DMCA.com Protection Status

Nghiên cứu công nghệ chế tạo và ứng dụng vật liệu ống Nanô cácbon  quan tâm

Được đăng bởi: Ẩn danh

Cập nhật lúc 09:09 ngày 26/12/2017

14/2/2012 10:11.

Từ khi vật liệu ống nanô cácbon (CNTs) được phát hiện vào năm 1991 đến nay, một số sản phẩm công nghệ cao ứng dụng CNTs với nhiều tính năng vượt trội đã ra đời. Với cấu trúc tinh thể độc đáo, tính chất điện tử đặc biệt (kim loại hoặc bán dẫn tùy thuộc vào cấu hình của ống), tính dẫn nhiệt tốt, tính chất phát xạ điện tử mạnh,… vật liệu CNTs đã và đang mở ra nhiều ứng dụng mới như chế tạo màn hình phẳng - công suất thấp, linh kiện phát xạ điện tử kích thước bé, vật liệu tản nhiệt trong các thiết bị điện tử công suất cao, vật liệu hấp thụ sóng điện từ, vật liệu tích trữ hydro, ion Li... Đặc biệt với tính chất cơ học quý (nhẹ, độ cứng siêu cao, độ chịu mài mòn cơ và hóa tốt, diện tích bề mặt lớn) CNTs là vật liệu gia cường lý tưởng cho nhiều loại vật liệu tổ hợp mới nền kim loại, nền polymer, cao su, epoxy với phạm vi ứng dụng rất rộng.

Vì vậy, từ năm 2002, Phòng Vật liệu và linh kiện điện tử (nay là phòng Vật liệu Cácbon nanô), Viện Khoa học vật liệu (KHVL) thuộc Viện KHCNVN đã tiên phong tiếp cận đối tượng vật liệu mới này cả về nghiên cứu cơ bản, nghiên cứu công nghệ và ứng dụng. Nhóm nghiên cứu đã làm chủ công nghệ, xây dựng được thiết bị liên hoàn chế tạo vật liệu CNTs đa tường (MWCNTs) quy mô bán công nghiệp, độ sạch trên 90%, giá thành tương đương với sản phẩm tương tự của nước ngoài. Gần đây, nhóm cũng đã chế tạo thành công vật liệu CNTs đơn tường (SWCNTs) có giá trị kinh tế cao và nhiều tính chất vượt trội so với vật liệu MWCNTs.

Sản phẩm MWCNTs được đóng gói Ảnh SEM của vật liệu MWCNTs đã được thương mại hóa

Phát triển thiết bị và nghiên cứu công nghệ chế tạo vật liệu CNTs

Các nhà khoa học Viện KHVL đã thiết kế, xây dựng thiết bị lắng đọng hóa học pha hơi (CVD) nhiệt, hoạt động liên hoàn, sử dụng xúc tác rắn, cho phép tổng hợp vật liệu ống nanô cácbon đa tường (MWCNTs) đạt tiêu chuẩn thương mại. Đồng thời, nhóm nghiên cứu đã chế tạo thành công vật liệu ống nano cácbon đơn tường (SWCNTs) siêu dài (vài mm), đường kính 1-3 nm. Vật liệu CNTs chế tạo được có thể biến tính với các nhóm chức thích hợp, nhằm tăng cường khả năng phân tán đều trong các vật liệu nền khác nhau.

Thiết bị CVD nhiệt chế tạo vật liệu MWCNTs

Ảnh SEM của vật liệu MWCNTs định hướng Ảnh SEM của vật liệu CNTs siêu dài

Nghiên cứu ứng dụng vật liệu CNTs

Kết hợp với một số cơ sở khác, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm có kết quả tốt vật liệu CNTs trong chế tạo vật liệu cao su gia cường CNTs có độ bền, độ chịu mài mòn cao; mạ Ni, Cr gia cường CNTs với độ cứng cao; chế tạo hợp kim nền kim loại gia cường CNTs bằng công nghệ luyện kim bột; chế tạo vật liệu tản nhiệt cho các bộ vi xử lý, linh kiện điốt phát quang (LED), laze công suất lớn; chế tạo vật liệu hấp thụ sóng điện từ; chế tạo đầu dò hiển vi quét xuyên hầm (STM) phân giải cao...

Kết quả nghiên cứu cho thấy các tính chất cơ học của cao su tự nhiên được gia cường với 5–10%wt MWCNTs có độ bền, độ chịu mài mòn cao hơn ba lần so với vật liệu cao su gia cường bằng bột cácbon. Vật liệu tổ hợp cao su-MWCNTs (10% CNTs) đã được thử nghiệm chế tạo thành các bạc tự bôi trơn của máy bơm nước công suất lớn. Bên cạnh đó, ứng dụng vât liệu CNTs trong thử nghiệm gia cường cho các lớp mạ điện Ni, Cr cho kết quả độ cứng và độ chống mài mòn của lớp mạ được tăng cường gấp hai lần so với lớp mạ điện Ni, Cr thông thường. Ngoài ra, hợp kim nền kim loại gia cường CNTs được chế tạo bằng công nghệ luyện kim bột (như vật liệu tổ hợp Cu/CNTs) cũng được cải thiện rất đáng kể về độ cứng, khả năng chống mài mòn và độ dẫn điện.

Vật liệu tổ hợp Cu/CNTs Độ cứng của vật liệu tổ hợp Cu/CNTs 
theo phần trăm khối lượng của CNTs gia cường

Ứng dụng gia cường CNTs vào chế tạo kem tản nhiệt thương mại cho vi xử lý máy tính và linh kiện LED công suất cao cũng đã mang lại hiệu quả rõ rệt, cụ thể là làm giảm nhiệt độ của vi xử lý xuống 4-5oC so với khi sử dụng loại kem tản nhiệt thương mại; cải thiện hiệu suất phát quang của linh kiện LED thông qua việc tăng cường hiệu quả tản nhiệt.

Nhiệt độ của vi xử lý theo thời gian khi không dùng kem, dùng kem Stars, kem Stars 
với các nồng độ CNT-COOH khác nhau (1wt.%, 2wt.%, 3wt.%, 5wt.% và 7wt.%)

Ngoài ra, ứng dụng trong phát xạ trường và đầu dò, CNT đơn sợi được tổng hợp trên đầu típ W có thể phát xạ điện tử tại điện trường 4 V/μm, thấp hơn 5 lần so với típ Si. Hơn nữa đầu dò CNT/W cũng có thể cho ảnh STM phân giải nguyên tử.

Cải thiện hiệu suất phát quang khi sử dụng vật liệu ống nanô cácbon mọc định hướng làm vật liệu tản nhiệt cho linh kiện LED

Triển khai sản xuất và từng bước thương mại hóa

Các kết quả nghiên cứu và thử nghiệm đã đạt được trên đây là cơ sở để Viện KHVL phối hợp với đối tác IQCT International thành lập công ty TNHH Công nghệ nanô Việt Nam – Vinanotech (tháng 11/2010) hoạt động trong lĩnh vực thương mại hóa thiết bị, công nghệ sản xuất và ứng dụng các sản phẩm từ vật liệu nanô cácbon.


Lễ khai trương công ty Vinanotech 11/11/2010

Hiện nay sản phẩm vật liệu CNTs của Vinanotech đã được sử dụng (chủ yếu cho mục tiêu nghiên cứu) ở một số cơ sở thuộc Viện KHCNVN và một số cơ sở nghiên cứu và đào tạo trong nước như Đại học Bách khoa Hà Nội, Đại học Sư phạm Hà Nội, Đại học Bách khoa TP. Hồ Chí Minh... Vinanotech đang từng bước tìm thị trường, tiếp tục nghiên cứu phát triển, nâng cao chất lượng sản phẩm CNTs.

Nguồn: Phòng Vật liệu cacbon nano
Viện Khoa học vật liệu
Xử lý tin: Bích Diệp