Exploring compression pressure–dependent properties of a novel nanocomposite consisting of triglycine sulfate, MWCNT and nanocellulose

Bài báo thuộc danh mục ISI (Q3) do nhóm tác giả TS. Lưu Thị Nhạn - Phó trưởng khoa Khoa học cơ bản- Đại học Công nghiệp Hà Nội và TS. Mai Bích Dung- Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, được công bố trên tạp chí MRS Advances, tập 10, trang 2297–2302, do Springer Nature Link xuất bản tháng 12/2025.

Trong bài báo nhóm tác giả tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất nén trong khoảng 5–200 MPa đến tính chất cấu trúc và điện của hệ nanocomposite mới gồm triglycine sulfate (TGS – 79 wt%) pha tạp với ống nano carbon đa vách (MWCNT – 1 wt%) và nanocellulose (NCL – 20 wt%). Các biến đổi cấu trúc của vật liệu được khảo sát thông qua phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), kết hợp với phân tích tính chất điện môi và độ dẫn điện theo điều kiện nén khác nhau.

Kết quả nghiên cứu cho thấy áp suất nén đóng vai trò quyết định đối với sự hình thành mạng dẫn điện và tính ổn định vi cấu trúc của composite:

+ Tăng cường đặc tính điện: Việc tăng áp suất nén giúp cải thiện mạng lưới kết nối của MWCNT, làm tăng đáng kể độ dẫn điện và hằng số điện môi (tuân theo cơ chế phân cực Maxwell-Wagner). Đồng thời, hiện tượng này cũng làm gia tăng tổn hao năng lượng và mở rộng diện tích vòng từ trễ.

+ Khoảng áp suất tối ưu: Các đặc tính điện và cấu trúc của vật liệu đạt độ ổn định cao nhất khi được nén ở mức áp suất từ 50 đến 150 MPa.

+ Sự mất ổn định ở áp suất cực đoan: Khi áp lực nén vượt quá 150 MPa, tính chất của composite nhanh chóng bị suy giảm theo thời gian. Nguyên nhân cơ học là do nanocellulose có xu hướng phục hồi lại kích thước sau khi bị nén quá mạnh, làm xáo trộn sự phân bố mật độ cấu trúc của vật liệu.

+ Vai trò gia cố của liên kết hydro: Cấu trúc vật liệu duy trì sự ổn định tuyệt vời ở nhiệt độ thấp (-20°C) nhờ sự củng cố vững chắc của các liên kết hydro hình thành giữa gốc -OH của nanocellulose và nhóm COO- của TGS. Khi nhiệt độ tăng lên, liên kết này yếu đi khiến mạng lưới dễ bị phân mảnh và các đặc tính điện bị suy giảm. "

Nghiên cứu cho thấy việc tối ưu áp suất nén là yếu tố quan trọng nhằm kiểm soát cấu trúc vi mô, cơ chế dẫn điện và độ ổn định nhiệt của vật liệu nanocomposite TGS/MWCNT/NCL. Kết quả mở ra tiềm năng ứng dụng của hệ vật liệu này trong các linh kiện điện môi, cảm biến và thiết bị điện tử mềm hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thấp.

Abstract: A novel nanocomposite consisting of triglycine sulfate (79 wt%) filled with multiwalled carbon nanotubes (1 wt%) and nanocellulose (20 wt%) was prepared for exploring anomalous properties under different compression pressures from 5 to 200 MPa. Fourier-transform infrared spectroscopy was used to characterize and evaluate the structural changes of the samples. It was estimated that the increase in pressure results in the rise of permittivity and conductivity because of the improved connectivity of conductive pathways created by multiwalled carbon nanotubes. The optimal pressure was found in approximately 50 – 150 MPa. Deviation from this range might lead to instability in the material properties, including the decrease over time in permittivity, the change of polarization switching and conductivity. Additionally, the samples became more stable at low temperatures due to the enhanced role of hydrogen bonds.

Keyword: nanocomposite; MWCNT; triglycine sulfate; dielectric properties; compression pressure.

Toàn văn bài báo xem tại: https://doi.org/10.1557/s43580-025-01346-0

Một vài hình vẽ của bài báo