Nghiên cứu chế tạo vật liệu graphene nanomatrix từ cao su tự nhiên

• Tác giả: Nguyễn Hải Quân
• Người hướng dẫn: PGS. Nguyễn Thu Hà
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo vật liệu graphene nanomatrix trên cơ sở cao su tự nhiên
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: CAO SU TỰ NHIÊN
• 1.1. Giới thiệu chung
• 1.2. Thành phần và cấu trúc hóa học của cao su tự nhiên
• 1.3. Tính chất của cao su tự nhiên
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU CAO SU NANOCOMPOZIT VÀ CAO SU NANOMATRIX
• 2.1. Vật liệu cao su nanocompozit
• 2.2. Vật liệu nanocompozit trên cơ sở cao su tự nhiên
• 2.3. Giới thiệu về cấu trúc nanomatrix
• 2.4. Vật liệu nanomatrix trên cơ sở cao su tự nhiên
• 2.4.1. Giới thiệu chung
• 3. CHƯƠNG 3: TÍNH CHẤT CỦA GRAPHENE
• 3.1. Giới thiệu chung
• 3.2. Tổng hợp graphene oxide
• 3.3. Vật liệu dựa trên cơ sở graphene oxide
• 3.4. Tính chất và ứng dụng của graphene oxide
• 3.5. Phản ứng ghép lên mạch cao su tự nhiên
• 3.5.1. Tổng quan về phản ứng đồng trùng hợp ghép hình thành copolymer ghép
• 3.5.2. Cơ chế đồng trùng hợp ghép ở trạng thái latex
• 3.6. Tình hình nghiên cứu trong nước và trên thế giới về vật liệu cao su nanomatrix và graphene nanomatrix trên cơ sở cao su tự nhiên
• 4. NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 4.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị thí nghiệm
• 4.2. Các phương pháp tổng hợp và chế tạo vật liệu
• 4.2.1. Quy trình tổng hợp graphene oxide từ graphite
• 4.2.2. Quy trình tách bỏ protein khỏi cao su tự nhiên
• 4.2.3. Chế tạo vật liệu DPNR-G bằng quá trình đồng trùng hợp ghép ở trạng thái latex
• 4.3. Các phương pháp nghiên cứu
• 4.3.1. Nghiên cứu cấu trúc vật liệu
• 4.3.2. Phương pháp quang phổ hồng ngoại FT-IR
• 4.3.3. Phương pháp hiển vi điện tử quét (SEM)
• 4.3.4. Phương pháp hiển vi điện tử truyền qua (TEM)
• 4.3.5. Phương pháp phân tích nhiệt lượng quét vi sai (DSC)
• 4.3.6. Phương pháp phân tích nhiệt trọng lượng (TGA)
• 4.3.7. Nghiên cứu tính chất cơ học của vật liệu
• 4.3.8. Phương pháp xác định độ hấp thụ sóng điện từ
• 5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 5.1. Cấu trúc hình thái của vật liệu DPNR-G
• 5.1.1. Kết quả phân tích XRD
• 5.1.2. Kết quả phân tích FT-IR
• 5.1.3. Hình thái bề mặt của GO qua SEM
• 5.1.4. Hình thái cấu trúc của DPNR-G qua TEM
• 5.2. Đặc tính nhiệt của vật liệu DPNR-G
• 5.2.1. Kết quả phân tích DSC
• 5.2.2. Kết quả phân tích TGA-DTA
• 5.3. Cơ tính của vật liệu DPNR-G
• 5.3.1. Độ bền kéo đứt
• 5.4. Độ chắn sóng điện từ
• 5.5. Định hướng ứng dụng của vật liệu DPNR-G
• 5.5.1. Ứng dụng trong bọc các thiết bị phát sóng điện từ
• 5.5.2. Ứng dụng trong quân sự
• 5.5.3. Ứng dụng để tăng cường các tính chất cho các vật liệu cao su, nhựa hay polyme khác
• 5.5.4. Ứng dụng tạo vật liệu dẫn điện có tính chất mềm dẻo
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC: CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ

I. Tổng quan về nghiên cứu vật liệu graphene nanomatrix từ cao su tự nhiên

Nghiên cứu vật liệu graphene nanomatrix từ cao su tự nhiên đang thu hút sự chú ý lớn trong lĩnh vực khoa học vật liệu. Graphene, với cấu trúc hai chiều và tính chất vượt trội, khi kết hợp với cao su tự nhiên tạo ra một loại vật liệu mới với nhiều ứng dụng tiềm năng. Vật liệu này không chỉ cải thiện tính chất cơ học mà còn nâng cao khả năng chống chịu nhiệt và điện từ, mở ra hướng đi mới cho ngành công nghiệp chế tạo.

1.1. Đặc điểm nổi bật của graphene và cao su tự nhiên

Graphene là một dạng carbon có cấu trúc tổ ong, mang lại độ bền và tính dẫn điện cao. Cao su tự nhiên, với tính đàn hồi và khả năng chống mài mòn, khi kết hợp với graphene sẽ tạo ra vật liệu có tính chất cơ học vượt trội hơn hẳn so với cao su thông thường.

1.2. Lịch sử nghiên cứu vật liệu nanomatrix

Nghiên cứu về vật liệu nanomatrix bắt đầu từ những năm gần đây, với sự phát triển của công nghệ nano. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng graphene trong cao su tự nhiên có thể cải thiện đáng kể các tính chất cơ lý của vật liệu.

II. Thách thức trong việc chế tạo vật liệu graphene nanomatrix

Mặc dù có nhiều tiềm năng, việc chế tạo vật liệu graphene nanomatrix từ cao su tự nhiên vẫn gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như sự phân tán đồng đều của graphene trong cao su, cũng như việc tối ưu hóa quy trình sản xuất là những yếu tố cần được giải quyết để đạt được hiệu quả cao nhất.

2.1. Vấn đề phân tán graphene trong cao su

Một trong những thách thức lớn nhất là làm sao để graphene có thể phân tán đều trong cao su tự nhiên. Sự không đồng nhất có thể dẫn đến việc giảm hiệu suất của vật liệu cuối cùng.

2.2. Quy trình sản xuất và tối ưu hóa

Quy trình sản xuất vật liệu graphene nanomatrix cần được tối ưu hóa để đảm bảo chất lượng và hiệu suất. Việc lựa chọn các chất khơi mào và điều kiện phản ứng là rất quan trọng trong quá trình này.

III. Phương pháp chế tạo vật liệu graphene nanomatrix hiệu quả

Để chế tạo vật liệu graphene nanomatrix từ cao su tự nhiên, nhiều phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng. Các phương pháp này không chỉ giúp cải thiện tính chất của vật liệu mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3.1. Phương pháp đồng trùng hợp ghép

Phương pháp đồng trùng hợp ghép giữa graphene và cao su tự nhiên ở trạng thái latex đã được chứng minh là hiệu quả. Phương pháp này giúp tạo ra liên kết chặt chẽ giữa hai thành phần, nâng cao tính chất cơ học của vật liệu.

3.2. Quy trình điều chế graphene từ graphite

Quy trình điều chế graphene từ graphite thương mại thông qua phương pháp Hummers là một bước quan trọng. Phương pháp này giúp tạo ra graphene với chất lượng cao, sẵn sàng cho việc kết hợp với cao su tự nhiên.

IV. Ứng dụng thực tiễn của vật liệu graphene nanomatrix

Vật liệu graphene nanomatrix từ cao su tự nhiên có nhiều ứng dụng thực tiễn trong các lĩnh vực khác nhau. Từ ngành công nghiệp chế tạo đến y tế, vật liệu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích.

4.1. Ứng dụng trong ngành công nghiệp chế tạo

Vật liệu graphene nanomatrix có thể được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm cao su có tính năng cao, như lốp xe, găng tay y tế, và các thiết bị điện tử. Tính chất cơ học vượt trội giúp tăng cường độ bền và tuổi thọ sản phẩm.

4.2. Ứng dụng trong lĩnh vực y tế

Với khả năng chống vi khuẩn và tính chất đàn hồi, vật liệu này có thể được ứng dụng trong sản xuất các thiết bị y tế như găng tay phẫu thuật, giúp nâng cao an toàn cho người sử dụng.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của vật liệu graphene nanomatrix

Nghiên cứu và phát triển vật liệu graphene nanomatrix từ cao su tự nhiên đang mở ra nhiều cơ hội mới. Với những tính chất vượt trội, vật liệu này có thể trở thành một phần quan trọng trong ngành công nghiệp vật liệu trong tương lai.

5.1. Triển vọng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa quy trình sản xuất và mở rộng ứng dụng của vật liệu graphene nanomatrix. Điều này sẽ giúp nâng cao giá trị của vật liệu trong thị trường.

5.2. Tác động đến ngành công nghiệp

Vật liệu graphene nanomatrix có thể tạo ra những thay đổi lớn trong ngành công nghiệp chế tạo, từ việc cải thiện chất lượng sản phẩm đến giảm chi phí sản xuất. Sự phát triển này sẽ góp phần thúc đẩy nền kinh tế bền vững.