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
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

……..….***…………

PHẠM VĂN TRÌNH

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

Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
Mã số: 62.44.01.23

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU

Hà Nội – 2016

Công trình được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ
Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Phan Ngọc Minh
Người hướng dẫn khoa học 2: TS. Đoàn Đình Phương

Phản biện 1: …
Phản biện 2: …
Phản biện 3: ….

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ, họp tại
Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm Khoa học và Công
nghệ Việt Nam vào hồi … giờ ..’, ngày … tháng … năm 201….

Có thể tìm hiểu luận án tại:
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ
- Thư viện Quốc gia Việt Nam

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Xuất phát từ nhu cầu tạo ra một loại vật liệu nhẹ với những tính chất
cơ, nhiệt như độ bền, độ dai, độ bền mài mòn, độ dẫn nhiệt và dẫn điện
được cải thiện đồng thời có hệ số giãn nở nhiệt thấp cho các ứng dụng.
Vật liệu compozit được gia cường bởi các vật liệu dạng sợi đã được
nghiên cứu, phát triển đã mở ra những triển vọng mới. Vật liệu ống nanô
cácbon với những tính chất với những trội về cơ, nhiệt, điện đồng thời có
tỷ trọng thấp hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu trên với vai trò là vật liệu
gia cường lý tưởng cho các hệ vật liệu compozit nền kim loại, gốm và
polymer nhằm tạo ra những vật liệu mới có những tính chất vượt trội và
mở ra những ứng dụng mới. Mặc dù compozit CNT/kim loại vẫn đang
trong quá trình nghiên cứu, nhưng vật liệu này hứa hẹn một số ứng dụng
rất tiềm năng. Nhờ tính dẫn nhiệt rất tốt và độ dãn nở nhiệt gần như bằng
không, compozit kim loại hệ CNT/Cu và CNT/Al được đánh giá là vật
liệu rất có triển vọng để làm các chi tiết tản nhiệt cho các thiết bị điện tử.
Đề tài dự định tiến hành nghiên cứu chế tạo compozit kim loại nền Cu và
Al với vật liệu gia cường là ống nano cácbon nhằm khai thác tính chất dẫn
nhiệt, dẫn điện tốt và tính ít giãn nở nhiệt của CNT. Mục đính để tạo ra
một loại vật liệu compozit kim loại ít dãn nở nhiệt hơn, có khả năng tản
nhiệt nhanh hơn, nhằm ứng dụng chế tạo các cơ cấu tản nhiệt.
2. Mục tiêu nghiên cứu của luận án
Đề tài hướng tới những mục tiêu chính sau đây:
 Phát triển công nghệ nền chế tạo một số compozit kim loại dạng khối
được gia cường bằng ống nano cácbon theo phương pháp luyện kim
bột và nghiên cứu hiệu ứng gia cường của CNT đến một số tính chất
cơ - lý của vật liệu chế tạo.
 Thử nghiệm ứng dụng vật liệu compozit CNT/kim loại trong ngành kỹ
thuật điện và điện tử, cụ thể ở đây là làm bộ phận tản nhiệt cho linh
kiện bán dẫn, điốt phát quang LED.
3. Các nội dung nghiên cứu chính của luận án
 Nghiên cứu các phương pháp phân tán đều CNT lên bề mặt các hạt
kim loại (hạt thô) bằng phương pháp hoá học và vật lý.
 Nghiên cứu quy trình công nghệ kết khối bằng phương pháp ép nóng
đẳng tĩnh (HIP), phương pháp thiêu kết xung plasma (SPS), kỹ thuật
biến dạng dẻo mãnh liệt và cán nguội.
 Nghiên cứu đặc trưng tính chất của vật liệu chế tạo
 Nghiên cứu chế tạo mẫu đế tản nhiệt cho đèn LED và thử nghiệm
1

Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU VÀ CÁC TÍNH CHẤT
1.1. Vật liệu compozit nền kim loại
Compozit là vật liệu được tổng hợp nên từ hai hay nhiều loại vật
liệu khác nhau, nhằm mục đích tạo nên một vật liệu mới, ưu việt hơn so
với các vật liệu ban đầu.
1.2. Vật liệu nanô cácbon
1.2.1. Cấu trúc vật liệu nano cácbon
Vật liệu CNT có chứa các nguyên tử cácbon ở trạng thái lai hóa sp2.
CNTs có cấu trúc dạng ống được hình thành bới các tấm graphene cuộn
vào nhau, khoảng cách giữa các lớp graphene này được xác định bằng
0.36 nm. Tùy vào số lượng các lớp graphene cuộn lại với nhau, CNT
được chia thành 3 loại là CNT đơn tường (SWCNT), CNT hai tường
(DWCNT) và CNT đa tường (MWCNT) khi số lớp graphene cuộn lại lớn
hơn 2.

Hình 1.3. CNT đơn tường, CNT hai tường và CNT đa tường
1.2.2. Tính chất của vật liệu CNTs
Tính chất cơ học
CNT có độ bền cao với môđun Young của một sợi SWCNT được xác
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
khoảng từ 0.27 – 0.95 TPa
Tính chất nhiệt
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
MWCNTs, tùy thuộc vào loại CNTs. Nghiên cứu lý thuyết và thực
nghiệm về hệ số giãn nở nhiệt sử dụng kỹ thuật XRD cho thấy các bó
CNT có giá trị CTE âm ở nhiệt độ thấp và dương ở nhiệt độ cao
Tính chất điện
Tùy thuộc vào cặp chỉ số (n, m) mà độ dẫn của CNTs có thể là bán
dẫn hay kim loại.
2

1.3. Vật liệu compozit nền kim loại gia cường vật liệu nano cácbon
Compozit nền kim loại được gia cường bằng CNT với vai trò là lớp
vật liệu gia cường cho các hệ compozit nền kim loại được kỳ vọng là có
thể làm tăng các tính chất như độ bền, độ cứng, độ bền uốn của vật liệu.
cải thiện tính chất nhiệt và điện vv.

Hình 1.16. Số lượng các công trình nghiên cứu về
a) các loại vật liệu gia cường và b) vật liệu compozit nền kim loại

1.3.1. Các phương pháp chế tạo
Có nhiều phương pháp chế tạo nanocompozit kim loại/CNTs và
chúng có thể được phân loại như sơ đồ hình 1.17 dưới đây.

Hình 1.17. Các phương pháp chế tạo compozit CNT/kim loại

1.3.2. Các tính chất của vật liệu
1.3.3. Các ứng dụng của vật liệu
Vật liệu compozit thông thường có chứa sợi cácbon được ứng dụng
rộng rãi như là vật liệu cấu trúc cho các ngành công nghiệp hàng không
vũ trụ, ô tô, giao thông vận tải, và làm bộ phận tản nhiệt cho các thiết bị
điện tử
3