Tải bản đầy đủ

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

NGUYỄN MẠNH HỒNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT
CHỨA ỐNG NANO-CACBON CHO ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU

HÀ NỘI – 2018


VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………

NGUYỄN MẠNH HỒNG


NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT
CHỨA ỐNG NANO - CACBON CHO ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU
Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
Mã số: 9.44.01.23

Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS Phan Ngọc Minh

Hà Nội – 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới
sự hướng dẫn của GS.TS. Phan Ngọc Minh. Các số liệu và kết quả trong
luận án là trung thực và chưa được ai công bố ở bất kỳ công trình nào
khác.

Tác giả luận án

NGUYỄN MẠNH HỒNG


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc
tới thầy hướng dẫn là GS.TS. Phan Ngọc Minh, người thầy đã định hướng
cho tôi trong tư duy khoa học, tận tình chỉ bảo và tạo rất nhiều thuận lợi cho
tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Phan Hồng Khôi, PGS.TS. Phạm
Văn Hội, PGS.TS Vũ Đình Lãm, TS. Nguyễn Văn Thao, TS. Bùi Hùng
Thắng, TS. Nguyễn Văn Chúc, TS. Phan Ngọc Hồng, TS. Nguyễn Tuấn
Hồng, KS. Lê Đình Quang, ThS. Cao Thị Thanh - những người đã luôn giúp
đỡ, khích lệ, động viên tôi trong suốt thời gian làm luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ Phòng Thí nghiệm Trọng điểm
Quốc gia về vật liệu và linh kiện điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Phòng hóa
nghiệm xăng dầu, Viện kỹ thuật xăng dầu quân đội, Viện kỹ thuật cơ giới


quân sự, Trường sĩ quan lục quân 1, Cục xe máy 384 quân đội, Phòng thí
nghiệm hóa dầu, Đại học mỏ địa chất, Viện hóa học công nghiệp Việt Nam
đã giúp tôi thực hiện các phép đo trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Học viện khoa học và công nghệ,
Viện Khoa học vật liệu, Bộ phận Đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện thuận
lợi cho tôi làm luận án.
Nhân dịp này tôi xin dành những tình cảm sâu sắc nhất tới những người
thân trong gia đình tôi đã chia sẻ những khó khăn, thông cảm và động viên,
hỗ trợ tôi thực hiện thành công luận án..!
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Mạnh Hồng


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG CHỨA ỐNG NANO-CACBON ...5
1.1. Tổng quan về ống nano-cacbon........................................................................5
1.1.1. Giới thiệu về ống nano-cacbon ..................................................................5
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của ống nano- cacbon ..............................................5
1.1.3. Các phương pháp chế tạo ống nano-cacbon ..............................................9
1.1.4. Một số tính chất của ống nano-cacbon .............................................12
1.2. Chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nano-cacbon..................................16
1.2.1. Khái niệm chất lỏng nano ........................................................................16
1.2.2. Các phương pháp chế tạo.........................................................................16
1.2.3.Chất lỏng nano chứa thành phần CNTs ....................................................17
1.2.4. Ứng dụng của chất lỏng nano ..................................................................19
1.3. Dầu bôi trơn tản nhiệt .....................................................................................20
1.3.1. Giới thiệu về dầu bôi trơn ........................................................................20
1.3.2. Một số thông số của dầu bôi trơn ............................................................22
1.3.3. Các chất phụ gia có trong dầu bôi trơn ....................................................23
1.3.4. Pha trộn dầu bôi trơn ...............................................................................27
1.3.5. Dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon .........................................28
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực của luận án .........29
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ............................................................29
1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nước .............................................................31
1.4.3. Những vấn đề cần nghiên cứu trong lĩnh vực dầu bôi trơn tản nhiệt chứa
ống nano - cacbon ....................................................................................31
1.5. Kết luận chương 1 ..........................................................................................32
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................................34


2.1. Phương pháp thực nghiệm ..............................................................................34
2.1.1. Phương pháp biến tính CNTs ..................................................................34
2.1.2. Phương pháp pha trộn dầu bôi trơn tản nhiệt nano..................................35
2.1.3. Phương pháp đo đạc, khảo sát tính chất vật liệu .....................................37
2.1.4. Phương pháp đo đạc thông số kỹ thuật dầu nano ....................................40
2.2. Phương pháp mô hình hóa và tính toán lý thuyết ...........................................40
2.3. Nguyên liệu hóa chất sử dụng trong nghiên cứu ............................................41
2.3.1. Nguyên liệu phụ gia cho dầu bôi trơn tản nhiệt.......................................41
2.3.2. Nguyên liệu tản nhiệt ...............................................................................42
2.4. Trang thiết bị chế tạo sử dụng trong nghiên cứu ............................................43
2.4.1. Thiết bị phân tán CNT trong dầu bôi trơn ...............................................43
2.4.2. Một số thiết bị dùng trong chế tạo dầu bôi trơn chứa thành phần nanocacbon ......................................................................................................43
2.5. Kết luận chương 2 ..........................................................................................43
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ CHẾ TẠO DẦU BÔI
TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON .........................44
3.1. Kết quả biến tính CNTs ..................................................................................44
3.2. Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon ...................................46
3.2.1. Phân tán CNTs – OH trong dầu gốc PAO ...............................................46
3.2.2. Tối ưu hàm lượng CNTs trong trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano...........48
3.2.3. Cơ chế phân tán CNTs .............................................................................50
3.2.4. Tối ưu hàm lượng phụ gia đối với từng loại dầu bôi trơn tản nhiệt nano
.................................................................................................................52
3.3. Tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của dầu bôi trơn tản nhiệt ...........................56
3.3.1. Tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt dầu bôi trơn .........................................56
3.3.2. So sánh kết quả với các nhóm nghiên cứu trên thế giới ..........................57
3.4. Đánh giá một số tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano chế tạo được ......58
3.4.1. Độ nhớt ....................................................................................................58
3.4.2. Các thông số kỹ thuật của dầu bôi trơn tản nhiệt nano ............................59
3.5. Kết luận chương 3 ..........................................................................................62


CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANOCACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ
...............................................................................................................64
4.1. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ ..........................................64
4.1.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử ........66
4.1.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ....................67
4.1.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ........................69
4.1.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử ...........71
4.2. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe tăng........................................................94
4.2.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử ........95
4.2.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ....................97
4.2.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ........................98
4.2.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử ...........99
4.3. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe thiết giáp .............................................102
4.3.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử ......103
4.3.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ..................105
4.3.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ......................106
4.3.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử .........108
4.4. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe chở khí tài quân sự ..............................110
4.4.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử ......111
4.4.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ..................113
4.4.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ......................114
4.4.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử .........116
4.5. Khảo sát dầu bôi trơn tản nhiệt có chứa thành phần nano trên thực tế ........118
4.5.1. Thử nghiệm thực tế trên xe thiết giáp ....................................................118
4.5.2. Thử nghiệm thực tế trên xe chở khí tài quân sự ....................................120
4.6. Thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần CNTs trong tản nhiệt cho
đèn LED công suất lớn .................................................................................122
4.7. Kết luận chương 4 ........................................................................................124
KẾT LUẬN CHUNG ..............................................................................................126
KIẾN NGHỊ VÀ KẾ HOẠCH TIẾP THEO ...........................................................127
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ...............................................128


TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................130
PHỤ LỤC 141


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Diễn giải

CNT

Ống nano cacbon – Carbon nanotube

CNF

Sợi nano cacbon - Carbon nanofibers

AFM

Kính hiển vi lực nguyên tử - Atomic Force Microscope

STM

Kính hiển vi xuyên hầm quét - Scanning Tunneling Microscope

CVD

Lắng đọng hoá học pha hơi - Chemical Vapor Deposition

CPU

Vi xử lý trung tâm - Central Processing Unit

LED

Điốt phát quang - Light Emitting Diode

SEM

Kính hiển vi điện tử quét - Scanning Electron Microscope

FESEM
TEM
HRTEM

Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường - Field Emitting Scanning
Electron Microscope
Kính hiển vi điện tử truyền qua - Transmission Electron Microscope
Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao - High Resolution
Transmission Electron Microscope

TGA

Phân tích nhiệt trọng lượng - Thermogravimetric Analysis

XRD

Nhiễu xạ tia X - X-Ray Diffraction

MWCNT

Ống nano cacbon đa tường - Muti-walled Carbon Nanotube

SWCNT

Ống nano cacbon đơn tường - Single-walled Carbon Nanotube

PAO

Dầu gốc - Poly AlphaOlefine

FTIR

Phổ hồng ngoại biến đổi fourier - Fourrier Transformation InfraRed

UV – VIS

Quang phổ hấp thụ phân tử - Ultraviolet visible

SDS

Sodium dodecyl Sulfate

EG

Ethylen Glycol

DW

Nước cất

FHP

Ống dẫn nhiệt phẳng – Flat heat pipe

SAE

Chỉ số phân loại dầu nhớt – Society of automobile engineers

API

American Petroleum Institute

DOS

Electronic density of states


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. So sánh một số tính chất cơ học của CNTs với các vật liệu khác [18] ....13
Bảng 1.2. Độ dẫn nhiệt của CNTs và một số chất lỏng tản nhiệt [46] .....................18
Bảng 1.3. Thành phần dầu bôi trơn thương phẩm [83, 84] ......................................28
Bảng 3.1. Tổng hợp các thông số theo tiêu chuẩn ГОСТ 12.337-84, ГОСТ 6360-83,
ГОСТ 6360-85 và ГОСТ 17479.1-85 của Nga kết hợp thêm một số
tiêu chuẩn khác đối với dầu bôi trơn .....................................................52
Bảng 3.2. Hàm lượng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt cho tàu thủy cỡ nhỏ
theo tiêu chuẩn ГОСТ 12.337-84 sau quá trình nghiên cứu tối ưu hóa
trên cơ sở hàm lượng của CNTs là 0,12% thể tích ................................53
Bảng 3.3. Hàm lượng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho xe tăng
theo tiêu chuẩn ГОСТ 6360-83 sau quá trình nghiên cứu tối ưu hóa trên
cơ sở hàm lượng của CNTs là 0,12% thể tích .......................................54
Bảng 3.4. Hàm lượng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho xe thiết
giáp theo tiêu chuẩn ГОСТ 6360-85 sau quá trình nghiên cứu tối ưu
hóa trên cơ sở hàm lượng của CNTs là 0,12% thể tích .........................54
Bảng 3.5. Hàm lượng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho xe chở khí
tài quân sự theo tiêu chuẩn ГОСТ 17479.1-85 sau quá trình nghiên cứu
tối ưu hóa trên cơ sở hàm lượng của CNTs là 0,12% thể tích ..............55
Bảng 3.6. So sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano đã chế tạo được với
dầu bôi trơn thương phẩm và dầu không chứa thành phần nano dùng
cho tàu thủy cỡ nhỏ ..............................................................................60
Bảng 3.7. Tổng hợp và so sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano đã chế
tạo được, dầu thương phẩm và dầu bôi trơn không chứa nano
cho động cơ xe tăng ...............................................................................61
Bảng 3.8. Tổng hợp và so sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano chế tạo
được với dầu thương phẩm và dầu bôi trơn không chứa nano cho động
cơ xe thiết giáp ......................................................................................61
Bảng 3.9. Tổng hợp và so sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano chế tạo
được với dầu thương phẩm và dầu bôi trơn không chứa nano
cho động cơ xe chở khí tài quân sự .......................................................62


Bảng 4.1. Kết quả đo độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ ...68
Bảng 4.2. Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của các loại dầu bôi trơn tản nhiệt
sau quá trình chạy thử nghiệm
trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ ........................................................1
Bảng 4.3. Kết quả đo độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ xe tăng.................97
Bảng 4.4. Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của các loại dầu bôi trơn tản nhiệt
sau quá trình chạy thử nghiệm trên bệ thử ..............................................1
động cơ xe tăng ...........................................................................................................1
Bảng 4.5. Kết quả đo độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ xe thiết giáp ......105
Bảng 4.6. Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của các loại dầu bôi trơn tản nhiệt
sau quá trình chạy thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe thiết giáp ...........1
Bảng 4.7. Kết quả đo độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ
xe chở khí tài quân sự ..........................................................................113
Bảng 4.8. Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của các loại dầu bôi trơn tản nhiệt
sau quá trình chạy thử nghiệm trên bệ thử
động cơ xe chở khí tài quân sự ................................................................1
Bảng 4.9: Bảng tổng hợp kết quả thử nghiệm thực tế dầu bôi trơn tản nhiệt thường
và dầu bôi trơn tản nhiệt nano trên xe thiết giáp .................................119
Bảng 4.10. Bảng tổng hợp kết quả thử nghiệm thực tế dầu bôi trơn tản nhiệt thường
và dầu bôi trơn tản nhiệt nano trên xe ZIL 131 ...................................121


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mô tả cách cuộn tấm graphen để có được CNTs [6] ..................................6
Hình 1.2. Các dạng cấu trúc của CNTs: a) SWCNT b) MWCNT [7] .......................6
Hình 1.3. (a) Véc tơ chiral, (b) CNTs loại amchair (5,5), zigzag (9,0)
và chiral (10,5) [8, 9] ................................................................................8
Hình 1.4. Các loại defect trên ống CNTs: a) ở đầu ống, b) ở thân ống [10] ..............8
Hình 1.5. Hệ bốc bay bằng laze và sản phẩm CNT thu được
bằng phương pháp này [13] .....................................................................9
Hình 1.6. Sơ đồ khối hệ CVD nhiệt [13] ..................................................................11
Hình 1.7. Sự phụ thuộc độ dẫn nhiệt của đơn sợi CNT (đường nét liền) và của
graphit (đường nét đứt) vào nhiệt độ [26] .............................................15
Hình 1.8. Sự phụ thuộc độ dẫn nhiệt của đơn sợi CNT vào nhiệt độ [27] ...............15
Hình 1.9. Đồ thị phụ thuộc của độ dẫn nhiệt của nước cất (DW) và Ethylen Glycol
(EG) vào nồng độ % thể tích của CNTs trong chất lỏng [48] ...............18
Hình 1.12. Một số loại dầu bôi trơn trên thế giới .....................................................29
Hình 2.1. Quy trình biến tính gắn nhóm chức –COOH và –OH lên bề mặt CNTs..34
Hình 2.2. Sơ đồ phương pháp nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt nano tại
phòng thí nghiệm ...................................................................................36
Hình 2.3. Quá trình chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa CNTs ................................37
Hình 3.1. Sơ đồ quy trình chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần vật liệu
nano cacbon cho thiết bị quân sự ..........................................................46
Hình 3.2. Quy trình để phân tán CNTs trong dầu gốc..............................................47
Hình 3.3. Phổ phân bố kích thước của CNTs trong dầu bôi trơn tản nhiệt đo trên
thiết bị Zeta-Sizer với các trường hợp khác nhau: Rung siêu âm 40 phút
(a), rung siêu âm 50 phút (b) và rung siêu âm 60 phút (c) ....................49
Hình 3.4: Dầu bôi trơn chứa thành phần ống nano - cacbon chế tạo được ..............50
Hình 3.5: Phổ phân bố kích thước đo trên thiết bị Zeta-Sizer của CNTs trong dầu
bôi trơn tản nhiệt với hàm lượng 0,13% thể tích và thời gian rung siêu
âm là 60 phút .........................................................................................50


Hình 3.6. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả đo đạc khảo sát độ dẫn
nhiệt của dầu bôi trơn tản nhiệt với các hàm lượng CNTs khác nhau ..56
Hình 3.7. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm về độ dẫn
nhiệt của dầu PAO/CNTs do nhóm S.U.S. Choi và tập thể nghiên cứu
thực hiện ................................................................................................58
Hình 3.8. Kết quả đo độ nhớt động học của dầu bôi trơn tản nhiệt theo nồng độ của
CNTs trong dầu ở nhiệt độ 40oC ...........................................................58
Hình 3.9. Kết quả đo độ nhớt động học của dầu bôi trơn tản nhiệt theo nồng độ của
CNTs trong dầu ở nhiệt độ 100oC .........................................................59
Hình 4.1: Ảnh chụp thực tế bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ dùng để thử nghiệm
dầu bôi trơn tản nhiệt nano tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự ............64
Hình 4.2: Dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ ............65
Hình 4.3. Kết quả khảo sát nhiệt độ dầu với các loại dầu khác nhau .......................66
Hình 4.4. Kết quả khảo sát nhiệt độ nước động cơ với các loại dầu khác nhau ......67
Hình 4.5. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong trường
hợp sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm ................................................69
Hình 4.6. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong trường
hợp sử dụng dầu bôi trơn không chứa thành phần nano .......................70
Hình 4.7. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong trường
hợp sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt nano ...............................................70
Hình 4.8. Ảnh chụp thực tế bệ thử động cơ xe tăng dùng để thử nghiệm dầu bôi
trơn tản nhiệt nano tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự .........................94
Hình 4.9. Dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho bệ thử động cơ xe tăng..........................95
Hình 4.10. Kết quả khảo sát nhiệt độ dầu với các loại dầu khác nhau .....................96
Hình 4.11. Kết quả khảo sát nhiệt độ nước động cơ với các loại dầu khác nhau ....96
Hình 4.12. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm .....................................98
Hình 4.13. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn không chứa thành phần nano ............98


Hình 4.14. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt nano ...................................99
Hình 4.15. Ảnh chụp thực tế bệ thử động cơ xe thiết giáp dùng để thử nghiệm dầu
bôi trơn tản nhiệt nano tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự .................102
Hình 4.16. Dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho bệ thử động cơ xe thiết giáp .............103
Hình 4.17. Kết quả khảo sát nhiệt độ dầu với các loại dầu khác nhau ...................104
Hình 4.18. Kết quả khảo sát nhiệt độ nước động cơ với các loại dầu khác nhau ..105
Hình 4.19. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm ...................................106
Hình 4.20. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn không chứa thành phần nano ..........107
Hình 4.21. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt nano .................................107
Hình 4.22. Ảnh chụp thực tế bệ thử động cơ xe ZIL 131 dùng để thử nghiệm dầu
bôi trơn tản nhiệt nano tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự .................110
Hình 4.23. Dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho bệ thử động cơ xe ZIL131 ................111
Hình 4.24. Kết quả khảo sát nhiệt độ dầu với các loại dầu khác nhau ...................112
Hình 4.25. Kết quả khảo sát nhiệt độ nước động cơ với các loại dầu khác nhau ..113
Hình 4.26. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm. ..................................114
Hình 4.27. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn không chứa thành phần nano ..........115
Hình 4.28. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt nano .................................115
Hình 4.29: Ảnh chụp xe thiết giáp BTR-60 PB dùng trong chạy thử nghiệm thực tế
dầu bôi trơn tản nhiệt nano do Trường Sỹ quan Lục quân 1 thực hiện
.............................................................................................................118
Hình 4.30. Ảnh chụp xe chở khí tài quân sự ZIL 131 dùng trong chạy thử nghiệm
thực tế dầu bôi trơn tản nhiệt nano do Viện Kỹ thuật cơ giới quân sự
thực hiện ..............................................................................................120


Hình 4.31: Đồ thị nhiệt độ của đèn pha LED 300W và giàn tỏa nhiệt theo thời gian
khi sử dụng và không sử dụng phương pháp tản nhiệt bằng dầu bôi trơn
tản nhiệt chứa thành phần CNTs .........................................................123


MỞ ĐẦU
Các trang thiết bị như xe chở khí tài quân sự, xe tăng, xe thiết giáp, tàu
thủy... là những thiết bị nòng cốt của quân đội. Đây là những thiết bị đặc chủng, đắt
tiền khó mua và có tính bảo mật cao. Việc gia tăng độ bền, tuổi thọ và công suất
hoạt động của các động cơ của xe chở khí tài, xe tăng, xe thiết giáp, tàu thủy... có ý
nghĩa rất quan trọng. Hiện nay, quân đội ta vẫn nhập các loại dầu bôi trơn thương
phẩm từ Cộng Hòa Liên Bang Nga. Tuy nhiên, những loại dầu bôi trơn này có hệ số
ma sát khá cao và dầu chỉ sử dụng trong thời gian tương đương với phạm vi hoạt
động từ 3000 – 5000 km đã phải thay dầu bôi trơn mới. Điều này làm giảm đi khả
năng tác chiến trong chiến đấu và huấn luyện cũng như những hạn chế trong việc
nâng cao độ bền, tuổi thọ, công suất, tiêu hao nhiên liệu, khí thải và thời gian sử
dụng của động cơ.
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ nano, nhiều loại vật liệu
mới có kích thước nano với nhiều tính năng ưu việt, vượt trội đã được nghiên cứu
phát triển và ứng dụng. Nhiều nghiên cứu cho thấy việc đưa thêm các vật liệu có
cấu trúc nano trong đó có vật liệu nano cacbon (CNTs) đã tạo ra nhiều vật liệu mới
có khả năng ứng dụng cao trong công nghiệp cũng như đời sống. Các nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm đều cho thấy vật liệu CNTs là vật liệu có độ dẫn nhiệt cao,
với CNTs đơn sợi độ dẫn nhiệt có thể lên tới 2000 W/mK [1, 2]. Tính chất ưu việt
này của CNTs đã mở ra hướng ứng dụng trong việc nâng cao độ dẫn nhiệt cho các
vật liệu trong các hệ thống tản nhiệt.
Một số nghiên cứu trên thế giới cho thấy việc sử dụng vật liệu CNTs vào dầu
bôi trơn giúp làm giảm hệ số ma sát của động cơ, tăng độ dẫn nhiệt qua đó nâng cao
hiệu suất hoạt động của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và đặc biệt là nâng cao độ bền,
tuổi thọ cho động cơ. Các sản phẩm dầu bôi trơn, tản nhiệt sử dụng vật liệu nano
cacbon đã được chế tạo ở Hoa Kỳ, một số nước ở Châu Âu, Hàn Quốc,... trong đó có
các loại dầu đặc chủng dùng trong quân đội nhưng không được thương mại hóa. Vì
vậy, việc làm chủ công nghệ để có thể tự sản xuất được ở trong nước là vấn đề rất cần
thiết. Khi có chiến tranh xảy ra, việc nhập khẩu dầu bôi trơn trở nên khó khăn.
Từ tình hình thực tế đó, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: "Nghiên cứu chế tạo

1


dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị
quân sự" làm đề tài nghiên cứu cho luận án của mình.
Mục đích của luận án:
– Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng ống nano-cacbon từ dầu gốc
– Xây dựng mô hình truyền nhiệt của động cơ sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt
có thành phần CNTs và đánh giá một số tính chất của nó
– Ứng dụng dầu bôi trơn tản nhiệt cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự
Để thực hiện được các mục tiêu trên, các nội dung nghiên cứu cụ thể sau đây
đã được triển khai thực hiện:
– Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng vật liệu ống nano-cacbon
- Đo đạc, đánh giá cấu trúc và khảo sát các tính chất lý, nhiệt, điện của các vật
liệu tản nhiệt chế tạo được
– Tính toán, xây dựng mô hình tản nhiệt của động cơ đốt trong sử dụng dầu bôi
trơn tản nhiệt có chứa ống nano - cacbon và so sánh với kết quả thực nghiệm
– Nghiên cứu thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chế tạo cho động cơ đốt trong
của một số thiết bị quân sự
– Trên cơ sở thực nghiệm và tính toán có được, tiến hành tối ưu hóa điều kiện
công nghệ chế tạo đồng thời định hướng ứng dụng thực tiễn của dầu bôi trơn
tản nhiệt chế tạo được.
Đối tượng nghiên cứu
Dầu bôi trơn tản nhiệt có chứa thành phần CNTs sử dụng cho động cơ đốt
trong của một số thiết bị quân sự
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thực nghiệm bao gồm phương pháp để biến tính CNTs với các
nhóm chức –COOH và –OH, chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng cho động cơ đốt
trong của một số thiết bị quân sự (tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, xe thiết giáp, xe chở khí
tài quân sự).
- Phương pháp tính toán lý thuyết dựa trên việc phát triển một số mô hình tính

2


toán lý thuyết đã có trên thế giới để xây dựng mô hình cải tiến tính toán độ dẫn
nhiệt của chất lỏng tản nhiệt CNTs với độ chính xác cao.
- Phương pháp đo đạc một số tính chất của dầu bôi trơn chứa thành phần
CNTs chế tạo được.
Bố cục và nội dung của luận án
Luận án bao gồm 142 trang với 22 bảng, 62 hình vẽ và đồ thị. Ngoài phần Mở
đầu trình bày ý nghĩa và lý do lựa chọn vấn đề nghiên cứu và kết luận về những kết
quả đã đạt được cũng như một số vấn đề có thể nghiên cứu tiếp tục. Luận án được
cấu trúc trong 4 Chương:
Chương 1: Trình bày tổng quan về ống nano-cacbon, chất lỏng tản nhiệt chứa
thành phần ống nano-cacbon, dầu bôi trơn tản nhiệt và tổng quan được tình hình
nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực của luận án. Phần tổng quan về ống
nano-cacbon trình bày về cấu trúc và một số tính chất của vật liệu CNTs, các
phương pháp tổng hợp vật liệu CNTs. Phần tổng quan về vật liệu tản nhiệt trình bày
về chất lỏng chứa thành phần CNTs và các phương pháp chế tạo chất lỏng chứa
thành phần CNTs. Dầu bôi trơn, các thông số của dầu bôi trơn, các phụ gia có trong
dầu bôi trơn cũng như cách pha trộn dầu bôi trơn cũng đã được trình bày. Phần
nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực của luận án đã khái quát, tìm hiểu
một số nghiên cứu của tác giả trên thế giới từ năm 2012 đến năm 2017. Đồng thời
cũng tìm hiểu việc nghiên cứu trong nước cho đến thời điểm hiện tại.
Chương 2: Trình bày các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án, bao
gồm: Hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán xạ Raman, phổ hấp thụ hồng ngoại, phổ
huỳnh quang tia X, máy đo phổ phân tán Zeta-Sizer. Chương 2 cũng đã trình bày về
nguyên liệu, hóa chất sử dụng trong luận án và các trang thiết bị chế tạo sử dụng
trong nghiên cứu.
Chương 3: Trình bày các kết quả biến tính vật liệu CNTs với các nhóm chức –
OH và –COOH, kết quả chế tạo và xác định một số tính chất của dầu bôi trơn tản
nhiệt chứa thành phần CNTs. Trình bày kết quả nghiên cứu về mô hình cải tiến tính
toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần ống nanocacbon. Từ đó so sánh mô hình truyền nhiệt với các nhóm thực nghiệm trên thế giới.

3


Chương 4: Trình bày kết quả thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành
phần CNTs chế tạo được cho động cơ đốt trong của tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, xe
thiết giáp, xe chở khí tài quân sự. Đồng thời nghiên cứu định hướng, mở rộng ứng
dụng của dầu bôi trơn tản nhiệt cho đèn LED công suất lớn.
Ở cuối luận án, danh sách những công trình đã công bố liên quan và danh
mục các tài liệu tham khảo đã được liệt kê.
Luận án được thực hiện tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam.
Những đóng góp mới của luận án
-

Đã làm chủ được công nghệ chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nanocacbon trên cơ sở dầu gốc PAO sử dụng cho động cơ đốt trong của thiết bị
quân sự.

-

Đã chế tạo được 4 loại dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon sử dụng
cho động cơ đốt trong của tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, xe thiết giáp và xe chở
khí tài quân sự.

-

Đã tiến hành thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho
động cơ đốt trong của thiết bị quân sự với hiệu suất cao, tiết kiệm nhiên liệu
từ 10-15%, tăng tuổi thọ của dầu lên 4 lần so với dầu thông thường và giảm
ma sát.

4


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG CHỨA ỐNG NANO-CACBON
1.1. Tổng quan về ống nano-cacbon
1.1.1. Giới thiệu về ống nano-cacbon
Vật liệu cacbon cấu trúc nano dạng sợi lần đầu tiên được phát hiện vào năm
1976 bằng phương pháp CVD bởi nhóm nghiên cứu M. Endo. Sau 15 năm, Tiến sỹ
S. Iijima (Nhật Bản) trong quá trình nghiên cứu về vật liệu fullerene được tạo ra từ
phương pháp hồ quang điện đã phát hiện ra một dạng thù hình mới của cacbon
thông qua kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và đặt tên vật liệu này là ống
nano-cacbon (carbon nanotubes - CNTs) [3]. Kể từ năm 1991 đến nay đã có rất
nhiều nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đã tập trung nghiên cứu chế tạo và ứng
dụng loại vật liệu mới này và đã cho nhiều kết quả nổi bật. Vật liệu CNTs đã mở ra
tiềm năng ứng dụng to lớn do sở hữu những tính chất hết sức độc đáo và ưu việt.
Với cấu trúc tinh thể đặc biệt, CNTs có nhiều tính năng như: Độ dẫn điện thay
đổi theo kích thước và cấu trúc của ống nhẹ hơn thép 6 lần nhưng lại bền hơn thép cỡ
100 lần, chịu được nhiệt độ rất tốt (~ 2800oC trong chân không và ~ 700oC trong
không khí), có tính đàn hồi tốt, diện tích bề mặt lớn, có khả năng phát xạ điện từ ở từ
trường thấp. Bên cạnh khả năng tạo được vật liệu compozit tiên tiến và các thiết bị
điện tử kích thước nano thì CNTs còn có thể ứng dụng trong vật liệu tản nhiệt.
Xét về cấu trúc, do diện tích bề mặt lớn và có cấu trúc rỗng nên CNTs được
sử dụng như vật liệu hấp phụ. Hơn nữa cấu trúc bề mặt của CNTs có thể hoạt hóa
bằng các oxy hóa hoặc bằng các chất hoạt động bề mặt, mở đáy của ống nano cacbon, bề mặt có thể gắn thêm các kim loại, oxit kim loại hoặc các tác nhân hữu cơ
làm tăng khả năng ứng dụng của chúng trong việc chế tạo vật liệu hấp phụ.
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của ống nano- cacbon
Bản chất của liên kết trong ống nano-cacbon được giải thích bởi hóa học
lượng tử, cụ thể là sự xen phủ orbital. Liên kết hóa học của các ống nano - cacbon
được cấu thành hoàn toàn bởi các liên kết sp2, tương tự than chì. Cấu trúc liên kết
này mạnh hơn các liên kết sp3 trong kim cương, tạo ra những phân tử có độ bền đặc
biệt. Các ống nano - cacbon thông thường được xếp thành các "sợi dây thừng" được
giữ với nhau bằng lực Van der Waals [4, 5].

5


Ở đây chúng ta quan tâm đến các mặt graphen vì có thể coi CNTs được tạo
thành bằng cách cắt các tấm graphen ra, sau đó cuộn tròn lại. Có rất nhiều kiểu cuộn
khác nhau dựa theo hướng cuộn, chính sự khác nhau này làm cho CNTs có các tính
chất vật lý, hóa học phong phú đa dạng và có thể thay đổi.
Tuy nhiên, không phải lúc nào ống nano - cacbon cũng có hình dạng giống
như hình dạng của tấm graphen cuộn lại. Bởi vì tấm graphen gồm các nguyên tử
cacbon xếp trên 6 đỉnh của hình lục giác, còn CNTs lại có sự xuất hiện của các đa
giác là ngũ giác.

Hình 1.1. Mô tả cách cuộn tấm graphen để có được CNTs [6]
Có hai loại ống nano - cacbon là: Ống nano cacbon đơn lớp hay còn được gọi
là ống nano - cacbon đơn tường (SWCNT), được cấu tạo bởi một lớp duy nhất các
nguyên tử cacbon và ống nano - cacbon đa lớp với kích thước cỡ nanomet và có
dạng hình ống, hay còn được gọi là ống nano - cacbon đa tường (MWCNTs) (hình
1.2a, hình 1.2b).
(a)

(b)

Hình 1.2. Các dạng cấu trúc của CNTs: a) SWCNT b) MWCNT [7]

6


Ống nano-cacbon đơn tường có cấu trúc giống như là sự cuộn lại của một lớp
than chì độ dày một nguyên tử (còn gọi là graphen) thành một hình trụ liền và được
khép kín ở mỗi đầu bằng một nửa phân tử fulleren. Do đó CNTs còn được biết đến
như là fulleren có dạng hình ống gồm các nguyên tử cacbon liên kết với nhau bằng
liên kết cộng hoá trị sp2 bền vững. Ống nano cacbon đa tường gồm nhiều ống đơn
tường đường kính khác nhau lồng vào nhau và đồng trục, khoảng cách giữa các lớp
từ 0,34 nm đến 0,39 nm. Ngoài ra, SWCNT thường tự liên kết với nhau để tạo
thành từng bó xếp chặt (được gọi là SWNTs ropes) và tạo thành mạng tam giác
hoàn hảo với hằng số mạng là 1,7 nm. Mỗi bó có thể gồm hàng trăm ống SWCNT
nằm song song với nhau và chiều dài có thể lên đến vài mm.
Cấu trúc của vật liệu CNTs được đặc trưng bởi vectơ Chiral, kí hiệu là Ch. Vectơ
này chỉ hướng cuộn của các mạng graphen và độ lớn đường kính ống (hình 1.3a).

Ch  na1  ma2  ( n, m)
Trong đó:

(1.1)

n và m là các số nguyên.
a1 và a2 là các vectơ đơn vị của mạng graphen

Có nhiều cách chọn vectơ cơ sở a1, a2, một trong các cách chọn chỉ ra trong
hình 1.3a dưới đây.
 3 1
 3 1
a1  a 
,  , a 2  a
, 
2
 2 2
 2

(1.2)

Với a là hằng số mạng của graphit: a = 0,246 nm.
Góc của vectơ Chiral θ:
cos  

2n  m
2 ( n 2  m 2  nm )

(1.3)

Đường kính D của ống được tính theo công thức sau:
D  k n 2  m2  nm

(nm)

(1.4)

(k  N )

Theo vector chiral, vật liệu CNTs có các cấu trúc khác nhau tương ứng với
các cặp chỉ số (n, m) khác nhau. Ba cấu trúc thường gặp đó là: amchair, zigzag và
chiral tương ứng với các cặp chỉ số (n, n), (n, 0) và (n, m) (hình 1.4b).

7


CNTs có đường kính từ vài nanomet tới vài chục nanomet và chiều dài từ
một vài micromet đến vài milimet, dẫn tới tỉ lệ chiều dài/đường kính và diện tích bề
mặt của nó là rất lớn.
Tuy nhiên, đây là các cấu trúc lý tưởng của CNTs. Trên thực tế, cấu trúc của
CNTs bao giờ cũng tồn tại các sai hỏng hay còn gọi là các defect. Các sai hỏng này
được phân loại theo cấu trúc hình học hay dạng lai hóa của các nguyên tử cacbon
cấu thành nên CNTs.

(a)

(b)

Hình 1.3. (a) Véc tơ chiral, (b) CNTs loại amchair (5,5), zigzag (9,0)
và chiral (10,5) [8, 9]
Các sai hỏng theo cấu trúc hình học trên ống CNTs là sự xuất hiện của các
vòng cacbon không phải 6 cạnh. Các vòng cacbon này có thể là 7 cạnh hoặc 8
cạnh, chủ yếu xảy ra ở đầu ống và gần vùng liên kết ống (hình 1.4).
Các sai hỏng theo kiểu lai hóa, có thể hiểu là dạng lai hóa của các nguyên tử
cacbon của CNTs là sự kết hợp giữa các dạng lai hóa sp và sp3, do đó cấu trúc của
CNTs không chỉ gồm các liên kết C-C lai hóa dạng sp2 mà còn là sp2+α (-1 < α < 1).
Đây là nguyên nhân gây ra sự uốn cong trên bề mặt của CNTs.

Hình 1.4. Các loại defect trên ống CNTs: a) ở đầu ống, b) ở thân ống [10]

8


Ngoài các dạng sai hỏng trên, còn một số dạng sai hỏng khác như liên kết
không hoàn toàn, khuyết và dịch vị trí. Các sai hỏng có vai trò rất quan trọng, chúng
là đầu mối chìa khóa trong các quá trình biến tính của vật liệu CNTs. Các sai hỏng
này có thể ở đầu ống hay trên thân ống và mở ra các cực thu hút các nhóm chức
hoạt động như carboxyl, hydroxyl, estes… Các nhóm chức này là công cụ chủ yếu
để hoạt hóa, biến tính vật liệu CNTs. Tuy nhiên, các sai hỏng này cũng ảnh hưởng
tới các tính chất của CNTs, đặc biệt là các tính chất cơ, điện. Nó có thể làm giảm độ
bền về mặt cơ học và làm thay đổi cấu trúc dải điện tử của CNTs.
1.1.3. Các phương pháp chế tạo ống nano-cacbon
Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu CNTs,
nhưng trong luận án này chúng tôi chỉ tập trung quan tâm đến phương pháp bốc bay
laze và phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi (CVD). Sau hơn 20 năm kể từ
ngày được phát hiện, vật liệu CNTs đã được chế tạo với số lượng lớn và đã được
thương mại hóa [11, 12]. Tùy vào tính chất vật liệu CNTs cần tổng hợp mà mỗi
phương pháp có ưu thế riêng.
1.1.3.1. Phương pháp bốc bay laze

Hình 1.5. Hệ bốc bay bằng laze và sản phẩm CNT thu được
bằng phương pháp này [13]
Phương pháp bốc bay bằng laze là một phương pháp có hiệu quả cao cho quá
trình tổng hợp bó SWCNT với vùng phân bố hẹp. Trong phương pháp này, một
miếng graphit dùng làm bia bị bốc bay bởi bức xạ laser dưới áp suất cao trong môi
trường khí trơ. MWCNTs được tạo ra trên bia graphit sạch. Chất lượng và hiệu suất

9


của sản phẩm tạo ra phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng và chất lượng sản phẩm tốt
nhất ở nhiệt độ 1200ºC. Ở nhiệt độ thấp hơn thì chất lượng cấu trúc giảm và CNTs
bắt đầu xuất hiện những sai hỏng. Trong phương pháp bốc bay bằng chùm laser,
năng lượng của chùm tia laser làm bay hơi bia graphite được đặt ở trong lò đốt bằng
điện ở nhiệt độ khoảng 1200ºC. Luồng khí Ar (áp suất ~500 Torr) thổi hơi cacbon
từ vùng nhiệt độ cao về điện cực lắng đọng bằng đồng được làm lạnh bằng nước
như được thể hiện trên hình 1.5. Nếu dùng bia graphit tinh khiết ta sẽ thu được
MWCNTs. Nếu bia được pha thêm khoảng 1,2% nguyên tử Co/Ni với khối lượng
Ni và Co bằng nhau sẽ thu được SWCNT. Trong sản phẩm còn có các dây nano tạo
bởi các SWCNT với đường kính từ 10 nm đến 20 nm và dài trên 100 m.
Giá trị trung bình của đường kính ống và mật độ phân bố đường kính ống tuỳ
thuộc vào nhiệt độ tổng hợp và thành phần xúc tác. Để tạo SWCNT, người ta còn
dùng phương pháp xung cực nhanh từ laser điện tử tự do (FEL) hoặc phương pháp
xung laser liên tục.
Phương pháp này có ưu điểm là sản phẩm thu được có độ sạch cao (trên
90%) so với phương pháp hồ quang điện. Tuy nhiên, đây chưa phải là phương pháp
có lợi ích kinh tế cao và khá tốn kém, vì lượng sản phẩm tạo ra ít, trong khi đó
nguồn laser yêu cầu công suất lớn và điện cực than cần có độ sạch cao, ...
1.1.3.2. Phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi
Lắng đọng hóa học từ pha hơi (CVD) là một phương pháp mà nhờ đó vật liệu
rắn được lắng đọng từ pha hơi thông qua các phản ứng hóa học xảy ra ở gần bề mặt
đế được nung nóng. Trong CVD, vật liệu rắn thu được là dạng lớp phủ, bột hoặc
đơn tinh thể. Bằng cách thay đổi điều kiện thí nghiệm, vật liệu đế, nhiệt độ đế,
thành phần cấu tạo của hỗn hợp khí phản ứng, áp suất, ... có thể điều chỉnh được
những đặc tính khác nhau của vật liệu. CVD là phương pháp phổ biến nhất để chế
tạo CNTs với số lượng lớn, độ đồng đều cao và có thể điều khiển thông số tính chất
CNTs trong quá trình chế tạo. Bên cạnh đó hầu hết các doanh nghiệp sản xuất
CNTs với số lượng lớn đều sử dụng phương pháp CVD trong chế tạo. Hiện nay, có
nhiều phương pháp CVD sử dụng các nguồn năng lượng khác nhau để tổng hợp
CNTs, ví dụ như: Phương pháp CVD nhiệt, phương pháp CVD tăng cường plasma,
phương pháp CVD xúc tác alcohol, phương pháp CVD có laser hỗ trợ, v.v….

10


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×