C: conv-time Time (hour)
TỔNG HỢP GRAPHENETỪ GRAPHITE OXIDE GIÃN NỞ NHIỆT VÀ HYDRAZINE TỪ ĐĨ ỨNG TRONG CHẾ TẠO NANOCOMPOITE PMMA/GRAPHENE
ISBN: 978-604-82-1375-6 123Mặt khác từ kết quả phân tích DSC của mẫu TGO(hình 5b) và RTGO(hình 5c) cũng khơng tìm thấy bất kỳ
Mặt khác từ kết quả phân tích DSC của mẫu TGO(hình 5b) và RTGO(hình 5c) cũng khơng tìm thấy bất kỳ mũi thu nhiệt hay tỏa nhiệt nào trong khoảng quét nhiệt từ 250C-3750C, điều này được cho là do hiệu quả của các quá trình khử trên các nhĩm chức phân cực trên bề mặt GỌ
Kết quả đo độ dẫn của các mẫu khử:
Bảng 2. Kết quả đo độ dẫn điện và điện trở mặt của các mẫu khử.
Tên mẫu Độ dày màng-d
(µm) Điện trở mặt- RS (Ω/□) Độ dẫn điện- ζ (S/m) GO 110,00 Khơng thể xác định 0 TGO 125,00 Khơng thể xác định 0 RTGO10 118,00 8,90 952,20
Kết quả đo độ dẫn điện (bảng 2) cho thấy hiệu quả của quá trình khử kết hợp hai tác nhân nhiệt và hydrazine thật sự đem lại hiệu quả trong quá trình cải thiện độ dẫn điện của GO ban đầụ Kết quả này cũng phù hợp với các kết quả phân tích trước đĩ.
Kết quả tổng hợp polymer nanocomposite R(TGO-PMMA) và RTGO-PMMA
Kết quả phân tích độ bền nhiệt qua giản đồ phân tích nhiệt trọng lượng(TGA)
Hình 5. Giản đồ phân tích TGA của PMMĂa), RTGO-PMMA (b) và R(TGO-PMMA). Từ giản đồ DTGA của hai mẫu nanocomposite và PMMA trắng (hình 6a) cho thấy chỉ cĩ một giai đoạn phân hủy nhiệt duy nhất trong khoảng 3000C-5000C. Tuy nhiên vùng mũi phân hủy nhiệt cực đại của mẫu PMMA trắng bị trải rộng và bắt đầu phân hủy nhiệt sớm hơn so với các mẫu nanocompositẹ Qua giản đồ TGA (hình 6b) cho thấy nhiệt độ bắt đầu phân hủy của PMMA là 3080C trong khi của mẫu RTGO-PMMA là 3460C, và mẫu R(TGO-PMMA) là 3540C. Từ đĩ chứng tỏ pha gia cường RTGO cĩ khả năng làm tăng độ bền nhiệt của hai mẫu nanocomposite so với PMMA trắng. Tuy nhiên khi so sánh tốc độ phân hủy nhiệt của hai mẫu nanocomposite cho thấy mẫu RTGO10%-PMMA cĩ tốc độ phân hủy nhiệt lớn hơn và mũi phân hủy cực đại ở nhiệt độ thấp hơn so với mẫu R(TGO-PMMA). Điều này cĩ thể là do sau khi khử hết các nhĩm chức phân cực trên bề mặt, RTGO sẽ rất trơ và khơng thể phân tán trở lại trong mơi trường nhũ tương PMMA, điều này dẫn đến quá trình tách pha xảy ra và làm giảm hiệu quả gia cường của mẫu composite tạo thành. Ngược lại mẫu R(TGO- PMMA) do ở giai đoạn đầu của quá trình polymer hĩa TGO chưa được khử nên trên bề mặt vẫn cịn những nhĩm chức phân cực như carbonyl, epoxy, carboxyl giúp nĩ dễ phân tán hơn trong mơi trường nhũ tương, đồng thời tương hợp tốt với nhĩm carbonyl của mạch PMMA và rất cĩ thể một phần nhỏ nhĩm chức này được giữ lại trong suốt quá trình khử ở giai đoạn tiếp theo nên mới duy trì được hiệu quả phân tán đồng nhất và tương hợp tốt của pha gia cường trong nền nhựa PMMẠ Đây là một lợi điểm lớn nhất của quá trình tổng hợp PMMA/graphene nanocomposite bằng phương pháp khử saụ
Kết quả phân tích cấu trúc và hình thái qua XRD và SEM
Từ kết quả XRD (hình 6) được sử dụng để khảo sát trạng thái phân tán của pha gia cường trong hai mẫu nanocompositẹ Ngồi mũi vơ định đặc trưng cho cấu trúc vơ định hình của PMMA suất hiện ở vị trí 13,80[9],[20],[21], trên giản đồ XRD hồn tồn khơng suất hiện mũi nhiễu xạ nào khác trong vùng 2Ɵ từ 2-300 chứng tỏ các tấm graphene khơng bị tái tụ tập sau quá trình tổng hợp của trong các mẫu nanocompositẹ
0 100 200 300 400 500 600 700 800 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 W ei gh t (% ) Temperature (°C) a b c
ISBN: 978-604-82-1375-6 124
Hình 6. Giản đồ phân tích XRD của PMMĂa), RTGO-PMMA (b) và R(TGO-PMMA).
Hình 7. Ảnh SEM của TGO (a,b) và mặt gãy của hai mẫu masterbatch R(TGO-PMMA) (c) và RTGO- PMMĂd).
Hình thái của các mẫu được quan sát qua SEM (hình 7) cho thấy các tấm graphene cĩ hình dạng bề mặt nhàu nát và nhăn nheo tạo ra vân nhám cĩ kích thướt nanomet phân bố đồng nhất trong ma trận của PMMA . Khi so sánh hình thái của hai mẫu nanocomposite (hình 7) cho thấy ở mẫu R(TGO-PMMA) pha gia cường đạt được trạng thái phân tán tốt hơn trong nhựa nền PMMA so với mẫu RTGO-PMMẠ Ở mẫu R(TGO-PMMA) cĩ mật độ phân tán của các lớp graphene cao hơn, đồng thời các tấm này liên kết chặt chẽ với nhau và tạo ra mạng lưới dẫn điện. Ngược lại ở mẫu RTGO-PMMA các tấm graphene phần lớn bị tụ tập và phân tán cục bộ trong bề mặt gãy của PMMẠ Qua đĩ chứng minh rằng phương pháp chế tạo mẫu masterbatch khử trước RTGO-PMMA pha gia cường sẽ bị tụ tập và tương hợp kém với nhựa nền PMMẠ Cịn đối với phương pháp khử sau thì trạng thái phân tán và tương hợp của pha cường với nhựa nền PMMA sẽ cao hơn rất nhiềụ
Kết quả đo độ dẫn điện
Bằng thiết bị 4 đầu dị, giá trị độ dẫn điện của mẫu RTGO-PMMA khơng thể xác định được do điện trở mặt của mẫu quá lớn. Mặt khác, với mẫu masterbatch R(TGO-PMMA) thí cĩ độ dẫn đo được vào khoảng 30,67S/m, giá trị tuy khơng cao nhưng lại cho thấy được sự cải thiện trong độ dẫn so với mẫu nanocomposite tổng hợp bằng phương pháp khử graphene trước khi đưa váo trong nhựa nền PMMẠ Qua đĩ chứng tỏ tính chất điện của mẫu composite cũng chịu ảnh hưởng mạnh mẽ bởi quá trình phân tán và tương hợp tốt của pha gia cường đối với ma trận nhựa nền PMMA, kết quả này phù hợp với các kết quả trước đĩ đã thu được.
Kết quả phân tích cấu trúc qua kính hiển vi nguyên tử truyền qua (TEM)
Cấu trúc của các mẫu nanocomposite qua TEM (hình 7) một lần nữa khẳng định được cơ chế của quá trình dẫn điện ở mẫu composite tạo thành bằng phương pháp trùng hợp nhũ tương khử sau là do sự liên kết chặt chẽ của hệ thống các tấm graphene trong tồn ma trận của PMMẠ Phần lớp các tấm graphene này tự sắp xếp thành mạng lưới liên kết chặt chẽ với nhau trong khơng gian của nhựa nền PMMA, nhờ vậy điện tử cĩ thể dẫn truyền
5 10 15 20 25 30 In te nsi ty (cp s) Angle (2-Theta °) a b c b ) a ) c ) d )