Nghiên cứu chế tạo vật liệu đồng xốp gia cường ống nanô cácbon định hướng ứng dụng trong chuyển hóa quang nhiệt

Nguyễn Phan Đức Nghĩa và CS. Tập 133, Số 2A, 2024 18 Abstract. In this study, we successfully synthesized a porous copper carbon nanotube (Cu- CNT) composite using the chemical vapor deposition (CVD) method. The results showed that increasing deposition time significantly enhanced the carbon nanotube coverage. Raman spectroscopy indicated the presence of characteristic carbon peaks in the CNT. With a CVD time of 30 minutes, the CNT growth was more significant, denser, and covered the entire surface of the porous copper. Compared to other samples, the composite synthesized with a 30-minute growth time exhibited the highest light absorption capacity in the visible range. This composite exhibited superior light absorption capabilities in the visible spectrum, with an average absorption rate of 93.2%. This is a remarkable improvement, being 15.1% higher than the 15-minute Cu-CNT samples, 36.9% higher than porous copper, and 57.6% higher than solid copper. These promising results highlight the potential of Cu-CNT composites for applications in photothermal conversion. Keywords: porous copper, carbon nanotubes, Cu-CNT, light absorption 1 Giới thiệu Carbon là một nguyên tố đa năng, đặc trưng khả năng liên kết linh hoạt với nhiều nguyên tố khác tạo thành các hợp chất khác nhau với tính chất đa dạng. Do đó, carbon đã thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học thuộc nhiều ngành khác nhau. Trong khoa học vật liệu, nghiên cứu về carbon được tập trung vào các dạng thù hình khác nhau của nó, như kim cương, graphite, ống

carbon nano (CNT), graphene,... Các vật liệu carbon nano, đặc biệt là CNT và graphene, đang được nghiên cứu mạnh mẽ do các đặc tính vật lý và hóa học ưu việt của chúng [1-4]. Đặc biệt, độ dẫn nhiệt của CNT và graphene rất cao, có thể đạt tới 4000-5000 W/mK [5-6]. Độ dẫn nhiệt cao hơn nhiều so với các cấu hình khác của carbon (kim cương ở mức 2000 W/mK) và vượt trội hơn hẳn so với hầu hết các kim loại dẫn nhiệt (đồng ở mức 483 W/mK) [7]. Với những đặc tính vượt trội như vậy, CNT là vật liệu có tiềm năng ứng dụng trong quang nhiệt [8-9]. Tuy nhiên ứng dụng của CNT đang phải đối mặt với những thách thức lớn, chủ yếu bị hạn chế trong sản xuất quy mô lớn [10-11]. Các vấn đề như năng suất thấp, tạp chất cao và thời gian sản xuất dài khiến việc sản xuất CNT và graphene công nghiệp trở nên tốn kém và phức tạp. Giải pháp cho vấn đề này phát triển vật liệu tổng hợp CNT/graphene với các kim loại khác. Bằng cách sử dụng các phương pháp như thiêu kết tia lửa plasma (SPS), lắng đọng hơi hóa học (CVD) và lắng đọng điện, việc tổng hợp CNT/graphene-kim loại trở nên khả thi [12-14]. Những vật liệu này có thể mang lại nhiều tính chất vượt trội hơn so với kim loại cơ bản, bao gồm độ bền cao hơn, khả năng dẫn nhiệt tốt hơn và khả năng chống ăn mòn cao. Một ví dụ rõ ràng là nghiên cứu của Guanyu Chen và cộng sự đã chế tạo thành công vật liệu tổng hợp carbon và kim loại Cu. Kim loại Cu này với cấu trúc xốp có thể điều chỉnh được bằng phương pháp thuỷ nhiệt ứng dụng chuyển đổi quang nhiệt, kết quả cho thấy mẫu thu được ở 500°C đạt hiệu suất chuyển đổi quang

nhiệt cao nhất lên tới 64,42% dưới tác động của bức xạ laser cao 808 nm [15]. Tương tự, trong môi trường bức xạ laser này, nghiên cứu của Yangziwan Weng và nhóm nghiên cứu đã nung nóng