp 50 ppm axit adipic và 50 ppm Zn2+ đạt 95% Kết quả đo tổng trở và phân tích hồng ngoại đã khẳng định có lớp phủ bảo vệ tạo thành trên bề mặt thép gồm phức

1.4 Nghiên cứu sử dụng axit ascorbic làm ức chế ăn mòn

1.4.1 Giới thiệu chung

Axit ascorbic có tên khoa học là dihydroxy-2(5H)-furanone, tên khác là vitamin C hay axit L-ascorbic, được tìm thấy nhiều nhất trong trái cây Cấu trúc của axit ascobic được trình bày trong hình 1.6

5-(1,2-Dihydroxyethyl)-3,4-Hình 1.6: Cấu trúc hóa học của axit ascobic

1.4.2 Ứng dụng axit ascorbic làm ức chế ăn mòn

Ứng dụng axit ascorbic (ASA) như chất ức chế ăn mòn thân thiện với môi trường, giá rẻ được nghiên cứu thép trong môi trường axit [29,30] và trung tính [31,32] Hiệu ứng ASA đối với sự ăn mòn của thép nhẹ trong dung dịch pH = 2 - 6 đã được nghiên cứu bởi Ferreira et al [29] và ASA được chứng minh là hoạt động như một chất ức chế loại hỗn hợp Goncalves et al cho thấy ASA có tác dụng làm giảm mật độ dòng anot do hấp phụ lên bề mặt ngăn cản quá trình hấp phụ nước của lớp oxit Sekine và cộng sự [31] đã thử nghiệm tác dụng của một số vitamin trong dung dịch NaCl w = 0,3% và cho thấy rằng ASA có tác dụng ức chế tốt nhất Cơ chế ức chế ăn mòn được coi là

do sự hấp thụ hóa học của các phân tử ASA tuân theo đường đẳng nhiệt hấp phụ Langmuir Hiệu ứng ức chế giảm ở nồng độ cao hơn do sự hình thành của sắt chelate dẫn tăng quá trình ăn mòn thép

Chương 2 THỰC NGHIỆM 2.1 Dụng cụ, hóa chất

2.2 Chế tạo graphen oxit

Graphit tự nhiên được xử lý trong môi trường CO2 siêu tới hạn tại nhiệt độ 50oC, áp suất 150 atm để tiến hành tách lớp nhằm tạo nguyên liệu (GP) cho quá trình tổng hợp GO [33,34] Graphen oxit (GO) được tổng hợp từ graphit đã được xử lý bằng phương pháp Hummer kèm theo một số thay đổi [35]

Sơ đồ 2.1 Tổng hợp graphen oxit

GO được tổng tợp theo quy trình sau: 50 mL H2SO4 đậm đặc được đưa vào trong bình cầu 2 cổ, thể tích 500 mL, được đặt trong bể lạnh 2ºC Sau đó

2 g graphit tự nhiên và 7 g KMnO4 được đưa lần lượt vào bình phản ứng, nhiệt độ được giữ ổn định tại 2ºC kết hợp với khuấy từ với tốc độ 500 vòng/phút trong vòng 30 phút Tiến hành điều chỉnh nhiệt độ lên 35ºC và giữ

ổn định trong vòng 2 giờ tiếp theo, sau đó thêm 300 mL nước khử ion (DI) vào hệ phản ứng, khuấy 1 giờ Dung dịch phản ứng được xử lý với thiết bị siêu âm cao tần UP50H (Heischer) 30 KHz trong vòng 5 phút, lặp lại 2 lần Cuối cùng, H2O2 được thêm từng giọt đến khi hết bọt khí sủi lên Sản phẩm được lọc và rửa sạch với nước DI và sấy chân không tại 50ºC

2.3 Chế tạo GO biến tính bằng axit ascobic

Cân 0,05 g GO cho vào cốc với 50ml nước cất và đánh siêu âm trong

20 phút cho GO phân tán hoàn toàn trong nước Cân 0,05 g axit ascobic

(ASA) và hòa tan trong 50ml nước cất Sau đó cho hỗn hợp GO và ASA vào bình cầu 2 cổ, dung dịch có màu nâu đen Bình phản ứng được đặt trên bếp khuấy từ với tốc độ khuấy là 300 vòng/phút Ống sinh hàn được lắp để tránh

sự bốc hơi Giữ nhiệt độ phản ứng 80°C trong 4 giờ Kết thúc phản ứng, dung dịch sau phản ứng có màu đen tuyền, một lượng dư H2O2 (10ml) được cho vào phản ứng và khuấy mạnh trong 10 phút Sau đó, đem đi ly tâm 3 lần bằng nước cất và 3 lần bằng nước cất trộn cồn với tỉ lệ 4:1 để loại bỏ hoàn toàn các muối kim loại và các tạp chất Cuối cùng, đem sấy thăng hoa để thu được GO-ASA dạng bột

2.4 Xác định hàm lƣợng ASA trong GO-ASA

Cân 0,025 gam GO-ASA cho vào bình định mức 50 ml, thêm vào 1 ml HNO3 1M vào bình định mức chứa GO-ASA Sau 1 giờ thì bổ sung nước đến vạch định mức 50 ml Khuấy dung dịch trong 24 giờ, lọc và thu lấy dung dịch

để đo phổ UV-Vis Hàm lượng ASA trong mẫu GO-ASA được xác định từ nồng độ ASA trong dung dịch phá mẫu

2.5 Xác định khả năng giải phóng ASA từ GO-ASA

Sự nhả ASA từ GO-ASA được xác định trong các môi trường khác nhau: nước cất, dung dịch NaCl 0,1M và NaCl 0,5 M pha trong nước, dung dịch NaCl 0,5M có pH khác nhau (pH= 5, pH= 7 và pH=10) Cân 0,25 gam GO-ASA cho vào 500 ml nước cất hay dung dịch NaCl Khuấy dung dịch liên tục và mẫu được lấy ra, lọc và đo phổ UV- Vis theo thời gian Từ phổ UV-Vis xác định nồng độ ASA giải phóng vào dung dịch

2.6 Chế tạo màng polyuretan chứa GO-ASA

GO-ASA được phân tán trong dung môi, sau đó được phối trộn với chất tạo màng tạo thành hỗn hợp chất tạo màng/GO-ASA Chất đóng rắn được trộn vào hỗn hợp chất tạo màng/GO-ASA trước khi tiến hành tạo màng

Mẫu thép được sử dụng là thép cacbon có kích thước 10×15×0,2 cm Mẫu thép được bảo quản ngâm trong dầu Mẫu được rửa sạch dầu bằng xà

bằng nước cất, cồn tuyệt đối và sấy khô Màng sơn được tạo trên mẫu thép bằng máy tạo màng ly tâm Độ dày màng sơn sau khi khô là 30µm

2.7 Các phương pháp nghiên cứu

2.7.1 Phương pháp phổ hồng ngoại

Quang phổ hồng ngoại (IR) là một trong những phương pháp phổ phổ biến nhất được sử dụng để phân tích các hợp chất hữu cơ và vô cơ Nó đo sự hấp thụ ở các tần số khác nhau thuộc khoảng IR bởi một mẫu Phương pháp phổ hồng ngoại cho phép phân tích và xác định các nhóm chức, xác định cấu trúc hợp chất

Trong trường hợp chung, nếu phân tử có N nguyên tử, nó sẽ có 3N - 6 dao động cơ bản Thí dụ, số dao động cơ bản ở phân tử H2O là 3.3 - 6 = 3 Trong trường hợp phân tử thẳng hàng thì số dao động cơ bản sẽ là 3N - 5, chẳng hạn ở O = C = O sẽ có 3.3 – 5 = 4 dao động cơ bản, trong đó hai dao động biến dạng có năng lượng như nhau, nên có tần số như nhau và được gọi

là dao động suy biến

Đối với các phân tử phức tạp nhiều nguyên tử, số phân tử dao động tăng lên rất nhanh Các dao động trong phân tử lại tương tác với nhau làm biến đổi lẫn nhau nên chúng không còn tương ứng với tần số của những dao động cơ bản nữa Vì thế, thay cho việc phân tích tỉ mỉ tất cả các dao động cơ bản, người ta đưa vào quan niệm ―dao đồng nhóm‖ Quan niệm này xem dao động của các liên kết riêng rẽ, hoặc của các nhóm chức như độc lập với các dao động khác trong toàn phân tử (tức là dao động được coi như định vị)

Các bước chuyển mức năng lượng dao động thường khá bé, tương đương với năng lượng bức xạ hồng ngoại trong thang bức xạ điện từ Do đó người ta hay gọi phổ dao động là phổ hồng ngoại Tuy nhiên không phải bất

kỳ phân tử nào cũng có khả năng hấp thụ bức xạ hồng ngoại để cho phổ dao động mà chỉ có các phân tử khi dao động có sự thay đổi momen lưỡng cực so với trạng thái cân bằng Chính các lưỡng cực dao động này tương tác với