1.3. Tổng quan về vật liệu tổ hợp Gr-CNT
1.3.2. Phương pháp tổng hợp màng vật liệu tổ hợp
Gần đây, nhiều phương pháp đã được phát triển để tổng hợp vật liệu lại Gr – CNT. Dưới đây là một số phương pháp tổng hợp điển hình.
1.3.2.1 Phương pháp xếp lớp
Lắp ráp lớp theo lớp (LBL) là một trong những phương pháp đơn giản nhất để sản xuất vật liệu lai Gr-CNT thông qua việc nhúng tuần tự chất nền vào huyền phù graphene và CNT. Phương pháp này có thể tạo ra màng siêu mỏng phù hợp với hình dạng và bề mặt có thể điều chỉnh cao trên nhiều bề mặt hình học khác nhau. Sơ đồ của lắp ráp LBL được hiển thị trong Hình 1.2. Kim và cộng sự đã báo cáo việc sản xuất một lớp mỏng vật liệu lai Gr-CNT trên đế SiO2/Si bằng phương pháp lắp ráp LBL [45].
Hình 1.2. Sơ đồ quá trình chế tạo vật liệu graphene-CNT bằng phương pháp xếp lớp.
Quá trình tổng hợp bắt đầu bằng việc amin hóa đế SiO2/Si để tạo ra đế tích điện dương, sau đó nhúng đế SiO2/Si vào huyền phù graphene oxide khử tích điện âm. Tiếp theo, các chất nền được phủ graphene oxide khử được nhúng vào huyền phù CNT tích điện dương. Cuối cùng, CNT đã được kết hợp vào lớp graphene oxide khử thông qua tương tác tĩnh điện để kết nối từng tấm graphene oxide.
1.3.2.2 Phương pháp lọc chân không
Lọc chân không là một phương pháp đơn giản khác thường được sử dụng để sản xuất vật liệu lai Gr-CNT. Phương pháp lọc chân không tách sản phẩm rắn khỏi chất lỏng, như được hiển thị trong Hình 1.3. Đầu tiên, graphene và CNT được phân tán trong huyền phù và đổ qua màng lọc trong phễu. Màng lọc giữ lại graphene và CNT để tạo thành màng, trong khi chân không hút chất lỏng qua phễu vào bình. Sau đó, màng mỏng lai Gr-CNT được gỡ khỏi màng lọc.
Khan và cộng sự (2010) đã sử dụng lọc chân không để sản xuất màng lai Gr- CNT [46]. Trong công việc của họ, graphene và CNT được phân tán trong N- methyl pyrrolidone, sau đó lọc chân không qua màng polyvinylidene fluoride microporous có kích thước lỗ 0,45 μm. Màng lai Gr-CNT không được rửa để tránh tái kết tập. Sau khi lọc, màng phủ màng lai Gr-CNT được sấy khô ở nhiệt độ phòng trong 24 giờ và bảo quản cẩn thận.
Hình 1.3. Sơ đồ quá trình chế tạo vật liệu graphene-CNT bằng phương pháp lọc chân không.
1.3.2.3 Phương pháp lắng đọng điện hóa
Phương pháp lắng đọng điện hóa (ECD) cũng xảy ra trong tế bào điện hóa, trong đó quá trình ECD chỉ sử dụng một điện áp thấp (một vài vôn) để tạo
ra vật liệu lai Gr-CNT. Nói cách khác, ECD được thực hiện trong các huyền phù hoặc chất điện phân có độ dẫn điện cao. Hình 1.4 cho thấy sơ đồ của quá trình ECD. Ưu điểm của ECD là chi phí tương đối thấp do hoạt động điện áp thấp của nó. Ding và cộng sự đã sản chế tạo vật liệu tổ hợp Gr-CNT bằng cách lắng đọng điện hóa trong một tế bào một ngăn với cấu hình ba điện cực [47].
Tấm bạch kim được sử dụng làm điện cực làm việc và điện cực đối diện, trong khi điện cực calomel bão hòa được sử dụng làm điện cực tham chiếu. Pyrrole được sử dụng làm chất điện phân và axit dodecylbenzene sulfonic được thêm vào để cải thiện độ dẫn điện của ion. Lắng đọng điện hóa được thực hiện ở 0,8 V. Trong nghiên cứu của họ, graphene oxide khử và CNT được xếp chồng lên nhau từng bước trên điện cực bạch kim, tạo thành màng composite nano cấu trúc lai Gr-CNT 3D.
Hình 1.4 Sơ đồ quá trình chế tạo vật liệu graphene-CNT bằng phương pháp lắng đọng điện hóa.
1.3.2.4 Phương pháp CVD
Lắng đọng hơi hóa học (CVD) là một trong những phương pháp phổ biến nhất để chế tạo vật liệu lai Gr-CNT. Đây là một quá trình, trong đó một hoặc
nhiều tiền chất dễ bay hơi được tiếp xúc với bề mặt đế, phản ứng hoặc sự phân hủy trên bề mặt đế để tạo thành một lớp màng mỏng. Phương pháp CVD được sử dụng rộng rãi để tổng hợp vật liệu lai Gr-CNT do tính đơn giản và dễ dàng kiểm soát các thông số quy trình như độ đồng đều, độ dày và mật độ của vật liệu lắng đọng. Ngoài ra, vật liệu lai Gr-CNT được sản xuất bằng phương pháp CVD có chất lượng vượt trội và khả năng tổng hợp với diện tích lớn, khiến chúng phù hợp cho sản xuất hàng loạt. Cách tiếp cận phổ biến nhất được các nhà nghiên cứu sử dụng là tổng hợp CNT trên đế graphene, sau đó tổng hợp graphene lên đế CNT và tổng hợp đồng thời graphene và CNT đồng thời trên một số đế khác.
Từ tổng quan trên chúng ta nhận thấy rằng hướng nghiên cứu tổ hợp vật liệu mà kết hợp được các ưu điểm của vật liệu SiNPs và vật liệu lai rGO-CNT cho các ứng dụng quang và quang điện tử là một hướng nghiên cứu đầy tiềm năng.