1. 2 Một số d ạng cấu hỡnh phổ biến của vật liệu carbon
4.3. Sự ảnh hưởng của tia X và tia Gamma lờn cấu trỳc CNTs
Vỡ trong bức xạ hóm cú nhi ều thành ph ần bức xạ khỏc nhau. Vỡ vậy khú cú thể xỏcđịnh xem mỗi loại bức xạ cú n ăng lượng khỏc nhauđó ảnh hưởng như thế
nào đến cấu trỳc CNTs, chỳng tụi đó đem những mẫu CNTs này chi ếu xạ với cỏc nguồn đồng vị phúng x ạ khỏc nhau,đú là đồng vị phúng x ạ Americium-241 và ngu
ồn đồng vị phúng x ạ Radium -226. Đồng thời cường độ chiếu xạ cũng yếu hơn nhiều so với bức xạ hóm. Cho nờn thớ nghiệm này sỏt với điều kiện thực tế trờn vũ trụ hơn. Hai nguồn phúng x ạ này phỏt ra cỏc nguồn bức xạ sau:
- Nguồn Americium-241, phỏt tia X cú năng lượng 0,06 MeV. - Nguồn Radium-226, phỏt gama cú năng lượng 1 MeV
(a rb .u ni ts ) D LDP G D LDP G d d c c b b d a d a In te ns it y c c b b a a 1200 1400 1600 1200 1400 1600 Raman shift(cm-1)
Hỡnh 4.11. Phổ Raman của CNTs sau khi chiếu bằng tia X, khi tăng cường độ
laser từ 3 đến 60 kW/cm2 và gi ảm cường độ laser từ 60 xuống 3 kW/cm2(a- 3 kW/cm2, b- 15 kW/cm2, c-30 kW/cm2, d-60 kW/ cm2). (a rb .u ni ts ) D LDP G D LDP G d dc c b b a a d d In te ns it y c c b b a a 1200 1400 1600 1200 1400 1600 Raman shift(cm-1)
Hỡnh 4.12. PhổRaman của CNTs sau khi chiếu bằng tia Gamma, khi tăng cường độ laser từ 3 đến 60 kW/cm2 và gi ảm cường độ laser từ 60 xuống 3
kW/cm2(a- 3 kW/cm2, b- 15 kW/cm2 ,c-30 kW/cm2, d-60 kW/cm2).
M o de 1328 (a) số - 1326 Tầ n 1324 Ch−a chiếu Chiếu tia X Chiếu tia Gamma 0 15 30 45 60 45 30 15 0 C−ờng độ laser (KW/cm2) 1584 G (b) -M o de 1580 số 1576 T ầ n Ch−a chiếu Chiếu tia X
1572 Chiếu tia Gamma
0 15 30 45 60 45 30 15 0 C−ờng độ laser (KW/cm2) 1.8 1.6 1.4 1.2 (c) G /I D 1.0 I 0.8
0.6 Ch−a chiếuChiếu tia X Chiếu tia Gamma 0.4
0 15 30 45 60 45 30 15 0 C−ờng độ laser (KW/cm2)
Hỡnh 4.13. Độ dịch tần số của (a) mode D và (b) mode G và c) t ỷ lệ về
cường độ đỉnh của CNTs chưa chiếu, và sau khi chi ếu bằng tia X, tia Gamma, khi tăngcường độ laser từ 3 đến 60 kW/cm2 và gi ảm cường độ laser từ 60
Bảng 4. Tần số mode D, G , tỷ số ID/IGtheo cường độ laser của CNTs sau khi được chiếu bằng tia X.
Cường độ laser (KW/cm2) Tần số mode D Tần số mode G Tỷ số ID/IG 3 1330,7 1582,7 0,98 15 1330,8 1581,2 0,98 30 1327,3 1577,8 0,91 60 1324,9 1572,8 0,88 30 1328,6 1578,2 0,96 15 1331,5 1582,1 0,97 3 1331,5 1582,9 1,01
Bảng 5. Tần số mode D, G , tỷ số ID/IG theo cường độ laser của CNTs sau khi được chiếu bằng tia Gamma.
Cường độ laser (KW/cm2) Tần số mode D Tần số mode G Tỷ số ID/IG 3 1331 1582 1,3 15 1330,3 1581,6 1,27 30 1326,8 1577,6 1,25 60 1323,3 1572,8 1,16 30 1328,4 1578,4 1,32 15 1330,4 1582,8 1,39 3 1330,5 1582,3 1,45
Khi được chiếu tia X, thỡ mode D dịch chuyển từ 1330,7 cm-1 xuống 1324,9cm-1, mode G dịch chuyển từ 1582,7 cm-1 xuống 1572,8 cm-1 theo sự
thay đổi của cường độ laser. Tỷ số ID/IG của mẫu cú giỏ trị khoảng 0,88-1,01 Khi được chiếu tia Gamma, thỡ mode D dịch chuyển từ 1331 cm-1 xuống 1323,3cm-1, mode G dịch chuyển từ 1582 cm-1 xuống 1572,8 cm-1 theo sự thay
đổi của cường độ laser. Tỷ số ID/IGcủa mẫu cú giỏ trị khoảng 1,16-1,45.
Ta cú th ể thấy rằng, vị trớ mode D của mẫu CNTs được chiếu với tia X và tia Gamma là khỏc nhau. Vỡ mode D đặc trưng cho sự sai hỏng trong mạng của CNTs và n ăng lượng của cỏc tia X và Gamma là khỏc nhau ảc về cường độ và năng lượng.
Tần số mode G của hai mẫu sau khi chiếu bằng tia X và Gamma khỏ giống nhau. Thay đổi từ 1582 cm-1 xuống 1573 cm-1 theo cường độ của laser.
ra cỏc sai hỏng mới cho mẫu CNTs. Chớnh vỡ vậy mà mode D đó b ị ảnh hưởng bởi nhiệt độ nhiều hơn. Tớnh thay đổi thuận nghịch đó khụng cũn. Tia X đó làm cho CNTs cú thờm những sai hỏng mới trờn cỏcườtng của CNTs, làm cho CNTs b ị xốp, liờn kết carbon-carbon bị suy yếu, và chớnh vỡ v ậy mà độ dịch đỉnh của mode D và mode G theo b ức xạ laser cũng nhiều hơn, và t ỷ số ID/IG cũng khụng ổn định theo cường độ laser bằng lỳc chưa chiếu.
Ta cũng cần chỳ ý rằng tuy tia Gamma cú n ăng lượng gấp 100 lần so với tia X( 1 MeV và 0,06 MeV ) nh ưng tia Gamma lại cú c ường độ nhỏ thua cỡ
1000 lần so với cường độ của tia X. Do vậy ta cú th ể khẳng định được rằng, năng lượng của bức xạ là nguyờn nhõn chớnh để gõy ra sai h ỏng mạng cho CNTs, cường độ chiếu chỉ đúng gúp 1 ph ần nhỏ.
Quan hỡnh 4.13c, tỷ số ID/IG của CNTs chiếu bởi tia X nhỏ hơn lỳc chưa chiếu và t ỷ số ID/IG của CNTs chiếu bởi tia Gamma thỡ lại lớn hơn lỳc chưa chiếu. Từ đõy ta cú th ể kết luận được rằng, khi chiếu mẫu CNTs với tia X thỡ mẫu CNTs lại trở nờn
ốtt hơn, cú th ể tia X cú n ăng lượng thớch hợp một mặt vừa tạo ra cỏc sai hỏng mới, mặt khỏc ạli tỏi cấu trỳc lại cỏc sai hỏng đó t ồn tại trước
đú. Chớnh vỡ th ế mà t ỷ số ID/IG giảm xuống rừ r ệt. Mẫu CNTs ban đầu cú nhi
ều sai hỏng, và cú ch ứa nhiều carbon vụ định hỡnh. Khi được chiếu bằng tia X với năng lượng vừa phải, cỏc nguyờnử tcarbon bị dao động và sau m ột khoảng thời gian dài, nguyờn tử carbon bị lệch được đẩy vào v ị trớ đỳng trong mạng, hoặc cú thể cỏc nguyờnử tcarbon ở bờn ngoài được đẩy vào cỏc vị trớ bị thiếu trong mạng do vậy nú làm t ăng chất lượng của CNTs.
Khi chiếu mẫu CNTs với tia Gamma, thỡ mẫu CNTs đó b ị hư hỏng nhiều hơn nhiều hơn vỡ năng lượng lớn của tia Gamma. Do năng lượng mạnh hơn nhiều lần so với tia X, nờn nú cú khả năng làm CNTs h ư hỏng cao hơn nhiều, do vậy mà t ỷ
số ID/IG tăng lờn. Tỷ số ID/IG lỳc này cũng thay đổi mạnh hơn theo cường độ laser
đều đú càng kh ẳng định rằng CNTs đó tr ở lờn xốp hơn, cú nhi ều khuyết tật hơn, dễ bị thay đổi theo nhiệt độ hơn so với mẫu CNTs ban đầu.
KẾT LUẬN
Tớnh chất bỏn dẫn chiếm ưu thế hơn so với tớnh kim loại đó được rỳt ra từ phổ Raman của mẫu CNTs.
Tớnh chất của CNTs dưới ảnh hưởng của bức xạ laser, bức xạ hóm, tia X và Gamma đó được nghiờn ứcu. Sự ảnh hưởng đồng thời của cả hai loại bức xạ
này lờn cấu trỳc của CNTs cũng được nghiờn ứcu bằng phương phỏp phổ Raman. Bức xạ laser khụng làm thay đổi tớnh chất của CNTs, bức xạ này thụng qua nhiệt độ cao chỉ làm cho CNTs gión n ở vỡ nhiệt độ.
Bức xạ hóm do cú n ăng lượng rất cao, đó làm thay đổi tớnh chất của CNTs, gõy ra cỏc phản ứng hạt nhõn, t ạo ra cỏcđồng vị phúng x ạ, qua cỏc phản ứng hạt nhõn cú th ể tạo cỏc hạt nhõn m ới, đồng thời cũng gõy ra nhi ều sai hỏng mạng. Như vậy cú th ể ảnh hưởng đến độ tin cậy, độ ổn định của cỏc linh kiện điện tử.
Bức xạ tia X cú n ăng thớch hợp cú th ể làm gi ảm bớt cỏc sai hỏng mạng trong của CNTs, làm nõng cao ch ất lượng của CNTs.
Bức xạ Gamma, năng lượng cao đó làm thay đổi cấu trỳc của CNTs, phỏ vỡ liờn kết, gõy ra cỏc sai hỏng mạng.
Kết quả của thớ nghiệm này, cú th ể cung cấp những thụng tin quan tr ọng về CNTs, đặc biệt là khi CNTs được dựng trong cỏc mụi trường đặc biệt, chịu
ảnh hưởng của bức xạ cú n ăng lượng cao, như trong cỏcứng dụng cho lũ ph
ản ứng hạt nhõn, ho ặc cỏc thiết bị điện tử, vỏ bảo vệ cho tàu v ũ trụ. Bằng cỏc loại chiếu xạ khỏc nhau ta cú thể: i) đưa cỏc nguyờnử tmới vào trong ống nano carbon bằng quỏ trỡnh phõn ró hạt nhõn; ii) t ạo ra cỏc khuyết tật trong ống nano carbon để thuận tiện cho việc gắn thờm cỏc nhúm chức nhạy húa, sinh; iii)
đồng thời cũng cú th ể cải thiện được phẩm chất của CNTs thụng qua quỏ trỡnh chiếu xạ. Kết quả này cú th ể mở ra một cụng ngh ệ xử lý CNTs núi riờng và cỏc vật liệu nano núi chung b ằng phương phỏp chiếu xạ năng lượng cao.
TÀI LI ỆU THAM KHẢO
1. David J Appelhans, Lincoln D Carr, Mark T Lusk (2010), “Embedded ribbons of graphene allotropes: an extended defect perspective”, New Journal of Physics, 12, 125006.
2. G. Compagnini, G. A. Baratta, R.S. Cataliotti, and A. Morresi (2005), “New assignment of crystalline and ion-irradiated graphite phonon spectra”, Journal of Raman spectroscopy, 26, pp. 917
3. M. Daenen, R.D. de Fouw, B. Hamers, P.G.A. Janssen, K. Schouteder, M.A.J. Veld (2003), The Wondrous World of Carbon Nanotubes, Eindhoven University of Technology, pp. 8-21.
4. M. S. Dresselhaus, G. Dresselhaus, and M. Hofman (2007), “The big picture of raman scattering in carbon nanotubes” , Vibrational spectroscopy, vol. 45, pp. 71–81.
5. Nguyen Duc Dung, Nguyen Van Chuc, Ngo Thi Thanh Tam, Nguyen Hong Quang, Phan Hong Khoi, Phan Ngoc Minh (2008), “Carb on-Nanotube Growth over Iron Nanoparticles Formed on CaCO3 Support by Using Hydrogen Reduction”, Journal of the Korean Physical Society, 52, pp.1372- 1377.
6. Nguyen Dinh Hoang, Nguyen Ngoc Trung, Pham Duc Khue, Nguyen Thi Thanh Bao, Phung Viet Tiep, Dao Duy Thang, Nguyen Thanh Binh, Vu Thi Bich (2011), “The synergistic effect of bremsstrahl ung photons and intense laser radiation on the structural properties of carbon nanotubes ”, Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. 2, 035010.
7. A. Jorio, A. G. Souza Filho, G. Dresselhaus, M. S. Dresselhaus, A. K. Swan, M. S. ĩnlỹ, B. B. Goldberg, M. A. Pimenta, J. H. Hafner, C. M. Lieber, R. Saito (2002), “G-band resonant Raman stu dy of 62 isolated single-wall carbon nanotubes”, Phys. Rev. B, 65, 155412.
8. A.V.Krasheninnikov, K.Nordlund (2010), “Ion and ele ctron irradiation effects in nanostructured materials”, Journal of Applied Physics, 107, 071301.
9. Amit Kumar , F. Singh , P.M. Koinkar , D.K. Avasthi , J.C. Pivin , M.A. More (2009), “Effect of intense laser and energetic ion irradiation on Raman modes of multiwalled Carbon Nanotubes”, Thin Solid Films, 517, pp. 4322– 4324.
10. Seung Mi Lee, Ki Soo Park, Young Chul Choi, Young Soo Park, Jin Moon Bok, Dong Jae Bae, Kee Suk Nahm, Yong Gak Choi, Soo Chang Yu, Nam-
gyun Kim, Thomas Frauenheim, Young Hee Lee (2000), “Hydrogen adsorption and storage in carbon nanotubes”, Synthetic Metals, 113, pp. 209–216.
11. Seung Woo Lee, Naoaki Yabuuchi, Betar M. Gallant, Shuo Chen, Byeong- Su Kim,Paula T. Hammond, Yang Shao-Horn ( 2010), “H igh-power lithium batteries from functionalized carbon-nanotube electrodes”, Nature
Nanotechnology , 5, pp.531-537.
12. W. I. Milne, K. B. K. Teo, M. Chhowalla, G. A. J. Amaratunga, S. B. Lee, D. G. Hasko, H. Ahmed, O. Groening, P. Legagneux, L. Gangloff, J. P. Schnell, G. Pirio, D. Pribat, M. Castignolles, A. Loiseau, V. Semet, Vu Thien Binh (2003), “Electrical and field emission i nvestigation of individual carbon nanotubes from plasma enhanced chemical vapour
deposition”, Diamond and Related Materials,12, pp. 422–428.
13. Eric Pop, David Mann, Qian Wang, Kenneth Goodson, Hongjie Dai (2005), “Thermal conductance of an individual single-wall c arbon nanotube above room temperature” , Nano Letters, 6, pp. 96–100.
14. Md. Shakilur Rahman et al (2009), "Measurement of isomeric yield ratios
for 90Zr(γ, n)89m,gZr, natZr(γ, xn1p)86m,gY, and 89Y(γ,xn)87m,g,86m,gY reactions
with 50-, 60-, and 70-MeV bremsstrahlung", NuclearInstruments and Methods in Physics Research vol. B267, pp. 3511- 3518.15. J.-P. Salvetat, J.-M. Bonard, N.H. Thomson, A.J. Kulik, L. Forro, W.
Benoit, L. Zuppiroli (1999), “Mechanical propertie s of carbon nanotubes”,
Applied Physics A, 69, pp. 255–260.
16. Bui Hung Thang, Nguyen Van Chuc, Pham Van Trinh, Ngo Thi Thanh Tam and Phan Ngoc Minh (2011), “Thermal dissipation media for high power electronic devices using a carbon nanotube-based composite”, Advances in Natural Sciences: Nanoscience and Nanotechnology, 2,025002.
17. Ren-Jang Wu, Yu-Ching Huang, Ming-Ru Yu, Tzu Hsuan Lin and Shih-Lin Hung (2008), “Application of m-CNTs/NaClO4/Ppy to a fast response, room working temperature ethanol sensor”, Sensors and Actuators B: Chemical, 134, pp. 213-218.
18. Da Jiang Yang, Qing Zhang, George Chen, S. F. Yoon, J. Ahn, S. G. Wang, Q. Zhou, Q. Wang, J. Q. Li (2002), “Thermal conduct ivity of multiwalled carbon nanotubes” , Physical Review B, 165440 .
19. Qing Zhang et al (2006), “Influences of temperatureon the Raman spectra of single-walled carbon nanotubes”, Smart Mater.Struct., 15, pp.1-4.
1. N. D Hoang, N. T. T. Bao, N. X. Nghia, N. T. Binh , D. V. Trung, N. T. T. Tam, V.T. Bich, “The effects of intense laser on vi brational modes of Carbon Nanotubes”, ALTA 2010, OSK, Vol. 9, Iss. 1, (2010) ISSN 205-8705, pp. 104. 2. Phạm Đức Khuờ, Nguyễn Đỡnh Hoàng, V ũ Thị Bớch “Xỏc định suất lượng của
cỏcđồng vị phúng x ạ tạo thành t ừ vật liệu nano dưới tỏc dụng của chựm photon năng lượng cao”, K ỷ yếu Hội thảo Khoa học “Cụng ngh ệ vũ trụ và
ứng dụng- 2010” Hà N ội, 16-17/12/2010, Nhà xu ất bản KHTN và CN, S ố
XB:1202-2010/CXB/001-10/KHTNCN, ISBN:978-604-913-023-6, trang 268- 273.
3. Nguyen Dinh Hoang , Nguyen Ngoc Trung , Pham Duc Khue, Nguyen Thi Thanh Bao, Phung Viet Tiep, Dao Duy Thang, Nguyen Thanh Binh and Vu Thi Bich, “ The synergistic effect of bremsstrahlun g photons and intense laser radiation on the structural properties of carbon nanotubes”, 2011, Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. 2 035010