Tiu lun nanocabon các vấn đề cơ bản nano cacbon và các phương pháp biến tính đượcsử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới.

MỞ ĐẦU Trong năm gần vật liệu nano thu hút nhiều nhà khoa hoc nghiên cứu có nhiều ứng dụng hấp dẫn Và nghiên cứu đó, ống nano nano carbon vật liệu quan tâm nhiều tính chất ưu việt chúng MWCNTs( ống nano cacbon đa tường) có độ cứng lớn kim cương hay SWCNTs có độ dẫn điện tương đương với bạc với tính chất dẫn điện, nhiệt, tính quang học mà nano cacbon ứng dụng từ việc làm hình phẳng, hạt phân tán thuốc, đến vật liệu compsit, … Nano cacbon cócấu tạo gồm vách trụ nano tạo thành từ mạng nguyên tử Cacbon cạnh nắp chúng bán cầu flurene Trong tổng hợp , khơng thể tránh sai sót, lỗ hỏng bề mặt nano cac bon Do kích thước nhỏ ống nano cacbon tác động lực Van - der - Waals, tỷ số diện tích bề mặt lớn dẫn đến CNTs dễ bị tụ đám lắng đọng xuống đáy sau phân tán chất lỏng, việc sử dụng phương pháp rung siêu âm thời gian dài không đạt kết tốt việc phân tán CNTs chất lỏng Từ đó, người ta đưa phương pháp biến tính bề mặt ( chức hóa) nano cacbon dựa v sai hỏng để biến đổi bề mặt chúng, làm bề mặt chúng trở nên xước bám, dễ dàng phân tán vào hệ vật liệu yêu cầu Bài tiểu luận đưa vấn đề nano cacbon phương pháp biến tính sử dụng phổ biến giới PHẦN 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan vật liệu ống nano cacbon 1.1.1 Lịch sử phát triển • Cacbon Trong bảng hệ thống tuần hồn cacbon ngun tố nằm vị trí thứ (có điện tử, nguyên tử lượng 12), có cấu hình điện tử 1s 22s22p2 ngun tử cacbon có bốn điện tử hóa trị Năng lượng liên kết mức lượng cao 2p mức lượng thấp 2s nhỏ so với lượng liên kết liên kết hóa học [1], hàm sóng bốn điện tử hóa trị dễ dàng tự kết hợp kết hợp với nguyên tử khác Trạng thái ưu tiên cho xếp điện tử gọi trạng thái lai hóa Cacbon có ba trạng thái lai hóa sp1, sp2, sp3 tồn dạng vật chất khác cacbon Trạng thái lai hóa sp1 thẳng hàng tạo thành chuỗi dây xích phẳng Mỗi mắt xích nguyên tử cacbon Dạng lai hóa tạo tự nhiên khó tồn dạng rắn Trạng thái lai hóa sp trạng thái liên kết phẳng, trạng thái lai hóa có ba obital sp2 tạo thành lại obital 2p Ba obital đồng phẳng tạo với góc 120o tạo thành liên kết σ chồng chập với nguyên tố cacbon bên cạnh Obital p tạo liên kết π với nguyên tử Trạng thái lai hóa sp2 nguyên tử cacbon tưởng tượng giống cacbon đơn 2D phẳng góc liên kết tạo nguyên tử cacbon 120 o trơng giống mạng hình tổ ong Mạng thường tồn cấu trúc graphene (hình1.1b) Trạng thái lai hóa sp3 ,trong trạng thái bốn obital lai hóa sp tương đương tạo thành định hướng theo đỉnh tứ diện quanh nguyên tử tạo thành bốn liên kết σ chồng chập với obital nguyên tử bên cạnh Một ví dụ điển hình phân tử etan (C 2H6), liên kết σ Csp3 - Csp3 (C - C) tạo thành hai nguyên tử cacbon chồng chập orbital sp ba liên kết σ Csp3 - H1s tạo thành nguyên tử cacbon Trong tự nhiên trạng thái lai hóa sp thường tồn cấu trúc Kim cương • Graphite Graphite hay than chì dạng thù hình cacbon, có cấu trúc lớp Mỗi lớp graphene, graphene liên kết với lực liên kết yếu dạng liên kết Van - Der - Waals Bên lớp nguyên tử cacbon liên kết phẳng với ba nguyên tử cacbon khác bên cạnh liên kết cộng hóa trị với góc liên kết 120o.[2] Hình 1.2 Cấu trúc Graphite a) Chiều đứng; b) Chiều ngang [2] Trong graphite, nguyên tử cacbon trạng thái lai hoá sp xếp thành lớp mạng lục giác song song Khoảng cách nguyên tử cacbon lớp mạng 1,42 Å (hình 1.2a), hai lớp mạng liền kề 3,34 Å thể (hình 1.2b) Dạng thù hình phổ biến than có màu đen cây, gỗ cháy lại Về mặt cấu trúc, than dạng cacbon vơ định hình ngun tử cacbon có tính trật tự cao, chủ yếu liên kết sp3, khoảng 10% liên kết sp khơng có liên kết sp Trong tự nhiên, khoáng chất chứa graphite bao gồm: thạch anh, calcit, mica, thiên thạch chứa sắt tuamalin • Kim cương Như biết cacbon có ba trạng thái lai hóa sp 1, sp2, sp3 Các trạng thái lai hóa hình thành nên dạng vật chất khác nhau tự nhiên Kim cương dạng cấu trúc tinh thể khác cacbon Đây dạng tinh thể thể rõ nét trạng thái lai hóa sp3 nguyên tử cacbon, tồn dạng lập phương lục giác Hình 1.3 Cấu trúc tinh thể Kim cương; Cấu trúc mạng tinh thể Kim cương thể hình 1.3 Ở dạng lập phương, nguyên tử cacbon liên kết với bốn nguyên tử cacbon khác xung quanh gần bốn liên kết σ sp3, liên kết liên kết cộng hóa trị Vì lượng liên kết nguyên tử cacbon tinh thể Kim cương lớn nên Kim cương cứng bền Ô mạng sở Kim cương tạo thành sở lập phương tâm mặt Bốn nguyên tử cacbon bên chiếm vị trí tọa độ (1/4,1/4,1/4), (3/4,3/4,1/4), (1/4,3/4,3/4), (3/4,1/4,3/4) Khoảng cách nguyên tử cacbon tinh thể Kim cương 1,544 Å Góc cố định liên kết cộng hóa trị mạng Kim cương 109,5o Cũng graphite, Kim cương có độ dẫn nhiệt cao (cỡ 2000 W/m.K) nhiệt độ nóng chảy lớn (cỡ 4500 K) • Fullerenes Năm 1985, nghiên cứu cacbon Kroto đồng nghiệp [30] khám phá tập hợp lớn nguyên tử cacbon kết tinh dạng phân tử có dạng hình cầu kích thước cỡ nanomet - dạng thù hình thứ ba cacbon gọi Fullerenes Fullerenes lồng phân tử cacbon khép kín với nguyên tử cacbon xếp thành mặt cầu mặt elip Fullerenes biết đến C60, có dạng hình cầu gồm 60 ngun tử cacbon nằm đỉnh khối 32 mặt tạo 12 ngũ giác 20 lục giác (hình 1.4a) Liên kết chủ yếu nguyên tử cacbon liên kết sp Ngồi có xen lẫn với vài liên kết sp3, nguyên tử cacbon khơng có tọa độ phẳng mà có dạng mặt cầu elip Cấu trúc phân tử C60 giống bóng đá nhiều múi nên để có mặt cầu, ngũ giác bao quanh năm lục giác Sự có mặt ngũ giác cung cấp độ cong cần thiết cho hình thành cấu trúc dạng lồng Năm 1990, Kratschmer [30] tìm thấy sản phẩm muội than tạo phóng điện hồ quang điện cực graphite có chứa C60 dạng fullerenes khác C70, C80 (hình 1.4b, hình 1.4c) Hình 1.4 Cấu trúc Fullerenes Fullerenes có nhiều ứng dụng thực tế Trong công nghệ may mặc, nhờ có tính chất siêu đàn hồi nên fullerenes ứng dụng chế tạo loại áo giáp chiến tranh Ứng dụng lên dùng fullerenes để mang dược phẩm dùng y tế Người ta cho ligand bám cầu fullerene dùng để ngăn chặn virus HIV công tế bào Những thuốc chữa bệnh có sử dụng fullerenes kiểu bắt đầu bán thị trường Việc kết hợp số loại vật liệu với C60 fullerenes khác tạo số loại vật liệu đa dạng chất siêu dẫn, chất cách điện v.v… [1] • Ống nano cacbon Năm 1991, trình chế tạo fullerenes S Iijima [2] khám phá cấu trúc cacbon với kích thước cỡ nanomet có dạng hình ống, cấu trúc gọi ống nano cacbon đa tường (MWCNTs) (hình 1.5) Hai năm sau, Iijima Bethune tiếp tục khám phá ống nano cacbon đơn tường (SWCNTs) có đường kính 1,4 nm chiều dài cỡ micromet Kể từ đến nay, có hai loại ống nano cacbon (CNTs) biết đến là: CNTs đơn tường (SWCNTs) CNTs đa tường (MWCNTs) (hình 1.6a, hình 1.6b) Hình 1.5 Hình ảnh TEM MWCNTs lần Ijima 1991[2] Ống nano cacbon đơn tường có cấu trúc giống cuộn lại lớp than chì độ dày ngun tử (cịn gọi graphene) thành hình trụ liền, khép kín đầu nửa phân tử fullerenes Do đó, CNTs cịn biết đến fullerenes có dạng hình ống gồm ngun tử cacbon liên kết với liên kết cộng hoá trị sp2 bền vững (Hình 1.6a) Ống nano cacbon đa tường gồm nhiều ống đơn tường đường kính khác lồng vào đồng trục, khoảng cách lớp từ 0,34 nm đến 0,39 nm Ngoài ra, SWCNTs thường tự liên kết với để tạo thành bó xếp chặt (được gọi SWCNTs ropes) tạo thành mạng tam giác hoàn hảo với số mạng 1,7 nm Mỗi bó gồm hàng trăm ống SWCNTs nằm song song với chiều dài lên đến vài mm (hình 1.6b) Hình 1.6 Các dạng cấu trúc CNTs: a) SWCNTs; b) MWCNTs Phát ống nano cacbon tính chất đặc biệt thu hút nhiều quan tâm nghiên cứu ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Sự góp mặt CNTs đánh dấu đời ngành khoa học vật liệu mới: vật liệu dựa sở cacbon - vật liệu cho tương lai 1.1.2 Cấu trúc ống nano cacbon SWCNTs định nghĩa graphene cuộn thành hình trụ trịn với đường kính khoảng 0,7 đến 10 nm (hầu hết < 2nm) Mặc dù chế phát triển khơng hồn tồn graphene, mơ hình graphene lại sử dụng để giải thích cho tính chất ống nano cacbon Tùy theo hướng cuộn, số lớp mạng graphene mà vật liệu CNTs phân thành loại khác CNTs có đường kính từ vài nanomet tới vài chục nanomet chiều dài từ vài micromet đến vài minimet, dẫn tới tỉ lệ chiều dài/đường kính diện tích bề mặt lớn Tuy nhiên, cấu trúc lý tưởng CNTs Trên thực tế, cấu trúc CNTs tồn sai hỏng hay gọi defect Các defect phân loại theo cấu trúc hình học hay dạng lai hóa nguyên tử cacbon cấu thành nên CNTs Các defect theo cấu trúc hình học ống CNTs xuất vòng cacbon khơng phải cạnh Các vịng cacbon cạnh cạnh, chủ yếu xảy đầu ống gần vùng liên kết ống (hình 1.9) Các defect theo kiểu lai hóa, hiểu dạng lai hóa nguyên tử cacbon CNTs kết hợp dạng lai hóa sp sp 3, cấu trúc CNTs không gồm liên kết C - C lai hóa dạng sp mà cịn sp2+α (-1 1000) sở hữu diện tích bề mặt lớn Ngồi ra, CNTs thương mại hóa tổng hợp theo hình thức bó, dẫn đến khó khăn vốn có phân tán 16 Hình 2.1: Khả biến tính cho SWNTs: Để giải vấn đề đó, đạo diễn hướng tới phát triển phương pháp để thay đổi tính chất bề mặt CNTs Những cách tiếp cận chia thành biến tính hóa học (Hóa trị) vật lý (noncovalent) tương tác hoạt động vật liệu CNTs Các đặc tính tương ứng với phương pháp tóm tắt hình 2.1 2.2 Chức hóa liên kết cộng hóa trị Con đường tốt để CNTs đảm bảo phân tán tốt thay đổi hóa học bề mặt CNTs Các kĩ thuật chức hóa liên quan đến việc gắn liên kết hóa học bề mặt CNT mũ kết thúc ( nắp ống nano cacbon- bán phần flurene) Ống nano chức hóa thường bắt đầu với điều kiện oxi hóa, thường sục nitric axit sulfuric kết hợp hai để đính gốc thuốc axit cacboxylic vào trang mạng bị lỗi ( defec) Các mũ cuối ống nano xuất lượng biến dạng chúng có độ cong lớn với ngũ giác nguyên tử Cacbon dễ bị tổn thương để phản ứng với axit Các vách tường bên có chứa khuyết tật cặp ngũ giác bảy cạnh, khuyết tật lai hóa sp3 chỗ trống mạng ống nano dễ dàng bổ sung gốc oxy hóa ổn định hình thành chủ yếu nhóm chức axit cacboxylic nhóm hydroxit Những gốc axit nhóm hydroxit tiếp tục thay cho nhóm phản ứng giống -COCl -CORNH2 Việc bổ sung nhóm chức CNTs sở hữu lực đẩy phân tử nhóm chức bề mặt vượt qua lực Van der Waal yếu CNT Nó ổn định phân tán để ngăn chặn kết tụ CNT Chức hóa CNT ngăn chặn kết tụ lại CNTs 17 Hình 2.2 Lỗi SWNT a) vòng 5-7 cạnh b) sp 3-hybrideized defects (R=H and OH) c) mạng cacbon bị phá hủy tác nhân oxi hóa, thay nhóm –COOH d) mở nắp SWNT, kết thúc với nhóm COOH Besides carboxyl , nhóm tương tự: -NO 2, -OH, -H, and =O (Hirsch 2002) Chức hóa dựa liên kết hóa trị nhóm chức lên dạng carbon CNTs Nó thực mũ ống cuối ống nano hay hông họ mà có nhiều khiếm khuyết Liên kết cộng hóa trị chức hóa vách bên trực tiếp có liên quan đến thay đổi lai hóa từ sp để sp3 mát đồng thời hệ thống p-chia lớp graphene (Hình 2.3) Quá trình thực phản ứng với số phân tử có khả phản ứng cao Trong cách tiếp cận đầu tiên, florua hóa CNTs trở thành phổ biến cho điều tra ban đầu chức hóa liên kết kết cộng hóa trị hơng CNTs trơ (Bianco et al ; 2008 & Mickelson et al ; 1998) Các CNT flo có liên kết C-F yếu florua alkyl (Kelly et al 1993) cung cấp mạng thay cho functionalization bổ sung (Touhara et al ; 2002) Thành cơng thay ngun tử flo nhóm amin, alkyl hydroxyl đạt (Stevens et al ; 2003) Các phương pháp khác, bao gồm cycloaddition, phản ứng Diels-Alder, cacben nitrene Ngoài (Hu et al 2003), clo, brom hóa (Unger et al 2002), hydro hóa (Kim et al ; 2002), azomethineylides (2004 Tagmatarchis) sử dụng thành công Phương pháp khác chúc hóa khiếm khuyết CNTs Những khiếm khuyết nội bổ sung nhóm oxy hóa cho khung ống nano axit mạnh mà lại chức hóa với nhóm chức oxy hóa (Chen et al ; 1998) Đặc biệt, biến tính CNTs với 18 axit mạnh HNO3, H2SO4 hỗn hợp chúng (Esumi et al ;1996 & Liu et al ; 1998), với chất oxi hóa mạnh KMnO4 (Yu et al ; 1998), ozone(Sham et al ; 2006), phản ứng plasma (Wang et al ; 2009) có xu hướng mở ống sau tạo nhóm chức oxy hóa axit cacboxylic, xeton, rượu este nhóm, phục vụ để tether nhiều loại khác gốc hóa học vào điểm kết thúc mạng khiếm khuyết ống Các nhóm chức hóa phong phú CNTs sử dụng tiền thân cho phản ứng hóa học nữa, chẳng hạn silanation (Ma et al ;2006), polyme ghép Sano et al 2001 & Kông et al 2003), este hóa (Hamno et al.2002), thiolation (Liu et al ; Khoa học, 1998), chí số phân tử sinh học (Coleman et al ;2006) Các CNT chức hóa phương pháp kết cộng hóa trị có lợi tốt mà hịa tan dung mơi hữu khác CNTs có nhiều nhóm chức hẳng hạn nhóm phân cực hay khơng phân cực Hình 2.3: Chức hóa liên kết cộng hóa trị Tuy nhiên phương pháp có hai nhược điểm lớn Thứ nhất, phản ứng, chức hóa đặc biệt với trình gây tổn hại ultrasonication (Hình 2.4), số lượng lớn khuyết tật khơng thể tránh tạo hông CNT, số trường hợp cực đoan, CNT bị phân chia thành phần nhỏ (Hình 8) Cụ thể, việc lai hóa carbon CNTs thay đổi từ sp để sp3 Những tác dụng làm hư hỏng dẫn đến suy thối nghiêm trọng cấu tính chất CNT gián đoạn hệ thống electron π ống nano việc gián đoạn electron  bất lợi cho vận chuyển thuộc tính CNTs vào mạng khuếch tán electron phonon chịu trách nhiệm cho dẫn 19 điện nhiệt Thứ hai, acid đậm đặc oxy hóa mạnh mẽ thường sử dụng cho chức hóa CNTs khơng thân thiện với mơi trường Vì vậy, nhiều nỗ lực đưa phương pháp phát triển thuận tiện để sử dụng, chi phí thấp thiệt hại cấu trúc CNT Hình 2.4:a hồ sơ kích thích huỳnh quang natri cholate lơ lửng nước b hồ sơ cá nhân SWCNT sau 10 phút tiến hành mà khơng kiểm sốt nhiệt độ (Heller et al ; 2005) Hình 2.5: Ản hTEM: (a) SWNTs ; (b) biến tính axit SWNTs rope (Monthioux et al.; 2001) 2.3 Chức hóa khơng cộng hóa trị Ưu điểm chức hóa khơng cộng hóa trị khơng phá hủy liên kết hệ thống vách CNTs, khơng ảnh hưởng đến tính chất cấu trúc vật liệu Các Chức hóa khơng cộng hóa trị phương pháp khác để điều chỉnh tính chất bề mặt ống nano Các CNTs chức hóa khơng đồng hóa trị hợp chất aro, hợp chất 20 hoạt động bề mặt, polyme, sử dụng xếp chồng π-π tương tác kỵ nước Trong phương pháp tiếp cận, biến tính khơng cộng hóa trị CNTs bảo quản cấu trúc họ mong muốn, cải thiện tính tan CNTs rõ rệt Nó tóm tắt sau: hấp thụ phân tử chất thơm nhỏ, bao phủ polymer, chất hoạt động bề mặt, polyme sinh học phương pháp endohedral Phân tử thơm, pyrene, porphyrin, dẫn xuất chúng, tương tác với vách CNTs tương tác π-π xếp, mở đường cho chức hóa khơng cộng hóa trị CNT (Hình 2.6) Dai đồng nghiệp báo cáo cách tiếp cận chung chức hóa khơng cộng hóa trị vách CNTs cố định phân tử sinh học vào CNTs với mức độ kiểm soát cao độ đặc hiệu (Dat et al ; 2001) Hecht et al thiết bị / FET chế tạo CNTs chức hóa khơng đồng hóa trị với dẫn xuất kẽm porphyrin, sử dụng để phát trực tiếp hình ảnh electron chuyển kẽm porphyrin hệ phái sinh-CNTs (Hecht et al ; 2006) (Hu et al ; 2008) chuẩn bị lai hóa CdSe-CNTs cách tự lắp ráp pyrene-chức hóa CdSe (pyrene / CdSe) hạt nano lên bề mặt CNTs Polyme, đặc biệt polyme liên hợp, chứng minh để phục vụ bao phủ tuyệt vời nguyên vật liệu cho functionalization khơng cộng hóa trị CNTs kết stacking π-π tương tác van der Waals chuỗi polymer liên hợp có chứa vịng thơm bề mặt CNTs(Hình 2.7) (Star et al ; 2001, 2002, 2003 Cheng et al ; 2006 & Yi et al ; 2008) Những báo cáo số chất liên hợp hữu hòa tan (mphenylenevinylene) -đồng (2,5-dioctoxy-pphenylene) vinylene (PmPV) (Star et al ; 2001) poly (2,6-pyridinlenevinylene) - đồng (2,5-dioctoxy-p-phenylene) vinylene (PPyPV) (Steuerman et al ;2002), poly (5-alkoxy-m-phenylenevinylene) -co- (2,5-dioctoxy-pphenylene) – vinylene (PAmPV) (Star et al ; 2003), dendrimer stilbene-như (Star et al ; 2002), để nghiên cứu chúng chức hóa khơng cộng hóa trị cho CNTs Hinh2.6: Aromatic small-molecule based non-covalent functionalization Ngoài ra, bề mặt polyme sử dụng để chức hóa CNTs (Hình2.8) Hấp phụ vật lý bề mặt bề mặt CNT giảm sức căng bề mặt CNTs có hiệu ngăn ngừa tập hợp CNT Hơn nữa, CNT với có mặt cảu chất hoạt động bề mặt vượt qua lực van der Waals điện lực đẩy / steric 21 Hiệu phương pháp phụ thuộc nhiều vào tính chất hoạt động bề mặt, trung bình hóa học ma trận polymer Mối quan hệ bề mặt CNT học trước sau: (i) hoạt động bề mặt không ion, polyoxyetylen lauryl C12EO8(Gong et al ; 2000), polyoxyetylen octylphenylether (Triton X-100) (Vaisman et al ; 2006), (Ii) chất hoạt động bề mặt anion, chẳng hạn natri dodecylsulfate (SDS), natri dodecylbenzenesulfonate (NaDDBS), poly (styrene sulfate) (PSS) (Islam et al ; 2003 & Yu et al ; 2007) (iii) hoạt động bề mặt cation, dodecyl tri-methyl ammoniumbromide (DTAB) (Whitsitt et al ; 2003), cetyltrimethylammounium vinylbenzoate (Kim et al ;2007) Hình 2.7: The side arms of the 1,5-dioxynaphthalene containing PAmPV-decorated CNTs hybrids associate với cyclobis(paraquat-p-phenylene) (CBPQT4+) rings Mặc dù chất hoạt động bề mặt có hiệu việc hòa tan CNTs, họ gọi màng plasma thấm Chúng độc cho ứng dụng sinh học Do đó, việc sử dụng phức CNTs với chất hoạt động bề mặt động bề mặt ổn định có khả giới hạn cho ứng dụng y sinh học(Klumpp et al ; 2006) Các sản phẩm hòa tan CNTs với thành phần sinh học chắn thích hợp hướng tới hội nhập loại hình vật liệu với hệ thống sống (Hình 12) Các biomacromolecules cho chức hóa khơng cộng hóa trị CNTs bao gồm đơn giản sacarit polysaccharides (Barone et al ; 2006; et al ; 2002; Chambers et al ; 2003 & Keda et al ; 2007), protein (Chen et al ; 2001), enzyme, DNA, vv Nhiều vật liệu sinh học n-decyl-β-Dmaltoside (Ishibashi et al ; 2006), γ-cyclodextrin (Chambers et al ; 2003), η-cyclodextrin (Dodzuik et al ; 2003), chitosan (Yan et al ; 2008), pullulan (Kim et al ; 2003) phospholipiddextran (Goodwin et al ; 2009) sử dụng cho chất chức hóa khơng cộng hóa trị CNTs 22 2.3 Phương pháp thay cho chức hóa ống nano carbon Mặc dù phương pháp khác để tăng cường tương tác CNTs polyme thông qua thời gian qua, hai hướng nghiên cứu ; cụ thể chức hóa cộng hóa trị khơng cộng hóa trị chức hóa kết cộng hóa trị truyền thống chiến lược CNTs cách thường bắt đầu cách xử lý axit oxy hóa acid hóa Tuy nhiên, lượng đáng kể dị tật thai chức hóa cản trở nội tính di động phần CNTs, mà không ưa dùng trường hợp Phương pháp khơng chức hóa bề mặt ống nano với nhóm axit cacboxylic để lại phía sau cấu trúc bất lợi, cản trở khả họ cho ứng dụng thực tế tính chất học ống nano Do đó, quy luật chung, cách tiếp cận phổ biến để làm giảm bớt vấn đề để tìm hướng thay phương pháp chức hóa hiệu khơng giới thiệu mật độ cao nhóm chức bề mặt đồng nhất, nâng cao khả tương thích CNTs ma trận ngoài, cho phép ghép trực tiếp có khơng có tổn thương cấu trúc CNT, đó, tối ưu hóa cấu trúc cho ứng dụng khác Để vượt qua thách thức này, Baek et al (2005; 2004; 2006; 2007; 2010) báo cáo cách thức hiệu để chức hóa đồng hóa trị CNTs thơng qua kỹ thuật acyl hóa trực tiếp Friedel-Crafts (Hình 2.9) Đây loại kết cộng hóa trị ghép ống nano chiến lược đầy hứa hẹn để không cải thiện ống nano phân tán mà cung cấp phương tiện để tạo kính hiển vi Interlinks Nhìn chung, loại chức hóa bề mặt khơng giúp tăng cường phản ứng, mà cải thiện độ đặc hiệu cung cấp đường để sửa đổi CNT Những thành tựu đáng kể thực việc nâng cao chức khác nanocomposites CNT-polymer, thường đạt cho thành phần riêng CNT hóa học sử dụng 'trực tiếp' Friedel-Crafts kỹ thuật acyl hóa có vận hành dễ dàng Không dễ dàng đường thay để chức hóa CNT, điều chiến lược trước thể / phản ứng khơng phá hủy phá hủy điều kiện cho phân tán hiệu functionalization vật liệu nano carbon Kết quả, CNT bị phá hủy từ phương pháp sử dụng hóa chất nghiêm trọng bao gồm q trình oxy hóa sonication tránh đến mức độ lớn Như vậy, tính chất tăng cường tối đa dự kiến từ việc cải thiện ổn định phân tán mối quan hệ hóa học với ma trận 23 2.5: Một số nghiên cứu chức hóa Sen et al [7] thực chức hóa, hình thành nhóm chức hóa CNT este thấy phương pháp hiệu để tróc lớp bó CNT cải thiện gia công chúng với ma trận polymer Georgakilas et al [7] quan sát thấy CNT đồng hóa trị với chức hóa pyrolidon cycloaddition 1,3-lưỡng cực ylides azomethine cho thấy khả hòa tan 50 mg / ml chloroform, CNT ngun chất hồn tồn khơng hịa tan dung môi Liang et al [7] thực khử alkyl hóa CNTs lithium alkyl halogenua amoniac lỏng cho vách bên CNTs quan sát trải lớp rộng lớn chúng qua kiểm tra hình ảnh HRTEM Kinloch et al [50] nghiên cứu lưu biến CNTs oxy hóa thấy hợp chất chứa đầy CNT chức hóa phân tán tốt Các nhà nghiên cứu amin biến tính CNT quan trọng cho việc tăng cường tính chất học với epoxy 24 Garg et al [31] cho thấy chế phản ứng cho hình thành chức hóa axit amin chức hóa CNT tương tác chúng với nhựa epoxy hình 8a b tương ứng Hai loại khác nhóm chức gắn bề mặt CNT Trong trường hợp MWCNTs hồi lưu 48 h HNO (400 ml, nồng độ 60%) để đạt q trình oxy hóa bề mặt hợp lý ống Hỗn hợp sau lọc thu bã cặn (vật liệu xử lý) rửa nhiều lần với nước cất rửa trung tính (được kiểm tra giấy pH) Các MWCNT xử lý đem sấy khơ lị nướng trước sử dụng Trong bước thứ hai ống nano oxy hóa phân tán benzen cách khuấy, sau hồi lưu với dư thừa SOCl với vài giọt DMF sử dụng chất xúc tác cho clo hóa bề mặt MWCNT Sau khử trùng cloacyl, SOCl2 DMF loại bỏ thông qua nhiều lần rửa tetrahydrofuran (THF) 100 ml triethylene tetra-amin (TETA) thêm vào phản ứng với acyl MWCNT clo 100 ° C 24 h sục khơng có khí HCl Sau làm mát đến nhiệt độ phòng, MWCNTs rửa với nước cất lần để loại bỏ TETA dư thừa Cuối cùng, chất rắn màu đen sấy khơ nhiệt độ phịng qua đêm chân không đặt tên amin biến tính CNT Những CNT chức hóa đặc trưng FTIR, TGA HRTEM cho thấy rõ ràng diện loại nhóm chức Gojny et al [6] đạt MWCNTs biến tính bề mặt cách chảy ngược MWCNTs oxy hóa với amin đa chức quan sát từ hình ảnh TEM chúng hồn tồn bao phủ mạng epoxy từ khẳng định liên kết chúng Sinnott [6] đưa nghiên cứu sâu sắc chức hóa CNTs nơi liên kết hóa học sử dụng để điều chỉnh tương tác ống nano polymer dung môi Các chức CNT thực thông qua chiếu xạ với electron ion [6] Liên kết hóa trị có chuyển giao phonon có lợi ống nano ma trận polymer, yếu tố quan trọng để cải thiện tính dẫn nhiệt nanocomposites Để đảm bảo độ bám dính polymer ống nano qua trình biến tính bề mặt hóa học khác áp dụng để thay đổi bề CNTs trơ, cung cấp mạng liên kết với ma trận polymer 25 Hình: Biến tính bề mặt ống nano cacbon Vì vậy, việc biến tính bề mặt CNT yếu tố quan trọng, định việc phân tán hiệu cải thiện tương tác CNT polime Tuy nhiên có hạn chế 26 định việc sử dụng chức hóa CNTs Chức hóa thường sử dụng kỹ thuật khắc nghiệt dẫn đến phân mảnh ống phá vỡ liên kết graphene làm giảm tính chất CNT Các nghiên cứu cho thấy phương pháp hóa học khác làm giảm lực oằn tối đa ống nano 15% [16] Ngồi CNTs chức hóa giảm đáng kể độ dẫn điện nanocomposites CNT cân hiệu ứng phân cực, rút ngắn khuyết tật chiều dài cấu trúc vật lý trình phản ứng có tính axit [54] Nhưng chúng cịn cần thiết để gia tăng phân tán tăng cường liên kết bề CNTs với ma trận polymer quan trọng ứng dụng cấu Khả hòa tan phân tán CNTs dung mơi định polyme tăng liên kết yếu liên kết cộng hóa trị Các hoạt động bề mặt khơng ion natri dodecylbenzene sulfonate (SDS) polyoxyetylen-8-lauryl (Poel) có hai phần Phần kỵ nước bề mặt cho thấy tương tác mạnh mẽ với các-bon CNTs qua lực van der Waal phần ưa nước cho thấy liên kết hydro với dung môi sử dụng cho phân tán polymer Islam et al [55] báo cáo ~ 65% bó CNT bị tróc thành ống nano riêng rẽ với lượng thấp 20 mg (CNTs) / ml nước với SDS chất hoạt động bề mặt Barrau et al [56] sử dụng axit palmitic chất hoạt động bề mặt để phân tán CNTs vào nhựa epoxy quan sát thấy ngưỡng điện thấm giảm CNTs phân tán tốt Gong et al [57] thêm Poel chất hoạt động bề mặt CNTs / epoxy compozit để hỗ trợ phân tán CNTs Những cải tiến phân tán chitosan với axit nitric biến tính CNTs báo cáo Ozarkar ổn định phân tán chuẩn bị cách sử dụng chức hóa CNTs quan sát tốt Tuy nhiên, CNTs biến tính với bề mặt khác bao bọc tương tác CNTs giảm tính chất, đại lượng (độ dẫn điện nhiệt) CNTs nanocomposites / polymer bị ảnh hưởng bất lợi 27 KẾT LUẬN Nano cacbon có nhiều ứng dụng sống công nghiệp Việc nghiên cứu chúng cần thúc đẩy mạnh mẽ Việt Nam để góp phần đưa cơng nghệ nano đến với sản phẩm công nghệ chúng ta, sánh ngang với nước giới Công nghệ biến tính nano cacbon có phương pháp áp dụng Tùy thuộc vào điều kiện kinh tế máy móc thiết bị, hiệu suất thành phẩm, có lựa chọn phù hợp cho trình sản xuất mà khơng gây tác động xấu đến môi trường phát triển bền vững đất nước 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bui Hung Thang, Pham Van Trinh, Le Dinh Quang, Nguyen Thi Huong, Phan 10 Hong Khoi, and Phan Ngoc Minh, “Heat Dissipation for the Intel Core i5 Processor Using Multiwalled Carbon-nanotube-based Ethylene Glycol”, Journal of the Korean Physical Society, Volume 65, Number 3, August 2014, pp 312 - 316 Ijima S, (2002), Carbon nanotubes: past, present, and future, Physical B, 323, pp.1-5 Meyyappan M (2005), Carbon nanotubes Science and Applications, NASA Ames Research Center M.Sammalkorpi, K.Kautto, A.Kuronenand, K.Kaski, “Mechanical Properties of Carbon Nanotubes” http://hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-hien-dai/vat-lieu-nano/726-31122010.html http://www.intechopen.com/books/carbon-nanotubes-synthesis-characterizationapplications/carbon-nanotube-synthesis-and-growth-mechanism http://www.intechopen.com/books/syntheses-and-applications-of-carbonnanotubes-and-their-composites/carbon-nanotubes-and-their-composites http://www.nanowerk.com/news/newsid=15761.php Overview on the discovery, structure, properties and production of Carbon Nanotubes, http://kennano.com/overview/overview.htm Nguyễn Thị Hương, Bùi Hùng Thắng, Phạm Văn Trình, Nguyễn Văn Chúc, Phan Hồng Khôi Phan Ngọc Minh, “Nghiên cứu phân tán ống nanơ cácbon đa tường Ethylene Glycol”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Volume 52, Number 3B (2014), 297 - 304 29