MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU Công nghệ nano đang trở thành một tiêu điểm gây được nhiều sự quan tâm, nghiên cứu mạnh mẽ của nhiều nhà khoa học, các tập đoàn khoa học và công nghệ lớn trên thé giới. No cũng được cho là lĩnh vực có tiềm năng tạo ra lợi nhuận cao nhất trong tương lai. Sự phát triển nhanh trong ngành khoa học vật liệu, mang đến sự tiễn bộ vượt bậc trong ứng dụng chế tạo vật liệu nano, tương ứng với những phương pháp mới dùng dé chế tạo vật liệu nano đó. Phương pháp chế tạo vật liệu sử dụng trợ giúp của khuôn đã chứng minh được hiệu quả một cách tốt nhất, dé chế tạo vật liệu có cau trúc nano một chiêu.
Cau trúc nano polymer dẫn điện nhận được sự quan tâm cả về lĩnh vực nghiên cứu lẫn ứng dụng trong nhiều ngành khác nhau những thập kỉ ngần đây. So sánh với cau trúc polymer dạng khối, polymer dan cau trúc nano được mong chờ là tăng hiệu suất về khả năng lưu trữ năng lượng bởi vì chúng xuất hiện tính chất lạ thường khi giảm xuống tới kích thước nano: tăng độ dẫn điện, tăng diện tích bề mặt, đường dẫn của các ion ngăn hơn, hoạt tính điện hóa cao hơn. Polymer dẫn điện với cau trúc nano có thé được chế tạo với nhiều phương pháp khác nhau như: sử dụng khuôn cứng (hard template), khuôn mén, kỹ thuật điện quay (electrospinning). Phương pháp chế tạo sử dụng khuôn cứng (hard template) được cho là đơn giản, hiệu quả cao, dễ điều khiến cau trúc nano nhất.
Sử dụng phương pháp nay có thể chế tạo được các vật liệu nano [25]. Giới thiệu Mục tiêu: Nghiên cứu chế tạo AAO template bang phương pháp điện hóa và sử dụng làm khuôn dé chế tạo ống nano dẫn điện epoxy — C, Ag. Nghiên cứu chế tạo ống nano dẫn điện epoxy — C, Ag bằng phương pháp tâm sơn epoxy — nano C, Ag trong AAO template, sau đó polymer hóa thu ống nano. Noi dung: Ảnh hưởng của thời gian đóng ran son epoxy — nano C, Ag đến sự hình thành của Ống nano dẫn điện.
Khảo sát độ dẫn điện của ống thông qua việc nghiên cứu độ dẫn điện của lớp màng nằm trên bề mặt khuôn. Khảo sát độ dẫn điện của màng thông qua sự thay đối hàm lượng hạt nano C. Cơ sở tạo ống dan điện nano epoxy — C, Ag Chuong I CO SO TAO ONG DAN DIEN NANO EPOXY - C, Ag 1.1 Hạt nano Carbon black Carbon black thường được gọi là ông vua của chất nhuộm mau, với mau đen ngần như tuyệt đối, nó thể hiện lý tính ôn định, khả năng hấp thụ ánh sánh mạnh nhất khi giảm kích thước xuống nhỏ nhất. Tuy nhiên, nó cũng là vật liệu tương đối khó phân tán vào các hệ.
Carbon black chủ yếu được sử dụng ở trạng thái có kích thước hạt trung bình và thường thông qua cách tính nanomet hoặc m’/g. Kích thước hạt nhỏ vào So 4 Hinh 1.1 Bot nano carbon black 1.1 Tinh chat và ứng dung hat nano carbon black Hat nano carbon black thực chất là than chì được nghiền nhỏ nên có tinh chat giống như than chì và có thêm các tính chất hiệu ứng giảm kích thước. Than chì là tính màu xám đen, có ánh kim, dẫn điện tốt nhưng kém so với kim loại, tinh thé than chì có cau trúc lớp. Trong một lớp, mỗi lớp nguyên tử carbon liên kết với nhau theo kiểu cộng hóa tri với 3 nguyên tử carbon lân cận năm ở đỉnh của một tam giác đều.
Độ dai của liên kết C — C băng 0. Khoảng cách giữa hai nguyên tử carbon thuộc hai lớp lân cận Cơ sở tạo ống dan điện nano epoxy — C, Ag là 0. Các lớp liên kết với nhau bằng lực tương tác yếu, nên các lớp dé tách khỏi nhau. CB (carbon black) được sử dụng như hạt phân tán trong các loại nhựa và sơn để làm thay đồi tính chất co, quang, điện.
Tính chất dẫn điện của CB được quan tâm nhất trong công nghiệp sản xuất hợp chất polyme dẫn điện. Thêm vào đó, với diện tích bề mặt cao của CB, có thể cũng được làm hỗn hợp xúc tác cùng một số kim loại, bởi tính ồn định của nó trong những môi trường hóa học khác nhau, song song với sự ôn định của kim loại phân tán và cho phép dễ thu hồi chúng [1]. Tiềm năng của hạt nano carbon như vật liệu có tính chất quang phi tuyến, tạo được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu [2]. Hạt nano CB được sử dụng dụng làm hạt dẫn điện phân tán trong các hệ polyme làm tăng dẫn điện hệ composite như: phân tán trong hệ insitu microfibrillar poly (ethylene terephthalate) (PET)/polyethylene (PE) composite [3], epoxy-amine/carbon black nanocomposites [4], Nylon 6/Foliated Graphite Electrically Conducting Nanocomposite [5].2 Phương pháp chế tao Việc chế tạo hạt nano carbon thường xuất phát từ graphite có hình dạng lớn, đem nghiền với năng lượng cao tạo ra hạt cỡ vài chục nano.
Một sỐ phương pháp chế tạo khác như: phóng điện cực một chiều DC, chế tạo hạt nano CB trong nước với sự trợ giúp cua tia laser. Phương pháp phóng điện cực một chiêu (DC): Sự hình thành bụi carbon trong quá trình phóng điện DC với khí Ar bảo vệ sử dụng điện cực cathode graphite đã được nghiên cứu hơn chục năm nay. Thí nghiệm được tiễn hành trong môi trường plasma bởi sự phóng điện của hai điện cực đặt song song, đường kính điện cực 10cm, đặt cách nhau 14cm, áp suất thôi khí Ar (P = 0.6mBar), điện thé âm cực cathode (~ - 500V), cường độ dòng 80mA, công suất 40W. Dẫn đến cực cathode carbon sự phun trào liên Cơ sở tạo ống dan điện nano epoxy — C, Ag tục dong plasma cua nguyên tử cacbon, hat nano carbon tạo ra đậu trên mặt cực anode.
Su phóng điện duy trì trong 10 phút giữ với dòng điện không đổi. Bui carbon thu được với mật độ ~2.10” em”, kích thước trung bình 54nm.2 TEM bụi carbon hình thành sau 180s phun dòng [6] Phương pháp nghiên bi năng lượng cao (HEBM): Là phương pháp nghiền khác với phương pháp nghiền truyền thống ở chỗ: (1) năng lượng va cham của HEBM lớn hon gấp 1000 lần năng lượng so với phương pháp truyền thống. Sử dụng phương pháp truyền thong, thông thường chỉ là sự va chạm mạnh của bi làm vỡ và giảm kích thước hạt, nó tương đương với giai doan đầu của HEBM. (2) thời gian nghiền của HEBM hoạt động yêu cầu tương đối dai, cho đến khi thay đối kích thước hoặc xảy ra phan ứng hóa hoc.
(3) HEBM yêu cầu phải điều chỉnh được môi trường, nhiệt độ và là yếu tố quyết định tác động đến cấu trúc mong muốn hoặc các phản ứng hóa học xảy ra. Thông thường, HEBM làm công việc này khá tốt, còn phương pháp truyền thống không thể sử dụng trực tiếp như HEBM. Kĩ thuật HEBM mới có thé tạo ra nhiều vật liệu có tính bán ồn định, không cần quá trình cân bằng nhiệt như trong hàng thé ky qua, vi du: hop kim co nano da tinh thé, vat liệu xốp nano. Điều chỉnh quá hoạt động của bi có thể chế tạo hạt nano oxit kim loại, nitrit, carbit tại nhiệt độ phòng.
Cơ sở tạo ống dan điện nano epoxy — C, Ag / ee : Powder Steel Ball Hình 1. Sơ đồ may HEBM với bi quay đứng va trục quay ngang [24] 1.2 Hạt nano Ag 1.1 Tinh chất hạt nano Ag Hạt nano được đỉnh nghĩa theo nghĩa rộng có đường kính nhỏ hơn hoặc bang 100nm. Với tính chất lý, hóa, sinh lạ thường hạt nano nói chung và nano bạc nói riêng được quan tâm nhiều trong ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực. Sự khác biệt so với vật liệu dạng khói là diện tích bề mặt lớn được ứng dụng rộng rãi làm chất xúc tác [7].
Ngoài ra, Ag cùng Au, Cu là ba nguyên tổ thé hiện sự cộng hưởng plasmon trong pho ánh sáng nhìn thay, Ag thé hiện hiệu ứng phát plasmon mạnh nhất [8]. Cau trúc nano bạc cũng có thể kết hợp với polime nhạy với ánh sáng tạo ảnh trường ngần xung quanh cau trúc nano bạc và thé hiện trong phương pháp kích thước nano quang khắc [9].1 Cộng hưởng plasmon bề mặt hat nano kim loại Tính chất lạ thường của hạt nano kim loại bắt nguồn từ sự dao động tập trung của các điện tử dan, khi bị kích thích của bước sóng điện từ tạo ra sự cộng hưởng plasmon phân cực bê mặt (SPPR). Những yếu tổ hình thành sự dao động tập trung: (1) sự tăng tốc của các điện tử dẫn bởi điện trường của bức xạ tới; (2) xuất hiện lực đàn hồi là kết quả gây ra độ phân cực giữa hai hạt và xung quanh các hạt trung gian; (3) sự giam hãm các điện tử trong giới hạn kích thước hạt (20nm — 100nm) nhỏ hơn bước sóng ánh Cơ sở tạo ống dan điện nano epoxy — C, Ag sáng. Điện trường của bức xa điện từ tới thay thế các hạt điện tử tạo sự cân bằng và lần lượt cung cấp một lực đàn hồi dẫn đến sự truyền đao động dịch chuyến của các điện tử với tần số dao động đặc biệt, đây là tần số cộng hưởng phân cực bề mặt (SPPR).
Thêm vào đó, dao động của điện tử gây ra sự phân cực bề mặt các điện tử xung quanh, tạo ra lực dan hồi đến các điện tử di chuyên SPPR từ một tần số thấp [8].4 Mô hình sự phân cực plasmon bề mặt của các hạt nano cầu 1.2 Ly thuyết giải thích [10] Một số lý thuyết giải thích khá day đủ về cộng hưởng plasmon bề mặt tập trung nhưng mang nặng tính lý thuyết và dài dòng không thuộc phạm vi của luận văn này, nên chỉ giới thiệu một cách tổng quát. Chúng ta coi hạt nano là dạng cầu có bán kính a , ánh sáng với bước sóng 2 chiếu vào theo trục z (ở day a có độ lớn nhỏ hơn nhiều so với bước sóng tới A, ví dụ ⁄ < 0. Trong giới hạn kích thước nay, độ lớn điện từ trường xuất hiện phân cực điện tích xung quanh các hạt nano ( Hình 1.4), cho phép chúng ta giải phương trình Maxwell ngần đúng sử dung trạng thái tinh quasi (quasi — static). Thu được kết quả năng lượng sóng điện từ bên ngoài hạt: N `sz Ein — Sour ìm ? 3z a ˆ ˆ Fou: (x, y, Z) = Ea? — - a’ Ey |— — —(xŠ + y‡+ z2) r? 2 -.
Cơ sở tạo ống dan điện nano epoxy — C, Ag O day, em; là hằng số điện môi của hạt kim loại, ¢ „ là hang số điện môi của môi trường bên ngoài, bởi vì e„ phụ thuộc nhiều vào bước sóng, số hang đầu tiên trong ngoặc vuông xác định điều kiện cộng hưởng hăng số điện môi cho hạt.