MWCNTs được sử dụng trực tiếp cho q trình oxi hố. MWCNTs sau khi cân sẽ được cho vào bình tam giác chứa 15 ml dung dịch axit sulfuric. Hỗn hợp axit H2SO4 và MWCNTs được rung siêu âm 30 phút. Sau đó, bột kali pemanganat được thêm vào hỗn hợp. Hỗn hợp 3 chất tiếp tục được khuấy trên máy khuấy từ với thời gian và nhiệt độ nhất định (thời gian được tính theo thời gian khuấy và nhiệt độ được xét theo nhiệt độ cài đặt trên máy khuấy). Khối lượng KMnO4, nồng độ axit, thời gian và nhiệt độ sẽ được thay đổi khác nhau để xem xét sự tác động của nhiệt độ và thời gian đối với q trình oxi hố, các thơng số này được thể hiện trong bảng 2.2. Sau khi kết thúc q trình oxi hố, mẫu biến tính được lọc rửa nhiều lần qua giấy lọc bằng nước khử ion cho đến khi pH của hỗn hợp đạt từ 6-7 (hình 2.9). Sau khi lọc xong, mẫu được đem sấy khô tại 80oC trong 12h. Cuối cùng, mẫu được thu hồi (hình 2.10) và được phân tích bằng các phương pháp: FE-SEM, Raman và nhiệt trọng lượng.
23
Bảng 2.2. Các điều kiện oxi hoá của vật liệu ống nano cacbon đa thành
Mẫu
Điều kiện oxi hóa
Khối lượng MWCNTs (mg) H2SO4 Khối lượng KMnO4 (mg) Nhiệt độ (oC) Thời gian khuấy (h) Thể tích (mL) Nồng độ (M)
p-MWCNTs Vật liệu MWCNTs ban đầu
T1 30 15 5 50 50 12 T2 30 15 5 50 75 12 T3 30 15 5 50 100 12 L4 30 15 10 30 25 10 L5 30 15 10 30 25 8 L6 30 15 10 30 25 3
Hình 2.8. MWCNTs trong dung dịch H2SO4 trước siêu âm (a)
và sau khi siêu âm (b)
24
Hình 2.9. Mẫu MWCNTs trên máy khuấy từ FALC (a)
Mẫu MWCNTs được pha thêm nước DI (b) Lọc mẫu bằng giấy lọc (c)
Hình 2.10. Mẫu sau khi sấy khô ở 80oC trong 12h (a) Mẫu đã được thu hồi (b)
(a) (b) (c)
0
(a) (b)
25
2.4. Phương pháp phân tích
2.4.1. Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường
Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường (Field Emission Scanning Electron Microscopy (FE-SEM)) là một loại kính hiển vi điện tử dùng để chụp ảnh bề mặt của mẫu bằng cách dùng chùm tia điện tử (electron) quét trên bề mặt của mẫu. Kính hiển vi điện tử quét được sử dụng trong nghiên cứu để quan sát hình thái bề mặt của mẫu trước và sau khi biến tính.
Hình 2.11. Kính hiển vi điện tử qt phát xạ trường tại Viện Công nghệ Nano (INT)
Nguyên lý hoạt động: Chùm điện tử phát ra từ súng phóng điện tử được tăng
tốc, nhờ vào hệ thống thấu kính từ hội tụ thành một chùm điện tử hẹp quét trên bề mặt mẫu. Chùm điện tử tương tác với bề mặt mẫu sẽ phát ra các bức xạ. Q trình tính tốn và tạo ảnh của máy được thực hiện dựa trên các bức xạ này. Các bức xạ chủ yếu gồm [27]:
- Điện tử thứ cấp SE (secondary electrons): Chùm điện tử thứ cấp có năng lượng
thấp (thường nhỏ hơn 50 eV) được ghi nhận bằng ống nhận quang. Chủ yếu là các điện tử phát ra từ bề mặt của mẫu ở độ sâu chỉ vài nano mét, nên tạo ra ảnh hai chiều của bề mặt mẫu.
- Điện tử tán xạ ngược BSE (backscattered electrons): là chùm điện tử ban đầu
khi tương tác với bề mặt mẫu bị bật ngược trở lại, do đó chúng thường có năng lượng cao. Sự tán xạ này phụ thuộc rất nhiều vào thành phần hóa học ở bề mặt mẫu, do đó
26 ảnh điện tử tán xạ ngược rất hữu ích cho phân tích về độ tương phản thành phần hóa học. Điện tử tán xạ ngược cịn có thể dùng để ghi nhận ảnh nhiễu xạ điện tử tán xạ ngược, giúp cho việc phân tích cấu trúc tinh thể.
2.4.2. Phương pháp phổ tán xạ Raman
Phổ Raman được sử dụng để đánh giá sự thay đổi cấu trúc của MWCNTs trước và sau khi biến tính. Tất cả các mẫu sẽ được phân tích bằng thiết bị LabRam 300 tại Viện Công nghệ Nano.
Phổ Raman liên quan đến hiện tượng tần số của các photon trong ánh sáng đơn sắc bị thay đổi khi tương tác với mẫu. Các photon của ánh sáng đơn sắc được hấp thụ sau đó lại được phát xạ lại. Tần số của các photon phát xạ lại bị thay đổi tăng hoặc giảm so với tần số ánh sáng đơn sắc ban đầu. Sự thay đổi cho biết thơng tin về sự dao động, xoay vịng và các thay đổi tần số thấp khác trong phân tử [28, 31].