1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẶNG DUY TRUNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT
VẬT LIỆU POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ
POLYANILINE VÀ GRAPHIT

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2011


2
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐẶNG DUY TRUNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT
VẬT LIỆU POLYME NANOCOMPOZIT TRÊN CƠ SỞ
POLYANILINE VÀ GRAPHIT

Chuyên ngành : Vật liệu và linh kiện nano
Mã số : Chuyên ngành đào tạo thí điểm

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. NGÔ TRỊNH TÙNG



FTIR

Fourier Transform Infrared Apectroscopy

MEG

Multilayer Epitaxial Graphene

MOSFET

Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor

PANi

Polyaniline

PSS

Poly (sodium 4-styrensulfonate (PSS)

SEM

Scanning Electric Microscopy

TGA

Thermal Gravimetric Analysis

TEM

vào mật độ hạt
Hình 15: Độ rộng khe vùng phụ thuộc vào điện trường ngoài và mật độ hạt dẫn
Hình 16: Tiến trình đóng mở khe vùng năng lượng của lớp kép Graphene khi pha tạp Kali
Hình 17: Graphene xếp tầng trên bề mặt một chất nền silicone carbide được chụp với kính hiển
vi lực nguyên tử
Hình 18: Giản đồ FET graphene của IBM: dụng cụ mọc trên một chất nền silicon carbide (khối
màu đen) và bao gồm các điện cực phát và thu (bằng vàng), graphene (mạng lưới màu đen), lớp
cách điện (màu xanh lá) và các điện cực cổng (bằng bạc)
Hình 19: Tiến sỹ Leonid Ponomarenko giới thiệu một thiết bị với chiếc bóng bán dẫn nhúng bên
trong
Hình 20: Hình ảnh đơn ngun tử Hydro
Hình 21: Ảnh chụp các nguyên tử riêng biệt ở độ phóng đại siêu cao a) Nguyên tử cacbon (chấm
đen được chỉ mũi tên), b) phân bố cường độ ảnh, c) mơ hình ngun tử; d) ngun tử hydro.
Thang chia độ


3
Hình 22: Ảnh chụp đế graphene ở độ phóng đại nhỏ (thang chia độ dài trên mỗi bức ảnh là 1 mm
và 10 nm), đế được xử lý ở mức độ siêu sạch và hầu như không đạt độ tương phản nào với đế.
Hình 23: Từ trước vào: Adrian Balan, Rakesh Kumar, Abhay Shukla
Hình 24: Sơ đồ qui trình cơng nghệ chế tạo tấm nanographit từ vật liệu graphit tự nhiên
Hình 25: Cấu trúc của nanographit sau khi được tách lớp
Hình 26 : Giản đồ XRD của GO theo nhiệt độ (RT đến 1000oC)
Hình 27 : Giản đồ XRD GO và Graphit
Hình 28 : Phổ XRS của GO và GO sau khi hydrazine hóa
Hình 29 : Ảnh SEM của GO và GO sau khi hydrazine hóa
Hình 30: Ảnh hưởng của điện thế tới các dạng thù hình của PAN
Hình 31: Sơ đồ chuyển trạng thái oxi hóa của PANi
Hình 32: Đường CV của PANi trong dung dịch HCl 1M và sự thay đổi màu của PANi ở các giai
đoạn oxy hố khác nhau ở tốc độ qt thế 50 V/s


5

MỞ ĐẦU
Vật liệu polyme dẫn điện là một trong những loại vật liệu polyme chức năng đang
thu hút được sự quan tâm nghiên cứu của các nhà khoa học trong và ngồi nước do chúng
có tiềm năng ứng dụng to lớn trong một số nghành công nghệ cao như chế tạo các linh
kiện quang điện tử. Polyaniline (PANi) được đánh giá là loại vật liệu polyme dẫn điện đã
được chế tạo và ứng dụng rộng rãi do PANi có giá thành chế tạo thấp, bền với mơi
trường, có khả năng chịu nhiệt độ cao và có độ dẫn điện khá tốt. Tùy theo chất doping, độ
dẫn điện của PANi có thể đạt tới 100 S/cm .
Trong thời gian gần đây, với sự phát hiện ra vật liệu nano trên cơ sở vật liệu
cacbon như ống nano cacbon, graphen, tấm nanographit ( có độ dày nanomet) với các tính
chất cơ học tốt và độ dẫn điện cao đồng thời có khả năng chịu nhiệt tốt đã được coi là vật
liệu gia cường lý tưởng cho chế tạo các loại vật liệu polyme compozit mới. Trong năm
2010, 2 nhà khoa học có công phát hiện ra graphen đã được trao giải Nobel vật lý. Nghiên
cứu chế tạo và ứng dụng graphen cũng như tấm nanographit ở Việt nam còn ở bước đi
ban đầu. Vì vậy, chúng tơi đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu chế tạo và khảo sát tính chất
vật liệu polyme nanocomposit trên cơ sở polyaniline và graphit”. Mục tiêu của đề tài là
chế tạo tấm nanographit có độ dày < 200 nm từ vật liệu graphit tự nhiên có giá thành thấp
và ứng dụng làm vật liệu gia cường cho PANi nhằm nâng cao tính chất của PANi, nhất là
độ dẫn điện, độ bền nhiệt. Nội dung nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Nghiên cứu qui trình cơng nghệ tách lớp graphit từ graphit tự nhiên
- Nghiên cứu biến tính nanographit và chế tạo PANi/nanographit polyme
nanocompozit.
Cấu trúc và tính chất của vật liệu được nghiên cứu và khảo sát bằng phương pháp
chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM), phổ nhiễu xạ tia X, phổ hấp thụ UV-vis , phổ hồng
ngoại FTIR, phân tích nguyên tố, phân tích nhiệt trọng lượng TGA và đo độ dẫn điện
bằng phương pháp 4 mũi dò.


lượng riêng 2,26g/cm3, trơn, độ ma sát thấp, nóng chảy ở nhiệt độ 700oC. Không giống
như kim cương, graphit là một chất dẫn điện và có thể sử dụng, ví dụ như là vật liệu để
làm các điện cực của đèn hồ quang.


7

Hình 1: Tinh thể kim cương và graphit
1.1.2 Tính chất graphit
So với vật liệu gia cường gốc cacbon khác như ống nanocacbon, vật liệu graphit
cũng có các tính chất cơ lý cao như độ bền kéo đứt dao động 10-20 Gpa, modun đàn hồi
khoảng 1Tpa và đặc biệt có độ dẫn điện cao (104 S/cm ở nhiệt độ thường) và độ dẫn nhiệt
lớn (3000 W/mK)[23]. Tuy nhiên, vật liệu graphit lại có giá thành rẻ hơn nhiều lần so với
ống nano cacbon. Đồng thời do graphít cũng có cấu trúc lớp với khoảng cách các đơn lớp
là 3,35Ao và khoảng cách giữa các nhóm lớp graphit dao động từ 7-16 Ao và các lớp này
có khả năng được tách ra tạo thành các lớp nanographit . Vì vậy, nghiên cứu công nghệ
tách lớp graphit để chế tạo các lớp nanographit và làm tiền đề cho chế tạo vật liệu gia
cường cấu trúc nanomet có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Các thuộc tính âm học và nhiệt học của graphit là khơng đẳng hướng, vì các
phonon lan truyền rất nhanh dọc theo các mặt phẳng liên kết chặt chẽ, nhưng lại chậm
hơn khi lan truyền từ một mặt phẳng sang mặt phẳng khác. Sự liên kết lỏng lẻo giữa các
tấm trong graphit đóng góp vào một thuộc tính quan trọng trong công nghiệp khác - bột
graphit được sử dụng như chất bôi trơn dạng khô. Các nghiên cứu gần đây cho rằng hiệu
ứng gọi là siêu nhớt có thể cũng được tính cho hiệu ứng này. Nó thơng thường không


8

được sử dụng trong dạng nguyên chất như là vật liệu có cấu trúc (ngoại trừ RCC) vì tính
dễ vỡ của nó, nhưng các thuộc tính cơ học của các composit sợi cacbon và gang đúc xám

Yêu cầu đối với graphit tự nhiên sử dụng trong pin nhiên liệu là độ tinh khiết cao.
Vì vậy, cần phải áp dụng các quy trình tinh chế để đảm bảo đạt độ tinh khiết trên 99,95%


9

cacbon. Người ta sử dụng các công nghệ nghiền đặc biệt để tránh graphit bị nhiễm bẩn.
Hiện nay, quy trình graphit hóa đặc biệt ở nhiệt độ cao đang được áp dụng để tinh chế
một cách hiệu quả graphit tự nhiên, cho phép thu được sản phẩm có độ tinh khiết rất cao,
với hàm lượng tro dưới 0,02%. Hiện tại, trữ lượng các mỏ graphit tự nhiên có tính chất
tinh thể phù hợp khá dồi dào và năng lực của các thiết bị tinh chế cũng rất lớn. Các nhà
khoa học cho biết những yếu tố quyết định việc sử dụng graphit trong pin nhiên liệu là cỡ
hạt và hình dạng hạt của graphit. Hiện trên thế giới đang có nhiều nỗ lực để hồn thiện
cơng nghệ nghiền graphit.

1.2 Tổng quan về graphene
1.2.1 Tính chất của graphene
1.2.1.1 Graphene là vật liệu mỏng nhất trong tất cả các vật liệu
Graphene có bề dày chỉ bằng một phần triệu của loại giấy in báo thơng thường và
bằng 1/200000 sợi tóc. Theo Geim, mắt người khơng thể nhìn thấy màng graphene và chỉ
có kính hiển vi điện tử tối tân nhất mới nhận ra độ dày này. Dưới kính hiển vi, mảnh
graphite dày gấp 100 lần nguyên tử cacbon có màu vàng, 30- 40 lớp màu xanh lơ, 10 lớp
có màu hồng và graphene thì mang màu hồng rất nhạt, một màng Graphene trong suốt chỉ
dày một ngun tử.
1.2.1.2 Graphene có tính dẫn điện và nhiệt tốt
Ở dạng tinh khiết, graphene dẫn điện nhanh hơn bất cứ chất nào khác ở nhiệt độ
bình thường. Graphene có thể truyền tải điện năng tốt hơn đồng gấp 1 triệu lần. Hơn nữa,
các electron đi qua graphene hầu như khơng gặp điện trở nên ít sinh nhiệt. Bản thân
graphene cũng là chất dẫn nhiệt, cho phép nhiệt đi qua và phát tán rất nhanh.
1.2.1.3 Độ bền của Graphene

tính chuyện làm một chiếc “thang máy” bằng chất liệu graphene nối liền trái đất với vệ
tinh.
1.2.1.4 Graphene cứng hơn cả kim cƣơng
Graphene có cấu trúc bền vững ngay cả ở nhiệt độ bình thường. Độ cứng của
graphene „lệch khỏi biểu đồ‟ so với các họ chất liệu khác. Đây là nhờ các liên kết cacboncacbon trong graphene cũng như sự vắng mặt của bất cứ khiếm khuyết nào trong phần
căng cao độ nhất của màng graphene.
Hiện nay, lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã đo được độ cứng thực chất của
graphene, và họ khẳng định rằng đây là loại vật liệu cứng nhất từng được kiểm tra. Jeffrey
Kysar và James Hone, Giáo sư cơ khí thuộc Đại học Columbia, đã kiểm nghiệm độ cứng
của graphene ở cấp nguyên tử bằng cách đo lực tác dụng để bẻ gãy loại vật liệu này. Họ
đục các lỗ hổng có độ rộng 1 micromet tạo thành tấm silic, đặt một mẫu graphene hoàn
thiện trên mỗi lỗ hổng đó và sau đó làm lõm graphene bằng một đầu dò bằng kim cương.
Biện pháp đo như vậy trước đây chưa từng được thực hiện vì chúng phải được thực hiện
trên các mẫu graphene chuẩn, khơng có lỗi hay bị thiếu nguyên tử.
Hone so sánh thử nghiệm của ông khi kéo căng một miếng giấy nilon bọc thức ăn
lên trên miệng của tách uống cà phê và đo lực tác động để làm thủng miếng nilon này
bằng một chiếc bút chì. Ơng cho biết, nếu ơng có thể có một miếng graphene đủ rộng để
đặt lên miệng tách uống cà phê, graphene sẽ đủ cứng để chịu được sức nặng của một
chiếc ô tô tương ứng với ngịi bút chì. Tuy nhiên, biện pháp đo này vẫn chưa thể hiện
được các thuộc tính đáng chú ý khác của graphene.
1.2.1.5 Graphene hồn tồn khơng để cho khơng khí lọt qua
Lớp màng graphene ngăn cản được cả những phân tử khí nhỏ nhất, khơng cho
chúng lọt qua. Phiến màng đơn ở cấp độ phân tử này có thể kết hợp với những cấu trúc
giả vi mô tạo thành lớp vảy cỡ nguyên tử dùng làm lớp màng che phủ thiết bị điện tử. Chỉ


11

với một lượng rất nhỏ, graphene cũng có một khả năng bịt kín chặt các lỗ thấm lọc[16].
Các nhà khoa học đã phát triển thành công khoang cầu mỏng nhất thế giới có lớp màng

Hình 3: Sơ đồ hiệu ứng
Hall lượng tử

e2
, khi B= 12T, T= 4K ta thu được đồ thị như hình
h

29. Đường bậc thanh màu xanh là hiệu ứng Hall lượng tử
đối với màng Graphene không đồng nhất mà bị pha tạp, tại
 xy  0 đồ thị là đường gạch ngang ứng với nhiều giá trị của
Vg (điện trường ngoài). Đường bậc thang màu đỏ biểu diễn
hiệu ứng Hall lượng tử với màng Graphene đồng nhất

Hình 4: Hiệu ứng Hall
lượng tử đối với trường
hợp pha tạp và không pha
tạp


12

khơng bị pha tạp, khi  xy  0 thì trên đồ thị chỉ có một
giá trị của Vg =0. Vậy để thay đổi hiệu ứng Hall lượng
tử trong lớp kép Graphene thì ta có thể pha tạp hóa học
vào lớp kép nguyên chất và dịch chuyển điểm trung hòa
đến Vg cao để khe vùng năng lượng không đối xứng có
thể mở bằng điện trường ngồi.
Hiệu ứng Hall lượng tử cịn phụ thuộc vào nhiệt
Hình 5 Hiệu ứng Hall
độ ta tiến hành khảo sát. Với những nhiệt độ khác nhau lượng tử phụ thuộc vào


Các nhà khoa học đã chứng minh rằng mặc dù giới hạn tính linh động của
graphene ở nhiệt độ phịng cao ở mức 200.000 cm2/Vs, các mẫu vật hiện nay có tính linh
động nhỏ hơn – vào khoảng 10.000 cm2/Vs và cần phải nỗ lực cải tiến rất nhiều. Do
graphene có cấu tạo chỉ với một lớp nguyên tử, các mẫu vật hiện nay phải được đặt trong
chất nền là silicon đioxit. Điện tích bị giữ trong chất nền silicon đioxit có thể ảnh hưởng
đến các electron trong graphene làm giảm tính linh động. Dao động của các nguyên tử
silicon đioxit bản thân chúng cũng đã có thể có ảnh hưởng đến graphene thậm chí cịn lớn
hơn ảnh hưởng từ dao động ngun tử của chính nó. Nhưng vì các phonon trong bản thân
graphene lại khơng hề có tác dụng trong việc phân tán electron, do đó hiệu quả này trở
nên rất quan trọng trong graphene.
1.2.2 Phân loại graphene
1.2.2.1 Graphene đơn
Graphene là một mạng tinh thể hai
chiều dạng tổ ong có kích thước ngun tử
tạo thành từ các ngun tử cacbon 6 cạnh.
Mỗi nguyên tử cacbon liên kết với các
nguyên tử xung quanh bằng liên kết cộng
hóa trị rất chặt chẽ, tạo ra màng mỏng có
cấu trúc 2D gồm các ngun tử cacbon xếp
theo các ơ hình lục giác rất bền vững. Lá
Graphene này chỉ dày 1 nguyên tử. Nó
mang đặc tính của chất bán dẫn và kim loại.
Sơ đồ cấu trúc vùng năng lượng của nó có
độ rộng vùng cấm bằng 0. Đỉnh vùng hóa
trị và đáy vùng dẫn trùng nhau như hình 8.

Hình 6: Cấu trúc
tinh thể của
Graphene

vùng năng lượng của
nguyên tử cacbon ở hai màng vùng năng lượng của
lớp kép Graphene
không đối xứng nhau qua mặt lớp kép Graphene có
khơng đối xứng (hình
phẳng phân cách giữa hai lớp. cấu trúc đối xứng
màu xanh)
(hình màu xanh)
Cấu trúc vùng năng lượng như
hình 10.
Lớp kép này là chất bán dẫn vùng cấm thẳng, khác với đơn lớp, lớp kép có khe vùng
năng lượng.
Tính chất đặc biệt- độ rộng vùng cấm thay đổi.
Graphene đơn lớp có độ lưu động của electron
phi thường và có các đặc điểm lạ kỳ khiến cho nó là
vật liệu hứa hẹn đối với lĩnh vực điện tử và quang
lượng tử cỡ nano. Nhưng nó có nhược điểm đó là
khơng có khe vùng (tức độ rộng vùng cấm), làm hạn
chế việc sử dụng graphene trong lĩnh vực điện tử.
Nhưng lớp kép Graphene khắc phục được nhược điểm
này. Độ rộng khe năng lượng giữa vùng hóa trị và
vùng dẫn (độ rộng vùng cấm) có thể thay đổi một cách

Hình 11: Hình ảnh hiển vi
quang
học
của
lớp
Graphene kép


0

ở hai lớp (hình 12). Với a  2, 46 A . Khi chưa đặt điện trường
ngoài vào lớp kép Graphene ta thu được phổ năng lượng là đường
đứt nét không bị lệch, cấu trúc điện tử gần điểm Dirac, độ rộng
khe vùng bằng 0. Khi ta đặt điện trường ngồi Vg thì xuất hiện khe
vùng có độ rộng là:  g 

e2Vg 2t2
t2  e2Vg 2

Hình 13: ơ mạng
Graphene

. Khi ta thay đổi Vg thì giá trị

khe vùng này cũng thay đổi theo. Năng lượng khe vùng khơng chỉ phụ thuộc vào Vg mà
cịn phụ thuộc vào n (mật độ hạt dẫn). Kết quả thu được như hình 14. Ứng với khe vùng
bằng 0 thì cả ba đường đều cắt nhau tại điểm có mật độ quanh 23.1012 cm-2. Đường liền
nét và đường chấm tròn tương ứng với giá trị của t  0, 2eV và t  0, 4eV . Kết hợp cả
hai trường hợp, thay đổi cả điện trường ngoài và mật độ hạt dẫn ta thu được đồ thị phụ


16

thuộc của độ rộng khe vùng như hình 15. Độ rộng khe vùng là hàm của n (mật độ hạt dẫn)
và Vg. Đường liền nét và đường đứt nét tương ứng với lớp kép đã được lọc và không lọc
tạp chất. Đường xanh thẳng ứng với trường hợp khe vùng rất bé so với khoảng cách hai
lớp kép  g  t . Người ta dự đoán rằng


có thể điều khiển hai thơng số quan trọng, kích thước của khe vùng và mức độ kích thích
graphene lớp kép. Về cơ bản đã tạo ra một chất bán dẫn ảo. Ở các chất bán dẫn thông
thường, độ rộng vùng cấm là có hạn, và được cố định bởi cấu trúc tinh thể của vật liệu.
Tuy nhiên, ở graphene lớp kép, khe vùng có thể thay đổi được và có thể được điều khiển
bằng một điện trường. Mặc dù một graphene lớp kép nguyên gốc có khe vùng bằng không
và dẫn điện như kim loại, nhưng graphene lớp kép cổng có thể có khe vùng lớn tới 250
mili-electron vơn.
Vật liệu bán dẫn này có thể được sử dụng để tạo ra các transistor, laser và các linh
kiện khác với tính chất có thể điều chỉnh cực kỳ dễ dàng, hơn rất nhiều so với các vật liệu
bán dẫn như Si. Một chất bán dẫn với độ rộng vùng cấm điều chỉnh được bằng một hiệu
điện thế từ bên ngồi có thể dẫn tới việc tạo ra một loạt các linh kiện điện tử kiểu mới,
hay đáng kể nhất là các laser có bước sóng có thể điều chỉnh với một độ chính xác tuyệt
vời.


18

Chất bán dẫn graphene này có thể được sử dụng để tạo ra một loại transistor mới,
hay các loại laser và các cảm biến phân tử mà ở đó cần sử dụng sự thay đổi độ rộng vùng
cấm để điều chỉnh tính chất. Thuộc tính này khi được kết hợp với graphene có kích thước
nhỏ, độ bền cơ học cao, độ dẫn điện, dẫn nhiệt rất tốt đã khiến cho nó trở nên hết sức hấp
dẫn để thay thế các chất bán dẫn kinh điển như Si.
1.2.2.3 Graphene mọc ghép đa lớp (MEG)
Graphene mọc ghép đa lớp (MEG) gồm các lớp
graphene xếp chồng lên nhau (lớn hơn 2 lớp) theo kiểu sao cho
mỗi lớp độc lập về mặt điện tử học.
Người ta nuôi các lớp graphene từ một chất nền silicon
carbide theo kiểu sao cho mỗi lớp quay đi 30 độ so với lớp bên Hình 17: Graphene
dưới. MEG này khác với graphite ở chỗ mỗi lớp quay đi 60 độ xếp tầng trên bề mặt
một chất nền silicone

hiệu suất cao lý tưởng trong các thiết bị điện tử có các linh kiện rời. Graphene là chất dẫn
điện tuyệt vời và ống nano cacbon là những ứng cử viên lý tưởng đối với các dây dẫn điện
trong suốt vì chúng có thể dẫn điện trong khi địi hỏi rất ít vật liệu. Phương pháp kết hợp
hai loại vật liệu này rất đơn giản, rẻ tiền và tương thích với các thiết bị mềm dẻo. Ống
ghép nano cacbon-graphene được sản xuất theo phương pháp này đạt được hiệu suất có
thể sánh được với các oxit thiếc Indi hiện đang được sử dụng trong các thiết bị mềm dẻo.
Ống ghép nano cacbon-graphene cũng là ứng cử viên lý tưởng cho các điện cực
trong pin mặt trời polyme. Một trong những tiện ích của pin mặt trời bằng polyme là
polyme rất mềm dẻo. Nhưng khi thay thế cho oxit thiếc Indi thường bị mất hiệu suất theo
độ dẻo nên không được sử dụng. Ống ghép nano cacbon-graphene vẫn duy trì được hiệu
suất khi bị uốn cong và cũng có thể tương thích với chất dẻo. Tiềm năng của ống ghép
nano cacbon-graphene không chỉ giới hạn trong những cải tiến sắp xếp linh kiện mà với
các nghiên cứu sâu hơn, ống ghép nano cacbon-graphene có tiềm năng tạo ra các khối kết
cấu cho các linh kiện điện tử quang học trong tương lai
1.2.3.2. FET graphene
Transistor hiệu ứng trường (FET) được chế tạo bằng cách làm nóng một bánh xốp
silicon carbide (SiC) để tạo ra một lớp mặt gồm những nguyên tử cacbon ở dạng
graphene. Các cực phát và thu song song được cho lắng lên trên graphene, để lại những
rãnh graphene bị bóc trần ở giữa chúng. Tiếp theo, cho lắng một màng mỏng cách điện
lên trên graphene bị bóc trần mà khơng làm ảnh hưởng bất lợi đến những tính chất điện tử
của nó. Để làm như vậy, trước tiên ta đặt thêm một lớp poly-hydroxystrene 10 nm để bảo
vệ graphene. Sau đó, một lớp oxit bình thường được cho lắng lên, tiếp theo là một điện
cực cổng kim loại. Chiều dài cổng tương đối lớn, đến 240 nm, nhưng nó có thể thu nhỏ
xuống trong tương lai để cải thiện hơn nữa hiệu suất của dụng cụ.


20

Hình 18: Giản đồ FET graphene của IBM: dụng cụ mọc trên một chất nền silicon
carbide (khối màu đen) và bao gồm các điện cực phát và thu (bằng vàng), graphene

loại bỏ được những chip siêu nhỏ làm từ nguyên liệu silicon mỏng manh. Với con chip
làm bằng công nghệ Graphene khắc phục được điều này, các nhà khoa học dự đoán
Graphene sẽ là vật liệu thay thế Silicon trong ngành cơng nghiệp điện tử. Ngồi ra
Palacios cùng trợ lí giáo sư Jing Kong và 2 sinh viên khác là Han Wang và Daniel Nezich
đã chế tạo một loại chip thử nghiệm làm từ Graphene có khả năng khuếch đại tín hiệu
điện tử. Theo các nhà khoa học, cơng nghệ khuếch đại tín hiệu điện tử đang được sử dụng
hiện nay thường tạo ra tín hiệu nhiễu và địi hỏi phải có bộ lọc mạnh và tiêu tốn năng
lượng. Còn loại chip Graphene chỉ sử dụng một transitor, nguồn ra hồn tồn sạch và
khơng cần bộ lọc. Thời gian đầu, một nhóm nghiên cứu được lãnh đạo bởi Hongjie Dai, J.
G. Jackson và Giáo sư Hoá học C. J. Wood, đã chế tạo được những transitor được gọi là
"transitor hiệu ứng trường"- một thành phần quan trọng để cấu thành các con chip- cùng
với graphene thì có thể hoạt động trong nhiệt độ phòng. Transitor hiệu ứng trường (ta đã
nghiên cứu ở trên) là một chìa khố cốt lõi của các con chip máy tính, hoạt động giống
như người chuyên chở dữ liệu từ một địa điểm khác. Họ có một kênh bán dẫn được kẹp
vào giữa hai điện cực kim loại. Trong hình dạng của một trường điện, một bản đỡ kim
loại có thể rút ra hai vật đỡ cực âm và cực dương bên trong và bên ngồi của một bán dẫn.
Nó cho phép dịng điện hoặc được chạy qua hoặc bị chặn lại, bằng cách đóng mở và mở
thiết bị điều khiển, bằng cách đó mà điều chỉnh cho đúng đường đi của dữ liệu.
1.2.3.4. Màn hình ti vi cảm ứng
Hiê ̣n ta ̣i, hầ u hế t mà n hình cảm ứng đề u dựa trên lớp màng mỏng oxit thiếc Indi .
Tuy nhiên indium là mô ̣t nguyên tố rấ t hiế m có và mô ̣t số nhà nghiên cứu đã tin
́ h toán
rằ ng nguồ n cung cấ p indium của thế giới có thể bi ̣ca ̣n kiê ̣t trong vòng 10 năm nữa. Nế u
các nhà khoa học không chế tạo ra một chất liệu thay thế cho indium thì màn hình cảm
ứng có thể sẽ đối mặt với một tương lai khắc nghiệt hơn nữa.


22

Các nhà nghiên cứu người Anh đã chế tạo ra một màn hình tinh thể lỏng tí hon

suất trong lỗ khoan, áp suất này phá vỡ lớp thấm lọc và dầu chảy vào trong giếng.
Trong tương lai sẽ tập trung vào việc sử dụng graphene để hoàn thiện dung dịch
khoan và các sản phẩm khoan khác. Trong vài năm tới công nghệ nano sẽ được ứng dụng
rộng rãi trong việc điều chế các loại dung dịch để khoan trong các điều kiện địa chất phức
tạp các giếng khoan dầu khí.


23

Hiện nay, Trường đại học Rice và M-I SWACO - công ty dung dịch khoan hàng
đầu thế giới, đã ký thoả thuận nghiên cứu sử dụng những tiến bộ của công nghệ nano để
nâng cao lưu lượng các giếng khoan. Mục tiêu của dự án là nghiên cứu bổ sung chất phụ
gia graphene có kích thước nano vào dung dịch khoan để ngăn ngừa những phức tạp trong
quá trình khoan.
1.2.3.6. Làm đế cho các mẫu nghiên cứu trong kính hiển vi điện tử truyền qua
(TEM)
Các nhà vật lý Mỹ vừa khẳng định họ đã sử dụng một kính
hiển vi điện tử truyền qua (TEM) để quan sát một đơn nguyên tử
Hydro, một nguyên tử rất nhẹ. Bước đột phá này được tạo ra bằng
cách đưa nguyên tử trên một tấm graphene. Ta có thể nhìn thấy các
chuỗi hydrocacbon di động trên bề mặt tấm graphene, và giả thiết
rằng kỹ thuật này có thể được sử dụng để nghiên cứu các quá trình
Hình 20: Hình ảnh
động học trong các phân tử sinh học.
đơn nguyên tử Hydro
Kính hiển vi điện tử
truyền qua được dùng để
quan sát các nguyên tử riêng
biệt, nhưng mới chỉ có thể
sử dụng để ghi ảnh các