Chế tạo khuôn anodic aluminium oxide (AAO) sử dụng làm khuôn chế tạo carbon nanotube

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU PHẠM PHI BÀO CHẾ TẠO KHUÔN ANODIC ALUMINIUM OXIDE (AAO) SỬ DỤNG LÀM KHUÔN CHẾ TẠO CARBON NANOTUBE Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử tổ hợp Mã số ngành: 605294 LUẬN VĂN THẠC SĨ Tp Hồ Chí Minh, tháng 12 năm 2010 i CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : GS.TS Nguyễn Hữu Niếu ThS Hoàng Xuân Tùng Cán chấm nhận xét : PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thoa ………………… Cán chấm nhận xét : TS Lê Văn Thăng …………………………………… Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 24 tháng 02 năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) GS.TS Nguyễn Hữu Niếu GS.TSKH Vũ Đình Huy PGS.TS Nguyễn Thị Phương Thoa TS Võ Hữu Thảo TS Lê Văn Thăng Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Bộ môn quản lý chuyên ngành GS.TSKH Vũ Đình Huy ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC  - Tp HCM, ngày 29 tháng 12 năm 2010 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: PHẠM PHI BÀO Ngày, tháng, năm sinh: 20/01/1985 Chuyên ngành: Vật liệu cao phân tử tổ hợp Phái: Nam Nơi sinh: Khánh Hịa MSHV: 00308428 I TÊN ĐỀ TÀI: “CHẾ TẠO KHUÔN ANODIC ALUMINIUM OXIDE (AAO) DÙNG ĐỂ LÀM KHUÔN CHẾ TẠO CARBON NANOTUBE” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: - Chế tạo khuôn Anodic aluminium oxide (AAO) có cấu trúc lỗ xốp dạng tổ ong Cấu trúc lỗ xốp khuôn đạt yêu cầu sau:  Đường kính lỗ xốp nằm khoảng 30 – 100nm  Đường kính lỗ đồng  Mật độ lỗ xốp cao 1010 – 1012 lỗ/cm2  Các lỗ xốp phân bố đồng - Nghiên cứu chế tạo thử nghiệm carbon nanotubes (CNTs) dùng AAO với bước sau:  Tạo ống nano polyimit khuôn AAO  Graphit hóa nhựa polyimit khn AAO tạo CNTs Nội dung: - Xây dựng hệ thống anốt hóa - Xây dựng quy trình cơng nghệ chế tạo khn AAO:  Giai đoạn xử lý sơ bộ: ủ, đánh bóng  Giai đoạn anốt hóa: giai đoạn tạo lỗ xốp  Xử lý khuôn sau anốt - Chế tạo thử nghiệm ống nano polyimit carbon nanotubes khuôn AAO - Sử dụng phương pháp chụp ảnh FE-SEM để nghiên cứu q trình tạo khn AAO, hình thành polyimit CNTs III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ (Ngày ký định giao đề tài): 22/6/2010 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 26/12/2010 V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: GS.TS Nguyễn Hữu Niếu ThS.Hồng Xn Tùng CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH GS.TS Nguyễn Hữu Niếu iii  LỜI CẢM ƠN   Luận văn thạc sĩ thành tổng kết tồn q trình học tập, lao động đồng thời đánh giá trưởng thành khả nghiên cứu khoa học tơi suốt năm vừa qua Để có kết này, trước hết xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến GS.TS Nguyễn Hữu Niếu ThS Hồng Xn Tùng hướng dẫn tận tình mặt chuyên môn giúp đỡ vượt qua khó khăn q trình làm việc Xin chân thành cảm ơn ThS Chế Đông Biên đồng hành, giúp đỡ tạo kiện cho suất trình thực luận văn Xin gửi lời cám ơn sâu sắc đến: Tồn thể thầy cơ, anh chị đồng nghiệp Phịng Thí Nghiệm Trọng Điểm Quốc Gia Vật liệu Polymer Composite, Trung tâm Vật liệu Polymer Khoa Công Nghệ Vật Liệu tạo điều kiện sở vật chất, thiết bị hỗ trợ giúp tơi hồn thành luận văn thạc sĩ Cảm ơn bố mẹ, anh chị người thân gia đình ln động viên, giúp đỡ tơi lúc khó khăn, ủng hộ suốt bao năm học tập Cảm ơn tất người bạn giúp đỡ tơi nhiều q trình học tập, nghiên cứu thực luận văn Xin chân thành cảm ơn! Học viên Phạm Phi Bào iv TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài “CHẾ TẠO KHUÔN ANODIC ALUMINIUM OXIDE (AAO) DÙNG ĐỂ LÀM KHUÔN CHẾ TẠO CARBON NANOTUBE” nghiên cứu quy trình chế tạo khn AAO có cấu trúc lỗ xốp dạng tổ ong phương pháp anốt hóa lần nhơm có độ tinh khiết cao Q trình tạo khn AAO trải qua nhiều giai đoạn: nung ủ, đánh bóng, anốt hóa, xử lý tạo khn…, giai đoạn chịu tác động nhiều yếu tố khác Trong quy trình chế tạo khn AAO, nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình đánh bóng, q trình anốt hóa Trong giai đoạn anốt hóa sử dụng loại axit khác cho lần anốt hóa: anốt hóa lần sử dụng axit Sunphuric nhằm định hình lỗ ban đầu bề mặt nhơm sử dụng axit Oxalic cho anốt hóa lần để tạo lỗ xốp từ vị trí định hình anốt hóa lần Chế tạo thử nghiệm CNTs khuôn AAO từ nhựa polyimit Quá trình trải qua giai đoạn:  Thấm tẩm đóng rắn nhựa polyimit tạo ống nano polyimit khn,  Graphit hóa nhựa sau loại bỏ khuôn AAO tạo CNTs Sử dụng FE-SEM để quan sát đánh giá cấu trúc nhôm trình tạo khn AAO cấu trúc ống nano polymit CNTs Luận văn bao gồm chương:  Chương 1: Tổng quan gồm có 16 trang  Chương 2: Cơ sở lý thuyết tạo khuôn AAO gồm có 17 trang  Chương 3: Thực nghiệm phương pháp phân tích gồm có 19 trang  Chương 4: Kết bàn luận gồm có 19 trang  Chương 5: Kết luận kiến nghị gồm có trang v MỤC LỤC Trang Trang bìa i Nhận xét ii Nhiệm vụ luận văn .iii Lời cảm ơn iv Tóm tắt luận văn v Mục lục vi Danh mục x Lời mở đầu .xiv CHƯƠNG : TỔNG QUAN 1.1 Các phương pháp chế tạo CNTs 1.1.1 Phương pháp bốc bay (evaporation methods) 1.1.2 Phương pháp lắng đọng hóa học hạt xúc tác 1.1.3 Chế tạo CNTs khuôn AAO 1.2 Chế tạo CNTs AAO 1.2.1 Phương pháp CVD xúc tác khuôn AAO 1.2.2 Phương pháp graphite hóa polymer khn AAO 1.3 Một số ứng dụng khác khuôn AAO 12 1.3.1 Chế tạo nanodot nanorode nanohole 12 1.3.2 Làm khuôn phương pháp quang khắc tia UV 14 1.3.3 Khn AAO hấp thụ sóng điện từ 15 1.3.4 Chế tạo ống nano protein sử dụng khuôn AAO 15 CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT TẠO KHUÔN AAO 2.1 Cấu trúc khuôn AAO 17 2.1.1 Đường kính lỗ xốp 18 2.1.2 Khoảng cách lỗ xốp 18 2.1.3 Chiều sâu khuôn AAO 19 2.1.4 Bề dày lớp barrier 19 2.1.5 Độ xốp lớp màng 19 vi 2.1.6 Mật độ lỗ xốp 20 2.2 Q trình anot hóa 20 2.2.1 Các phản ứng xảy điện cực 20 + 2.2.1.1 Quá trình anốt 20 2.2.1.2 Quá trình catốt 21 2.2.1.3 Các phản ứng hòa tan Al2O3 xảy dung dịch 21 2.2.2 Cơ chế phát triển màng oxit hình thành lỗ xốp 21 2.2.2.1 Xét q trình anot hóa nhơm dung dịch điện li H2SO4 22 2.2.2.2 Giải thích hình thành màng oxit theo mối quan hệ cường độ dòng điện thời gian 25 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình anốt hóa 26 2.3.1 Ảnh hưởng dung dịch điện phân 26 2.3.2 Ảnh hưởng nồng độ dung dịch H2SO4 27 2.3.3 Ảnh hưởng hiệu điện anốt 27 2.3.4 Ảnh hưởng nhiệt độ anốt hóa 29 2.3.5 Ảnh hưởng thời gian anốt 31 2.3.6 Ảnh hưởng điều kiện khuấy trộn 32 2.3.7 Thành phần hợp kim 32 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH 3.1 Hóa chất thiết bị thí nghiệm 33 3.1.1 Nguyên liệu 33 3.1.2 Dụng cụ thí nghiệm 33 3.2 Quy trình chế tạo màng xốp oxit nhôm phương pháp anot hóa 38 3.2.1 Xử lý bề mặt 39 3.2.1.1 Nung ủ nhiệt 39 3.2.1.2 Đánh bóng 40 a Đánh bóng hóa học: 40 b Đánh bóng điện hóa 41 3.2.2 Anốt hóa: 41 3.2.2.1 Anốt hóa lần 41 vii 3.2.2.2 Tẩy lớp anốt hóa lần 42 3.2.2.3 Anốt hóa lần 42 3.2.3 Xử lý sau anốt 43 3.2.3.1 Tách đế nhôm 43 3.2.3.2 Tẩy lớp barrier mở rộng lỗ xốp 44 3.3 Nội dung nghiên cứu 44 3.3.1 Xây dựng hệ thống anốt hóa 46 3.3.2 Nghiên cứu trình đánh bóng điện hóa 46 3.3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng thời gian đánh bóng 47 3.3.2.2 Khảo sát ảnh hưởng điện đánh bóng 47 3.3.3 Nghiên cứu trình anốt hóa 48 3.3.3.1 Nghiên cứu q trình anốt hóa hai lần loại axit 48 a Nghiên cứu q trình anốt hóa dung dịch axit Oxalic 48 b Nghiên cứu q trình anốt hóa dung dịch axit Sunphuric 49 3.3.3.2 Nghiên cứu q trình anốt hóa hai lần hai loại axit khác 49 a Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độ đến cấu trúc khuôn AAO 51 b Khảo sát ảnh hưởng điện đến cấu trúc khuôn AAO 51 c Khảo sát ảnh hưởng thời gian đến cấu trúc khuôn AAO 51 3.3.4 Chế tạo carbon nanotubes khuôn AAO 51 3.4 Phương pháp phân tích đánh giá 52 3.4.1 Phân tích đánh giá q trình tạo khn AAO 52 3.4.2 Phân tích đánh giá q trình hình thành CNTs khn AAO 53 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 4.1 Hệ thống anốt hóa 54 4.2 Q trình đánh bóng điện hóa 55 4.2.1 Sự ảnh hưởng thời gian đánh bóng đến bề mặt nhôm 55 4.2.2 Sự ảnh hưởng điện đánh bóng đến bề mặt nhơm 58 4.3 Q trình anốt hóa hai lần 59 4.3.1 Q trình anốt hóa hai lần loại axit 59 4.3.1.1 Anốt hóa dung dịch axit Oxalic (H2C2O4) 59 viii 4.3.1.2 Anốt hóa dung dịch axit Sunphuric (H2SO4) 60 4.3.2 Q trình anốt hóa hai lần hai loại axit khác 63 4.3.2.1 Sự ảnh hưởng nhiệt độ đến cấu trúc khuôn AAO 64 4.3.2.2 Sự ảnh hưởng điện đến cấu trúc khuôn AAO 67 4.3.2.3 Sự ảnh hưởng thời gian đến cấu trúc khuôn AAO 70 4.4 Sự hình thành carbon nanotubes khn AAO 71 4.4.1 Tạo ống polyimit khuôn AAO 71 4.4.2 Kết tạo carbon nanotubes 72 ix DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ BẢNG BIỂU Trang Hình 1.1: Hệ thống bốc bay graphite phóng điện tổng hợp CNTs Hình 1.2: Tổng hợp MWCNTs SWCNTs phương pháp hồ quang điện Hình 1.3: Tổng hợp CNTs phương pháp bốc bay sử dụng laser Hình 1.4: Tổng hợp CNTs phương pháp CCVD Hình 1.5: Mơ CNTs tổng hợp phương pháp CCVD Hình 1.6: Quá trình tạo thành phát triển CNTs Hình 1.7: Quá trình lớn lên CNTs theo chế ‘tip’ chế ‘base’ Hình 1.8: Ảnh SEM hạt xúc tác lắng đọng lỗ khn AAO Hình 1.9: Quy trình chế tạo CNTs phương pháp CVD xúc tác sử dụng khuôn AAO Hình 1.10: Quá trình thấm ướt lỗ khn AAO dung dịch polymer Hình 1.11: Ảnh hưởng kích thước lỗ đến việc tạo thành nanorod nanotube polymer Hình 1.12: Chế tạo ống nano carbon carbon hóa ống polymer khn AAO Hình 1.13: Chế tạo ống nano polymer sử dụng khn AAO 10 Hình 1.14: Chế tạo ống nano PI sử dụng khuôn AAO 11 Hình 1.15: CNTs khuôn AAO dùng làm cảm biến glucôzơ 12 Hình 1.16: Quy trình chế tạo màng vật liệu cấu trúc lỗ xốp 13 Hình 1.17: Hình SEM lỗ Pt xếp trật tự Au kích thước nano Si 13 Hình 1.18: Hình SEM Titan nanotubes tạo thành từ khn AAO 14 Hình 1.19: Quy trình chuẩn bị cho khn mềm PDMS 14 Hình 1.20: Các ống dẫn điện song song sở khuôn AAO 15 Hình 1.21: Chế tạo ống nano protein sử dụng khn AAO 15 Hình 2.1: Mơ hình cấu trúc khn AAO: 17 Hình 2.2:Cấu trúc khơng gian lớp màng oxit nhơm sau anot hóa 17 x Chương 4: Kết bàn luận 4.3.2 Q trình anốt hóa hai lần hai loại axit khác Anốt hóa lần dung dịch axit Sunphuric tạo cấu trúc ống đồng đều, sau tẩy lớp ống thu cấu trúc lòng chảo đều, nơi định hình ban đầu cho phát triển lỗ xốp Anốt hóa lần dung dịch axit Oxalic để có cấu trúc lỗ xốp lịng chảo Nồng độ 0,3% Anốt lần H2SO4 Nhiệt Điện độ 2C 12V Thời gian 1h Tẩy lớp anốt Nồng độ 0,3M Anốt lần H2C2O4 Nhiệt Điện độ 2C 40V Thời gian 2h Hình 4.9: a) Tấm nhôm ban đầu b) Tấm nhôm sau đánh bóng điện hóa c)Tấm nhơm sau anốt hóa Hình 4.10: Ảnh FE-SEM bề mặt khuôn AAO anốt lần H 2SO4 12V anốt lần hai H 2C2O4 40V 63 Chương 4: Kết bàn luận Hình 4.10 cấu trúc AAO sử dụng axit sulfuric cho q trình anode hóa lần thứ axit oxalic cho q trình anode hóa lần thứ hai Kết cho thấy đường kính khoảng cách lỗ đồng đều, trật tự xếp theo cấu trúc tổ ong đặc trưng cấu trúc AAO Hình 4.11: Ảnh FE-SEM mặt cắt dọc khuôn AAO anốt lần H2SO4 12V anốt lần hai H 2C2O4 40V Ảnh FE-SEM mặt cắt dọc cho ta thấy lỗ thương đối thẳng song song Trong phần này, nghiên cứu điều kiện q trình anốt hóa lần dung dịch axit Oxalic (nhiệt độ, điện thời gian) ảnh hưởng đến cấu trúc khuôn AAO 4.3.2.1 Sự ảnh hưởng nhiệt độ đến cấu trúc khuôn AAO a Khảo sát hiệu điện 30V Anot lần H 2C2O4 Mẫu Nồng độ Nhiệt độ Điện 30V- C 0,3M 20C 30V 30V- 50C 0,3M 50C 30V 0 30V- C 0,3M 8C 30V 0 30V- 11 C 0,3M 11 C 30V 64 Thời gian 2h 2h 2h 2h Chương 4: Kết bàn luận a) Mẫu 30V- 20C b) Mẫu 30V- 50C c) Mẫu 30V- 80C d) Mẫu 30V- 11 0C Hình 4.12: Ảnh FE-SEM bề mặt khuôn AAO sau anốt hóa lần 0,3M axit Oxalic, điện 30V, thời gian 2h, nhiệt độ thay đổi từ đến 11 0C a) Mẫu 30V- 0C: nhiệt độ anốt 20C b) Mẫu 30V- 0C: nhiệt độ anốt 50C c) Mẫu 30V- 0C: nhiệt độ anốt 80C d) Mẫu 30V- 110C: nhiệt độ anốt 110C Khoảng cách trung bình lỗ Dc đường kính trung bình lỗ Dp khn AAO anốt hóa điện 30V, nhiệt độ thay đổi từ đến 110C Đường kính lỗ (nm) Khoảng cách lỗ (nm) 0C 40 100 0C 50 100 0C 70 100 11 0C 100 110 Ảnh FE-SEM hình 4.12 cho thấy đường kính lỗ tăng theo nhiệt độ cịn mật độ lỗ không thay đổi nhiều Ở nhiệt độ thấp 20C lỗ khơng trịn khơng đồng đều, lên 65 Chương 4: Kết bàn luận đến 0C lỗ tương đối đồng phân bố lỗ bề mặt Với điện 30V nhiệt độ anốt 80C cho cấu trúc bề mặt đồng b Khảo sát hiệu điện 40V Anốt lần H 2C2O4 Mẫu Nồng độ Nhiệt độ Điện 40V- C 0,3M 20C 40V 40V- 50C 0,3M 50C 40V 0 40V- C 0,3M 8C 40V 0 40V- 11 C 0,3M 11 C 40V Thời gian 2h 2h 2h 2h a) Mẫu 40V- 20C b) Mẫu 40V- 50C c) Mẫu 40V- 80C d) Mẫu 40V- 11 0C Hình 4.13: Ảnh FE-SEM bề mặt khn AAO sau anốt hóa lần 0,3M axit Oxalic, điện 40V, thời gian 2h, nhiệt độ thay đổi từ đến 11 0C a) Mẫu 40V- 20C: nhiệt độ anốt 20C b) Mẫu 40V- 50C: nhiệt độ anốt 0C c) Mẫu 40V- 80C: nhiệt độ anốt 80C d) Mẫu 40V- 110C: nhiệt độ anốt 110C 66 Chương 4: Kết bàn luận Khoảng cách trung bình lỗ Dc đường kính trung bình lỗ Dp khn AAO anốt hóa điện 40V, nhiệt độ thay đổi từ đến 110C Đường kính lỗ (nm) Khoảng cách lỗ (nm) 0C 40 100 0C 65 100 0C 95 110 11 0C 120 120 Ảnh FE-SEM hình 4.13 cho thấy thay đổi cấu trúc lỗ giống anốt 30V: đường kính lỗ tăng theo nhiệt độ cịn mật độ lỗ khơng thay đổi nhiều Ở nhiệt độ thấp 0C lỗ khơng trịn khơng đồng đều, lên đến 50C lỗ tương đối đồng phân bố lỗ bề mặt Với điện 40V nhiệt độ anốt 0C cho cấu trúc bề mặt đồng Kết luận:Ở nhiệt độ thấp ăn mịn diễn chậm, cấu trúc đồng đường kính lỗ nhỏ Ở nhiệt độ cao ăn mịn diễn mạnh, đồng thời đường kính lỗ tăng lên dẫn đến phá vỡ cấu trúc mẫu 40V-11Đ Ứng với điện anốt cần khoảng nhiệt độ thích hợp để tạo khn AAO có cấu trúc đồng đều: anốt hóa 30V nhiệt độ tương ứng 0C, điện cao 40V cần nhiệt độ thấp 50C 4.3.2.2 Sự ảnh hưởng điện đến cấu trúc khuôn AAO Mẫu 30V 40V 50V 60V Anốt lần H 2C2O4 Nồng độ Nhiệt độ Điện 0,3M 50C 30V 0,3M 5C 40V 0,3M 50C 50V 0,3M 5C 60V Thời gian 2h 2h 2h 2h b) Mẫu 40V a) Mẫu 30V 67 Chương 4: Kết bàn luận c) Mẫu 50V d) Mẫu 60V Hình 4.14: Ảnh FE-SEM bề mặt khn AAO sau anốt hóa lần 0,3M axit Oxalic, nhiệt độ 50C, thời gian 2h, điện thay đổi từ 30 đến 60V a) Mẫu 30V: đện anốt 30V b) Mẫu 40V: đện anốt 40V c) Mẫu 50V: đện anốt 50V d) Mẫu 60V: đện anốt 60V Khoảng cách trung bình lỗ Dc đường kính trung bình lỗ Dp khn AAO anốt hóa điện 30V, 40V, 50V 60V thống kê theo bảng sau: Đường kính lỗ (nm) Khoảng cách lỗ (nm) 180 30V 50 90 40V 65 100 50V 110 145 60V 150 160 nm 160 140 120 100 80 60 40 Đường kính lỗ Khoảng cách lỗ 20 Hình 4.15: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc đường kính lỗ Dp khoảng cách lỗ Dc vào điện anốt hóa 68 Chương 4: Kết bàn luận Khi tăng điện thế, đường kính lỗ Dp khoảng cách lỗ Dc tăng Tuy nhiên độ tăng đường kính lớn so với độ tăng khoảng cách Đến 60V đường kính lỗ khoảng cách lỗ gần nhau, làm cho lỗ bắt đầu chồng chập lên gây phá vỡ cấu trúc bề mặt Nếu điện lớn 60V làm cấu trúc lỗ khuôn AAO Mối quan hệ đường kính lỗ Dp điện U tuân theo quy luật Dp = 1,29U Quy luật lý thuyết thay đổi đường kính lỗ khơng phụ thuộc vào điện mà cịn bị ảnh hưởng nhiều yếu tố khác như: nhiệt độ, nồng độ, thời gian Tuy nhiên, đường kính lỗ tăng gần tuyến tính theo đường thẳng với điện Mối quan hệ khoảng cách lỗ Dc điện U quy luật Dc = 2,5U Và quy luật bị thay đổi tùy thuộc vào: nhiệt độ, thời gian, nồng độ Khoảng cách lỗ tuyến tính gần đường thẳng với điện So với quy luật đường kính lỗ theo điện khoảng cách lỗ gần với cơng thức Dc = 2,5U Với điện 40V ảnh FE-SEM cho ta Dc = 100nm, tuân theo công thức Sau tẩy lớp anốt lần (lớp anốt dung dịch axit sunphuric 12V), bề mặt nhơm có cấu trúc lịng chảo (hình 4.8) Đây nơi định hình ban đầu để lỗ xốp phát triển Khoảng cách lịng chảo 100nm Đây khoảng cách lỗ xốp anốt hóa với điện 40V (theo quy luật Dc = 2,5U) Chính mà mẫu anốt 40V cho cấu trúc đồng mà lỗ Với điện 30V, khoảng cách lỗ theo lý thuyết 75nm Kích thước lệch so với khoảng cách lịng chảo Do lỗ xốp khơng trịn, cấu trúc bề mặt không đồng so với mẫu anốt 40V Tương tự mẫu 50V 60V, khoảng cách lỗ không phù hợp với khoảng cách lịng chảo nên cấu trúc khơng đồng 69 Chương 4: Kết bàn luận 4.3.2.3 Sự ảnh hưởng thời gian đến cấu trúc khuôn AAO Mẫu 40V- 1h 40V- 2h 40V- 3h 40V- 4h Anốt lần H 2C2O4 Nồng độ Nhiệt độ Điện 0,3M 50C 40V 0,3M 50C 40V 0,3M 5C 40V 0,3M 5C 40V Thời gian 0,5h 2h 3,5h 5h a) Mẫu 40V-0,5h b) Mẫu 40V-2h c) Mẫu 40V-3,5h d) Mẫu 40V-5h Hình 4.16: Ảnh FE-SEM bề mặt khn AAO sau anốt hóa lần 0,3M axit Oxalic, điện 40V, nhiệt độ 50C, thời gian thay đổi từ 0,5 đến 5h Đường kính trung bình lỗ Dp Khoảng cách trung bình lỗ Dc khn AAO anốt hóa điện 40V với thời gian 0,5 giờ, giờ, 3,5 thống kê theo bảng sau: 70 Chương 4: Kết bàn luận Đường kính lỗ (nm) Khoảng cách lỗ (nm) 120 0,5 50 100 65 100 3,5 90 100 100 100 nm 100 80 60 40 Đường kính lỗ Khoảng cách lỗ 20 0.5 3.5 Hình 4.17: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc đường kính lỗ Dp khoảng cách lỗ Dc vào thời gian anốt hóa Ảnh FE-SEM cho thấy khoảng cách lỗ không thay đổi theo thời gian tuân theo quy luật Dc = 2.5U Thời gian anốt hóa dài đường kính lỗ xốp tăng lên Đến khoảng đường kính lỗ Dp với khoảng cách lỗ Dc gây phá vỡ cấu trúc bề mặt Như thời gian làm tăng kích thức lỗ cịn khoảng cách lỗ khơng thay đổi Anốt hóa với hiệu điện 40V, 0C tạo khn AAO có cấu trúc đồng đầu khoảng thời gian 4.4 Sự hình thành carbon nanotubes khn AAO 4.4.1 Tạo ống nano polyimide khuôn AAO Sau thấm dung dịch polymer vào khn AAO, tiến hành đóng rắn 2500C Để nhìn thấy cấu trúc ống khn AAO, loại bỏ phần khuôn lớp bề mặt cách ngâm khuôn dung dịch axit photphoric khoảng thời gian ngắn khoảng phút rối tiến hành chụp FE-SEM bề mặt 71 Chương 4: Kết bàn luận Hình 4.18: Ảnh FE-SEM ống polyimide khn AAO Ảnh FE-SEM cho thấy có tạo thành ống polyimide khn AAO Những ống có đường kính trung bình khoảng 70nm Điều chứng tỏ cấu trúc lỗ xốp khuôn AAO 4.4.2 Kết tạo Carbon nanotubes Hình 4.19: Ảnh FE-SEM ống nano carbon hình thành khn AAO 72 Chương 4: Kết bàn luận Ảnh FE-SEM cho thấy có tạo thành ống nano carbon Những ống xếp song song theo chiều thẳng đứng với đường kính trung bình khoảng 80nm Điều khẳng định cấu trúc lỗ xốp khuôn AAO Tuy nhiên bề mặt ống nano carbon có nhiều khuyết tật, polymer thấm chưa lỗ xốp Vì cần phải khảo sát thêm ảnh hưởng loại dung mơi hịa tan polymer, nồng độ dung dịch polymer điều kiện thấm tẩm nhựa 73 Chương 5: Kết luận kiến nghị CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận: Đã khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình đánh bóng điện hóa Đánh bóng điện hóa hỗn hợp HClO4/C2H5OH, 12V, 20C, 15 phút thu bề mặt nhơm nhẵn bóng, làm sở cho q trình anốt hóa Chế tạo thành cơng khn AAO có cấu trúc lỗ xốp nano Đã nghiên cứu so sánh q trình anốt hóa lần loại axit loại axit khác Với quy trình anốt hóa lần loại axit khác (lần axit sunphuric lần axit oxalic) tạo khuôn AAO tương đối đẹp: lỗ phân bố đồng đều, lỗ trịn đường kính Khn AAO làm sở tổng hợp ống nano cacbon Anốt hóa lần axit sunphuric 12V, anốt lần axit oxalic 40V tạo khn AAO có cấu trúc đồng điều kiện khảo sát: đường kính lỗ xốp trung bình 65nm, lỗ phân bố đồng khoảng cách lỗ trung bình khoảng 100nm Đã tạo ống cacbon có kích thước nano phương pháp graphit hóa polyimit khuôn AAO Ống nano cacbon sau nhiệt phân có đường kính ngồi khoảng 60-70nm Ảnh FE-SEM cấu trúc ống nano polyimit khuôn AAO CNTs sau loại bỏ khuôn AAO lọc tách Kiến nghị: - Khảo sát điều kiện (điện thế, thời gian, nồng độ) trình anốt hóa lần axit sunphuric kết hợp với anốt hóa lần axit Qua kiểm sốt mật độ lỗ đường kính lỗ xốp - Tăng kích thước nhơm nhằm tăng diện tích khn AAO sử dụng cho chế tạo CNTs với số lượng lớn Kết hợp nhiều bình điện hóa hệ thống điện hóa nhằm tăng số lượng khuôn AAO - Mở rộng khảo sát theo chế độ nhiệt độ thời gian khác đến hình thành cấu trúc graphit ống nano cacbon - Sử dụng thêm chất xúc tác nhằm gia tăng mức độ graphit hóa tạo CNTs 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A Huczko, Synthesis of aligned carbon nanotubes, Appl Phys A 74, 2002 [2] Ali Eftekhari, Nanostructured Materials in Electrochemistry, Wiley-VCH Verlag GmbH&Co.KgaA Weinheim, Germany, 2008 [3] Caterina Leone, High performance synthesis and purification of carbon nanotubes, Fondo Sociale Europeo, 2006 [4] Chu, S-Z., Wada, K., Inoue, S., Isogai, M and Yasumori, A Adv Mater., 17, 115–2119, 2005 [5] G.D.Sulka, V.Moshchalkov, G.Borghs, J.-P.Celis, Electrochemical impedance spectroscopic study of barrier layer thinning in nanostructured aluminium, Springer Science and Business Media, 2007 [6] Gowtham Manoharan, Confined growth of carbon nanotubes and silicon nanowires in lateral porous alumina templates, École Polytechnique, 2009 [7] Grzegorz D.Sulka, Krzysztof G Parkoa, Anodising potential influence on wellordered nanostructures formed by anodisation of aluminium in sulphuric acid, Thin Solid Films, 338–345, 2006 [8] Han-Jun Oh and et al., Fabrication of Polymer Nanotubes using Alumina Template, Solid State Phenomena Vols 124-126 [9] Jurg Furer, Growth of Single-Wall Carbon Nanotubes by Chemical Vapor Deposition for Electrical Devices, Basel, 2006 [10] Keller, F., Hunter, M.S and Robinson, D L J Electrochem Soc., 100, 411– 419, 1953 [11] Kyung Jin Lee and et al., Fabrication Nanotubes and Carbon Nanotubes containing Magnetic Iron Oxide in Confinement, Chem Commun., 2005 [12] Mauro Giorcelli, Growth and characterization of Carbon Nanotubes by CVD system , Politecnico di Torino, 2008 [13] Nakamura, S., Saito, M., Huang, Li-F., Miyagi, M and Wada, K Jpn J Appl Phys., 31, 3589–3593 1992 [14] Nielsch, K., Choi, J., Schwirn, K., Wehrspohn, R.B and Gösele, U Nano Lett., 2, 677–680, 2002 [15] O'Sullivan, J.P and Wood, G.C Proc Roy Soc Lond A, 317, 511–543, 1970 [16] Peter J F Harris, Carbon Nanotube Science: synthesis, properties and applications, Cambridge University Press, 2009 [17] Saloome Motavas, Controlling the Distribution of Carbon Nanotubes with Colloidal Masks: Large-Area Patterning of Carbon Nanotube Ring Arrays, Sharif University of Technology, 2006 [18] Sulka, G.D and Parko»a, K.G Electrochim Acta, 52, 1880–1888, 2007 [19] Theodoropoulou, M., Karahaliou, P.K., Georgia, S.N., Krontiras, C.A., Pisanias, M.N., Kokonou,M and Nassiopoulou, A G Ionics, 11, 236–239, 2005 [20] Wei Huang, Yao Wang, Guohua Luo and Fei Wei, 9.9% purity multi-walled carbon nanotubes by vacuum high-temperature annealing, Carbon 41, 2003 [21] Wernick, S., Pinner, R and Sheasby, P.G., The Surface Treatment and Finishing of Aluminium and its Alloys, ASMInternational, Finishing Publication Ltd., 5th edition, pp 289–368, 1987 [22] Wilson Merchan-Merchan and et al., Combustion synthesis of carbon nanotubes and related nanostructures, Progress in Energy and Combustion Science 36, 2010 [23] Xiaoru Li and et al., Fabrication of Patterned Polystyrene Nanotube Arrays in an Anodic Aluminum Oxide Template by Photolithography and the Multiwetting Mechanism, J Phys Chem B , 2009 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Phạm Phi Bào Ngày, tháng, năm sinh: 20/01/1985 Nơi sinh: Khánh Hòa Địa liên lạc: 69 đường S2, P.Tây Thạnh, Q.Tân Phú, Tp.HCM QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO Năm 2003 – 2007: Học tập Khoa Hoá Học – ĐH Sư Phạm Tp HCM Năm 2008 – nay: Học cao học chuyên ngành Vật liệu Cao phân tử tổ hợp trường ĐH Bách Khoa Tp HCM Q TRÌNH CƠNG TÁC - Từ năm 2008 – nay: Làm việc công ty CP ĐT XD Phúc Trạch - Bài báo đăng : TT Tên cơng trình (bài báo, cơng trình ) Là tác giả đồng tác giả cơng trình Nơi cơng bố (tên tạp chí đăng cơng trình) Chế tạo Anodic Nguyễn Hữu Niếu, Hội nghị Khoa học Alumina Nanotemplate Nguyễn Đắc lần thứ - trường phương pháp Thành, Hồng ĐH Khoa học Tự anode hóa hai giai Xuân Tùng, Chế nhiên - ĐH Quốc gia đoạn sử dụng hai dung Đông Biên, Phạm TP HCM dịch điện ly khác Phi Bào Năm công bố 2010 ... 00308428 I TÊN ĐỀ TÀI: “CHẾ TẠO KHN ANODIC ALUMINIUM OXIDE (AAO) DÙNG ĐỂ LÀM KHUÔN CHẾ TẠO CARBON NANOTUBE? ?? II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: Nhiệm vụ: - Chế tạo khn Anodic aluminium oxide (AAO) có cấu trúc... Phi Bào iv TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài “CHẾ TẠO KHUÔN ANODIC ALUMINIUM OXIDE (AAO) DÙNG ĐỂ LÀM KHN CHẾ TẠO CARBON NANOTUBE? ?? nghiên cứu quy trình chế tạo khn AAO có cấu trúc lỗ xốp dạng tổ ong... 1.13: Chế tạo ống nano polymer sử dụng khuôn AAO 10 Hình 1.14: Chế tạo ống nano PI sử dụng khuôn AAO 11 Hình 1.15: CNTs khn AAO dùng làm cảm biến glucơzơ 12 Hình 1.16: Quy trình chế tạo