Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học vật liệu: Nghiên cứu chế tạo, tính chất của một số compozit nền kim loại gia cường bằng vật liệu ống nanô cácbon định hướng ứng dụng trong công nghiệp điện và điện tử

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM<br /> HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ<br /> <br /> ……..….***…………<br /> <br /> PHẠM VĂN TRÌNH<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO, TÍNH CHẤT CỦA MỘT SỐ<br /> COMPOZIT NỀN KIM LOẠI GIA CƯỜNG BẰNG VẬT LIỆU<br /> ỐNG NANÔ CÁCBON ĐỊNH HƯỚNG ỨNG DỤNG TRONG<br /> CÔNG NGHIỆP ĐIỆN VÀ ĐIỆN TỬ<br /> <br /> Chuyên ngành: Vật liệu điện tử<br /> Mã số: 62.44.01.23<br /> <br /> TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU<br /> <br /> Hà Nội – 2016<br /> <br /> Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ<br /> Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam<br /> <br /> Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Phan Ngọc Minh<br /> Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Đoàn Đình Phương<br /> <br /> Phản biện 1: …<br /> Phản biện 2: …<br /> Phản biện 3: ….<br /> <br /> Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại<br /> Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công<br /> nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….<br /> <br /> Có thể tìm hiểu luận án tại:<br /> - Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ<br /> - Thư viện Quốc gia Việt Nam<br /> <br /> MỞ ĐẦU<br /> 1. Tính cấp thiết của luận án<br /> Xuất phát từ nhu cầu tạo ra một loại vật liệu nhẹ với những tính chất<br /> cơ, nhiệt như độ bền, độ dai, độ bền mài mòn, độ dẫn nhiệt và dẫn điện<br /> được cải thiện đồng thời có hệ số giãn nở nhiệt thấp cho các ứng dụng.<br /> Vật liệu compozit được gia cường bởi các vật liệu dạng sợi đã được<br /> nghiên cứu, phát triển đã mở ra những triển vọng mới. Vật liệu ống nanô<br /> cácbon với những tính chất với những trội về cơ, nhiệt, điện đồng thời có<br /> tỷ trọng thấp hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu trên với vai trò là vật liệu<br /> gia cường lý tưởng cho các hệ vật liệu compozit nền kim loại, gốm và<br /> polymer nhằm tạo ra những vật liệu mới có những tính chất vượt trội và<br /> mở ra những ứng dụng mới. Mặc dù compozit CNT/kim loại vẫn đang<br /> trong quá trình nghiên cứu, nhưng vật liệu này hứa hẹn một số ứng dụng<br /> rất tiềm năng. Nhờ tính dẫn nhiệt rất tốt và độ dãn nở nhiệt gần như bằng<br /> không, compozit kim loại hệ CNT/Cu và CNT/Al được đánh giá là vật<br /> liệu rất có triển vọng để làm các chi tiết tản nhiệt cho các thiết bị điện tử.<br /> Đề tài dự định tiến hành nghiên cứu chế tạo compozit kim loại nền Cu và<br /> Al với vật liệu gia cường là ống nano cácbon nhằm khai thác tính chất dẫn<br /> nhiệt, dẫn điện tốt và tính ít giãn nở nhiệt của CNT. Mục đính để tạo ra<br /> một loại vật liệu compozit kim loại ít dãn nở nhiệt hơn, có khả năng tản<br /> nhiệt nhanh hơn, nhằm ứng dụng chế tạo các cơ cấu tản nhiệt.<br /> 2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án<br /> Đề tài hướng tới những mục tiêu chính sau đây:<br />  Phát triển công nghệ nền chế tạo một số compozit kim loại dạng khối<br /> được gia cường bằng ống nano cácbon theo phương pháp luyện kim<br /> bột và nghiên cứu hiệu ứng gia cường của CNT đến một số tính chất<br /> cơ - lý của vật liệu chế tạo.<br />  Thử nghiệm ứng dụng vật liệu compozit CNT/kim loại trong ngành kỹ<br /> thuật điện và điện tử, cụ thể ở đây là làm bộ phận tản nhiệt cho linh<br /> kiện bán dẫn, điốt phát quang LED.<br /> 3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án<br />  Nghiên cứu các phương pháp phân tán đều CNT lên bề mặt các hạt<br /> kim loại (hạt thô) bằng phương pháp hoá học và vật lý.<br />  Nghiên cứu quy trình công nghệ kết khối bằng phương pháp ép nóng<br /> đẳng tĩnh (HIP), phương pháp thiêu kết xung plasma (SPS), kỹ thuật<br /> biến dạng dẻo mãnh liệt và cán nguội.<br />  Nghiên cứu đặc trưng tính chất của vật liệu chế tạo<br />  Nghiên cứu chế tạo mẫu đế tản nhiệt cho đèn LED và thử nghiệm<br /> 1<br /> <br /> Chương 1<br /> TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ CÁC TÍNH CHẤT<br /> 1.1. Vật liệu compozit nền kim loại<br /> Compozit là vật liệu được tổng hợp nên từ hai hay nhiều loại vật<br /> liệu khác nhau, nhằm mục đích tạo nên một vật liệu mới, ưu việt hơn so<br /> với các vật liệu ban đầu.<br /> 1.2. Vật liệu nanô cácbon<br /> 1.2.1. Cấu trúc vật liệu nano cácbon<br /> Vật liệu CNT có chứa các nguyên tử cácbon ở trạng thái lai hóa sp2.<br /> CNTs có cấu trúc dạng ống được hình thành bới các tấm graphene cuộn<br /> vào nhau, khoảng cách giữa các lớp graphene này được xác định bằng<br /> 0.36 nm. Tùy vào số lượng các lớp graphene cuộn lại với nhau, CNT<br /> được chia thành 3 loại là CNT đơn tường (SWCNT), CNT hai tường<br /> (DWCNT) và CNT đa tường (MWCNT) khi số lớp graphene cuộn lại lớn<br /> hơn 2.<br /> <br /> Hình 1.3. CNT đơn tường, CNT hai tường và CNT đa tường<br /> 1.2.2. Tính chất của vật liệu CNTs<br /> Tính chất cơ học<br /> CNT có độ bền cao với môđun Young của một sợi SWCNT được xác<br /> định vào khoảng 1 TPa của DWCNT và TWCNT nằm trong khoảng 0,731,33 TPa. MWCNT đã được công bố có giá trị rất khác nhau trong<br /> khoảng từ 0.27 – 0.95 TPa<br /> Tính chất nhiệt<br /> Các báo cáo độ dẫn nhiệt (k) ở nhiệt độ phòng trong khoảng 4006,000 WmK-1 cho SWCNTs và trong khoảng 300-3,000 WmK-1 cho<br /> MWCNTs, tùy thuộc vào loại CNTs. Nghiên cứu lý thuyết và thực<br /> nghiệm về hệ số giãn nở nhiệt sử dụng kỹ thuật XRD cho thấy các bó<br /> CNT có giá trị CTE âm ở nhiệt độ thấp và dương ở nhiệt độ cao<br /> Tính chất điện<br /> Tùy thuộc vào cặp chỉ số (n, m) mà độ dẫn của CNTs có thể là bán<br /> dẫn hay kim loại.<br /> 2<br /> <br /> 1.3. Vật liệu compozit nền kim loại gia cường vật liệu nano cácbon<br /> Compozit nền kim loại được gia cường bằng CNT với vai trò là lớp<br /> vật liệu gia cường cho các hệ compozit nền kim loại được kỳ vọng là có<br /> thể làm tăng các tính chất như độ bền, độ cứng, độ bền uốn của vật liệu.<br /> cải thiện tính chất nhiệt và điện vv.<br /> <br /> Hình 1.16. Số lượng các công trình nghiên cứu về<br /> a) các loại vật liệu gia cường và b) vật liệu compozit nền kim loại<br /> <br /> 1.3.1. Các phương pháp chế tạo<br /> Có nhiều phương pháp chế tạo nanocompozit kim loại/CNTs và<br /> chúng có thể được phân loại như sơ đồ hình 1.17 dưới đây.<br /> <br /> Hình 1.17. Các phương pháp chế tạo compozit CNT/kim loại<br /> <br /> 1.3.2. Các tính chất của vật liệu<br /> 1.3.3. Các ứng dụng của vật liệu<br /> Vật liệu compozit thông thường có chứa sợi cácbon được ứng dụng<br /> rộng rãi như là vật liệu cấu trúc cho các ngành công nghiệp hàng không<br /> vũ trụ, ô tô, giao thông vận tải, và làm bộ phận tản nhiệt cho các thiết bị<br /> điện tử<br /> 3<br /> <br />