Luận án tiến sĩ nghiên cứu chế tạo và ứng dụng chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nanô cácbon trong quản lý nhiệt cho vệ tinh

Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng chất lỏng tản nhiệt chứa ống nanô cácbon trong quản lý nhiệt cho vệ tinh, nâng cao hiệu suất hoạt động.

• Tác giả: Tô Anh Đức
• Người hướng dẫn: GS. Phan Ngọc Minh
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nanô cácbon trong quản lý nhiệt cho vệ tinh
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỤC LỤC
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU ỐNG NANÔ CÁCBON
• 1.1.1. Lịch sử phát triển
• 1.1.2. Cấu trúc của CNTs
• 1.1.3. Sơ lược các phương pháp chế tạo
• 1.1.4. Tính chất của CNTs
• 1.2. CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT CHỨA CNTS
• 1.2.1. Khái niệm chất lỏng nanô
• 1.2.2. Các phương pháp chế tạo
• 1.2.2.1. Phương pháp 2 bước
• 1.2.2.2. Phương pháp 1 bước
• 1.2.3. Chất lỏng chứa CNTs
• 1.2.3.1. Chế tạo chất lỏng nanô
• 1.2.3.2. Tính chất nhiệt của chất lỏng nanô
• 1.2.4. Ứng dụng chất lỏng nanô
• 1.2.4.1. Chất lỏng nanô trong nhiên liệu
• 1.2.4.2. Khai thác điện địa nhiệt và các nguồn năng lượng khác
• 1.2.4.3. Quản lý nhiệt trong công nghiệp
• 1.2.4.4. Quản lý nhiệt cho linh kiện điện tử
• 1.2.4.5. Làm mát hệ thống hạt nhân
• 1.2.4.6. Chất lỏng thông minh
• 1.2.4.7. Lĩnh vực không gian và quốc phòng
• 1.2.4.8. Sưởi ấm và giảm ô nhiễm
• 1.3. CHẤT LỎNG NANÔ TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO VỆ TINH
• 1.3.1. Tổng quan về quản lý nhiệt cho vệ tinh
• 1.3.2. Nhiệt từ bức xạ mặt trời trực tiếp
• 1.3.3. Nhiệt từ bức xạ mặt trời phản xạ lại bề mặt trái đất (Albedo)
• 1.3.4. Bức xạ của trái đất phát ra
• 1.3.5. Ma sát với các phân tử chuyển động tự do (FHM)
• 1.3.6. Các phương pháp quản lý nhiệt cho vệ tinh
• 1.3.7. Chất lỏng nanô trong quản lý nhiệt cho vệ tinh
• 1.3.7.1. Hiệu quả dẫn nhiệt của CNTs so với chất lỏng nền thông thường
• 1.3.7.2. Các nhóm nghiên cứu trên thế giới đang tập trung vào lĩnh vực này
• 1.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
• 2. PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT ĐỘ DẪN NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐA THÀNH PHẦN CHỨA CNTS
• 2.1. ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT ĐÃ CÔNG BỐ
• 2.2. MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐỘ DẪN NHIỆT CỦA CHẤT LỎNG NANO CHỨA CNTS
• 2.2.1. Mô hình độ dẫn nhiệt của Hemanth và Patel
• 2.2.2. Mô hình tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của chất lỏng nền một thành phần
• 2.2.3. So sánh mô hình chất lỏng nền một thành phần với thực nghiệm
• 2.3. PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TÍNH TOÁN LÝ THUYẾT CHO CHẤT LỎNG NANO ĐA THÀNH PHẦN
• 2.3.1. Xây dựng mô hình tính toán lý thuyết
• 2.3.2. So sánh mô hình với thực nghiệm
• 2.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
• 3. CHẾ TẠO VÀ KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐA THÀNH PHẦN CHỨA CNTS CHO VỆ TINH
• 3.1. QUY TRÌNH CHẾ TẠO CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐẶC CHỦNG CHỨA CNTS TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO VỆ TINH
• 3.1.1. Vật liệu dùng trong chế tạo chất lỏng nano
• 3.1.2. Thiết bị dùng trong chế tạo chất lỏng nanô
• 3.1.3. Quá trình biến tính CNTs
• 3.1.4. Phân tán CNTs trong chất lỏng nền
• 3.1.5. Các phương pháp khảo sát và đo đạc
• 3.1.5.1. Phổ tán xạ Raman
• 3.1.5.2. Phổ hấp thụ hồng ngoại
• 3.1.5.3. Phổ phân tán Zeta-Sizer
• 3.2. KHẢO SÁT TÍNH CHẤT CỦA CHẤT LỎNG ĐẶC CHỦNG CHẾ TẠO ĐƯỢC
• 3.2.1. Kết quả biến tính
• 3.2.2. Kết quả phân tán
• 3.2.3. Dải nhiệt độ hoạt động
• 3.2.4. Khảo sát độ dẫn nhiệt
• 3.2.5. Tính toán độ dẫn nhiệt theo nhiệt độ
• 3.2.6. Khảo sát tính chất khác
• 3.3. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3
• 4. THỬ NGHIỆM CHẤT LỎNG TẢN NHIỆT ĐA THÀNH PHẦN CHỨA CNTS TRÊN MÔ HÌNH VỆ TINH TẠI PHÒNG THÍ NGHIỆM
• 4.1. THIẾT KẾ MÔ HÌNH BUỒNG CHÂN KHÔNG NGHIÊN CỨU PHỎNG VỆ TINH CHO QUÁ TRÌNH QUẢN LÝ NHIỆT
• 4.1.1. Sơ đồ nguyên lý của buồng chân không
• 4.1.2. Bản vẽ thiết kế mặt cắt của mô hình buồng chân không
• 4.1.3. Bản vẽ thiết kế 3D của mô hình buồng chân không
• 4.2. CHẾ TẠO MÔ HÌNH BUỒNG CHÂN KHÔNG NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG VỆ TINH CHO QUÁ TRÌNH QUẢN LÝ NHIỆT
• 4.2.1. Chế tạo vỏ buồng chân không
• 4.2.2. Chế tạo bộ phận bức xạ nhiệt
• 4.2.3. Chế tạo bộ phận nhiệt độ thấp
• 4.2.4. Chế tạo hệ thống cảm biến và điều khiển
• 4.2.5. Lắp ráp hoàn thiện buồng chân không nghiên cứu mô phỏng vệ tinh
• 4.3. THỬ NGHIỆM CHẤT LỎNG NANO TRONG QUẢN LÝ NHIỆT CHO MÔ HÌNH VỆ TINH
• 4.3.1. Mô hình vệ tinh
• 4.3.2. Tình huống giả định tản nhiệt cho linh kiện công suất vệ tinh ra vỏ vệ tinh
• 4.3.3. Tình huống giả định lấy nhiệt linh kiện công suất để sưởi ấm linh kiện lạnh
• 4.3.4. Tính toán mô phỏng độ dẫn nhiệt của chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs
• 4.3.4.1. Phương pháp mô phỏng
• 4.3.4.2. Kết quả mô phỏng
• 4.4. KẾT LUẬN CHƯƠNG 4
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• MỞ ĐẦU

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chất lỏng tản nhiệt cho vệ tinh

Nghiên cứu về chất lỏng tản nhiệt chứa ống nanô carbon (CNTs) đã trở thành một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ vệ tinh. Các vệ tinh hoạt động trong môi trường không gian khắc nghiệt, nơi mà việc quản lý nhiệt là rất cần thiết để đảm bảo hiệu suất và độ bền của các linh kiện. Việc sử dụng chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs không chỉ giúp cải thiện khả năng dẫn nhiệt mà còn tăng cường hiệu quả hoạt động của các thiết bị điện tử trên vệ tinh.

1.1. Lịch sử phát triển chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs

Chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs đã được nghiên cứu từ những năm 1990, khi CNTs được phát hiện. Từ đó, nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng CNTs trong chất lỏng tản nhiệt có thể cải thiện đáng kể hiệu suất tản nhiệt.

1.2. Tính chất nổi bật của chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs

Chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs có khả năng dẫn nhiệt cao, ổn định ở nhiệt độ cao và có khả năng phân tán tốt. Những tính chất này giúp cho việc quản lý nhiệt trong vệ tinh trở nên hiệu quả hơn.

II. Vấn đề và thách thức trong quản lý nhiệt cho vệ tinh

Quản lý nhiệt cho vệ tinh gặp nhiều thách thức do sự chênh lệch nhiệt độ lớn giữa các bề mặt. Bề mặt hướng về mặt trời có nhiệt độ cao, trong khi bề mặt hướng về trái đất lại lạnh hơn. Điều này tạo ra áp lực lớn lên các hệ thống tản nhiệt. Việc sử dụng chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs có thể giúp giải quyết vấn đề này.

2.1. Chênh lệch nhiệt độ trong không gian

Vệ tinh phải chịu đựng sự chênh lệch nhiệt độ lớn, có thể lên đến hàng trăm độ C. Điều này ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của các linh kiện điện tử.

2.2. Các phương pháp quản lý nhiệt hiện tại

Hiện tại, có nhiều phương pháp quản lý nhiệt cho vệ tinh, bao gồm sử dụng hệ thống tản nhiệt thụ động và chủ động. Tuy nhiên, các phương pháp này vẫn còn nhiều hạn chế.

III. Phương pháp nghiên cứu chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs

Nghiên cứu này áp dụng các phương pháp lý thuyết và thực nghiệm để phát triển chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs. Các phương pháp này bao gồm việc biến tính CNTs và chế tạo hỗn hợp chất lỏng tản nhiệt. Mục tiêu là tối ưu hóa hiệu suất tản nhiệt cho vệ tinh.

3.1. Biến tính CNTs để nâng cao hiệu quả

Biến tính CNTs với các nhóm chức như -COOH và -OH giúp tăng cường khả năng phân tán trong chất lỏng, từ đó nâng cao hiệu quả tản nhiệt.

3.2. Chế tạo chất lỏng tản nhiệt đặc chủng

Chất lỏng tản nhiệt được chế tạo từ hỗn hợp CNTs và các chất lỏng nền khác, nhằm tối ưu hóa tính chất dẫn nhiệt và khả năng hoạt động trong môi trường không gian.

IV. Ứng dụng thực tiễn của chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs

Chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs đã được thử nghiệm trong các mô hình vệ tinh. Kết quả cho thấy rằng việc sử dụng chất lỏng này giúp cải thiện đáng kể khả năng quản lý nhiệt cho các linh kiện điện tử. Điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.

4.1. Kết quả thử nghiệm trên mô hình vệ tinh

Các thử nghiệm cho thấy chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs có khả năng duy trì nhiệt độ ổn định cho các linh kiện điện tử trong mô hình vệ tinh.

4.2. Tiềm năng ứng dụng trong không gian

Chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ vệ tinh đến các thiết bị điện tử trong không gian.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu chất lỏng tản nhiệt

Nghiên cứu về chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs đã mở ra nhiều hướng đi mới trong việc quản lý nhiệt cho vệ tinh. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp hiệu quả hơn cho các thách thức trong lĩnh vực hàng không vũ trụ.

5.1. Hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc cải thiện tính chất của chất lỏng tản nhiệt và mở rộng ứng dụng của chúng trong các lĩnh vực khác.

5.2. Tác động đến công nghệ vệ tinh

Việc áp dụng chất lỏng tản nhiệt chứa CNTs có thể cải thiện đáng kể hiệu suất và độ bền của vệ tinh, từ đó nâng cao khả năng hoạt động trong không gian.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN 1. Tổng quan về vật liệu ống nanô cácbon 1. Lịch sử phát triển Cácbon là một nguyên tố hóa học có ký hiệu C và số nguyên tử 6.

Nó là phi kim và hóa trị 4 - tạo ra 4 electron để tạo thành liên kết hóa học cộng hóa trị. Nó thuộc nhóm 14 của bảng tuần hoàn. Cácbon chỉ chiếm khoảng 0,025% vỏ Trái đất [1]. Ba đồng vị của Cácbon tồn tại trong tự nhiên, với đồng vị 12C và 13C là ổn định, trong khi đồng vị 14C là một hạt nhân phóng xạ, phân rã với chu kỳ bán rã khoảng 5.

Trước đây người ta biết đến 3 dạng thù hình chính của Cácbon là kim cương, Graphit và Cácbon vô định hình (Fullerenes). Kim cương là một dạng rắn của nguyên tố Cácbon với các nguyên tử được sắp xếp trong một cấu trúc tinh thể được gọi là khối kim cương. Ở nhiệt độ và áp suất khí quyển, một dạng rắn khác của Cácbon được gọi là than chì là dạng Cácbon ổn định về mặt hóa học, nhưng kim cương hầu như không bao giờ chuyển đổi thành dạng này. Kim cương có độ cứng và độ dẫn nhiệt cao nhất so với bất kỳ vật liệu tự nhiên nào, do vậy được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp như cắt và đánh bóng các đồ vật.

Đây cũng chính là lý do mà kim cương có thể chịu được áp lực sâu trong lòng đất, nơi chúng được tìm thấy. Graphit là một dạng tinh thể của nguyên tố Cácbon với các nguyên tử được sắp xếp theo cấu trúc hình lục giác. Nó xuất hiện tự nhiên ở dạng này và là dạng Cácbon ổn định nhất trong các điều kiện tiêu chuẩn. Dưới áp suất và nhiệt độ cao, nó chuyển thành kim cương.

Graphit được sử dụng trong bút chì và chất bôi trơn. Nó là một chất dẫn nhiệt và điện tốt. Độ dẫn điện cao của Graphit làm cho nó hữu ích trong các sản phẩm điện tử như điện cực, pin và tấm pin mặt trời [2]. Những phân tử Fullerene đầu tiên được phát hiện bằng thực nghiệm vào năm 1985 bởi các nhà khoa học Richard Smalley, Robert Curl, và Harry Kroto đến từ Đại học Rice và họ đã được trao giải Nobel cho khám phá này.

Fullerene là các phân tử nanô cácbon đối xứng. Đây là những hợp chất có độ ổn định nhiệt độ và độ dẫn điện cao, do vậy mà thường được sử dụng trong vật liệu nanô tổng hợp. Fullerene được cấu tạo bởi các đa giác khác nhau, và các phân tử này được đặt tên theo số nguyên tử Cácbon có trong cấu trúc của chúng (Hình 1. Phân tử Fullerene LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 có các nguyên tử Cácbon lai hóa sp2 và sp3.

Một dạng Fullerene phổ biến là C60. Nó được đặt tên là Buckminster Fullerene, theo tên của một kiến trúc sư người Mỹ, Buckminster. Nó được tạo thành từ 20 hình lục giác và 12 hình ngũ giác. Độ dài liên kết C-C trung bình trong C60 được tìm thấy là 1,44 A°, trong khi phân tử có đường kính là 7,09 A°.

Fullene thường được chế tạo bằng cách sử dụng kỹ thuật graphite mài mòn bằng laser và phóng điện hồ quang. Do các điện tử π bị phân chia, các Fullerene có đáp ứng quang học phi tuyến lớn, ái lực điện tử cao và khả năng vận chuyển điện tích tốt. Các phân tử Fullerene có độ bền đặc biệt cao, do vậy có thể được sử dụng để làm cứng kim loại và hợp kim mà không làm giảm độ dẻo. Fullerene cũng có tiềm năng trong các tụ điện xen kẽ, cảm biến, sợi phân tử, và chụp ảnh cộng hưởng từ (MRI) [3].

Fullerene C60 Fullerene C70 Fullerene C80 (a) (b) (c) Hình 1. Cấu trúc cơ bản của các Fullerene: a) C60 b) C70 c) C80 Năm 1991, trong quá trình chế tạo Fullerene, S. Iijima đã khám phá ra một cấu trúc mới của Cácbon với kích thước cỡ nanomet và có dạng hình ống, cấu trúc này được gọi là ống nanô cácbon đa tường (Multi Walled Cacrbon Nanotubes - MWCNTs). Hai năm sau, Iijima và Bethune tiếp tục khám phá ra ống nanô cácbon đơn tường (Single Walled Carbon Nanotubes - SWCNTs) có đường kính 1,4 nm và chiều dài cỡ micromét.

Kể từ đó đến nay, có hai loại ống nanô cácbon (CNTs) được biết đến là: CNTs đơn tường và CNTs đa tường (hình 1. Mặc dù có sự tương đồng nhất định, SWCNTs và MWCNTs có các tính chất vật lý khác nhau đáng kể vì sự khác biệt về cấu trúc của chúng. Đặc điểm quan trọng nhất giúp phân biệt SWCNTs là thành ống nano chỉ bao gồm một lớp graphene. Nói cách khác, ống nano cácbon đơn tường có thể được mô tả như những LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 tấm graphene được cuộn lại liền mạch để tạo thành một hình trụ rỗng.

Đó là lý do tại sao chúng còn được gọi là ống nano graphene (Graphene Nanotubes). Không giống như CNTs đơn tường, CNTs đa tường có thể được xem như một sự sắp xếp đồng tâm của các SWCNTs, tức là bao gồm nhiều lớp graphene được cuộn lại liền mạch thành các ống đồng trục. Những khác biệt này giữa CNTs đơn tường và đa tường dẫn đến các đặc tính khác nhau đáng kể và các tác động khác nhau lên vật liệu sau khi chúng được đưa vào sử dụng. Các dạng cấu trúc của CNTs: a) SWCNTs b) MWCNTs Luận án này tập trung nghiên cứu chế tạo chất lỏng nanô chứa thành phần CNTs đa tường ứng dụng trong quản lý nhiệt cho vệ tinh.

Cấu trúc của CNTs Cácbon có thể liên kết theo nhiều cách khác nhau để tạo ra các cấu trúc với các đặc tính hoàn toàn khác nhau. Sự lai hóa sp2 của Cácbon tạo ra một cấu trúc phân lớp với liên kết ngoài mặt phẳng yếu của dạng Van Der Waals và các giới hạn trong mặt phẳng mạnh. Để tạo thành MWCNTs, một vài đến vài chục hình trụ đồng tâm được đặt xung quanh một lõi rỗng ở trung tâm. Phép phân tích không gian thực của các hình ảnh ống nanô đa tường đã chỉ ra một dải khoảng cách giữa các lớp (0,34 đến 0,39 nm) [5].

Tùy thuộc vào số lớp, đường kính trong của MWCNTs khác nhau từ 0,4 nm đến vài nanomet và đường kính ngoài thay đổi từ 2 nm đến 20 hoặc 30 nm. Cả hai đầu của MWCNTs thường đóng lại và các đầu được bao phủ bởi các phân tử nửa LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 8 Fullerene hình vòm (khuyết tật hình ngũ giác), với kích thước trục khác nhau từ 1 μm đến vài cm. Vai trò của các phân tử nửa Fullerene (khuyết tật vòng ngũ giác) là giúp đóng ống ở hai đầu. Mặt khác, đường kính SWCNTs khác nhau từ 0,4 đến 2 hoặc 3 nm, và chiều dài của chúng thường thuộc phạm vi micromet.

Các SWCNTs thường có thể kết hợp với nhau và tạo thành các bó (dây). Trong cấu trúc bó, SWCNTs được sắp xếp theo hình lục giác để tạo thành một cấu trúc giống như tinh thể [5]. Phụ thuộc vào hình dạng sắp xếp của các đa giác, có ba dạng SWCNTs khác nhau là: armchair, chiral và zigzag (Hình 1. Cấu trúc của SWCNTs được đặc trưng bởi một cặp chỉ số (n, m) mô tả vectơ bất đối xứng và có ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc tính điện của ống nanô.

Số lượng vectơ đơn vị trong mạng tinh thể dạng tổ ong của graphene dọc theo hai hướng được xác định bởi các số nguyên n và m. Theo quy ước chung, khi m = 0, các ống nanô được đặt tên là ống nanôzigzag; khi n = m, các ống nanô được đặt tên là ống nanô armchair, và ở các trạng thái khác được gọi là chiral [6]. Vecto Chỉral có thể dùng để xác định đường kính ống [6] Vectơ chiral C = n.a2 (a1 và a2 là vectơ ô cơ sở của than chì) cũng được dùng để xác định đường kính ống (d), và vectơ này có thể tìm ra hướng lăn của tấm graphene. Do đó, đường kính của một ống cácbon có thể được tính bằng: a (n 2 + m 2 + nm) d= (1.1) P trong đó 𝑎 = 1,42 × √3Å tương ứng với hằng số mạng trong tấm graphit.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 9 Nếu (n – m) là bội số của 3, thì ống nanô được mô tả là “kim loại” hoặc ống nanô dẫn điện cao, và nếu không, thì ống nanô là bán kim loại hoặc bán dẫn. Tại mọi thời điểm, CNTs dạng armchair là kim loại, trong khi các dạng khác có thể làm cho ống nanô trở thành chất bán dẫn. Nhiều tham số và vectơ có thể ảnh hưởng đến cấu trúc ống nanô, chẳng hạn như sau [6]: (1) Vectơ tịnh tiến = T = t 1a 1 + t 2a2 » (t 1, t 2) (2) Vectơ chiral = Ch = na1 + na2 » (n, m) (3) Độ dài của vectơ bất đối: L = a √ (n2 + m2 + n * m); trong đó a là hằng số mạng (4) Góc chiral = cosθ = (2n + m) / (2 * √ (n2 + m2 + n * m)) (5) Số hình lục giác trong ô đơn vị = N = (2 * (n2 + m2 + n * m) / dR) (6) Đường kính = dt = L / π (7) Góc quay của vectơ đối xứng = ψ = 2π / N (tính bằng radian) (8) Vectơ đối xứng = R = pa1 + qa2 » (p, q) (9) Pitch của vectơ đối xứng = τ = ((m * p – n * q) * T) / N CNTs đa tường có thể được hình thành theo hai mô hình cấu trúc có tên lần lượt là cấu trúc “Búp bê Nga” và cấu trúc “Giấy da”. Khi một ống CNT chứa một ống CNT khác bên trong, nó được gọi là mô hình “Búp bê Nga”.

Mặt khác, khi một tấm graphene đơn lẻ được quấn quanh chính nó nhiều lần, giống như một cuộn giấy được cuộn lại, nó được gọi là cấu trúc “Giấy da”. CNTs đa tường và đơn tường có các thuộc tính khá tương đồng. Tuy nhiên, do tính chất đa lớp của MWCNTs, các lớp bên ngoài không chỉ có thể che chắn các lớp bên trong khỏi các tương tác hóa học với các chất bên ngoài mà còn thể hiện các đặc tính độ bền kéo cao, không tồn tại trong SWCNTs (hoặc tồn tại một phần) [6]. Vì CNTs có liên kết sp2 giữa các nguyên tử Cácbon riêng lẻ nên chúng có độ bền kéo cao hơn thép và Kevlar.

Liên kết này thậm chí còn mạnh hơn liên kết sp3 được tìm thấy trong kim cương. Do vậy về mặt lý thuyết, SWCNTs có thể có độ bền kéo mạnh hơn thép hàng trăm lần. Một đặc tính đáng chú ý khác của CNTs là tính đàn hồi.