Thạc Sĩ Nghiên cứu công nghệ chế tạo, đặc trưng tính chất của ống nano cacbon định hướng (vuông góc, nằm nga

MỞ ĐẦU

Lý do lựa chọn đề tài

Ngay từ khi được phát hiện vào năm 1991, vật liệu ống nano cacbon (CNTs) đã nhận được sự quan tâm lớn từ các nhà khoa học, các phòng nghiên cứu trên thế giới, ghi nhận được nhiều bước phát triển mạnh mẽ, và đã thu được một số thành công nổi bật trong việc chế tạo CNTs và ứng dụng. CNTs được các nhà khoa học xem như “vật liệu thần kỳ của thế kỷ 21” bởi những đặc tính quý báu của nó mà những vật liệu khác không có được. Hai mươi năm kể từ khi phát hiện, từ chỗ chỉ có vài nghiên cứu về CNTs được công bố, đến nay đã ghi nhận hàng nghìn nghiên cứu về CNTs đơn tường và đa tường, các đặc tính của CNTs cũng như các ứng dụng của nó. Chính vì thế, cho đến nay vật liệu này đã và đang tạo ra một cuộc cách mạng rộng lớn trên nhiều lĩnh vực của khoa học công nghệ nhất là trong lĩnh vực công nghệ nano đang trong thời kỳ phát triển.
Bên cạnh các ứng dụng của CNTs nói chung, vấn đề ứng dụng của CNTs mọc định hướng có tầm quan trọng nhất định đối với nhiều lĩnh vực như công nghệ điện tử, y học, sinh học . Vì vậy, việc chế tạo ống nano cacbon mọc định hướng đóng vai trò quan trọng trong phát triển công nghệ khoa học hiện nay.

Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu CNTs định hướng (vuông góc, nằm ngang) trên đế Si/SiO2 bằng phương pháp CVD nhiệt.
Nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện công nghệ (nhiệt độ, nồng độ) đến chất lượng và sự định hướng của CNTs thu được để tìm ra điều kiện thích hợp cho việc chế tạo CNTs định hướng với chất lượng tốt nhất nhằm mục đích phục vụ cho các ứng dụng.

Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

Việc nghiên cứu và tìm ra quy trình công nghệ phù hợp để chế tạo ống nano cacbon mọc định hướng có ý nghĩa rất quan trọng, nhằm đáp ứng được những yêu cầu cấp bách về mặt khoa học, làm chủ được công nghệ tiên tiến trong lĩnh vực công nghệ nano. Việc chế tạo thành công CNTs định hướng cũng có một ý nghĩa thực tiễn lớn đó là phục vụ cho việc ứng dụng vào các thiết bị điện tử công suất, transistor hiệu ứng trường, màn hình phát xạ trường, chế tạo các đầu dò của kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) bằng các sợi CNTs và các ứng dụng khác.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn này được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm
Bố cục của luận văn
Nội dung của luận văn được chia làm 3 phần chính:
Chương 1: TỔNG QUAN
Giới thiệu chung về vật liệu CNTs, các tính chất, phương pháp chế tạo CNTs và một số ứng dụng của nó.
Chương 2: THỰC NGHIỆM
Giới thiệu hệ CVD nhiệt và quy trình chế tạo vật liệu ống nano cacbon định hướng. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình mọc như nhiệt độ, nồng độ xúc tác để rút ra điều kiện phù hợp cho việc chế tạo.
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Đưa ra các kết quả đo đạc và khảo sát như ảnh SEM, TEM, đo tán xạ Raman để phân tích cấu trúc vật liệu. Phân tích và đánh giá các kết quả đạt được.

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .1
Chương 1. TỔNG QUAN .3
1.1 Lịch sử ra đời và cấu trúc của ống nano cacbon (CNTs) 3
1.1.1 Lịch sử ra đời của CNTs .3
1.1.2 Cấu trúc của ống nanô cacbon .5
1.2. Một số tính chất của CNTs .7
1.2.1 Tính chất cơ .7
1.2.2 Tính dẫn điện .8
1.2.3 Tính dẫn nhiệt 8
1.3 Cơ chế mọc của CNTs 9
1.4 Một số phương pháp chế tạo ống nano cacbon .11
1.4.1 Phương pháp hồ quang điện 11
1.4.2 Phương pháp bốc bay laser 12
1.4.3 Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học (phương pháp CVD nhiệt) .13
1.5 Một số ứng dụng của CNTs .15
1.5.1 Transistor hiệu ứng trường 15
1.5.2 Ứng dụng trong xử lý nước .16
1.5.3 Ứng dụng trong cảm biến 16
1.5.4 Tích trữ năng lượng: Pin .17
1.5.5 Ứng dụng phát xạ trường 18
1.5.6 Ứng dụng CNTs mọc trên các tips làm đầu dò .20
Chương 2. THỰC NGHIỆM .20
2.1 Hệ thiết bị CVD nhiệt 20
2.1.1 Lò nhiệt Furnace UP 150 .21
2.1.2 Bộ điều khiển điện tử GMC 1200 và Flowmeter MFC SEC-E40 23
2.2 Chuẩn bị chất xúc tác và đế .24
2.2.1 Chuẩn bị chất xúc tác 24
2.2.2 Chuẩn bị đế 24
2.3 Quy trình chế tạo ống nano cacbon .26
2.3.1 Quy trình chế tạo ống nano cacbon định hướng nằm ngang (UL-CNTs)26
2.3.2. Quy trình chế tạo ống nano cacbon định hướng vuông góc (VA-CNTs) 28
2.4 Phương pháp khảo sát 29
2.4.1 Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM) .29
2.4.2 Phổ tán xạ Raman 30
2.4.3 Kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) .33
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35
3.1 Kết quả chế tạo ống nano cacbon định hướng nằm ngang (UL-CNTs) .35
3.1.1 Phương pháp CVD nhiệt nhanh 35
3.1.2 Ảnh hưởng của các thông số lên quá trình mọc UL – CNTs 38
3.2 Kết quả chế tạo ống nano cacbon định hướng vuông góc (VA-CNTs) .44
3.2.1 Ảnh hưởng của phương pháp phủ hạt xúc tác trên đế Si/SiO2 44
3.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ dung dịch chứa hạt xúc tác Fe3O4 .46
3.2.3 Ảnh hưởng của hơi nước trong quá trình mọc CNTs 47
KẾT LUẬN .52
CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ .53
TÀI LIỆU THAM KHẢO .54