Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo vật liệu compozit nano áp điện và khảo sát tính chất cơ nhiệt trong khí hậu nhiệt đới

• Tác giả: Phan Thị Tuyết Mai
• Người hướng dẫn: Nguyễn Xuân Hoàn
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Hóa lý thuyết và Hóa lý
• Đề tài: Nghiên Cứu Vật Liệu Compozit Nano Áp Điện Và Tính Chất Cơ Nhiệt Trong Khí Hậu Nhiệt Đới
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Hà Nội

• DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
• MỞ ĐẦU
• 1.1. Các phương pháp chế tạo vật liệu polyme compozit chứa hạt áp điện kích thước nano
• 1.2. Thành phần của vật liệu polyme compozit
• 1.3. Chất gia cường
• 1.4. Giới thiệu về BaTiO3 kích thước nano
• 1.5. Các kỹ thuật phân tán hạt nano áp điện vào trong vật liệu polyme compozit
• 1.6. Phân tán hạt nano áp điện vào nền polyme
• 1.7. Ghép hạt nano áp điện lên bề mạt sợi gia cường
• 1.8. Phương pháp chế tạo vật liệu polyme compozit chứa hạt nano29
• 1.9. Các tính chất đặc trưng của vật liệu polyme compozit chứa các hạt áp điện kích thước nano
• 1.10. Tính chất điện môi
• 1.11. Tính chất cơ học
• 1.12. Những ứng dụng cơ bản
• 1.13. Hóa chất, thiết bị và dụng cụ
• 1.14. Thiết bị và dụng cụ
• 1.15. Chế tạo vật liệu
• 1.16. Chế tạo mẫu nhựa nền epoxy DGEBA đóng rắn bằng DDM
• 1.17. Biến tính hạt BaTiO3 bằng hợp chất γ–APS
• 1.18. Chế tạo polyme compozit nền nhựa epoxy chứa hạt nano BaTiO334
• 1.19. Ghép hạt nano BaTiO 3 lên bề mặt sợi thủy tinh
• 1.20. Chế tạo polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh
• 1.21. Chế tạo polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy gia cường sợi thủy tinh mang hạt áp điện nano BaTiO3
• 1.22. Các phương pháp nghiên cứu đánh giá các đặc trưng và tính chất của vật liệu
• 1.23. Phương pháp đánh giá đặc trưng
• 1.24. Phương pháp đo phổ hồng ngoại FT-IR
• 1.25. Phương pháp phân tích nhiệt vi sai quét DSC
• 1.26. Phương pháp phân tích nhiệt khối lượng (TGA)
• 1.27. Kính hiển vi điện tử quét (SEM)
• 1.28. Phương pháp đo tính chất điện môi
• 1.29. Phương pháp đo thế zeta
• 1.30. Phương pháp phân tích cơ nhiệt động
• 1.31. Các phương pháp nghiên cứu tính chất cơ học
• 1.32. Độ bền va đập
• 1.33. Phương pháp xác định độ tăng khối lượng mẫu
• 1.34. Chuẩn bị các môi trường theo dõi, khảo sát
• 1.35. Điều kiện chiếu bức xạ tử ngoại
• 1.36. Điều kiện nhiệt độ
• 1.37. Môi trường ẩm
• 1.38. Môi trường độ mặn muối biển
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Nghiên cứu chế tạo nhựa nền epoxy
• 3.2. Đặc trưng nguyên liệu
• 3.3. Nhựa epoxy, diglyxidyl ete bis-phenol A (DGEBA)
• 3.4. Chất đóng rắn 4,4-diamino diphenyl metan, DDM
• 3.5. Nghiên cứu phản ứng đóng rắn hệ nhựa EP
• 3.6. Xác định tỷ lệ phối trộn giữa DGEBA với DDM
• 3.7. Xác định điều kiện đóng rắn tốt nhất cho hệ EP
• 3.8. Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất của vật liệu polyme compozit chứa hạt nano BaTiO3
• 3.9. Biến tính hạt nano BaTiO3 bằng hợp chất γ–APS
• 3.10. Những đặc trưng của BaTiO 3
• 3.11. Những đặc trưng của silan γ–APS
• 3.12. Nghiên cứu tìm điều kiện phản ứng tốt nhất
• 3.13. Chế tạo và đặc trưng tính chất của vật liệu polyme compozit nền nhựa epoxy chứa hạt nano BaTiO3
• 3.14. Ảnh hưởng của sự biến tính bề mặt hạt nano BaTiO3 bằng γ-APS lên các tính chất đặc trưng của vật liệu polyme compozit
• 3.15. Đặc trưng cấu trúc và tính chất của vật liệu polyme compozit trên cơ sở nhựa epoxy chứa hạt nano BaTiO3
• 3.16. Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất của vật liệu polyme compozit nền nhựa epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh
• 3.17. Đặc trưng bề mặt sợi thủy tinh
• 3.18. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi lên tính chất của vật liệu polyme compozit
• 3.19. Ảnh hưởng của sự biến tính bề mặt sợi thủy tinh bằng γ-APS đến tính chất đặc trưng của vật liệu polyme compozit
• 3.20. Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất của vật liệu polyme compozit nền epoxy gia cường bằng sợi thủy tinh chứa hạt áp điện nano BaTiO3
• 3.21. Ghép hạt nano BaTiO 3 lên bề mặt sợi thủy tinh
• 3.22. Ảnh hưởng của hợp chất ghép nối silan γ-APS đến phản ứng ghép hạt nano BaTiO3 lên bề mặt sợi thủy tinh
• 3.23. Ảnh hưởng của dung môi
• 3.24. Ảnh hưởng của hàm lượng hạt nano BaTiO 3 đến quá trình ghép lên bề mặt sợi thủy tinh
• 3.25. Nghiên cứu chế tạo và đặc trưng tính chất của vật liệu polyme compozit nền epoxy gia cường sợi thủy tinh mang hạt nano BaTiO3
• 3.26. Ảnh hưởng của hàm lượng sợi thủy tinh chứa hạt nano BaTiO3 đến tính chất đặc trưng của vật liệu polyme compozi
• 3.27. Ảnh hưởng của hạt nano BaTiO 3 trên bề mặt sợi thủy tinh đến các tính chất đặc trưng của vật liệu polyme compozit
• 3.28. Nghiên cứu sự biến đổi tính chất của vật liệu polyme compozit chứa hạt nano BaTiO3 trong một số điều kiện môi trường
• 3.29. Ảnh hưởng của bức xạ
• 3.30. Ảnh hưởng của nhiệt độ
• 3.31. Ảnh hưởng của độ ẩm
• 3.31.1. Môi trường có độ ẩm tương đối 99 %
• 3.31.2. Môi trường có độ ẩm tương đối 80 %
• 3.31.3. Môi trường có độ ẩm tương đối 45 %
• 3.32. Ảnh hưởng của độ mặn muối biển
• KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Giới thiệu về vật liệu compozit nano áp điện

Vật liệu compozit nano áp điện đang thu hút sự chú ý trong nghiên cứu vật liệu mới. Chúng có khả năng chuyển đổi năng lượng cơ học thành năng lượng điện và ngược lại. Việc chế tạo vật liệu compozit chứa các hạt áp điện kích thước nano như BaTiO3 đã mở ra nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như cảm biến, thiết bị điện tử và năng lượng tái tạo. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển các vật liệu nano có tính chất cơ nhiệt tốt trong điều kiện khí hậu nhiệt đới. Điều này đặc biệt quan trọng vì khí hậu nhiệt đới có những đặc điểm riêng biệt như độ ẩm cao và nhiệt độ biến đổi lớn, ảnh hưởng đến tính chất của vật liệu compozit.

1.1. Tính chất của vật liệu compozit nano áp điện

Các vật liệu compozit nano áp điện có nhiều tính chất ưu việt như độ bền cao, khả năng chống mài mòn và khả năng chịu nhiệt tốt. Tính chất cơ nhiệt của chúng có thể được cải thiện thông qua việc tối ưu hóa tỷ lệ pha trộn giữa hạt nano và nền polymer. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng hạt nano BaTiO3 có thể làm tăng đáng kể tính chất điện môi và cơ học của vật liệu compozit. Điều này mở ra khả năng ứng dụng trong các thiết bị điện tử và cảm biến trong môi trường khắc nghiệt.

II. Phương pháp chế tạo vật liệu compozit

Quá trình chế tạo vật liệu compozit chứa hạt áp điện nano bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, việc lựa chọn nguyên liệu là rất cần thiết. Nhựa epoxy được sử dụng làm nền cho vật liệu compozit. Sau đó, các hạt nano BaTiO3 được phân tán vào trong nhựa epoxy thông qua các phương pháp như trộn nóng chảy hoặc trộn trong dung dịch. Việc này giúp đảm bảo sự phân bố đồng đều của hạt nano trong nền polymer, từ đó cải thiện tính chất cơ nhiệt của vật liệu. Các phương pháp phân tích như FT-IR, TGA và DSC được sử dụng để đánh giá các đặc trưng của vật liệu compozit sau khi chế tạo.

2.1. Kỹ thuật phân tán hạt nano

Kỹ thuật phân tán hạt nano là một yếu tố quyết định đến chất lượng của vật liệu compozit. Việc sử dụng các chất gia cường như γ-APS giúp cải thiện khả năng tương tác giữa hạt nano và nền polymer. Nghiên cứu cho thấy rằng sự biến tính bề mặt của hạt nano có thể làm tăng cường tính chất điện môi và cơ học của vật liệu compozit. Điều này cho phép vật liệu hoạt động hiệu quả hơn trong các ứng dụng thực tiễn, đặc biệt là trong điều kiện khí hậu nhiệt đới.

III. Đánh giá tính chất cơ nhiệt của vật liệu

Tính chất cơ nhiệt của vật liệu compozit chứa hạt áp điện nano được đánh giá thông qua các phương pháp phân tích hiện đại. Các thí nghiệm cho thấy rằng vật liệu có khả năng chịu nhiệt tốt và độ bền cơ học cao. Sự biến đổi tính chất của vật liệu trong các điều kiện môi trường khác nhau như độ ẩm, nhiệt độ và ánh sáng được khảo sát kỹ lưỡng. Kết quả cho thấy rằng vật liệu compozit có thể duy trì tính chất ổn định trong điều kiện khí hậu nhiệt đới, điều này rất quan trọng cho các ứng dụng thực tiễn.

3.1. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường

Điều kiện môi trường như độ ẩm và nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến tính chất của vật liệu compozit. Nghiên cứu cho thấy rằng vật liệu có thể bị biến đổi tính chất khi tiếp xúc với độ ẩm cao hoặc nhiệt độ cực đoan. Tuy nhiên, việc sử dụng hạt nano BaTiO3 giúp cải thiện khả năng chống lại sự biến đổi này. Các thí nghiệm cho thấy rằng vật liệu compozit có thể duy trì tính chất ổn định trong thời gian dài, điều này mở ra nhiều cơ hội ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau.

IV. Kết luận và ứng dụng thực tiễn

Nghiên cứu về vật liệu compozit nano áp điện và tính chất cơ nhiệt trong khí hậu nhiệt đới đã chỉ ra rằng việc chế tạo và tối ưu hóa các vật liệu này là khả thi và có nhiều tiềm năng ứng dụng. Các vật liệu compozit này không chỉ có tính chất cơ học và điện tốt mà còn có khả năng hoạt động ổn định trong các điều kiện môi trường khắc nghiệt. Điều này mở ra hướng đi mới cho việc phát triển các sản phẩm công nghệ cao, từ cảm biến đến thiết bị điện tử, trong tương lai.

4.1. Tiềm năng ứng dụng

Các vật liệu compozit nano áp điện có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như công nghệ cảm biến, thiết bị điện tử và năng lượng tái tạo. Việc phát triển các sản phẩm từ vật liệu này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Nghiên cứu này mở ra nhiều cơ hội cho các nhà khoa học và kỹ sư trong việc phát triển các giải pháp công nghệ mới, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.