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

jos.hueuni.edu.vn Tập 133, Số 2A, 2024 19 tiền chất vật liệu MOF ở nhiệt độ 400-900°C thu được khối đa diện carbon xốp với hạt nano đồng (Cu@CPP-t) đạt hiệu suất chuyển đổi quang nhiệt cao nhất là 48,5% [16]. Mặc dù vậy, vật liệu tổng hợp cũng có thể có một số nhược điểm, chẳng hạn như hiệu suất nhiệt kém do sự phân cụm của carbon nano hoặc độ xốp lớn [12]. Do đó, cần có những nghiên cứu phát triển để cải thiện các tính chất của vật liệu tổng hợp CNT-kim loại. Độ xốp của kim loại, có thể dẫn đến hiệu ứng xạ bẫy ánh sáng tốt hơn và nâng cao khả năng hấp thụ nhiệt. Ngoài ra, sắc tố tối được tạo ra từ màu CNT là yếu tố hấp thụ nhiệt tới và phản xạ. Chính vì vậy, việc chế tạo hiệu quả các vật liệu tổng hợp này đòi hỏi giảm thiểu ảnh hưởng sự kết tụ và độ xốp dư thừa. Trong bài báo này, tập thể nghiên cứu lựa chọn kim loại Cu như vật liệu chủ chốt để sản xuất vật liệu tổng hợp carbon nano, với mục đích có giá thành hợp lý đồng thời đảm bảo tính dẫn nhiệt và điện tốt [7,17]. Đặc biệt, sự kết hợp giữa tính dẫn nhiệt cao của đồng và đặc tính quang nhiệt tuyệt vời của CNT làm cho Cu-CNT xốp trở thành máy tạo nhiệt hiệu quả dưới bức xạ ánh sáng. Khả năng tạo nhiệt hiệu quả của vật liệu tổng hợp Cu-CNT xốp phát sinh từ các đặc điểm cấu trúc độc đáo của chúng, định vị chúng là vật liệu nổi bật cho các ứng dụng yêu cầu chuyển đổi quang nhiệt hiệu quả. Hơn nữa, vật liệu tổng hợp Cu-CNT có tiềm năng được ứng dụng giảm ma sát điện, giúp cải thiện hiệu suất của các thiết bị điện tử [18]. 2 Thực nghiệm 2.1 Chế tạo Cu xốp

Để chế tạo vật liệu Cu xốp, sử dụng 5 g bột Cu hình cầu có đường kính dao động từ 150- 200 μm và độ tinh khiết 99,5% được cung cấp bởi công ty Xilong (Trung Quốc). Bột Cu này sau đó được đổ vào khuôn thép không gỉ có đường kính bên trong 20 mm. Quá trình thiêu kết bắt đầu ở nhiệt độ phòng với tốc độ gia nhiệt 7 °C/phút đưa nhiệt độ lên 950°C. Mẫu Cu được giữ nhiệt trong 2 giờ, dưới tác động liên tục của dòng hydro. Sau quá trình thiêu kết hoàn thành, mẫu Cu xốp thu được để tự nguội xuống nhiệt độ phòng. Kết quả cho thấy, mẫu Cu xốp có độ dày khoảng 2,5 mm và độ xốp 52,5%. Điều này là kết quả của sự kết hợp chặt chẽ giữa các hạt Cu trong quá trình chế tạo, tạo ra một cấu trúc xốp rắn với nhiều đặc tính cải thiện. 2.2 Chế tạo Cu-CNT Mẫu Cu xốp sau khi chế tạo thành công được sử dụng để tiến hành chế tạo vật liệu tổng hợp Cu-CNT bằng phương pháp lắng đọng hóa học pha hơi ở áp suất khí quyển (APCVD). Mẫu Cu xốp được đặt vào khay gốm và đưa vào ống thạch anh của hệ CVD. Vì khí O2 dư có thể gây ảnh hưởng đến quá trình hình thành CNT. Để loại bỏ lượng khí O2 dư bên trong ống thạch anh, khí N2 được cấp vào trong hệ CVD với lưu lượng 400 sccm trong 60 phút. Nhiệt độ lò được tăng từ nhiệt độ phòng lên 500°C trong 30 phút. Tiếp theo, đưa khí H2 vào hệ thống với lưu lượng