Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://vietbaitotnghiep.com/dich-vu-viet-thue-luan-van Download luận án tiến sĩ ngành vật liệu điện tử với đề tài: Nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự, cho các bạn làm luận văn tham khảo

1. VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
NGUYỄN MẠNH HỒNG
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT
CHỨA ỐNG NANO-CACBON CHO ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU
HÀ NỘI – 2018

2. VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
……..….***…………
NGUYỄN MẠNH HỒNG
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT
CHỨA ỐNG NANO - CACBON CHO ĐỘNG CƠ
ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KHOA HỌC VẬT LIỆU
Chuyên ngành: Vật liệu điện tử
Mã số: 9.44.01.23
Người hướng dẫn khoa học:
GS.TS Phan Ngọc Minh
Hà Nội – 2018

3. LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới
sự hướng dẫn của GS.TS. Phan Ngọc Minh. Các số liệu và kết quả trong
luận án là trung thực và chưa được ai công bố ở bất kỳ công trình nào
khác.
Tác giả luận án
NGUYỄN MẠNH HỒNG

4. LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc
tới thầy hướng dẫn là GS.TS. Phan Ngọc Minh, người thầy đã định hướng
cho tôi trong tư duy khoa học, tận tình chỉ bảo và tạo rất nhiều thuận lợi cho
tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn GS.TS. Phan Hồng Khôi, PGS.TS. Phạm
Văn Hội, PGS.TS Vũ Đình Lãm, TS. Nguyễn Văn Thao, TS. Bùi Hùng
Thắng, TS. Nguyễn Văn Chúc, TS. Phan Ngọc Hồng, TS. Nguyễn Tuấn
Hồng, KS. Lê Đình Quang, ThS. Cao Thị Thanh - những người đã luôn giúp
đỡ, khích lệ, động viên tôi trong suốt thời gian làm luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ Phòng Thí nghiệm Trọng điểm
Quốc gia về vật liệu và linh kiện điện tử, Viện Khoa học vật liệu, Phòng hóa
nghiệm xăng dầu, Viện kỹ thuật xăng dầu quân đội, Viện kỹ thuật cơ giới
quân sự, Trường sĩ quan lục quân 1, Cục xe máy 384 quân đội, Phòng thí
nghiệm hóa dầu, Đại học mỏ địa chất, Viện hóa học công nghiệp Việt Nam
đã giúp tôi thực hiện các phép đo trong quá trình thực hiện luận án.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Học viện khoa học và công nghệ,
Viện Khoa học vật liệu, Bộ phận Đào tạo sau đại học đã tạo điều kiện thuận
lợi cho tôi làm luận án.
Nhân dịp này tôi xin dành những tình cảm sâu sắc nhất tới những người
thân trong gia đình tôi đã chia sẻ những khó khăn, thông cảm và động viên,
hỗ trợ tôi thực hiện thành công luận án..!
Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Nghiên cứu sinh
Nguyễn Mạnh Hồng

5. MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
MỞ ĐẦU
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG CHỨA ỐNG NANO-CACBON ...5
1.1. Tổng quan về ống nano-cacbon........................................................................5
1.1.1. Giới thiệu về ống nano-cacbon..................................................................5
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của ống nano- cacbon..............................................5
1.1.3. Các phương pháp chế tạo ống nano-cacbon..............................................9
1.1.4. Một số tính chất của ống nano-cacbon .............................................12
1.2. Chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nano-cacbon..................................16
1.2.1. Khái niệm chất lỏng nano........................................................................16
1.2.2. Các phương pháp chế tạo.........................................................................16
1.2.3.Chất lỏng nano chứa thành phần CNTs....................................................17
1.2.4. Ứng dụng của chất lỏng nano..................................................................19
1.3. Dầu bôi trơn tản nhiệt.....................................................................................20
1.3.1. Giới thiệu về dầu bôi trơn........................................................................20
1.3.2. Một số thông số của dầu bôi trơn ............................................................22
1.3.3. Các chất phụ gia có trong dầu bôi trơn....................................................23
1.3.4. Pha trộn dầu bôi trơn ...............................................................................27
1.3.5. Dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon.........................................28
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực của luận án.........29
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước............................................................29
1.4.2.Tình hình nghiên cứu trong nước .............................................................31
1.4.3. Những vấn đề cần nghiên cứu trong lĩnh vực dầu bôi trơn tản nhiệt chứa
ống nano - cacbon....................................................................................31
1.5. Kết luận chương 1 ..........................................................................................32
CHƯƠNG 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.............................................34

6. 2.1. Phương pháp thực nghiệm..............................................................................34
2.1.1. Phương pháp biến tính CNTs ..................................................................34
2.1.2. Phương pháp pha trộn dầu bôi trơn tản nhiệt nano..................................35
2.1.3. Phương pháp đo đạc, khảo sát tính chất vật liệu .....................................37
2.1.4. Phương pháp đo đạc thông số kỹ thuật dầu nano ....................................40
2.2. Phương pháp mô hình hóa và tính toán lý thuyết...........................................40
2.3. Nguyên liệu hóa chất sử dụng trong nghiên cứu............................................41
2.3.1. Nguyên liệu phụ gia cho dầu bôi trơn tản nhiệt.......................................41
2.3.2. Nguyên liệu tản nhiệt...............................................................................42
2.4. Trang thiết bị chế tạo sử dụng trong nghiên cứu............................................43
2.4.1. Thiết bị phân tán CNT trong dầu bôi trơn ...............................................43
2.4.2. Một số thiết bị dùng trong chế tạo dầu bôi trơn chứa thành phần nano-
cacbon......................................................................................................43
2.5. Kết luận chương 2 ..........................................................................................43
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT VÀ CHẾ TẠO DẦU BÔI
TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-CACBON.........................44
3.1. Kết quả biến tính CNTs..................................................................................44
3.2. Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon ...................................46
3.2.1. Phân tán CNTs – OH trong dầu gốc PAO...............................................46
3.2.2. Tối ưu hàm lượng CNTs trong trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano...........48
3.2.3. Cơ chế phân tán CNTs.............................................................................50
3.2.4. Tối ưu hàm lượng phụ gia đối với từng loại dầu bôi trơn tản nhiệt nano
.................................................................................................................52
3.3. Tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của dầu bôi trơn tản nhiệt...........................56
3.3.1. Tính toán lý thuyết độ dẫn nhiệt dầu bôi trơn .........................................56
3.3.2. So sánh kết quả với các nhóm nghiên cứu trên thế giới..........................57
3.4. Đánh giá một số tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano chế tạo được ......58
3.4.1. Độ nhớt ....................................................................................................58
3.4.2. Các thông số kỹ thuật của dầu bôi trơn tản nhiệt nano............................59
3.5. Kết luận chương 3 ..........................................................................................62

7. CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG DẦU BÔI TRƠN TẢN NHIỆT CHỨA ỐNG NANO-
CACBON CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG CỦA THIẾT BỊ QUÂN SỰ
...............................................................................................................64
4.1. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ ..........................................64
4.1.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử........66
4.1.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ....................67
4.1.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ........................69
4.1.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử ...........71
4.2. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe tăng........................................................94
4.2.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử........95
4.2.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ....................97
4.2.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ........................98
4.2.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử ...........99
4.3. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe thiết giáp .............................................102
4.3.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử......103
4.3.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ..................105
4.3.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ......................106
4.3.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử .........108
4.4. Thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe chở khí tài quân sự..............................110
4.4.1. Kết quả khảo sát nhiệt độ bệ thử động cơ trong quá trình chạy thử......111
4.4.2. Kết quả khảo sát độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ..................113
4.4.3. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu trên bệ thử động cơ......................114
4.4.4. Kết quả khảo sát tính chất dầu bôi trơn trong quá trình chạy thử .........116
4.5. Khảo sát dầu bôi trơn tản nhiệt có chứa thành phần nano trên thực tế ........118
4.5.1. Thử nghiệm thực tế trên xe thiết giáp....................................................118
4.5.2. Thử nghiệm thực tế trên xe chở khí tài quân sự ....................................120
4.6. Thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần CNTs trong tản nhiệt cho
đèn LED công suất lớn.................................................................................122
4.7. Kết luận chương 4 ........................................................................................124
KẾT LUẬN CHUNG..............................................................................................126
KIẾN NGHỊ VÀ KẾ HOẠCH TIẾP THEO...........................................................127
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ...............................................128

8. TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................130
PHỤ LỤC 141

9. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Diễn giải
CNT Ống nano cacbon – Carbon nanotube
CNF Sợi nano cacbon - Carbon nanofibers
AFM Kính hiển vi lực nguyên tử - Atomic Force Microscope
STM Kính hiển vi xuyên hầm quét - Scanning Tunneling Microscope
CVD Lắng đọng hoá học pha hơi - Chemical Vapor Deposition
CPU Vi xử lý trung tâm - Central Processing Unit
LED Điốt phát quang - Light Emitting Diode
SEM Kính hiển vi điện tử quét - Scanning Electron Microscope
FESEM
Kính hiển vi điện tử quét phát xạ trường - Field Emitting Scanning
Electron Microscope
TEM Kính hiển vi điện tử truyền qua - Transmission Electron Microscope
HRTEM
Kính hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao - High Resolution
Transmission Electron Microscope
TGA Phân tích nhiệt trọng lượng - Thermogravimetric Analysis
XRD Nhiễu xạ tia X - X-Ray Diffraction
MWCNT Ống nano cacbon đa tường - Muti-walled Carbon Nanotube
SWCNT Ống nano cacbon đơn tường - Single-walled Carbon Nanotube
PAO Dầu gốc - Poly AlphaOlefine
FTIR Phổ hồng ngoại biến đổi fourier - Fourrier Transformation InfraRed
UV – VIS Quang phổ hấp thụ phân tử - Ultraviolet visible
SDS Sodium dodecyl Sulfate
EG Ethylen Glycol
DW Nước cất
FHP Ống dẫn nhiệt phẳng – Flat heat pipe
SAE Chỉ số phân loại dầu nhớt – Society of automobile engineers
API American Petroleum Institute
DOS Electronic density of states

10. DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. So sánh một số tính chất cơ học của CNTs với các vật liệu khác [18]....13
Bảng 1.2. Độ dẫn nhiệt của CNTs và một số chất lỏng tản nhiệt [46].....................18
Bảng 1.3. Thành phần dầu bôi trơn thương phẩm [83, 84] ......................................28
Bảng 3.1. Tổng hợp các thông số theo tiêu chuẩn ГОСТ 12.337-84, ГОСТ 6360-83,
ГОСТ 6360-85 và ГОСТ 17479.1-85 của Nga kết hợp thêm một số
tiêu chuẩn khác đối với dầu bôi trơn .....................................................52
Bảng 3.2. Hàm lượng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt cho tàu thủy cỡ nhỏ
theo tiêu chuẩn ГОСТ 12.337-84 sau quá trình nghiên cứu tối ưu hóa
trên cơ sở hàm lượng của CNTs là 0,12% thể tích................................53
Bảng 3.3. Hàm lượng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho xe tăng
theo tiêu chuẩn ГОСТ 6360-83 sau quá trình nghiên cứu tối ưu hóa trên
cơ sở hàm lượng của CNTs là 0,12% thể tích.......................................54
Bảng 3.4. Hàm lượng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho xe thiết
giáp theo tiêu chuẩn ГОСТ 6360-85 sau quá trình nghiên cứu tối ưu
hóa trên cơ sở hàm lượng của CNTs là 0,12% thể tích.........................54
Bảng 3.5. Hàm lượng chất phụ gia trong dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho xe chở khí
tài quân sự theo tiêu chuẩn ГОСТ 17479.1-85 sau quá trình nghiên cứu
tối ưu hóa trên cơ sở hàm lượng của CNTs là 0,12% thể tích ..............55
Bảng 3.6. So sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano đã chế tạo được với
dầu bôi trơn thương phẩm và dầu không chứa thành phần nano dùng
cho tàu thủy cỡ nhỏ ..............................................................................60
Bảng 3.7. Tổng hợp và so sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano đã chế
tạo được, dầu thương phẩm và dầu bôi trơn không chứa nano
cho động cơ xe tăng...............................................................................61
Bảng 3.8. Tổng hợp và so sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano chế tạo
được với dầu thương phẩm và dầu bôi trơn không chứa nano cho động
cơ xe thiết giáp ......................................................................................61
Bảng 3.9. Tổng hợp và so sánh các tính chất của dầu bôi trơn tản nhiệt nano chế tạo
được với dầu thương phẩm và dầu bôi trơn không chứa nano
cho động cơ xe chở khí tài quân sự .......................................................62

11. Bảng 4.1. Kết quả đo độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ ...68
Bảng 4.2. Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của các loại dầu bôi trơn tản nhiệt
sau quá trình chạy thử nghiệm
trên bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ........................................................1
Bảng 4.3. Kết quả đo độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ xe tăng.................97
Bảng 4.4. Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của các loại dầu bôi trơn tản nhiệt
sau quá trình chạy thử nghiệm trên bệ thử ..............................................1
động cơ xe tăng ...........................................................................................................1
Bảng 4.5. Kết quả đo độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ xe thiết giáp ......105
Bảng 4.6. Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của các loại dầu bôi trơn tản nhiệt
sau quá trình chạy thử nghiệm trên bệ thử động cơ xe thiết giáp ...........1
Bảng 4.7. Kết quả đo độ giảm hệ số ma sát trên bệ thử động cơ
xe chở khí tài quân sự..........................................................................113
Bảng 4.8. Bảng tổng hợp các thông số kỹ thuật của các loại dầu bôi trơn tản nhiệt
sau quá trình chạy thử nghiệm trên bệ thử
động cơ xe chở khí tài quân sự................................................................1
Bảng 4.9: Bảng tổng hợp kết quả thử nghiệm thực tế dầu bôi trơn tản nhiệt thường
và dầu bôi trơn tản nhiệt nano trên xe thiết giáp.................................119
Bảng 4.10. Bảng tổng hợp kết quả thử nghiệm thực tế dầu bôi trơn tản nhiệt thường
và dầu bôi trơn tản nhiệt nano trên xe ZIL 131...................................121

12. DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1. Mô tả cách cuộn tấm graphen để có được CNTs [6]..................................6
Hình 1.2. Các dạng cấu trúc của CNTs: a) SWCNT b) MWCNT [7] .......................6
Hình 1.3. (a) Véc tơ chiral, (b) CNTs loại amchair (5,5), zigzag (9,0)
và chiral (10,5) [8, 9] ................................................................................8
Hình 1.4. Các loại defect trên ống CNTs: a) ở đầu ống, b) ở thân ống [10]..............8
Hình 1.5. Hệ bốc bay bằng laze và sản phẩm CNT thu được
bằng phương pháp này [13].....................................................................9
Hình 1.6. Sơ đồ khối hệ CVD nhiệt [13]..................................................................11
Hình 1.7. Sự phụ thuộc độ dẫn nhiệt của đơn sợi CNT (đường nét liền) và của
graphit (đường nét đứt) vào nhiệt độ [26].............................................15
Hình 1.8. Sự phụ thuộc độ dẫn nhiệt của đơn sợi CNT vào nhiệt độ [27]...............15
Hình 1.9. Đồ thị phụ thuộc của độ dẫn nhiệt của nước cất (DW) và Ethylen Glycol
(EG) vào nồng độ % thể tích của CNTs trong chất lỏng [48]...............18
Hình 1.12. Một số loại dầu bôi trơn trên thế giới.....................................................29
Hình 2.1. Quy trình biến tính gắn nhóm chức –COOH và –OH lên bề mặt CNTs..34
Hình 2.2. Sơ đồ phương pháp nghiên cứu chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt nano tại
phòng thí nghiệm...................................................................................36
Hình 2.3. Quá trình chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa CNTs................................37
Hình 3.1. Sơ đồ quy trình chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần vật liệu
nano cacbon cho thiết bị quân sự ..........................................................46
Hình 3.2. Quy trình để phân tán CNTs trong dầu gốc..............................................47
Hình 3.3. Phổ phân bố kích thước của CNTs trong dầu bôi trơn tản nhiệt đo trên
thiết bị Zeta-Sizer với các trường hợp khác nhau: Rung siêu âm 40 phút
(a), rung siêu âm 50 phút (b) và rung siêu âm 60 phút (c)....................49
Hình 3.4: Dầu bôi trơn chứa thành phần ống nano - cacbon chế tạo được..............50
Hình 3.5: Phổ phân bố kích thước đo trên thiết bị Zeta-Sizer của CNTs trong dầu
bôi trơn tản nhiệt với hàm lượng 0,13% thể tích và thời gian rung siêu
âm là 60 phút .........................................................................................50

13. Hình 3.6. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả đo đạc khảo sát độ dẫn
nhiệt của dầu bôi trơn tản nhiệt với các hàm lượng CNTs khác nhau ..56
Hình 3.7. So sánh kết quả tính toán lý thuyết với kết quả thực nghiệm về độ dẫn
nhiệt của dầu PAO/CNTs do nhóm S.U.S. Choi và tập thể nghiên cứu
thực hiện ................................................................................................58
Hình 3.8. Kết quả đo độ nhớt động học của dầu bôi trơn tản nhiệt theo nồng độ của
CNTs trong dầu ở nhiệt độ 40o
C ...........................................................58
Hình 3.9. Kết quả đo độ nhớt động học của dầu bôi trơn tản nhiệt theo nồng độ của
CNTs trong dầu ở nhiệt độ 100o
C .........................................................59
Hình 4.1: Ảnh chụp thực tế bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ dùng để thử nghiệm
dầu bôi trơn tản nhiệt nano tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự ............64
Hình 4.2: Dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho bệ thử động cơ tàu thủy cỡ nhỏ............65
Hình 4.3. Kết quả khảo sát nhiệt độ dầu với các loại dầu khác nhau.......................66
Hình 4.4. Kết quả khảo sát nhiệt độ nước động cơ với các loại dầu khác nhau ......67
Hình 4.5. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong trường
hợp sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm ................................................69
Hình 4.6. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong trường
hợp sử dụng dầu bôi trơn không chứa thành phần nano .......................70
Hình 4.7. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong trường
hợp sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt nano...............................................70
Hình 4.8. Ảnh chụp thực tế bệ thử động cơ xe tăng dùng để thử nghiệm dầu bôi
trơn tản nhiệt nano tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự .........................94
Hình 4.9. Dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho bệ thử động cơ xe tăng..........................95
Hình 4.10. Kết quả khảo sát nhiệt độ dầu với các loại dầu khác nhau.....................96
Hình 4.11. Kết quả khảo sát nhiệt độ nước động cơ với các loại dầu khác nhau ....96
Hình 4.12. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm.....................................98
Hình 4.13. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn không chứa thành phần nano............98

14. Hình 4.14. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt nano ...................................99
Hình 4.15. Ảnh chụp thực tế bệ thử động cơ xe thiết giáp dùng để thử nghiệm dầu
bôi trơn tản nhiệt nano tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự .................102
Hình 4.16. Dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho bệ thử động cơ xe thiết giáp .............103
Hình 4.17. Kết quả khảo sát nhiệt độ dầu với các loại dầu khác nhau...................104
Hình 4.18. Kết quả khảo sát nhiệt độ nước động cơ với các loại dầu khác nhau ..105
Hình 4.19. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm...................................106
Hình 4.20. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn không chứa thành phần nano..........107
Hình 4.21. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt nano .................................107
Hình 4.22. Ảnh chụp thực tế bệ thử động cơ xe ZIL 131 dùng để thử nghiệm dầu
bôi trơn tản nhiệt nano tại Viện Kỹ thuật Cơ giới quân sự .................110
Hình 4.23. Dầu bôi trơn tản nhiệt nano cho bệ thử động cơ xe ZIL131 ................111
Hình 4.24. Kết quả khảo sát nhiệt độ dầu với các loại dầu khác nhau...................112
Hình 4.25. Kết quả khảo sát nhiệt độ nước động cơ với các loại dầu khác nhau ..113
Hình 4.26. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn thương phẩm...................................114
Hình 4.27. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn không chứa thành phần nano..........115
Hình 4.28. Kết quả khảo sát tiêu hao nhiên liệu của động cơ trên bệ thử trong
trường hợp sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt nano .................................115
Hình 4.29: Ảnh chụp xe thiết giáp BTR-60 PB dùng trong chạy thử nghiệm thực tế
dầu bôi trơn tản nhiệt nano do Trường Sỹ quan Lục quân 1 thực hiện
.............................................................................................................118
Hình 4.30. Ảnh chụp xe chở khí tài quân sự ZIL 131 dùng trong chạy thử nghiệm
thực tế dầu bôi trơn tản nhiệt nano do Viện Kỹ thuật cơ giới quân sự
thực hiện ..............................................................................................120

15. Hình 4.31: Đồ thị nhiệt độ của đèn pha LED 300W và giàn tỏa nhiệt theo thời gian
khi sử dụng và không sử dụng phương pháp tản nhiệt bằng dầu bôi trơn
tản nhiệt chứa thành phần CNTs .........................................................123

16. 1
MỞ ĐẦU
Các trang thiết bị như xe chở khí tài quân sự, xe tăng, xe thiết giáp, tàu
thủy... là những thiết bị nòng cốt của quân đội. Đây là những thiết bị đặc chủng, đắt
tiền khó mua và có tính bảo mật cao. Việc gia tăng độ bền, tuổi thọ và công suất
hoạt động của các động cơ của xe chở khí tài, xe tăng, xe thiết giáp, tàu thủy... có ý
nghĩa rất quan trọng. Hiện nay, quân đội ta vẫn nhập các loại dầu bôi trơn thương
phẩm từ Cộng Hòa Liên Bang Nga. Tuy nhiên, những loại dầu bôi trơn này có hệ số
ma sát khá cao và dầu chỉ sử dụng trong thời gian tương đương với phạm vi hoạt
động từ 3000 – 5000 km đã phải thay dầu bôi trơn mới. Điều này làm giảm đi khả
năng tác chiến trong chiến đấu và huấn luyện cũng như những hạn chế trong việc
nâng cao độ bền, tuổi thọ, công suất, tiêu hao nhiên liệu, khí thải và thời gian sử
dụng của động cơ.
Ngày nay, với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ nano, nhiều loại vật liệu
mới có kích thước nano với nhiều tính năng ưu việt, vượt trội đã được nghiên cứu
phát triển và ứng dụng. Nhiều nghiên cứu cho thấy việc đưa thêm các vật liệu có
cấu trúc nano trong đó có vật liệu nano cacbon (CNTs) đã tạo ra nhiều vật liệu mới
có khả năng ứng dụng cao trong công nghiệp cũng như đời sống. Các nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm đều cho thấy vật liệu CNTs là vật liệu có độ dẫn nhiệt cao,
với CNTs đơn sợi độ dẫn nhiệt có thể lên tới 2000 W/mK [1, 2]. Tính chất ưu việt
này của CNTs đã mở ra hướng ứng dụng trong việc nâng cao độ dẫn nhiệt cho các
vật liệu trong các hệ thống tản nhiệt.
Một số nghiên cứu trên thế giới cho thấy việc sử dụng vật liệu CNTs vào dầu
bôi trơn giúp làm giảm hệ số ma sát của động cơ, tăng độ dẫn nhiệt qua đó nâng cao
hiệu suất hoạt động của động cơ, tiết kiệm nhiên liệu và đặc biệt là nâng cao độ bền,
tuổi thọ cho động cơ. Các sản phẩm dầu bôi trơn, tản nhiệt sử dụng vật liệu nano
cacbon đã được chế tạo ở Hoa Kỳ, một số nước ở Châu Âu, Hàn Quốc,... trong đó có
các loại dầu đặc chủng dùng trong quân đội nhưng không được thương mại hóa. Vì
vậy, việc làm chủ công nghệ để có thể tự sản xuất được ở trong nước là vấn đề rất cần
thiết. Khi có chiến tranh xảy ra, việc nhập khẩu dầu bôi trơn trở nên khó khăn.
Từ tình hình thực tế đó, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: "Nghiên cứu chế tạo

17. 2
dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho động cơ đốt trong của thiết bị
quân sự" làm đề tài nghiên cứu cho luận án của mình.
Mục đích của luận án:
– Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng ống nano-cacbon từ dầu gốc
– Xây dựng mô hình truyền nhiệt của động cơ sử dụng dầu bôi trơn tản nhiệt
có thành phần CNTs và đánh giá một số tính chất của nó
– Ứng dụng dầu bôi trơn tản nhiệt cho động cơ đốt trong của thiết bị quân sự
Để thực hiện được các mục tiêu trên, các nội dung nghiên cứu cụ thể sau đây
đã được triển khai thực hiện:
– Chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng vật liệu ống nano-cacbon
- Đo đạc, đánh giá cấu trúc và khảo sát các tính chất lý, nhiệt, điện của các vật
liệu tản nhiệt chế tạo được
– Tính toán, xây dựng mô hình tản nhiệt của động cơ đốt trong sử dụng dầu bôi
trơn tản nhiệt có chứa ống nano - cacbon và so sánh với kết quả thực nghiệm
– Nghiên cứu thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chế tạo cho động cơ đốt trong
của một số thiết bị quân sự
– Trên cơ sở thực nghiệm và tính toán có được, tiến hành tối ưu hóa điều kiện
công nghệ chế tạo đồng thời định hướng ứng dụng thực tiễn của dầu bôi trơn
tản nhiệt chế tạo được.
Đối tượng nghiên cứu
Dầu bôi trơn tản nhiệt có chứa thành phần CNTs sử dụng cho động cơ đốt
trong của một số thiết bị quân sự
Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp thực nghiệm bao gồm phương pháp để biến tính CNTs với các
nhóm chức –COOH và –OH, chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt sử dụng cho động cơ đốt
trong của một số thiết bị quân sự (tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, xe thiết giáp, xe chở khí
tài quân sự).
- Phương pháp tính toán lý thuyết dựa trên việc phát triển một số mô hình tính

18. 3
toán lý thuyết đã có trên thế giới để xây dựng mô hình cải tiến tính toán độ dẫn
nhiệt của chất lỏng tản nhiệt CNTs với độ chính xác cao.
- Phương pháp đo đạc một số tính chất của dầu bôi trơn chứa thành phần
CNTs chế tạo được.
Bố cục và nội dung của luận án
Luận án bao gồm 142 trang với 22 bảng, 62 hình vẽ và đồ thị. Ngoài phần Mở
đầu trình bày ý nghĩa và lý do lựa chọn vấn đề nghiên cứu và kết luận về những kết
quả đã đạt được cũng như một số vấn đề có thể nghiên cứu tiếp tục. Luận án được
cấu trúc trong 4 Chương:
Chương 1: Trình bày tổng quan về ống nano-cacbon, chất lỏng tản nhiệt chứa
thành phần ống nano-cacbon, dầu bôi trơn tản nhiệt và tổng quan được tình hình
nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực của luận án. Phần tổng quan về ống
nano-cacbon trình bày về cấu trúc và một số tính chất của vật liệu CNTs, các
phương pháp tổng hợp vật liệu CNTs. Phần tổng quan về vật liệu tản nhiệt trình bày
về chất lỏng chứa thành phần CNTs và các phương pháp chế tạo chất lỏng chứa
thành phần CNTs. Dầu bôi trơn, các thông số của dầu bôi trơn, các phụ gia có trong
dầu bôi trơn cũng như cách pha trộn dầu bôi trơn cũng đã được trình bày. Phần
nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực của luận án đã khái quát, tìm hiểu
một số nghiên cứu của tác giả trên thế giới từ năm 2012 đến năm 2017. Đồng thời
cũng tìm hiểu việc nghiên cứu trong nước cho đến thời điểm hiện tại.
Chương 2: Trình bày các phương pháp nghiên cứu sử dụng trong luận án, bao
gồm: Hiển vi điện tử quét (SEM), phổ tán xạ Raman, phổ hấp thụ hồng ngoại, phổ
huỳnh quang tia X, máy đo phổ phân tán Zeta-Sizer. Chương 2 cũng đã trình bày về
nguyên liệu, hóa chất sử dụng trong luận án và các trang thiết bị chế tạo sử dụng
trong nghiên cứu.
Chương 3: Trình bày các kết quả biến tính vật liệu CNTs với các nhóm chức –
OH và –COOH, kết quả chế tạo và xác định một số tính chất của dầu bôi trơn tản
nhiệt chứa thành phần CNTs. Trình bày kết quả nghiên cứu về mô hình cải tiến tính
toán lý thuyết độ dẫn nhiệt của dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành phần ống nano-
cacbon. Từ đó so sánh mô hình truyền nhiệt với các nhóm thực nghiệm trên thế giới.

19. 4
Chương 4: Trình bày kết quả thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa thành
phần CNTs chế tạo được cho động cơ đốt trong của tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, xe
thiết giáp, xe chở khí tài quân sự. Đồng thời nghiên cứu định hướng, mở rộng ứng
dụng của dầu bôi trơn tản nhiệt cho đèn LED công suất lớn.
Ở cuối luận án, danh sách những công trình đã công bố liên quan và danh
mục các tài liệu tham khảo đã được liệt kê.
Luận án được thực hiện tại Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm Khoa học
và Công nghệ Việt Nam.
Những đóng góp mới của luận án
- Đã làm chủ được công nghệ chế tạo dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-
cacbon trên cơ sở dầu gốc PAO sử dụng cho động cơ đốt trong của thiết bị
quân sự.
- Đã chế tạo được 4 loại dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon sử dụng
cho động cơ đốt trong của tàu thủy cỡ nhỏ, xe tăng, xe thiết giáp và xe chở
khí tài quân sự.
- Đã tiến hành thử nghiệm dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon cho
động cơ đốt trong của thiết bị quân sự với hiệu suất cao, tiết kiệm nhiên liệu
từ 10-15%, tăng tuổi thọ của dầu lên 4 lần so với dầu thông thường và giảm
ma sát.

20. 5
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CHẤT LỎNG CHỨA ỐNG NANO-CACBON
1.1. Tổng quan về ống nano-cacbon
1.1.1. Giới thiệu về ống nano-cacbon
Vật liệu cacbon cấu trúc nano dạng sợi lần đầu tiên được phát hiện vào năm
1976 bằng phương pháp CVD bởi nhóm nghiên cứu M. Endo. Sau 15 năm, Tiến sỹ
S. Iijima (Nhật Bản) trong quá trình nghiên cứu về vật liệu fullerene được tạo ra từ
phương pháp hồ quang điện đã phát hiện ra một dạng thù hình mới của cacbon
thông qua kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) và đặt tên vật liệu này là ống
nano-cacbon (carbon nanotubes - CNTs) [3]. Kể từ năm 1991 đến nay đã có rất
nhiều nhóm nghiên cứu trên khắp thế giới đã tập trung nghiên cứu chế tạo và ứng
dụng loại vật liệu mới này và đã cho nhiều kết quả nổi bật. Vật liệu CNTs đã mở ra
tiềm năng ứng dụng to lớn do sở hữu những tính chất hết sức độc đáo và ưu việt.
Với cấu trúc tinh thể đặc biệt, CNTs có nhiều tính năng như: Độ dẫn điện thay
đổi theo kích thước và cấu trúc của ống nhẹ hơn thép 6 lần nhưng lại bền hơn thép cỡ
100 lần, chịu được nhiệt độ rất tốt (~ 2800o
C trong chân không và ~ 700o
C trong
không khí), có tính đàn hồi tốt, diện tích bề mặt lớn, có khả năng phát xạ điện từ ở từ
trường thấp. Bên cạnh khả năng tạo được vật liệu compozit tiên tiến và các thiết bị
điện tử kích thước nano thì CNTs còn có thể ứng dụng trong vật liệu tản nhiệt.
Xét về cấu trúc, do diện tích bề mặt lớn và có cấu trúc rỗng nên CNTs được
sử dụng như vật liệu hấp phụ. Hơn nữa cấu trúc bề mặt của CNTs có thể hoạt hóa
bằng các oxy hóa hoặc bằng các chất hoạt động bề mặt, mở đáy của ống nano -
cacbon, bề mặt có thể gắn thêm các kim loại, oxit kim loại hoặc các tác nhân hữu cơ
làm tăng khả năng ứng dụng của chúng trong việc chế tạo vật liệu hấp phụ.
1.1.2. Cấu trúc và tính chất của ống nano- cacbon
Bản chất của liên kết trong ống nano-cacbon được giải thích bởi hóa học
lượng tử, cụ thể là sự xen phủ orbital. Liên kết hóa học của các ống nano - cacbon
được cấu thành hoàn toàn bởi các liên kết sp2
, tương tự than chì. Cấu trúc liên kết
này mạnh hơn các liên kết sp3
trong kim cương, tạo ra những phân tử có độ bền đặc
biệt. Các ống nano - cacbon thông thường được xếp thành các "sợi dây thừng" được
giữ với nhau bằng lực Van der Waals [4, 5].

21. 6
Ở đây chúng ta quan tâm đến các mặt graphen vì có thể coi CNTs được tạo
thành bằng cách cắt các tấm graphen ra, sau đó cuộn tròn lại. Có rất nhiều kiểu cuộn
khác nhau dựa theo hướng cuộn, chính sự khác nhau này làm cho CNTs có các tính
chất vật lý, hóa học phong phú đa dạng và có thể thay đổi.
Tuy nhiên, không phải lúc nào ống nano - cacbon cũng có hình dạng giống
như hình dạng của tấm graphen cuộn lại. Bởi vì tấm graphen gồm các nguyên tử
cacbon xếp trên 6 đỉnh của hình lục giác, còn CNTs lại có sự xuất hiện của các đa
giác là ngũ giác.
Hình 1.1. Mô tả cách cuộn tấm graphen để có được CNTs [6]
Có hai loại ống nano - cacbon là: Ống nano cacbon đơn lớp hay còn được gọi
là ống nano - cacbon đơn tường (SWCNT), được cấu tạo bởi một lớp duy nhất các
nguyên tử cacbon và ống nano - cacbon đa lớp với kích thước cỡ nanomet và có
dạng hình ống, hay còn được gọi là ống nano - cacbon đa tường (MWCNTs) (hình
1.2a, hình 1.2b).
Hình 1.2. Các dạng cấu trúc của CNTs: a) SWCNT b) MWCNT [7]
(a) (b)

22. 7
Ống nano-cacbon đơn tường có cấu trúc giống như là sự cuộn lại của một lớp
than chì độ dày một nguyên tử (còn gọi là graphen) thành một hình trụ liền và được
khép kín ở mỗi đầu bằng một nửa phân tử fulleren. Do đó CNTs còn được biết đến
như là fulleren có dạng hình ống gồm các nguyên tử cacbon liên kết với nhau bằng
liên kết cộng hoá trị sp2
bền vững. Ống nano cacbon đa tường gồm nhiều ống đơn
tường đường kính khác nhau lồng vào nhau và đồng trục, khoảng cách giữa các lớp
từ 0,34 nm đến 0,39 nm. Ngoài ra, SWCNT thường tự liên kết với nhau để tạo
thành từng bó xếp chặt (được gọi là SWNTs ropes) và tạo thành mạng tam giác
hoàn hảo với hằng số mạng là 1,7 nm. Mỗi bó có thể gồm hàng trăm ống SWCNT
nằm song song với nhau và chiều dài có thể lên đến vài mm.
Cấu trúc của vật liệu CNTs được đặc trưng bởi vectơ Chiral, kí hiệu là Ch. Vectơ
này chỉ hướng cuộn của các mạng graphen và độ lớn đường kính ống (hình 1.3a).
1 2 ( , )hC na ma n m   (1.1)
Trong đó: n và m là các số nguyên.
a1 và a2 là các vectơ đơn vị của mạng graphen
Có nhiều cách chọn vectơ cơ sở a1, a2, một trong các cách chọn chỉ ra trong
hình 1.3a dưới đây.









2
1
,
2
3
1 aa , 








2
1
,
2
3
2 aa (1.2)
Với a là hằng số mạng của graphit: a = 0,246 nm.
Góc của vectơ Chiral θ:
)(2
2
cos
22
nmmn
mn


 (1.3)
Đường kính D của ống được tính theo công thức sau:
2 2
( )
D k n m nm
k N
  

(nm) (1.4)
Theo vector chiral, vật liệu CNTs có các cấu trúc khác nhau tương ứng với
các cặp chỉ số (n, m) khác nhau. Ba cấu trúc thường gặp đó là: amchair, zigzag và
chiral tương ứng với các cặp chỉ số (n, n), (n, 0) và (n, m) (hình 1.4b).

23. 8
CNTs có đường kính từ vài nanomet tới vài chục nanomet và chiều dài từ
một vài micromet đến vài milimet, dẫn tới tỉ lệ chiều dài/đường kính và diện tích bề
mặt của nó là rất lớn.
Tuy nhiên, đây là các cấu trúc lý tưởng của CNTs. Trên thực tế, cấu trúc của
CNTs bao giờ cũng tồn tại các sai hỏng hay còn gọi là các defect. Các sai hỏng này
được phân loại theo cấu trúc hình học hay dạng lai hóa của các nguyên tử cacbon
cấu thành nên CNTs.
(a) (b)
Hình 1.3. (a) Véc tơ chiral, (b) CNTs loại amchair (5,5), zigzag (9,0)
và chiral (10,5) [8, 9]
Các sai hỏng theo cấu trúc hình học trên ống CNTs là sự xuất hiện của các
vòng cacbon không phải 6 cạnh. Các vòng cacbon này có thể là 7 cạnh hoặc 8
cạnh, chủ yếu xảy ra ở đầu ống và gần vùng liên kết ống (hình 1.4).
Các sai hỏng theo kiểu lai hóa, có thể hiểu là dạng lai hóa của các nguyên tử
cacbon của CNTs là sự kết hợp giữa các dạng lai hóa sp và sp3
, do đó cấu trúc của
CNTs không chỉ gồm các liên kết C-C lai hóa dạng sp2
mà còn là sp2+α
(-1 < α < 1).
Đây là nguyên nhân gây ra sự uốn cong trên bề mặt của CNTs.
Hình 1.4. Các loại defect trên ống CNTs: a) ở đầu ống, b) ở thân ống [10]

24. 9
Ngoài các dạng sai hỏng trên, còn một số dạng sai hỏng khác như liên kết
không hoàn toàn, khuyết và dịch vị trí. Các sai hỏng có vai trò rất quan trọng, chúng
là đầu mối chìa khóa trong các quá trình biến tính của vật liệu CNTs. Các sai hỏng
này có thể ở đầu ống hay trên thân ống và mở ra các cực thu hút các nhóm chức
hoạt động như carboxyl, hydroxyl, estes… Các nhóm chức này là công cụ chủ yếu
để hoạt hóa, biến tính vật liệu CNTs. Tuy nhiên, các sai hỏng này cũng ảnh hưởng
tới các tính chất của CNTs, đặc biệt là các tính chất cơ, điện. Nó có thể làm giảm độ
bền về mặt cơ học và làm thay đổi cấu trúc dải điện tử của CNTs.
1.1.3. Các phương pháp chế tạo ống nano-cacbon
Hiện nay có rất nhiều phương pháp khác nhau để tổng hợp vật liệu CNTs,
nhưng trong luận án này chúng tôi chỉ tập trung quan tâm đến phương pháp bốc bay
laze và phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi (CVD). Sau hơn 20 năm kể từ
ngày được phát hiện, vật liệu CNTs đã được chế tạo với số lượng lớn và đã được
thương mại hóa [11, 12]. Tùy vào tính chất vật liệu CNTs cần tổng hợp mà mỗi
phương pháp có ưu thế riêng.
1.1.3.1. Phương pháp bốc bay laze
Hình 1.5. Hệ bốc bay bằng laze và sản phẩm CNT thu được
bằng phương pháp này [13]
Phương pháp bốc bay bằng laze là một phương pháp có hiệu quả cao cho quá
trình tổng hợp bó SWCNT với vùng phân bố hẹp. Trong phương pháp này, một
miếng graphit dùng làm bia bị bốc bay bởi bức xạ laser dưới áp suất cao trong môi
trường khí trơ. MWCNTs được tạo ra trên bia graphit sạch. Chất lượng và hiệu suất

25. 10
của sản phẩm tạo ra phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng và chất lượng sản phẩm tốt
nhất ở nhiệt độ 1200ºC. Ở nhiệt độ thấp hơn thì chất lượng cấu trúc giảm và CNTs
bắt đầu xuất hiện những sai hỏng. Trong phương pháp bốc bay bằng chùm laser,
năng lượng của chùm tia laser làm bay hơi bia graphite được đặt ở trong lò đốt bằng
điện ở nhiệt độ khoảng 1200ºC. Luồng khí Ar (áp suất ~500 Torr) thổi hơi cacbon
từ vùng nhiệt độ cao về điện cực lắng đọng bằng đồng được làm lạnh bằng nước
như được thể hiện trên hình 1.5. Nếu dùng bia graphit tinh khiết ta sẽ thu được
MWCNTs. Nếu bia được pha thêm khoảng 1,2% nguyên tử Co/Ni với khối lượng
Ni và Co bằng nhau sẽ thu được SWCNT. Trong sản phẩm còn có các dây nano tạo
bởi các SWCNT với đường kính từ 10 nm đến 20 nm và dài trên 100 m.
Giá trị trung bình của đường kính ống và mật độ phân bố đường kính ống tuỳ
thuộc vào nhiệt độ tổng hợp và thành phần xúc tác. Để tạo SWCNT, người ta còn
dùng phương pháp xung cực nhanh từ laser điện tử tự do (FEL) hoặc phương pháp
xung laser liên tục.
Phương pháp này có ưu điểm là sản phẩm thu được có độ sạch cao (trên
90%) so với phương pháp hồ quang điện. Tuy nhiên, đây chưa phải là phương pháp
có lợi ích kinh tế cao và khá tốn kém, vì lượng sản phẩm tạo ra ít, trong khi đó
nguồn laser yêu cầu công suất lớn và điện cực than cần có độ sạch cao, ...
1.1.3.2. Phương pháp lắng đọng hóa học từ pha hơi
Lắng đọng hóa học từ pha hơi (CVD) là một phương pháp mà nhờ đó vật liệu
rắn được lắng đọng từ pha hơi thông qua các phản ứng hóa học xảy ra ở gần bề mặt
đế được nung nóng. Trong CVD, vật liệu rắn thu được là dạng lớp phủ, bột hoặc
đơn tinh thể. Bằng cách thay đổi điều kiện thí nghiệm, vật liệu đế, nhiệt độ đế,
thành phần cấu tạo của hỗn hợp khí phản ứng, áp suất, ... có thể điều chỉnh được
những đặc tính khác nhau của vật liệu. CVD là phương pháp phổ biến nhất để chế
tạo CNTs với số lượng lớn, độ đồng đều cao và có thể điều khiển thông số tính chất
CNTs trong quá trình chế tạo. Bên cạnh đó hầu hết các doanh nghiệp sản xuất
CNTs với số lượng lớn đều sử dụng phương pháp CVD trong chế tạo. Hiện nay, có
nhiều phương pháp CVD sử dụng các nguồn năng lượng khác nhau để tổng hợp
CNTs, ví dụ như: Phương pháp CVD nhiệt, phương pháp CVD tăng cường plasma,
phương pháp CVD xúc tác alcohol, phương pháp CVD có laser hỗ trợ, v.v….

26. 11
Về nguyên lý, hệ CVD nhiệt có cấu tạo gồm một buồng phản ứng được đặt
trong lò nhiệt như trên hình 1.6. Trong quá trình CVD, nguồn khí hydrocacbon bị
phân huỷ (nhờ nhiệt độ) trên các hạt xúc tác kim loại để tạo thành CNTs. Chiều dài
SWCNTs và MWCNTs thu được có thể lên đến vài mm trong điều kiện mọc theo
cơ chế cánh diều. Đường kính, tốc độ mọc, loại cấu trúc và hiệu suất tạo CNTs phụ
thuộc vào một số tham số quan trọng như: xúc tác, nguồn khí hydrocacbon, nhiệt
độ, thời gian CVD. Xúc tác thông thường được sử dụng là các hạt nano kim loại
như Fe, Ni, Co, Mo,... Kích thước hạt xúc tác liên quan trực tiếp đến đường kính
của ống nano và qua đó có thể điều khiển đường kính và loại cấu trúc CNTs thu
được. Kết quả thu được của nhiều nhóm nghiên cứu rất khác nhau nhưng nhìn
chung nếu các hạt xúc tác có kích thước > 15nm thì chỉ thu được MWCNTs. Muốn
thu được SWCNTs thì kích thước hạt nên < 5nm. Ngoài ra việc sử dụng xúc tác là
hỗn hợp 2 kim loại như Co-Mo, Mo-Fe. Nguồn hydrocacbon thường dùng là
axetylen (C2H2) hoặc etylen (C2H4), nhiệt độ mọc CNTs thông thường nằm trong
dải nhiệt độ 500-900ºC. [13].
Hình 1.6. Sơ đồ khối hệ CVD nhiệt [13]
Để tăng hiệu suất mọc CNTs, ngoài việc sử dụng thích hợp các điều kiện như:
Nhiệt độ, tỷ lệ liều lượng khí cũng như chất xúc tác kim loại, người ta còn sử dụng
thêm chất hỗ trợ xúc tác chẳng hạn như CaCO3, MgCO3,…Có thể tạo lượng lớn ống
nano - cacbon bằng cách cho acetylen ngưng đọng trên zeolit có xúc tác là Co và Fe.
Vì zeolit là chất có nhiều lỗ trống cực nhỏ, các phân tử dễ dàng lọt vào các lỗ trống
đó nên khi cho axetylen ngưng tụ trên Co/Zeolit, ta có được ống nano - cacbon nhiều
vách nhưng đồng thời cũng có fulleren và ống nano - cacbon đơn vách.

27. 12
1.1.4. Một số tính chất của ống nano-cacbon
1.1.4.1. Tính chất cơ học
CNT chỉ gồm các nguyên tử cacbon nên nhẹ và liên kết giữa các nguyên tử
cacbon là liên kết cộng hoá trị nên rất bền. Vật liệu CNTs có nhiều tính chất cơ học
rất đặc biệt như: độ bền cao, độ đàn hồi cao, độ cứng lớn hơn hẳn so với một số vật
liệu khác.
Việc đo trực tiếp các thông số cơ học của đơn sợi CNTs rất khó, nên các
thông số cơ học của vật liệu CNTs chủ yếu thu được từ mô phỏng trên máy tính
hoặc thông qua các phép đo gián tiếp. Năm 1996, Ebbessen T. và các cộng sự của
hãng NEC đã công bố suất Young trung bình của CNTs vào khoảng 1,8 TPa
(tetrapascal- 1012
pascal) [14]. Giá trị này được tính từ sự thay đổi vị trí của ống ở
các nhiệt độ khác nhau qua kính hiển vi điện tử. Năm 1997, Wong công bố giá trị
suất Young trung bình của CNTs là 1,28 TPa, kết quả này được xác định thông
qua lực tương tác của đầu típ kính hiển vi lực nguyên tử (AFM - Atomic Force
Microscope) và độ lệch của ống CNTs khỏi vị trí cân bằng [15]. Năm 1998, Gao
G., Cagin T. và Goddard W. công bố giá trị suất Young của CNTs phụ thuộc vào
véctơ chiral. Với ống armchair (10, 10) giá trị suất Young là 640,3 GPa
(gigapascal-109
pascal), ống zigzag (17, 0) có giá trị 673,94 GPa và ống chiral (12,
6) có giá trị 673 GPa [16].
Các nghiên cứu cho thấy rằng cấu trúc ống nano cacbon như số lớp, đường
kích, độ dài, hướng cuộn sẽ ảnh hưởng lớn đến các tính chất cơ học như suất
Young, hệ số đàn hồi và độ bền kéo của CNTs. Chính vì vậy mà các thông số này
có thể dao động trên một dải khá rộng. Hai thông số cơ học quan trọng của CNTs
đó là mô đun Young và độ bền kéo. Mô đun Young, hay mô đun ứng suất, hay còn
gọi mô đun đàn hồi được đo bằng lực (trên một đơn vị diện tích) cần để kéo giãn
(hoặc nén) một mẫu vật liệu. Công thức để xác định mô đun Young được mô tả như
sau:
0
0
F A
E
l l
 (1.5)
Trong đó δl là độ biến thiên chiều dài vật liệu dưới tác dụng của lực F. Độ
bền kéo đặc trưng cho khả năng chịu tác dụng lực, có thể được hiểu như là khi một

28. 13
lực tác động tăng dần đến khi vật liệu dạng sợi hay trụ bị đứt, được tính bởi giá trị
lực F chia cho diện tích mặt cắt S của vật liệu.
Suất Young đàn hồi của MWCNT thường lớn hơn của SWCNT và có giá trị
trung bình trong khoảng từ 1,1÷1,8 TPa. Khi SWCNT liên kết với nhau thành từng
bó thì suất Young đàn hồi nói chung bị giảm đi. Ngoài ra biến dạng đàn hồi của
CNTs cũng có những điểm rất đáng chú ý. Thông thường những vật liệu có độ cứng
cao thì độ biến dạng chỉ khoảng 1% hoặc ít hơn, tỉ lệ với sai hỏng và lệch mạng.
Còn đối với CNTs có thể biến dạng đến 40% mà chưa thấy biến dạng dẻo, chưa
thấy có triệu chứng có vết nứt hoặc đứt gãy liên kết.
Quan sát bằng hiển vi điện tử quét cho thấy khi biến dạng, CNTs có lúc bị
bẹt lại, có lúc ống bị xoắn có khi ống thắt eo nhiều nấc. Về mặt năng lượng, ống thu
nhận năng lượng cơ học để biến dạng nhưng khi cấu trúc ống thay đổi đột ngột, ống
lại giải phóng năng lượng [17]. Vì thế nên độ bền kéo của mỗi ống tối đa có thể lên
đến 150 GPa. Kết quả so sánh một số tính chất cơ học của vật liệu CNTs với các vật
liệu khác được chỉ ra trong bảng 1.1
Bảng 1.1. So sánh một số tính chất cơ học của CNTs với các vật liệu khác [18]
Vật liệu
Suất Young
(GPa)
Độ bền kéo
(GPa)
Khối lượng riêng
(g/cm3
)
MWCNT 1200 150 2,6
SWCNT 1054 75 1,3
Graphit 350 2,5 2,6
Thép 208 0,4 7,8
Gỗ 16 0,008 0,6
Nhựa 3,5 0,005 1,25
Vật liệu CNTs với tính chất cơ học đặc biệt trên đây sẽ tạo ra một cuộc cách
mạng trong nhiều lĩnh vực công nghệ, đặc biệt là làm vật liệu gia cường tăng cường
độ cứng, độ bền cho các vật liệu tổ hợp bằng cách pha trộn một lượng nhỏ CNTs
vào trong quá trình chế tạo [19-25].
1.1.4.2. Tính chất quang và quang điện
Những sai hỏng cấu trúc của CNTs đặc biệt là đối với SWCNT, dẫn tới sự
xuất hiện vùng cấm thẳng với cấu trúc vùng hoàn toàn được xác định, đó chính là

29. 14
cơ sở cho những ứng dụng quang và quang điện của CNTs. Phổ quang học của từng
SWCNT riêng lẻ hoặc bó SWCNT đã được chứng minh bằng cách sử dụng phổ
cộng hưởng Raman, phổ huỳnh quang, hoặc phổ tia cực tím gần hồng ngoại (UV-
VIS-NIR).
Cấu trúc vùng hoặc DOS của SWCNTs giúp đánh giá được tính chất quang
và quang điện của CNTs. Biểu thức xác định cấu trúc vùng hoặc DOS một chiều
của SWCNT có thể được tính thông qua graphit như sau:
   



m
mg
l


 ,
3
24
(1.6)
Với   22
,
m
mg




 khi m  (1.7)
  0, mg  khi m  (1.8)
D
mnq
m
3
3 


 (1.9)
Vật liệu CNTs với những tính chất quang và quang điện lý thú đã mở ra tiềm
năng ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đa dạng. Như đã biết ống nanô cácbon mang
tính chất kim loại khi có cấu trúc dạng armchair (n = m), tuy nhiên sẽ mang tính
chất bán kim loại khi thỏa mãn được điều kiện n – m = 3q với độ rộng vùng cấm
nhỏ, đồng thời bước sóng của CNTs bán dẫn dao động trong khoảng 300 đến 3000
nm. Những tính chất này đã mở ra khả năng ứng dụng của CNTs bán dẫn trong các
linh kiện quang , các thiết bị quang điện tử laser xanh đến các đầu dò hồng ngoại.
1.1.4.3. Tính chất nhiệt
CNTs có những tính chất nhiệt ưu việt, và là một trong số những vật liệu có
độ dẫn nhiệt tốt nhất hiện nay. Hai thông số nhiệt quan trọng nhất của CNTs là nhiệt
dung riêng và độ dẫn nhiệt. Cả hai thông số này được xác định chủ yếu bởi các quá
trình hấp thụ và phát xạ phonon. Những nghiên cứu đã cho thấy rằng nhiệt dung
riêng của CNTs phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ trong vùng nhiệt độ thấp, đồng
thời thấp hơn so với graphit khối khoảng 100 J/kg.K. Nhiệt dung riêng còn phụ
thuộc vào các tương tác giữa các ống trong bó hay các lớp graphit trong MWCNTs
và đường kính của chúng. Độ dẫn nhiệt λ của CNTs được tính bởi công thức (1.10):

30. 15
es of phonons
( ). .group
stat
C T V   (1.10)
Với C(T) là nhiệt dung riêng của CNTs, T là nhiệt độ môi trường, Vgroup là
vận tốc nhóm của các phonon và τ là thời gian phục hồi của phonon.
CNTs có khả năng dẫn nhiệt rất tốt dọc theo trục của ống. Về lý thuyết, tại
nhiệt độ phòng độ dẫn nhiệt của đơn sợi CNT biến đổi trong khoảng từ 1800 đến
6000 W/m.K (hình 1.7) [26].
Hình 1.7. Sự phụ thuộc độ dẫn nhiệt của đơn sợi CNT (đường nét liền) và của
graphit (đường nét đứt) vào nhiệt độ [26]
Do độ dẫn nhiệt của vật liệu CNT phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: đường
kính ống, chiều dài ống, sai hỏng trên thành ống, mật độ giữa các ống, v.v… Vì
vậy, thực tế ở nhiệt độ phòng, độ dẫn nhiệt của các đơn sợi CNT đo được chỉ đạt
khoảng 750 W/m.K (hình 1.8) [27].
Hình 1.8. Sự phụ thuộc độ dẫn nhiệt của đơn sợi CNT vào nhiệt độ [27]

31. 16
Fujii cũng đã công bố độ dẫn nhiệt của đơn sợi CNT với đường kính 28,2 nm
là 500 W/m.K [27]. Đối với các mẫu CNT khối, bao gồm các màng CNT, bó CNT,
và VA- CNT, độ dẫn nhiệt chỉ đạt giá trị từ 15÷200 W/m.K. Sự khác nhau giữa độ
dẫn nhiệt của đơn sợi CNT với các màng khối phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Đặc biệt
do tiếp xúc giữa ống-ống, tiếp xúc mạng nền và ống, và tăng mật độ sai hỏng do các
phương pháp chuẩn bị mẫu đo có thể làm giảm quãng đường tự do trung bình
phonon dẫn tới làm giảm độ dẫn nhiệt của các mẫu CNT khối so với các đơn sợi
CNT [28]. Mặc dù vậy, độ dẫn nhiệt của các đơn sợi CNT vẫn cao hơn nhiều so với
các kim loại có độ dẫn nhiệt tốt nhất như Ag, Cu và Al, cụ thể độ dẫn nhiệt của Ag
là 429 W/m.K, của Cu là 401 W/m.K và của Al là 237 W/m.K [29]. Độ dẫn nhiệt
tốt của vật liệu CNT đã mở ra hướng nghiên cứu và ứng dụng vật liệu CNT tản
nhiệt trong các linh kiện điện tử công suất cao như LED, CPU, v.v…
1.2. Chất lỏng tản nhiệt chứa thành phần ống nano-cacbon
1.2.1. Khái niệm chất lỏng nano
Chất lỏng nano (nanofluilds) là khái niệm tổng quan để chỉ loại chất lỏng
trong đó có sự phân tán đồng đều và ổn định của các vật liệu kích thước nanomet
như các hạt nano, sợi nano, ống nano, dây nano, thanh nano, hay tấm nano trong
một nền chất lỏng cơ sở như là nước, dầu, ethylen glycol, vv… Như vậy, chất lỏng
nano có hai pha, trong đó bao gồm một pha rắn nằm trong một pha lỏng. Những
nghiên cứu trên thế giới đến nay cho thấy thông qua việc bổ sung thêm vật liệu
nano, chất lỏng nano có nhiều tính chất cơ lý ưu việt so với các chất lỏng cơ sở về
tính dẫn nhiệt, dẫn điện, độ nhớt, .... và mở ra tiềm năng ứng dụng to lớn trong
nhiều lĩnh vực khác nhau [30-35]
1.2.2. Các phương pháp chế tạo
Để chế tạo chất lỏng nano, hiện nay người ta sử dụng hai phương pháp
chính, bao gồm: Phương pháp hai bước (Two - Step Method) và phương pháp một
bước (One - Step Method) [30]. Phương pháp một bước là phương pháp tổng hợp
trực tiếp vật liệu nano ngay trong chất lỏng bằng cách áp dụng các phương pháp hóa
học hay vật lý. Như vậy quá trình chế tạo và phân tán vật liệu nano được thực hiện
đồng thời cùng một lúc, do vậy giúp các hạt nano phân tán đồng đều hơn, và sự ổn
định của các hạt trong chất lỏng cơ sở cao hơn.

32. 17
Phương pháp hai bước là phương pháp được sử dụng rộng rãi nhất cho việc
chế tạo chất lỏng nano trong đó vật liệu nano (hạt nano, sợi nano, ống nano, hay vật
liệu nano khác) được sản xuất ở dạng bột trước, sau đó mới được phân tán vào một
chất lỏng nền với sự hỗ trợ của các thiết bị rung bằng từ tính, rung siêu âm, máy
khuấy từ, v.v... Về mặt kinh tế, phương pháp hai bước là phương pháp kinh tế hơn để
sản xuất chất lỏng nano với quy mô lớn, tuy nhiên chất lỏng nano được chế tạo bằng
phương pháp này không đạt được tính ổn định cao so với phương pháp một bước do
tỷ số diện tích bề mặt lớn, các hạt nano có xu hướng tụ đám lại với nhau
1.2.3.Chất lỏng nano chứa thành phần CNTs
1.2.3.1. Chế tạo chất lỏng nano chứa thành phần CNTs
Trong hai phương pháp chính để chế tạo chất lỏng nano thì phương pháp hai
bước là phương pháp chủ yếu để chế tạo chất lỏng nano chứa thành phần CNTs vì
nó không đòi hỏi sự phức tạp về mặt thiết bị, trong khi các vật liệu CNTs đã được
chế tạo sẵn với số lượng lớn ở quy mô công nghiệp. Trong khi đó phương pháp một
bước đến nay vẫn không khả thi đối với chất lỏng chứa nano thành phần CNTs và
hiện chưa có nhóm nghiên cứu nào thử nghiệm về phương pháp này [43].
Việc phân tán ổn định CNTs trong nền chất lỏng là hết sức quan trọng, nhiều
nghiên cứu cho thấy nếu chỉ biến tính thì CNTs sẽ bị lắng đọng chỉ sau một thời
gian ngắn [44]. Vì vậy người ta có sử dụng thêm chất hoạt động bề mặt để tăng
cường hiệu quả phân tán và sự ổn định của CNTs trong nền chất lỏng như: Tween,
SDS, PVP, GA, CTAB, SDBS, ... Các kết quả nghiên cứu cho thấy CNTs biến tính
kết hợp với chất hoạt động bề mặt cho sự phân tán tốt hơn nhiều so với CNTs đơn
thuần, điều này được giải thích là do có sự xuất hiện của lực đẩy tĩnh điện giữa các
bề mặt tích điện âm tồn tại trên chất hoạt động bề mặt khi gắn kết với CNTs [45].
Ngoài ra phương pháp rung siêu âm là kỹ thuật quan trọng để tách rời CNTs ra khỏi
tụ đám tại thời điểm đầu tiên trong quá trình chế tạo chất lỏng nano.
1.2.3.2. Tính chất nhiệt của chất lỏng nano chứa thành phần CNTs
Trong số các loại vật liệu nano thì CNTs là loại vật liệu có nhiều tính chất ưu
việt. Bảng 1.2 so sánh độ dẫn nhiệt của CNTs so với một số loại chất lỏng tản nhiệt,
kết quả cho thấy CNTs có khả năng dẫn nhiệt tốt với độ dẫn nhiệt lớn hơn từ 4.000 -
12.000 lần so với độ dẫn nhiệt của chất lỏng. Với độ dẫn nhiệt cao như vậy khi đưa

33. 18
CNTs vào chất lỏng sẽ giúp nâng cao đáng kể độ dẫn nhiệt cũng như các tính chất
nhiệt khác cho chất lỏng nano.
Bảng 1.2. Độ dẫn nhiệt của CNTs và một số chất lỏng tản nhiệt [46]
STT Vật liệu tản nhiệt và chất lỏng Độ dẫn nhiệt (W/m.K)
1 Ống nano cacbon 2000
2 Axit axetic 0,193
3 Axeton 0,180
4 Anilin 0,172
5 Benzen 0,167
6 Cloroform 0,129
7 Dầu động cơ 0,145
8 Phenol 0,190
9 Nước cất 0,609
Hình 1.9. Đồ thị phụ thuộc của độ dẫn nhiệt của nước cất (DW) và Ethylen Glycol
(EG) vào nồng độ % thể tích của CNTs trong chất lỏng [48]
Chẳng hạn như ở hình 1.9 là kết quả khảo sát độ dẫn nhiệt của nước cất (DW)
và Ethylen Glycol (EG) vào nồng độ % thể tích của CNTs trong chất lỏng do nhóm
nghiên cứu Lifei Chen thực hiện, kết quả cho thấy khi đưa thêm thành phần CNTs độ

34. 19
dẫn nhiệt của chất lỏng tăng lên từ 10 – 15%. Hay nhóm nghiên cứu Choi đã đưa thên
thành phần CNTs vào dầu poly (α - olefin) để tăng độ dẫn nhiệt của chất lỏng tăng
lên đến 160% [47]. Những kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng to lớn của CNTs
trong việc nâng cao tính chất nhiệt của chất lỏng nano cũng như ứng dụng trong tản
nhiệt cho các linh kiện điện tử công suất.
1.2.4. Ứng dụng của chất lỏng nano
Chất lỏng nano có nhiều ứng dụng đa dạng trong các lĩnh vực khác nhau của
cuộc sống như tản nhiệt cho linh kiện điện tử. Chẳng hạn nhóm nghiên cứu Tsaia đã
khảo sát hiệu quả tản nhiệt của nanofluids chứa hạt nano vàng với nước trong một hệ
thống ống dẫn nhiệt chứa chất lỏng [49]. Hay nhóm nghiên cứu Chen đã khảo sát
hiệu quả tản nhiệt của ống dẫn nhiệt phẳng (Flat Heat Pipe - FHP) sử dụng chất
lỏng nano bạc [37]. Kết quả nghiên cứu cho thấy sự khác biệt về nhiệt độ và khả
năng chịu nhiệt của FHP khi sử dụng chất lỏng nano bạc tốt hơn so với việc sử dụng
nước tinh khiết. Ngoài ra chất lỏng nano có tiềm năng to lớn để cải thiện hiệu quả
tản nhiệt cho động cơ ôtô. Cụ thể nanofluids trên nền etylen glycol đã thu hút được
nhiều sự quan tâm trong các ứng dụng làm mát động cơ [52-56] do nó hoạt động ở
áp suất thấp hơn và hiệu quả cao hơn so với một hỗn hợp 50 : 50 của etylen glycol
và nước cất (tỷ lệ phổ biến của nước làm mát động cơ ôtô được sử hiện nay). Chất
lỏng nano có nhiệt độ sôi cao hơn so với chất lỏng nền, do vậy được sử dụng để làm
tăng nhiệt độ hoạt động của chất lỏng làm mát đồng thời giảm nhiệt trở cho hệ
thống làm mát [57]. Nhóm nghiên cứu Kole đã sử dụng chất lỏng nano chứa Al2O3
để làm mát động cơ xe hơi với chất lỏng cơ sở là một chất làm mát động cơ xe tiêu
chuẩn (HP KOOLGARD) [58] và nghiên cứu tính dẫn nhiệt và độ nhớt của chất
lỏng ở nhiệt độ phòng. Các chất lỏng nano chế tạo được chứa 3,5% thể tích là hạt
nano Al2O3, nhưng độ dẫn nhiệt tăng lên đáng kể và đạt giá trị tối đa là 10,41% ở
nhiệt độ phòng. Nhóm nghiên cứu Tzeng [59] đã ứng dụng chất lỏng nano để làm
mát cho hộp số tự động.
Việc áp dụng các chất lỏng nano để tản nhiệt công nghiệp sẽ giúp tiết kiệm
năng lượng và giảm lượng khí thải. Dự đoán đối với ngành công nghiệp Mỹ, việc
thay nước làm mát và sưởi ấm bằng chất lỏng nano có tiềm năng tiết kiệm 1 nghìn
tỷ Btu năng lượng [61, 62]. Mặt khác, đối với ngành công nghiệp điện lực của Hoa

35. 20
Kỳ, việc sử dụng chất lỏng nano trong chu kỳ làm mát khép kín dự đoán có thể tiết
kiệm được khoảng 10.000 - 30.000 tỷ Btu mỗi năm (tương đương với mức tiêu thụ
năng lượng hàng năm của khoảng 50.000 – 150.000 hộ gia đình). Việc cắt giảm
lượng khí thải liên quan là khoảng 5,6 triệu tấn CO2, 8.600 tấn Oxit Nitơ, và 21.000
tấn SO2 [63].
1.3. Dầu bôi trơn tản nhiệt
1.3.1. Giới thiệu về dầu bôi trơn
Dầu bôi trơn là sản phẩm cuối cùng từ hai thành phần dầu gốc và các chất
phụ gia (là những sản phẩm chưng cất từ dầu mỏ dưới áp suất thấp hoặc tổng hợp
được gọi là dầu bôi trơn khi chúng dùng để bôi trơn – còn gọi là dầu nhớt, dầu
nhờn) [64-67]. Dầu bôi trơn cho động cơ đốt trong (gọi tắt là dầu động cơ) là nhóm
dầu bôi trơn chiếm tỷ trọng lớn nhất và không ngừng được nghiên cứu và hoàn
thiện để đáp ứng những yêu cầu của động cơ đốt trong có cường độ làm việc ngày
càng cao. Dầu gốc chứa các phân tử hydrocacbon nặng và có tính chất lý hóa tương
tự dầu thành phẩm. Tuy nhiên chưa thể sử dụng được bởi tính chất của nó chưa đáp
ứng được yêu cầu bảo vệ động cơ [68, 69].
Dầu bôi trơn có nhiều công dụng, trong đó có một số công dụng quan trọng
nhất sau đây [68, 70].
- Dầu bôi trơn có nhiều công dụng trong đó công dụng quan trọng nhất là bôi
trơn các bề mặt có chuyển động trượt giữa các chi tiết nhằm giảm ma sát do đó
giảm mài mòn, tăng tuổi thọ của các chi tiết. Nguyên nhân của việc giảm ma sát là
do khi bôi trơn sẽ có sự thay thế ma sát trực tiếp giữa các chi tiết máy bằng ma sát
nội tại của màng chất bôi trơn thể lỏng ngăn cách các chi tiết máy. Ma sát nội tại
giữa các màng chất lỏng này luôn nhỏ hơn nhiều so với các dạng ma sát khác. Do
vậy tổn thất cơ giới trong động cơ giảm và hiệu suất cơ giới sẽ tăng, điều này được
thể hiện trong công thức sau:
Ƞm = Ne / Ni (1.33)
Trong đó: - Ƞm : hiệu suất cơ giới
- Ne : công suất có ích
- Ni: công suất chỉ thị

36. 21
Thông thường, hiệu suất cơ giới Ƞm = 65,93%
Từ đó, hiệu suất có ích của động cơ là: Ƞe = Ƞi Ƞm
Trong đó : - Ƞe: hiệu suất có ích của động cơ
- Ƞi : hiệu suất chỉ thị
Trong thực tế thì Ƞi = 22,56%
Ƞe = 15,50%
Hiệu suất có ích tăng lên tức là tăng tính kinh tế của động cơ.
- Chống ăn mòn kim loại: Nước là nguyên nhân gây nên sự rỉ sét của các chi
tiết được cấu tạo từ kim loại. Một thể tích nhiên liệu đốt cháy trong động cơ sẽ sinh
ra một thể tích nước. Mặc dù phần lớn nước ở thể hơi và thoát ra ống xả, tuy nhiên
vẫn còn một ít đọng lại trong xylanh. Hiện tượng này thường xảy ra khi thời tiết
lạnh hay khi động cơ chưa được sưởi ấm, thêm vào đó các sản phẩm phụ sinh ra do
nhiên liệu cháy dở, ngoài ra còn các chất axit được tạo thành do sự oxy hóa dầu. Vì
vậy khả năng tạo rỉ sét và ăn mòn càng trở nên trầm trọng. Khi sử dụng dầu bôi
trơn, nó sẽ tạo một lớp màng mỏng phủ lên trên bề mặt các chi tiết ma sát, có tác
dụng chống rỉ trong thời gian ngừng hoạt động, nhất là những bộ phận ẩm ướt.
Ngoài ra dầu bôi trơn còn có tác dụng hạn chế tối đa sự lan truyền các chất axit
được sinh ra từ các loại nhiên liệu nhiều lưu huỳnh trong động cơ diezen.
- Rửa sạch bề mặt ma sát của các chi tiết: Trên bề mặt ma sát, trong quá trình
làm việc thường có các vẩy rắn tróc ra khỏi bề mặt. Dầu bôi trơn sẽ cuốn trôi các
vẩy tróc sau đó được giữ lại ở các phần tử lọc của hệ thống bôi trơn, tránh cho việc
bề mặt bị cào xước. Trong động cơ diesel, khi nhiên liệu cháy sẽ tạo ra muội than
bám cặn trên thành pittong gây cháy xecmang, làm nghẽn các bộ lọc. Trong động
cơ dùng xăng pha chì, khi xăng cháy cũng tạo ra một lượng muội chì, từ đó tạo
thành cặn trong quá trình làm việc. Vì vậy, khi động cơ chạy rà sau khi lắp ráp, sửa
chữa, khi đó còn rất nhiều mạt kim loại còn sót lại trong quá trình lắp ráp và nhiều
vẩy rắn bị tróc ra khi chạy rà, do vậy phải dùng dầu bôi trơn có độ nhớt nhỏ để tăng
khả năng rửa trôi các mạt bẩn trên bề mặt. Dầu bôi trơn với phụ gia tẩy rửa có tác
dụng ngăn cản sự tích tụ của cặn giữ cho bề mặt các chi tiết luôn được sạch sẽ tạo
điều kiện cho động cơ hoạt động tốt.
- Làm mát máy: Nhiều người cho rằng việc làm mát động cơ hoàn toàn dựa

37. 22
vào hệ thống nước làm mát. Trên thực tế cho thấy hệ thống nước làm mát chỉ thực
hiện được 60% công việc làm mát. Nước chỉ làm mát phần trên động cơ là các đỉnh
xylanh, lòng xylanh và các van còn trục khuỷu, các ổ đỡ, trục cam, các bánh răng,
pittong và nhiều chi tiết khác được làm mát bằng dầu bôi trơn. Do ma sát tại các bề
mặt làm việc như piston-xy lanh, trục khuỷ-bạc lót,... sinh nhiệt. Mặt khác, một số
chi tiết như piston, vòi phun còn nhận nhiệt của khí cháy truyền đến. Do đó nhiệt độ
của một số chi tiết rất cao, có thể bị gãy, bị kẹt, giảm độ bền của các chi tiết. Nhằm
làm giảm nhiệt độ của các chi tiết này, người ta sử dụng dầu bôi trơn để làm mát.
Dầu bôi trơn ở trạng thái lỏng chảy qua các bề mặt ma sát và mang nhiệt đi. Chức
năng làm mát đòi hỏi dầu phải chịu được nhiệt độ cao, không bị biến chất do tác
dụng của oxy trong không khí ở nhiệt độ cao.
- Làm kín máy: Ở một số động cơ ô tô tại vị trí pittong, máy phát, bơm thủy
lực làm việc ở áp suất cao, do đó yêu cầu độ kín cao. Vì vậy dầu bôi trơn dựa vào
khả năng bám dính và tạo màng lấp kín các khe hở, bảo đảm quá trình làm việc bình
thường cho thiết bị.
- Rút ngắn quá trình chạy rà động cơ: Khi chạy rà động cơ phải dùng dầu có
độ nhớt thấp. Ngoài ra, dầu còn được pha một số các chất phụ gia đặc biệt có tác
động làm mềm tổ chức vi kim loại tạo thành lớp rất mỏng trên bề mặt chi tiết. Do
đó các chi tiết nhanh chóng rà khớp với nhau rút ngắn thời gian và chi phí chạy rà.
1.3.2. Một số thông số của dầu bôi trơn
Trên bao bì của các sản phẩm dầu bôi trơn đều ghi rõ tính năng và phạm vi
sử dụng. Hiện nay qua các kỹ thuật chủ yếu đều trên các tiêu chuẩn của các tổ chức
Hoa Kỳ. Có 2 chỉ số quan trọng cần lưu ý là SAE và API sau đây [68, 70]
Chỉ số SAE: Chỉ số SAE là chỉ số phân loại dầu nhớt theo nhiệt độ ở 100ºC
và -18ºC của hiệp hội kĩ sư Hoa Kỳ (Society of Automobile Engineers) ban hành
tháng 6 năm 1989. Tại một nhiệt độ nhất định, ví dụ ở 100ºC chỉ số SAE lớn tức là
độ nhớt của dầu cao và ngược lại. Các phân loại của SAE tùy thuộc vào sản phẩm
dầu lúc đó là đơn cấp hay đa cấp.
Loại đơn cấp: Là loại chỉ có một chỉ số độ nhớt (SAE40, SAE50, SAE10W).
Loại đa cấp: Là loại có 2 chỉ số độ nhớt (SAE15W-40, SAE20W-50). Dầu có
chỉ số độ nhớt đa cấp có phạm vi nhiệt độ môi trường sử dụng rộng hơn so với loại

38. 23
đơn cấp.
Chỉ số API: Chỉ số API la chỉ số đánh giá chất lượng dầu nhớt của Viện dầu
Hoa Kỳ (American Petroleum Institute). API phân ra hai loại dầu chuyên dụng và
dầu đa dụng.
- Dầu chuyên dụng: Là loại dầu chỉ dùng cho một trong hai loại động cơ xăng
hoặc dầu diesel. Cấp S dùng cho động cơ xăng, cấp C dùng cho động cơ diezen.
- Dầu đa dụng: Là loại dầu bôi trơn có thể dùng cho cả 2 loại động cơ xăng
hoặc diezen.
1.3.3. Các chất phụ gia có trong dầu bôi trơn
Dầu bôi trơn thương phẩm để sử dụng cho mục đích bôi trơn là hỗn hợp của
dầu gốc và phụ gia. Do đó, chất lượng của dầu bôi trơn ngoài phụ thuộc vào dầu
gốc còn phụ thuộc vào phụ gia.
Dầu gốc chủ yếu được sử dụng để sản xuất dầu bôi trơn nhất là dầu động cơ.
Phương pháp truyền thống sản xuất dầu gốc là chưng cất chân không phân đoạn từ
tháp chưng cất khí quyển, phần sản phẩm có thể tiếp tục qua quá trình xử lý hay
xưởng chiết dung môi (solvent extraction) nhằm loại bỏ thành phần không mong
muốn như wax, lưu huỳnh và aromatics [71]. Trong lĩnh vực sử dụng dầu động cơ
chỉ số độ nhớt, điểm đông đặc, độ ổn định oxy hóa và thành phần bay hơi là các chỉ
tiêu quan trọng.
Phụ gia là những hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ thậm chí là những nguyên tố hóa
học được thêm vào chất bôi trơn nhằm nâng cao hay mang lại những tính chất mong
muốn. Thông thường, hàm lượng phụ gia chiếm từ vài phần triệu đến vài phần trăm
khối lượng. Do là những hợp chất hoạt động, vì vậy khi tồn tại trong dầu phụ gia có
thể tác dụng với nhau và làm mất chức năng của dầu bôi trơn. Ngược lại, chúng cũng
có thể tác động tương hỗ với nhau tạo ra tính chất mới có lợi cho dầu bôi trơn, do đó
việc phối trộn các phụ gia cần được nghiên cứu kĩ lưỡng để loại trừ những hiệu ứng
đối kháng và nâng cao tính tương hỗ. Sự tác động tương hỗ giữa phụ gia và dầu gốc
cũng là một yếu tố cần được quan tâm khi sản xuất dầu bôi trơn [72].
Ngày nay, để đạt được các tính năng bôi trơn thì dầu có chứa nhiều loại phụ
gia khác nhau. Chúng có thể được pha riêng lẻ vào dầu bôi trơn hoặc phối trộn lại
với nhau để tạo thành một phụ gia đóng gói rồi mới đưa vào dầu bôi trơn.

39. 24
Yêu cầu chung của một số loại phụ gia [72]:
Dễ hòa tan trong dầu
Không hoặc ít hòa tan trong nước
Không ảnh hưởng đến tốc độ nhũ hóa của dầu
Không bị phân hủy bởi nước và kim loại
Không bị bốc hơi ở điều kiện làm việc của hệ thống dầu bôi trơn
Không làm tăng tính hút ẩm của dầu bôi trơn
Hoạt tính có thể kiểm tra được
Không độc, rẻ tiền, dễ kiếm
- Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt
Phụ gia được sử dụng để làm tăng chỉ số độ 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 như để tạo ra các loại dầu mùa
đông. Các phụ gia này được chia làm hai nhóm: Dạng hydrocacbon và dạng este.
Dạng hydrocacbon có các loại: Copolyme etylen-propylen, polyizobutilen,
copolyme styren-butadien clo hóa, copolyme styren-izopren. Dạng este gồm:
Polymetacrylat, polyacrylat và các copolyme của este styrenmaleic.
Các chất cải thiện độ nhớt được dùng rộng rãi nhất hiện nay là các polyme của
etylen-propylen (có thể lên đến 10%) và polyizobutylen (hàm lượng nhỏ 0,2%-0,5%).
- Phụ gia chống oxy-hóa
Phụ gia này nhằm mục đích làm chậm quá trình oxy hóa của dầu (tăng độ
bền oxy hóa), khắc phục hiện tượng cháy vòng găng, giảm bớt hiện tượng ăn mòn
chi tiết và tạo cặn. Có hai nhóm phụ gia chống oxy hóa [73]:
Phụ gia kìm hãm quá trình oxy hóa ở một lớp dày ngay trong khối dầu: Nhóm
này quan trọng nhất là chất ức chế oxy hóa, đó là các hợp chất chứa nhóm phenol hay
nhóm amin, cũng có thể chứa hai nhóm đồng thời như các phenol có chứa nito hoặc
lưu huỳnh, các kẽm di-ankyl di-thiophotphat (ZnDDP), các hợp chất của photpho, lưu
huỳnh.... Các chất ức chế này có nồng độ thấp, khoảng 0,005 đến 0,5%.
Ngoài ra còn có tác dụng bảo vệ, chống rò rỉ ổ đỡ. Các chất thơm nhiệt được
dùng là các hợp chất hữu cơ có chứa photpho, lưu huỳnh, kẽm (tri-butylaphotphit,

40. 25
di-tiophotphat kẽm...). Phụ gia kìm hãm quá trình oxy hóa dầu ở lớp mỏng trên bề
mặt kim loại, đó là các chất thơm nhiệt được pha với tỷ lệ 0,5%-3%, chúng sẽ làm
chậm quá trình oxy hóa dầu ở lớp mỏng trên chi tiết động cơ ở nhiệt độ tương đối
cao (200ºC -300ºC).
Các loại chất thơm nhiệt dường như là chất thơm quan trọng nhất vì khi động
cơ ngừng hoạt động là lúc dầu ngừng tuần hoàn và khi đó chất thơm tẩy rửa cũng
ngừng hoạt động còn chất thơm nhiệt thì ngược lại, sẽ hoạt động mạnh hơn, nó
không cho lớp dầu mỏng trên các chi tiết nguội có khả năng biến thành sạn.
- 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 được sử dụng như các chất tẩy rửa kim loại [74].
- 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. Các phụ gia phân tán quan trọng nhất bao gồm:
Ankenyl-poly-amin-suxinimit
Ankyl-hydrobenzyl-polyamin
Este-polyhydroxy-suxinic
Poly-aminamit-imidazolin
Polyamin suxinimit.
Như vậy các chất phân tán được sử dụng đều có chứa các nhóm chức như
amin, imit, amit hoặc các nhóm hydroeste nên các polyme như poly metacrylat cũng
cho khản năng phân tán. Mặt khác, do chúng có tính nhớt (chất tăng chỉ số độ nhớt)
nên chúng được sử dụng như các phụ gia phân tán nhiều tác dụng. Lượng chất phân
tán được sử dụng nói chung phụ thuộc vào lượng chất rắn cần phải phân tán trong
dầu và thường là chiếm từ 0,1% đến 2%. Các dầu bôi trơn cacte chất lượng hàng

41. 26
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 được chặn và chất
phân tán.
- 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 như 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 như các axit béo, amin, axit alkylsuxinic, clo hóa parafin...[75-77]
- Phụ gia ức chế gỉ
Nếu như động cơ làm việc không có thời gian ngừng lâu thì dầu bôi trơn làm
chức năng chống gỉ tương đối tốt vì khi động cơ ngừng trong thời gian thì dầu chưa
kịp chảy hết khỏi các chi tiết. Nhưng nếu động cơ ngừng lâu hoặc bảo quản lâu
ngày thì xylanh, cổ trục khủy và các chi tiết đánh bóng hoặc mài sẽ bị gỉ. Gỉ là sự
hình thành sắt hydroxit Fe(OH)3 là một dạng đặc biệt quan trọng của ăn mòn trên bề
mặt. Có nhiều hợp chất được dùng để ức chế gỉ như: Các axit béo, các este của các
axit napetic và axit béo, các amin hữu cơ, các xà phòng kim loại của axit béo...[78,
79] thường pha vào dầu với tỷ lệ 0,1-1%.
- Phụ gia chống mài mòn
Mài mòn là sự tổn thất kim loại giữa các bề mặt chuyển động tương đối với
nhau. Yếu tố chính gây mài mòn là do sự tiếp xúc giữa kim loại và kim loại (mài
mòn dính). Sự có mặt của các hạt mài (mài mòn hạt) gây ra mài mòn là do ăn mòn
hay mài mòn hóa học. Để chống lại sự mài mòn, cần thiết phải cho vào các phụ gia
chống mài mòn gồm các nhóm hóa chất có chứa hợp chất phot pho, hợp chất chứa
lưu huỳnh, các dẫn xuất béo có khả năng bám dính trên bề mặt kim loại nhằm giảm
bớt sự cọ xát, tỏa nhiệt trong quá trình làm việc [69, 80, 81]. Phụ gia chống mài
mòn thường có hàm lượng nhỏ khoảng 0,01%.
- Phụ gia biến tính, giảm ma sát
Phụ gia biến tính, giảm ma sát (FM) có chức năng tăng độ bền của màng
dầu, giữ bề mặt kim loại tách rời nhau, ngăn không cho lớp dầu bị phá hoại trong

42. 27
điều kiện tải trọng lớn, nhiệt độ cao.
Phụ gia biến tính FM làm giảm hệ số ma sát, bảo tồn được năng lượng, tiết
kiệm được 2-3% nhiên liệu cho ô tô. Phụ gia FM được sử dụng khi cần tạo ra rung
động trượt mà không có rung động và khi cần có hệ số ma sát nhỏ nhất.
Phụ gia FM bao gồm nhiều loại hợp chất chứa oxy, nito, lưu huỳnh,
molipden, đồng và các nguyên tố khác [82]. Các phụ gia này làm tăng độ bền của
màng dầu chủ yếu do hiện tượng hấp thụ vật lý, nhờ đó giảm ma sát. Phụ gia này
thường được pha với tỷ lệ 0,1-0,3%.
- Phụ gia hạ điểm đông đặc
Ở nhiệt độ thấp thì khả năng đông đặc của dầu sẽ giảm, vì vậy cần pha các
chất phụ gia hạ điểm đông đặc nhằm hạ thấp nhiệt độ đông đặc của dầu. Cần cho
thêm một ít parafin có lượng O.R.azolin không quá 1%.
- Phụ gia ức chế tạo bọt
Bọt do không khí trộn mạnh vào dầu bôi trơn ảnh hưởng xấu đến tính chất
bôi trơn, làm tăng sự oxy hóa của chúng, làm dầu bị tổn thất, ngăn cản sự lưu thông
của dầu trong sự tuần hoàn, gây ra hiện tượng bôi trơn không đầy đủ. Để tránh hoặc
làm giảm sự tạo bọt người ta sử dụng các loại phụ gia chống tạo bọt. Chúng được
gọi là các chất hủy hoặc phá bọt. Đó là các hợp chất silicon và hydro có khả năng
làm tan sủi bọt nhưng tỷ lệ này rất nhỏ: 0,001-0,004%. Phụ gia cho dầu bôi trơn là
một hợp phần của công nghệ chất bôi trơn hiện đại, đặc biệt là đối với dầu động cơ.
1.3.4. Pha trộn dầu bôi trơn
Vấn đề pha chế dầu bôi trơn động cơ là một công việc phức tạp, tốn kém, đòi
hỏi nhiều ngành kỹ thuật tham gia, nó cũng là sức cạnh tranh của các công ty dầu
bôi trơn. Thành phần, tỷ lệ các chất phụ gia trong dầu gốc là yếu tố quan trọng ra
dầu thành phẩm chất lượng cao, không những làm giảm những mặt hạn chế của dầu
gốc, nâng cao phẩm cấp đối với các chất đã có sẵn của dầu và tạo cho dầu bôi trơn
những tính chất mới cần thiết. Trong thực tế, một vài loại dầu động cơ có thể chứa
hơn 20% phụ gia các loại. Bảng 1.3 liệt kê các thành phần chủ yếu có trong dầu bôi
trơn thương phẩm.

43. 28
Bảng 1.3. Thành phần dầu bôi trơn thương phẩm [83, 84]
Thành phần dầu bôi trơn thương phẩm Trọng lượng (%)
Dầu gốc 71,5 – 96,2
Chất tẩy rửa 2 – 10
Chất phân tán không tro 1 – 9
Kẽm di-ankyl di-thiophotphat 0,5 – 3
Phụ gia chống oxy hóa và chống mài mòn 0,1 – 2
Chất biến tính ma sát 0,1 – 3
Chất hạ điểm đông đặc 0,1 – 1,5
Chất ức chế tạo bọt 2 – 15 ppm
1.3.5. Dầu bôi trơn tản nhiệt chứa ống nano-cacbon
Dầu bôi trơn có chứa thành phần vật liệu nano trong đó có vật liệu nano
cacbon (CNTs) đã được một số nước như Mỹ, Châu Âu, Hàn Quốc đưa vào sử dụng
trong các trang thiết bị quân sự.
Trong dầu bôi trơn nano, các phân tử nano cacbon phân tán đều trong dầu
với kích thước nhỏ khi tiếp xúc với bề mặt kim loại nó sẽ xâm nhập vào bề mặt của
kim loại tạo thành một lớp màng bảo vệ cho các chi tiết trong động cơ đốt trong.
Khi nhiệt độ và áp suất trong động cơ tăng thì các phân tử nano cacbon liên kết với
nhau tạo thành một lớp màng bảo vệ bền chắc. Màng bảo vệ này càng bền vững khi
nhiệt độ càng tăng, điều này giúp cho việc bôi trơn chống ma sát càng trở nên hữu
hiệu, các chi tiết của động cơ đốt trong không bị mài mòn, giảm ma sát tối đa và
làm cho động cơ đốt trong giảm được nhiệt độ tối ưu khoảng 9 – 11ºC [85, 86].
Ngoài ra, các hạt nano cacbon còn gia cố mạch cacbon của dầu bôi trơn giúp
cho các mạch cacbon bền vững hơn và không bị phá hủy dưới tác dụng của nhiệt độ
và các tác nhân lý hóa. Đây cũng chính là nguyên tắc giúp tăng tuổi thọ của dầu bôi
trơn (dầu bôi trơn có chứa nano cacbon có thể sử dụng tối đa tới 150.000 km).
Hệ số ma sát của dầu bôi trơn có chứa nano cacbon là 0,025 trong khi đó hệ
số ma sát của các loại dầu bôi trơn thương phẩm là 0,063. Dầu bôi trơn có tác dụng
tiết kiệm nhiên liệu từ 15 – 30% (50 – 70% năng lượng tiêu hao vào ma sát), chống
mài mòn và tăng tuổi thọ của động cơ từ 3 – 5 lần so với các loại dầu bôi trơn
thương phẩm. Giảm nhiệt độ của dầu bôi trơn và động cơ khi đang hoạt động với

44. 29
cường độ cao, thời gian kéo dài. Do đó, dầu bôi trơn sử dụng nano cacbon có nhiều
ưu điểm vượt xa so với các loại dầu bôi trơn hiện tại có mặt trên thế giới và thị
trường Việt Nam, vượt xa tiêu chuẩn của các cơ quan chứng nhận chất lượng như
API, SAE, JASO.
Hình 1.12. Một số loại dầu bôi trơn trên thế giới
Dầu bôi trơn sử dụng vật liệu nano cacbon chịu được áp lực cao, làm kín
buồng đốt trong động cơ, do đó giảm thiểu tối đa sự rò rỉ nhiên liệu và các tạp chất
sinh ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu, giúp cho động cơ luôn sạch, tiết kiệm
nhiên liệu và chống được sự hình thành cặn bẩn ở đáy caste động cơ. Giảm tiếng
ồn, giảm khí thải lên đến 70% và thân thiện với môi trường xung quanh. Động cơ
đốt trong có thể vận hành an toàn trong trường hợp bị sự số rò rỉ dầu bôi trơn vượt
quá giới hạn cho phép, nhờ màng bảo vệ nano cacbon bám trên bề mặt chi tiết của
động cơ đốt trong.
1.4. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực của luận án
1.4.1. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
Trên thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu liên quan đến dầu bôi trơn tản nhiệt
chứa thành phần ống nano-cacbon. Tuy nhiên các nghiên cứu này chỉ khảo sát một
số ít tính chất của dầu sau khi phân tán CNTs hoặc một số nghiên cứu có đi sâu vào
khảo sát các tính chất của dầu bôi trơn có chứa thành phần nano nhưng không thử
nghiệm các sản phẩm này trên động cơ thực tế.
Năm 2012, nhóm tác giả Gholamreza Vakili-Nezhaa và cộng sự của Viện
khoa học nano và Công nghệ nano, Đại học Kashan, Iran đã công bố kết quả nghiên

45. 30
cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ và nồng độ SWCNTs đến độ nhớt của dầu bôi trơn
trên tạp chí Energy Procedia. Trong nghiên cứu này nồng độ SWCNTs thay đổi từ
0,01-0,2% khối lượng và nhiệt độ dao động từ 25ºC - 100ºC. Ống nano cacbon đơn
tường được sử dụng để nghiên cứu có đường kính ~ 2 nm và chiều dài từ 10 – 15
µm. Kết quả công bố cho thấy độ nhớt động học của chất lỏng nano tăng lên khi
giảm nhiệt độ và tăng nồng độ SWCNTs. Đối với chất lỏng nano có chứa 0,2%
trọng lượng SWCNTs độ nhớt tăng tối đa 32,94% [87].
Năm 2013, nhóm tác giả Hojjat Ahmadi và các cộng sự của Trường đại học
Tehran, Mesbah cross, Karaj, Iran đã công bố kết quả nghiên cứu về sự ảnh hưởng
của các ống nano - cacbon đa tường (MWCNTs) với nồng độ khác nhau đối với một
số tính chất của dầu động cơ được đăng trên tạp chí International Communications in
Heat and Mass Transfer. Độ nhớt, điểm nóng chảy, điểm chớp cháy và tính dẫn nhiệt
là bốn tham số dùng để đánh giá chất lượng dầu sau khi phân tán CNTs. Trong số các
phương pháp đã được sử dụng để phân tán các ống nano vào trong dầu gốc, nhóm
nghiên cứu này đã thấy rằng phương pháp phân tán MWCNTs bằng cách sử dụng
máy nghiền bi là phương pháp tốt nhất để ổn định MWCNTs trong dầu gốc. Theo các
kết quả công bố, độ dẫn nhiệt và điểm chớp cháy của dầu bôi trơn với 0,1% trọng
lượng nano đã được cải thiện lần lượt là 13,2% và 6,7% so với dầu gốc [88].
Năm 2014, nhóm tác giả Nor Azwadi Che Sidik và cộng sự của trường Đại
học Công nghệ, Malaysia đã công bố các nghiên cứu liên quan đến tính dẫn nhiệt,
truyền nhiệt, ứng dụng của chất lỏng nano cacbon trên tạp chí International
Communications in Heat and Mass Transfer. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng khi
khi thêm các hạt nano vào sẽ làm tăng cường khả năng truyền nhiệt và hệ số truyền
nhiệt sẽ tăng lên cùng với sự gia tăng của nồng độ nano [89].
Năm 2015, nhóm tác giả K. P. Lijesh và các cộng sự của Học viện Công
nghệ Ấn Độ ở Delhi đã công bố kết quả nghiên cứu thử nghiệm đánh giá hiệu quả
của dầu bôi trơn nano sử dụng các ống nano - cacbon đa tường (MWCNTs) trên
International Journal of Applied Engineering Research. Kết quả công bố cho thấy
rằng dầu bôi trơn nano có chứa MWCNTs phân tán cùng với chất hoạt động bề mặt
có sự mài mòn và ma sát thấp, đột nhớt cao hơn so với các mẫu chỉ chứa thành phần
dầu bôi trơn, mẫu chứa dầu bôi trơn và chất hoạt động bề mặt và mẫu chứa dầu bôi