Chúng tôi đã sử dụng hệ đo 4 mũi dò, để đo khả năng dẫn điện của vật liệu
Cu/CNTs. Hệ thiết bị này gồm 4 mũi bằng kim loại, được mạ vàng bên ngoài để đảm
bảo các mũi dò có độ dẫn điện cao. Bốn mũi dò này được đặt tiếp xúc với mẫu cần đo
tại các vị trị khác nhau trên bề mặt mẫu, 4 điểm này đứng tại các đỉnh của hình vuông
tưởng tượng trên bề mặt mẫu. Đối với một số loại máy, 4 mũi dò này được thiết kế
nằm trên cùng một đường thẳng. Dòng điện một chiều có cường độ I xác định được đưa vào các đầu dò (1) và (3) nằm đối diện nhau, còn cặp đầu dò (2) và (4) được nối
với với đồng hồ hiện thị để đo thế. Như vậy, từ hai giá trị I và U xác định có thể tính được điện trở R, từ đò suy ra điện trở suất, và độ dẫn.
Hình 3.11.Sơ đồ đo 4 mũi dò Công thức: R l S (3.2) RS l (3.3); Suy ra: 1 l RS (3.4)
Hình 3.12.Đồ thị độ dẫn điện của mẫu Cu/CNTs
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát độ dẫn của vật liệu Cu/CNTs với thành phần
phần trăm CNTs thay đổi từ 0% - 3.5% bằng phương pháp 4 mũi dò. Theo hình 3.12,
điện trở của mẫu Cu/CNTs giảm khi thành phần trăm khối lượng CNTs gia cường tăng
lên đến 2.5 %, các tỉ lệ gia cường vật liệu CNTs lớn hơn 2.5 % thì có giá trị điện trở
lớn hơn. Nói cách khác, độ dẫn điện của mẫu Cu/CNTs đã được nâng lên khi pha CNTs vào trong mẫu tăng lên đến tỉ lệ gia cường 2.5 %. Với tỉ lệ gia cường vật liệu
lớn hơn 2.5 % thì độ dẫn của vật liệu Cu/CNTs nanocomposite có xu hướng giảm. Điều này có thể giải thích như sau: vật liệu CNTs chính lànguyên nhân làm tăng khả năng dẫn điện của vật liệu Cu/CNTs nanocomposite. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng
khe hẹp không khí (không dẫn điện) được hình thành tại các biên hạt composite được điền bởi vật liệu CNTs là loại vật liệu có khả năng dẫn điện và các khe hẹp này được điền đầy hoàn toàn tại tỉ lệ gia cường vật liệu CNTs là 2.5 %, với tỉ lệ gia cường lớn hơn 2.5 % có thể do tỉ lệ CNTs quá nhiều làm phát sinh thêm các điện trở tiếp xúc
không mong muốn giữa Cu - CNTs và CNTs -CNTs dẫn tới điện trở tổng cộng của vật
liệu tăng lên. Do đó, độ dẫn của vật liệu Cu/CNTs nanocomposite tăng lên đến giá trị
lớn nhất tại tỉ lệ 2.5%, với tỉ lệ gia cường lớn hơn thì độ dẫn của vật liệu giảm xuống. Hiện nay, người ta đã ứng dụng vật liệu Cu/CNTs nanocomposite để làm công tắc điện, với độ bền và độ cứng của điểm tiếp xúc trong công tắc làm tăng tuổi thọ sử
dụng của thiết bị. Cu/CNTs cũng được sử dụng để làm điện cực trong nhiều nghiên cứu. Ngoài ra, vật liệu Cu/CNTs cũng đã xuất hiện trong các thiết bị và chi tiết máy
thay thế cho đồng nguyên chất để nâng cao khả năng chịu lực và độ bền.
3.2.4. Khảo sát độ cứng
Hiện nay có rất nhiều phương pháp đang được sử dụng trên thế giới để đo độ
cứng của vật liệu, tiêu biểu trong đó phải kể tới: đo độ cứng Brinell, độ cứng Rokwell, độ cứng Vic-ker, độ cứng Knoop...Đây là những phương pháp phổ biến, dễ thực hiện, không đòi hỏi nhiều kỹ thuật phức tạp. Chúng tôi đã lựa chọn đo độ cứng HB (Hardness Brinell) để khảo sát độ cứng cho vật liệu Cu/CNTsnanocomposite.
Sự thay đổi độ cứng của vật liệu Cu/CNTs nanocomposite theo các tỉ lệ gia cường khác nhau của vật liệu CNTs và nhiệt độ thiêu kết được thể hiện trên hình 3.13.
Độ cứng của vật liệu được tăng cường bởi thành phần gia cường vật liệu CNTs vào trong nền vật liệu kim loại Cu. Độ cứng của vật liệu gần như tăng tuyến tính với tỉ lệ
gia cường vật liệu CNTs cho tới 3% và giảm dần với tỉ lệ gia cường lớn hơn 3% theo
khối lượng. Để giải thích khả năng chịu tải của vật liệu Cu/CNTs nanocomposite,
chúng ta giả thiết rằng vật liệu nền Cu có khả năng truyền và phân phối ngoại lực tác
dụng cho vật liệu gia cường. Vì vậy, ngoại lực tác dụng lên nền Cu được giảm xuống.
Ở đây, vật liệu gia cường là CNTs là loại vật liệu có độ bền cơ học cao do đó kết quả là độ bền cơ học của vật liệu Cu/CNTs được tăng cường và đạt giá trị lớn hơn so với
vật liệu nanocomposite chỉ có Cu nguyên chất.
Bên cạnh việc khảo sát độ cứng của vật liệu Cu/CNTs nanocomposite theo các
tỉ lệ gia cường vật liệu CNTs khác nhau chúng tôi còn khảo sát sự thay đổi độ cứng
của vật liệu theo các nhiệt độ thiêu kết khác nhau. Tại các nhiệt độ thiêu kết khác
nhau, với nhiệt độ thiêu kết là 900oC, kết quả là độ cứng của vật liệu đạt giá trị lớn
nhất bằng 39.4 HB tương ứng với tỉ lệ gia cường vật liệu CNTs 3 % theo khối lượng,
giá trị này lớn hơn 1.14 lần so với vật liệu nền Cu nguyên chất(34.6 HB). Tại nhiệt độ
thiêu kết là 950oC, độ cứng của vật liệu Cu/CNTs nanocomposite có giá trị thấp hơn
các giá trị độ cứng của vật liệu được thiêu kết tại nhiệt độ 900oC trong cùng một điều
đảm bảo hoàn toàn. Ví dụ, khi tăng nhiệt độ thiêu kết từ 900oC lên 950oC, sau khi thiêu kết với tỉ lệ gia cường là 3% CNTs (điều kiện gia cường tốt nhất), dẫn tới độ
cứng của vật liệu giảm từ 39.4 HB xuống giá trị 37.8 HB..
Hình 3.13.Kết quả độ cứng HB của vật liệu Cu/CNTs nanocomposite theo phần trăm khối lượng gia cường CNTs
Đánh giáđộ bền của vật liệu
Trên cơ sở khảo sát độ cứng HB của vật liệu Cu/CNTs nanocomposite, chúng
tôi tiến hành đánh giá độ bền kéo của vật liệu thông qua biểu thứclien hệ giữa độ cứng HB và độ bền kéo như sau [1]:
2 2 6 0.5 ( / ) 1 / 9.8.10 B HB KG mm KG mm Pa (3.5)
Hình 3.14 thể hiện sự thay đổi của độ bền kéo của vật liệu Cu/CNTs
nanocomposite theo nhiệt độ thiêu kết và theo tỉ lệ phần trăm vật liệu CNTs gia cường.
Theo tỉ lệ phần trăm vật liệu CNTs gia cường, độ bền của vật liệu tăng theo độ tăng
phần trăm của vật liệu CNTs gia cường từ 0 đến 3%, giá trị độ bền cao nhất đạt được
với tỉ lệ gia cường của CNTs là 3% tại tất cả các nhiệt độ thiêu kết đã khảo sát. Với tỉ
lệ gia cường vật liệu CNTs lớn hơn 3% độ bền của vật liệu có xu hướng giảm. Theo nhiệt độ thiêu kết, tại cùng một điều kiện gia cường thì độ bền kéo của vật liệu Cu/CNTs nanocomposite được thiêu kết ở nhiệt độ 900oC có giá trị tốt nhất. Trong đó,
với tỉ lệ gia cường 3% CNTs theo khối lượng (tỉ lệ gia cường tốt nhất), vật liệu Cu/CNTs nanocomposite có độ bền là 200.91 MPa lớn hơn gấp 1.16 lần so với vật liệu
nền Cu không được gia cường (172.93 MPa) ở cùng điều kiện chế tạo.
Hình 3.14.Đánh giá độ bềncủa vật liệu Cu/CNTs nanocomposite theo phần trăm khối lượng gia cường CNTsqua mối quan hệ với độ cứng HB