I. Giới thiệu
Luận văn thạc sĩ này tập trung vào nghiên cứu tổng hợp vật liệu tổ hợp từ Poly 3-Hexylthiophene (P3HT) và Multi-Walled Carbon Nanotubes (MWNTs). Mục tiêu chính là cải thiện tính chất quang điện và độ bền nhiệt của vật liệu tổ hợp, hướng tới ứng dụng trong pin mặt trời hữu cơ. Vật liệu nano như MWNTs được chọn vì tính chất điện, nhiệt và quang học độc đáo, giúp nâng cao hiệu suất chuyển hóa năng lượng của thiết bị quang điện.
1.1. Bối cảnh nghiên cứu
Polyme liên hợp như P3HT đã được nghiên cứu rộng rãi nhờ tiềm năng ứng dụng trong thiết bị quang điện và pin mặt trời hữu cơ. Tuy nhiên, P3HT có hạn chế về độ bền cơ học và nhiệt. Vật liệu tổ hợp từ P3HT và MWNTs được kỳ vọng sẽ khắc phục những hạn chế này, đồng thời cải thiện hiệu suất chuyển hóa năng lượng.
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu này nhằm tổng hợp vật liệu tổ hợp P3HT/MWNTs, đánh giá tính chất vật liệu thông qua các phương pháp phân tích như SEM, TEM, TGA, và UV-vis. Mục tiêu cụ thể là cải thiện khả năng phân tán của MWNTs trong dung môi hữu cơ và khảo sát ảnh hưởng của các thông số phản ứng đến tính chất vật liệu.
II. Tổng quan lý thuyết
Chương này trình bày tổng quan về vật liệu nano và công nghệ vật liệu, đặc biệt là CNTs và P3HT. CNTs là vật liệu có cấu trúc hình trụ với tính chất cơ học, điện và nhiệt vượt trội. P3HT là polyme liên hợp được sử dụng rộng rãi trong thiết bị quang điện nhờ tính chất quang điện tốt và khả năng gia công dễ dàng.
2.1. Vật liệu ống nano cacbon CNTs
CNTs được phát hiện vào năm 1991, có cấu trúc hình trụ từ các tấm graphen cuộn lại. Chúng có tính chất cơ học, điện và nhiệt vượt trội, được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như vật liệu composite, thiết bị điện tử, và pin mặt trời.
2.2. Poly 3 Hexylthiophene P3HT
P3HT là polyme liên hợp được sử dụng rộng rãi trong thiết bị quang điện nhờ tính chất quang điện tốt và khả năng gia công dễ dàng. Tuy nhiên, P3HT có hạn chế về độ bền cơ học và nhiệt, cần được cải thiện thông qua tổng hợp vật liệu tổ hợp.
III. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng phương pháp tổng hợp vật liệu tổ hợp P3HT/MWNTs thông qua cơ chế phản ứng SN2. Các phương pháp phân tích như SEM, TEM, TGA, và UV-vis được sử dụng để đánh giá tính chất vật liệu. Quy trình tổng hợp bao gồm làm sạch MWNTs, biến tính bề mặt và tổng hợp vật liệu tổ hợp.
3.1. Quy trình tổng hợp
Quy trình tổng hợp bao gồm làm sạch MWNTs bằng axit nitric, biến tính bề mặt MWNTs để tăng khả năng phân tán, và tổng hợp vật liệu tổ hợp P3HT/MWNTs thông qua cơ chế phản ứng SN2.
3.2. Phương pháp phân tích
Các phương pháp phân tích như SEM, TEM, TGA, và UV-vis được sử dụng để đánh giá tính chất vật liệu. SEM và TEM giúp quan sát cấu trúc bề mặt và hình thái học, TGA đánh giá độ bền nhiệt, và UV-vis phân tích khả năng hấp thụ ánh sáng.
IV. Kết quả và thảo luận
Kết quả nghiên cứu cho thấy vật liệu tổ hợp P3HT/MWNTs có độ phân tán tốt trong dung môi hữu cơ, độ bền nhiệt cao và khả năng hấp thụ ánh sáng được cải thiện. Các thông số phản ứng như tỷ lệ P3HT/MWNTs, nhiệt độ và thời gian phản ứng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất vật liệu.
4.1. Đánh giá tính chất vật liệu
Vật liệu tổ hợp P3HT/MWNTs có độ phân tán tốt trong dung môi hữu cơ, độ bền nhiệt cao (% khối lượng còn lại gấp 10 lần so với hỗn hợp P3HT/MWNTs) và khả năng hấp thụ ánh sáng được cải thiện (độ rộng năng lượng vùng cấm < 1 eV).
4.2. Ảnh hưởng của thông số phản ứng
Các thông số phản ứng như tỷ lệ P3HT/MWNTs, nhiệt độ và thời gian phản ứng ảnh hưởng đáng kể đến tính chất vật liệu. Tỷ lệ P3HT/MWNTs = 1/1 (w/w) ở nhiệt độ phòng (30°C) trong 24 giờ cho kết quả tốt nhất.
V. Kết luận và kiến nghị
Nghiên cứu đã tổng hợp thành công vật liệu tổ hợp P3HT/MWNTs với độ phân tán tốt, độ bền nhiệt cao và khả năng hấp thụ ánh sáng được cải thiện. Vật liệu này có tiềm năng ứng dụng trong pin mặt trời hữu cơ và các thiết bị quang điện. Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng thực tế.
5.1. Kết luận
Nghiên cứu đã tổng hợp thành công vật liệu tổ hợp P3HT/MWNTs với độ phân tán tốt, độ bền nhiệt cao và khả năng hấp thụ ánh sáng được cải thiện. Vật liệu này có tiềm năng ứng dụng trong pin mặt trời hữu cơ và các thiết bị quang điện.
5.2. Kiến nghị
Cần tiếp tục nghiên cứu để tối ưu hóa quy trình tổng hợp và mở rộng ứng dụng thực tế của vật liệu tổ hợp P3HT/MWNTs trong các lĩnh vực như vật liệu điện tử, vật liệu bán dẫn, và công nghệ vật liệu.
