I. Tổng quan về ống nano carbon CNTs
Ống nano carbon (CNTs) là một trong những vật liệu nano quan trọng với cấu trúc độc đáo và tính chất vượt trội. CNTs được phát hiện lần đầu vào năm 1991 bởi Iijima, mở ra một hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực vật liệu nano. Cấu trúc CNTs được hình thành từ việc cuộn tròn tấm graphene thành hình trụ, tạo nên các ống có đường kính nano. CNTs được phân loại thành ống nano carbon đơn vách (SWCNTs) và ống nano carbon đa vách (MWCNTs), mỗi loại có đặc tính và ứng dụng riêng biệt. Tính chất điện, nhiệt, và cơ học của CNTs vượt trội so với nhiều vật liệu truyền thống, làm chúng trở thành ứng cử viên tiềm năng trong các lĩnh vực như điện tử, năng lượng, và composite.
1.1. Lịch sử phát triển của CNTs
CNTs được phát hiện lần đầu vào năm 1991 bởi Iijima, nhưng nghiên cứu về chúng đã bắt đầu từ năm 1978. Sự phát triển của CNTs gắn liền với việc khám phá ra fullerene C60 vào năm 1985, mở ra hướng nghiên cứu mới về cấu trúc carbon. Từ đó, số lượng nghiên cứu về CNTs tăng mạnh, đặc biệt trong các lĩnh vực điện tử, vật liệu, và sinh học.
1.2. Cấu trúc và phân loại CNTs
CNTs được hình thành từ việc cuộn tròn tấm graphene thành hình trụ. SWCNTs có cấu trúc đơn vách, trong khi MWCNTs có nhiều lớp vách. Cấu trúc này tạo nên các tính chất đặc biệt như độ bền cơ học cao, độ dẫn điện và nhiệt vượt trội. Phân loại CNTs dựa trên số lớp vách và cấu trúc hình học, mỗi loại có ứng dụng riêng trong các lĩnh vực khác nhau.
II. Công nghệ chế tạo ống nano carbon từ epoxy và phenol formaldehyde trong khuôn AAO
Công nghệ chế tạo ống nano carbon từ epoxy và phenol formaldehyde trong khuôn AAO là một phương pháp tiên tiến, tập trung vào việc tạo ra CNTs có kích thước đồng nhất và chất lượng cao. Khuôn AAO được sử dụng để kiểm soát kích thước và hình dạng của CNTs, trong khi epoxy và phenol formaldehyde đóng vai trò là nguồn carbon. Quy trình bao gồm các bước chế tạo khuôn AAO, đưa polymer vào khuôn, và quá trình graphite hóa để tạo thành CNTs. Phương pháp này mang lại hiệu quả cao trong việc tạo ra CNTs với độ đồng đều và ít khuyết tật.
2.1. Chế tạo khuôn AAO
Khuôn AAO được chế tạo bằng phương pháp anode hóa hai giai đoạn, tạo ra các lỗ xốp có kích thước đồng đều. Quá trình này bao gồm việc xử lý bề mặt nhôm, anode hóa, và loại bỏ lớp barrier. Khuôn AAO sau khi hoàn thiện được kiểm tra bằng phương pháp SEM để đảm bảo chất lượng và độ đồng đều của các lỗ.
2.2. Quy trình graphite hóa polymer
Quy trình graphite hóa polymer trong khuôn AAO bao gồm việc đưa epoxy hoặc phenol formaldehyde vào khuôn, sau đó thực hiện quá trình nhiệt phân để tạo thành CNTs. Các yếu tố như nhiệt độ, thời gian, và nồng độ polymer ảnh hưởng đến chất lượng và cấu trúc của CNTs. Phương pháp này cho phép tạo ra CNTs với độ kết tinh cao và ít khuyết tật.
III. Ứng dụng và triển vọng của CNTs
CNTs có nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như điện tử, năng lượng, và vật liệu composite. Trong điện tử, CNTs được sử dụng làm transistor, đầu dò, và cảm biến. Trong năng lượng, CNTs được ứng dụng trong pin nhiên liệu và siêu tụ điện. Ngoài ra, CNTs còn được sử dụng trong vật liệu composite để cải thiện độ bền và tính chất cơ học. Triển vọng của CNTs trong tương lai là rất lớn, đặc biệt trong các lĩnh vực công nghệ cao và bền vững.
3.1. Ứng dụng trong điện tử
CNTs được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử nhờ tính chất dẫn điện và nhiệt vượt trội. Chúng được ứng dụng trong transistor hiệu ứng trường (FET), màn hình hiển thị, và thiết bị vi cơ điện tử. CNTs cũng được sử dụng làm đầu dò trong các thiết bị như AFM và STM.
3.2. Ứng dụng trong năng lượng
Trong lĩnh vực năng lượng, CNTs được sử dụng trong pin nhiên liệu, siêu tụ điện, và thiết bị lưu trữ năng lượng. Diện tích bề mặt lớn và độ dẫn điện cao của CNTs giúp cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của các thiết bị năng lượng.
