Download miễn phí Ống nano các bon – các phương pháp chế tạo, tính chất và ứng dụng
Trong phương pháp này hơi các bon được tạo ra bằng cách phóng một luồng hồquang điện
ởgiữa hai điện cực làm bằng các bon có hay không có chất xúc tác. CNTs tựmọc lên từhơi
các bon. Hai điện cực các bon đặt cách nhau 1 mm trong buồng khí trơ(He hay Ar) ởáp suất
thấp (giữa 50 và 700 mbar). Một dòng điện có cường độ50 - 100 A được điều khiển bởi thế
khoảng 20V tạo ra sựphóng điện hồquang nhiệt độcao giữa hai điện cực các bon. Luồng hồ
quang này làm bay hơi một điện cực các bon và lắng đọng trên điện cực còn lại, tạo ra sản phẩm
là SWCNTs hay MWCNTs tuỳtheo việc có chất xúc tác kim loại (thường là Fe, Co, Ni, Y hay
Mo) hay không. Hiệu suất tạo ra CNTs phụthuộc vào môi trường plasma và nhiệt độcủa điện
cực nơi các bon lắng đọng.
http://s1.liketly.com/flash/edoc/jh2i1fkjb33wa7b577g9lou48iyvfkz6-swf-2014-06-04-ong_nano_cac_bon_cac_phuong_phap_che_tao_tinh_c.MS7LRt6iBE.swf /tai-lieu/de-tai-ung-dung-tren-liketly-69560/Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ỐNG NANO CÁC BON – CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO,
TÍNH CHẤT VÀ ỨNG DỤNG
QUÁCH DUY TRƯỜNG
Bộ môn Vật lý
Khoa Khoa học cơ bản
Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Với cấu trúc tinh thể đặc biệt, ống nano các bon (CNTs) có nhiều chức năng đặc
biệt như: độ dẫn điện thay đổi theo cấu trúc và kích thước của ống, nhẹ hơn thép 6 lần nhưng
lại bền hơn cỡ 100 lần, chịu nhiệt độ cao rất tốt (~ 2800oC trong chân không và ~ 700oC trong
không khí), có tính đàn hồi tốt, độ dẫn nhiệt cao ~ 3000 W/mK.. Các ống nano các bon có diện
tích bề mặt lớn (250 m2/g), có khả năng phát xạ điện tử ở điện trường thấp (V/μm) ứng với
mật độ dòng phát xạ lớn (μA/cm2). Do những tính đặc biệt như vậy nên chúng được tập trung
nghiên cứu nhằm tạo ra các linh kiện điện tử, các chip vi xử lý có độ tích hợp cao, các bộ nhớ
dung lượng lớn. Ngoài ra chúng cũng được dùng làm nguồn phát xạ điện tử cho màn hình
phẳng, các đầu dò nano như mũi nhọn ở hiển vi quét đầu dò (SPM), các loại vật liệu nano
composite siêu bền, các bộ tích trữ năng lượng cao hay các cảm biến kích thước bé…
Summary: Carbon nano tubes (CNTs), with their special crystal structure, has many
special properties, such as: electric conductivity depending on their size, lighter 6 times and
tronger 100 times than steels, operating well at high temperature (28000C in vacuum and
7000C in air), high elastics property, high heat conductivity (3000W/mK). CNTs have large
surface (250 m2/g), the ability of electric emition at low electric field (V/μm) with high value
of emition current (μA/cm2). With that special properties, CNTs have been researched to make
electric devices, ICs with high integration and memories with large capacity. Moreover, they
are also used for electric emition sources in flat displays, nano probe in scanning probe
microscope (SPM), super-strength nanocomposite materials, high storage ability and tiny
sensors…
CNTT-
CB
I. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU CÁC BON CẤU TRÚC NANO
1. Các dạng thù hình của các bon
Hình 1. Các dạng thù hình
của các bon
Diamond C60
buckminsterfulleren
e
Graphite (10,10) tube
1.1. Kim cương (hình 1)
Kim cương tồn tại ở dạng cubic và hexagonal, có độ dẫn
nhiệt rất cao (25 W/cm.K) và nhiệt độ nóng chảy rất cao
(4500K).
1.2. Graphit (hình 1)
Có cấu tạo nhiều lớp, trong đó liên kết giữa các nguyên
tử các bon là liên kết cộng hóa trị còn giữa các lớp là liên kết
yếu Van der Waals.
1.3. Các bon nano dạng hình cầu (Fullerence) (hình 1)
CNTT-CB
Fullerence C60 là một
phân tử dạng hình cầu, đường
kính 0,7 nm và được cấu tạo
từ 60 nguyên tử các bon như
được thể hiện trên hình 1.
Các dạng fullerence khác là
C60, C70, C78, C80.
1.4. Ống nano Các bon
Ống các bon nano đơn
vách (SWCNTs) có cấu trúc như là được tạo thành bằng cách cuộn một đơn tấm graphite lại
thành một ống hình trụ theo hướng của véctơ cuộn (véctơ chiral), có thể ở hai đầu có hai nửa
fullerence như hai “nắp” (hình 2).
(6,0)
Véctơ chiral được xác định bởi cặp
số nguyên (n,m), chúng quy định mối liên
hệ giữa véc tơ Ch và hai véctơ cơ sở a1, a2
của mạng graphit theo hệ thức:
Ch = n.a1 + m.a2 (0 ≤ |n| ≤ m) (1)
Góc θ giữa Ch và a1 (0 ≤ θ ≤ 300): chỉ
rõ góc nghiêng của hình lục giác so với
trục của ống.
22
1h
1h
mnmn2
mn2
a.C
a.Ccos
++
+==θ rr
rr
(2)
Cặp số (n, m) và θ quyết định cấu trúc CNT.
Bảng 1. Các loại cấu trúc CNT
Loại cấu trúc Θ Ch
Armchair 00 (n, n)
Zigzag 300 (n, 0)
Chiral 0 ≤ θ ≤ 300 (n, m)
Đường kính của CNT có véctơ Ch (n,m): π
++=π=
− )mnmn(C3Cd
22
CCh
nm
r
(3)
Chiral
a2
(0,4)
Armchair
Zigzag
a1
(0,0)
(6,4)
Hình 2. Cấu trúc của ống nanô các bon đơn vách [3]
Hình 3. Ống nanô các bon đơn vách
SWCNTs và đa vách MWCNTs
Cấu trúc của ống nano các bon đa vách (MWCNTs) bao gồm từ 2 đến 30 SWCNTs (hình
3) có đường kính khác nhau lồng vào nhau, khoảng cách giữa các vách của SWCNTs là 0,34-
0,36 nm [4].
II. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO
Hiện nay, có bốn phương pháp phổ biến được sử dụng:
- Công nghệ tạo vật liệu các bon nano bằng phương pháp lắng đọng pha hơi hoá học
(CVD).
- Công nghệ tạo vật liệu các bon nano bằng phương pháp phóng điện hồ quang.
- Công nghệ tạo vật liệu các bon nano dùng nguồn laze.
- Công nghệ tạo vật liệu các bon nano bằng phương pháp nghiền bi và ủ nhiệt.
1. Cơ chế mọc ống nano cácbon [5]
CNTT-
CB
Có thể hiểu một cách đơn giản quá
trình mọc CNTs như sau (hình 4):
Hạt xúc tác được tạo trên đế.
Khí chứa cácbon (CnHm) sẽ bị phân
ly thành nguyên tử cácbon và các sản
phẩm phụ khác do năng lượng nhiệt,
năng lượng plasma có vai trò của xúc
tác.
Các sản phẩm sau phân ly sẽ lắng
đọng trên các hạt xúc tác. Ở đây sẽ xảy
ra quá trình tạo các liên kết C-C và hình thành CNTs.
Hình 4. Cơ chế mọc ống nano cácbon
EXTRUSIONOR ROOT
GRROWTH
TIP GRROWTH
Support
CnHn
C C
CnHnÆC + H2
Support
Metal
Metal
Kích thước của ống CNTs về cơ bản phụ thuộc kích thước hạt xúc tác. Liên kết giữa các
hạt xúc tác và đế mà ống nano cácbon quyết định cơ chế mọc: mọc từ đỉnh của hạt lên hay mọc
từ đế lên tạo thành CNTs.
Hình 5. Ảnh SEM của CNTs với hạt xúc tác
ở đáy ống và ở đầu ống
Kích thước của hạt xúc tác kim loại
và các điều kiện liên quan khác quyết
định ống nano các bon là đơn vách
(SWCNTs) hay đa vách (MWCNTs).
2. Chế tạo vật liệu CNTs bằng
phương pháp lắng đọng pha hơi hoá
học (CVD)
Trong phương pháp CVD thường sử dụng nguồn các bon là các hyđrô các bon (CH4, C2H2)
hay CO và sử dụng năng lượng nhiệt hay plasma hay laser để phân ly các phân tử khí thành
các nguyên tử các bon hoạt hóa. Các nguyên tử các bon này khuếch tán xuống đế, và lắng đọng
lên các hạt kim loại xúc tác (Fe, Ni, Co), và CNTs được tạo thành. Nhiệt độ để vào khoảng
6500C - 9000C.
Phương pháp lắng đọng hoá học pha hơi thường tạo
ra ống nano các bon đa vách hay đơn vách với độ sạch
không cao, thường người ta phải phát triển các phương
pháp làm sạch. Phương pháp này có ưu điểm là dễ chế tạo
và rẻ tiền.
Hình 6. Ảnh TEM các ống cácbon
nanô mọc bằng phương pháp CVD
Một số kỹ thuật CVD tạo CNTs thường được sử dụng
là:
- Phương pháp CVD nhiệt.
- Phương pháp CVD tăng cường Plasma.
- Phương pháp CVD xúc tác alcohol.
- Phương pháp CVD nhiệt có laser hỗ trợ.
- Phương pháp mọc pha hơi.
- Phương pháp CVD với xúc tác CoMoCat.
3. Chế tạo CNTs bằng phương pháp phóng điện hồ quang
Trong phương pháp này hơi các bon được tạo ra bằng cách phóng một luồng hồ quang điện
ở giữa hai điện cực làm bằng các bon có hay không có chất xúc tác. CNTs tự mọc lên từ hơi
các bon. Hai điện cực các bon đặt cách nhau 1 mm trong buồng khí trơ (He hay Ar) ở áp suất
thấp (giữa 50 và 700 mbar). Một dòng điện có cường độ 50 - 100 A được điều khiển bởi thế
khoảng 20V tạo ra sự phóng điện hồ quang nhiệt độ cao giữa hai điện cực các bon. Luồng hồ
quang này làm bay hơi một điện cực các bon và lắng đọng trên điện cực còn lại, tạo ra sản phẩm
là SWCNTs hay MWCNTs tuỳ theo việc có chất xúc tác kim loại (thường là Fe, Co, Ni, Y hay
Mo) hay không. Hiệu suất tạo ra CNTs phụ thuộc vào môi trường plasma và nhiệt độ của điện
cực nơi các bon lắng đọng.
CNTT-CB
Với điện cực là các bon tinh kh...
