Nghiên cứu công nghệ và các điều kiện chế tạo Ống nano cacbon đơn tường swcnts định

Nghiên cứu công nghệ và các điều kiện chế tạo 
Ống nano cacbon đơn tường SWCNTs định 
hướng, siêu dài, sử dụng Ethanol trên đế Si 
Nguyễn Bá Thăng 
Trường Đại học Công nghệ
Luận văn Thạc sĩ ngành: Vật liệu và linh kiện Nano
Người hướng dẫn: PGS.TS. Phan Ngọc Minh 
Năm bảo vệ: 2011 
Abstract: Trình bày cơ sở lý luận về chế tạo ống nano cacbon đơn tường Swcnts: 
Tổng quan ống nano cacbon (CNTs); Vật liệu ống nano cacbon đơn tường 
(SWCNTs); Một số phương pháp chế tạo ống nano cacbon đơn tường; SWCNTs mọc 
định hướng siêu dài và cơ chế mọc; Nguồn cung cấp cacbon; Một số ứng dụng của 
ống nano cacbon đơn tường. Nghiên cứu quy trình chế tạo SWCNTs trên hệ thiết bị 
CVD nhiệt: Hệ thiết bị CVD nhiệt; Quy trình chế tạo; Phân tích tán xạ Raman của 
SWCNTs. Trình bày các kết quả nghiên cứu đạt được: Kết quả ảnh hiển vi điện tử 
quét SEM; Ảnh hưởng của các điều kiện chế tạo SWCNTs siêu dài, định hướng; Ảnh 
hiển vi điện tử truyền qua TEM; Kết quả đo Raman; Mọc SWCNTs dạng lưới; 
Phương pháp nhiệt nhanh (fast-heating); Mọc SWCNTs băng qua rãnh. 
 
 Keywords: Công nghệ Nano; Ống nano cacbon; Vật liệu Nano 
 
Content 
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 
Vật liệu ống nano cacbon (CNTs) nhận được sự quan tâm lớn từ các nhà khoa học, các 
phòng nghiên cứu lớn trên thế giới, ghi nhận được nhiều bước phát triển mạnh mẽ, và đã thu 
được một số thành công nổi bật trong việc chế tạo CNTs và ứng dụng. Mục đích của công 
trình nghiên cứu là tìm ra điều kiện tốt nhất để chế tạo SWCNTs, có đường kính từ 1 - 2 nm, 
chiều dài mỗi ống nano cacbon từ mm đến centimet (1 cm), và nghiên cứu cơ chế mọc nằm 
ngang (horizontal) theo hướng chiều khí thổi của SWCNTs trên đế silic (Si) từ hai dạng xúc 
tác khác nhau là spin-coating muối FeCl
3
và bốc bay các hạt Fe kích thước nano. 
Trong luận văn này, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đặc tính của ống nano cacbon, các yếu 
tố tác động lên quá trình mọc của chúng như nhiệt độ, thời gian, xúc tác, lưu lượng khí thích 
hợp, vv… và nắm rõ ưu nhược điểm, cách thức chế tạo ống nano cacbon của từng điều kiện, 
từ đó có thể xây dựng được một quy trình tối ưu chế tạo ống nano cacbon mọc định hướng, 
chất lượng cao. SWCNTs chế tạo sử dụng nguồn cung cấp cacbon ở dạng lỏng là dung dịch 
ethanol (C
2
H
5
OH) thay cho dạng khí (C
2
H
2
, CH
4
) như vẫn dùng trước đây, kết quả cho thấy 
sản phẩm CNTs mọc với số lượng và chất lượng rất tốt.
Thách thức đối với việc nghiên cứu là cần phải nâng cao hiệu quả mọc và kiểm soát chính 
xác vị trí và hướng của các ống cacbon nano đơn tường đồng thời làm tăng chiều dài của mỗi 
ống. Vì vậy, công trình này nghiên cứu sâu về cơ chế mọc SWCNTs, quy trình nuôi SWCNTs 

2 
trên đế Si/SiO2 bằng phương pháp CVD nhiệt nhanh (fast-heating), xem xét tác động của 
phương pháp này tới kết quả mọc SWCNTs và so sánh với phương pháp CVD thông thường 
vẫn hay làm trước đây. 
Ống nano cacbon hay còn gọi là sợi nano cacbon CNTs có thể được coi là những tấm 
phẳng graphen được cuộn lại có đường kính từ 0.5nm đến 400nm, chiều dài của mỗi ống từ 
vài micromet (µm) đến vài milimet (mm). Trong nhiều công trình mới công bố gần đây, 
người ta đã chế tạo được ống nano cacbon có chiều dài lên tới vài centimet [2], mọc rất đều và 
thẳng. CNTs mọc dựa trên sự khuếch tán cacbon vào xúc tác kim loại như Fe, Al, Ni, hay có 
thể là các dung dịch muối hoặc kim loại khác được bốc bay, khi lắng đọng sẽ hình thành và 
tạo ra các ống nano cacbon. 
SWCNTs có những tính chất cơ học đặc biệt quý như độ cứng lớn, độ bền và độ đàn hồi 
cao, đây là những đặc tính ưu việt hơn hẳn so với một số vật liệu khác. Ngoài ra, CNTs còn 
được biết tới là vật liệu có độ dẫn điện, nhiệt cao và đặc biệt là khả năng phát xạ trường ở 
điện thế thấp. 
Nhờ các tính chất đặc trên, CNTs đã được sử dụng trong một dải rộng các ứng dụng. Đặc 
tính phát xạ điện tử của CNTs là rất quý báu mà chúng ta có thể ứng dụng trong các thiết bị 
như màn hình phẳng phát xạ trường, đầu dò hiển vi lực nguyên tử, đầu dò xuyên hầm. Ngoài 
ra SWCNTs còn được ứng dụng trong linh kiện điện tử nano transistor hiệu ứng trường.