B ảng 2.1 Dải nồng độ khí NH3 cần đo (Sử dụng khí chuẩn NH 3 1%)
2.5.2 Khảo sát điều kiện biến tính CNT
Nhiều nghiên cứu về CNT đã cho thấy để bẻ gãy cấu một số liên kết C – C trong cấu trúc mạng bền vững thường phải dùng những chất có hoạt tính hoá học mạnh như
các axít đặc nóng, hỗn hợp axít, …Vì vậy, để lựa chọn được hoá chất biến tính CNT tốt chúng tôi tiến hành khảo sát biến tính với ba dung dịch là: axít HNO3 đặc, hỗn hợp HNO3 và H2SO4đặc tỉ lệ thể tích là 3:1, hỗn hợp HNO3 và HCl đặc tỉ lệ thể tích là 3:1.
Khi đun hồi lưu trong axit nóng có khả năng ôxy rất mạnh một số liên kết C – C trong CNT bị bẻ gẫy, đầu và thành ống CNT sẽ được chức hóa. Các biến đổi hóa học dẫn đến việc mở nắp ống và tạo nên các lỗ hổng trên thành ống như được miêu tả trên hình 3.3. Các sai hỏng trên đầu và thành ống thường vị trí xảy ra quá trình chức hóa, tạo thành các nhóm carboxyl (COOH), nhóm amin (NH2),.. Tuy nhiên, chức hóa CNT theo cách thức như vậy, sẽ vẫn đảm bảo các tính chất cơ và điện của CNT. Mặt khác, trong CNT còn lẫn các tạp chất kim loại xúc tác của quá trình chế tạo như: Fe, Co, Ni,,…Dưới tác dụng ôxy hóa mạnh của axit các kim loại này cũng bị hòa tan.
Hình 3.3: Chức hóa CNT bằng axit HNO3.
Hình 3.4 là ảnh FE-SEM của các mẫu được được biến tính trong các dung dịch axit đặc nóng khác nhau. Hình 3.4a CNT được biến tính với dung dịch HNO3 đặc, khả
năng phân tán trong dung môi chưa cao, vẫn có hiện tượng vón cụm, tạp chất vẫn còn, có màng bẩn. Hình 3.4b mẫu CNT được biến tính với dung dịch hỗn hợp HNO3:HCl tỉ
lệ 3:1 cũng khá tốt, ít tạp chất, còn ít màng. Mẫu CNT được biến tính với dung dịch hỗn hợp HNO3:H2SO4 tỉ lệ 3:1 khi phun phủ không có hiện tượng có màng, tạp chất gần như đã sạch hoàn toàn (hình 3.4c). Kết quả cho ta thấy hỗn hợp axit HNO3:H2SO4 tỉ lệ 3:1 có khả năng biến tính CNT tốt hơn so với các axit HNO3 và hỗn hợp HNO3:HCl tỉ lệ 3:1 trong cùng một điều kiện biến tính là ở 110 ÷ 120 0C trong 12 giờ. Tuy nhiên, một số
nghiên cứu khác lại cho kết quả CNT biến tính thành công trong các axit khác như axit HCl [28]. Điều này có thểđược giải thích là do tùy thuộc sản phẩm CNT được chế tạo ở
những điều kiện khác nhau mà chúng có độ bền, chiều dài khác nhau. CNT có độ bền cao, cấu trúc mạng ít sai hỏng và sợi dài sẽ khó biến tính hơn, cần được biến tính trong dung dịch axit có tính ôxy hóa mạnh hơn, điều kiện ôxy hóa cũng yêu cầu cao hơn. Còn sản phẩm CNT có cấu trúc mạng nhiều sai hỏng, kém bền, sợi ngắn thì dễ biến tính hơn và chỉ cần dùng axit có tính ôxy hóa vừa phải là có thể biến tính được.
Hình 3.4:Ảnh FE-SEM các mẫu khảo sát hoá chất biến tính CNT(a) mẫu biến tính với
axít HNO3, (b) mẫu biến tính với hỗn hợp axit HNO3:HCl đặc tỉ lệ 3:1, (c) mẫu biến tính với hỗn hợp axit HNO3:H2SO4đặc tỉ lệ 3:1
Một điều mà qua quá trình thí nghiệm chúng tôi nhận thấy là sau biến tính thì giai đoạn rửa axit cũng rất quan trọng. Rửa gạn là phương pháp rửa mất nhiều thời gian nhưng lại rửa rất sạch và ít có nguy cơ đưa thêm tạp chất vào sản phẩm như phương pháp lọc rửa hoặc một số phương pháp khác.
3.1.3. Quy trình biến tính CNT
Sau những kết quả thu được từ quá trình nghiên cứu biến tính CNT chúng tôi đưa ra quy trình biến tính CNT gồm hai giai đoạn như sau:
+ Giai đoạn ôxy hóa nhiệt: CNT được ôxy hóa nhiệt trong khí oxi, tốc độ thổi khí 10 sccm, ở 450 0C trong 1 giờ.
+ Giai đoạn biến tính: Biến tính CNT trong hỗn hợp axit HNO3:H2SO4 tỉ lệ thể tích 3:1, tỉ lệ 2mg/1ml hỗn hợp axit biến tính, ở nhiệt độ 110 ÷ 120 0C trong 12 giờ. Sau đó CNT
được rửa sạch axit bằng phương pháp rửa gạn rồi sấy khô trong chân không ở nhiệt độ
Sản phẩm CNT sau biến tính có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Trong nhóm nghiên cứu của chúng tôi, CNT sau biến tính ngoài việc ứng dụng chế tạo vật liệu lai còn được nghiên cứu ứng dụng trong cảm biến sinh học và chế tạo màng dẫn trong suốt.