Luận án Nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự

với từng loại nhóm 
chức xác định, phƣơng pháp này giúp nhận biết đƣợc các nhóm chức trong mẫu cần 
phân tích, tuy nhiên đây là phƣơng pháp phân tích định tính giúp xác định thành 
phần nhóm chức chứ không xác định đƣợc hàm lƣợng của các nhóm chức đó có 
trong mẫu. Yêu cầu để có kết quả phân tích chính xác là mẫu phân tích phải sạch và 
đặc biệt không phải là hỗn hợp chứa các nhóm chức khác nhau. 
Trong nghiên cứu này chúng tôi sử dụng phƣơng pháp phân tích phổ hồng 
ngoại biến đổi fourier để xác định sự hình thành của các nhóm chức –COOH và –
OH trên bề mặt của CNTs sau quá trình biến tính. Trong nghiên cứu, phép đo phổ 
49 
FTIR đƣợc thực hiện trên máy IMPAC 410 Nicolet tại Viện Hoá học (Viện Hàn 
lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). 
2.1.3.4. Phổ phân tán Zeta-Sizer 
Chúng tôi cũng sử dụng thiết bị Zetasizer Nano ZS tại Viện Khoa học vật liệu 
(Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam). Đây là thiết bị cho phép đo phổ 
phân bố theo kích thƣớc của vật liệu nano trong chất lỏng và qua đó đánh giá đƣợc 
sự ổn định của vật liệu nano trong chất lỏng. Thiết bị Zetasizer Nano ZS đƣợc thiết 
kế để đo kích thƣớc hạt dựa trên nguyên lý tán xạ tia laser đỏ (bƣớc sóng 532 nm) 
khi chiếu vào vật liệu nano, do vật liệu nano luôn chuyển động trong chất lỏng theo 
định luật Brown nên ánh sáng tán xạ cũng thay đổi theo. Dựa trên các thuật toán 
phân tích tốc độ thay đổi của cƣờng độ ánh sáng mà có xác định đƣợc phổ phân tán 
theo kích thƣớc của vật liệu nano trong chất lỏng. 
2.1.4. Phương pháp đo đạc thông số kỹ thuật dầu nano 
Để đo đạc khảo sát các thông số kỹ thuật dầu bôi trơn tản nhiệt nano, chúng 
tôi đã sử dụng một số thiết bị đo nhƣ: Máy đo độ nhớt động học 9410P (Bỉ), thiết bị 
đo giá trị kiềm tổng, v.v... tại Viện Kỹ thuật xăng dầu quân đội. 
Ngoài ra chúng tôi cũng sử dụng nhiều thiết bị đo đạc khác tại Viện Khoa học 
vật liệu, Phòng thí nghiệm hóa dầu, Đại học mỏ địa chất, Viện hóa học công nghiệp 
Việt Nam nhƣ thiết bị đo chỉ số sức căng bề mặt, tổng hàm lƣợng kim loại, điểm 
đông đặc của dầu, v.v... Bên cạnh đó, sử dụng thiết bị đo độ dẫn nhiệt Thermal 
Conductivity of Liquids HTL-04 của hãng Eternal Engineering Equipment để phục 
vụ cho việc khảo sát tính chất nhiệt của dầu bôi trơn tản nhiệt nano. 
2.2. Phƣơng pháp mô hình hóa và tính toán lý thuyết 
Để nhằm mục đích nghiên cứu cơ chế nâng cao độ dẫn nhiệt của chất lỏng 
chứa thành phần CNTs, đặc biệt là đối với dầu bôi trơn tản nhiệt dùng cho động cơ 
đốt trong, chúng tôi đã tìm hiểu các mô hình tính toán lý thuyết của các nhóm 
nghiên cứu khác nhau trên thế giới (nhƣ nhóm nghiên cứu Hemanth, H E Patel, 
Yingsong Zheng, Rashmi Walvekar, S.U.S Choi, v.v...). Việc nghiên cứu các mô 
hình tính toán lý thuyết đã có giúp tập thể nghiên cứu hiểu rõ hơn về cơ chế, bản 
chất của việc nâng cao độ dẫn nhiệt của vật liệu tản nhiệt khi đƣợc gia cƣờng thêm 
thành phần CNTs. Sau quá trình nghiên cứu và tìm hiểu các mô hình này, chúng tôi 
50 
đã xây dựng đƣợc một mô hình tính toán lý thuyết khắc phục các hạn chế còn tồn 
tại và cải tiến mô hình để xác định độ dẫn nhiệt của chất lỏng nano chứa thành phần 
ống nano - cacbon và dầu bôi trơn tản nhiệt nano với độ chính xác cao hơn so với 
các mô hình tính toán lý thuyết đƣợc biết đến trƣớc đó trên thế giới. 
2.3. Nguyên liệu hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 
2.3.1. Nguyên liệu phụ gia cho dầu bôi trơn tản nhiệt 
- Phụ gia tăng chỉ số nhớt: Là các polyme tan trong dầu có tác dụng tăng độ 
nhớt của dầu mỏ, nghĩa là làm cho tốc độ thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ của dầu 
giảm đi (tăng chỉ số độ nhớt) cũng nhƣ để tạo ra các loại dầu mùa đông. Các phụ gia 
này đƣợc chia làm hai nhóm: Dạng hydrocacbon và dạng este. Dạng hydrocacbon 
có các loại: Copolymer etylen-propylen, polyizobutilen, copolymer styren-butadien 
clo hóa, copolymer styren-izopren. Dạng este gồm: Polymetacrylat, polyacrylat và 
các copolymer của este styrenmaleic. Các chất phụ gia tăng độ nhớt đƣợc dùng 
trong nghiên cứu của luận án gồm: Hydrocacbon Polyizobutylen (Sigma-Andrich, 
khối lƣợng riêng 0,92 g/ml, phân tử khối khoảng 420), Ethylen-Propylene 
Copolymer (Sigma-Andrich, khối lƣợng riêng 0,88 g/ml, phân tử khối khoảng 250), 
Styrene-Butadien Copolymer (Merck, khối lƣợng riêng 0,91 g/ml, phân tử khối 
158) và Styrene-Isopren Copolymer (Merck, khối lƣợng riêng 0,92 g/ml, phân tử 
khối 250). 
- Phụ gia tẩy rửa: Với nồng độ 2-10%, các chất tẩy rửa có thể ngăn cản, loại 
trừ các cặn không tan trong dầu, cặn sạn, cacbon và các hợp chất chì trên các bộ 
phận của động cơ đốt trong. Chúng tác dụng bằng cách hấp thụ lên các hạt không 
tan, giữ chúng lại trong dầu nhằm giảm tối thiểu cặn lắng và giữ sạch các chi tiết 
của động cơ. Tác nhân quan trọng nhất có tính tẩy rửa là các phụ gia có tính kim 
loại, chúng bao gồm: Sunphonat, phenolat, salixylat. Phần lớn sunphonat, phenolat, 
salixylat của canxi hoặc magie đƣợc sử dụng nhƣ các chất tẩy rửa kim loại [74]. 
Các chất phụ gia tẩy rửa đƣợc dùng trong nghiên cứu của luận án gồm: Canxi 
Sunphonat, Canxi Phenolat, Magie Sunphonat, Magie Phenolat. 
- Phụ gia phân tán: Dùng để ngăn ngừa, làm chậm quá trình tạo cặn và lắng 
đọng trong điều kiện hoạt động ở nhiệt độ thấp. Mặt khác, do chúng có tính nhớt 
(chất tăng chỉ số độ nhớt) nên chúng đƣợc sử dụng nhƣ các phụ gia phân tán nhiều 
51 
tác dụng. Lƣợng chất phân tán đƣợc sử dụng nói chung phụ thuộc vào lƣợng chất 
rắn cần phải phân tán trong dầu và thƣờng là chiếm từ 0,1% đến 2%. Các dầu bôi 
trơn cacte chất lƣợng hàng đầu hiện nay có chứa tới 8% các phụ gia phân tán không 
tro. Hiệu quả của các chất phân tán là kết quả của sự tác động qua lại đặc biệt giữa 
tác nhân đƣợc chặn và chất phân tán. Các phụ gia phân tán sử dụng trong nghiên 
cứu của luận án bao gồm: Ankyl hydrobenzyl polyamine, Ankenyl poly amin 
suxinimit, Este polyhydroxy suxinic, Poly aminamit Imidazolin. 
- Phụ gia ức chế ăn mòn: Là phụ gia có chức năng làm giảm thiểu việc tạo 
thành các peoxit hữu cơ, axit và các thành phần oxy hóa khác làm xuống cấp dầu 
động cơ, bảo vệ ổ đỡ và các bề mặt khác nhau khỏi ăn mòn. Có thể nói chất ức chế 
ăn mòn bổ sung trong thực tế có tác dụng nhƣ các chất chống oxy hóa. Các phụ gia 
này bao gồm: Di-thiophotphat kim loại (đặc biệt là kẽm); sunphonat kim loại và 
kim loại kiềm cao và các tác nhân hoạt động bề mặt nhƣ các axit béo, amin, axit 
alkylsuxinic, clo hóa parafin...[75-77]. Các phụ gia ức chế ăn mòn sử dụng trong 
nghiên cứu của luận án bao gồm: Kẽm di-thiophotphat, Kẽm sunphonat. 
- Ngoài ra còn sử dụng một số phụ gia khác nhƣ: Phụ gia chống mài mòn 
(Triphenylphosphorothionat), phụ gia ức chế gỉ (Alkylat Succinic axit), phụ gia biến 
tính giảm ma sát (Molybdenum Disulfid), phụ gia ức chế bọt (Etylen bis Stearamit), 
phụ gia chống oxy hóa (Kẽm di-ankyl di-thiophotphat). 
2.3.2. Nguyên liệu tản nhiệt 
- Vật liệu ống nano-cacbon (CNTs) là loại đa tƣờng, đƣợc chế tạo tại Viện Khoa 
học Vật liệu (Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) bằng phƣơng pháp 
CVD nhiệt, với đƣờng kính của CNTs từ 15 – 80 nm và chiều dài CNTs từ 1 - 10 μm, 
độ sạch > 90%, cacbon vô định hình < 6%, Fe: 2,68%, Al: 0,26%, Si: 0,73%. 
- Dầu gốc Poly-Alpha-Olefins (PAO) (Mỹ) khối lƣợng riêng 0,8620 g/ml 
(15ºC), độ nhớt động học tại 100ºC 8,0 cSt, độ nhớt động học tại 40ºC 48 cSt, chỉ số 
nhớt 139, điểm đông đặc -48ºC, điểm chớp cháy 260ºC (chi tiết phần phụ lục). 
- Chất hoạt động bề mặt Tween-80 (Sigma Aldrich): Công thức C64H124O26, 
khối lƣợng mol 1310, khối lƣợng riêng 1,06 g/cm3, độ nhớt 300–500 cSt. 
- Các hóa chất biến tính ống nano - cacbon bao gồm: HNO3 (Merck), H2SO4 
(Merck), SOCl2 (Sigma Aldrich), H2O2 (Merck), ... 
52 
- Một số dung môi khác phục vụ thí nghiệm nhƣ: Nƣớc cất, etanol, axeton, ... 
2.4. Trang thiết bị chế tạo sử dụng trong nghiên cứu 
2.4.1. Thiết bị phân tán CNT trong dầu bôi trơn 
Các trang thiết bị đƣợc sử dụng để phục vụ cho việc phân tán CNTs trong 
dầu bôi trơn sử dụng trong luận án bao gồm: 
+ Máy rung siêu âm Microson XL2000: Công suất 100 W, tần số rung 22,5 kHz, 
các loại kích thƣớc đầu rung 3,2 mm, 4,8 mm, 2,4 mm và 6,4 mm. 
+ Bể rung siêu âm Elma S40H: Công suất 340 W, tần số rung 37 kHz, công suất 
rung siêu âm hiệu dụng 140 W, dung tích bể 40 lít. 
+ Máy khuấy: Công suất 1kW, tốc độ tối đa 1000 vòng/phút, đƣờng kính cánh 
khuấy 20 cm. 
2.4.2. Một số thiết bị dùng trong chế tạo dầu bôi trơn chứa thành phần nano- 
cacbon 
+ Một số thiết bị chế tạo vật liệu khác nhƣ: Máy lọc hút chân không, cân vi 
lƣợng, tủ hút, tủ sấy chân không, ... 
2.5. Kết luận chƣơng 2 
Chƣơng này đã trình bày các phƣơng pháp nghiên cứu và thực nghiệm sử 
dụng trong luận án, bao gồm: 
Phƣơng pháp tính toán lý thuyết: Đây là phƣơng pháp để hƣớng tới mục đích 
nghiên cứu cơ chế nâng cao độ dẫn nhiệt của chất lỏng chứa thành phần CNTs, mô 
hình tính toán lý thuyết của luận án đƣợc nghiên cứu cải tiến và phát triển từ mô 
hình tính toán lý thuyết của các nhóm nghiên Hemanth, H E Patel, v.v... 
Phƣơng pháp biến tính CNTs: Nhằm tăng cƣờng khả năng phân tán ống nano 
- cacbon (CNTs) vào các loại vật liệu nền nói chung hay chất lỏng, chất kem. Dựa 
trên mục tiêu nghiên cứu, luận án tập trung vào phƣơng pháp biến tính bằng cách sử 
dụng các chất oxy hóa mạnh (nhƣ H2SO4, HNO3,...) để gắn nhóm chức –COOH và 
–OH lên bề mặt CNTs. 
Ngoài ra, luận án còn sử dụng một số phƣơng pháp phân tích đo đạc vật liệu 
khác, bao gồm: Kính hiển vi điện tử quét, phổ tán xạ Raman, phổ hấp thụ hồng 
ngoại, phổ phân tán Zeta-Sizer. 
53 
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ CHẾ TẠO DẦU 
BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON 
Khi phân tán CNTs trong nền dầu bôi trơn thƣờng xảy ra hiện tƣợng tụ đám 
do CNTs có khuynh hƣớng kết tụ. Do đó, để phân tán đồng đều CNTs trong nền 
dầu bôi trơn chúng tôi đã sử dụng chất hoạt động bề mặt Tween-80. Các chất hoạt 
động bề mặt này có vai trò làm thay đổi năng lƣợng bề mặt và hình thành mixen tạo 
thuận lợi cho sự ổn định của hệ huyền phù. 
Các mẫu dầu bôi trơn tản nhiệt đƣợc tiến hành nghiên cứu hình thái học bề 
mặt qua phép đo SEM. Các mẫu dầu bôi trơn tản nhiệt cũng đƣợc tiến hành đo phổ 
FTIR để tìm hiểu có hay không sự hình thành liên kết hóa học sau quá trình phân 
tán CNTs vào nền dầu bôi trơn tản nhiệt. 
3.1. Kết quả biến tính CNTs 
Để khảo sát sự hình thành liên kết CNTs - OH sau quá trình biến tính, chúng tôi 
sử dụng phƣơng pháp phổ hồng ngoại biến đổi fourier để xác định sự tồn tại của các 
nhóm chức -OH. Kết quả đo phổ hồng ngoại truyền qua thu đƣợc nhƣ trên hình 3.1 
Hình 3.1. Phổ FTIR của vật liệu CNTs chƣa biến tính, CNTs biến tính gắn nhóm 
chức –COOH và CNTs biến tính gắn nhóm chức –OH 
54 
Kết quả đo phổ hồng ngoại biến đổi fourier (FTIR) cho thấy cả 3 mẫu CNTs 
chƣa biến tính, CNTs-COOH và CNTs-OH đều xuất hiện đỉnh dao động tại 3431,81 
cm
-1, đây là đỉnh đặc trƣng cho liên kết -OH trong H2O. Các đỉnh dao động trong 
vùng 3431,81 cm
-1
 có xu hƣớng mở rộng về phía tần số thấp sau khi biến tính là do 
ảnh hƣởng của các liên kết -OH trong nhóm cacboxyl (-COOH) và CNTs-OH. Phổ 
FTIR của CNTs-COOH và CNTs-OH cho thấy sự xuất hiện thêm hai đỉnh trong 
vùng 2810 cm
-1
 đến 2950 cm-1 sau khi đƣợc xử lý bằng hỗn hợp axit H2SO4 và 
HNO3, đỉnh này tƣơng ứng với dao động của liên kết -OH trong nhóm cacboxyl 
(-COOH). Ngoài ra sự xuất hiện của đỉnh 1707,31 cm-1 trên vật liệu CNTs-COOH 
cho thấy sự tồn tại của dao động ứng với liên kết C=O trong nhóm cacboxyl. Những 
kết quả trên đã chứng minh đƣợc sự tồn tại của nhóm cacboxyl xuất hiện trên bề 
mặt CNTs do quá trình oxy hóa xảy ra sau khi xử lý bằng hỗn hợp axit nitric và axit 
sunfuric, kết quả đã khẳng định hỗn hợp axit trên đã tạo ra nhóm chức –COOH trên 
bề mặt của CNTs. Phổ hồng ngoại biến đổi fourier của vật liệu CNTs-OH cho thấy 
vùng dao động ứng với liên kết O-H trong nhóm C-OH tại 2810 cm-1 vẫn còn tồn 
tại, trong khi đỉnh dao động 1707,31 cm-1 ứng với liên kết C=O biến mất đã cho 
thấy các nhóm hydroxyl (-OH) đƣợc hình thành trên bề mặt của CNTs để thay thế 
cho các nhóm cacboxyl đã tồn tại trƣớc đó. 
Để kiểm tra những biến đổi cấu trúc của vật liệu CNTs sau khi biến tính gắn 
nhóm chức - OH chúng tôi sử dụng phổ tán xạ Raman. Hình 3.2 là phổ tán xạ 
Raman của vật liệu CNTs chƣa biến tính, CNTs biến tính gắn nhóm chức - COOH 
và CNTs biến tính gắn nhóm chức - OH. 
55 
Hình 3.2. Phổ tán xạ Raman của vật liệu CNTs chƣa biến tính, CNTs biến tính gắn 
nhóm chức –COOH và CNTs biến tính gắn nhóm chức –OH 
Trên phổ tán xạ chúng ta có thể nhận thấy hai dải phổ đặc trƣng là dải D 
(1333,69 cm
-1
) và dải G (1583,10 cm-1). Dải G sinh ra từ mạng graphen của CNTs, 
dải G đặc trƣng cho tính trật tự của cấu trúc trong đó các nguyên tử cacbon sắp xếp 
theo trật tự dạng vòng sáu cạnh. Trong khi đó, dải D lại đặc trƣng cho các khuyết tật 
trong cấu trúc của CNTs, dải D đƣợc hình thành từ dao động của các nguyên tử 
cacbon ở trạng thái sp3. Tỉ lệ giữa cƣờng độ hai đỉnh của dải D và dải G phụ thuộc 
vào độ sạch và độ tinh thể hoá của CNTs. Với CNTs chƣa biến tính, tỉ lệ giữa 
cƣờng độ hai đỉnh ID /IG nhỏ hơn so với CNTs biến tính, tức là mức độ khuyết tật 
trong CNTs biến tính cao hơn so với CNTs chƣa biến tính. Tỷ lệ cƣờng độ đỉnh (ID 
/IG) tại dải D và dải G là 0,99 và 1,87 tƣơng ứng với vật liệu CNTs - COOH và 
CNTs - OH, lớn hơn so với CNTs chƣa biến tính (ID/IG = 0,79). Tỷ lệ cƣờng độ của 
đỉnh D và đỉnh G thay đổi đã khẳng định sự thay đổi về cấu trúc trên bề mặt của 
CNTs. Kết quả này chỉ ra rằng một số các nguyên tử cacbon sp2 (C = C) đã đƣợc 
chuyển đổi thành các nguyên tử cacbon sp3 (C - C) trên bề mặt của CNTs sau khi xử 
56 
lý trong hỗn hợp axit HNO3 /H2SO4. Tỷ lệ cƣờng độ ID /IG của CNTs - OH cao hơn 
so với CNTs - COOH đã chỉ ra rằng sau hai quá trình xử lý hóa học, các khuyết tật 
mới đã đƣợc hình thành trên bề mặt của MWCNTs - OH nhiều hơn trên bề mặt của 
MWCNTs – COOH [96]. 
Kết quả biến tính trong luận án là phù hợp với công bố của các nhóm nghiên 
cứu khác trên thế giới, chẳng hạn nhƣ kết quả của nhóm Antonio Sánchez [18]. 
Ngoài ra việc biến tính nhóm chức lên CNTs cũng giúp nâng cao hơn hiệu quả dẫn 
nhiệt của chất lỏng nhƣ nhóm nghiên cứu SZ Heris đã công bố [93]. 
Cơ chế biến tính gắn nhóm chức lên bề mặt của vật liệu CNTs đƣợc thực hiện 
thông qua việc gắn các nhóm chức vào các vị trí khuyết tật trên bề mặt của vật liệu 
CNTs trong quá trình đƣợc oxy hóa bằng axit mạnh, điều này cũng đã đƣợc thể hiện 
trong kết quả của các nhóm nghiên cứu Steven R. Hunt [97] và In-Yup Jeon [98]. 
3.2. Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon 
3.2.1. Phân tán CNTs – OH trong dầu gốc PAO 
Sau quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, chúng tôi đã tìm ra quy trình chung chế 
tạo dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho các loại động cơ tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, thiết 
giáp, và xe chở khí tài quân sự, bao gồm các bƣớc cơ bản nhƣ sau: 
57 
Hình 3.3. Sơ đồ quy trình chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần vật liệu 
nano cacbon cho thiết bị quân sự 
Quy trình chung chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt nano nhƣ trên hình 3.3 bao 
gồm các bƣớc cơ bản nhƣ sau: 
 * Bƣớc 1: Chuẩn bị vật liệu và thiết bị, trong đó: 
- Các loại vật liệu: 
 + Dầu gốc Poly-Alpha-Olefins (PAO) khối lƣợng riêng 0,8620 g/ml (15ºC), 
độ nhớt động học tại 100ºC là 8,0 cSt, độ nhớt động học tại 400C là 48 cSt, chỉ số 
nhớt 139, điểm đông đặc -48ºC, điểm chớp cháy 260ºC. 
+ Vật liệu ống nano - cacbon (CNTs) là loại đa tƣờng, đƣợc chế tạo tại Viện 
Khoa học Vật liệu bằng phƣơng pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi (CVD), với 
đƣờng kính của CNTs từ 15 – 80 nm, và chiều dài CNTs từ 1 - 10 μm, độ sạch > 
95%, cacbon vô định hình < 3%, Fe: 1,18%, Al: 0,16%, Si: 0,13%. 
Sử dụng phƣơng pháp biến 
tính hóa học để biến tính vật 
liệu CNTs với nhóm chức -OH 
Phân tán các loại phụ gia tăng chỉ 
số nhớt, phụ gia chống oxy hóa, 
phụ gia tẩy rửa, phụ gia phân tán, 
phụ gia ức chế ăn mòn, phụ gia ức 
chế gỉ, phụ gia chống mài mòn, 
phụ gia biến tính giảm ma sát và 
phụ gia ức chế tạo bọt vào hỗn 
hợp thu đƣợc ở bƣớc 3 
Sử dụng chất hoạt động bề mặt 
Tween-80 và phƣơng pháp rung 
siêu âm để phân tán CNTs 
trong dầu gốc 
Dầu bôi trơn 
tản nhiệt nano 
Bƣớc 3: Phân tán CNTs-OH đồng đều vào 
trong dầu gốc PAO 
Bƣớc 2: Biến tính ống nano cácbon với 
nhóm chức -OH 
Bƣớc 1: Chuẩn bị 
vật liệu, thiết bị 
Vật liệu ống nano cácbon đa 
tƣờng (MWCNTs), hóa chất biến 
tính ống nano cácbon, dầu gốc, 
các loại phụ gia dầu bôi trơn và 
chất hoạt động bề mặt 
Bƣớc 4: Phân tán phụ gia vào dầu gốc PAO 
có chứa thành phần CNTs 
Dầu bôi trơn tản nhiệt nano cácbon 
cho tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, xe 
thiết giáp và xe chở khí tài quân sự 
58 
+ Chất hoạt động bề mặt Tween-80 (Sigma Aldrich): Công thức C64H124O26, 
khối lƣợng mol 1310, khối lƣợng riêng 1,06 g/cm3, độ nhớt 300–500 cSt. 
- Các hóa chất biến tính ống nano - cacbon bao gồm: HNO3 (Merck), H2SO4 
(Merck), SOCl2 (Sigma Aldrich), H2O2 (Merck), ... 
- Các chất phụ gia cho dầu bôi trơn tản nhiệt: Hydrocacbon Polyizobutylen, 
Kẽm di-ankyl di-thiophotphat (ZnDDP), Canxi Sunphonat, Ankyl-hydrobenzyl-
polyamine, Kẽm di-thiophotphat, Alkylated Succinic Acids, Triphenyl phosphoro 
thionate (TPPT), Molybdenum Disulfide, Ethylen bis Stearamide (EBS). 
- Một số dung môi khác phục vụ chế tạo nhƣ: Nƣớc cất, etanol, axeton, ... 
+ Các loại thiết bị: 
- Máy lọc hút chân không: Sử dụng trong quá trình biến tính vật liệu CNTs. 
- Máy rung siêu âm: Microson XL2000 và Elma S40H sử dụng để biến tính 
vật liệu CNTs và phân tán CNTs vào dầu gốc PAO. 
- Máy khuấy tốc độ tối đa 2000 vòng/phút, dùng để pha trộn và phân tán phụ 
gia vào dầu gốc PAO chứa thành phần CNTs. 
- Một số thiết bị chế tạo vật liệu khác nhƣ: Cân vi lƣợng, tủ hút, tủ sấy chân 
không, ... 
* Bƣớc 2: Biến tính ống nano - cacbon với nhóm chức –OH bằng phƣơng 
pháp hóa học, bƣớc này đã đƣợc mô tả ở phần trên của báo cáo. 
* Bƣớc 3: Phân tán CNTs-OH đồng đều vào trong dầu gốc PAO. Có thể thấy 
rằng biến tính hóa học nhƣ đã nói ở trên là một phƣơng pháp giúp tăng cƣờng khả 
năng phân tán của CNTs trong dung môi hữu cơ nói chung và dầu gốc nói riêng. 
Việc biến tính hóa học gắn các nhóm chức hoạt hóa lên bề mặt của ống giúp tăng 
khả năng tƣơng tác hóa học với môi trƣờng dầu gốc hoặc tƣơng tác đẩy giữa các 
ống với nhau. Tuy nhiên để phân tán MWCNTs trong dầu gốc thì ngoài phƣơng 
pháp biến tính hóa học thì cần phải cung cấp năng lƣợng dạng nhiệt hoặc rung siêu 
âm để tăng tính linh động, tính hoạt động và khả năng di chuyển của các ống tƣơng 
tự nhƣ các chuyển động Brown của các nguyên tử, phân tử. Ngoài ra trong một số 
trƣờng hợp do sức căng bề mặt của dầu gốc mà các sợi MWCNTs bị kết đám và 
khó phân tán vào dầu gốc. Do đó, để làm đổi năng lƣợng bề mặt và hình thành 
mixen tạo thuận lợi cho sự ổn định của hệ huyền phù thì việc sử dụng các chất hoạt 
động bề mặt nhƣ Tween 80 là cần thiết. 
59 
Hình 3.4. Quy trình để phân tán CNTs trong dầu gốc 
Kết hợp với quá trình nghiên cứu thực nghiệm, chúng tôi đã tìm ra quy trình 
phân tán CNTs-OH đồng đều vào trong dầu gốc PAO nhƣ đƣợc mô tả trên hình 3.4 
bao gồm các bƣớc nhỏ nhƣ sau: 
Bƣớc 1: Sử dụng phƣơng pháp khuấy trộn để phân tán đồng đều chất hoạt 
động bề mặt Tween-80 vào trong dầu gốc với nồng độ 1,5 ml Tween-80/lít dầu gốc, 
tốc độ khuấy 200 vòng/phút, thời gian khuấy 15 phút ở nhiệt độ 80ºC. 
Bƣớc 2: Pha trộn MW-CNTs vào trong hỗn hợp dầu gốc/Tween thu đƣợc ở 
bƣớc trên với nồng độ của CNTs là 0,01 – 0,12% thể tích, tốc độ khuấy 200 
vòng/phút, thời gian khuấy 10 phút ở nhiệt độ 80ºC. 
Bƣớc 3: Phân tán sơ bộ MW-CNTs ở trong hỗn hợp thu đƣợc ở bƣớc trên 
bằng cách đƣa hỗn hợp vào bể rung siêu âm Elma S40H trong thời gian 120 phút ở 
nhiệt độ 80ºC. 
Bƣớc 4: Phân tán đồng đều MW-CNTs trong hỗn hợp thu đƣợc ở bƣớc trên 
bằng cách đƣa vào máy rung siêu âm đầu típ Microson XL2000 trong thời gian 60 
phút ở nhiệt độ 80ºC. 
 Bƣ