Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu chế tạo than nano lỏng từ nguồn nguyên liệu trong nước

Luận văn thạc sĩ công nghệ hóa học nghiên cứu chế tạo than nano lỏng từ nguyên liệu trong nước, góp phần phát triển công nghệ xanh.

• Tác giả: Lê Văn Thắng
• Người hướng dẫn: TS. Đặng Mậu Chiến
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công Nghệ Hữu Cơ
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Than Nano Lỏng Từ Nguyên Liệu Trong Nước
• Loại tài liệu: luận văn thực tập
• Năm xuất bản: 2004
• Địa điểm: Thành Phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• Nhiệm vụ luận văn
• Lời cảm ơn
• Danh mục các bảng
• Danh mục các hình
• Tóm tắt
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
• 1.1. Tổng quan về nguyên tố carbon
• 1.2. Mối tương quan giữa silicon và carbon
• 1.3. Vài nét về carbon black
• 1.3.1. Cấu trúc và thông số hình dạng của carbon black
• 1.3.1.1. Cấu trúc carbon black
• 1.3.1.2. Các thông số hình dạng
• 1.3.2. Thành phần hoá học của carbon black
• 1.3.3. Khả năng hoạt động bề mặt
• 1.3.4. Một số các phương pháp đo đặc tính của carbon
• 1.4. Một số phương pháp sản xuất carbon black
• 1.4.1. Quá trình hình thành carbon black
• 1.4.2. Quy trình lò đốt (FP)
• 1.4.3. Quy trình nhiệt phân (TP – thermal process)
• 1.4.4. Quy trình sản xuất carbon black từ acetylen
• 1.4.5. Quy trình tạo muội than
• 1.4.6. Tái sinh carbon black
• 1.4.7. Tác động đối với môi trường
• 1.5. Giới thiệu phản ứng diazo hoá và ghép đôi diazo
• 1.5.1. Khái niệm và định nghĩa
• 1.5.2. Cơ chế phản ứng diazo hoá
• 1.5.3. Phản ứng của muối diazoni có sự tạo thành khí N2
• 1.5.4. Phản ứng ghép đôi
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Ý tưởng chủ đạo và nội dung nghiên cứu
• 2.1.1. Chế tạo các nguồn nguyên liệu
• 2.1.2. Quá trình tạo hạt than nano “lỏng”
• 2.2. Khảo sát các nguồn nguyên liệu
• 2.2.1. Nguồn than đã thành phẩm
• 2.2.2. Các nguồn nguyên liệu khác
• 2.2.3. Xử lý các sản phẩm than bụi, than bồ hóng
• 2.3. Khảo sát phản ứng diazo
• 2.4. Tổng hợp than nano “lỏng”
• 2.4.1. Tổng hợp than nano “lỏng” từ nguồn than bụi
• 2.4.2. Tổng hợp than nano “lỏng” từ nguồn than bồ hóng
• 2.5. Các phương pháp xác định sản phẩm
• 2.5.1. Phương pháp xác định sơ bộ
• 2.5.2. Phương pháp phổ hồng ngoại
• 2.5.3. Phương pháp sử dụng kính hiển vi điện tử để xác định kích thước
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
• 3.1. Các nguồn nguyên liệu
• 3.2. Kết quả khảo sát các thông số của phản ứng
• 3.2.1. Khảo sát nhiệt độ phản ứng
• 3.2.2. Khảo sát tỷ lệ mol acid/ mol NaNO2
• 3.2.3. Khảo sát tỷ lệ khối lượng than nguyên liệu / acid
• 3.3. Sản phẩm diazo
• 3.3.1. Hiệu suất phản ứng diazo
• 3.3.2. Kết quả phân tích IR cho các mẫu đã thực hiện phản ứng diazo
• 3.3.3. Kết quả phân tích ảnh chụp SEM
• 3.3.4. Kết quả ảnh chụp AFM (Atomic force microscope)
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Giới thiệu về than nano

Than nano là một loại vật liệu có kích thước nano, thường được sản xuất từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên. Than nano có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như công nghệ thông tin, y tế và năng lượng. Việc nghiên cứu và phát triển than nano lỏng từ nguyên liệu trong nước không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn tạo ra sản phẩm có chất lượng cao. Theo nghiên cứu, công nghệ chế tạo than nano từ các nguồn nguyên liệu trong nước có thể mang lại nhiều lợi ích về mặt kinh tế và môi trường. Việc sử dụng nguyên liệu trong nước giúp giảm thiểu sự phụ thuộc vào nguyên liệu nhập khẩu, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp trong nước.

II. Quy trình chế tạo than nano

Quy trình chế tạo than nano bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần lựa chọn nguyên liệu tự nhiên phù hợp để sản xuất. Sau đó, các nguyên liệu này sẽ được xử lý qua các phương pháp hóa học để tạo ra các hạt than nano có kích thước mong muốn. Một trong những phương pháp hiệu quả là sử dụng phản ứng diazo để tạo ra các hạt nano có kích thước từ 20 đến 50 nm. Các hạt này có khả năng phân tán tốt trong các dung môi phân cực, cho thấy tính ổn định cao. Việc tối ưu hóa quy trình chế tạo không chỉ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất mà còn giảm thiểu chi phí, từ đó tạo ra sản phẩm có giá trị cao hơn.

III. Tính chất và ứng dụng của than nano

Than nano có nhiều tính chất vượt trội so với các loại than thông thường. Các hạt than nano có diện tích bề mặt lớn, khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, cùng với độ bền cơ học cao. Những tính chất này mở ra nhiều ứng dụng tiềm năng trong các lĩnh vực như điện tử, vật liệu composite và y học. Đặc biệt, than nano lỏng có thể được sử dụng trong các sản phẩm như pin lithium-ion, cảm biến và các thiết bị điện tử khác. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng than nano trong các ứng dụng này không chỉ cải thiện hiệu suất mà còn giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

IV. Đánh giá và triển vọng nghiên cứu

Nghiên cứu chế tạo than nano lỏng từ nguyên liệu trong nước đã cho thấy nhiều kết quả khả quan. Việc phát triển quy trình chế tạo hiệu quả và tiết kiệm chi phí sẽ mở ra cơ hội cho việc sản xuất hàng loạt than nano tại Việt Nam. Điều này không chỉ giúp nâng cao năng lực cạnh tranh của ngành công nghiệp trong nước mà còn góp phần vào việc bảo vệ môi trường thông qua việc sử dụng các nguyên liệu tái tạo. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng mới và cải tiến trong công nghệ chế tạo vật liệu nano.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển của công nghệ bán dẫn và vật liệu nano vào đầu thế kỷ 21 đã mở ra kỷ nguyên mới cho ngành công nghiệp điện tử vi mô, vi cơ điện tử và truyền thông không dây. Tại thời điểm năm 2004, các vật liệu carbon nano dạng ống thương mại có giá thành rất cao, dao động từ 800 đến 1.000 USD/g, tạo ra rào cản tài chính lớn đối với việc triển khai ứng dụng thực tiễn tại các quốc gia đang phát triển. Trong khi đó, các phương pháp chế tạo hạt kích thước dưới 100 nm trên thế giới thường đòi hỏi trang thiết bị đắt đỏ và tiêu tốn năng lượng lớn như hệ thống Plasma CVD, thiết bị quang khắc tia X hoặc máy nghiền bi hành tinh.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm của luận văn là tìm kiếm một con đường hóa học mới, đơn giản và kinh tế hơn để tổng hợp vật liệu carbon kích thước nano từ các nguồn tài nguyên sẵn có tại Việt Nam. Mục tiêu cụ thể là nghiên cứu khảo sát, tuyển chọn nguyên liệu nội địa, thiết lập quy trình chế tạo than nano "lỏng" có khả năng phân tán bền vững trong các dung môi phân cực, đồng thời đánh giá chính xác thông số hình thái và kích thước sản phẩm.

Đề tài được triển khai thực nghiệm từ tháng 02/2004 đến tháng 12/2004 tại Trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh. Nghiên cứu mang ý nghĩa thực tiễn to lớn khi giúp giảm chi phí sản xuất hạt nano carbon ước tính hơn 75% so với nhập khẩu, tạo tiền đề tự chủ nguồn vật liệu mới phục vụ ngành chế tạo vi mạch, vật liệu in dẫn điện và gia cường cao su kỹ thuật cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên 2 khung lý thuyết nền tảng: lý thuyết lai hóa liên kết phân tử của nguyên tố carbon và lý thuyết hấp phụ bề mặt BET (Brunauer–Emmett–Teller). Carbon sở hữu 4 electron hóa trị ở lớp ngoài cùng với 3 trạng thái lai hóa đặc trưng là $sp^3$, $sp^2$ và $sp$, tạo nên năng lượng liên kết C-C rất lớn đạt 351,8 kJ/mol cùng các dạng thù hình như kim cương, graphite và fulleren. Đối với carbon black, các hạt mang cấu trúc mảng graphite vi mô với khoảng cách giữa các lớp dao động từ 0,35 đến 0,38 nm, lớn hơn khoảng cách 0,335 nm của graphite tinh thể tiêu chuẩn, cùng tỷ trọng thực tế khoảng 1,90 g/cm³ so với mức 2,26 g/cm³ của graphite.

Bên cạnh đó, mô hình phản ứng ghép đôi Diazo (Diazo coupling) giữ vai trò then chốt trong việc biến tính hóa học bề mặt than. Muối diazoni ($\text{Ar}-\text{N}_2^+\text{X}^-$) được tạo thành từ phản ứng giữa amin thơm bậc một với acid nitrơ ($\text{HONO}$) ở nhiệt độ thấp 0 – 5°C. Khi gắn các nhóm chức phân cực chứa oxy và lưu huỳnh (như carboxyl, hydroxyl, gốc sulfonate) lên bề mặt hạt carbon vốn kém phân cực, lực đẩy tĩnh điện giữa các hạt tích điện cùng dấu trong môi trường điện ly hoặc dung môi phân cực sẽ thắng thế lực hút liên phân tử Van der Waals. Từ đó, các khối tụ carbon bị phân rã và duy trì trạng thái phân tán cô lập ở kích thước nanomet, hình thành khái niệm than nano "lỏng".

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu khảo sát cỡ mẫu gồm 11 loại nguyên liệu nội địa, chia thành 2 nhóm chính:

• Nhóm than thành phẩm thương mại: Than củi, than đá, than bùn Cà Mau và than gáo dừa Bến Tre.
• Nhóm nguyên liệu nhiệt phân tạo muội/bồ hóng: Đất đèn ($\text{CaC}_2$), cao su phế thải, gỗ thông, dầu DO, dầu KO, vỏ trấu và rơm rạ.

Phương pháp lấy mẫu được tiến hành đồng nhất thông qua việc tinh chế bằng nước nóng trong 60 phút, ngâm chiết tạp chất qua dung dịch acid $\text{HCl}$ 10% trong 30 phút, rửa kiềm $\text{NaOH}$ 5% trong 30 phút và sàng lọc cơ học qua rây tiêu chuẩn kích thước mắt lưới 20 µm.

Hệ thống phân tích và kiểm định bao gồm:

• Phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FT-IR) trên dải sóng 400 – 4.000 cm⁻¹ nhằm xác thực sự hiện diện của các liên kết nhóm chức phân cực sau 4 chu kỳ phản ứng diazo hóa.
• Kính hiển vi điện tử quét (SEM) với độ phóng đại từ 5.000 lần đến 300.000 lần giúp đánh giá cấu trúc tập hợp hạt thô và hạt biến tính.
• Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) trên đế Si và phiến mica giúp định lượng trực tiếp kích thước hạt nano thực tế trong môi trường nước cất.
• Phương pháp đo diện tích bề mặt riêng theo chuẩn ASTM D6556 và chỉ số hấp phụ dầu Dibutyl phthalate (DBP) theo chuẩn ASTM D2414.

Lý do lựa chọn tổ hợp phân tích này là nhằm đảm bảo tính toàn diện từ cấu trúc vi mô bề mặt đến kích thước hình học không gian thực tế của hạt than nano mà không làm biến tính mẫu lỏng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm đã ghi nhận 3 phát hiện khoa học quan trọng:

Thứ nhất, phản ứng diazo hóa thành công trong việc gắn các nhóm chức phân cực lên bề mặt than, làm giảm kích thước khối hạt từ dải 50 – 3.000 nm ban đầu xuống kích thước hạt nano đồng nhất trong khoảng 20 – 50 nm. Dữ liệu ảnh AFM đo trực tiếp trên đĩa Si và mica đã xác nhận sự tồn tại của các đơn phân tử than nano hình cầu phân tán độc lập, không còn hiện tượng keo tụ khối lớn.

Thứ hai, nguồn nguyên liệu đất đèn ($\text{CaC}_2$) cho kết quả vượt trội nhất. Khi thủy phân đất đèn tạo khí acetylen ($\text{C}_2\text{H}_2$) và đốt cháy giải nhiệt tức thời, sản phẩm than thu được đạt hàm lượng carbon tinh khiết trên 99,7%, diện tích bề mặt riêng đạt khoảng 60 m²/g và chỉ số hấp phụ DBP đạt 250 mL/100g. Sau khi diazo hóa 4 lần, than từ đất đèn đạt hiệu suất phân tán trên 62%, chất lượng tương đương với mẫu than chuẩn ngoại nhập M700 (đạt mức hiệu suất khoảng 65%).

Thứ ba, nghiên cứu đã xác lập các thông số động học tối ưu cho phản ứng diazo hóa than carbon: nhiệt độ phản ứng duy trì nghiêm ngặt trong khoảng 0 – 5°C, tỷ lệ mol giữa acid sulfanilic và $\text{NaNO}_2$ là 1:1,05 và tỷ lệ khối lượng than/acid tối ưu là 1:1,2. Hiệu suất chuyển hóa tăng tuyến tính rõ rệt qua 4 lần xử lý diazo lặp lại, thể hiện qua sự gia tăng mật độ các đỉnh hấp thụ đặc trưng của nhóm $-\text{SO}_3\text{H}$ tại số sóng 1.035 cm⁻¹ và 1.120 cm⁻¹ trên phổ FT-IR.

Thảo luận kết quả

Cơ chế tạo than nano "lỏng" được giải thích qua sự cạnh tranh giữa năng lượng bề mặt và lực đẩy tĩnh điện. Khi các nhóm phân cực được gắn dày đặc, lớp điện tích kép hình thành trên bề mặt hạt than trong dung môi nước tạo ra thế điện động Zeta đủ lớn để thắng lực liên kết Van der Waals giữa các lớp graphite.

Dữ liệu thực nghiệm có thể được trình bày trực quan qua biểu đồ nhiệt và bảng tổng hợp hiệu suất:

[Biểu đồ biến thiên hiệu suất diazo hóa theo chu kỳ phản ứng (Lần 1 -> Lần 4)]
Mẫu CaC2:       32%  ===>  48%  ===>  57%  ===>  62,5%
Mẫu Than M700:   35%  ===>  51%  ===>  59%  ===>  65,0%
Mẫu Dầu KO:      21%  ===>  33%  ===>  41%  ===>  46,8%
Mẫu Cao su:      18%  ===>  29%  ===>  38%  ===>  43,2%
Mẫu Than củi:    12%  ===>  19%  ===>  26%  ===>  31,5%

So sánh với các nghiên cứu chế tạo carbon nano truyền thống bằng phương pháp bốc bay hồ quang điện (nhiệt độ >3.000°C) hay nghiền bi cơ học (tiêu tốn từ 15 đến 25 kWh/kg sản phẩm), phương pháp diazo hóa ướt này vận hành ở áp suất thường, nhiệt độ phòng kết hợp làm lạnh đơn giản 0 – 5°C, giúp tiết kiệm hơn 80% năng lượng tiêu thụ. So với mẫu thương mại ngoại nhập M700 có giá bán trên 50 USD/kg ở thời điểm đó, than nano từ đất đèn và cao su phế thải nội địa giúp giảm giá thành nguyên liệu đầu vào xuống dưới 10 USD/kg mà vẫn đảm bảo độ bền phân tán kéo dài trên 6 tháng trong dung môi cồn và nước.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên các kết quả đạt được, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp mang tính khả thi cao nhằm ứng dụng và mở rộng công nghệ:

1. Chuẩn hóa quy trình chế tạo ở quy mô Pilot (10 – 20 kg/mẻ): Các viện nghiên cứu phối hợp cùng Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM triển khai thiết kế buồng đốt hai lớp vỏ giải nhiệt tuần hoàn tự động, tối ưu hóa quá trình đốt khí acetylen từ đất đèn và thu hồi than bồ hóng liên tục trong giai đoạn 2025 – 2026, hướng tới nâng hiệu suất thu hồi sản phẩm lên trên 85%.

2. Ứng dụng sản xuất mực in dẫn điện và linh kiện vi điện tử: Doanh nghiệp sản xuất linh kiện điện tử tại các Khu công nghệ cao cần tiến hành thử nghiệm than nano "lỏng" làm chất phân tán dẫn điện trong chế tạo bo mạch in mềm (FPC) và vật liệu chắn sóng điện từ (EMI shielding), với mục tiêu thay thế 40 – 50% bột than dẫn điện nhập khẩu đắt tiền.

3. Thương mại hóa phụ gia gia cường cho ngành cao su và nhựa composite: Hiệp hội Cao su Việt Nam cùng các nhà máy sản xuất lốp xe đẩy mạnh ứng dụng than nano tái chế từ lốp xe phế thải và dầu DO nhằm tăng độ bền kéo đứt của vật liệu cao su lưu hóa lên thêm 15 – 20%, đồng thời hoàn thiện hệ thống xử lý khí thải $\text{NO}_x$, $\text{SO}_2$ theo tiêu chuẩn ISO 14001 trong vòng 18 tháng.

4. Đầu tư nâng cấp phòng thí nghiệm kiểm định vật liệu nano: ĐHQG TP.HCM kiến nghị Bộ Khoa học và Công nghệ cấp kinh phí trang bị thêm hệ thống tán sắc ánh sáng động (DLS) và phân tích thế Zeta tự động trong lộ trình 12 tháng tới, nhằm chuẩn hóa quy trình đo đạc kích thước hạt theo tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC 17025.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Học viên cao học và nghiên cứu sinh ngành Hóa học, Công nghệ Vật liệu: Nắm vững phương pháp biến tính hóa học bề mặt carbon bằng phản ứng diazo hóa, kỹ thuật phân tích phổ FT-IR và phương pháp chuẩn bị mẫu đo hiển vi lực nguyên tử AFM/SEM.

2. Kỹ sư R&D tại các doanh nghiệp sản xuất cao su, sơn và mực in: Sử dụng các số liệu về diện tích bề mặt, chỉ số DBP và độ ổn định phân tán để pha chế công thức phụ gia phân tán nano, nâng cao độ bóng, độ đen và tính dẫn điện cho sản phẩm thương mại.

3. Nhà nghiên cứu trong lĩnh vực vi mạch bán dẫn và cảm biến nano: Ứng dụng than nano lỏng 20 – 50 nm để nghiên cứu phát triển các màng mỏng dẫn điện, vật liệu cảm quang vùng tử ngoại sâu hoặc linh kiện bán dẫn thế hệ mới.

4. Cán bộ quản lý môi trường và nhà hoạch định dự án kinh tế tuần hoàn: Tham khảo quy trình nhiệt phân tái chế cao su phế thải, phụ phẩm nông nghiệp (vỏ trấu, xơ dừa) thành vật liệu carbon kỹ thuật cao, góp phần giảm thiểu rác thải công nghiệp.

Câu hỏi thường gặp

Than nano "lỏng" thực chất là gì và có điểm gì khác biệt so với than thông thường?
Than nano "lỏng" là hệ phân tán keo của các hạt carbon kích thước siêu mịn từ 20 đến 50 nm trong dung môi phân cực (như nước cất hoặc cồn). Khác với than thông thường dễ vón cục và lắng đọng nhanh, than nano lỏng được gắn các nhóm chức phân cực qua phản ứng diazo, tạo lực đẩy tĩnh điện giúp hạt lơ lửng bền vững mà không cần dùng chất hoạt động bề mặt ngoài.

Tại sao phản ứng ghép đôi Diazo lại giúp hạt than đạt được kích thước nanomet?
Phản ứng diazo tạo ra các liên kết cộng hóa trị gắn gốc phân cực ($-\text{SO}_3\text{H}$, $-\text{COOH}$) lên mạng carbon. Khi tiếp xúc với môi trường điện trường hoặc dung môi phân cực, các nhóm này ion hóa tạo điện tích cùng dấu, sinh ra lực đẩy tĩnh điện phá vỡ lực liên kết Van der Waals giữa các hạt tập hợp, tách các khối than 50 – 3.000 nm thành các hạt nano riêng lẻ 20 – 50 nm.

Trong các nguồn khảo sát, nguyên liệu nào cho chất lượng than nano tốt nhất?
Nguyên liệu đất đèn ($\text{CaC}_2$) cho chất lượng tốt nhất. Khí acetylen sinh ra từ đất đèn khi đốt tạo bồ hóng có hàm lượng carbon đạt 99,7%, kích thước hạt ban đầu khoảng 40 nm và chỉ số DBP đạt 250 mL/100g. Sau khi diazo hóa, sản phẩm đạt hiệu suất chuyển hóa 62,5%, tương đương chất lượng mẫu nhập khẩu M700 của nước ngoài.

Quy trình điều chế này có ưu điểm gì so với phương pháp Plasma CVD truyền thống?
Phương pháp hóa ướt qua phản ứng diazo hóa có chi phí thiết bị cực thấp, thực hiện ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 0 – 5°C, không yêu cầu buồng chân không cao hay nguồn nhiệt trên 1.500°C như Plasma CVD. Điều này giúp giảm hơn 70% chi phí đầu tư ban đầu và phù hợp với điều kiện sản xuất tại Việt Nam.

Độ phân tán và kích thước hạt 20 – 50 nm được kiểm chứng bằng thiết bị nào?
Kích thước hạt được xác nhận trực tiếp bằng kính hiển vi lực nguyên tử (AFM) đo trên đĩa Si và đế mica trong môi trường nước cất, kết hợp cùng ảnh chụp kính hiển vi điện tử quét (SEM) ở độ phóng đại 5.000x đến 300.000x và phân tích phổ hồng ngoại FT-IR để định danh các liên kết nhóm chức.

Kết luận

1. Nghiên cứu đã chế tạo thành công than nano "lỏng" có kích thước hạt đồng đều từ 20 đến 50 nm bằng con đường hóa học diazo hóa kết hợp dung môi phân cực.
2. Khảo sát toàn diện 11 nguồn nguyên liệu trong nước, khẳng định đất đèn ($\text{CaC}_2$), cao su phế thải và dầu DO/KO là những nguồn tiềm năng cao, trong đó đất đèn cho độ tinh khiết trên 99,7% tương đương chuẩn ngoại nhập M700.
3. Thiết lập thành công mô hình buồng đốt hai lớp vỏ giải nhiệt tuần hoàn nước tại phòng thí nghiệm, hạn chế tối đa sự kết tụ hạt than ngay từ pha khí ban đầu.
4. Tối ưu hóa điều kiện phản ứng diazo ở nhiệt độ 0 – 5°C với tỷ lệ mol phản ứng cân bằng, chứng minh độ bền phân tán cao của than nano trong môi trường phân cực.
5. Đóng góp một hướng tiếp cận vật liệu nano kinh tế, khả thi, tận dụng hiệu quả phế phụ phẩm nội địa và mở ra tiềm năng lớn cho ngành công nghệ vi điện tử, mực in dẫn điện và composite cao su.

Quý độc giả, nhà nghiên cứu và doanh nghiệp quan tâm có thể khai thác chi tiết các thông số động học, sơ đồ thiết bị và phổ phân tích FT-IR/AFM trong toàn văn luận văn tại Thư viện Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM để hợp tác phát triển, ứng dụng thử nghiệm và chuyển giao công nghệ ở quy mô công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Coâng ngheä baùn daãn nguoàn xuaát phaùt töø Silicon Valley cuûa Hoa Kyø töø thaäp nieân 70 - quy tuï raát nhieàu caùc thaønh töïu khoa hoïc ôû nhieàu lónh vöïc khaùc nhau - ñaõ môû ra moät kyû nguyeân môùi cho coâng nghieäp ñieän töû theá giôùi. Coâng ngheä naøy phaùt trieån taïo ra nhieàu saûn phaåm chi phoái kinh teá toaøn caàu maø tieâu bieåu laø coâng ngheä thoâng tin, coâng ngheä vieãn thoâng… Nhöõng öùng duïng roäng raõi cuûa vaät lieäu baùn daãn (thöôøng laø silicon) trong ñôøi soáng daân söï, quaân söï, an ninh quoác gia, quoác phoøng vaø mang ñeán nhöõng böôùc nhaûy voït kinh teá vaø goùp phaàn naâng cao möùc soáng nhaân loaïi. Coâng ngheä baùn daãn bao goàm: ƒ Coâng ngheä vi maïch. ƒ Cheá taïo CHIP ñieän töû.

Coâng ngheä vi maïch coøn bao goàm coâng ngheä hoaøn thieän CHIP thaønh caùc linh kieän ñieän töû söû duïng cho caùc thieát bò ñieän töû vaø ñieän töû tin hoïc, maïng thoâng tin : • Coâng ngheä thieát bò baùn daãn ñeå ño löôøng, xöû lyù, cheá taïo caùc nguyeân lieäu baùn daãn (Si, SiGe, Ge, GaAs,.) thaønh saûn phaåm vi maïch hay CHIP theo caùc yeâu caàu khaùc nhau. • Coâng ngheä hoùa hoïc linh kieän bao goàm coâng ngheä chaát caûm quang, chaát aên moøn, nguyeân lieäu ñeå cheá taïo vaät lieäu baùn daãn vaø saûn phaåm vi maïch. • Coâng ngheä vi cô ñieän töû ñöôïc khai sinh töø coâng ngheä vi maïch. • Coâng ngheä baùn daãn phaùt saùng söû duïng chaát baùn daãn GaAs ñöôïc öùng duïng roäng raõi vaøo caùc ngaønh coâng ngheä hieän ñaïi.

Söï phaùt trieån khoâng ngöøng cuûa coâng ngheä baùn daãn ñöôïc thuùc ñaåy bôûi söï phaùt trieån cuûa coâng ngheä vaø khoa hoïc vaät lieäu baùn daãn caû chieàu roäng laãn chieàu saâu, ñöa ñeán cuoäc caùch maïng vó ñaïi trong coâng ngheä thoâng tin vaø seõ tieáp tuïc lan roäng vaøo lónh vöïc vieãn thoâng khoâng daây. Trong giai ñoaïn hieän nay, coâng ngheä baùn daãn ñang phaùt trieån leân caáu truùc sieâu vi nhaèm gia taêng maät ñoä tích hôïp. Xu höôùng taïo CHIP nhanh vaø reû söû duïng coâng ngheä baùn daãn cô baûn CMOS, Bipolar vaø BiCMOS ñang coù nhu caàu gia taêng naêng löïc saûn xuaát. Söï phaùt trieån coâng ngheä CHIP vi tính theo chieàu saâu, daãn ñaàu bôûi taäp ñoaøn ña quoác gia Intel, ñang theo ñuoåi yù töôûng cheá taïo caùc transistor coù ñoä lôùn ôû thang nano.

Tuy nhieân, phöông thöùc saûn xuaát CHIP coù ñoä lôùn döôùi 25 nm ñang baét ñaàu ñi ñeán nhöõng giôùi haïn veà vaät lieäu caûm quang vaø thieát bò chieáu saùng. Vaät lieäu caûm quang caàn coù caûm ñoä ôû vuøng cöïc tím - ví duï caûm ñöôïc aùnh saùng coù ñoä daøi soùng raát ngaén - vaät lieäu caûm quang 157nm, 137 nm laø nhöõng vaät lieäu ñang thu huùt söï quan taâm haøng ñaàu cuûa theá giôùi (Sematech Organization). Hoäi thaûo quoác teá veà coâng ngheä nano ôû Boston thaùng 3 naêm 2004 ñònh nghóa nano laø caùc vaät theå coù kích thöôùc döôùi 100nm. Coâng ngheä nano bao goàm coâng ngheä vaät lieäu ñöôïc taùch rôøi ôû daïng nano, phöông phaùp cheá taïo, coâng cuï cheá taïo, thieát bò ño löôøng vaø nhöõng öùng duïng töø vaät lieäu nano.

Theá giôùi thaät söï coù quan taâm veà höôùng öùng duïng cuûa coâng ngheä nano töø phaùt minh cuûa Ijima, khoa hoïc gia cuûa Sony naêm 1991, veà vieäc phaùt hieän ra oáng than nano baèng phöông phaùp nhieät phaân hôïp chaát hydrocarbon trong moâi tröôøng thieáu oxy, cuï theå hôn laø baèng plasma trong moâi tröôøng chaân khoâng thaáp. OÁng than nano ñöôïc bieát coù ñöôøng kính töø 0.5nm -1nm vôùi beà daøi khoaûng 1µm.