Tải bản đầy đủ

TIỂU LUẬN vật LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

GIỚI THIỆU

Vật liệu vô cơ, hữu cơ cấu trúc nano đã trở thành một lĩnh vực quan tâm chuyên
sâu cho các nhà khoa học và trong công nghiệp do tính chất đa dạng và ưu việt của
nó. Gần đây, một nhóm vật liệu mới dựa trên chất liệu polymer/nano đã được tạo nên
một chiều hướng mới cho lĩnh vực này. Vật liệu nanocomposite được ứng dụng rộng
rãi trong các ngành công nghệ cao như vật liệu dẫn điện, vật liệu chống ăn mòn, dây
phân tử, các thiết bị cảm biến, cửa sổ thông minh, các thiết bị điện hóa...
Ống cacbon nano (carbon nanotube CNT) là một trong những loại vật liệu được
nghiên cứu nhiều nhất hiện nay. Là loại vật liệu linh hoạt, nhiều ứng dụng, tính chất
phong phú – hấp thụ quang, phát xạ, cơ học (Young modulus). Có khả năng ứng
dụng trong nhiều lĩnh vực như hóa học, vật lý, sinh học, vật liệu.
1. Carbon nanotube
- CNT là cấu trúc dạng chuỗi các phân tử fullerene được tìm thấy bởi Tiến sĩ
Sumio Iijima vào năm 1991. Trong đó các phân tử C sắp xếp với nhau thành dạng
hình 6 cạnh trong các ống có kích thước rất nhỏ. Chúng có đường kính các vòng từ
vài Å đến trên 10nm và chiều dài cỡ vài mm. CNT đa lớp có dạng hình trụ gồm nhiều
lớp graphane bọc xung quanh lõi CNT đơn lớp và 2 đầu trụ được bọc bởi các bán cầu
fullerene.

- Phun khí chứa carbon (CO, C2H4, C2H2…) qua 1 lò nung ở 800-1200oC. Khí sẽ
phân giải ra các phân tử carbon. Những phân tử này tụ lại trên 1 bề mặt rắn phủ các
hạt kim loại như Fe, Ni, Co với kích cỡ nano. Tại các hạt xúc tác kim loại này, phân
tử carbon sẽ chồng lên nhau tạo thành ống nano, đường kính của hạt kim loại cũng
chính là đường kính ống. Sự tạo thành ống nano không phức tạp, nhưng tạo thành
những ống có cùng đặc tính, cấu trúc, kích thước trong nhiều lần tổng hợp và sau đó
tinh chế để gạn lọc tạp chất, đòi hỏi những điều kiện vận hành một cách cực kỳ chính
xác.
SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 1


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

Quá trình hình thành carbon nanotube:
(a) Các hạt xúc tác nano kim loại; (b) Nguyên tố carbon chồng lên nhau phát
triển thành ống, đồng thời nâng hạt kim loại lên; (c) Kết thúc sự hình thành.
2. Tính chất carbon nanotube
- Tính chất cơ học và đặc tính điện của CNT chỉ phụ thuộc vào cấu trúc hình học
và cấu trúc không gian của nó. CNT có hệ số module rất cao và có thể là vật liệu nhẹ
và bền nhất so với các loại vật liệu trước đây.
- Tính chất cơ học: Cho đến hiện nay, người ta cho rằng cơ tính của CNT được
thể hiện là do sự tương đồng với graphite vì CNT có độ bền và độ cứng khá cao. Do
tính chất của các liên kết C-C; graphite có module khoảng 1,06TPa; độ bền kéo
khoảng 130Gpa; độ bền uốn khoảng 20Gpa.
Đối với CNT, tùy thuộc vào đường kính và kiểu ống, module đàn hồi trên 1Tpa
SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 2


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

tương đương kim cương, độ bền kéo khoảng 200 Gpa. CNT có khả năng uốn gập cao
nhất do liên kết cộng hóa trị C-C và cấu trúc hình 6 cạnh. Tỷ lệ giữa độ bền và khối
lượng lớn hơn nhôm, thép và titan đến vài trăm lần.
- Tính chất nhiệt: Do ống nano có khả năng dẫn photon rất tốt nên người ta cho
rằng CNT có thể có tính dẫn nhiệt tốt, độ dẫn nhiệt của nó khoảng 3000W/m.K theo
hướng trục với sự thay đổi đường kính rất nhỏ.

- Tính chất điện: Một tấm graphene có thể được cuộn lại theo nhiều cách khác
nhau để tạo thành ống CNT đơn lớp, quá trình cuộn lại làm mất tính đối xứng của hệ
thống phẳng và tạo ra phương riêng theo trục với cấu trúc các mắt lưới lục giác.
Bởi vì các đặc tính riêng biệt của MWCNTs mà nhiều nghiên cứu đã khai thác
những đặc tính ngạc nhiên đó để hội tụ trong nhiều ứng dụng kỹ thuật, như là
polymer nanocomposite, bộ phát xạ, các thiết bị điện nano, cảm biến hoá học và vật
liệu sinh học. Đối với nanocomposite polymer/MWCNT, việc thêm MWCNT vào sẽ
làm thay đổi một cách rộng rãi các tính chất cơ, nhiệt, điện của polymer nền, điều đó
sẽ làm kéo dài rõ rệt các miền ứng dụng của chúng. Tuy nhiên, một vài báo cáo chỉ ra
rằng các cải thiện về tính chất cơ học của composite polymer/CNT bị giới hạn bởi sự
phân chia pha giữa polymer nền và CNT. Cho đến nay, sự phân phối đều của CNT
trong polymer nền vẫn là vấn đề rất quan trọng.
3. Chế tạo nanocomposite từ carbon nanotube
- Sự chức năng hóa (quá trình xử lý tạo ra các nhóm chức bề mặt) là biện pháp
được sử dụng để nâng cao sự phân tán trong môi trường hữu cơ PC. Gần đây, vài
nghiên cứu đã dùng MWCNT chức năng hóa như là độn gia cường bằng cách sử
dụng các phương pháp khác nhau như quá trình hoà tan, quá trình nóng chảy và phản
ứng trùng hợp dạng in situ. Chúng chứng tỏ rằng MWCNT đã xử lý được phân tách
tốt và phân bố ngẫu nhiên trong polymer nền.
- Ví dụ, Coleman và các cộng sự đã sử dụng có hiệu quả CNTs làm chất độn để
làm tăng đáng kể các tính chất cơ và quang học của polymer. Trong các nghiên cứu

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 3


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

trước đó, composite polymer dẫn/MWCNT được chuẩn bị khá thành công bằng cách
sử dụng phản ứng trùng hợp oxi hóa theo kiểu in-situ. Các hệ số dẫn điện ở nhiệt độ
phòng của composite này đã tăng rộng nếu đem so với polymer dẫn không chứa
MWCNT. Nhưng cũng tương đối khó khăn để phân tán đồng nhất MWCNT với nền
bằng phương pháp nóng chảy. Potschke đã sử dụng loại PC/NT thương mại có sẵn
làm nguyên liệu và thêm vào một lượng thích hợp polymer nguyên chất trong quá
trình nóng chảy sau đó. Những kết quả được đề nghị như là CNT phân bố ngẫu nhiên
trong polymer nền. Tính chất vật lý của các tấm nanocomposite PC/CNT đúc sẵn phụ
thuốc đáng kể vào lượng CNT và khả năng phân bố của chúng. Tuy nhiên, việc chế
tạo các mẻ PC/CNT và quá trình nóng chảy sau đó hiếm được đề cập đến trong các
nghiên cứu sau này.

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 4


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

NỘI DUNG ĐỀ TÀI

Trong nghiên cứu này, mẫu PC/MWCNT được làm sẵn bằng cách trộn PC và
axit carboxylic chứa MWCNT trong dung dịch tetrahydrofuran. Sau đó PC được
thêm vào các mẻ PC/MWCNT với những lượng khác nhau bằng cách làm nóng chảy
ngay sau đó. Cấu trúc, hình thái học và tính chất vật lý của nanocomposite
PC/MWCNT được biểu thị đặc trưng bởi FESEM, HRTEM (TEM độ phân giải cao),
phân tích nhiệt trọng lượng TGA và phân tích cơ động lực DMA.
1. Chế tạo PC/MWCNT sử dụng phương pháp xử lý nóng chảy
- Các tấm MWCNT tổng hợp từ quá trình lắng đọng pha hơi (CVD) etylen (xúc
tác Al2O3/Fe2O3, nền nhôm, hạt sắt) và PC với chỉ số nóng chảy MI là 12g/10phút (số
liệu cung cấp bởi Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu Hoá học & Vật liệu Hsinchu – Đài
Loan). Đường kính MWCNT khoảng 40nm, độ tinh khiết đạt hơn 90% sau khi được
làm sạch. Các chất như axit nitric, THF, và cetyltrimethylammonium bromide
(CTAB) cũng được khi tinh chế mà không cần phải xử lý gì thêm.
Nhưng 1 vấn đề là: MWCNT nhận được sau xử lý bằng cách sử dụng axit nitric
(trong bể hoàn lưu ở 160oC với các thời gian khác nhau tương ứng) sẽ tạo ra những tỷ
lệ các nhóm axit carboxylic (được biểu thị là c-MWCNT) khác nhau tại các điểm
khuyết tật.
- Để đảm bảo axit nitric tách ra hoàn toàn từ c-MWCNT, người ta dùng một
lượng lớn nước cất để trung hoà c-MWCNT trong 48 giờ. Nhằm tránh sự tương tác
mạnh mẽ của các nhóm chức năng trên bề mặt của c-MWCNTs trong suốt quá trình
lọc, 10% khối lượng c-MWCNT được trộn lẫn với chất hoạt động bề mặt CTAB
trong dung dịch THF và khuấy trộn siêu âm hơn 3 giờ để tạo thành c-MWCNT phủ
CTAB trong dung dịch. Sau đó các mẫu c-MWCNT đã phủ CTAB được lọc và
sấytrong máy sấy chân không ở 60oC để tách triệt để hơi nước và axit nitric.

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 5


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

CNT đa lớp

Bể hoàn lưu
axit nitric

c-MWCNT

Dung môi CTAB

Máy trộn siêu âm
Sấy tách nước, axit
c-MWCNT
phủ CTAB

Dung dịch THF

Polycarbonate

c-MWCNT
tinh khiết

Polycarbonate
trong dd THF

c-MWCNT
phủ CTAB/THF

Dung dịch THF

Máy trộn siêu âm

Hỗn hợp đồng nhất

Dung dịch metanol

Kết tủa
PC/MWCNT
dạng bột (10%
CNT)
Lọc, rửa nhiều lần
Chế tạo nanocomposite

Hạt Polycarbonate

- Các mẫu PC/MWCNT sử dụng những lượng khác nhau c-MWCNT phủ CTAB
và PC hoà tan trong THF bởi quá trình trong 3h hay 1h tương ứng. Sau đó dung dịch
THF/PC và THF/c-MWCNT phủ CTAB được trộn bằng siêu âm trong 60 phút. Cuối
cùng, dung dịch methanolđược đổ từ từ vào để kết tủa hỗn hợp của PC/MWCNT.
SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 6


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

- Phần kết tủa PC/MWCNT được lọc và rửa sạch nhiều lần bằng nước cất và
methanol. Phần bột với 10% khối lượng MWCNT được sấy chân không ở 60 oC trong
12h.
Các phần 2, 5, và 7% khối lượng PC/MWCNT được đưa vào quá trình nóng
chảy trực tiếp với các viên PC trong một máy trộn Haake hoạt động ở 260 oC và 60
rpm trong 10 phút.
2. Phân tích cấu trúc và hình thái
- Phổ Raman đã được sử dụng để mô tả cấu trúc của MWCNT, c-MWCNT, và
c-MWCNT phủ CTAB. Phổ Raman được thực hiện trên hệ thống Yvon TRIAX 550
Jobin – sử dụng một laser He-Ne được điều chỉnh ở 632,8 nm với một detector CCD.
Phổ được trình bày là trung bình của 3 phổ đo tại các vùng khác nhau trên phạm vi
toàn bộ mẫu.
Sử dụng các phương pháp FESEM – Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường và
HRTEM – Kính hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao để mô tả đặc trưng hình
thái học của nanocomposite chế tạo được. FESEM sử dụng một công cụ phát xạ
trường JSM-6700F JEOL thực hiện ở 3kV và HRTEM được ghi lại trên máy Hitachi
HF-2000 200kV.
- Tính ổn định nhiệt của các mẫu nhận được khi sử dụng máy phân tích nhiệt
trọng lượng TGA. Test này được thực hiện từ nhiệt độ phòng đến 800 oC với tốc độ
quét 10oC/phút. Chế tạo một mẫu composite (từ nền PC và PC/MWCNT) hình chữ
nhật có kích thước 18x10x2mm.
- Các thí nghiệm được thực hiện ở phạm vi nhiệt độ 40-200 oC với tốc độ gia
nhiệt 2oC/phút và tần số không đổi 1Hz. Các hiệu chỉnh vềđộ bền, khối lượng, vị trí
định hướng, và nhiệt độ được thực hiện theo phương pháp PerkinElmer. Để xác định
độ dẫn điện, các mẫu nhựa nền PC nguyên chất, PC/MWCNT dạng masterbatch, và
nanocomposite PC/MWCNT đã được ép thành viên dưới áp lực 20MPa. Độ dẫn ở
nhiệt độ phòng (sử dụng tiêu chuẩn Van Der Pauw) được đo bằng detector dòng 1

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 7


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

chiều. Mỗi dữ liệu hiển thị là giá trị trung bình của phép đo từ ít nhất ba mẫu và các
lỗi thực nghiệm sử dụng độ lệch chuẩn của các dữ liệu thu được.
3. Kết quả và thảo luận
Hình 1 cho thấy phổ Raman của MWCNT, c-MWCNT, và c-MWCNT phủ
CTAB. Cả hai phổ đồ của MWCNT và c-MWCNTvới cùng mẫu phân tích, cho thấy
rằng việc biến tính bề mặt bằng dung dịch axit nitric trong bể hồi lưu ở 160 oC không
ảnh hưởng đến cấu trúc MWCNT.

Hình 1. Phổ Raman của (a)
MWCNT, (b) c-MWCNT, và (c)
c-MWCNT phủ CTAB.
Các peak Raman đặc trưng
tại 1355cm-1là D-band (phổ điện từ tần số 110÷170GHz) và 1580cm -1G-band (phổ
điện từ tần số 4÷6MHz) tương ứng với carbon lai hóa sp 3, sp2 và trạng thái sắp xếp
trên bề mặt của MWCNT. Tỷ lệ cường độ giữa G và D (I G/ID) của MWCNT là 0,88
và c-MWCNT là 0,65. Những kết quả này chỉ ra rằng sự chức năng hóa của axit
nitric làm tăng mức độbất ổn định. Phổ Raman của c-MWCNT phủ CTAB có peak
đặc trưng khác nhau so với c-MWCNT, nó cho thấyCTAB được phủ thành công trên
bề mặt của c-MWCNT.
Phân tích TGA (Hình 2) được tiến hành để xác định tính ổn định nhiệt của
MWCNT, c-MWCNT và c-MWCNT phủ CTAB. Từ phổ đồ cho thấy, khối lượng
giảm của MWCNT chủ yếu là do mất đi carbon vô định hình. Đối với c-MWCNT
khối lượng giảm do sự phân hủy hữu cơ cho các nhóm axit cacboxylic sau khi biến
tính bề mặt theo đề nghị của các báo cáo trước đó.

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 8


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

Hình 2. Giản đồ TGA của (a) MWCNT, (b) c-MWCNT, c-MWCNT được phủ
CTAB
Sau đó, sự giảm nhiều nhất của c-MWCNT phủ CTABquan sát được trong
khoảng nhiệt độ 200 ÷ 250oC, có thểdo sự phân hủy nhiệt cation CTAB hình thành
trên bề mặt của c-MWCNT. Cả hai dữ liệu phổ Raman và TGA chỉ ra rằng chất hoạt
động bề mặt cation được phủ thành công trên bề mặt c-MWCNT. PC/MWCNT dạng
masterbatch được chế tạo sử dụng các lượng khác nhau c-MWCNT phủ CTAB và PC
trong dung dịch THF.
Hình 3 cho thấy ảnh HRTEM của masterbatch PC/MWCNT. Từ hình này có
thểthấy rõ ràng hình thái dạng ống đại diện cho c-MWCNT trong nền PC được tách
ra và phân bố ngẫu nhiên. Điều này cho thấy sự hiệu quả từ phương pháp trộn trong

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 9


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

dung dịch dưới tác động siêu âm.

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 10


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 11


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

Hình 3. Ảnh HRTEM của
PC/MWCNT dạng master batch.
Hình 4 là dữ liệu FESEM của
nanocomposite với 2%, 5% và 7%
khối lượng PC/MWCNTvà viên nhựa
PC. Rõ ràng là cấu trúc hình ống của
MWCNT được phân bố ngẫu nhiên
trong nền PC.

Hình 4. Ảnh FESEM của
nanocomposite (a) 2% khối lượng
PC/MWCNT, (b) 5% PC/MWCNT,
và (c) 7% PC/MWCNT.
Quan sát ảnh HRTEM của
nanocomposite PC/MWCNT trong
hình 5 cho thấy sự phân bố khá đồng
đều của MWCNT trong composite.

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 12


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 13


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

Hình 5. Ảnh hiển vi HRTEM của mẫu (a) 2% khối lượng,
mẫu (b) 5% khối lượng và mẫu (c) 7% PC/MWCNT trong nanocomposite.
Phân tích TGA sử dụng để xác định sự phân hủy nhiệt của PC vàcomposite
PC/MWCNT. Hình 6 cho thấy đường cong TGA của PC và nanocomposite với tốc
độ gia nhiệt 10oC/phút. Trong hình 6b, nhiệt độ bắt đầu phân hủy (T onset) có thể được
xác định bằng cách ngoại suy từ các đường cong phân hủy lớn nhất so với khối lượng

ban đầu củapolymer. Nhiệt độ T onsetcủa PC và nanocompositePC/MWCNT được tóm
tắt trong bảng 1. Tonset của PC là 488oC và tăng lên 495, 497, 498oC thương ứng với 2,
5, và 7% khối lượng PC/MWCNT. Từ những kết quả thực nghiệm, có thể thấy rằng
sự hiện diện của MWCNT trong nền PCtạo ra tính ổn định nhiệt tốt hơn, do đó theo
phổ đồ, sự suy thoái bắt đầu thể hiện đổi rõ ràng với nhiệt độ cao.

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 14


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

Hình 6. A: Giản đồ TGA của (a) nền PC tinh khiết, (b) 2% khối lượng PC/MWCNT,
(c) 5% khối lượng PC/MWCNT, và (d) 7% khối lượng PC/MWCNT
nanocomposites.
B: Ảnh khuếch đại TGA từ 44oC đến 54oC cho (a) nền PC tinh khiết, (b) 2% khối
lượng PC/MWCNT, (c) 5% khối lượng PC/MWCNT, và (d) 7% khối lượng
PC/MWCNT nanocomposites
Hình 7 cho thấy module đàn hồi động của nhựa PC nguyên chất và
nanoconpositse PC/MWCNT ở nhiệt độ từ 40-180 oC. Các dữ liệu module được liệt
kê trong Bảng 1.
Bảng 1. Giá trị nhiệt độ bắt đầu phân hủy (T onset), module đàn hồi động (G'), và độ
dẫn điện của nền PC và vật liệu nanocomposite PC/MWCNT.

Mẫu

Tonset (⁰C)

Nền PC

G' (MPa)

Độ dẫn điện (S/cm)

40⁰C

160⁰C

488

384

6.36

1.10-13

2% klg PC/MWCNT

495

420

108

1,9.10-8

5% klg PC/MWCNT

497

551

145

1,8.10-6

7% klg PC/MWCNT

498

702

210

2,5.10-5

Rõ ràng, module của PC bắt đầu giảm vào khoảng 150 oC, có lẽ là kết quả từ
nhiệt độ Tg của PC. Trong khi đó, Tgcủa nanocompositethấp hơn so với nền PC tinh
khiết, có thể dosự hiện diện của cation CTAB phủ trên bề mặt MWCNT tạo ra sự
giảmTg (hình 8). Tại 40oC, moduleđàn hồi của PC là 3,48.108 Pa, nó sẽ giảm với sự
gia tăng nhiệt độ, ở 160oC nó giảm xuống 6,36.106 Pa. Điều này được cho là do
không đủ nhiệt lượng để vượt qua hàng rào thế năng cho chuyển động quay và
chuyển động chuyển tiếp của các đoạn phân tử polymer trong vùng thủy tinh, khi
nhiệt độ vượt Tg, năng lượng nhiệt có thể so sánh được vớirào cản thế năng cho các
chuyển động đó. Đối với nanocompositePC/MWCNT, sự tăng đáng kể G’ có thể thấy

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 15


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

được trong phạm vi nhiệt độ thấp hơn, có nghĩa là việc thử nghiệm đua MWCNT vào
nềnPC có ảnh hưởng lớn đến tính chất đàn hồi của nền. Dưới T g, tăng cường G’của
nanocomposite khi so sánh với PC nguyên chất là 20,7%, 58,3%, và 102% tương ứng
với 2, 5, và 7% khối lượng masterbatch PC/MWCNT trong nanocomposite.

Hình 7. Module đàn hồi động (G') của (a) nền PC tinh khiết, (b) 2% khối lượng
PC/MWCNT, (c) 5% khối lượng PC/MWCNT, và (d) 7% khối lượng PC/MWCNT
Những kết quả này chỉ ra rằng các ảnh hưởng của vật liệu gia cường trong
nanocomposite bởi sự có mặt của MWCNT và sự ảnh hưởng tương hỗ có thể xảy ra
giữa c-MWCNT phủ CTAB và PC tạo ra vùng phân chia pha hình khuyên của
polymer bao bọc cố định xung quanh MWCNT. Điều này cần thiết để chỉ ra sự tăng
lên đáng kểmodule đàn hồicủa nanocomposite trên nhiệt độ T g với việc đưa MWCNT

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 16


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

vào nền PC.
- Trên nhiệt độ hóa thủy tinh (T g), module đàn hồi của nền PC tinh khiết giảm
khoảng 2 bậc về độ lớn, nhưng module đàn hồi của nanocomposite vẫn còn khoảng
20-30% độ lớn so với những số liệu ở nhiệt độ dưới T g. Do đó, vật liệu
nanocomposite PC/MWCNT cải thiện độ lớn của module đàn hồi cao hơn 1 bậc so
với nền PC không có MWCNT. Những kết quả trên cho thấy sự có mặt của MWCNT
trong PC /MWCNT có thể giới hạn và làm chậm từng chuỗi chuyển động của PC trên
bề mặt tiếp xúc. Sự phân bố đồng đều của MWCNT trên cỡ nano có thể kết luận
mudule đàn hồi của vật liệu nanocomposite PC/MWCNT tăng lên. Hình 8 minh họa

giá trị tan ᵟ của nannocomposite PC/MWCNT. Peak tại vị trí 152⁰C của nền PC tinh
khiết và hình dạng peak của PC/MWCNT thay đổi rõ nét trong vùng nhiệt độ thấp
với cường độ bé và peak rộng hơn so với mẫu PC tinh khiết. Sự giảm của giá trị tanδ
trong nanocomposites chế tạo sẵn là do sự có mặt của cation bề mặt CTAB được phủ
lên bề mặt của MWCNT. Các hình dạng peak rộng hơn của nanocomposite chỉ ra một
chuỗi chuyển động của nanocomposite PC/MWCNT bị kìm hãm do các PC bao bọc
bên ngoài MWCNT.

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 17


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

Hình 8. Giá trị tan δ của (a) nền PC tinh khiết, (b) 2% khối lượng PC/MWCNT, (c)
5% khối lượng PC/MWCNT, và (d) 7% khối lượng PC/MWCNT nanocomposites.
Độ dẫn điện của nền PC, PC/MWCNT dạng masterbatch và nanocomposites
PC/MWCNT được đo bằng tiêu chuẩn Van Der Pauw với phương pháp thăm dò 4
bước [30]. Độ dẫn điện của nền PC ở nhiệt độ phòng là 10 -13 S/cm. Khi bổ sung 2%
khối lượng MWCNT vào PC, độ dẫn điện ở nhiệt độ phòng tăng đáng kể từ 10 -13
S/cm lên 2.10-8 S/cm . Với sự sự tăng hàm lượng của MWCNT, các giá trị độ dẫn ở
nhiệt độ phòng tăng dần từ 1,9.10 -8 S/cm cho 2% khối lượng PC/MWCNT
nanocomposites đến 1,8.10-6 S/cm cho 5% khối lượng nanocomposites PC/MWCNT.
Khi tăng thêm hàm lượng của MWCNT , độ dẫn điện ở nhiệt độ phòng tiến gần đến
độ dẫn điện của PC/MWCNT dạng master patch (4,9*10 -5 S/cm). Các giá trị cụ thể về
độ dẫn điện của nền PC và nanocomposite PC/MWCNT cũng được tóm tắt trong
bảng 1. Tuy nhiên, độ dẫn của nanocomposite đúc sẵn với hàm lượng MWCNT rất
thấp ở nhiệt độ phòng có cường độ cao hơn 4 bậc so với PC mà không chứa
MWCNT. Kết quả này có thể do sự có mặt của MWCNTs với tỉ lệ lớn và ở vùng bề
mặt , do đó vùng dẫn điện nằm giữa vùng PC cách điện và tăng độ dẫn khi tăng hàm
lượng MWCNT.

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 18


TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER

KẾT LUẬN
Theo nghiên cứu này, nanocomposite PC/MWCNT đã được chế tạo thành công
bằng cách trộn master batch PC/MWCNT và các hạt nhỏ PC thông qua quá trình
nóng chảy. Các ảnh chụp hiển vi điện tử truyền qua độ phân giải cao HRTEM của
nanocomposite cho thấy MWCNT được phân tách và phân bố đồng đều trong nền
PC. Các module đàn hồi của nanocomposite PC/MWCNT chế tạo sẵn được nhận thấy
tăng đáng kể so với nền PC tinh khiết. Những kết quả này chỉ ra rằng những tác động
gia cường của nanocomposite PC/MWCNT cao hơn khi có mặt của MWCNT và
tương tác tốt hơn giữa các MWCNT và PC. Độ dẫn điện của nanocomposite
PC/MWCNT với hàm lượng 2% và 5% khối lượng cao hơn bốn và bảy bậc về độ lớn
so với PC mà không chứa MWCNT tương ứng. Đó là bởi vì độ dẫn điện của
MWCNT được xen như là vùng trung gian giữa PC cách điện , tăng độ dẫn điện khi
tăng hàm lượng MWCNT.

SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN

TRANG 19



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×