JOURNAL OF SCIENCE OF HNUENatural Sci., 2009, Vol. 54, No. 3, pp. 73-79TÊNG HÑP V� B×ÎC ��U NGHI�N CÙU KH� N�NG H�P THÖSÂNG �I�N TØ CÕA COMPOZIT POLIPIROLE POLI(ACRYLIC)Vô Quèc Trung, Nghi¶m Thà Th÷ìng, Ph¤m V«n Hoanv  Nguy¹n �ùc ChuyTr÷íng �¤i håc S÷ ph¤m H  NëiL¶ Minh �ùcTr÷íng �¤i håc B¡ch khoa �  N®ng1. Mð �¦uBùc x¤ �i»n tø l  mët s£n ph©m phö khæng �÷ñc mong muèn sinh ra do c¡cthi¸t bà �i»n tû v  c¡c thi¸t bà gia �¼nh. Do t½nh th©m m¾ cao n¶n ch§t d´o �¢ d¦nthay th¸ kim lo¤i. Nh÷ng ch§t d´o l¤i trong suèt v  khæng câ kh£ n«ng h§p thöbùc x¤. Hi»n nay h¦u h¸t c¡c vªt li»u �÷ñc sû döng cho vi»c h§p thö sâng �i»n tøv  chèng t¾nh �i»n l  c¡c compozit d¨n �i»n m  chóng câ th¶m ch§t �ën d¨n �i»nnh÷ l  sñi kim lo¤i, bët kim lo¤i, muëi than, sñi cacbon. Do câ t½nh ch§t d¨n �i»ncõa kim lo¤i v  cán nhi·u t½nh ch§t �°c bi»t kh¡c m  c¡c polime d¨n v  compozitcõa chóng �÷ñc chó þ nghi¶n cùu kh£ n«ng ùng döng l m vªt li»u h§p thö bùc x¤�i»n tø vòng vi sâng v  vòng UV-Vis [1-3]. Trong b i b¡o n y chóng tæi giîi thi»usü têng hñp v  nghi¶n cùu t½nh ch§t h§p thö sâng �i»n tø cõa compozit tr¶n cì sðpolipirole (PPy) v  poli(acrylic) (PA) trong vòng sâng 8 - 12 GHz.2. Nëi dung nghi¶n cùu2.1. Thüc nghi»m2.1.1. Têng hñp compozit PPy/PANhüa poliacrylic (PA) tan tèt trong dung mæi húu cì l  xilen ho°c toluen, n¶n�º ti¸n h nh têng hñp �÷ñc PPy trong dung mæi húu cì, chóng tæi sû döng ch§tnhô t÷ìng hâa l  natri stearat.C¡c b÷îc ti¸n h nh nh÷ sau [4]:B÷îc 1: C¥n 40 g nhüa PA (trong xilen), cho v o cèc �°t l¶n m¡y khu§y tø.Th¶m ti¸p mët l÷ñng dung mæi �º hén hñp khu§y trën �·u. 73

Vô Quèc Trung, Nghi¶m Thà Th÷ìng, Ph¤m V«n Hoan, Nguy¹n �ùc Chuy, L¶ Minh �ùcB÷îc 2: Cho kho£ng 0,5 g ch§t nhô hâa, khu§y �¸n khi hén hñp câ m u tr­ngsúa, cho ti¸p ch§t pha t¤p p-toluensunfonat (PTS). Hén hñp �÷ñc khu§y th¶mkho£ng 15 phót, sau �â cho pirole. Khu§y ti¸p 30 phót.B÷îc 3: C¥n ch§t oxi hâa amoni pesunphat (APS) háa tan v o n÷îc. Nhä tøtø v o hén hñp ph£n ùng trong kho£ng 15 phót. Dung dàch chuyºn d¦n tø m utr­ng súa sang m u �en. Ph£n ùng x£y ra täa nhi»t l m nâng cèc v  tèc �ë ph£nùng t«ng. Câ thº dòng cèc n÷îc b¶n ngo i �º truy·n bît nhi»t tr¡nh xilen bay hìitrong qu¡ tr¼nh ph£n ùng.C¡c dung dàch ph¥n t¡n têng hñp �÷ñc câ th nh ph¦n cö thº nh÷ sau:B£ng 1. �i·u ki»n têng hñp cõa c¡c m¨u compozit PPy/PAM¨u PA/xilen(g/ml) Pirol(ml) PTS(g) APS(g) Natri stearat(g)D1 40/20 1,5 1,05 7,38 0,5D2 40/20 2,5 1,75 12,3 0,5D3 40/20 3,5 2,45 17,24 0,5D4 40/20 4,5 3,14 22,16 0,5D5 40/20 6,0 4,19 29,52 0,52.1.2. Nghi¶n cùu t½nh ch§t cõa compozit PPy/PAPhê t¡n x¤ Raman �÷ñc ti¸n h nh �o ð b÷îc sâng 613 nm, n«ng l÷ñng chòmtia Laser 1 mW, tr¶n m¡y �o Ramanlog 9I (USA), t¤i Vi»n Vªt l½ k¾ thuªt, �¤i håcB¡ch Khoa H  Nëi. B· m°t cõa m¨u �÷ñc quan s¡t tr¶n k½nh hiºn vi �i»n tû qu²ttr¶n m¡y SEM-HITACHI-4800 (�ë phâng �¤i tèi �a 500.000 l¦n), t¤i Vi»n Vªt li»u,Vi»n Khoa håc v  Cæng ngh» Vi»t Nam. �ë b·n nhi»t cõa m¨u �÷ñc �o tr¶n m¡yGhimashu-50 H vîi tèc �ë gia nhi»t 10oC/phót trong �i·u ki»n pháng, t¤i Vi»n Hâahåc, Vi»n Khoa håc v  Cæng ngh» Vi»t Nam. Kh£ n«ng h§p thö sâng �i»n tø cõac¡c m¨u �÷ñc �o ð vòng t§n sè 8 - 12 GHz tr¶n m¡y HP-8720 Network Analyzer -USA t¤i Vi»n �i»n tû v  Vi¹n thæng, Trung t¥m Khoa håc v  Cæng ngh» Qu¥n sü.2.2. K¸t qu£ v  th£o luªn2.2.1. Phê RamanK¸t qu£ Raman cõa c¡c m¨u compozit PPy/PA D1, D3 v  D5 �÷ñc tr¼nh b yð H¼nh 1.Quan s¡t tr¶n phê Raman ta th§y r¬ng c¡c phê �·u câ h¼nh d¤ng và tr½ c¡cpic t÷ìng tü nhau, chùng tä th nh ph¦n v  tr¤ng th¡i cõa polipirole trong compozit�÷ñc têng hñp l  r§t ên �ành. Vi»c qui k¸t c¡c v¥n phê �÷ñc tr¼nh b y ð B£ng 2.74

Têng hñp v  b÷îc �¦u nghi¶n cùu kh£ n«ng h§p thö sâng �i»n tø cõa compozit...

Raman shift/cm−1H¼nh 1. Phê Raman cõa c¡c m¨u compozit PPy/PA: D1, D3 v  D5B£ng 2. C¡c t½n hi»u phê Raman cõa compozit PPy/PVASè sâng (cm−1)Ppy tr¤ng th¡ioxi hâa Ppy tr¤ng th¡ioxi hâa Ppy tr¤ng th¡ioxi hâa Ppy tr¤ng th¡ioxi hâa Qui k¸tv¥n phê(lþ thuy¸t) [5] (D1) (D3) (D5)- 1726 1729 1732 νC=O1676 1592 1595 1598 νC=C1307 1335 1338 1338 νC−N1049 1090 1084 1086 δC−H955 943 946 945 δváng k�xNh÷ vªy, v· cì b£n th¼ c¡c m¨u d¢y D, PPy têng hñp �÷ñc ð tr¤ng th¡i oxihâa. Ri¶ng ð c¡c m¨u PPy/PA ta th§y c¡c pic ð t¦n sè ∼ 1730 cm−1 câ c÷íng �ëm¤nh hìn câ thº do sü xu§t hi»n cõa nhúng nhâm C=O trong m¤ch PPy bà oxi hâa[6]. C¡c t½n hi»u kh¡c cõa PA khæng quan s¡t �÷ñc tr¶n phê Raman.2.2.2. Phê ph¥n t½ch nhi»t khèi l÷ñng (TGA)Gi£n �ç ph¥n t½ch nhi»t cõa m¨u D3 �÷ñc tr¼nh b y ð H¼nh 2. Quan s¡t tr¶ngi£n �ç ph¥n t½ch nhi»t v  so s¡nh vîi m¨u PA, c¡c m¨u PPy/PA câ 3 kho£ng m§tkhèi l÷ñng ch½nh. Kho£ng nhi»t �ë 50 - 150oC t÷ìng ùng vîi pic thu nhi»t tr¶n �÷íngDTA l  qu¡ tr¼nh bay hìi cõa n÷îc, monome d÷ v  xilen. Kho£ng 150 - 400oC câsü m§t khèi l÷ñng lîn nh§t (pic täa nhi»t m¤nh nh§t k±m theo pic m§t khèi l÷ñngm¤nh nh§t tr¶n �÷íng DTG). Ð kho£ng n y, h¦u h¸t l  c¡c oligome v  PA bà ph¥nhõy. Tø 400 - 550oC l  kho£ng ph¥n hõy cõa PPy. C¡c m¨u D3 câ 1 pic thu nhi»tð ∼ 300oC ùng vîi qu¡ tr¼nh ch£y m·m cõa nhüa PA, tuy nhi¶n sü ch£y m·m n ydi¹n ra kh¡ nhanh v  ngay sau sü ch£y m·m l  sü ph¥n hõy r§t m¤nh cõa PA. 75

Vô Quèc Trung, Nghi¶m Thà Th÷ìng, Ph¤m V«n Hoan, Nguy¹n �ùc Chuy, L¶ Minh �ùcQu¡ tr¼nh suy gi£m khèi l÷ñng cõa c¡c m¨u ph¥n t½ch ð c¡c kho£ng nhi»t �ëkh¡c nhau �÷ñc tr¼nh b y ð B£ng 3. Ð m¨u D5, tuy h m l÷ñng monome tham giaph£n ùng l  lîn nh§t nh÷ng khèi l÷ñng PPy sinh ra khæng ph£i l  lîn nh§t. �i·un y chùng tä câ sü £nh h÷ðng cõa PA �¸n qu¡ tr¼nh têng hñp compozit PPy/PA.

H¼nh 2. Gi£n �ç ph¥n t½ch nhi»t cõa m¨u D3B£ng 3: K¸t qu£ ph¥n t½ch nhi»t cõa compozit PPy/PAM¨u �ë gi£m khèi l÷ñng (%)30 - 120oC 120 - 360oC 360 - 550oCD1 7,14 81,86 10,58D3 12,78 73,93 13,07D5 7,83 83,21 8,83Nh÷ vªy tø sü ph¥n t½ch gi£n �ç TGA cõa c¡c s£n ph©m ta câ nhªn x²t sau:- Qu¡ tr¼nh ch¡y cõa PPy/PVA v  PPy/PA l  qu¡ tr¼nh ph¥n hõy nhi·u giai�o¤n ùng vîi nhi·u th nh ph¦n kh¡c nhau.- Ph£n ùng polime hâa x£y ra bà £nh h÷ðng bði sü câ m°t cõa PA.2.2.3. �nh SEM cõa c¡c m¨u�nh SEM c¡c m¨u compozit PPy/PA (D1, D3 v  D5) �÷ñc tr¼nh b y ð H¼nh3. Tø H¼nh 3 ta th§y r¬ng c¡c h¤t PPy vîi k½ch cï nano sinh ra n¬m trong ch§tph¥n t¡n PA. H m l÷ñng cõa PA câ £nh h÷ðng �¸n sü h¼nh th nh c¡c h¤t nanoPPy. Ð m¨u D3, h m l÷ñng PPy l  cao nh§t (B£ng 3), mªt �ë h¤t PPy l  lîn nh§t.76

Têng hñp v  b÷îc �¦u nghi¶n cùu kh£ n«ng h§p thö sâng �i»n tø cõa compozit...C¡c h¤t nano PPy k¸t vîi nhau th nh �¡m nhí sü câ m°t cõa PA. Trong khi �â ðm¨u D5, h m l÷ñng PPy th§p nh§t (B£ng 3) n¶n mªt �ë h¤t nano PPy th§p v  bàche phõ bði polime PA (H¼nh 3).

H¼nh 3. �nh SEM cõa c¡c m¨u D1(b¶n tr¡i); D3(ð giúa)v  D5 (b¶n ph£i)2.2.4. Phê h§p thö sâng �i»n tø cõa compozit PPy/PVA v  PPy/PAChóng tæi �¢ ti¸n h nh �o kh£ n«ng h§p thö sâng �i»n tø trong vòng t¦n sè8 - 12 GHz �èi vîi compozit PPy/PVA v  PPy/PA. Kh£ n«ng h§p thö sâng �i»n tøcõa vªt li»u �÷ñc �o b¬ng t¿ l» c÷íng �ë sâng tr÷îc v  sau h§p thö. �¤i l÷ñng SE(Shielding Effectiveness) câ �ìn và l  dB (decibel) v  �÷ñc t½nh b¬ng cæng thùc:SE = 10.log(pt

pi)trong �â, SE: �ë h§p thö (dB); pt: cæng su§t cõa sâng �i qua (W); pi: cæng su§t cõasâng tîi (W).

H¼nh 4. Phê h§p thö sâng �i»n tø cõa compozit PPy/PA (m¨u D3)77

Vô Quèc Trung, Nghi¶m Thà Th÷ìng, Ph¤m V«n Hoan, Nguy¹n �ùc Chuy, L¶ Minh �ùcTa th§y r¬ng m¨u D3 câ kh£ n«ng h§p thö to n gi£i sâng tø 8 - 12 GHz. M¨ucompozit D3 câ SE = -1,74 dB t÷ìng ùng vîi kh£ n«ng h§p thö l  33%. Kh£ n«ngh§p thö sâng �i»n tø cõa c¡c m¨u D1, D3 v  D5 �÷ñc tr¼nh b y ð B£ng 4. Nh÷ vªykh£ n«ng h§p thö sâng �i»n tø cõa c¡c m¨u phö thuëc v o h m l÷ñng PPy trongcompozit. Khi t«ng h m l÷ñng polime d¨n trong compozit th¼ hi»u su§t h§p thösâng �i»n tø công t«ng l¶n.B£ng 4. Hi»u su§t h§p thö sâng �i»n tø cõa compozit PPy/PAM¨u SE (dB) (ð 12 GHz) H§p thö (%)D1 -1,26 25,2D3 -1,74 33,0D5 -1,18 23,8Kh£ n«ng h§p thö sâng �i»n tø cõa c¡c compozit PPy/PA tr¶n cán th§p v ch÷a thº ¡p döng trong thüc ti¹n �íi sèng. Tuy nhi¶n nhúng k¸t qu£ ban �¦u n yr§t �¡ng kh½ch l» v¼ �ë d y cõa m ng compozit �em �o h§p thö sâng �i»n tø r§tmäng (÷îc �o¡n ch¿ v i tr«m nm). Nhúng k¸t qu£ nghi¶n cùu ti¸p theo s³ �÷ñcchóng tæi cæng bè trong nhúng b i b¡o tîi.3. K¸t luªnChóng tæi �¢ têng hñp th nh cæng compozit cõa polipirole vîi poliacrylictheo ph÷ìng ph¡p tròng hñp hâa håc trong dung mæi xilen vîi ch§t oxi hâa amonipesunphat. K¸t qu£ ph¥n t½ch £nh SEM cho th§y k¸t c§u h¤t PPy kh¡ �çng �·uvîi k½ch th÷îc v o kho£ng 200 - 500 nm, n¬m ph¥n t¡n trong n·n poliacrylic. K¸tqu£ ph¥n t½ch phê Raman kh¯ng �ành c¡c h¤t PPy têng hñp �÷ñc �·u ð tr¤ng th¡ioxi hâa. Ph÷ìng ph¡p ph¥n t½ch nhi»t cho th§y h m l÷ñng t÷ìng �èi cõa polipiroletrong compozit ph¥n hõy ð kho£ng nhi»t �ë 360 - 550oC. C¡c k¸t qu£ �o h§p thösâng �i»n tø cõa c¡c m ng mäng t¤o th nh tø c¡c compozit n y cho th§y compozitcâ thº h§p thö gi£i sâng tø 8 - 12 GHz v  hi»u qu£ h§p thö phö thuëc v o h ml÷ñng cõa polipirole câ trong compozit.T�I LI�U THAM KH�O[1] Ozlem Yavuz, Manoj K.Ram, Matt Aldissi, Pankaj Poddar, HariharanSrikanth, 2005. Polypyrrole composites for shielding applications. Synthetic Metals,151, pp. 211-217.[2] S. K. Dhawan, N. Singh, S. Venkatachalam, 2002. Shielding behaviour ofconducting polymer-coated fabrics in X-band, W-band and radio frequency range.Synthetic Metals, 129, pp. 261-267.78

Têng hñp v  b÷îc �¦u nghi¶n cùu kh£ n«ng h§p thö sâng �i»n tø cõa compozit...[3] Eva Hakansson, Andrew Amiet, Saeid Nahavandi, Akif Kaynak, 2007. Elec-tromagnetic interference shielding and radiation absorption in thin polypyrrole films.European Polymer Journal, 43, pp.205-213.[4] Hossein Eisazadeh, 2008. Nanoparticles Preparation of Pyrrole and StyreneCopolymer in Aqueous Media. World Applied Sciences Journal, 3, pp. 14-17.[5] S. Shreepathi and R. Holze, 2005, Spectroelectrochemical Investigations ofsoluble polyaniline synthesized via new inverse emulsion pathway. Chemical Materi-als, 17, pp. 4078-4085.[6] Zhidong Chen, Akira Okimoto, Takahiro Kioyonaga, Tsutomu Nagaoka,1999. Preparation of soluble polypyrrole composite and their uptake properties foranionic compounds. Anal. Chem, 71, pp. 1834-1839.ABSTRACTSynthesis and the first study on electromagnetic shieldingof polypyrrole polyacrylic compositeIn this study, polypyrrole (PPy) polyacrylic (PA) composites were prepared byemulsion polymerization of pyrrole monomers in polyacrylic solution. The propertiesof the PPy/PA composites were studied by scanning electron microscopy (SEM),Raman spectra and thermal gravimetric analysis (TGA). The electron shieldingeffectiveness (SE) of these materials were also investigated.

79