Ngày nay công nghệ luyện kim bột được ứng dụng ngày càng rộng rãi để chế tạo các chi tiết máy phức tạp, những chi tiết ghép từ các vật liệu khác biệt (kim loại - chất dẻo; kim loại thủy tinh; v.v...), những chi tiết có độ cứng cao và nhiệt độ làm việc siêu cao trong ngành công nghiệp hạt nhân, vũ trụ. Hiện người ta cũng đã ứng dụng rất
Chương 2
THỰC NGHIỆM
Sử dụng CNTs vai trò như là một loại vật liệu gia cường với các tính chất vượt trội như độ cứng cao, độ bền ứng suất lớn, độ dẫn nhiệt và độ dẫn điện tốt hồn tồn có thể đáp ứng được các yêu cầu khắt khe nhất về các tính chất. Tuy nhiên vấn đề khó
khăn nhất nhưng cũng là vấn đề quan trọng nhất, quyết định nhất đó là việc phân tán đồng đều CNTs vào bên trong các vật liệu nền.Trong quá trình nghiên cứu chế tạo vật liệu Cu/CNTs composite, vấn đề phân tán đồng đều CNTs vào trong nền Cu là vấn đề
được chúng tôi khảo sát chi tiết nhất. Vật liệu CNTs được biến tính đã thể hiện tính
vượt trội trong việc đảm bảo được yêu cầu phân tán đồng đều CNTs vào nền Cu. Có
nhiều phương pháp biến tính đã được phát triển trên thế giới, nhưng do yêu cầu cần
thiết nhất của đề tài là chế tạo vật liệu Cu/CNTs composite nên chúng tôi đã lựa chọn
phương pháp biến tính đơn giản nhất là sử dụng hỗn hợp axit mạnh là HNO3 và H2SO4. Với việc sử dụng CNTs biến tính kết hợp với q trình nghiền năng lượng cao
chúng tôi đã tạo ra được hỗn hợp bột Cu và CNTs trong đó CNTs được phân bố đồng nhất. Kết quả này tạo tiền đề tốt cho các quá trình tạo hình tiếp theo đảm bảo tính chất
gia cường của vật liệu CNTs.
2.1. Biến tính CNTs
Như đã trình bày trong phần tổng quan, ống nano cacbon là vật liệu có nhiều nhiều đặc tính ưu việt, nhưng CNTs lại là loại vật liệu tương đối trơ về mặt hóa học,
tương thích kém với các loại vật liệu khác khi pha trộn để tạo thành hỗn hợp. Khi pha
trộn CNTs với các vật liệu khác, hoặc các dung môi thường xảy ra hiện tượng CNTs co cụm lại thành các đám, mức độ phân tán của chúng trong hỗn hợp rất kém. Hay có thể hiểu đó là tính tương tác kém của CNTs với các vật liệu khác, điều đó dẫn tới sự khồng đồng nhất, tập trung cục bộ của các đám CNTs, ảnh hưởng khơng tốt tới tính chất của vật liệu được pha trộn.
Do vậy, cần phải có phương pháp để giải quyết bài tốn phân tán đều CNTs trong hỗn hợp pha trộn, hòa tan CNTs được trong dung mơi, để có thể ứng dụng các tính
chất nổi trội của CNTs nhằm tăng cường, cải thiện các tính chất của việt liệu hỗn hợp –composite, như làm tăng độ cứng, độ bền cho vật liệu hỗn hợp hoặc tăng cường tính
dẫn điện, dẫn nhiệt cho vật liệu.
Trong luận văn này, chúng tơi lựa chọn phương pháp hóa học để tiến hành biến tính vật liệu CNTs. Đây là phương pháp dễ thực hiện, khơng địi hỏi các kỹ thuật phức tạp. CNTs được oxi hóa bằng những chất oxi hóa mạnh. Vật liệu được sử dụng để biến
tính là CNTs đa tường – MWCNTs, được chế tạo bằng phương pháp CVD ở phòng
Vật liệu và Linh kiện điện tử, Viện Khoa học Vật liệu. Hóa chất được dùng để tiến hành thực nghiệm là hỗn hợp axit: HNO3/H2SO4tỷ lệ 1:3, HNO3-67% và H2SO4-98%. Vật liệu và hoá chất
- CNTs đa tường, độ sạch 90 wt %, đường kính ~ 50 nm (vật liệu do phịng Vật lý và
Cơng nghệ Linh kiện điện tử, viện Khoahọc Vật liệu chế tạo). - HNO367%. - H2SO498%. -Nước cất. Dụng cụ - Máy khuấy từ. - Nhiệt kế. - Bình cầu 1 lít. Quy trình biến tính
Hỗn hợp axít HNO3/H2SO4 (tỷ lệ về thể tích là 1:3) là hỗn hợp chất ơxi hóa mạnh, có khả năng ơxi hóa các ngun tửcacbon tại các vị trí defect để gắn các nhóm chức cacboxylic, song rất độc hại do q trình phản ứng giải phóng khí NO2. Q trình thao tác phải đảm bảo yêu cầu về độ an tồn trong khi thí nghiệm. Lượng hỗn hợp axít càng lớn và thời gian thí nghiệm càng dài thì khả năng ơxi hóa tạo defect càng nhiều.