Chế tạo và ứng dụng ống nanô các bon trên mũi nhọn kim loại wônfram

DẠI IIỌC' Ọ l ỉ ỏ c ( Í I A I IA NỌ1 T R Ư Ờ N G DẠI H Ọ C C Ô N G N G H Ẹ PH AN NGỌC’ HÓ N G CHÉ TAO VÀ ỬNG DỤNG ĨNG NANƠ CÁC BON TRỂN MŨI NHỌN KIM LOI W NFRAM ã ô C h u y ê n n g n h : V ậ t liệ u v L i n h k iệ n n a n ỏ ( C h u y ê n n g n h đ o tạ o th í d iê m ) LUẬN V Ả N THẠC Sĩ NGƯỜI HƯỞNG DÁN KHOA HỌC; PGS TS Phan N gọc M inh Hà N ội - 2009 M ỤC LỤC L i cam đoan M ụ c lụ c D a n h m ụ c c c k ý h iệ u , c c c h v i ế t tắ t D a n h m ụ c cá c bảng D a n h m ụ c c c h ìn h v è , đ th ị M Ở ĐÀU Chương - TỐ N G Q UAN 1.1 T ổ n g q u a n v ề k ỹ th u ậ t h iể n v i q u é t đ ầ u d ò S P M 1 H iể n v i đ iệ n tử q u é t x u y ê n h ầ m H iể n v i lự c n g u y ê n t A F M H iể n v i q u a n g h ọ c tr n g g ầ n .10 T ổ n g q u a n v ề v ậ t liệ u ố n g n a n ô c c b o n 11 C c b o n v c c d n g th ù h ìn h c ủ a n ó t r o n g t ự n h iê n 11 Ố n g n a n ô c c b o n 15 M ộ t s ố t ín h c h ấ t c ủ a v ậ t liệ u ố n g n a n ô c c b o n 18 Ý tư n g s d ụ n g ố n g n a n ô c c b o n m đ ầ u d ò tr o n g h iể n v i đ iệ n t q u é t x u y ê n h ầ m S T M C h n g - T H ự C N G H IỆ M C h ế tạ o m ũ i n h ọ n w b ằ n g p h n g p h p ă n m ò n đ iệ n h ó a C s l ý t h u y ế t T h ự c n g h iệ m c h ế tạ o m ũ i n h ọ n w 2 T o x ú c tá c F e trê n đ ìn h m ù i n h ọ n w p h n g pháp m đ i ệ n C s l ý t h u y ế t 2 T h ự c n g h iệ m tạ o x ú c tá c F e T ạo ổ n g n an ô cá c bon mùi n h ọ n w c ó x ú c tác Fe 31 2.3.1 Nguyên lý tổng hợp ống nanô cácbon 31 2.3.2 Thực nghiệm tổng hợpống nanô cácbon mũi nhọn w có xúc tác Fe 32 Chiưo-ng - KẾT QUÀ VÀ THẢO LUẬN r _ \ 3.1 Kêt chê tạo mũi nhọn w băng phương pháp ăn mịn điện hóa 34 3.2 Kết tạo xúc tác Fe mùi nhọn w phương pháp mạ điện .38 3.3 Kết tổng hợp ống nanô cácbon 45 Chiương - THỬ NGHIỆM s DỤNG ÔNG NANỘ CÁC BON TRÊN MŨI NHỌN KIM LOẠI w LÀM NGUỒN PHÁT XẠ ĐIỆN TỪ VÀ ĐÀU DÒ STM 4.1 Đặc trưng phát xạ điện tử khả ứng dụng 47 4.2 Thử nghiệm ứng dụng ống nanô bon mũi nhọn kim loại w làm đầu dò STM 50 KÉT LUẬN DANH MỰC CỐNG BÓ TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ CÁI VIÉT TẤT SPM STM AFM MFM SNOM SEM TEM EDX PZT NA w CNTs SWCNT MWCNT HF-CVD Kính vi qt đầu dị Kính hiển vi điện tử quét xuyên hầm Kính hiển vi lực nguyên tử Kính vi lực từ Kính hiển vi quang học quét trường gần Kính vi điện tử quét Kính hiển vi điện từ truyền qua Phổ phân tích thành phần nguyên tố theo lượng Gốm áp điện Khẩu độ phân dải thấu kính Wơnfram Ống nanơ cácbon Ống nanô cácbon đơn tường Ống nanô cácbon đa tường Lắng đọng pha hóa học dụng sợi đốt làm nguồn nhiệt DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MUC • So sảnh tính chảt c cùa C N T s v i m ộ t s ổ vật liệu khác Giá trị dòng điện theo thời gian ăn mòn với điện nguồn B ảng 1 Bảng 5V B ả n g 23 34 Giá trị dòng điện theo thời gian ăn mòn với điện nguồn 12V B ả n g 3 Trang 34 Bàng s o liệu kết quci phân tích phổ EDX vùng không cỏ hạt xúc tác B ả n g Bảng số liệu kết phân tích phổ EDX vùng có hạt xúc tác 43 43 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐƠ THỊ DANII MỤC • Trarm / / Sơ đồ mủ ta s ự xuyên ham điện tư q u a hùng H ìn h STM H ìn h Sơ đồ hệ thong phan hồi s dụng hiên vi quét xuyên hầm Nguyên lý tạo anh STM chế độ dong khơng đơi H ì n h ì Sự tạo anh STM chế độ khoang cách trung bình khơng đơi H ì n h Sơ đồ nguyên lý kỉnh hiên vi lực nguyên tư M ì n h Moi quan hệ lực tưưng rác khoang cách mũi dù bề mặt mẫu H ì n h ỉ Các trạng thải lai hóa khác nguyền tư cacbon a) sp ; b) sp2; c) sp ? H ì n h Cẩu trúc Graphit: a) chiều đứng; b) chiều ngang H ì n h 12 12 a) c ấ u trúc tình thê kim cương; h) Tinh thẻ kim cương tự H ì n h nhiên 13 H ình ì Cấu trúc bàn cua Ful/erenes a) c 60; b) c 70,' c) Cso H ìn h 1.11 Anh TEM cùa M W NTs lan bơi Ịịima năm ì 9 ỉ 14 14 H ì n h ĩ 12 Các dạng cấu trúc ong na cácbon 15 H ìn h 13 Véc tơ chiral 17 H ìn h 1 (a) CNTs loại amchair (5, 5); (b) zigzag (9, 0); (c) chiral (10, 5) 17 H ì n h 1 a) Các defect đầu CNTs; (b) defect thản ống CNTs 17 a) Cáu trúc điện tư hùm phân bô lượng; b) Vừng Brilloiiin cua graphene H ì n h 1 Hàm phân bổ lượng a) armchair(5,5); b) zigzag ( ,0 ) ; 19 c) zigzag( 10,0) 20 H ì n h ỉ 16 H ì n h ỉ 18 Sơ đồ quy trình ch ẻ tạo đầu dò CNT/W ứng dụng bước đầu H ìn h 25 Sơ đồ hệ ăn mịn điện hóa H ình 2.2 Q trình ăn mòn dây XV dung dịch ân mòn H ì n h Anh hệ thực nghiệm tạo m ũi nhọn kim loại w 27 27 28 Sơ bơ trí /lự mạ điện tạo xúc tác Fơ H ì n h Giai thích ehe mọc đầu mọc đáy cua ong nanô cảcbon H ì n h Sơ đồ câu lạo anh chụp tlìiết bị HF-CVD H ì n h Anh SEM mùi nhọn w với ăn mịn 51' H ì n h Anh SEM mùi nhọn w với thẻ ăn mịn ' H ì n h 3 Mơ hình tinli tốn kích thước đầu mùi nhọn H ì n h Kích thước đầu mũi nhọn d phụ thuộc đường kính ban đầu (D) chiều dài L phan sợi ngập dung dịch ủn mịn theo cóng thức (31) H ì n h 3.5 Anh SEM kích thước đau mũi nhọn áp dụng mơ hình tính tốn ỊÝ thuyết (L = 0,5 mm) H i n tì Anh SEM kích thước đầu mũi nhọn với L = 0.5 mm H ì n h Anh SEM xúc tác Fe tạo mũi nhọn w H ì n h 3.8 Sơ đồ hệ mạ điện sư dụng tụ điện làm nguồn H ì n h Anh SEM hạt sắt tạo mũi nhọn w H ì n h Quả trình bọc sáp nến trước mạ tạo xúc tác na/lơ đinh mũi nhọn w H ì n h Ị Anh SEM hạt nanô sắt tạo đinh mũi nhọn w H ì n h í Phơ EDX vùng khơng củ hạt xúc tác H ì n h 3 Phơ EDX vùng có hạt xúc tác H ì n h ỉ Anh SEM ông nanỏ cảcbon mũi nhọn w với lớp xúc tác dạng màng H ì n h Anh SEM ống nanô cácbon mũi nhọn w với lớp xúc tác dạng hạt nanơ H ì n h ĩ ¡ Anh SEM vài ống nanô cácbon mũi nhọn w với lớp xúc tác dạng hạt na nô H i n ft ỉ Anh SEM vài nanó cảcbon mũi nhọn w với lớp xúc túc dạng hạt nanô H ì n h Sơ đồ nguyên lý hệ đo phát xạ điện tư H ì n h 4.2 Đặc trưng phát xạ điện tư cua mũi nhọn w mũi nhọn CNTs/W H ì n h Đ thị bien diễn giả trị ln(I/V ) theo l / v H ì n h 4 Thiết bị SPM Phòng thi nghiệm Trọng điẻm Quốc gia vê Vật liệu Linh kiện Điện tư - Viện Khoa học Vật liệu H ì n h Anh STM bề mặt thuy tinh phu vàng đo đầu dò w ăn mòn điện hóa H ì n h 30 31 32 34 35 36 37 37 38 39 40 41 42 43 44 44 45 45 46 46 47 48 49 51 51 51 4.5 Ánh STM bê m ậ t thủy tình phù vàng đo băng đau dị chn cua thiết bị H ì n h Anh STM phán giai ngun tư cua tủm graplìií su íiụng mùi dị CN Ts/W H ìn h 52 52 MỞ ĐÀU Trong vài thập ky uân đây, vật liệu nanỏ đà có phát triên mạnh mè vê sơ lượng, chung loại cấp dộ kích thước Điều góp phần tạo nên bước đột phá cho cơng nghệ nanị, đưa công nghệ nanô trơ thành nhừng ngành công nghệ chu chốt mang lại giá trị cho sổng người Hiện nay, sán phâm ứng dụng công nghệ nanô thị trường ngày đa dạng số lượng chất lượng Vật liệu ống nanô bon nhừnụ vật liệu nanô phát vào năm 1991 bơi tiến sĩ người Nhật, Ijima Kẻ từ phát nghiên cứu, ống nanơ bon coi “vật liệu kì quan cua thê ky 21" hay “vật liệu thay hồn hảo cho mạch Silic” Ỏng nanơ bon có nhiều tính chất vật lý, hóa học vượt trội so với loại vật liệu khác độ bền học cao, dần điện tốt, dẫn nhiệt tốt, không bị phan ứng mơi trường axít, mơi trường kiềm, v.v Ĩng nanơ bon ứng dụng để chế tạo điện cực cho pin nhiên liệu, siêu tụ điện, linh kiện phát xạ điện tư, vật liệu composit, v.v Chính vật liệu dang nhiều phịng thí nghiệm giới quan tâm đầu tư nghiên cứu, hình thành nhiều cơng ty chun sản xuất cung ứng sán phâm thị trường Ờ nước ta, vật liệu nanô bon đà nghiên cứu sổ đơn vị nghiên cứu, phịng Vật lý Cơng nghệ Linh kiện Điện tứ, Viện Khoa học Vật liệu nhừng đơn vị tiên phong Việc nghiên cứu chế tạo vật liệu ống nanô bon năm 2002 Hiện nay, phịng Vật lý Cơnu nghệ Linh kiện Điện tử bước thương mại hóa san phấm thiết bị, công nghệ vật liệu Các ứng dụng liên quan tới vật liệu nanô bon dã triển khai nghiên cứu Đe tài cua luận văn “Chế tạo ứng dụng ống nanô bon mũi nhọn kim loại Vônfram” nhừng hướng nghiên cứu ứng dụng Việc tạo ống nanô bon mũi nhọn Vơfram cho phép khai thác tính chất phát xạ điện tư dề đế làm nguồn phát xạ điện từ cơng suất lớn, kích thước bé ứng dụng làm nguồn phát xạ điện tư thiết bị hiển vi điện tư, điện tứ khẳc, v.v Ngồi tính chất dần điện tốt, độ bền học cao, kích thước dường kính ống bé nên vật liệu ống nanơ bon sứ dụng đề làm đầu dị kính hiển vi điện tư qt đầu dò nhàm nâng cao độ phân giải cua thiết bị I Nội dung luận văn bao gôm chương: Chương - rÓ N G Ọ U A N Giới thiệu chung ve loại hiên vi quét đầu dò S I M, AIM SNOM Giới thiệu vật liệu nanô bon, phương pháp chế tạo, tính chất, ứng dụng lý thực đề tài Chương - T H Ụ C NGHIỆM Trình bày quy trình cơng nghệ chế tạo mùi nhọn w sư dụng phương pháp ăn mịn điện hóa Quy trinh tạo xúc tác Fe sư dụng phươna pháp mạ điện Quy trình tơng hợp ong nanơ bon mũi nhọn w sư dụng phương pháp HFCVD Chương - KÉT QUẦ VÀ THẢO LUẬN Đánh giá kết đà đạt được, khó khăn q trình nghiên cứu, dưa giai pháp Chương - T H Ử NGHIỆM ỨNG DỤNG ĨNG NANƠ CÁC BON TRÊN MŨI NHỢN KIM LOẠI w LÀ NGUÒN PHÁT XẠ ĐIỆN TỦ VÀ ĐÀU DÒ STM Nêu lên số kết đo đạc ban đầu sử dụng nanô bon mùi nhọn w phát xạ điện tư hiển vi xuyên hầm I P X hai vùng mùi dò w Vùng thử vùng khơng có hạt xúc tác Vùng thứ hai vùng có hạt nanơ xúc tác vá so sánh Báng 3.3 hình 3.12 háng số liệu kết q phân tích phị EiDX vùng khơng có hạt xúc tác Bang 3.4 hình 3.13 bàng số liệu kết qua phân tích phơ EDX vùng có hạt xúc tác Kẻt qua phân tích vùng thử cho thấy ràng nguyên tố w chiếm tới 96,27% khối lượng, lại ngun tố tạp chất chiếm 3,73%, khơng có ngun tỏ Fe Đối với kết qua phân tích vùng thứ hai, nguyên tố w chiếm 15.27% nguvên tổ ôxi 50,47% khối lưựrm, ta thấy xuất nguyên tố l e chiếm 0,96% khối lượng Điều chứng to ràng vùng có hạt xúc tác bám vào có thành phần nguyên tổ Fe Nguyên tố ôxi chiếm 50% khối lượng chứng to Fe w bị oxi hố q trình tiến hành thực nghiệm Với thành phần khối lượng chiếm 1% chứng to lượng sẳt tạo Vì phân bố không liên tục nên chứng to xúc tác Fe dạng hạt Điều chứng minh xúc tác tạo hạt nanô Fe B n g 3.3 Bcwq so liệu két quơ phân tích p hơ E D X vùng khơng có hạt xúc tác Element Weight% Atomic% c K 203 21.61 OK 120 9.56 PK 050 04 WM 96.27 66.78 Totals 100.00 B n g 3.4 Bang sô liệu két qua phân tích phơ E D X vùng có hạt xúc tác Element W eight0/« Atorruc% CK 5.58 77 OK 50.74 66.70 N aK 418 3.82 Ả1K 5.77 449 S iK 17.50 13.11 Fe K 0.96 0.36 WM 15.27 1.75 Totals 100 00 43 w w ậ uH Scale 16378 cts Cursor OOOOkeV H ì n h 10 11 12 Phơ E D X vùng khơng có hạt xúc tác Hình 3.13 Phơ EDX vùng có hụt xúc tác 44 13 14 15 "™ I» *** I» '» » I» ” 16 17 '■'TWTn"ĩ ""’I" 18 19 20 kev 3.3 kết tống họp ống nanô hon H ìn h 3.14 Anh SE M ong nanơ bon m ũi nhọn wvới lớp xúc tác dạng 3.15 Anh SE M ong nanô bon m ũi nhọn wvới lớp xúc tác dạng m àng H ìn h h tn a n Chúng tiên hành tông hợp ông nanô bon mùi nhọn w băng thiết bị HF - CVD mà chúng tơi xây dựng Hình 3.14 ánh SEM kết tông hợp nanô bon mùi nhọn w , với lớp xúc tác tạo phưcmụ pháp mạ điện thơng thường Hình 3.15 anh SEM kết qua tống họp nanò bon mũi nhọn w , với lớp xúc tác tạo phương pháp mạ điện sư dụng tụ điện làm nguồn mạ Kêt cho thây răng, lớp xúc tác có vai trị quyẻt định việc khốne chế sổ lượng ống nanô bon tạo Nếu lớp xúc tác dạng màng liên tục có nhiều ống bon tạo đinh xung quanh mũi nhọn Neu lớp xúc tác dạng hạt nanơ số lượng ống nanơ bon tơng 45 hợp Điểu cho phép chủng cỏ thê tống hựp dơn ồng nanõ bon mũi nhọn w bàng việc khống chế sổ lượng kích thước hạt xúc tác tạo mùi nhọn w Hình 3.15 nhừng kết tạo đơn sợi ống nanô bon mùi nhọn w cua chúnu tơi Tuy nhiên khơng phai lúc tống hợp dược đơn ống nanơ bon Hình 3.16 kết qua không mong đợi tiến hành tống hợp đơn sợi mũi nhọn w Dặc biệt kết hình 3.17 chi thân cua nanô bon xuất qua cầu Chúng cho rẩng qua cầu qua cầu bon Đây phát q trình mục ống nanơ bon Chúng tơi sè tập trung nuhiên cứu kỳ thời gian tới H ình ¡6 Anh SE M m ột vài ống nanô bon m ũi nhọn wvới lớp xúc tác cỉạng hạt nanô Hitac h i 220K S E M H ìn h 200nm 3.17 Anh SE M mỏ ta kết taọ qua cầu bon thân na bon 46 C huông T H Ủ NGHIỆM ỨNG DỤNG Ỏ N G NANỎ CÁC BON TRÊN MÙI NHỌN YV LÀM PHÁT XẠ ĐIỆN T Ử VÀ ĐÀU DÒ STM Sau tống hợp ống nanô bon đầu mùi nhọn w , chúng tiến hành kháo sát đặc trưng phát xạ điện tư cua mũi nhọn w có ống nanơ bon đính so sánh với đặc trirníi phát xạ điện tư trường cua mùi nhọn w thường Dồng thời chúng tỏi tiến hành thư nghiệm kha tạo anh STM cua mũi nhọn w có ống nanơ bon thiết bị SPM cua thí nghiệm Trọng điểm Quốc gia Vật liệu Linh kiện Điện tứ-Viện Khoa học Vật liệu H ìn h / Sơ đồ nguyên lý hệ đo p h t xạ điện tư 4.1 Đặc trung phát xạ điện từ khả ứng dụng cua ống nanơ bon mũi nhọn w Hình 4.1 sơ đồ hệ thiết bị đo đặc trưng phát xạ điện tư trường Hệ thiết bị bao gồm hai ban điện cực anode cathode đặt buồng chân không cao cờ 2x10 torr Cực âm nguồn điện cao nối với cathode Cực dương nguồn cao nối với anode Anode với đồng hồ đo dòng điện mạch Khoang cách tiiữa cathode anode có thẻ điều chinh Mùi nhọn cần đo giừ cathode theo phương thăng đứng Chúng tiến hành đo đặc trưng phát xạ điện tử trường cua mùi dị w khơng có ống nanơ bon mùi dị w có ống nanơ bon Hình 4.2 đồ thị biếu diễn giá trị dòng phát xạ điện tứ trường theo điện thay cua mùi nhọn w mùi nhọn CNTs/W Kết qua cho thấy mũi nhọn có ống nanơ bon ngường phát xạ điện tứ 47 thấp nhiều so với mũi nhọn w Điện trường ngưỡng phát xạ điện tư cua mùi nhọn w 5,6 V/f.un mùi nhọn có CNT chi 0,7 v/|iin, thấp lần Điều chứng tỏ ràng ống nanô bon loại vật liệu phát xạ điện tứ trường ưu việt so với tip w - loại vật liệu thường sư dụnu làm nguồn phát xạ điện tư thiết bị có sử dụng nguồn phát xạ điện tứ Kết qua cua phù hợp với công bố quốc tế gần dây [23] Trong đó, giá trị điện trường ngường phát xạ điện tư cua mùi nhọn w có CNTs thấp lần so với giá trị điện trường ngường phát xạ điện tư cua mùi nhọn w khơnu có CNTs Ngồi ra, đỏi với mùi nhọn w giá trị điện trường 6,4 V/|Lim cường độ dòng phát xạ trường thu mạch 11 ị.iA Trong với mùi nhọn w có CNTs iiiá trị địrm phát xạ trường đà đạt tới 26 |jA giá trị điện trường V fim Từ phản tích cho phép kết luận nanô bon loại vật liệu dề phát xạ điện tư có thê nói dề phát xạ cường độ dịng phát xạ lớn mà không vật liệu khác có Vì nay, ống nanỏ bon vật liệu đầy hứa hẹn cho nhiều ứng dụng rộng rãi sống Các nhà khoa học nhà sản xuất hi vọng tương lai không xa sản phẩm sư dụng nanô bon làm nguồn phát xạ điện tư có mặt thị trường như: tivi siêu phăng mong, nguồn phát xạ điện tư thiết bị SEM, nguồn phát xạ điện từ thiết bị điện tư khắc (EBL), v.v Electric field (V/pm) H ình 4.2 Dặc trung phát xạ điện tư trường cùa m ũi nhọn w m ũi nhọn CNTs/W 48 1000A/(V’) H ình 4.3 Đồ tliị biều diễn giá trị ln(I/V :) theo l / v Từ đặc trưng phát xạ điện tư trường thề hình 4.2, sư dụng cơng thức Fowler-Nordheim, tính hệ số tăng cường trường p Theo tài liệu cơng bố dịng điện phát xạ mô ta công thức (39) [2 ]: / = 1.54 X1(rb^ Ễ L y exp(-6.83x 107 £ — ) ộ pv (39) v Trong đó: /: dịng phát xạ điện tứ trường, có thứ nguyên ampe V: điện cung cấp, có thứ ngun vơn ậ : cơng điện tư, có thứ ngun electron vơn 5: diện tích chùm điện tư phát xạ từ cathode, có thử nguyên cm /?: hệ số tăng cường trường Đơn gián hóa phương trinh (39) dạng hàm số tuyến tính Y = AX + B cách lấy logarít hai vế ta có: l n ( / / F 2) = A ( \ / V ) + B (40) Với: ,4 = -6 x l0 V '5//? B= ln( 1.54x1 ị)-*Sp2l) Neu vèln(/ I V ' ) theo ( /F) ta thu đặc trưng tuyến tính,trong độ nghiêng A đó: giá trị điêm cẳt B cho phép ta xác định giá trị Ịi /? = - x l o y * Ị A (41) Từ giá trị dòng điện phát xạ điện tư trường / thể phân cực V thơng qua q trình đo phát xạ điện tử, ta có thé xác định giá trị A phương trình (40) Giá trị cơng điện tư ộ mồi loại vật liệu ta tìm thấy 49 sách tài liệu tham kháo Như hệ số tăng trường trường cua vật liệu tinh tốn theo cơng thức (41 ) Hình 4.3 đồ thị biều diền giá trị Inụ / v 2) theo MV tính từ giá trị thực nghiệm đo hình 4.2 cua mùi nhọn w có nanơ bon (chấm dặc) mũi nhọn w (chấm mờ) Từ đặc trưng tuyến tính hình 4.3, ta thu đirạc eiả trị Au -74532 A( \js -18607,9 Theo tài liệu đà cơng bố, giá trị cóng thoát cua w cua bon tương ứng 4,55 cV 5,0 eV Thay giá trị cóng hệ số A cua w ống nanô bon vào công thức (41 ) ta thu íỉiá trị hệ số tăng cường trườnu tương ứng 0.89xl04c7?í cho w 4.lx]0Jc»í 'cho CNTs Các giá trị phù hợp tốt với số liệu cơng bổ [23] Như vậy, ống nanơ bon có hệ số tăng cường trường lớn gấp lần so với mùi nhọn w Điều giai thích nanô bon phát xạ điện tử giá trị điện trường thấp 0,7 v/|im w 5,6 v/|im Kết đà chúng tơi trình bày hội nghị AMSM 2008 tô chức Nha Trang [11] 4.2 Thừ nghiệm ứng dụng ống nanô bon mũi nhọn vv làm đầu dị STM Sư dụng mùi dị w có ống nanơ bon mũi dị w , chúng tơi khao đà thứ nghiệm kháo sát tạo ánh STM thiết bị STM Hình 4.4 ánh chụp thiết bị SPM Phịng thí nghiệm Trọng điềm Quốc gia Vật liệu Linh kiện Điện tư - Viện Khoa học Vật liệu Hình 4.5 hình ánh STM bề mặt mẫu vàng phú thuỷ tinh đo bàng mùi dị w Hình 4.6 hình ảnh bề mặt hạt vàng phu thuy tinh đo đầu dò STM chuấn thương mại Từ kết qua đo so sánh cho thấy: mùi dò w cùa chúng tơi sư dụng tốt làm đầu dị S I M việc nghiên cứu địa hình bề mặt vật liệu Hình 4.7 kết tạo anh STM graphit mơi trường khơng khí sứ dụng mùi dị w có ống nanơ bon đinh Kết qua cho thấy anh STM thu có độ phân giải ngun tư Như với tính chất dần điện tốt, kích thước bé, độ bền học hóa học tốt, ống nanơ bon hứa hẹn sè mũi dò lý tướng việc tạo ánh STM có độ phân giai ngun tư mơi trường khơng khí 50 H ìnlt 4.4 Thiết bị SPM Pìùĩng thi nghiệm Trọng điêm Quốc gia Vật liệu Linh kiện Điện tư - Viện Khoa học Vật liệu * r í V ' Jị X i\ ệ BMBỊMMỊMMrV ~ 7S 5» »o ■ — - 1Ổ0 J r* io v t H ình 4.5 Anh STM bề mặt thúy tinh phủ vàng đo đầu dị w ăn mịn điện hóa tự chế tạo H ình 4.6 Anh STM bề m ặt thủy tinh phu vàng đo đầu dò STM chuẩn thương mại 51 ’HOPO S', Topogrnt*•olOfVJ ,rn^N-left 50 50 K A V gm A I H ìn h 4.7 Anli STM phán giai nguyên tư cua tắm graphit sư (lụng m ũi dị CNTs/W 52 KÉT LUẬN Các kết qua nhận trinh thực luận văn thê nội dung sau đây: • Tỏng quan sò loại hiên vi đâu dò như: S I M, AFM, SNOM Giới thiệu chung vật liệu ống nanơ bon, phương pháp chế tạo, tính chất kha ứng dụng cua chúng ■ Đà tiến hành nghiên cứu xảy dựng thiết bị đưa quy trình cơng nghệ chế tạo mùi nhọn w bang phương pháp ăn mịn điện hóa Bằng việc đưa mơ hình tính tốn lý thuyết phù hợp thơng qua kết qua thu q trình thực nghiệm, chúng tơi tìm chế độ cơng nghệ tối ưu đẻ tạo mùi nhọn w với kích thước đầu mũi nhọn cờ 50 nm ■ Đã phát triển phương pháp mạ điện mạ điện sứ dụng tụ chế tạo hạt xúc tác Fe tip w Sư dụng tụ điện có giá trị điện dung c = 3pF, V = 10V làm nguồn mạ tạo hạt xúc tác có kích thước nm đinh mũi nhọn w ■ Dã phát triển phương pháp HF-CVD cho phép tống hợp sợi CNT đinh mùi nhọn w ■ Kết qua kháo sát đặc trưng phát xạ điện tử mùi nhọn w có nanơ bon mùi nhọn w cho thấy ống nanô bon vật liệu dề phát xạ điện tứ, có giá trị điện trường ngưỡng phát xạ 0,7V/fim thấp lẩn so với mũi nhọn sư sụng làm ỉmuồn phát xạ điên tử truyền thống w ■ Từ đặc trumg phát xạ điện tư cua mũi nhọn w có nanơ bon mũi nhọn w , tính tốn giá trị hệ sổ tăng cường trường ß cua ống nanơ hon w Kết qua tính tốn cho thấy nanơ bon có hệ số tăng trường lớn gấp lần so với w Kết phù hợp với công bố quốc tế ■ Đà tiến hành khao sát tạo anh STM cùa mùi nhọn w mẫu thuy tinh phu vàng mũi nhọn w có ống nanơ bon mẫu graphít Kết qua cho thấy mùi nhọn w chúng tơi sử dụng tốt làm đầu dị STM nghiên cứu địa hình bề mặt vật liệu Mùi nhọn w có ống nanơ bon cho phép tạo anh STM phân giái nguyên tử môi trường khơng khí 53 DANH M ỤC C Á C C Ơ N G BĨ IMian Ngoe Hong Vo Viet Cuong, Bui lỉung Thang, Phan Hong Khoi and Phan Ngoe Minh "Fabrication o f Carbon nano tube on Tungsten tips ”, Journal o f the Korea Physical Society, Vol 52, No 5, May 2008, pp 13861389 IMian Ngoe Minh, Nguyen Van Chuc, Phan Ngoc Hong, Ngo Thi Thanh Tam and Phan Hong Khoi, “New technique fo r synthesis o f Carbon nanotube", Journal o f the Korea Physical Society, Vol 53, No 5, November 2008, pp 2725-2730 Phan Ngoc Hong, Bui Hung Thang, Nguyen Tuan Hong, Soonil Lee and Phan Ngoe Minh, "Electron Field Emission Characteristics o f Carbon Nanotubes on Tungsten tip ", Proceedings o f the APCTP-ASEAN Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology, Nha Trang, Vietnam, September 15-20, 2008, pp 368-372 Phan Ngoc Hong Nguyen Minh Nam, Bui Flung Thang and Phan Ngoc Minh, "Prim arily results on the fabrication o f Carbon nanotubes on Tungsten tips fo r STM p r o b e ”, Proceedings o f the Second International Conference on the Development o f Biomedical Engineering in Viet Nam, July 25-27, 2007, pp 321 -325 Phan Ngoc Hong, Nguyen Minh Nam, Phan Hong Khoi and Phan Ngoc Minh, "Fabrication and Application o f Carbon Nanotubes on Tungsten tips", Proceedings o f the ICCE-15, Haikou, Hainan Island, China, July 15-21, 2007, pp 756-757 Phan Ngoc Hong Vo Viet Cuong, Bui Hung Thang, Nguyen Minh Nam, Nguyen Ngoe Khoai, Phan Ngoe Minh, Phan Hong Khoi, ”Fabrication and Characterization o f Carbon nanotubes on Tungsten tips”, Proceedings o f the Ist International Workshop on Functional Materials and The 3rd International Workshop on Nanophysics and Nanotechnology, Halong, Vietnam, December 6-9, 2006, pp 178-1781 54 D A N H M Ụ C C Á C C Ô N G B Ố C Ủ A BẢN T H  N Nguyen Van Chuc, Nguyen Due Dung Phan Ngoe Hong, Le Dinh Quang, Phan llong Khoi and Phan Ngoe Minh, "Synthesis o f Carbon Nanotuhe on Steỉỉ Foils ", Journal of the Korea Physical Society, Vol 52, No 5, May 2008, pp 13 -1471 Bui Hung Thaniz, Phan Ngoc Hong Phan Hong Khoi and Phan Ngoe Minh, "Application o f m ulti-w alled carbon nanotubes fo r therm al dissipation in a m icro-processor", Proceedings o f the APCTP-ASHAN Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology, Nha Trang, Vietnam, September 15-20, 2008, pp 506-510 Nguyen Van Chuc, Nguyen Due Dung, Phan Ngoc Hong, Le Dinh Quang, Ngo Thi Thanh Tam, Phan Ngoe Minh, Phan Hong Khoi, ”Synthesis and purification o f carbon nanotubes on iron m e sh e s”, Proceedings o f the ICCE15, Haikou, Hainan Island, China, July 15-21, 2007, pp 689-690 10.Nguyen Van Chuc, Nguyen Due Dung, Nguyen Thanh Ọuy, Phan Ngoc Hong, Vo Viet Cuong, Le Dinh Ọuang, Phan Ngoe Minh, Phan Hong Khoi, “Possibility o f Large Scale Synthesis o f Carbon Nanotubes on Stell Foil ”, Proceedings o f the r' International Workshop on Functional Materials and The 3rd International Workshop on Nanophysics and Nanotechnology, Halong, Vietnam, December 6-9, 2006, p 144 11 Phan Ngoc Hong, Hoang Nhan Hien, Vo Viet Cuong, Le Dinh Quang, Phan Ngoe Minh, "Installation o f Wet etching System and Test fabrication o f M icro channel fo r locating optic fiber on Silicon su b stra te', The rd Vietnam Conference on Mechatronics, Hanoi, Vietnam, October 12, 2006, p 244 (in Vietnamese) 12-Phan Ngoc Hong, Nguyen Tuan Hong, Phan Hong Khoi, Phan Ngoe Minh, “Synthesis o f D iam ond thin-film and particle by M icrowave Chemical Vapor D eposition”, presented at the Osaka University-Vietnam National University Forum, Hanoi, September 27-29, 2005 13.Nmiyen Tuan Hong, Phan Ngoc Hong Vo Viet Cuong, Chu Van Chiem, Phan Ngoe Minh, Phan Hong Khoi, “D iam ond m aterial synthesized by M PCVD and their properties”, presented at the ,h Vietnam Physic Conference, November 23-25, 2005 (in Vietnamese) 14.Phan Ngoe Minh, Phan Ngoe Hong, To Manh Cuong, Takahito Ono, Masayoshi Esashi, “Utilization o f Carbon Nanotube and D iam ond for Electron Field Emission Devices", Technical Digest o f the 17th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems, MEMS 2004, Maastricht, The Netherlands, January 25-29, 2004, pp 430-433 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng V iệt Vũ Dinh Cự, Nuuyền Xuân Chánh (2004) Công nghệ nanô điều khiên đến phân tư nguyên tư, Nhà xuất ban khoa học kỳ thuật GS Phan Hồng Khỏi (2006), Bài giang Nhập môn Khoa học Công nghệ Nanô, Trường Đại Học Công Nghệ, Đại Học Quốc Gia Hà Nội Phan Ngọc Hồng, Bùi Hùng Thẳng, Nguyền Minh Nam, PhanHong Khôi, Phan Ngoe Minh, (2007) "Nghiên cửu chế tạo hạt xúc tác nanô STM tip cho việc mọc đơn ống nanơ bon Tóm tất báo cáo Hội nghị Vật lý Cliât răn Tồn qc lân thứ 5, tr 174 Tiếng Anh Andrews Rod (2002), Processing and Properties o f Composite Materials Containing Multiwalled Carbon Nanotubes, University o f Kentucky Binnig G., Rohrer H., Gerber Ch., Weibel E (1982) “Tunneling through a controllable vacuum gap” Appl Phys Lett., vol 40, pp 178-182 Couteau E etal (2003), Chemical physics Letter, 378, pp 9-17 Dai H., Hafner J H., Rinzler A G., Coỉbert D T., Smalley R E.(1996), Nature, 384 pp 147-201 Decroly Oliver (2004), Carbon nanotubes: The building blocks o f nanotechnology, Leuven Deierlein Udo (2002), Functionalization o f carbon nanotubes for selfassembly o f hybrid structures, Department for Physic and Center for NanoScicnce (CeNS), LMU München 10 Phan Ngoc Hong, Vo Viet Cuong, Bui Hung Thang, Phan Hong Khoi and Phan Ngoe Minh (2008), “Fabrication o f Carbon nano tube on Tungsten Tips”, Journal of the Korea Physical Society, Vol 52, No 5, pp 1386-1490 I Phan Ngoc Hong, Bui Hung Thang, Nguyen Tuan Hong, Soonil Lee and Phan Ngoe Minh, (2008) “Electron Field Emission Characteristics o f Carbon Nanotuhes on Tungsten tip", Proceedings o f the APCTP-ASEAN Workshop on Advanced Materials Science and Nanotechnology, pp 368-372 12 Ijima s, (2003), Nature 13 Ijima s, (1991) Nature, Vol 354, pp 56-58 14 Ijima s, (2002) Physical B, 323, pp 1-5 15 Hafner Jason H., Cheung Chi-Li, Oosterkamp Tjerk H and Lieber Charles M “High-Yield Assembly o f Individual Single-Walled Carbon Nanotube Tips for Scanning Probe Microscopes" The Fournal o f Physical Chemistry B, 105(4), pp 743-746 16 Koshini H., Murata Y., Wongwiriyapan w „ Kishida M., Tomita K., Motoyoshi K., Honda s., Katayama M., Yoshimoto s., Cubo K., Hobara R., Matsuda I., Hasegawa s., Yoshimura M., J.-G Lee, and Mori H (2007), Rev o f Sci Ins 78, pp 013703-013706 56 17 M eyyappan M (2 0 ), “C a rb o n n a n o tu b e s S c ie n c e and A p p lic atio n s” , N A S A A m e s R e se a rc h C en ter 18 N i s h i j i m a H , K a m o S., A k i t a S , N a k a y a m a Y ( 9 ) , A p p l P h y s L e tt , p p 1- 19 01 fen N D et al (2004), N an o scale and su rface p h y sics, U n iv of S a s k a t c h e w a n , p r e s e n t e d at S u r f a c e C a n a d a 20 P h ilip p e M auron (2003), G ro w th M e c h n ism and S tru ctu re o f C arbon N a n o t u b e s , P h D th e s i s , F r e b u r g U n i v e r s i t y S a ito R, et al ( 9 ) , “ P h y s i c a l P r o p e r t i e s o f C a r b o n n a n o t u b e s " , I m p e r i a l C o l l e g e P re s s 2 S e r d a r D u r d a g i ( 0 ) , A b i r d ' s e y e v ie w t o c a r b o n n a n o t u b e s a n d f u ll e r e n s , T e c h n i c a l U n i v e r s i t y , B e r lin 23 T a k a y u k y K o iz u m i, M a sa to I k e d a , D a i s u k e T a k a g i , S o h e i C h i a s h i , Eiji R o k u ta , C h u h e i O s h i m a , a n d Y o s h i k a z u M o m m a , ( 0 ) “ D i r e c t G r o w t h o f V e r t i c a l l y A l i g n e d S i n g l e - W a l l e d C a r b o n N a n o t u b e s o n M e ta l T i p b y A p p l y i n g E l e c tr i c F ie ld ” , T h e J a p a n S o c i e t y o f A p p l i e d P h y s i c s , p p - V a le n t i n N P o p o v ( 0 ) , C a r b o n n a n o t u b e s : p r o p e r t i e s a n d a p p l i c a t i o n , R ,6 -1 25 Y uan C heng, O tto Z hou(2 003), “ E le c tro n n a n o t u b e s ” , C R P h y s i q u e , , p p - 3 26 h ttp //w w w w ik ip e d ia c o m 57 f ie ld em issio n fro m carbon ... triển khai nghiên cứu Đe tài cua luận văn ? ?Chế tạo ứng dụng ống nanô bon mũi nhọn kim loại Vônfram” nhừng hướng nghiên cứu ứng dụng Việc tạo ống nanô bon mũi nhọn Vôfram cho phép khai thác tính chất... SEM ông nanỏ cảcbon mũi nhọn w với lớp xúc tác dạng màng H ì n h Anh SEM ống nanô cácbon mũi nhọn w với lớp xúc tác dạng hạt nanơ H ì n h ĩ ¡ Anh SEM vài ống nanô cácbon mũi nhọn w với lớp xúc... cácbon 45 Chiương - THỬ NGHIỆM s DỤNG ÔNG NANỘ CÁC BON TRÊN MŨI NHỌN KIM LOẠI w LÀM NGUỒN PHÁT XẠ ĐIỆN TỪ VÀ ĐÀU DÒ STM 4.1 Đặc trưng phát xạ điện tử khả ứng dụng 47 4.2 Thử nghiệm ứng