Luận văn thạc sĩ về tổng hợp carbon nanotubes từ khí CH4 bằng phương pháp lắng đọng hơi hóa học CVD

Vật liệu carbon nanotubes (CNTs) đã thu hút sự chú ý lớn trong cộng đồng khoa học do những đặc tính vượt trội của chúng. CNTs có cấu trúc hình ống với đường kính nano và chiều dài có thể lên đến hàng micromet. Đặc điểm cấu trúc này mang lại cho chúng nhiều tính chất ưu việt như độ bền cơ học cao, khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt. Việc tổng hợp vật liệu nano này từ khí CH4 bằng phương pháp CVD trên đế thép FeCrAl được xem là một giải pháp khả thi cho việc sản xuất CNTs với chi phí thấp và hiệu suất cao. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng CNTs có thể được sử dụng trong nhiều ứng dụng như cảm biến, vật liệu tích trữ năng lượng và thiết bị điện tử. Như vậy, việc nghiên cứu tổng hợp CNTs từ nguồn nguyên liệu khí tự nhiên không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn có giá trị thực tiễn trong ngành công nghiệp.

Phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) là một trong những phương pháp phổ biến nhất để tổng hợp CNTs. Quá trình này diễn ra ở nhiệt độ cao, nơi khí CH4 được chuyển hóa thành các phân tử carbon, sau đó lắng đọng trên bề mặt đế thép FeCrAl. Việc lựa chọn đế thép không gỉ giúp tăng cường khả năng tái sử dụng và giảm chi phí sản xuất. Kết quả nghiên cứu cho thấy nhiệt độ lò CVD tối ưu cho việc hình thành CNTs là 850°C với lưu lượng khí CH4 là 100 sccm và thời gian hoạt hóa 2 phút. Những điều kiện này đã dẫn đến việc hình thành CNTs loại đa tường với tỷ lệ ID/IG là 1,1, cho thấy chất lượng của sản phẩm tổng hợp. Việc áp dụng phương pháp CVD cho thấy tiềm năng lớn trong việc sản xuất CNTs với quy mô công nghiệp.

CNTs có nhiều đặc tính nổi bật như độ bền cơ học cao, khả năng dẫn điện và dẫn nhiệt tốt, cùng với khả năng phát xạ trường. Những đặc tính này làm cho CNTs trở thành vật liệu lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghệ cao. Ví dụ, CNTs được sử dụng trong chế tạo siêu tụ điện, điện cực cho pin Lithium, cảm biến khí và cảm biến sinh học. Đặc biệt, với khả năng dẫn điện vượt trội, CNTs đã được ứng dụng trong các thiết bị điện tử và cảm biến. Việc nghiên cứu và phát triển CNTs từ nguồn khí CH4 không chỉ mở ra cơ hội mới cho ngành công nghiệp mà còn đóng góp vào việc phát triển các công nghệ xanh, bền vững.

Nghiên cứu tổng hợp CNTs từ khí CH4 bằng phương pháp CVD trên đế thép FeCrAl đã chỉ ra rằng đây là một phương pháp hiệu quả và khả thi cho việc sản xuất CNTs. Những kết quả đạt được không chỉ có giá trị trong việc phát triển công nghệ tổng hợp vật liệu nano mà còn mở ra hướng đi mới cho ứng dụng CNTs trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai có thể bao gồm việc tối ưu hóa quy trình tổng hợp, nghiên cứu các ứng dụng mới cho CNTs, và phát triển các phương pháp sản xuất bền vững hơn. Việc khai thác nguồn khí thiên nhiên như CH4 sẽ đóng góp vào việc phát triển công nghệ sạch và tiết kiệm tài nguyên.