Phòng Vật liệu Kỹ thuật Điện

PHÒNG VẬT LIỆU KỸ THUẬT ĐIỆN

Chức năng: Nghiên cứu khoa học, phát triển công nghệ, triển khai ứng dụng, đào tạo nhân lực trình độ cao, hợp tác trong và ngoài nước trong lĩnh vực Vật liệu, Linh kiện và Thiết bị điện và các lĩnh vực có liên quan trong điều kiện môi trường, khí hậu nhiệt đới Việt Nam. Nhiệm vụ: - Nghiên cứu, điều tra cơ bản các yếu tố của môi trường, khí hậu nhiệt đới Việt Nam, cơ chế tác động của chúng đến độ tin cậy và tuổi thọ của vật liệu, linh kiện, chi tiết, thiết bị, công trình và hệ thống điện - điện tử. - Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng gốm điện trở phi tuyến làm thiết bị bảo vệ quá áp cho lưới điện, thiết bị, hệ thống điện - điện tử và viễn thông - Nghiên cứu phát triển vật liệu và công nghệ in 3D; Nghiên cứu, ứng dụng các vật liệu mới, trong đó có vật liệu cấu trúc nano cho lĩnh vực điện, điện tử in, tích trữ và chuyển hóa năng lượng. - Đào tạo nhân lực khoa học, công nghệ, phát triển hợp tác trong nước và quốc tế, thực hiện dịch vụ khoa học công nghệ trong lĩnh vực khoa học vật liệu và kỹ thuật điện - điện tử thuộc các nội dung nhiệm vụ nêu trên. - Thực hiện các nhiệm vụ khác do Viện trưởng giao. Hướng nghiên cứu chính: - Nghiên cứu chế tạo và ứng dụng gốm điện trở phi tuyến làm thiết bị bảo vệ quá áp cho lưới điện, thiết bị, hệ thống điện - điện tử và viễn thông. - Nghiên cứu phát triển vật liệu và công nghệ in 3D; Nghiên cứu, ứng dụng các vật liệu mới, trong đó có vật liệu cấu trúc nano cho lĩnh vực điện, điện tử in, tích trữ và chuyển hóa năng lượng. - Nghiên cứu phát triển các sản phẩm sơn/ mực dẫn điện/ dẫn nhiệt.

Trưởng phòng: PGS. TS. Lê Trọng Lư

Thông tin liên hệ của Trưởng phòng: - Chức danh khoa học, tên đầy đủ: PGS. TS. NCVCC. Lê Trọng Lư - Địa chỉ phòng làm việc: Phòng: 202, Nhà: A13 - Số điện thoại di động: 0912290705 - Email: lult@ims.(*) - (Chú ý thay (*) = vast.ac.vn)

DANH SÁCH TẤT CẢ THÀNH VIÊN

CÁC THÀNH TỰU CHÍNH

1. Nghiên cứu phát triển vật liệu và công nghệ in 3D

1.1. Nghiên cứu chế tạo thiết bị in 3D

Công nghệ in 3D là nền tảng có khả năng tạo mẫu nhanh với chi phí hiệu quả, chế tạo được các thiết kế phức tạp, thân thiện với môi trường. Thiết bị in 3D được nhóm nghiên cứu chế tạo với hai đầu in sử dụng vật liệu in dạng sợi (kỹ thuật FDM) và dạng lỏng (kỹ thuật DIW) cho khả năng linh hoạt trong sử dụng nhiều loại vật liệu in trên cùng một thiết bị. Máy in 3D được xây dựng với hệ thống điều khiển từ các mô-đun, linh kiện rời rạc, tùy chỉnh phần mềm điều khiển máy in trên cơ sở mã nguồn mở.

1.2. Nghiên cứu chế tạo vật liệu điện cực cho siêu tụ điện bằng phương pháp in 3D

Vật liệu điện cực trên cơ sở vật liệu nano composit MCS/rGO (manganese cobalt sulfide/reduced graphene oxide) đã được nghiên cứu tổng hợp theo quy trình như trên Hình 1a. Trong đó, GO được tổng hợp theo phương pháp Hummer cải tiến sau đó được khử thành rGO bằng axit ascorbic. Hạt nano MCS được tổng hợp bằng phương pháp phân hủy nhiệt trong dung môi hữu cơ. Dung dịch mực in MCS/rGO được chế tạo bằng cách trộn vật liệu hoạt động và polyvinylpyrrolidone (PVP) trong dung môi dimethylformamide (DMF) để tạo thành dung dịch có thể in. Mực in được phủ lên chất nền giấy graphit bằng phương pháp in 3D và được sấy ở 100 ^oC để hình thành điện cực. Kết quả khảo sát cho thấy, điện cực MCS/rGO cho điện dung riêng cao 3812,5 F/g ở mật độ dòng điện 2 A/g và 1780,8 F/g ở mật độ dòng điện cao là 50 A/g trong dung môi KOH 6M. Khảo sát độ ổn định chu kỳ của các điện cực cho thấy khả năng duy trì điện dung trên 92% sau 22.000 chu kỳ ở 50 A/g. Các kết quả nghiên cứu được công bố trên RSC Advances 12 (2022) 20182-20190.

Với phương pháp chế tạo ra siêu tụ điện lai trên cơ sở điện cực xốp Zn và Mn-Co-S/polyme dẫn, bao gồm các công đoạn a) tạo điện cực dương Mn-Co-S (MCS); b) tạo điện cực âm mạ Zn và c) tạo dung dịch điện ly và màng ngăn hai điện cực thu được ở công đoạn a) và công đoạn b) ở trên để thu được thiết bị siêu tụ điện lai, nhóm nghiên cứu đã được cấp bằng độc quyền sáng chế số 42193 ngày 28/11/2024 (Hình 1b)

Hình 1. (a) Quy trình tổng hợp điện cực MCS/rGO, (b) Bằng độc quyền sáng chế số 42193

1.3. Nghiên cứu chế tạo điện cực cho máy phát điện ma sát

Máy phát điện ma sát nano (TENG) sử dụng màng polime compozit dựa trên polyhexamethylene guanidine hydrochloride (PHMG) đã được nghiên cứu đã chế tạo thành công với quy trình chế tạo điên cực cho TENG được minh họa trên Hình 2. Các vật liệu compozit, với tỷ lệ thành phần được tối ưu hóa, bao gồm PHMG, polyvinyl alcohol (PVA) và glutaraldehyde (GA) làm tác nhân liên kết ngang (PHMG-GA-PVA). Sử dụng công nghệ in 3D, các vật liệu compozit này được lắng đọng trực tiếp trên các chất nền dẫn điện và được sử dụng làm điện cực TENG dương. Kết quả thu được cho thấy TENG trên cơ sở PHMG-GA-PVA thể hiện hiệu suất đầu ra cao, đạt được giá trị điện áp mạch hở đỉnh-đỉnh (V_pp) và dòng điện ngắn mạch (I_SC) lần lượt là 664,5 V và 116,8 µA, ở tần số hoạt động thấp là 1 Hz với lực tác động là 10 N. Thiết bị duy trì khoảng 98 % giá trị điện áp đầu ra ban đầu sau 360.000 chu kỳ hoạt động. Bên cạnh đó, khả năng kháng khuẩn của màng điện cực TENG cũng được nghiên cứu với hai chủng là B. subtilis (gram +) and E. coli (gram −). Màng điện cực PHMG-GA-PVA cho thấy khả năng kháng khuẩn tốt ngay cả với mật độ vi khuẩn cao (10⁸ CFU/mL). Với các kết quả thu được, thiết bị TENG cho thấy tiềm năng ứng dụng trong các thiết bị tự cấp nguồn, cảm biến và đặc biệt là trong khẩu trang kháng khuẩn và giày thông minh tự khử mùi. Các kết quả nghiên cứu được công bố trên RSC Advances, 15 (2) (2025), 844-850

Hình 2. Quy trình chế tạo điện cực TENG PHMG-GA-PVA

2. Nghiên cứu vật liệu nano lai từ - quang

Vật liệu lai từ - quang Fe₃O₄-Au kích thước nano có cấu trúc rỗng cho ứng dụng tăng cường hiệu ứng đốt nóng từ/quang và ảnh cộng hưởng từ T1-T2 đã được nghiên cứu thành công. Hệ vật liệu Fe₃O₄-Au thể hiện đồng thời cả khả năng cải thiện tương phản dương trong khi vẫn duy trì được khả năng tương phản âm. Khám phá khả năng tương phản kép (rút ngắn cả T1 và T2) của hệ vật liệu lai Fe₃O₄-Au mở ra tiềm năng ứng dụng thực tế trong chẩn đoán chụp ảnh MRI, và có thể cả chụp ảnh CT. Quy trình này bao gồm các bước: a) tạo ra hạt nano lai Fe₃O₄-Ag, và b) tạo hạt nano lai Fe₃O₄-Au rỗng từ các hạt nano lai Fe₃O₄-Ag nêu trên. Công trình đã được cấp Bằng độc quyền sáng chế số 37620 ngày 19/10/2023. Các kết quả nghiên cứu được công bố trên New Journal of Chemistry, 47 (8) (2023), 4052-4067.

3. Nghiên cứu vật liệu nâng cao tiếp đất cho hệ thống điện

Vật liệu nâng cao tiếp đất cho hệ thống điện sử dụng kết hợp phụ gia graphen và các thành phần chống ăn mòn kim loại đã được chế tạo thành công. Vật liệu với tên thường gọi là bột GEM có dạng bột, sử dụng như một loại xi măng dẫn điện với thành phần bao gồm xi măng Portland, các loại cacbon trong đó graphen, copolyme của vinyl axetat-etylen và hỗn hợp phụ gia chống ăn mòn vô cơ gốc nitrat và molybdat. Vật liệu có độ dẫn cao, độ bền cơ học, không nứt vỡ, độ bám dính với điện cực kim loại tốt và chống ăn mòn theo tiêu chuẩn IEC 62661-7-2018. Công trình đã được cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 3661 ngày 07/8/2024.

CÁC CÔNG BỐ TIÊU BIỂU

1. Doan T. Tung, Le T. T. Tam, Nguyen T. T. Duong, Hoang T. Dung, Ngo T. Dung, Nguyen A. Duc, Phan N. Hong, Nguyen T. Dung, Phan N. Minh and Le T. Lu , A novel polymer composite from polyhexamethylene guanidine hydrochloride for high performance triboelectric nanogenerators (TENGs), RSC Advances, 15 (2) (2025), 844-850.

2. Le T. T. Tam, Nguyen T. N. Linh, Le T. Tam, Duong V. Thiet, Pham H. Nam, Nguyen T. H. Hoa, Le A. Tuan, Ngo T. Dung and Le T. Lu, Biocompatible PMAO-coated Gd2O3/Fe3O4 composite nanoparticles as an effective T1–T2 dual-mode contrast agent for magnetic resonance imaging, Materials Advances, 6 (4) (2025), 1319-1329.

3. Nguyen TN Linh, Ngo T Dung, Le TT Tam, Le T Tam, Nguyen P Hung, Nguyen D Vinh, Ngo T Ha, Pham H Nam, Le V Thanh, Nguyen V Dong, Le G Nam, Nguyen V Dang, Nguyen X Phuc, Le D Tung, Nguyen TK Thanh, Le T Lu, Synthesis and properties of hollow Fe3O4@ Au hybrid nano-structures for T 1–T 2 MR imaging and a combination of magnetic and photo-induced heating, New Journal of Chemistry, 47 (8) (2023), 4052-4067.

4. Duong V. Thiet, Doan T. Tung, Le T.T. Tam, Ngo T. Dung, Le T. Tam, Pham T. Nam, Nguyen T.T. Trang, Dimitra Vernardou, Top K. Le, Nguyen V. Tam, Tran D. Lam, Le T. Lu, Reverse voltage pulse deposition of a porous polyaniline/Mn–Co sulfide composite cathode material for modified Zn-ion hybrid supercapacitors, New Journal of Chemistry, 47 (31) (2023), 14885-14893.

5. Le T. T. Tam. Doan T. Tung, Ha M. Nguyet, Nguyen T. N Linh, Ngo T. Dung, Nguyen V. Quynh, Nguyen V. Dang, Dimitra Vernardou, Le K. Top, Le A. Tuan, Phan N. Minh and Le T. Lu, High electrochemical performance of ink solution based on manganese cobalt sulfide/reduced graphene oxide nano-composites for supercapacitor electrode materials, RSC Advances, 12 (2022), 20182-20190.

6. Doan T. Tung, Le T. T. Tam, Hoang T. Dung, Ngo T. Dung, Phan N. Hong, Ha M. Nguyet, Nguyen V. Quynh, Nguyen V. Chuc, Vu Q. Trung, Le T. Lu and Phan N. Minh, Fabrication of rGO-CuCo2S4 nanocomposite material for supercapacitor electrode, Electrochimica Acta, 392 (2021), 138992.

7. Ngo T. Dung, Le T. T. Tam, Dinh L. Chi, Nguyen T. H. Hoa, Nguyen P. Hung, Ngo T. Ha, Pham H. Nam. Nguyen X. Phuc, Le T. Tam and Le T. Lu, Optical properties and stability of aqueous dispersible and small hollow Au nanoparticles, RSC Advances, 11 (2021), 13458-13465.

8. Bằng độc quyền sáng chế số 37620: Quy trình chế tạo hệ vật liệu lai từ quang Fe3O4-Au có cấu trúc rỗng, Cục Sở hữu trí tuệ, ngày cấp: 19/10/2023.

9. Bằng độc quyền giải pháp hữu ích số 3661: Vật liệu nâng cao tính tiếp đất cho hệ thống điện sử dụng kết hợp phụ gia graphen và các thành phần chống ăn mòn kim loại, Cục Sở hữu trí tuệ, ngày cấp: 8/7/2024.

10. Bằng độc quyền sáng chế số 42193: Phương pháp chế tạo siêu tụ điện lai trên cơ sở điện cực xốp Zn và Mn-Co-S/polyme dẫn, Cục Sở hữu trí tuệ, ngày cấp 28/11/2024.  

TRANG THIẾT BỊ CHÍNH