Trong thời gian đầu khi mới đƣợc phát hiện, vật liệu ống nano cacbon có kích thƣớc đƣờng kính to, mọc không đều, không sắp xếp theo chiều hƣớng cụ thể nào. Công nghệ để chế tạo ống còn đơn giản từ xúc tác, nhiệt độ, tới thời gian. Các yếu tố trên đã ảnh hƣớng lớn đến chất lƣợng CNTs chế tạo đƣợc. Gần đây, chất lƣợng hạt xúc tác đƣợc thay đổi tốt hơn, đƣờng kính hạt rất nhỏ chỉ trên dƣới 1nm, với nhiều loại hạt xúc tác khác nhau đƣợc sử dụng để tổng hợp ống nano cacbon, tiêu biểu hay đƣợc dùng nhất là hạt Fe nano. Các hạt xúc tác này đƣợc tạo ra bằng nhiều cách khác nhau nhƣ spin-coating, bốc bay nhiệt, đƣợc phân bố với mật độ đồng đều trên đế. Với những tiến bộ trên, hiện nay ngƣời ta đã có thể mọc CNTs với chất lƣợng tốt hơn, đƣờng kính ống đƣợc kiểm soát, mật độ mọc đồng đều. Chiều dài của ống có thể dao động từ vài chục micromet tới vài centimet.
Đặc biệt, hiện nay các nhà nghiên cứu có thể chế tạo SWCNTs mọc theo chiều mong muốn, mọc vuông góc với bề mặt đế vertical, hay mọc nằm ngang horizontal, thậm chí mọc theo chiều và hình dạng mong muốn. Ngoài ra, SWCNTs còn đƣợc mọc trên nhiều loại vật liệu khác nhau, mọc ở các vị trí thƣờng đƣợc xem là khó chế tạo để phục vụ cho những mục đích ứng dụng khác nhau, ví dụ nhƣ mọc đơn sợi trên đầu tips ứng dụng làm đầu do kính hiển vi, hay mọc định hƣớng bao xung quanh hình trụ ứng dụng phát xạ điện tử, mọc băng qua các cực của một transistor hiệu ứng trƣờng, vv...
19
Hình 1.17. a) Ảnh vật liệu ống nano cacbon mọc ngẫu nhiên; b) CNTs mọc định hướng thẳng đứng (vertical); c) CNTs mọc định hướng nằm ngang (horizontal)
Phòng vật liệu cacbon nano, Viện khoa học Vật liệu, Viện KHCNVN là đơn vị có truyền thống nghiên cứu về vật liệu cacbon từ năm 2002, và tiếp đó là vật liệu ống nano cacbon, graphen. Ban đầu, các ống nano cacbon đƣợc chế tạo với chiều dài ngắn vài chục µm, đƣờng kính ống to vài chục nanomet đến 100nm, chất lƣợng không cao, CNTs mọc ngẫu nhiên giống nhƣ cuộn chỉ rối. Qua từng bƣớc phát triển, chúng tôi đã tổng hợp đƣợc MWCNTs, tiếp đến là SWCNTs với đƣờng kính nhỏ, các ống có chiều dài tốt hơn. Bằng thực nghiệm chúng tôi đã chế tạo thành công ống nano cacbon mọc định hƣớng thẳng đứng (vertical) vuông góc về bề mặt đế Si và Cu. Trong gần 10 năm nghiên cứu và phát triển vật liệu ống nano cacbon chúng tôi đã thu đƣợc nhiều kết quả nổi bật về việc tổng hợp CNTs, và ứng dụng vật liệu này trong vật liệu composit [3] và tản nhiệt cho máy tính [2], linh kiện điện tử.
Trong luận văn này, mục tiêu của chúng tôi là chế tạo ống nano cacbon đơn tƣờng, đƣờng kính ống từ 1-2 nm, chiều dài vài mm đến hơn 1cm mọc định hƣớng nằm ngang
horizontal với bề mặt đế theo chiều khí thổi. Việc chế tạo thành công vật liệu SWCNTs định hƣớng nằm ngang có ý nghĩa quan trọng giúp nắm bắt, làm chủ công nghệ vì đây là vấn đề khó, hiện nay chƣa có đơn vị nào tại Việt Nam nghiên cứu thành công. Ngoài ra, chúng tôi muốn ứng dụng vật liệu SWCNTs – horizontal này vào trong các thiết bị điện tử nhƣ transistor hiệu ứng trƣờng, đầu dò STM, AFM, mọc trên các chíp điện tử làm cần dò, ứng dụng phát xạ điện tử... Trong quá trình tổng hợp chúng tôi sử dụng xúc tác là dung dịch FeCl3 nồng độ 0.1M, nguồn cung cấp cacbon cho quá trình CVD là dung môi ethanol (C2H5OH), ở nhiệt độ là 900oC.