Để đỏnh giỏ ảnh hưởng của nồng độ chất doping đến độ dẫn điện của PPy, chỳng tụi đó đo độ dẫn của cỏc mẫu với nồng độ CNTs khỏc nhau từ 1% đến 4%. Kết quả đo độ dẫn điện được đưa ra trờn bảng 12:
Bảng 12: Kết quả đo độ dẫn của PPy với nồng độ pha tạp CNTs khỏc nhau
Mẫu Mụ tả Độ dẫn
(S/cm) C1 PPy1(0.15mol DBSA + 0.2 mol APS + 0.3PPy) 10.5
C3 PPy1 + CNTs 2% 13.4
C4 PPy1 + CNTs 3% 14.0
C5 PPy1 + CNTs 4% 14.2
Hỡnh 41: Sự phụ thuộc độ dẫn điện PPy ở -20C vào nồng độ CNTs khỏc nhau
Như vậy, với nồng độ doping khỏc nhau thỡ độ dẫn khỏc nhau, nồng độ doping càng cao thỡ độ dẫn càng tăng, đến một mức nào đấy độ dẫn đạt giỏ trị bóo hoà.
Để so sỏnh ảnh hưởng của cỏc chất doping lờn tớnh chất dẫn điện của polypyrol. Cỏc chất doping được sử dụng trong quỏ trỡnh tổng hợp polypyrol bằng phương phỏp điện hoỏ bao gồm cỏc chất:
1) Tetrabutyl Amonium Dodecylsulfate (TBADS) 2) Dodecylsulfat Sodium salt (Na DS)
3) P- Toluene Sulfonic acid (P-TS)
4) Dodecylbenzen Sulfonic acid (DBSA)
1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 6 8 10 12 14 16 18 Đ ộ d ẫn ( S/ c m ) Khối l-ợng PPy/ CNTs(%)
5) Copperphathalocyanine-3,4,4,4, Tetrasulfonic acid Sodium salt (CuPh ) 6) Lithium Perchlorate (LiClO4)
7) Anthraquinone-2-slfonic acid Sodium salt (ANT2 Na)
Trong điều kiện trựng hợp như nhau, khi thay đổi chất doping cú ion đi kốm khỏc nhau, độ dẫn điện của polypyrol thay đổi trong khoảng 4 S/cm đến 130 S/cm. Từ kết quả này cho thấy mức độ ảnh hưởng của cấu tạo chất doping đến độ dẫn điện của PPy, kết quả như bảng 13.
Bảng 13: Độ dẫn của PPy trựng hợp bằng phương phỏp điện hoỏ với cỏc chất doping khỏc nhau
Tờn mẫu đo Dopant Độ dẫn
(S/Cm)
PPy/ANT2Na Anthraquinone-2-solfonic acid
Sodiumsalt monohydrate 130
PPy/ ANT2.6Na
Anthraquinone-2,6-disulfonic acid
Sodiumsalt 80
PPy/ TBADS Tetrabutyl Ammonium
Dosecylsulfate 60
PPy/NaDS Dodecyl Sulfate Sodiumsalt 50 PPy/p-TS p- Toluene Sulfonic acid
Sodiumsalt 40
PPy/LiCLO4 Lithium Perchlorate 25 PPy/ DBSA Dodecylbenzene sulfonic acid 20 PPy/CuPh
Copper phthalocyanine-3/,4/,4//,4///, -
Tetrasulfonic acid tetrasodium salt
4
Độ dẫn của PPy phụ thuộc vào độ linh động (khó, dễ) của các điện tử trong nội mạch phân tử (Intracchain) và giữa các mạch đại phân tử (interchain). Vì vậy cấu trúc mạch phân tử PPy với mạch dài liên kết liên hợp sẽ tạo thuận lợi cho quá trình dịch chuyển điện tử hơn là cấu trúc mạch phân tử hơn là cấu trúc mạch phân tử có nhiều mạch nhánh. Bằng việc nghiên cứu ảnh h-ởng của chất doping ta có thể nhận đ-ợc PPy có cấu trúc mạch phân tử khác nhau. Trong bảng 13 cho ta biết khi sử dụng chất doping ANT2Na hình thành PPy /ANT2Na, ta nhận đ-ợc vật liệu có độ dẫn cao nhất 130S/cm. Nh- vậy trong tr-ờng hợp này dây phân tử PPy có ít
mạch nhánh nhất. Ng-ợc lại, nếu dùng chất doping CuPh, vật liệu nhận đ-ợc là PPy/CuPh có cấu trúc phân tử không trật tự, thể tích không gian lớn, vì vậy độ dẫn không tốt. Bằng những thí nghiệm trên, đã chứng minh rằng độ dẫn của PPy bị ảnh h-ởng nhiều vào cấu tạo của các phân tử chất doping.
3.6. Nghiên cứu cấu trúc hình thái học
Hình 42(a,b) là ảnh Scanning Eletron Microscope (SEM) của polypyrol dạng keo hình 42a và dạng màng mỏng hình 42b. Hình 42a trong dung dịch keo tụ colloit của PPy, các hạt keo tụ PPy có dạng hình cầu lớn khoảng 50-100 nm. Trong hình SEM màng mỏng của PPy ta thấy cỏc hạt PPy sắp xếp cạnh nhau dạng lưới tạo màng mỏng dẫn điện.
a) b)
Hỡnh 42: Ảnh SEM của (a) dung dịch keo PPy/DBSA, (b) màng mỏng PPy.
KẾT LUẬN
1. Đó tiến hành tổng hợp polypyrol và polypyrol lai carbon nanotubes bằng phương phỏp ụxi hoỏ hoỏ học, tạo màng mỏng bằng phương phỏp core- shell và nghiờn cứu tớnh chất của cỏc mẫu PPy và PPy lai carbon nanụtube.
2. PPy được tổng hợp trong dung dịch axit DBSA với sự cú mặt của chất oxy hoỏ APS. Hiệu suất của phản ứng thu được ở nhiệt độ phản ứng 20oC lớn hơn đến 47% so với nhiệt độ phản ứng ở -2oC. Ngoài ra, hiệu suất của phản ứng cũng bị ảnh
hưởng mạnh bởi hàm lượng mol APS, nhất là ở điều kiện nhiệt độ phản ứng thấp (- 2oC).
3. Độ dẫn điện của PPy tổng hợp ở nhiệt độ thấp lại cho giỏ trị cao hơn so với PPy tổng hợp ở nhiệt độ cao và tớnh chất này tăng lờn cựng với sự gia tăng hàm lượng mol APS. Độ dẫn điện của PPy đạt giỏ trị cao nhất ở nhiệt độ phản ứng -2oC và hàm lượng APS = 0.2 mol là 10.5 S/cm. Tớnh dẫn điện của PPy bị quyết định bởi cả khối lượng phõn tử PPy và cấu trỳc hỡnh thỏi học của PPy.
4. Bằng quang phổ Raman và hồng ngoại đó xỏc định được cấu trỳc hoỏ học của PPy. Kết quả này hoàn toàn phự hợp với cỏc cụng trỡnh đó cụng bố.
5. Bằng cỏch nghiờn cứu độ bền nhiệt bằng TGA, ta thấy khối lượng PPy giảm 20% ở nhiệt độ 4800C, sau đú tiếp tục giảm đến 60% khối lượng ở nhiệt độ 8000C. Chứng tỏ, quỏ trỡnh phõn huỷ nhiệt khụng ảnh hưởng đến độ dài và cấu trỳc của mạch PPy.
6. Nồng độ chất doping CNTs ảnh hưởng đến độ dẫn PPy, khi tăng nồng độ CNTs thỡ độ dẫn tăng lờn, đến một lỳc nào đú độ dẫn đạt giỏ trị bóo hoà.
7. Đó so sỏnh cỏc loại doping khỏc nhau ảnh hưởng đến độ dẫn của PPy. Kết quả cho thấy, khi sử dụng chất doping ANT2Na cho độ dẫn điện PPy đạt giỏ trị cao nhất là 130 S/cm.
8. Bằng phương phỏp chụp ảnh SEM đó xỏc định được kớch thước hạt, cỏc hạt PPy cú dạng hỡnh cầu lớn khoảng 50 – 100 nm.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Vũ Đỡnh Cự, Nguyễn Xuõn Chỏnh (2004), “Cụng nghệ nanụ điều khiển đến từng phõn tử, nguyờn tử”, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.
2. Phan Hồng Khụi (2005), “Bài giảng vật liệu bỏn dẫn cấu trỳc nanụ”, Đại học Cụng nghệ- Đại học Quốc gia Hà nội.
3. Từ văn Mặc (1995), “Phõn tớch hoỏ lý”, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật.
4. Phạm Thu Nga (2005), “ Bài giảng vật liệu quang tử cấu trỳc nanụ”, Đại học Cụng nghệ- Đại học Quốc gia Hà nội.
5. Nguyễn Đức Nghĩa (2005), “Bàigiảng vật liệu polyme chức năng và cỏc vật liệu lai”, Đại học Cụng nghệ- Đại học Quốc gia Hà nội.
6. Nguyễn Đức Nghĩa (2002), “Tổng hợp, nghiờn cứu tớnh chất của conducting polyme”, Cụng trỡnh tham gia giải thưởng Khoa học Cụng nghệ VIFOTEC.
7. Nguyễn Đức Nghĩa (2004), “ Chế tạo, nghiờn cứu tớnh chất của conducting polypyrol cấu trỳc nanụ bằng phương phỏp trựng hợp phõn tỏn”, Tạp chớ hoỏ học. 8. Nguyễn Đức Nghĩa (2007), “Polyme dẫn”, Giỏo trỡnh hoỏ học nanụ- Viện Hoỏ học- Viện Khoa học và Cụng nghệ Việt nam.
Tiếng Anh
9. Andrews Rod, Processing and Properties of composite materials containing multiwalled carbon nanotubes, University of Kentucky.
10. Anglepoulos.M, Ray.A, MacDiazmid and Esptien, Synth. Met, 21(1987). 11. Armes,S.D, Synthetic Metals, 20, 365(1987).
12. Baibarac Mihacla, Pedro Gosmez- Romezo, Nanocomposites based on conducting polymer and carbon nanotubes from francy materials to functional applycation, CSIC, Campus de la UBA, 0189 Belleterra, Spain.
13. Basic properties of carbon nanotubes, http:// www. ANI.com. 14. Bredas, J.L and Street,G.B, Chem.Res., 18,309 (1985) .
15. Bredas, J.L., Scott,J.C.,Yakushi and Street, Phys. Rev.B, 30,1023 (1984).
16. Buckley, Roylance and Wnek, J.Polyme. Sci.,Part B, Polym. Phys., 25,2179 (1987).
17. Deierlein Udo, Functionalization of carbon nanotubes for self- assembly of hybrid structures, november 16 th 2004, odecroly@nanocyl.com.
18. Diaz.A.F, Kanazawa.K.K and G.P. Gardini; Journal of Chemistry Communication, 635(1979).
19. Dong.S and Ding.J, Synth.Met., 20,129 (1987).
20. Duchet.J., Legras.R and Demoustier-Champagne.S, Synthetic Metals, 98, 113(1998).
21. Ennis.B.C and V.T.Truong, Synth.Met.,59,378 (1993).
22. Fermin. D.J and Scharifker, J. Electrorial. Chem., 357, 273 (1993).
23. Gorman. G.Hand Grubbs.R.H,” Conjugated Polymer”, Ed.by Bredas and Silbey,p.9, Klwer Acameric Publishir (1991).
24. Han.M, Y. Chu, D. Han and Y. Liu, Journal of Colloid and Interface Science, 296, 11(2006).
25. Heeger.A.J,” Handbook of conducting polymers”, Vol 1, p. 4, Marcel Decker, N.Y (1986).
26. Iijima . S, Physcal B 323 (2002), 1-5.
27. Liang.W.,Lei.J and Martin .C.R, Synth. Met.,52,227 (1992). 28. Lei.J and Martin.C.R, Synth.Met.,48,331(1992).
29. Lee. J.Y., Kim.D.Yand Kim.C.y, Synth.Met.,74, 103 (1995).
30. Machida.S., Miyata.S and Techagumpuch.A, Synthetic Metals., 31, 311(1989). 31. Meyyappan.M, Nouvel 1-d Nanostructures for device fabrication, Centre for nanotechnology NASA Ames Research Centre, Moffett Field, CA 94035.
32. Miller.J.S, Advances Materials., 5, 671(1993).
33. Mitchell.G.R., Davis.F.J and Kiani.S, Synth.Met.,26,247 (1988). 34. Mitchell.G.R., Davis.F.J and Kiani.S, Brit.Polym.,26,247 (1988). 35. Munstedt.H, Polym.,29, 296 (1988).
36. Nacci Christophe, Scanning tunneling microssopy investigation of functionalized carbon nanotubes, Anno Accademico, 2004-2005.
37. Nakazawa.Y., Ebine.T, Kusunoki.M, Nishizawa.H and Kokado.H, Japanese Journal of Apply Physics., 27, 1304(1988).
38. Rapi.S., Bocchi.V and Gardini.G.P, Synthethic Metal., 24, 217(1988).
39. Salmon.M., Kanazawa.K., Diaz.M and Krounbi.M, Journal of Polymer Science, Polymer Letter .,22, 187(1982).
40. Smalley.E Richard, Reversible water- solubilization of single- walled carbon nanotubes by polyme wrapping, Departement of Chemistry and Centre for nanoscale Science and Technology, Rice Univercity, MS-60, P.O.Box 1892, Houston, 2001.
41. Song.K.T., Lee.J.Y., Kim.H.D., Kim.D.Y., Kim.S.Y and Kim.C.Y, Synthetic Metals., 110, 57(2000).
42. Waltman.R.J and Bargon, Can. J. Chem.,64, 76 (1996). 43. Wang.Yand Rubner, Synth.Met.,41,1103 (2001).
44. Wen Li.J., Wong.K, Chemically Functionalized Multi- Walled carbon nanotubes sensor for Ultra-Low-Power Alcohol vapor detecter, the Chinese University of Hong Kong SAR, China.
PDF Merger
Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Merger! To remove this page, please
register your program!
Go to Purchase Now>>
Merge multiple PDF files into one
Select page range of PDF to merge
Select specific page(s) to merge
Extract page(s) from different PDF
files and merge into one