Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Phương pháp bốc bay laser.

Phương pháp bốc bay laser.

Tải bản đầy đủ - 0trang

Hình 3.2Mơ hình mơ tả phương pháp bốc bay laser chế tạo CNTs



3. Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học (phương pháp CVD nhiệt).

Phương pháp lắng động pha hơi hóa học, hay còn gọi là phương pháp CVD nhiệt, là

phương pháp chế tạo phổ biến nhất, được nhiều nhà nghiên cứu trên thế giới lựa chọn để

chế tạo CNTs.

So với hai phương pháp trên thì phương pháp CVD nhiệt này có nhiều điểm khác

biệt và đáng chú ý hơn (bảng 1.2). Cấu tạo của phương pháp này bao gồm một ống thạch

anh, thơng thường có đường kính 15-20mm, chiều dài từ 1m đến 1.2m, được bao quanh

bởi một lò nhiệt có khả năng nâng nhiệt trong thời gian ngắn.

Hiệu suất và chất lượng của sản phẩm CNTs thu được chế tạo bằng phương pháp

này phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau như nhiệt độ phản ứng, xúc tác, nguồn cung

cấp hydrocacbon, thời gian phản ứng, lưu lượng khí…

Phương pháp phóng điện hồ quang và bốc bay laser là hai phương pháp thuộc nhóm

sử dụng nhiệt độ cao (>3000K) trong quá trình tổng hợp, thời gian phản ứng ngắn (µsms). Đây là đặc điểm trái ngược so với phương pháp CVD nhiệt, nhiệt độ sử dụng trong

thời gian CVD thấp hơn khoảng từ 700oC – 1000oC, thời gian phản ứng kéo dài từ vài

chục phút tới vài giờ.



8



Hình 3.3 Mơ hình mơ tả phương pháp CVD chế tạo CNTs



Phương pháp

Nguồn cacbon

Nhiệt độ phản

ứng

Thời gian phản

ứng



Hồ quang điện

Thanh



graphit



Bia graphit



CVD nhiệt

Hydrocacbon

( C2H2, C2H4..)



3000K- 4000K



3000K – 4000K



700K - 1500K



Ngắn



Ngắn



Dài



Xung laser



Nhiệt độ



điện



quang

Không



Sản phẩm



làm



điện cực



Tác nhân phản Phóng

ứng



Bốc bay Laser



được



hồ



điều



khiển Khơng



điều



hướng



mọc. được



hướng



khiển Điều khiển được

mọc. hướng



mọc.



Ít sai hỏng về mặt Nhiều sai hỏng về Ít sai hỏng về mặt

cấu trúc.



mặt cấu trúc.



cẩu trúc.



Bảng 1: Bảng so sánh ba phương pháp chế tạo CNTs



9



IV. TÍNH CHẤT CỦA CARBON NANOTUBE

1 Tính chất điện

Độ dẫn điện của Carbon Nanotube (CNTs)là một vấn đề đáng quan tâm. CNTs

thực sự có khả năng dẫn điện. Độ dẫn điện của chúng là phụ thuộc vào độ xoắn của ống

và đường kính ống. Khi ta thay đổi cấu trúc của CNTs thì độ dẫn điện của CNTs cũng

thay đổi theo.

Các ống carbon nano đơn tường (SWCNTs) là những sợi carbon dẫn điện nhất

từng được biết đến. Chúng có thể là chất bán dẫn hoặc kim loại. Khi chúng có tính chất

kim loại thì điện trở suất của chúng khơng thay đổi dọc theo thành ống. Tuy nhiên, khi

chúng có độ dẫn điện tương tự chất bán dẫn thì điện trở suất của nó lại phụ thuộc vào vị

trí đặt các đầu dò để đo. Điện trở suất của carbon đơn tường tại 27ºC cỡ khoảng 10 -4

Ω.cm. Mật độ dòng điện hiện tại có thể đạt được là 10 7 A / cm2, tuy nhiên trên lý thuyết

các ống nano đơn tường có thể duy trì mật độ dòng ổn định cao hơn nhiều, cao tới 10 13 A

/ cm2.

Đối với ống nano đa tường (MWCNTs) thì tính dẫn điện này phức tạp hơn do điện

tử bị nhốt trong các mặt graphen của ống. Ống càng to thì đường kính của ống càng lớn,

độ cong của mặt graphen càng giảm, nên độ dẫn điện tương tự như ở lớp graphen phẳng,

nghĩa là có các khe năng lượng xấp xỉ bằng khơng. Vậy nên, dòng điện chỉ chạy qua lớp

vỏ ngồi cùng, tức là hình trụ có đường kính lớn nhất.



2 Tính chất cơ

Các nguyên tử cacbon của một tấm graphit đơn (graphene) tạo thành một mạng

lưới tổ ong phẳng, trong đó mỗi nguyên tử được kết nối thông qua một liên kết cộng hóa

trị với ba nguyên tử lân cận. Do các liên kết này rất mạnh, mô đun đàn hồi của tấm

graphit là một trong những con số lớn nhất trong tất cả các vật liệu đã được biết đến.

Vì lý do này, theo lý thuyết carbon nanotube có độ cứng, độ bền và độ đàn hồi rất

cao. SWCNTs cứng hơn thép, và có khả năng chống thiệt hại vật lý. Tính chất này làm

cho CNTs rất hữu ích như các đầu dò cho kính hiển vi thăm dò qt độ phân giải rất cao.

Định lượng các giá trị này khá khó khăn và con số chính xác chưa được thông

nhất. Giá trị mô đun Young của carbon đơn tường hiện tại là khoảng 1 TeraPascal, nhưng

giá trị này gây tranh luận và giá trị cao tới 1,8 Tpa đã được báo cáo, trong khi đó giá trị



10



này của kim cương là 80 – 100 Gpa. Các giá trị khác cao hơn đáng kể so với giá trị đó

cũng đã được báo cáo.

Bảng 2 . So sánh tính chất cơ của vật liệu CNTs với một số vật liệu khác

Vật liệu



Hệ số Young (GPa)



Độ bền kéo (GPa)



Carbon nanotube



1054



75



Graphite



350



2.5



Thép



208



0.4



Gỗ



16



0.008



3 Tính chất nhiệt

CNTs có khả năng chịu nhiệt và dẫn nhiệt đặc biệt, tính chất dẫn nhiệt này phụ

thuộc vào nhiệt độ môi trường. Khả năng dẫn nhiệt của CNTs ở nhiệt độ phòng và nhiệt

độ cao tương tự như graphite và kim cương nhưng nó có trạng thái hồn tồn khác khi ở

nhiệt độ thấp.

Tại vùng nhiệt độ này xuất hiện hiệu ứng lượng tử hóa phonon, các ống SWSNTs

siêu nhỏ thậm chí còn thể hiện tính siêu dẫn ở nhiệt độ dưới 20 K.CNTs có khả năng dẫn

nhiệt rất tốt dọc theo trục của ống nhưng lại cách nhiệt theo hướng bán kính (giữa các

ống). Các tính tốn lí thuyết và kết quả thực nghiệm đã chỉ ra rằng, độ dẫn nhiệt của CNTs

phụ thuộc vào nhiệt độ. Theo J. Hone [1] thì sự phụ thuộc này gần như là tuyến tính. Tại

nhiệt độ phòng, độ dẫn nhiệt của bó SWCNTs và MWCNTs biến đổi trong khoảng từ

1800 đến 6000 W/mK.



11



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Phương pháp bốc bay laser.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×