Nghiên cứu chế tạo ống dẫn điện nano epoxy c, ag trong lỗ xốp al2o3 AAO template

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN TRUNG HIẾU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO ỐNG DẪN ĐIỆN NANO EPOXY – C, Ag TẨM TRONG LỖ XỐP Al2O3 (AAO TEMPLATE) Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU KIM LOẠI Mã số ngành : 605291 Niên khóa : 2009-2011 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP HỒ CHÍ MINH, THÁNG NĂM 2011 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét : (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn Thạc sĩ bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Tp Hồ Chí Minh, Ngày tháng năm 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc -oOo Tp HCM, ngày tháng năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Trung Hiếu Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 09 – 05 – 1983 Nơi sinh : Thái Bình Chun ngành : Cơng Nghệ Vật Liệu Kim Loại MSHV: 09030631 Khoá (Năm trúng tuyển) : 2009 1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu chế tạo ống dẫn điện nano epoxy – C, Ag tẩm lỗ xốp Al2O3 (AAO template) 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN - Nghiên cứu chế tạo ống dẫn điện nano epoxy – C, Ag sở màng nhôm anod hóa (AAO template) - Nghiên cứu độ dẫn điện ống thông qua màng sơn epoxy – nano C, Ag nằm bề mặt Khảo sát độ dẫn điện màng với thay đổi hàm lượng hạt nano C hệ 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Tháng 02 năm 2011 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : Tháng 07 năm 2011 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Văn Dán Nội dung đề cương Luận văn Thạc sĩ Hội đồng chuyên ngành thơng qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MƠN (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, muốn gửi lời cảm ơn chân thành đến người hướng dẫn trực tiếp PGS.TS Nguyễn Văn Dán Với hướng dẫn nhiệt tình, định hướng cụ thể, kịp thời Thầy giúp tơi hồn thành luận văn tiến độ Tôi muốn gửi lời cám ơn tới Thầy đồng nghiệp công tác Bộ môn Vật liệu kim loại hợp kim, Bộ môn Cơ sở khoa học vật liệu thuộc chuyên ngành Công nghệ Vật liệu trường Đại học Bách khoa Thành phố Hồ Chí Minh, Phịng thí nghiệm Vật liệu kĩ thuật cao thuộc trường Đại học Khoa học Tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh, Phịng thí nghiệm Công nghệ Nano hỗ trợ, tạo điều kiện giúp đỡ tơi q trình tiến hành thực nghiệm luận văn Cuối cùng, muốn gửi lời cám ơn tới gia đình, bạn bè động viên, khích lệ, chia sẻ hết lịng để tơi thực tốt cơng việc i TĨM TẮT Vật liệu nano chiều (one – dimensonal) gồm: ống nano, sợi nano nanorod có nhiều tính chất lạ, hứa hẹn mang đến ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực [24] Chúng tạo hướng khác lĩnh vực vật liệu có tính chất hấp thụ sóng điện từ hay cịn gọi vật liệu tàng hình (Metamaterials) Khi chúng xếp có trật tự vật liệu tạo ra, chúng có khả kết hợp tính chất mặt cấu trúc lẫn tính chất mặt thành phần Phương pháp chế tạo ống sợi nano polyme – hạt nano kim loại chủ yếu tiếp cận theo hướng dùng khn, sau polymer hóa để thu ống sợi Khn thường chế tạo theo hai nhóm chính: lithography (quang khắc) non – lithographic (không dùng quang khắc) Nhóm lithography chủ yếu sử dụng tia bắn phá đế (tia UV, e – beam, …) sử dụng thiết bị (AFM) có mũi nhọn kéo lê hay tapping (gõ liên tục vói tần số cao) để tạo rãnh, lỗ Nhóm non – lithographic khác, sử dụng trình tự hình thành cấu trúc bầy ong xây tổ Kỹ thuật điện hóa cơng nghệ khơng dùng quang khắc (non – lithographic), lợi dụng tự tạo cấu trúc (self – organized), hình thành lỗ xốp với kích thước nanomet xếp có trật tự lớp màng AAO Cấu trúc AAO template khuôn ứng dụng rộng rãi để chế tạo nhiều vật liệu nano cấu trúc chiều khác như: loại ống sợi nano kim loại, bán dẫn, polyme dẫn điện… với ưu điểm đơn giản, rẻ, dễ thực đặc biệt có khả điều khiển kích thước ống sợi cách dễ dàng dựa vào thay đổi thông số trình điện phân Trong luận văn này, AAO template chế tạo phương pháp điện hóa hai bước với thông số điện phân: dung dịch axit Oxalic (0.3M), 55VDC, 14oC Bước 1, với thời gian điện phân khoảng 10 phút Bước hai, với thời gian điện phân 75 phút Cấu trúc lỗ xốp AAO template hình thành quan sát kính hiển vi quét (SEM) Sau ii đó, sử dụng lớp màng AAO template để chế tạo ống nano dẫn điện epoxy – C, Ag, với phương pháp tẩm sơn epoxy – nano C, Ag mặt lỗ xốp đem hút chân không để điền đầy lỗ Sơn epoxy – nano C, Ag đóng rắn lỗ xốp khoảng tới ngày nhiệt độ 35oC, đem tẩy AAO template thu ống nano dẫn điện epoxy – C, Ag Ống nano này, phân tích kính hiển vi SEM để nhận biết cấu trúc, hình thái phổ tán sắc lượng EDS để phân tích thành phần ống Quá trình nghiên cứu độ dẫn điện ống tiến hành thông qua việc đo độ dẫn điện màng sơn epoxy – nano C, Ag với thành phần giống ống thu Đo độ dẫn điện màng sử dụng phương pháp đo bốn đầu dò với thay đổi hàm lượng hạt nano C phân tán keo epoxy: M40(40% C, Ag), M45( 45% C, Ag), M50(50% C, Ag), M55(55% C, Ag) iii MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn .i Tóm tắt ii Mục lục iv Danh sách hình viii Danh sách bảng xi Danh sách ký tự ký hiệu xii Chương MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ TẠO ỐNG NANO EPOXY – C, Ag 1.1 Hạt nano carbon black 1.1.1 Tính chất ứng dụng hạt nano carbon black 1.1.2 Phương pháp chế tạo 1.2 Hạt nano Ag .6 1.2.1 Tính chất hạt nano Ag 1.2.1.1 Cộng hưởng plasmon bề mặt hạt nano kim loại 1.2.1.2 Lý thuyết giải thích 1.2.1.3 Sự hấp thụ tán xạ hạt nano Ag 10 1.2.2 Phương pháp chế tạo ứng dụng 10 1.2.2.1 Phương pháp hóa học 10 1.2.2.2 Phương pháp vật lý 11 1.2.2.3 Ứng dụng 13 1.3 Nhựa epoxy 13 1.3.1 Tính chất vật lý 13 1.3.2 Tính chất hóa học 14 1.3.3 Ứng dụng 15 iv 1.4 Tính chất ống nano epoxy – C, Ag 15 1.4.1 Tính chất dẫn điện 16 1.4.2 Tính chất quang 18 1.4.3 Tính chất 21 1.5 Phương pháp chế tạo 22 1.6 Ứng dụng 22 Chương CHẾ TẠO ỐNG NANO EPOXY – C,Ag TRÊN CƠ SỞ AAO TEMPLATE 2.1 Giới thiệu 24 2.2 Cơ sở hình thành AAO template 25 2.2.1 Cấu trúc 25 2.2.2 Đường kính lỗ xốp 26 2.2.3 Khoảng cách lỗ xốp 28 2.2.4 Độ dày vách lỗ xốp 29 2.2.5 Độ dày lớp barrier 30 2.2.6 Độ xốp màng AAO 31 2.2.7 Mật độ lỗ xốp 32 2.3 Lý thuyết hình thành AAO template 33 2.3.1 Một số lý thuyết cũ 33 2.3.2 Cơ chế môi trường giúp 34 2.3.3 Trạng thái ổn định phát triển lỗ xốp 35 2.4 Chế tạo ống nano epoxy – C, Ag sở AAO template 36 2.4.1 Sự hòa tan trương polyme 36 2.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ trương hòa polyme 38 2.4.3 Dự đoán khả hịa tan polyme thơng số hịa tan 38 2.4.4 Dung mơi chất pha lỗng 39 2.4.5 Chất đóng rắn chế đóng rắn nhựa epoxy 40 v 2.4.6 Quá trình hình thành ống nano epoxy – C, Ag AAO template 42 Chương PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ 3.1 TEM 43 3.2 SEM 44 3.3 Đo độ dẫn điện 45 Chương MƠ HÌNH HĨA – MƠ PHỎNG ĐỘ DẪN ĐIỆN ỐNG NANO EPOXY – C, Ag 4.1 Lý thuyết dẫn điện 48 4.2 Cấu trúc thông số hệ dẫn điện nanocomposite 48 4.3 Thuyết thấm qua 49 4.4 Thuyết môi trường trung gian 50 4.5 Thuyết thể tích loại trừ 51 4.6 Mơ hình hóa độ dẫn điện sơn epoxy – nano C, Ag 53 Chương THỰC NGHIỆM 5.1 Quy trình chế tạo ống nano epoxy – C, Ag 60 5.2 Chế tạo màng AAO phương pháp anod hóa 60 5.2.1 Xử lý trước anod 60 5.2.1.1 Ủ nhiệt 61 5.2.1.2 Tầy dầu mỡ 62 5.2.1.3 Đánh bóng bề mặt 63 5.2.2 Q trình anod hóa 64 5.2.2.1 Q trình anod hóa lần 65 5.2.2.2 Tẩy lớp oxit nhơm anod hóa lần 65 5.2.2.3 Q trình anod hóa lần 65 5.2.3 Xử lý sau anod hóa 66 5.2.3.1 Tẩy đế nhôm 67 5.2.3.2 Tẩy lớp barrier mở rộng lỗ 67 vi 5.2.3.3 Làm lớp màng 68 5.3 Quy trình chế tạo sơn epoxy nano C, Ag 68 5.3.1 Xác định độ khô keo epoxy 69 5.3.2 Phân tán điều chế hệ keo 69 5.4 Quy trình chế tạo ống nano epoxy – C, Ag 70 5.4.1 Tẩm sơn epoxy – nano C, Ag lên lỗ xốp nhôm oxit 71 5.4.2 Ủ bay dung môi đóng rắn sơn epoxy – C, Ag 72 5.4.3 Tẩy lớp oxit nhôm thu ống nano epoxy – C, Ag 73 5.5 Đo độ dẫn điện màng epoxy nano C, Ag 73 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 6.1 Kết nghiên cứu chế tạo ống nano epoxy – C, Ag sở AAO 75 6.1.1 Nghiên cứu chế tạo AAO template 75 6.1.2 Nghiên cứu chế tạo sơn epoxy – nano C, Ag 78 6.1.3 Quá trình tẩm sơn epoxy – nano C, Ag AAO template 79 6.1.4 Ảnh hưởng thời gian đóng rắn đến hình thành ống 80 6.1.5 Phân tích thành phần ống 82 6.1.6 Ảnh hưởng trình tẩy AAO template đến việc thu ống nano epoxy – C, Ag 83 6.2 Nghiên cứu ảnh hưởng % C đến độ dẫn điện ống nano epoxy – C, Ag 84 6.2.1 Khảo sát định tính 84 6.2.2 Khảo sát định lượng 86 Chương KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 7.1 Kết luận 93 7.2 Kiến nghị 93 Tài liệu trích dẫn 95 Phụ lục 99 vii [22] Nguyễn Văn Dán (2002), Công nghệ nhiệt luyện xử lý bề mặt, NXB Đại học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh [23] Hà Thúc Huy, Hóa keo, NXB Đại học QGTP.HCM năm 2000 [24] Ying Chen, Chi Pui Li, One-dimensional nanomaterials synthesized using highenergy ball milling and annealing process, Science and Technology of Advanced Materials (2006) 839–846 [25] Lijia Pan, Hao Qiu, Chunmeng Dou, Conducting Polymer Nanostructures: Template Synthesis and Applications in Energy Storage, Int J Mol Sci 2010, 11, 2636-2657; doi:10.3390/ijms11072636 [26] Barton, Allan F M., Handbook of Solubility Parameters end Other Cohesion Parameters Boca Raton, Florida: CRC Press, Inc., 1983 97 Phụ lục PHỤ LỤC Trang Kết nghiên cứu chế tạo AAO template .100 Kết nghiên cứu chế tạo ống nano epoxy – C, Ag .104 Kết điện trở bề mặt màng sơn epoxy – nano C, Ag 108 Kết đo độ dày màng .110 99 Phụ lục 100 Phụ lục 101 Phụ lục 102 Phụ lục 103 Phụ lục 104 Phụ lục 105 Phụ lục 106 Phụ lục 107 Phụ lục ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN PHỊNG THÍ NGHIỆM VẬT LIỆU KĨ THUẬT CAO KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM Tên người gửi mẫu: Nguyễn Trung Hiếu Đơn vị cơng tác: Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh Tên mẫu: Màng sơn epoxy – nano C, Ag Mục đích nghiên cứu: Đo điện trở bề mặt màng Thực mẫu: M40 (40% C), M45(45% C), M50(50% C), M55(55% C) Số lần đo: 10 lần/1 mẫu 1) M40 U Lần đo U (mV) I (µA) R  * 4.53 (kΩ) I 10 400 700 660 510 360 750 750 680 650 650 2.0 3.0 3.4 2.0 2.0 3.3 3.5 3.0 4.0 3.0 906 1057 879.35 1155.15 815.4 1029.55 970.71 1026.8 736.125 981.5 2) M45 Lần đo 10 U (mV) 860 400 450 450 450 480 500 260 743 680 I (µA) 100 40 70 55 50 40 50 15 77 80 108 R U * 4.53 (kΩ) I 38.96 45.3 29.12 37.05 40.77 54.36 45.3 78.25 43.71 38.5 Phụ lục 3) M50 Lần đo 10 U (mV) 500 600 320 600 500 680 400 600 580 580 I (µA) 440 300 333 350 400 350 400 400 400 350 R U * 4.53 (kΩ) I 5.15 9.06 4.35 7.77 5.66 8.8 4.53 6.795 6.57 7.5 4) M55 Lần đo 10 U (mV) 400 500 400 420 400 380 360 170 240 110 I (µA) 600 250 200 220 200 200 200 160 270 100 109 R U * 4.53 (kΩ) I 3.02 9.06 9.06 8.65 9.06 8.60 8.154 4.813 4.03 4.89 Phụ lục 110 Phụ lục 111 LÝ LỊCH TRÍCH NGANG Họ tên: Nguyễn Trung Hiếu Phái: Nam Sinh ngày: 09/05/1983 Nơi sinh: Thái Bình Địa liên lạc: 706/2A Điện Biên Phủ, P.10, Q.10, TP HCM Điện thoại nhà: 05006332113 Di động: 0985251230 QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO  Năm 2007: Tốt nghiệp ngành Khoa Học Vật liệu, Trường Đại học Khoa Học Tự Nhiên Tp.HCM  Năm 2009 – 2011: Theo học lớp cao học khóa 2009 – 2011, ngành Công Nghệ Vật Liệu, Trường Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh 98 ... TÀI: Nghiên cứu chế tạo ống dẫn điện nano epoxy – C, Ag tẩm lỗ xốp Al2O3 (AAO template) 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN - Nghiên cứu chế tạo ống dẫn điện nano epoxy – C, Ag sở màng nhơm anod hóa (AAO template) ... làm khuôn để chế tạo ống nano dẫn điện epoxy – C, Ag - Nghiên cứu chế tạo ống nano dẫn điện epoxy – C, Ag phương pháp tẩm sơn epoxy – nano C, Ag AAO template, sau polymer hóa thu ống nano Nội dung:... nano epoxy – C, Ag 73 5.5 Đo độ dẫn điện màng epoxy nano C, Ag 73 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 6.1 Kết nghiên cứu chế tạo ống nano epoxy – C, Ag sở AAO 75 6.1.1 Nghiên cứu chế tạo AAO