1. 2 Một số dạng cấu hỡnh phổ biến của vật liệu carbon
4.3. Sự ảnh hưởng của ti aX và tia Gamma lờn cấu trỳc CNTs
Vỡ trong bức xạ hóm cú nhiều thành phần bức xạ khỏc nhau. Vỡ vậy khú cú thể xỏc định xem mỗi loại bức xạ cú năng lượng khỏc nhau đó ảnh hưởng như thế nào đến cấu trỳc CNTs, chỳng tụi đó đem những mẫu CNTs này chiếu xạ với cỏc nguồn đồng vị phúng xạ khỏc nhau, đú là đồng vị phúng xạ Americium-241 và nguồn đồng vị phúng xạ 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 xạ 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
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 giảm 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).
Hỡnh 4.12. Phổ Raman của CNTs sau khi chiếu bằng tia Gamma, khi tăng
cường độ laser từ 3 đến 60 kW/cm2 và giảm 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). 1200 1400 1600 d c b a D LDP G d c b a 1200 1400 1600 d c b a D LDP G d c b a In te n si ty ( a rb .u n it s) Raman shift(cm-1) Raman shift(cm-1) 1200 1400 1600 d c b a D G LDP d c b a 1200 1400 1600 d c b a D G LDP d c b a In te n si ty ( a rb .u n it s)
1324 1326 1328 1330 1332 C−ờng độ laser (KW/cm2) T ầ n s ố - M o d e D Ch−a chiếu Chiếu tia X Chiếu tia Gamma
15 30 45 0 15 60 45 30 0 1572 1576 1580 1584 Ch−a chiếu Chiếu tia X Chiếu tia Gamma
T ầ n s ố - M o d e G C−ờng độ laser (KW/cm2) 15 30 45 0 15 60 45 30 0 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 Ch−a chiếu Chiếu tia X Chiếu tia Gamma I D /I G C−ờng độ laser (KW/cm2) 15 30 45 0 15 60 45 30 0
Hỡnh 4.13. Độ dịch tần số của (a) mode D và (b) mode G và c) tỷ lệ về cường
độđỉnh của CNTs chưa chiếu, và sau khi chiếu bằng tia X, tia Gamma, khi tăng cường độ laser từ 3 đến 60 kW/cm2 và giảm cường độ laser từ 60 xuống 3
kW/cm2
(a)
(b)
Bảng 4. Tần số mode D, G , tỷ số ID/IG theo 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/IG của mẫu cú giỏ trị khoảng 1,16-1,45.
Ta cú thể 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 năng lượng của cỏc tia X và Gamma là khỏc nhau cả 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.
Qua hỡnh 4.13, ta cú thể thấy được, cả hai loại tia X và Gamma đều gõy ra cỏc sai hỏng mới cho mẫu CNTs. Chớnh vỡ vậy mà mode D đó bịảnh 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 cỏc tường của CNTs, làm cho CNTs bị xốp, liờn kết carbon-carbon bị suy yếu, và chớnh vỡ vậy mà độ dịch đỉnh của mode D và mode G theo bức xạ laser cũng nhiều hơn, và tỷ 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 năng lượng gấp 100 lần so với tia X( 1 MeV và 0,06 MeV ) nhưng tia Gamma lại cú cường độ nhỏ thua cỡ 1000 lần so với cường độ của tia X. Do vậy ta cú thể khẳng định được rằng, năng lượng của bức xạ là nguyờn nhõn chớnh để gõy ra sai hỏng mạng cho CNTs, cường độ chiếu chỉđúng gúp 1 phần nhỏ.
Quan hỡnh 4.13c, tỷ số ID/IG của CNTs chiếu bởi tia X nhỏ hơn lỳc chưa chiếu và tỷ số ID/IG của CNTs chiếu bởi tia Gamma thỡ lại lớn hơn lỳc chưa chiếu. Từ đõy ta cú thể kết luận được rằng, khi chiếu mẫu CNTs với tia X thỡ mẫu CNTs lại trở nờn tốt hơn, cú thể tia X cú năng lượng thớch hợp một mặt vừa tạo ra cỏc sai hỏng mới, mặt khỏc lại tỏi cấu trỳc lại cỏc sai hỏng đó tồn tại trước đú. Chớnh vỡ thế mà tỷ số ID/IG giảm xuống rừ rệt. Mẫu CNTs ban đầu cú nhiều sai hỏng, và cú chứa nhiều carbon vụ định hỡnh. Khi được chiếu bằng tia X với năng lượng vừa phải, cỏc nguyờn tử carbon bị dao động và sau một khoảng thời gian dài, nguyờn tử carbon bị lệch được đẩy vào vị trớ đỳng trong mạng, hoặc cú thể cỏc nguyờn tử carbon ở bờn ngoài được đẩy vào cỏc vị trớ bị thiếu trong mạng do vậy nú làm tăng chất lượng của CNTs.
Khi chiếu mẫu CNTs với tia Gamma, thỡ mẫu CNTs đó bị 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 hư hỏng cao hơn nhiều, do vậy mà tỷ số ID/IG tăng lờn. Tỷ số ID/IG lỳc này cũng thay đổi mạnh hơn theo cường độ laser đều đú càng khẳng định rằng CNTs đó trở lờn xốp hơn, cú nhiều 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 cứu. Sựảnh hưởng đồng thời của cả hai loại bức xạ này lờn cấu trỳc của CNTs cũng được nghiờn cứu 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 nở vỡ nhiệt độ.
Bức xạ hóm do cú năng lượng rất cao, đó làm thay đổi tớnh chất của CNTs, gõy ra cỏc phản ứng hạt nhõn, tạo ra cỏc đồng vị phúng xạ, qua cỏc phản ứng hạt nhõn cú thể tạo cỏc hạt nhõn mới, đồng thời cũng gõy ra nhiều sai hỏng mạng. Như vậy cú thểảnh hưởng đến độ tin cậy, độổn định của cỏc linh kiện điện tử.
Bức xạ tia X cú năng thớch hợp cú thể làm giảm bớt cỏc sai hỏng mạng trong của CNTs, làm nõng cao chất 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 thể cung cấp những thụng tin quan trọng về CNTs, đặc biệt là khi CNTs được dựng trong cỏc mụi trường đặc biệt, chịu ảnh hưởng của bức xạ cú năng lượng cao, như trong cỏc ứng dụng cho lũ phản ứng hạt nhõn, hoặc cỏc thiết bịđiện tử, vỏ bảo vệ cho tàu vũ trụ. Bằng cỏc loại chiếu xạ khỏc nhau ta cú thể: i) đưa cỏc nguyờn tử mới vào trong ống nano carbon bằng quỏ trỡnh phõn ró hạt nhõn; ii) tạo 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 thể cải thiện được phẩm chất của CNTs thụng qua quỏ trỡnh chiếu xạ. Kết quả này cú thể mở ra một cụng nghệ xử lý CNTs núi riờng và cỏc vật liệu nano núi chung bằng phương phỏp chiếu xạ năng lượng cao.
TÀI LIỆU 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), “Carbon-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 bremsstrahlung 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 study of 62 isolated
single-wall carbon nanotubes”,Phys. Rev. B, 65, 155412.
8. A.V.Krasheninnikov, K.Nordlund (2010), “Ion and electron 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), “High-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 investigation 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 carbon 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", Nuclear Instruments 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 properties 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 conductivity of multiwalled
carbon nanotubes”, Physical Review B, 165440 .
19.Qing Zhang et al (2006), “Influences of temperature on the Raman spectra
Cỏc cụng trỡnh đó cụng bố cú liờn quan đến luận văn:
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 vibrational modes of Carbon Nanotubes”, ALTA 2010, OSK, Vol. 9, Iss. 1, (2010) ISSN 205-8705, pp. 104. 2. Phạm Đức Khuờ, Nguyễn Đỡnh Hoàng, Vũ Thị Bớch “Xỏc định suất lượng của cỏc đồng vị phúng xạ tạo thành từ vật liệu nano dưới tỏc dụng của chựm photon năng lượng cao”, Kỷ yếu Hội thảo Khoa học “Cụng nghệ vũ trụ và ứng dụng- 2010” Hà Nội, 16-17/12/2010, Nhà xuất bản KHTN và CN, Số 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 bremsstrahlung photons and intense laser radiation on the structural properties of carbon nanotubes”, 2011, Adv. Nat. Sci: Nanosci. Nanotechnol. 2 035010