Luận văn Thạc sĩ Vật liệu và linh kiện nano: Nghiên cứu công nghệ tổng hợp vật liệu Graphene đa lớp và thử nghiệm ứng dụng

LỜI CAM ĐOAN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn được trích dẫn lại từ các bài báo đã và sắp được xuất bản của tôi và các cộng sự. Các số liệu, kết quả này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Hà Nội, ngày 30 tháng 10 năm 2013 NGUYỄN VĂN TÚ Tác giả Nguyễn Văn Tú NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TỔNG HỢP VẬT LIỆU GRAPHENE ĐA LỚP VÀ THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện nano Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINK KIỆN NANO HÀ NỘI – 2013 LỜI CẢM ƠN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Với lòng biết ơnTsâu sắc, tôi I xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Văn Chúc, người đã trực tiếp giao đề tài và tận tình hướng dẫn tôi hoàn thiện luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS. Phan Ngọc Minh, PGS.TS. Trần Đại Lâm, TS. Ngô Thị Thanh Tâm, Ths. NCS. Nguyễn Hải Bình những người đã quan tâm hướng dẫn, chỉ bảo những kiến thức quan trọng trong quá trình nghiên cứu, thực hiện đề tài. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các cán bộ của Phòng Vật liệu các bon nanô và phòng Vật liệu nanô y sinh, Viện Khoa học vật liệu đã tạo điều kiện thuận lợi về trang thiết bị và giúp đỡ tôi nhiệt tình trong quá trình thực hiện luận văn. Luận văn này được hỗ trợ từ nguồn kinh phí của đề tài nghiên cứu cơ bản Nafosted “Nghiên cứu tổng hợp, tính chất của vật liệu graphen đa lớp định hướng ứng dụng trong cảm biến sinh học điện hóa”, mã số: 103.99-2012.15 do TS. Nguyễn Văn Chúc chủ trì. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ to lớn này. ĐA LỚP VÀ THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy, cô giáo Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội đã chỉ bảo và giảng dạy tôi trong những năm học qua cũng như hoàn thiện luận văn này. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ tình cảm tới những người thân trong gia đình, bạn bè đã động viên, giúp đỡ, hỗ trợ tôi về mọi mặt. Tôi xin chân thành cảm ơn! Chuyên ngành: Vật liệu và Linh kiện nano Mã số: Chuyên ngành đào tạo thí điểm Học viên: Nguyễn Văn Tú LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LIỆU VÀ LINK KIỆN NANO HÀ NỘI – 2013 MỤC LỤC MỞ ĐẦU........................................................................................................1 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU GRAPHENE.............................3 1.1. Sự phát hiện và cấu trúc của vật liệu graphene.........................................3 1.1.1. Sự phát hiện vật liệu graphene...........................................................3 1.1.2. Cấu trúc của vật liệu graphene...........................................................4 1.2. Một số tính chất của vật liệu graphene.....................................................5 1.2.1. Tính chất điện – điện tử.....................................................................5 1.2.2. Tính chất nhiệt..................................................................................7 1.2.3. Tính chất cơ......................................................................................8 1.2.4. Tính chất quang.................................................................................8 1.2.5. Tính chất hóa học..............................................................................8 1.3. Một số phương pháp chế tạo vật liệu graphene.........................................8 1.3.1. Phương pháp cơ học: (Mechanical exfoliation)..................................9 1.3.2. Phương pháp Epitaxial trên đế SiC ....................................................9 1.3.3. Phương pháp tách hóa học: (Chemical exfoliation)..........................10 1.3.4. Phương pháp tách mở ống nano cácbon: (Unzipping carbon nanotubes).................................................................................................11 1.3.5. Phương pháp phân tách pha lỏng: (Liquid phase exfoliation)...........12 1.3.6. Phương pháp lắng đọng pha hơi hóa học: (Chemical Vapor Deposition CVD).......................................................................................13 1.4. Một số ứng dụng của vật liệu graphene..................................................16 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM VÀ NGHIÊN CỨU........21 2.1. Lựa chọn phương pháp, thiết bị chế tạo vật liệu graphene......................21 2.2. Lựa chọn vật liệu đế xúc tác...................................................................23 2.3. Qui trình chế tạo graphene.....................................................................23 2.3.1. Chuẩn bị mẫu...................................................................................23 2.3.2. Qui trình CVD.................................................................................24 2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình mọc graphene trên tape Cu............25 2.5. Qui trình chuyển màng graphene sang các đế khác ................................26 2.6. Phương pháp phân tích...........................................................................27 2.6.1. Phương pháp kính hiển vi điện tử quét (SEM)....................................27 2.6.2. Kính hiển vi lực nguyên tử (AFM)...................................................28 2.6.3. Phổ tán xạ Raman............................................................................29 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................30 3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ CVD tới quá trình tổng hợp màng graphene....30 3.2. Ảnh hưởng của thời gian CVD nhiệt......................................................32 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ khí CH4............................................................34 4.1. Cảm biến sinh học..................................................................................36 4.1.1. Giới thiệu về cảm biến sinh học.......................................................36 4.1.2. Cấu tạo của cảm biến sinh học.........................................................36 4.1.3. Nguyên lý hoạt động của cảm biến sinh học....................................38 4.1.4. Cảm biến theo nguyên lý điện hóa...................................................38 4.1.5. Tiêu chuẩn đánh giá cảm biến sinh học [1]......................................39 4.2. Chế tạo cảm sinh học điện hóa sử dụng vật liệu tổ hợp Pt/PANi/Fe3O4/Gr/Anti- ATZ.......................................................................40 4.3. Kết quả thực nghiệm xác định nồng độ atrazin trong dung dịch.............43 KẾT LUẬN...................................................................................................... DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT SEM Kính hiển vi điện tử quét AFM Kính hiển vi lực nguyên tử CVD Lắng đọng pha hơi hóa học SWV Kỹ thuật đo sóng vuông RE Điện cực so sánh WE Điện cực làm việc CE Điện cực phụ trợ CV Phân cực vòng PANi Polyanilin PMMA Polymethyl metacrylate Gr Graphene ATZ Atrazine ... - tailieumienphi.vn