1.4.5 Quang phổ Micro Raman
Phổ Raman được quyết định bởi các điện tử hóa trị của nguyên tử ở trong phân tử, đó là những điện tử hóa trị nằm trong liên kết hay một cặp còn tự do, chuyển mức năng lượng khi bị kích thích.
Phổ Raman cho ta thông tin cả về dao động rung và dao động xoay cho nên phân tích phổ Raman có thể cho ta biết được cấu trúc và sự ổn định cấu trúc đó trong vật chất. Với từng loại dao động mà ta thu được các phổ khác nhau.
Các mẫu dạng bột mịn được đo trên máy Ramma-LABRAM300, Horiba JOBIN YVON, tại bước sóng 632 nm.
1.4.6 Đo độ dẫn điện
Các mẫu được nghiền mịn thành bột và ép thành từng viên tròn đường kính 1,3 cm, độ dày trung bình 300 μm sau đó đem đo điện trở bề mặt trên thiết bị đo điện trở mặt 4 điểm, Tại Phòng Thí nghiệm Kỹ thuật cao, Trường Đại học Khoa học Tự Nhiên Tp. HCM. Mỗi mẫu được đo tại 5 vị trí khác nhau và lấy giá trị trung bình.
Điện trở suất của mẫu được xác định bằng cách nhân giá trị điện trở bề mặt trên một đơn vị diện tích với độ dày của mẫu đo. Từ kết quả đó, suy ra độ dẫn điện của mẫu đo chính là nghịch đảo của điện trở suất.
Hình 1. 14 Thiết bị đo điện trở mặt 4 đầu dò Lucas Labs Division/QuadPro
S302-8 Độ dẫn điện được tính theo công thức sau:
= 1/ (R.t)
Trong đó:
- độ dẫn điện (S/m)
R – điện trở bề mặt ()
Thông số độ dẫn điện rất quan trọng, khi ta so sánh độ dẫn điện của vật liệu GO sau quá trình khử với Graphite tinh thể thô ban đầu, nếu hai giá trị gần nhau, có thể kết luận được quá trình khử đã hoàn trả được bề mặt electron liên hợp của
mạng carbon sp2
1.4.7 Phân tích nhiệt trọng lƣợng (TGA)
Khi cung cấp nhiệt cho một chất, trạng thái của chất sẽ thay đổi. Các quá trình như nóng chảy, hóa hơi, thăng hoa, ngưng tụ, kết tinh có thể xảy ra; ví dụ nước đá nóng chảy, nước sôi và hóa hơi. Ta có thể quan sát các biến đổi trên bằng mắt thường, hay bằng các thiết bị phân tích. Ngoài ra, tùy vào bản chất của chất được gia nhiệt thì cũng có thể xảy ra các biến đổi hóa học dẫn đến sự thay đổi thành phần hóa học và cấu trúc của vật chất. Sự thay đổi của trạng thái vật chất luôn kèm theo sự giải phóng hay hấp thu nhiệt. Bằng cách đo lượng nhiệt trao đổi giữa chất khảo sát và môi trường ta có thể biết được các tính chất vật lý cũng như các tính chất nhiệt động của chất đó như enthalpy và entropy.
Trong phương pháp nhiệt khối, mẫu phân tích được gia nhiệt hay làm nguội đồng thời với ghi nhận khối lượng. Vật liệu được gia nhiệt và bị giảm khối lượng do sự bay hơi nước, hay từ các phản ứng hóa học chuyển hóa vật liệu thành khí. Một vài vật liệu có thể tăng khối lượng khi gia nhiệt, do phản ứng với khí quyển trong các khảo sát môi trường. Vì dù tăng hay giảm khối lượng mẫu, vật liệu cũng đã bị phá vỡ cấu trúc, và biết được độ lớn cũng như giới hạn nhiệt độ dẫn đến các phản ứng trên xảy ra để biết rõ hơn cư xử nhiệt của vật liệu, độ bền nhiệt của vật liệu. Giản đồ TGA rất quan trọng khi phân tích tính chất nhiệt của Graphite bóc lớp. Khi thực hiện bóc lớp thông qua GO, giản đồ TGA sản phẩm sau giai đoạn khử cho biết quá trình khử có tối ưu chưa. Cũng như khi GO được biến tính bởi một chất hữu cơ, sự phân hủy nhiệt khác với GO như thế nào cũng có thể giúp ta dự đoán trạng thái tương tác giữa chất đó với GO.
Mẫu trong bài này được sấy khô và nghiền mịn để phân tích. Tốc độ quét
nhiệt là 10 oC/phút, quét từ nhiệt độ phòng đến 800 oC trong môi trường khí N2.
1.4.8 Phân tích nhiệt trọng lƣợng vi sai (DSC)
Để biết được biến đổi (sự thay đổi enthalpy) xảy ra là quá trình thu nhiệt hay tỏa nhiệt trong quá trình đo nhiệt cung cấp cho mẫu hay lấy đi từ mẫu thì sử dụng phương pháp nhiệt lượng kế vi sai quét (DSC). Đây là kĩ thuật đo sự thay đổi nhiệt lượng theo nhiệt độ. Đại lượng cần đo chính xác trong phương pháp này là nhiệt lượng cung cấp cho mẫu phân tích. Khi quá trình thu nhiệt hay tỏa
nhiệt xảy ra thì nhiệt độ của mẫu phân tích và của mẫu quy chiếu trở nên khác nhau. Để giữ nhiệt độ của chúng bằng nhau thì cần điều chỉnh nhiệt lượng cung cấp cho mẫu phân tích. Giản đồ DSC biểu diễn nhiệt lượng mà mẫu phân tích tỏa ra hay thu vào theo nhiệt độ. Do tốc độ cung cấp nhiệt cho mẫu phân tích cố định nên enthalpy của quá trình được tính từ diện tích đỉnh tương ứng trên giản đồ.
Các mẫu trong luận văn được phân tích trên máy DSC của hãng Mettler Toledo, Khoa Khoa học vật liệu, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Nghiền mịn các mẫu rắn thành bột trước khi
phân tích. Tốc độ quét nhiệt là 10 oC/phút, quét từ nhiệt độ phòng đến 300 oC
Chƣơng 2: THỰC NGHIỆM
2.1 Hóa chất và thiết bị2.1.1 Hóa chất 2.1.1 Hóa chất
- Graphite flake (SNO, SEC Carbon, Nhật bản)
- Kali permanganate (PA, Trung Quốc)
- Axít sulfuric đậm đặc (PA, Trung Quốc)
- Hydro peroxide H2O2 30 % (PA, Trung Quốc)
- Natri nitrate NaNO3 rắn (PA, Trung Quốc)
- Axít clohidric HCl (PA, Trung Quốc)
- Acetone (Chemsol, Việt Nam)
- Monoglyceride rắn (công nghiệp, Trung Quốc)
- Nước cất (VINAGAMMA)
2.1.2 Thiết bị
- Nguồn gamma Co-60, SVST-Co60/B, Hungary, VINAGAMMA
- Máy quang phổ hấp thu UV-Vis, JASCO V630, Nhật Bản,
VINAGAMMA
- Máy quang phổ hồng ngoại FTIR-8400S, Shimadzu, Nhật Bản,
VINAGAMMA
- Bể siêu âm S 40H, Elmasonic, Đức, VINAGAMMA
- Máy phân tích nhiệt vi sai TGA Q500 V20.13 Build 39, Anh, Trung
tâm MANAR
- Máy nhiễu xạ tia X D8 ADVANCE của hãng BRUCKER, Đức, ĐH
Bách khoa TpHCM
- Kính hiển vi điện tử truyền qua, JEM-1400, Hãng JOEL, Nhật bản;
ĐH Bách khoa TpHCM
- Máy RAMAN – LABRAM300, Horiba JOBINYVON, Phòng Thí
nghiệm Công nghệ Nano, ĐH QG TPHCM.
- Thiết bị đo điện trở bề mặt 4 mũi dò, Phòng thí nghiệm Vật liệu kỹ
2.2 Thực nghiệm
2.2.1 Tổng hợp Oxít graphite
Trong bài này, Oxít graphite được tổng hợp từ Graphite theo phương pháp
Hummers [40] (Hình 2.1). Cân 10 g Graphite, 5 g NaNO3 và 240 ml H2SO4 đậm
đặc cho vào bình phản ứng. Hệ được làm lạnh ở 0 oC bằng bể điều nhiệt và
khuấy liên tục. Cân 38 g KMnO4 và cho vào bình phản ứng. Sau 30 phút, nâng
nhiệt độ của hệ lên 35 oC và khuấy liên tục trong 2 giờ. Trong quá trình phản
ứng, hệ tạo huyền phù sẽ đặc hơn và có khí màu nâu thoát ra mạnh. Tiếp theo cho từ từ 460 ml nước cất vào bình phản ứng. Lúc này khí thoát ra nhanh hơn do phản ứng xảy ra mãnh liệt và hệ huyền phù có màu nâu. Sau khi cho nước cất
vào, nâng nhiệt độ của hệ phản ứng lên 98 oC và giữ trong 15 phút để phản ứng
tiếp tục xảy ra. Sau đó, tiếp tục pha loãng hệ huyền phù với 1.400 ml nước cất,
hạ nhiệt độ của hệ xuống còn 50 oC và cho thêm 500 ml H2O2 30 %. Lúc này hệ
huyền phù có màu vàng (Hình 2.2), khuấy kĩ thêm 15 phút và kết thúc phản ứng. Hỗn hợp sau phản ứng được chuyển toàn bộ sang bình nhựa 10 lít để lắng rửa bằng nước cất và HCl loãng nhiều lần để loại bỏ các ion tạp. Sau đó, ly tâm rửa
với nước và acetone, thử lại với dung dịch BaCl2 và AgNO3 đến khi không còn
ion SO4 2- và Cl-. Cuối cùng sản phẩm được sấy khô chân không ở 60 oC trong
48 giờ và nghiền mịn. 10 g Graphite 5 g NaNO3 240 ml H2SO4 Huyền phù 1 Huyền phù 2 Huyền phù 3 Hỗn hợp sau phản ứng Oxít Graphite
T = 0 oC Khuấy liên tục 38 g KMnO4 Khuấy 30 phút T =35 oC, 2 giờ =98 C, 15 phút 1400 ml nƣớc cất T =50 oC 500mL H2O2 30% Rửa nƣớc cất, HCl và Acetone Sấy khô chân không ở 60 oC
Hình 2. 1 Quy trình tổng hợp Oxít graphite từ graphite theo phương pháp