Carbon Nano Tubes Seminar

CARBON NANOTUBES

-

SEMINAR This is the compilation of carbon nanotubes up to 6/2012 for the seminar of nanotech chemistry subject – compiled and edited : Nguyen Quoc Hoang and Ngo Ngoc Chi Thanh – master course of chemistry course 3

NANOTECH CHEMISTRY

NANOTECH-CHEM SEMINAR

Table of Contents I. TỔNG QUAN V Ề CARBON NANOTUBE ....................................................................................................... 3 Giới thiệu .................................................................................................................................................. 3 I.2 Lịch sử nghiên cứu ............................................................................................................................... 5 I.3 PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC CỦA CÁC DẠNG CNTs ................................................................................. 7

I.3.1 CNTs đơn lớ p (SW-CNTs)............................................................................................................... 8 I.3.2 Nano đa lớ p (MWNTS) ................................................................................................................ 11 I.3.3 So sánh SWNTs và MWNTs ......................................................................................................... 16 I.3.4 Một s ố dạng CNTs khác: .............................................................................................................. 18 I.4 Tính ch ấ t của Carbon nanotube ......................................................................................................... 21

1.4.1 Đặc tính cơ họ c: ......................................................................................................................... 21 I.4.2 Tính d ẫn điện .............................................................................................................................. 22 I.4.3 Cách tính khả năng dẫn điện của CNTs ....................................................................................... 24 I.4.4 Tính ch ấ t nhiệt ............................................................................................................................ 25 I.4.5 Tính ch ấ t quang học .................................................................................................................... 25 I.4.6 Sự truy ền tải một chi ề ều và khuy ế t tật: ....................................................................................... 26

II. Độc tính ................................................................................................................................................... 27 III. CÁC PHƯƠNG PHÁP CHẾ TẠO ................................................................................................................ 28 III.1 Cơ chế mọc ống nano cácbon .......................................................................................................... 28 III.2 Ch ế tạo vật liệu CNTs b ằng phương pháp lắng đọng pha hơi hoá học (CVD)................................. 29 III.3 Ch ế tạo CNTs b ằng phương pháp phóng điện h ồ quang ................................................................. 30 III.4 Ch ế tạo CNTs dùng ngu ồn laser ....................................................................................................... 31 III.5 Ch ế tạo CNTs b ằng phương pháp nghiền bi và ủ nhiệt ................................................................... 32 IV Ứng dụng: ............................................................................................................................................... 33 IV.1 Các ứng dụng hiện nay: ................................................................................................................... 34 IV.2 Trong k ế t c ấ u của vật liệu: ............................................................................................................... 34 IV.3 Trong mạch điện: ............................................................................................................................. 34

IV.4 Trong dây điệ n và dây cáp ............................................................................................................... 34 IV.5 Trong ch ế tạo pin gi ấ ấ y (paper batteries): ........................................................................................ 35 IV.6 Pin mặt trời: ..................................................................................................................................... 35

1|Page NGO NGOC CHI THANH- NGUYEN QUOC HOANG CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012

NANOTECH-CHEM SEMINAR IV.7 Trong lưu trữ hydrogen: .................................................................................................................. 35 IV.8 Hiệu quả của CNTs trong việc h ấ p thụ hydrogen bị giới hạn: ......................................................... 36 IV.9 Trong siêu tụ điện (untracapacitor): ................................................................................................ 36 IV.10 Trong h ấ p thụ sóng radar: ............................................................................................................. 36 IV.11 Trong y học: ................................................................................................................................... 37 IV.12 Các ứng dụng khác ......................................................................................................................... 37 V. G ắn nhóm chức ....................................................................................................................................... 38 V.1. G ắn nhóm chức b ằng cách sử dụng các nguyên t ố kim loại, hợp ch ất vô cơ, và các hợp ch ấ t Grignard: ................................................................................................................................................. 38 V.2. G ắn nhóm chức CNTs trong môi trường acid mạnh có chứa các ch ấ t có oxy. ................................ 39 V.3. G ắn nhóm chức CNTs b ằng các hợp ch ấ t chứa nhóm alkyl hoặc vòng thơm ................................. 39 V.4. Chức hóa ống nano b ằng các hợp ch ấ t chứa nhóm chức amin ( amido) mạch th ằng hay vòng thơm........................................................................................................................................................ 40 V.5. Chức hóa ống nano carbon b ằng các hợp ch ấ t chứa nhóm chức sulfur. ........................................ 41 V.6. Chức hóa ống nano b ằng hợp ch ất vòng đại phân tử ..................................................................... 41 References: ................................................................................................................................................. 43



I. TỔNG QUAN VỀ CARBON NANOTUBE Giới thiệu Sự tiến b ộ vượ t b ậc trong nghiên c ứu và phát tri ển v ật li ệu, đặc bi ệt là vật li ệu kích thướ c nano đã đưa công nghệ nano đi đầu trong sự phát triển khoa học – công ngh ệ. Trong s ố những vật liệu liên quan đến sự khởi đầu và tiến triển của công ngh ệ nano, fullerene và carbon nanotubes

(CNTs) là hai v ật liệu quan trọng và đáng chú ý nhất. Fullerene là nh ững cụm/phân tử carbon lớ n, n, trong hình d ạng của một khối cầu rỗng, elip hoặc ống. Ống nano là lo ại cấu trúc fullerene, trong đó cũng bao gồm cả buckyball. Trong khi

buckyball có d ạng hình cầu, một ống nano l ại có dạng hình tr ụ, vớ i ít nhất một đầu đượ c phủ bở i một bán cầu có cấu trúc buckyball.



a) kim cương; b) than chì; c) Lonsdaleite – kim cương hình lục giác; d) C60

(Buckminsterfullerene or buckyball); e) C540; f) C70; g) Carbon vô định hình; h) Carbon nanotubes đơn lớ p. p.

Các ống nano carbon (CNTs), được coi như một dạng thù hình m ớ i của carbon. Một ống nano đơn lớ p là một tấm than chì độ dày 1 nguyên t ử carbon cu ộn tròn lại thành một hình trụ liền. Tên

của chúng được đặt theo hình d ạng, do đườ ng ng kính c ủa ống nano vào c ỡ vài nanometer (x ấp x ỉ nhỏ hơn 50.000 lần sợi tóc), trong khi độ dài của chúng có th ể lên tớ i vài milimete. Vớ i tỉ lệ chiều dài/đườ ng ng kính lớn như thế nên có thể xem CNTs là d ạng fullerenes m ột chiều. Điều đặc biệt ở CNTs là nó có nhi ều tính năng khác thường, ưu việt hơn hẳn các loại vật liệu khác như bền hơn thép nhiều lần, cứng hơn kim cương, dẫn điễn tốt hơn đồng, dẫn nhiệt t ốt hơn kim cương… Vớ i nh ững tính chất cơ, nhiệt, điện ưu việt như thế, CNTs có ti ềm năng ứng dụng

to l ớ n trong các ngành công ngh ệ nano, điện tử, quang học, v ật li ệu và y dượ c. c. Hiện nay, CNTs đượ c ứng d ụng rộng rãi như chất ph ụ gia tăng cường tính năng cho nhiề u lo ại v ật li ệu như nhựa

và sợi carbon…

Các ống nano carbon đượ c phân thành 2 lo ại chính là các ống đơn lớp (SWNTs) và đa lớ p (MWNTs).



I.2 Lịch sử nghiên cứu Vào đầu thập niên 50 của thế kỷ trướ c, c, hai nhà khoa h ọc Nga, L. V. Radushkevich và V. M.

Lukyanovich, tuyên b ố việc ch ế tạo ống than nano l ần đầu tiên trong bài báo cáo đăng trên tạp chí hóa h ọc vật lý Nga “Soviet Journal of Physical Chemistry” năm 1952. Vì viết bằng tiếng Nga và ảnh hưở ng ng chính tr ị do chiến tranh l ạnh đương thờ i,i, nên sự giao lưu thông tin khoa học bị giớ i hạn khiến bài báo chìm vào quên lãng. Hơn hai mươi năm sau, Oberlin, Endo và Koyama đã đăng hình ả nh rõ rang c ủa sợ i carbon rỗng ỡ nanometer nanometer đượ c tổng hợ p bằng cách sử dụng Crystal Growth năm 1976. Công với đườ ng ng kính cỡ

trình của Endo nhằm phân tích c ấu trúc bên trong c ủa s ợ i carbon đượ c ch ế tạo bằng cách nhi ệt ở 1000 1000 độ C, và làm sáng t ỏ cơ chế hình thành của chúng để điều phân benzene và ferrocene ở

khiển việc sản xuất sợ i carbon quy mô l ớ n (loại sợi này còn đượ c gọi là vapor grown carbon fibers; VGCFs). Nhi ều điều kiện tổng hợ p đã đượ c thử nghiệm nhằm tạo loại sợ i mỏng (<100 nm) để có thể chụp đượ c b ằng kính hiển vi điện t ử truyền qua độ phân giải cao (HRTEM). V ớ i

những hình ảnh thu đượ c, c, cho thấy quá trình nhi ệt phân có th ể sản xuất các ống graphite kích thước nano, và đó cũng là những hình ảnh đầu tiên về SWNTs và MWNTs. Một lần nữa, bài báo đã không tạo đượ c s ự ảnh hưở ng ng lớ n v ớ i c ộng đồng nghiên c ứu khoa học vì lúc đó họ đang tập

trung nghiên c ứu vi ệc chế tạo và sản xuất đại trà sợi carbon kích thướ c micro t ừ sự nhiệt phân polyacrylonitrile mà hi ện giờ là một sản phẩm gia cườ ng ng phổ biến trên th ị trườ ng ng cho các lo ại composite.



a) Hình HRTEM của hai SWNTs c ắt nhau vớ i lớ p phủ carbon vô định hình b) Hình ảnh phóng to c ủa một ống grapheme riêng l ẻ và đượ c cho là hình ảnh đầu tiên về SWNTs. Đườ ng ng kính ống khoảng 4 nm.

c) Hình ảnh HRTEM của một MWNTs bên trên cùng v ớ i một SWNTs đượ c chỉ thị bằng mũi tên. Sau đó, John Abrahamson đã trình bày bằng chứng của ống nano carbon t ại Biennial Conference

of Carbon l ần thứ 14 ở trường ĐH Penn State nawmg1979. Báo cáo đã mô tả các ống nano carbon là nh ững sợi carbon đượ c sản xuất trên các cực dương bằng carbon trong quá trình phóng điện hồ quang.

Trong nawmg 1981, m ột nhóm các nhà khoa h ọc Nga đã đăng kết qu ả nghiên cứu đặc tính cấu trúc và hóa h ọc của các hạt nano carbon b ằng phương pháp oxy hóa khử xúc tác nhi ệt (thermalcatalytical disproportionation) v ớ i carbon monoxide. V ớ i các kết quả TEM và XRD, các tác giả đã đưa ra giả thiết những tinh th ể ống carbon đa lớp đượ c t ạo thành bằng việc cu ộn các lớ p grapheme thành hình tr ụ. Ngoài ra, một đăng ký phát minh của H. G. Tennent thu ộc Công ty Hyperion Catalyst International (M ỹ) năm 1987 đã tuyên bố cách sản xuất các sợ i carbon nh ỏ rờ i hình trụ “cylindrical discrete carbon fibrils” với đườ ng ng kính kho ảng 3,5 – 70 nm và chiều dài gấp 100 lần đườ ng ng kính. Các ống than cũng đượ c cho là t ạo nên bở i các tấm grapheme cuộn lại thành một

vùng bên ngoài g ồm nhiều lớ p liên tục có bề dày cỡ nguyên tử carbon và m ột lõi rỗng bên trong.



Nhưng phần lớ n các tài li ệu thông dụng và học thuật đều công nh ận sự khám phá ra các ống than

graphite r ống, kích thướ c nano là c ủa Sumio Iijima thu ộc Công ty điện lực Nippon năm 1991. Iijima đã dùng HRTEM và nhiễu xạ electron để đưa ra sự tồn tại của vi ống carbon xo ắn (nay gọi

là ống nano) bao gồm các ống grapheme l ồng nhau.

Vật liệu này đượ c tạo ra từ quá trình phóng điện hồ quang vớ i mục đích tạo cấu trúc fullerene t ừ carbon nguyên t ử. Những ống lồng nhau đồng trục này có kho ảng cách giữa các lớ p khoảng 3,4 Angtron lớn hơn khoảng cách giữa các lớ p graphite kho ảng 3,35 Angtron. Iijima đã liên hệ sự khác nhau này v ớ i sự kết hợ p của việc uốn cong các t ấm grapheme và lực Van der Waals yếu hơn giữa các ống liền kề.

Từ đó, Ebbesen và Ajayan đã đưa ra phương pháp chế tạo CNTs quy mô l ớ n s ử dụng k ỹ thuật phóng điện hồ quang. Các ống nano thu đượ c từ kết tủa bên trong t ạo ra bởi điện cực graphite ở điề điều kiện tối ưu của áp suất và dòng điện DC. phóng hồ quang trong môi trườ ng ng khí He ở

Ngày nay, CNTs có th ể đượ c sản xuất bằng cách s ử dụng một loạt các quá trình như phóng điện hồ quang, nhi ệt phân hydrocarbon trên các h ạt kim loại, hóa hơi các đối tượ ng ng graphite b ằng laser, hóa hơi carbon bằng b ức xạ mặt trời, và điện phân b ằng điện cực carbon trong các mu ối

ion nóng ch ảy.

I.3 PHÂN LOẠI VÀ CẤU TRÚC CỦA CÁC DẠNG CNTs Liên kết trong CNTs là sp2, v ớ i mỗi nguyên t ử carbon liên k ết vớ i 3 nguyên t ử lân cận như trong graphite. Vì th ế, ống nano được xem như những tấm grapheme cuộn lại, một dạng fullerenes hình trụ. Cấu trúc liên k ết này mạnh hơn liên kết sp3 trong kim cương tạo cho CNTs độ cứng độc



nhất. Các ống CNTs có nhi ều dạng khác nhau nhưng chủ yếu đượ c phân làm hai lo ại chính là ống đơn lớ p và ống đa lớ p. p. I.3.1 CNTs đơn lớp (SW -CNTs)

Một ống SW-CNTs đượ c tạo thành bở i các nguyên t ử carbon liên k ết vớ i nhau s ắp xếp trong một mạng lướ i lục giác. Các ống thườ ng ng bị giớ i hạnh ít nhất một đầu bở i một bán cầu buckyball. H ầu hết SWNTs và C60 fullerene có đườ ng ng kính kho ảng 1nm. Một s ố SWNTs có đườ ng ng kính từ 0,4 – 5 nm. SWNTs không t ồn tại riêng lẽ trong tự nhiên, lực Van der Waals gi ữa các phân t ử khiến

chúng kết tụ thành chum ho ặc dây.

Hình:

A) Ống nano carbon đơn lớ p SWNTs B) Hình SEM của SWNTs C) Hình TEM của SWNTs kết chùm vớ i các hạt nano kim loại



D) Hình ảnh TEM độ phân gi ải cao của một bó SWNTs gồm trên 25 ống và một ít carbon vô định hình ở trên thành.

Cách mà tấm grapheme cu ộn lại theo các hướng khác nhau đượ c biểu diễn bở i một căp chỉ số nguyên (n,m) gọi là vector chiral. Các s ố nguyên n và m là s ố của các vector đơn vị dọc theo hai hướng trong lướ i tinh thể hình tổ ong của grapheme. SWNTs v ới các vector đối quang khác nhau

có tính chất cơ, điện và quang h ọc không giống nhau.

Cấu trúc của SWNT đƣợ c khảo sát d ự a trên tấm grapheme d ạng 2D

Với a1 và a2 là các vector đơn vị của grapheme trong không gian th ực. Giá trị n, m có thể tính đượ c ở ở đầ đầu cuối của ống CNTs.



Nếu m = 0, ống nano đượ c gọi là “zigzag”. Nếu n = m, ống nano đượ c gọi là ghế bành “armchair”. Vớ i các giá tr ị khác, chúng đượ c gọi là dạng đối quang “chiral”. Ở dạng không đối

quang (non- chiral) như armchair và zigzag, các lướ i tổ ong ở trên và dướ i của ống luôn song song vớ i trục ống. Còn dạng chiral thì nghiêng m ột góc bằng góc chiral .

Hình: Cấu trúc armchair (m,m); zigzag (n,0) và chiral (n,m) c ủa ống nano đơn lớ p

Các chỉ số (m,n) cũng có thể được dùng để tính đườ ng ng kính của ống như sau: Vớ i a=1,42 x √  Angtron là hằng số lướ i lục giác trong graphite. (1,42 Antron là kho ảng cách CC cho lai hóa sp2 carbon). Ngoài chỉ số (m,n) để xác định cấu trúc ống nano còn dùng góc nghiêng . Vớ i  = 0, (m,n) = (p,0), p là một số nguyên, ống dạng zigzag  = +/- 30o , (m,n) = (2p, -p) ho ặc (p,p), ống dạng armchair 10 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012


Góc chiral  (góc giữa Ch và hướng zigzag) được xác định như sau:

SWNTs là một loại quan trọng của vật liệu CNTs bở i hầu hết tính chất của nó thay đổi một cách đáng kể vớ i tr ị số (m,n), và sự thay đổi này không bi ến đổi đều theo (m,n). Đặc bi ệt là tính ch ất điện, SWNTs có năng lượ ng ng vùng cấm (band gap) thay đổi từ 0 – 2 eV và kh ả năng dẫn điện có

thể giống kim loại hoặc bán dẫn. Vì thế SWNTs đang đượ c nghiên c ứu để có thể ứng dụng trong vi điện tử. Hơn nữa, với kích thướ c kính ống cỡ 1 nanomete SWNTs thích h ợ p làm vi mạch siêu

nhỏ trong công ngh ệ vi điện tử. Ống nano đơn lớ p có chi phí s ản xuất cao. Năm 2000, mỗi gram SWNTs có giá kho ảng 1500

USD. Đến năm 2007, một vài nhà cung c ấp đã phân phối SWNTs vào khaongr 50 -100 USD/gram. Hiện nay giá 1 gram SWNTs hàm lượ ng ng 40 – 60 % khối lượ ng ng khoảng 50 USD, c ập nhật tháng 3 năm 2010. Việc phát triển các phương pháp tổng h ợ p hi ệu qu ả hơn là rất c ấn thiết cho tương lai của công ngh ệ nano. Nếu không th ể phát triển các phương pháp tổng h ợ p rẻ hơn,

nó sẽ trở thành rào c ản về mặt tài chính trên con đường đưa ống nano đơn lớ p vào ứng dụng thực tế. I.3.2 Nano đa lớp (MWNTS)

Ống nano đa lớ p gồm nhiều lớp than chì. Có hai mô hình đượ c sử dụng để miêu tả MWNTs.

Trong mô hình th ứ 1 có tên gọi: Russion doll, MWNTs g ồm nhiều ống SWNTs đơn lồng vào nhau. Trong mô hình th ứ 2: Parchment, MWNTs đượ c mô tả như một tấm đơn graphite đượ c cuộn xung quanh chính nó, gi ống như một cuộn giấy da hoặc tờ báo cuộn tròn lại. Khoảng cách giữa các lớp trong MWNTs tương đương khoảng cách các l ớ p graphite trong c ấu trúc than chì, xấp xỉ 3,4 Angtron. Do đó, MWNTs có đườ ng ng kính l ớn hơn SWNTs (khoảng 1,5 – 100 nm hoặc hơn), và có độ trơ hóa học cao hơn.

11 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012


Cơ cấu Russian doll đượ c quan sát thây ph ổ biến hơn. Từng lớ p vỏ của nó đượ c mô tả như

những SWNTs, có thể mang tính kim lo ại hoặc bán dẫn. Bở i xác suất thống kê về sự hạn chế về đường kính tương đối c ủa các ống riêng l ẻ, m ột trong những l ớ p v ỏ, và vì vậy MWNTs thườ ng ng

là một kim loại có năng lượ ng ng vùng cấm bằng 0 (zero-gap). Giống như SWNTs, MWNTs cũng bị lực Van der Waals k ết t ụ nhưng ảnh hưởng ít hơn. Vì thế, cùng vớ i cấu trúc không đồng nhất của mình mà MWNTs thườ ng ng tồn tại ở dạng ống và t ạo rất ít chùm kết tụ.



Hình:

F) Hình SEM của MWNTs kết tụ G) Hình TEM của MWSTs H) Hình HRTEM của MWNTs vớ i khoảng 20 lớ p trên mỗi thành



Tuy nhiên, hình d ạng sản phẩm MWNTs và SWNTs giống nhau

Hình:

C) MWNTs dạng bột đượ c chế tạo theo phương pháp phóng điện D)SWNTs dạng bộtđượ c chế tạo theo phương pháp Rice HiPco. MWNTs hai lớp đượ c gọi là DWNTs, nó là một loại đặc biệt của CNTs bở i hình thái và tính ch ất của nó tương tự như SWNT nhưng độ bền hóa học đượ c cải thiện đáng kể. Điều này đặc biệt quan trọng khi cần biến tính (ghép các ch ức năng hóa học lên bề mặt ống) để thêm các thuộc tính 14 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012


mới cho CNTs. Trong trườ ng ng h ợ p của SWNT, biến tính cộng hóa trị sẽ phá vỡ một số liên kết C=C, đẻ lại l ỗ hổng trong cơ cấu CNTs và do đó thay đổi các thuộc tính cơ, điện. Trong trườ ng ng

hợ p của DWNT, chỉ co l ớ p bên ngoài b ị sửa đổi. Việc t ổng h ợ p SWNTs trên quy mô gram l ần đầu tiên được đề xuất năm 2003 dùng kỹ thuật CVD, sử dụng quá trình kh ử chọn l ọc dung dịch

oxit trong methane và hydro.

Vớ i khả năng chuyển động lồng nhau co giãn đượ c của các lớ p vỏ bên trong và cơ tính độc nhất của mình, mở ra khả năng ứng dụng MWNTs như những cánh tay di động tỏng các thi ết bị vi cơ tương lai. Tuy nhiên, MWNTs lại ít được chú ý hơn SWNTs vì sự phức t ạp c ủa nó, mỗi l ớ p v ỏ

có thể mang các tính ch ất khác nhau và có s ự tương tác giữa các lớ p. p.



I.3.3 So sánh SWNTs và MWNTs

Hình chụp TEM của carbon nanotube

Hình chụp SEM của CNTs kết tụ





I.3.4 Một số dạng CNTs khác:

Nanotorus

là một carbon nanotube u ốn cong thành m ột hình xuyến. Nanotorus đượ c dự đoán là

có nhiều tính chất độc đáo, chẳng h ạn như momen từ lớn hơn 1000 lần so vớ i d ự kiến trướ c đó cho một số bán kính c ụ thể. Những tính chất như momen từ, bền nhiệt … thay đổi nhiều tùy thuộc vào bán kính c ủa hình xuyến và bán kính c ủa ống. Nanobud:

Là m ột v ật li ệu m ới đượ c phát hiện, t ạo nên sự kết h ợ p hai dạng thù hình c ủa carbon là carbon nanotube và fullerene. Trong v ật li ệu mớ i này, fullerene gi ống như chồi là liên k ết c ộng hóa tr ị vớ i l ớp ngoài là CNT cơ bản. V ật li ệu lai (hybrid) này có tính ch ất h ữu ích cho cả hai fullerene và CNTs. Đặc biệt, chúng có kh ả năng phát xạ trường điện tử cực tốt. Trong các v ật liệu

composite, sự có m ặt c ủa các phân t ử fullerene có ch ức năng như các mẫu neo phân t ử giữ các ống nano không b ị trượt, do đó cải thiện cơ tính của vật liệu. 18 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012

NANOTECH-CHEM SEMINAR Nanopeapod:

Là một v ật li ệu lai mớ i l ạ, nó chứa các phân t ử fullerene bên trong CNTs. Nó có th ể có các tính chất từ lý thú vớ i việc đun nóng hoặc chiếu xạ. Nó cũng có thể đượ c ứng dụng như một mạch dao động trong lúc nghiên c ứu lý thuyết và dự đoán. Carbon nanotubes x ếp chồng lên nhau (Cup-stacked carbon nanotubes – CSCNTs)



Là loại ống carbon v ớ i những cấu trúc carbon gi ả một chiều (quansi-1D) khác, nh ững loại thườ ng ng thể hiện tính dẫn điện giống kim loại. Còn CSCNTs bi ểu hiện tính bán d ẫn do vi k ết cấu

xếp chồng của các lớ p grapheme. Carbon nanotubes Extreme Cycloparaphenylene

Các hình ảnh c ủa ống CNTs dài nh ất là 18,5 cm đã được báo cáo trong năm 2009, các ống này đượ c phát triển trên n ền Si sử dụng kỹ thuật lắng đọng hóa học pha hơi (CVD) đượ c cải tiến.

Các ống CNTs ng ắn nhất là hợ p chất hữu cơ cycloparaphenylene đượ c tổng hợp vào đầu năm 2009. Các ống CNTs mỏng nhất là armchair (2,2) CNT v ới đườ ng ng kính 3 Angtron. Ống nano này đượ c phát triển bên trong m ột ống MW-CNTs. Việc xác định các dạng c ủa ống nano đượ c thực hi ện bằng sự kết hợp các phương pháp HRTEM, ph ổ Raman và tính toán mô hình cơ học lượ ng ng t ử (thuyết mật độ chức năng – DFT). Ống nano đơn lớ p m ỏng nhất ở dạng tự do có đườ ng ng kính kho ảng 4,3 Angtron. Các nhà nghiên

cứu đoán rằng nó có thể là 5,1 hoặc 4,2 SWNTs, nhưng chính xác loại nào vẫn còn nghi v ấn. Còn (3,3), (4,3) và (5,1) CNTs (đều có đườ ng ng kính kho ảng 4 Angtron) đã được xác định rõ ràng

bằng HRTEM được điều chỉnh chính xác hơn. Tuy nhiên, chúng đượ c tìm thấy bên trong các ông nano carbon hai l ớ p. p.



I.4 Tính chất của Carbon nanotube 1.4.1 Đặc tính cơ học:

CNTs là vật liệu bền nhất và cứng nhất từng đượ c khám phá trong các th ử nghiệm về độ bền kéo và module đàn hồi. Khả năng này cảu CNTs là do liên k ết cộng hóa tr ị sp2 giữa các carbon

nguyên tử. Năm 2000, một ống nano carbon đa lớp đượ c thử nghiệm có một sức bền đến 62 GPa. Để minh hoạc, s ức căng 6422 kg. Những nghiên c ứu ti ếp theo đã tiết l ộ các lớ p v ỏ CNT có sức

bền lên đến 100 GPa, phù h ợ p vớ i các tính toán lý thuy ết. Vì ống CNTs có kh ối lượ ng ng riêng ở thể rắn th ấp khoảng 1,3 – 1,4 g/cm3 nên s ức b ền c ủa nó lên đến 48.000 kN.m/kg, là v ật li ệu có độ bền cao nh ất từng biết. Nếu so với thép thường độ bền chỉ khoảng 154 kN.m/kg.

Nếu bị kéo căng quá mức, các ống sẽ trả qua biến dạng dẻo, có nghĩa là các biến dạng vĩnh viễn. Biến dạng này b ắt đầu vào khoảng 5%, và có th ể làm tăng sức căng tối đa các ống phải chịu trướ c khi bị bẻ gãy bằng cách gi ải phóng năng lượ ng ng biến dạng. Bảng: Cơ tính và mật độ của các lo ại sợ i

Vật liệu

Độ cứng (GPa)

Độ bền (GPa)

Độ căng (%)

Mật độ (kg/m3)

Thép

203

0.6

-

7.800

Nhôm

75

0,075

1

2.600

Sợ i carbon #(HS)

240

6,4

1,8

1.800

Sợ i carbon #(HM)

310

3,5

-

1.900

Sợ i carbon #(UHS)

825

-

-

1.900

Sợ i aramid (Kevlar)

180

3,5

3

1.440

CNTs

1000

80-150

5

1.400

Poly

2,5

0,06

0,1-1

1.200

(methylmethacrylate) GPa: giga pascal, 1 GPa = 10 9 Pa. Pa (=N/m2) là l ực trên một đơn vị điện tích Độ cứng (stiffness) còn g ọi là module Young Độ bền ở ở điểm điểm đứt (stress at break) Độ căng ở điểm ở điểm đứt (strain at break)



Bảng trên cho th ấy dù các trị số khác nhau nhưng cơ tính của CNTs nổi bật so vớ i thép và các loại sợi gia cườ ng ng (reinforcing fibers) hi ện có trên th ị trườ ng. ng. Nếu ta lấy trị số 1.000 GPa cho độ cứng và 100 GPa cho độ bền, ta thấy CNTs cứng hơn thép 5 lần, bền hơn thép 160 lần nhưng lại nhẹ hơn thép gần 6 lần, Có thẻ nói C NTs có cơ tính cao nhất so vớ i các vật liệu đượ c biết. Cơ tính của CNTs trong b ảng là của một ống riêng lẻ. Trên thực tế, các ống CNTs đơn lớ p không

tồn tại từng ống một mà nhiều ống xoắn vào nhau thành nh ững cụm hay bó. Còn các MWNTs thì bị tương tác trượ t yếu gi ữa v ỏ và ống liền kề làm giảm đáng kể sức bền. Do đó, độ bền của các ống MWNTs và bó ống SWNTs chỉ còn một vài GPa. Một kỹ thuật gần đây tạo cầu nối giữa các

lớ p vỏ và ống làm tăng độ bền vật li ệu lên đáng kể, khoảng 60 GPa đối vớ i MWNTs và 17 GPs đối vớ i các bó DWNTs.

CNTs không thật sự bền nén. Bở i có cấu trúc rỗng và h ệ số co cao, nên chúng có xu hướ ng ng b ị biến dạng cong khi ch ịu ứng suất nén, xoắn hay uốn. Các ống SWNTs tiêu chu ẩn có thể chịu áp suất lên tớ i 24 GPs mà không bị biến d ạng. Sau đó, chúng còn trải qua sự biến đổi thành các ống nano th ờ i kỳ siêu cứng. Áp suất tối đa đo đượ c cho SWNTs khoảng 55 GPa. Module đàn hồi c ủa các ống nano giai đoạn siêu cứng vào kho ảng 462 – 546 – 546 GPa, cao hơn cả kim cương 420 GPa. I.4.2 Tính dẫn điện

Ống than na no có đường kính vài nm đến vài chục nm nhưng có thể dài đến micromete, th ậm chí

milimete. Vì có khả năng dẫn điện, các CNTs có th ể xem như một dây dẫn điện có đườ ng ng kính cực nhỏ và là dây d ẫn điện lý tưở ng ng một chiều (1D). SWNTs là chất dẫn điện hay chất bán dẫn phụ thuộc vào đườ ng ng kính ống và góc chiral. Do tính đối xứng và cơ cấu điện t ử duy nhất của grapheme, cấu trúc của CNTs ảnh hưở ng ng mạnh mẽ đến

tính chất điện của nó, tức phụ thuộc vào cặp giá trị (m,n) Nếu m=n: CNTs có khả năng dẫn điện như kim loại (metallic) Nếu m-n = 3i: CNTs có khả năng như chất bán kim lo ại (semimetallic) v ớ i khoảng band gap nhỏ. i là một số nguyên. 22 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012


Nếu m-n ≠ 3i: CNTs là chất bán dẫn

Ví dụ: (6,0) CNT (zigzag, kim lo ại), (10,2) CNTs (bán d ẫn) và (10,10) CNT (armchair, kim loại). Do đó tất cả armchair CNTs là kim lo ại và (6,4), (9,1)… là bán dẫn. Tuy nhiên, nguyên t ắc này có ngo ại lệ, bở i vì hiệu ứng cong trong carbon nanotube có đườ ng ng kính nhỏ có thể ảnh hưở ng ng mạnh mẽ tính chất điện. Như vậy, (5,0) SWCNTs lại là kim lo ại bán dẫn trong thực tế theo các tính toán. Và ngượ c lại, SWCNTs zigzag và d ạng không đối xứng vớ i đườ ng ng kính nh ỏ có thể là kim loại có năng lượ ng ng band gap h ữu h ạn. Trong lý thuyết, nanotubes

kim loại có thể mang một mật độ điện 4x109 A/cm2 lớn hơn 1000 lần so vớ i các kim loại như đồng.

MWNTs vớ i liên kết các lớ p vỏ bên trong th ể hiện tính siêu d ẫn vớ i một nhiệt độ tương đối cao Tc = 12K. Ngượ c l ại, giá trị Tc lại th ấp hơn vớ i SWNTs dạng bó ho ặc cho MWNTs vớ i các lớ p vỏ bình thườ ng, ng, không có nội liên kết.



I.4.3 Cách tính khả năng dẫn điện

của CNTs

y0 = 2,7 ev: năng lượ ng ng của liên kết C-C aC-C: khoảng cách gần nhất của hai nguyên t ử C trong ống nano [=0,142 nm] d: đườ ng ng kính ống

Hình dạng ống tạo ra một tính chất đặc biệt rất quan trọng là sự truyền điện dạng đạn đạo (ballistic conduction). Đạn đạo ở ở đây đây có nghĩa là quá trình truyền điện trong đó electron di động

thẳng theo một phương hướ ng ng nhất định. không b ị vướ ng ng mắc và không có s ự va chạm đến các nguyên tử của v ật li ệu. S ự truyền điện thông thườ ng ng trong kim lo ại thườ ng ng gây ra t ổn thất nhiệt vì khi di động electron thườ ng ng xuyên va ch ạm vào các nguyên t ử khác và đó là nguyên nhân của điện trở và nhiệt. Truyền điện kiểu đạn đạo khác sự truyền điện siêu d ẫn là truyền đạn đạo không

có hiệu ứng từ tính Meissner và khi t ắt nguồn điện dòng điện triệt tiêu, nhưng trong chất siêu dẫn dòng điện vẫn tiếp tục hiện hữu.

Bằng những thiết kế thí nghiệm tinh vi và sáng t ạo, nhóm de Heer ( Georgia Institute of Technology, M ỹ) đã xác định sự truyền điện đạn đạo trong SWNT và MWNT. Điểm nổi b ật rất độ bình thườ ng, quan trọng c ủa ống nano là s ự truyền điện đạn đạo có thể xảy ra ở nhiệt độ bình ng, trong 24 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012


khi nhiều vật liệu khác chỉ xảy ra ở nhiệt độ âm vài trăm độ C. Một điểm nổi bật khác là ống than nano có th ể tải điện ở mật độ rất cao 109-1010 A/cm2, hay là 1000 l ần cao hơn đồng. Điều này cho th ấy một tiềm năng ứng dụng rất đa dạng trong lĩnh vực điện tử, quang điện tử khi

linh kiện và mạch điện càng lúc càng nh ỏ đến mức nanometer. I.4.4 Tính chất nhiệt

như các cấu trúc nano khác, CNTs đượ c quan tâm l ớ n không chỉ tính chất cơ học, tính chất điện,

mà còn do các thu ộc tính nhi ệt của nó. Do kích thướ c nh ỏ nên tính ch ất nhiệt có liên quan đến các hiệu ứng lượ ng ng tử và cấu trúc ống. Do kim cương và than chì là nhữ ng chất có khả năng dẫn nhiệt cao, nên đã có nhiều nghiên cứu

về tính chất nhiệt của ống CNTs. Tất c ả các nanotube đượ c cho là dẫn nhiệt d ọc theo chiều dài ống r ất t ốt. Đo lườ ng ng cho th ấy SWNT có độ dẫn nhiệt ở nhiệt độ phòng dọc theo tr ục là khoảng

3500 W.m-1.K-1, so sánh v ới đồng là 385 W.m -1.K-1. Ở nhiệt độ phòng, một SWNT có độ dẫn nhiệt theo trục ch ỉ khoảng 1,52 W.m-1.K-1, tương đương độ dẫn nhiệt c ủa đất. Độ bền nhiệt c ủa CNTs được ước tính lên đến 2800 độ C trong chân không và 750 độ C trong không khí. I.4.5 Tính chất quang học

Trong khoa h ọc vật liệu, tính chất quang học của CNTs chỉ đặc biệt để hấp thu, photoluminescence và quang ph ổ Raman của CNTs. 25 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012


Phương pháp quang phổ cung cấp kh ả năng mô tả một cách nhanh chóng và không phá h ủy các

CNTs. Sự hấp thụ quang học, photoluminescence và quang ph ổ Raman cho phép mô t ả đặc tính một cách nhanh chóng và đáng tin cậy của CNTs. CNTs có th ể truyền và nhận ánh sáng ở cấp độ nano. Khả năng truyền d ẫn ánh sáng c ủa CNTs giống như cách mà một antene th ực hi ện vớ i sóng vô tuy ến ch ỉ khác là chúng tương tác vớ i ánh sáng thay vì sóng radio. Các nguyên t ắc chi phối s ự tương tác của sóng ánh sáng và ống CNTs giống như antene radio vớ i các tín hiệu radio. Trong khi đó, tính chất điện và điện hóa (siêu tích điện) của C NTs cũng đượ c phát hi ện và có ứng dụng. Việc sử dụng tính ch ất quang học tỏng thực tế là chưa rõ rang. I.4.6 Sự truyền tải một chiều và khuyết tật:

Bởi vì kích thước nano nên các điệ n t ử chỉ truyền d ọc theo tr ục c ủa ống và vận chuyển điện t ử thành hiệu ứng lượ ng ng tử. Do đó, các CNTs đượ c gọi là 1 chi ều – 1D. Vớ i bất kỳ vật chất nào, sự tồn tại của m ột khuyết điểm trong tinh th ể đều ảnh hưởng đến tính chất của vật chất đó. Khuyết tật có thể xảy ra ở dạng khuyết nguyên t ử. Mức độ khuyết tật cao có thể giảm sức bền lên đến 85%. Một dạng khuyết tật của CNTs là khuyết Stone Wales, t ạo ra một ngũ giác và cặp hình bảy c ạnh do các liên k ết đượ c s ắp x ếp l ại. Do cấu trúc rất nh ỏ của CNTs, cường độ chịu sức căng – kéo của ống phụ thuộc vào phân khúc y ếu nhất của nó trên chu ỗi, nghĩa là độ lớ n của liên kết yếu nhất sẽ là độ bền tối đa của chuỗi.

Khuyết t ật tinh thể cũng ảnh hưởng đến tính chất điện của ống. Một k ết qu ả chung là gi ảm tính dẫn thông qua các vùng b ị lỗi của ống. Một khuyết tật trong armchair CNTs có th ể gây ra các vùng xung quanh tr ở thành bán d ẫn, và trống một nguyên tử duy nhất có thể gây ra các tính ch ất t ừ. Khiếm khuyết tinh thể ảnh hưở ng ng m ạnh m ẽ đến đặc tính nhi ệt c ủa ống. Khuyết t ật như vậy d ẫn đến tán xạ phonon. Điều này làm gi ảm tính dẫn nhiệt của các CNTs. Các khuy ết tật dạng thay

thế như Ni hoặc B chủ yếu d ẫn đến s ự tán xạ photon vớ i tần s ố quang học cao. Tuy nhiên, các khuyết t ật trên quy mô l ớn hơn chẳng hạn như khuyết t ật Stone Wales gây ra hi ện tượ ng ng tán âm từ (phonon scattering) trên m ột dải rộng tần số, dẫn đến sự giảm tính dẫn nhiệt.



II. Độc tính Độc tính của CNs rất quan trọng đối v ới lĩnh vực công ngh ệ nano. Việc đánh giá gặp nhiều khó khăn đối v ới tính độc c ủa m ột lo ại v ật li ệu đa dạng này. Các y ếu t ố như cấu trúc, phân b ố kích thướ c, c, diện tích bề mặt, tính chất hóa học bề mặt, điện tích bề mặt, và trạng thái kết tụ cũng như độ tinh khiết của CNs là những yếu tố có ảnh hưở ng ng lớn đến hoạt tính của CNs. Tuy nhiên, dướ i

một vài điều ki ện c ụ thể, CNs có thể đi qua đượ c màng sinh học, điều đó có nghĩa là nếu CNs tiếp xúc với cơ quan nội t ạng, chúng có th ể gây ra nh ững tác động x ấu đến cơ thể như gây sưng tấy và phản ứng fibrotic (xơ hóa mô). ở Đạ Đại Học Cambridge cho th ấy CNTs có thể thâm nhập tế Một nghiên cứu bở i Alexandra Porter ở

bào ngườ i và tích tụ ở tế bào chất gây chết tế bào. Các nghiên c ứu trên loài gặm nhấm cho thấy CNTs có khả năng gây sưng tấy, gây u mô, xơ hóa mô (fibrosis) à ccs thay đổi về hóa sinh/độc tính đối vớ i phổi.

Khi thí nghiệm trên chu ột, cùng một lượ ng ng b ằng nhau thì SW- CNTs độc hại hon quartz (th ạch anh), có ti ềm tàng về nguy hại sức khỏe cộng đồng khi hô hâp ph ải thườ ng ng xuyên. Hình dạng của CNTs giống mũi kim và tương tự như amiang (asbestos fiber). Điều này làm gia tăng lo ngại rằng khi sử dụng rộng rãi CNTs có th ể dẫn đến ung thư biểu mô màng phổi, một

bệnh ung thư dọc theo màng ph ổi hay ung thư biểu mô màng bụng. Một nghiên cứu thử nghiệm đượ c công bố gần đây đã ủng hộ tiên đoán này. Các nhà khoa học đã phơi nhiễ m màng biểu mô

của chuột với CNTs đa lớ p và dài, có d ạng như sợ i amiang, sau đó quan sát thấy các u h ạt, v ết thương bị nhiễm trùng và sưng tấy hình thành. H ọ kết luận rằng:

Kết quả của chúng tôi cho r ằng cần phải nghiên cứu sâu hơn và khuyến cáo mạnh mẽ hơn trướ c khi đưa những sản ph ẩm này vào th ị trườ ng ng tiêu dùng n ếu như những nguy cơ về lâu dài không

có.



III. CÁC PHƢƠNG PHÁP CHẾ TẠO Hiện nay, có b ốn phương pháp phổ biến đượ c sử dụng: - Công nghệ tạo vật liệu các bon nano b ằng phương pháp lắng đọng pha hơi hoá học (CVD). - Công ngh ệ tạo vật liệu các bon nano b ằng phương pháp phóng điện hồ quang. - Công ngh ệ tạo vật liệu các bon nano dùng ngu ồn laze. - Công ngh ệ tạo vật liệu các bon nano b ằng phương pháp nghiền bi và ủ nhiệt.

III.1 Cơ chế mọc ống nano cácbon Có thể hiểu một cách đơn giản quá trình m ọc CNTs như sau (hình 4): Hạt xúc tác đượ c tạo trên đế. Khí chứa cácbon (C nHm) sẽ bị phân ly thành nguyên t ử cácbon và các s ản phẩm phụ khác do năng lượ ng ng nhiệt, năng lượ ng ng plasma có vai trò c ủa xúc tác. Các sản phẩm sau phân ly s ẽ lắng đọng trên các h ạt xúc tác. Ở đây sẽ xảy ra quá trình t ạo các liên k ết C-C và hình thành CNTs.

Kích thướ c của ống CNTs v ề cơ bản phụ thuộc kích thướ c hạt xúc tác. Liên k ết giữa các hạt xúc tác và đế mà ống nano cácbon quy ết định cơ chế mọc: mọc từ đỉnh của hạt lên hay m ọc từ đế lên tạo thành CNTs. 28 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012


Kích thướ c của hạt xúc tác kim lo ại và các điều kiện liên quan khác quy ết định ống nano các bon là đơn vách (SWCNTs) hoặc đa vách (MWCNTs).

Hình 5. Ảnh SEM c ủa CNTs vớ i hạt xúc tác ở đáy ở đáy ống và ở đầ ở đầu ống

Chế tạo vật liệu CNTs bằng phƣơng pháp lắng đọng pha hơi hoá học (CVD) III.2

Trong phương pháp CVD thườ ng ng sử dụng nguồn các bon là các hyđrô các bon (CH4, C2H2) hoặc CO và sử dụng năng lượ ng ng nhiệt ho ặc plasma hay laser để phân ly các phân t ử khí thành

các nguyên t ử các bon ho ạt hóa. Các nguyên t ử các bon này khu ếch tán xuống đế, và lắng đọng lên các h ạt kim loại xúc tác (Fe, Ni, Co), và CNTs đượ c tạo thành. Nhi ệt độ để vào khoảng 6500C - 9000C. Phương pháp lắng đọng hoá học pha hơi thườ ng ng tạo ra MWNTs ho ặc SWMTs với độ sạch không cao, thường ngườ i ta phải phát tri ển các phương pháp làm sạch. Phương pháp này có ưu điểm là dễ chế tạo và rẻ tiền.

Hình 6. Ảnh TEM các ống cácbon nanô m ọc bằng phương pháp CVD



Một số kỹ thuật CVD tạo CNTs thường đượ c sử dụng là: - Phương pháp CVD nhiệt. - Phương pháp CVD tăng cườ ng ng Plasma. - Phương pháp CVD xúc tác alcohol. - Phương pháp CVD nhiệt có laser hỗ trợ . - Phương pháp mọc pha hơi. - Phương pháp CVD vớ i xúc tác CoMoCat.

III. 3 Chế tạo CNTs bằng phƣơng pháp phóng phó ng điện hồ quang Trong phương pháp này hơi các bon đượ c tạo ra bằng cách phóng m ột luồng h ồ quang điện ở giữa hai điện cực làm bằng các bon có ho ặc không có ch ất xúc tác. CNTs t ự mọc lên từ hơi các bon. Hai điện cực các bon đặt cách nhau 1 mm trong bu ồng khí trơ (He hoặc Ar) ở áp suất th ấp (giữa 50 và 700 mbar). M ột dòng điện có cường độ 50 - 100 A được điều khiển b ở i th ế khoảng 20V tạo ra sự phóng điệ n hồ quang nhiệt độ cao giữa hai điện cực các bon. Lu ồng hồ quang này làm bay hơi một điện cực các bon và l ắng đọng trên điện cực còn lại, tạo ra sản phẩm là SWCNTs hoặc MWCNTs tu ỳ theo việc có ch ất xúc tác kim lo ại (thườ ng ng là Fe, Co, Ni, Y hay Mo) hay không. Hi ệu suất tạo ra CNTs ph ụ thuộc vào môi trườ ng ng plasma và nhi ệt độ của điện cực nơi các bon lắng đọng.

Với điện c ực là các bon tinh khi ết, ta thu đượ c MWCNTs còn khi có kim lo ại xúc tác (Ni, Co, Fe) ta thu đượ c SWCNTs. CNTT-CB Cac kỹ thuật chế tạo CNTs bằng hồ quang khác: - Hệ tạo CNTs bằng hồ quang ngòai không khí. - Hệ tạo CNTs bằng hồ quang trong ni tơ lỏng. - Hệ tạo CNTs bằng hồ quang trong t ừ trườ ng. ng.



-

Hệ

tạo

CNTs

bằng

hồ

quang

với

điện

cực

plasma

quay.

III. 4 Chế tạo CNTs dùng nguồn laser Một chum laser năng lượ ng ng cao (xung ho ặc liên tục) làm bay hơi một bia graphite trong o lò ở nhiệt độ cao khoảng 1200 C. Trong lò có ch ứa khí trơ He hoặc Ne vớ i mục đích giữ áp suất ở 5oo rorr và đóng vai trò của khí mang đưa hơi carbon về phía cực lắng đọng. trong lò ở 5oo Các nguyên t ử, phân tử carbon lắng xuống có thể gồm fullerene và MW-CNTs. Để tạo ra SW-CNTs thì bia ph ải có xúc tác kim lo ại (Co, Ni, Fe ho ặc Y). CNTs đượ c t ạo ra bằng phương pháp bay hơi bằng chùm tia laser có độ tinh khiết cao hơn so với phương pháp hồ quang điện. Vớ i xúc tác hỗn hợ p Ni/Y (tỉ lệ 4,2/1) cho k ết quả tạo SW-CNTs tốt nhất.



ng hiền bi và ủ nhiệt III. 5 Chế tạo CNTs bằng phƣơng pháp nghiền Dùng bình thép không r ỉ có chứa các bi thép không r ỉ với độ cứng cao và đổ vào bình thép bột graphit tinh khi ết (98%). Bình thép không r ỉ đượ c th ổi khí Argon vớ i áp suất 300 kPa. Quay bình để bi thép không r ỉ nghiền bột graphit kho ảng 15 giờ . Sau khi nghi ền, bột có rất nhiều ống nano các bon đa vách. Ngườ i ta cho r ằng quá trình nghi ền tạo ra các hạt graphit nhi ều mầm để phát triển ống nano các bon và khi nung ủ nhiệt, các mầm đó phát triển thành ống nano các bon.



IV Ứng dụng: Nhiều ứng dụng của CNTs trong điện tử chủ yếu dựa trên các phương pháp sản xuất có chọn lọc hoặc là CNTs bán d ẫn hay CNTs kim lo ại. Nhiều phương pháp tách CNTs bán dẫn và kim loại đã đượ c th ực hi ện, nhưng hầu h ết chưa có phương pháp nào thực ti ến trong s ản xu ất hàng lo ạt. Phương pháp hiệu quả nhất dựa trên siêu ly tâm để tách dựa trên sự khác biệt về tỉ trọng, phương

pháp này s ẽ tách CNTs đượ c bao phủ bở i ch ất ho ạt động b ề mặt b ằng s ự khác biệt r ất nh ỏ về tỉ trọng. Sự khác biệt tỉ trọng do khác bi ệt về đườ ng ng kính ồng và các tính ch ất về dẫn điện. Một phương pháp nữa để tách loại là sử dụng một loạt các giai đoạn gồm đông lạnh (freezing), rã đông (thawing) và nén SWNTs gắn chặt vào agarose gel. Quá trình này s ẽ tạo ra một dung d ịch

có chứa 70% SWNTs thuộc tính kim loại và để lại trong gel 95% SWNTs thu ộc tính bán d ẫn. Dung dịch loãng đượ c tách loại bằng phương pháp này xuất hiện rất nhiều mày sắc. Hơn nữa, SWNTs có th ể đượ c tách lo ại bằng phương pháp sắc ký cột vớ i hiệu suất 95% SWNT thu ộc tính bán dẫn và 90% SWNT thu ộc tính kim lo ại. Một vấn đề trong tách lo ại SWNT thuộc tính kim lo ại và bán dẫn là có th ể phân loại SWNTs theo chiều dài, đường kính và tính đối quang (chirality). S ự tách loại SWNT theo đườ ng ng kính dùng máy siêu ly tâm để tách dựa trên thang t ỉ trọng (DGU), các ch ất ho ạt động bề mặt s ẽ phân

tán SWNTs và sử dụng sắc ký trao đổi ion đối vớ i DNA-SWNT. Việc tách lo ại từng chất đối quang đượ c thực hiện bở i IEC bằng DNA-SWNT: các oligomer DNA ng ắn có thể đượ c sử dụng để tách loại t ừng SWNT đối quang riêng l ẽ. T ừ phương pháp ph áp này nà y có thể tách loại 12 đối quang

khác nhau với độ tinh khiết l ần lượt là 70% đối vớ i (8,3) và (9,5) SWNT, 90% đối v ớ i (7,5) và (10,5) SWNTs. Người ta cũng thành công trong việc tích hợ p các CNTs tinh khi ết này vào các

thiết bị ví dụ như FETs. Một phương pháp tách loại nữa là phát triển các mầm CNTs thuộc tính kim loại hoặc bán dẫn một cách có ch ọn lọc. Gần đây, một công th ức mới dành cho phương pháp CVD là kế t hợ p ethanol và methanol d ạng khí vớ i chất n ền là thạch anh (quartz) t ạo ra các hàng đượ c canh theo – 98% 98% thu đượ c CNTs thuộc tính bán d ẫn. chiều ngang vớ i 95 – CNTs đượ c nuôi trên các h ạt kim loại từ tính có kích thướ c nano (Fe, Co), d ạng CNTs này đượ c

dùng trong s ản xuất các thi ết bị điện tử (spintronic).



IV.1 Các ứng dụng hiện nay: Việc ứng d ụng và sử dụng CNTs bị hạn ch ế do CNTs chủ yếu dướ i d ạng bulk (thô) g ồm nhiều thánh phần CNTs khác nhau. Vì th ế không có được độ bền, độ dai giống như từng ống riêng l ẽ, và khi ứng dụng trong composite thì đáp ứng đượ c nhiều yêu cầu và ứng dụng. CNTs dạng bulk dùng làm s ợi composite trong polymer để tăng cơ tính, các tính chất về nhiệt và điện của sản phẩm dạng bulk.

IV.2 Trong kết cấu của vật liệu: Do tính chất v ề cơ học ưu việt, nhiều ứng dụng như từ các vật dụng trong quần áo, thể thao cho đến những áo giáp và thang máy không gian. Tuy nhiên, thang máy không gian đỏi hỏi thêm

nhiều nghiên c ứu trong công ngh ệ tinh lọc CNTs, vì kh ả năng chịu lực của CNTs có th ể còn được nâng cao hơn nữa. Do tính cơ học cao nên CNTs đượ c nghiên cứu ứng d ụng trong phát tri ển các bộ đồ chống đạn,

mặc dù hiệu quả trong việc ngăn không cho đạn xuyên vào cơ thể nhưng do năng lượng động học của viên đạn sẽ gây gãy xương và chảy máu ở bên trong.

IV.3 Trong mạch điện: Các transistor làm b ằng CNTs còn đượ c gọi là transistor hi ệu ứng từ CNTs (CNTFETs), làm việc ở nhiệt độ phòng và có kh ả năng chuyển mạch kỹ thuật số bằng m ột electron. Tuy nhiên, một trở ngại lớ n là CNTs dạng thương phẩm là dạng thô (bulk) nên không có tính công ngh ệ. Năm 2001, 20 01, các nhà nghiên cứu IBM đã chỉ ra r ằng CNTs thuộc tính kim loại b ị phá hủy và chỉ

có CNTs thu ộc tính bán d ẫn đượ c dùng làm transistor. CNTs l ần đầu đượ c tích hợ p trong m ạch lưu trữ vào năm 2004, và gặp thách thức trong việc điều chỉnh độ dẫn của CNTs. Phụ thuộc vào

các tính chất b ề mặt của CNTs mà nó có th ể là chất truyền d ẫn hay bán d ẫn. Một k ỹ thuật đượ c phát triển để loại bỏ các ống không có thu ộc tính bán dẫn.

IV.4 Trong dây điện và dây cáp Dây điện truyền tải điện năng cso thể đượ c làm bằng s ợ i CNTs thu ần khiết và bằng composite

CNTs. Gần đây, các sợi dây điện nhỏ đượ c sản xuất với độ dẫn riêng tốt hơn đồng và nhôm. 34 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012


IV.5 Trong chế tạo pin giấy

(paper batteries):

Pin giấy là dạng pin công ngh ệ sử dụng các t ấm giấy mỏng bằng cellulose (thành ph ần chính của giấy thông thườ ng) ng) đượ c gắn với CNTs đượ c canh chỉnh. CNTs ho ạt động như các điện cực, cho phép các thi ết bị tích trữ điện năng dẫn truyền điện. Pin giấy vừa có chức năng của một pin lithium và m ột siêu tụ điện, có thể dung cấp điện năng lâu và ổn định so vớ i một pin thông thường, cũng như siêu tụ điện d ễ cháy khi điện năng lớ n – – và và trong khi pin thông thườ ng ng chứa

nhiều thành ph ần riêng biệt, pin giấy tích hợ p tất c ả các thành ph ần trong một cấu trúc duy nh ất, làm tăng tính hiệu năng.

IV.6 Pin mặt trời: Một ứng dụng triển vọng của SWNTs là trong các t ấm pin mặt trờ i,i, do tính chất hấp thu tốt UV/Vis-NIR. Pin mặt trời đượ c nghiên cứu tại New Jersey Institute of Technology s ử dụng phức hợ p CNTs, tạo thành từ một hỗn hợp CNTs và carbon buckyball (fullerene) để tạo ra các k ết cấu giống con rắn. Buckyball s ẽ nhốt các electron, nhưng không thể dẫn truyền electron. Tia m ặt trờ i sẽ kích hoạt polymer và buckyball s ẽ nhốt l ấy electron. CNTs ho ạt động như các sợi dây đồng, sau đó sẽ dẫn truyền electron t ạo ra dòng điện.

Các nghiên c ứu tiếp tục tiến hành để tạo ra các t ấm pin năng lượ ng ng mặt trờ i dạng lai SWNT (SWNT hybrid solar panel) để làm tăng hiệu năng thêm nữa. Các tấm tích hợp này đượ c t ạo ra

bằng cách kết h ợ p SWNT vớ i chất cho điện t ử để làm tăng sự sinh electron. Ngườ i ta nhận thấy rằng tương tác giữa các hợ p ch ất h ữu cơ sinh electron và SWNT tạo ta các cặp electro-l ỗ trống trên bề mặt SWNT. Hiện tượng này đượ c quan sát b ằng thực nghiệm, và đưa vào ứng dụng thực tiễn làm tăng hiệu suất lên 8,5%.

IV.7 Trong lƣu trữ hydrogen: Dùng trong lưu trữ điện năng, nhiều nghiên c ứu dùng CNTs để lưu trữ hydrogen làm ngu ồn cung

cấp nhiên li ệu. Dựa trên khả năng mao dẫn trong các ống, ngườ i ta có thể hóa đặc khí trong SWNTs, đặc biệt là hydrogen có th ể lưu trữ ở ở độ độ đậm đặc cao mà không hóa l ỏng. Phương pháp lưu trữ này có thể đượ c s ử dụng thay cho các b ồn nhiên li ệu khí. Vấn đề hiện t ại liên quan đến các xe dùng năng lượ ng ng hydrogen là vi ệc lưu trữ nhiên liệu trên xe. Phương pháp lưu trữ hiện tại



– 45 % năng phải qua làm lạnh và cô đặc khí hydrogen thành tr ạng thái l ỏng s ẽ làm mất đi 25 – 45 lượ ng ng khi so sánh v ớ i năng lượ ng ng s ử dụng ở trạng thái khí. Việc s ử dụng SWNTs sẽ cho phép lưu trữ H2 ở trạng thái khí, do đó làm tăng hiệu quả lưu trữ. Phương pháp này cho phép một tỉ lệ

giữa năng lượ ng ng và th ể tích lưu trữ nhỏ hơn một tí so v ớ i phương tiệ n hiện t ại dùng năng lượ ng ng khí, cho phép th ấp hơn một tí nhưng tiện lợi hơn nhiều. Tính hiệu quả của việc lưu trữ hydrogen là ưu điểm trong các ứng d ụng c ủa nó làm nguồn nhiên li ệu sơ cấp vì hydrogen ch ỉ có ¼ năng lượng trên 1 đơn vị thể tích khi ở trạng thái khí.

IV.8 Hiệu quả của CNTs trong việc hấp hạn:

thụ hydrogen bị giới

Rào cản lớ n nhất trong hiệu quả lưu trữ hydrogen khi s ử dụng CNTs là độ tinh khiết. Để đạt đượ c khả năng hấp thu tối đa, thì CNTs phải giảm t ối đa lượng grahene, carbon vô định hình và

các hạt kim loại trong CNTs. Phương pháp hiện nay trong t ổng h ợ p CNT cần ph ải có bướ c tinh lọc. Tuy nhiên, ngay đối v ớ i CNTs tinh khi ết, khả năng hấp thu chỉ tối đa dướ i áp suất cao và là điều không mong mu ốn trong các bình ch ứa nhiên li ệu trong thương mại.

IV.9 Trong siêu tụ điện (untracapacitor): Phòng thí nghi ệm hệ thống điện và điện từ MIT sử dụng CNTs để nâng cấp các siêu t ụ điện. Than chì ho ạt hóa đượ c dùng trong các siêu t ụ điện thông thườ ng ng có các kho ảng không r ỗng nhỏ vớ i nhiều kích thước khác nhau, điều này tạo ra bề mặt lớn để tích trữ điện năng. Nhưng khi điện tích được lượ ng ng tử hóa thành các h ạt điện tích sơ cấp như electron và mỗi h ạt điện tích cần một

không gian t ối thiểukhông có b ề mặt điện cực đủ lớn để lưu trữ vì khoảng không gian tr ống không đủ cho các hạt mang điện. Với điện cực bằng CNTs kích c ỡ sẽ đượ c làm cho thích h ợ p –

tình trạng quá to hay quá nh ỏ sẽ giảm đi – và hiệu năng tăng lên đáng kể.

IV.10 Trong hấp thụ sóng radar: Radar hoạt động trong day t ần số vi sóng, s ẽ bị hấp thu bở i MWNTs. Ứ ng ng d ụng MWNTs vào hàng không s ẽ làm sóng radar b ị hấp thu. Ứ ng ng dụng trong vi ệc sơn CNTs lên máy bay. Gần đay có nhiều nghiên cứu ở Michigan University dùng CNTs vào trong công ngh ệ máy bay tàng hình. Ngườ i ta thấy rằng ngoài tính h ấp thu sóng radar, CNTs không ph ản xạ các tia kh ả kiến, làm cho 36 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012


nó không b ị phát hiện trong đêm tối, giống như việc dùng sơn tàng hình hiện nay nhưng hiệu quả hơn nhiều. Tuy nhiên, h ạn chế hiện nay trong s ản xuất vì không th ể sản xuất các máy bay làm

bằng CNTs. Một gi ả thuyết đó là tạo huyền phù dùng các h ạt nhỏ có chứa CNTs trong m ột môi trường nào đó như sơn, sau đó có thể sơn lên bề mặt của máy bay.

IV.11 Trong y học: Dùng trong li ệu pháp chữa trị ung thư Kanzius, SWNTs đượ c cấy vào xung quanh t ế bào ung thư, sau đó kích hoạt bằng sóng radio, s ẽ làm nóng lên và gi ết các tế bào xung quang.

Các nhà nghiên c ứu tại Rice University, trung tâm y khoa Nijmegen trường ĐH Radboud, và trường ĐH California, Riverside đã chứng minh rằng CNTs và các polymer d ạng nanocomposite

thích hợ p làm vật liệu khung để phát triển tế bào xương và tái tạo xương.

IV.12 Các ứng dụng khác Ống nano cacbon cũng đượ c triển khai trong các h ệ thống cơ điện nano, bao g ồm các thành ph ần ớ cơ cơ học (NRAM phát triển bở i Nantero Inc. ) và motor điện cỡ nano. bộ nhớ

Một cách s ử dụng khác c ủa ống nano cacbon là phương tiện vận chuyển gene. ở Silicon Silicon Valley, California đang phát triể n Eikos Inc ở Franklin, Massachusetts và Unidym Inc. ở

các tấm phim vô hình, d ẫn điện làm bằng ống nano cacbon để thay cho oxide thiếc indium (ITO). ở nên nên lý tưở ng Phim ống nano carbon kh ỏe hơn phim ITO rất nhiều, làm chúng tr ở ng cho vi ệc sử

dụng trong màn hình c ảm ứng và màn hình dẻo. Phim ống nano cũng rất hứa h ẹn trong việc s ử dụng cho màn hình máy tính, điện thoại di động, PDA, và ATM.



V. Gắn nhóm chức Sự chức hóa của ống nano carbon hi ện đang là chủ đề nhận đượ c sự tích cực thảo luận bở i vì nó đượ c mọi ngườ i tin rằng những s ửa đổi, biến tính hóa h ọc có quy ho ạch ở ở ốống nano carbon s ẽ ở ra ra hướ ng mở ng ứng d ụng thiết thực trong công ngh ệ ứng dụng Nano.Vì sự kết hợ p tuyệt vờ i của

các tính ch ất cơ khí, nhiệt, hóa học, điện t ử, các ống nano carbon vách đơn hay đa lớp đượ c coi là vật liệu duy nhất, vớ i rất nhiều hứa hẹn các ứng dụng trong tương lai, đặc biệt là trong lĩnh vực công nghệ nano, điện tử học nano, và v ật liệu composite. Ngoài ra, ống nano carbon hi ện đang trở thành loại phân tử cao cấp thu hút s ự quan tâm trong lĩnh vực v ề hóa dượ c. c. Hiện nay,

tiềm năng ứng dụng sinh học của ống nano carbon đượ c khám phá r ất ít. Sự khó khăn chính yếu để tích hợ p vật liệu này vào trong các h ệ sinh học là do ống nano carbon không có tính tan trong

các dung d ịch sinh hóa. S ự chức hóa ống nano carbon v ớ i s ự hỗ trợ các phân tử sinh học s ẽ cải thiện đáng kể của kh ả năng tan của nó trong nướ c ho ặc môi trườ ng ng dung môi h ữu t ạo điều ki ện phát triển vật liệu mớ i trong công ngh ệ sinh học, sinh dượ c, c, và k ỹ thuật sinh học. Một trở ngại k ỹ thuật trong vi ệc ứng dụng CNTs trong lĩnh vực y sinh và các lĩnh vực liên quan khác là kh ả năng tan trong môi trường nước kém. Do đó, việc chức hóa bề mặt CNTs là m ột công việc cần thiết để khắc phục trở ngại này. Một số phương pháp gắn nhóm chức vào CNTs sẽ đượ c thảo luận sau đây:

cá ch sử dụng các nguyên tố kim V.1. Gắn nhóm chức bằng cách loại, hợp chất vô cơ, và các hợp chất Grignard: Các CNTs đượ c xử lý vớ i nguyên t ố kim loại ở ở kích kích thướ c nano (Au, Fe, Co) ho ặc vớ i các dung

dịch trong ammonia (alkalide kim lo ại), thông qua các c ầu nối hữu cơ. Vì vậy, các sản phẩm sau xử lý MWNTs tan được trong dung môi nước, đã được điề u chế thông qua phương pháp tổng hợ p hỗn hợ p phản ứng (in situ: reaction mixture) s ử dụng hợ p chất hoạt quang điện N, N’-bis(2 – tetracarboxylic tetracarboxylic diimine như chất tạo cầu nối và ồn định mercaptoethyl) – perylene -3,4,9,10 –

liên kết. Sản phẩm sau xử lý này phát hu ỳnh quang rất mạnh khi chi ếu đèn UV. Nó có tiềm năng trong ứng dụng làm chất đánh dấu sinh học.



Hại nano từ tính oxide s ắt ho ặc oxide Cobanlt và cobalt/platinum đã đượ c b ọc ph ủ và đượ c g ắn lên CNTs nhờ phân tử cầu nối là dẫn xuất carboxylic c ủa pyrene. H ệ nano sắt từ - ống nano carbon tan t ốt trong dung môi h ữu cơ như Chloroform, toluene và hexane.

Các ống nano carbon tan đượ c trong dung môi h ữu cơ có thể được điều chế bằng quá trình alkylate hoặc arylate các mu ối Li, Na hoặc K của CNTs trong dung d ịch ammonia và đượ c gọi là phản ứng Billups. Ph ản ứng Billups còn giúp t ổng hợ p các ống nano carbon tan đượ c trong nướ c. c. Phương pháp này cho phép gắn các nhóm alkyl ho ặc aryl bậc năm, dùng đượ c cho cả muối Li và

Na tạo ra sản phẩm với lượ ng ng hàng gram ống nano carbon đã alkylate hóa.

V.2. Gắn nhóm chức CNTs trong

môi trƣờng acid mạnh có

chứa các chất có oxy. Các acid mạnh oxy hóa b ề mặt CNTs tạo thành nhóm chức COOH trên bề mặt ống. Sau đó các nhóm chức này sẽ phản ứng v ớ i các chất ch ứa oxy khác trong dung d ịch hình thành mu ối nano carbon tan. Trong hướ ng ng tiếp c ận khác, sản ph ẩm phenyl sulfonate hóa ống nano carbon hình thành t ừ việc

xử lý bằng benzoyl peroxide, oleum và xút. Các sản phẩm ống nano carbon bi ến tính chứa nhóm chức phenyl sulfonate theo k ỹ thuật tạo muối diazonium hoàn toàn tan t ốt trong nướ c. c. Chúng có th ể phục v ụ như công nghệ nền để tiếp tục cho các ứng dụng trong dược, điện tử và năng lượ ng. ng.

V.3. Gắn nhóm chức CNTs bằng

các hợp chất chứa nhóm

alkyl hoặc vòng thơm 39 | P a g e N G O N G O C C H I T H A N H - N G U Y E N Q U O C H O A N G CAO HỌC HÓA CẦN THƠ – K3 _2012


Sản phẩm ống nano carbon đơn lớ p biến tính bằng các alkyl ho ặc vòng thơm có thể đi từ việc sử dụng k ỹ thuật nghiền rung ở tốc độ cao gây ph ản ứng c ộng h ợ p. p. Sản phẩm từ hướ ng ng biến tính này cho tính tan t ốt hơn trong nhiều loại dung môi hữu cơ. Ngoài ra, bằng phản ứng cộng vòng lưỡ ng ng cực 1,3 các oxide nitril lên thành ống SWCNTs, ta cũng có thể thu đượ c s ản ph ẩm chứa nhóm chức pyridyl có tính tan cao. Các s ản ph ẩm dùng k ỹ

thuật cộng hợ p 1,3 nói trên là lo ại đượ c chức hóa hai l ần. Ở hai đầu CNTs, chúng ch ứa các nhóm chức pentyl ester cho tính tan t ốt trong các dung môi h ữu cơ. Trên thành ống, chúng ch ứa các nhóm chức pyridyl isoxazoline cho kh ả năng kết hợ p tốt vớ i các porphyrin kim lo ại sau này. Tương tự, sản phẩm ống nano carbon đượ c biến tính nh ờ cộng hợ p 1,3 nhóm phenyl và trùng

hợ p nhờ phản ứng trùng h ợ p gốc truyền mạch nguyên t ử của các nhóm chức t-butyl acrylate cũng cho tính tan tốt trong nhi ều loại dung môi hữu cơ khác nhau.

V.4. Chức hóa ống nano bằng các

hợp chất chứa nhóm chức amin ( amido) mạch thằng hay vòng thơm.

Thườ ng ng s ự chức hóa các ống nano carbon đa vách có thể làm tăng sự phân tán c ủa chúng trong nướ c. c. Tuy nhiên, các ph ản ứng khác trong quá trình g ắn nhóm ch ức amin này cũng có thể xảy ra và làm ảnh hưởng đến sự phân tán ống nano carbon trong các dung môi h ữu cơ. Các hợ p chất amine đượ c dùng là octadecylamine (ODA), 2-aminoanthracene, 1-H,1-H-penta-deca-fluorooctyl-amine, 4-perfluoro-octylaniline, và 2,4-bis(perfluorooctyl) aniline. Ph ản ứng gắn nhóm chức giữa octadecylamine (ODA) và ống nano carbon đa vách đượ c bi ểu di ễn trong hình 8. S ự chức hóa các ống nano carbon đa vách vớ i octadecylamido(s-SWNT-CONH-(CH2)17CH3), cũng hình thành s ản phẩm biến tính tan được trong nước. Hàm lượ ng ng của nhóm chức octadecylamido trong ống nano carbon đa vách chiếm 50%. Ngoài ra , vi ệc sử dụng phối hợ p hoặc đơn lẻ các polyimide vòng thơm khi biến tính cũng tạo ra các s ản phẩm nano carbon đa vách có th ể tan tốt trong dung môi h ữu cơ.



Nhóm dẫn xuất aniline (4-pentylaniline, 4-dodecylaniline, 4-tetradocylaniline, 4-pentacosylaniline, 4-tetra-contylaniline, 4-penta- contylaniline) cũng như các amine (octadecylamine, nonylamine, dodecylamine, pentacosylamine, tetracontylamine, pentacontylamine), và h ỗn hợ p từ chúng đượ c s ử dụng trong quá trình ch ức hóa ống nano carbon. S ản ph ẩm hình thành là m ột hỗn hợ p có thể tan tốt trong carbon disulfide CS2 và nhi ều loại dung môi hữu cơ thông dụng chlorobenzene, dichlorobenzene, trichlorobenzene, tetrahydrofuran (THF), chloroform, methylene chloride, diethylene glycol dimethyl ether, benzene, toluene, tetrachlorocarbon, pyridine, dichloroethane, diethyl ether, xylene, naphthalene, nitrobenzene, ether, và h ỗn h ợ p các dung môi từ đó. Khả năng tan của ống nano carbon là 0.01-5.0 mg/ mL.

cá c hợp chất chứa V.5. Chức hóa ống nano carbon bằng các nhóm chức sulfur. Trong số các chất hoạt động bề mặt hoặc chất chức hóa chứa nhóm sulfur, sodium dodecyl sulfate C12H25OSO3Na dùng k ết hợ p vớ i hydroxypropyl methyl cellulose ho ặc hỗn hợ p acid HNO3/H2SO4 giúp h ỗ trợ sự phân tán các ống nano carbon.

V.6. Chức hóa ống nano bằng hợp chất vòng đại phân tử Các vòng đại phân t ử cổ điển như porphyrins và phthalocyanines đượ c ứng dụng thành công như chất precusor cho s ự hòa tan các ống nano carbon. Dung d ịch ống nano carbon porphyrin đi từ [meso-(tetrakis-4-sulfonatophenyl) porphine dihydrochloride] có th ể tan trong nướ c và bền trong một thờ i gian dài. Huy ền phù của các ống nano đa vách biến tính bằng anionic tetra(pcarboxyphenyl) porphyrin có th ể bền không lắng hơn một tuần. Chúng đượ c dùng trong phân tích định lượ ng ng phổ huỳnh quang của sự lai hóa DNA.



n chemistry, in situ typically means "in the reaction mixture." There are numerous situations in which chemical intermediates are synthesized in situ in various processes. This may be done because the species is unstable, and cannot be isolated, or simply out of convenience. Examples of the former include the Corey-Chaykovsky reagent and adrenochrome adrenochrome.. In chemical engineering, in situ often refers to industrial plant "operations or procedures that are performed in place". For example, aged catalysts in industrial reactors may be regenerated in place (in situ) without being removed from the reactors.



References: The main sources are from: http://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_n http://en.wikipedi a.org/wiki/Carbon_nanotube#Toxicity anotube#Toxicity [20 june 2012]


Carbon Nano Tubes Seminar

Recommend Documents