Tài liệu Tiểu luận: vật liệu nano trong công nghiệp polymer

  • Số trang: 16 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 84 |
  • Lượt tải: 0
vndoc

Đã đăng 7399 tài liệu

Mô tả:

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 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. SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 2 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER - 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 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 SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 3 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER 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 SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 6 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER 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. - 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 60oC 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 260oC 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 800oC 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 40-200oC 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 SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 7 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER 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 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 160oC 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 sp3, sp2 và trạng thái sắp xếp trên bề mặt của MWCNT. Tỷ lệ cường độ giữa G và D (IG/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. SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 8 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER 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. 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 dung dịch dưới tác động siêu âm. SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 9 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 10 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 (Tonset) 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 Tonsetcủa 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 11 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 40-180oC. 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. G' (MPa) Mẫu Tonset (⁰C) Nền PC 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 SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 12 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER 7% klg PC/MWCNT 498 702 210 2,5.10-5 Rõ ràng, module của PC bắt đầu giảm vào khoảng 150oC, 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 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 Tg, 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 SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 13 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER 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 Tg với việc đưa MWCNT vào nền PC. - Trên nhiệt độ hóa thủy tinh (Tg), 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 Tg. 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. 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. SVTH: LÊ VIẾT VIỆT NHÂN TRANG 14 TIỂU LUẬN: VẬT LIỆU NANO TRONG CÔNG NGHỆ POLYMER 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 15 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 16
- Xem thêm -