Bên cạnh ảnh hƣởng của yếu tố nhiệt độ tới chất lƣợng sản phẩm, thời gian cũng là một trong các yếu tố quan trọng ảnh hƣởng tới kết quả mọc trong phƣơng pháp CVD nhiệt.
Chúng tôi đã thực hiện CVD với các thông số khác nhau về thời gian để từ đó có thể đƣa ra các nhận xét về sự ảnh hƣởng của điều kiện thời gian tác động lên quá trình mọc SWCNTs. Dung dịch FeCl3 0.1M đóng vai trò là xúc tác đƣợc quay phủ trên đế Si sạch, lƣu lƣợng khí Ar:30sccm/H2:30sccm, nhiệt độ 900oC, nguồn cung cấp cacbon ethanol,
25µm 25µm
25µm 25µm
a) b)
39
thời gian tiến hành CVD khác nhau: 20; 60; 120 phút và thu đƣợc các kết quả khác nhau nhƣ hình 3.4 bên dƣới. Ở điều kiện thời gian 60 phút, kết quả thu đƣợc là tốt nhất.
Qua thực nghiệm, chúng tôi nhận thấy rằng với khoảng thời gian 20 phút, lƣợng cacbon đƣợc phân hủy dƣới nhiệt độ cao từ ethanol là không đủ để mọc CNTs từ nguồn xúc tác do thời gian quá ngắn. Kết quả trên ảnh SEM hình 3.4.a đã cho thấy bề mặt Si xuất hiện SWCNTs với mật độ rất ít, và các ống có chiều dài rất hạn chế, khoảng vài chục µm. Ảnh SEM ở điều kiện thời gian 60 phút nhƣ hình 3.4.b cho thấy, khi thời gian tăng lên thì mật độ SWCNTs cũng tăng, các ống mọc đều và dài. Tuy nhiên sự gia tăng này không phải là tuyến tính.
Bởi nếu để thời gian CVD quá lâu 120 phút, có thể ảnh hƣởng đến chất lƣợng sản phẩm thu đƣợc vì khi đó lƣợng cacbon dƣ thừa lắng đọng có thể tạo ra bẩn, vô định hình (amorphous) hình 3.4.c, hoặc sản phẩm là các ống SWCNTs kết thành các bó. Thời gian CVD lâu cũng làm cho xúc tác bị nhiễm bẩn, hoặc bị bao phủ bởi CNTs nên tốc độ mọc sẽ chậm lại, và tới một thời điểm nào đó khi chất xúc tác bị bao phủ hoàn toàn quá trình mọc sẽ kết thúc. Do đó, nếu càng tăng thời gian CVD, các nguyên tử cacbon bị phân hủy dƣới điều kiện nhiệt độ cao sẽ bám trên bề mặt của CNTs đã mọc trƣớc đó, hình thành cacbon vô định hình. Bằng nhiều thí nghiệm, chúng tôi nhận thấy thời gian 60 phút là thích hợp cho việc chế tạo ống nano cacbon chất lƣợng cao, mật độ đồng đều, đạt chiều dài lý tƣởng (hình 3.4.b).
Hình 3.4. Ảnh SEM của SWCNTs với thời gian CVD khác nhau: a) 20; b) 60; c) 120 phút