Kapat

Karbon Nanotüpler (CNT) güçlü ağlar oluşturacak

Yaş bir kimyasal sızma işlemi, karbon nanotüplerinin (CNT) özelliklerini kaybetmeden diğer malzemelerle birleştirilmesini ve pil gücünü artırabilecek bir ağ oluşturmasını sağlıyor.

Artık karbon nanotüpleri (CNT) değerli özelliklerini kaybetmeden diğer malzemelerle birleştirilebilecek. Uluslararası bir araştırma ekibi tarafından geliştirilen yöntem ile CNT’ler farklı malzemelerle yaş bir kimyasal sızma işlemi kullanarak 3-boyutlu bir ağ oluşturdular.

CNT’ler hafif, yüksek iletken ve kararlı olmakla birlikte, endüstriyel uygulamalar için diğer malzemelerle birleştirildiğinde faydalı özelliklerinin bir kısmını kaybedebilir veya başarıyla birleştirilemez. Bu son araştırma ile, bilim insanları CNT’leri su ile karıştırıp, onları çinko oksitten yapılmış gözenekli bir seramik üzerine damlatarak CNT-Çinko Oksit kompozit yapısını oluşturdular.

CNTT / t-ZnO bileşik yapısına genel bakış
CNTT / t-ZnO bileşik yapısına genel bakış a CNT sızdırmadan önce ve sonra ön sinterlenmiş tetrapodal şekilli ZnO mikropartiküllerinden (V = 1.7 cm3) oluşan oldukça gözenekli (% 93) seramik ağını gösteren imalat sürecinin Şematik gösterimi. Ağa CNT’leri ekleyerek, kendiliğinden dolaşan CNT ağları, geleneksel bambu bağlamalarına benzer şekilde yüksek bir mekanik takviye etkisine yol açarak şekillenir; b, c Kendiliğinden sarılmış karbon nanotüplerin homojen bir tabakasıyla kaplı seramik ağının SEM görüntüleri; d ZnO tetrapod merkezi eklem çevresinde bulunan CNT ağının ayrıntısı; e Tetrapod kavşağındaki CNT şebekesinin ayrıntıları; f, g Yüksek büyütme SEM görüntüleri, CNT’lerin seramik şablon üzerinde kendiliğinden dolaşan katmanlar oluşturduğunu gösterir; h, i Kırılmış bir tetrapod kolunda kendiliğinden dolaşan CNT katmanı, kaplanmış CNT katmanının kalınlığını ortaya çıkarmaktadır. (Ölçek çubukları: tek: 1 μm, çift: 10 μm)

Bu malzeme; iletken plastikler için, pil ve metal içermeyen filtre teknolojisi, nanoelektronik, sensörler ve tıbbi implantlar için dolgu olarak kullanılabilir. Açık gözenek yapısı, hücrelerin ağ içinde büyümesine olanak tanıdığından karbon nanotüpleri hücre büyümesi için bir iskele malzemesi olarak da kullanılabilir.

Keçeleştirme Süreci

Islak kimyasal infiltrasyon yaklaşımı; iyi kontrol edilebilen reaksiyon koşulları, arzulanan ölçeklenebilirlik ve ayarlanabilir bileşim sunuyor. Bununla birlikte, aynı zamanda normal ıslak kimya yöntemleri altında mümkün olmayan bir şablonun kullanılmasına izin veriyor. Ekip bu metodu kullanarak açık gözenek yapısına (çapları birkaç mikrometreye kadar olan) sahip 3B karbon nanotüp ağları üretebildi. Bu da daha reaktif bölgeler için potansiyel olan geniş ve ulaşılabilir bir yüzey alanı gerektiren uygulamalar için yararlı oldu.

Araştırmanın başında bulunan Fabian Schütt ve ekip üyeleri, geliştirdikleri bu yeni ıslak kimyasal sızma yöntemin süreçlerinden bahsettiler.

“Islak kimyasal sızma süreci, gözeneklilik oranı % 93’ün üzerinde olan tetrapodal çinko oksit parçacıklarından yapılmış oldukça gözenekli seramik ağlara dayanıyor. Bu şablonların çapı birkaç mikrometreye kadar çıkabilen açık gözeneklere sahiptir. Seramik şablonun yüksek gözenekliliğini, süperhidrofilik yüzey özellikleri ile birleştirmek; karbon nanotüp mürekkebi ile temas ettiğinde büyük kılcal kuvvetlere neden olur. Bu da sıvının kolayca sızdırılmasına ve hızla emilmesine izin verir. Kurutma esnasında, CNT’ler şablon üzerinde kendi kendini düzenleyen bir tarzda biriktirilmektedir.”

Schütt, karbon nanotüp dispersiyonundaki stabilize edici ajanlar ve ince su filmi yüzünden halihazırda CNT’lerle kaplanmış yüzeylerin diğerlerini tutturmasının olası olmadığını belirtti. Böylece, seramik şablonun etrafında ince, kendinden dolaşan bir karbon nanotüp kaplaması oluşuyor.

3D CNTT yapılarına genel bir bakış ve bunların elektriksel ve mekanik özellikleri
CNTT / t-ZnO kompozitlerinden elde edilen 3D CNTT yapılarına (0,12 g cm-3) genel bir bakış ve bunların elektriksel ve mekanik özellikleri. a CNTT / t-ZnO yapısını, HCI (1 M su içinde) ile aşındırma öncesi ve sonrası gösteren, imalat sürecinin şematik gösterimi; b-e Elde edilen 3B CNTT düzeneğinin farklı büyütmelerdeki SEM görüntüleri, kendiliğinden dolanmış karbon nanotüplerinden (ölçek çubuğu: 5 um) oluşan içi boş bağlantılı bir boru şekli göstermektedir; f 0.24 MPa’ya kadar yüksek yapısal mukavemeti gösteren üç boyutlu CNTT meclisleri için basma gerilme-gerinim eğrileri (noktalar deneysel ölçümleri, sürekli çizgi FEM simülasyonunu temsil eder); g Sıkıştırma testi esnasında iletkenlik (~ 130 S m−1); h FEM görüntüsü, CNTT kollarının genel sıkıştırma yükü altındaki gerilme davranışını göstermekte olup, yapı sıkıştırılmış haldeyken CNTlerin gerilme özelliklerinde kullanıldığını göstermektedir

CNT’lerin keçelenmesinde bir şablonun ve bunu çevreleyen kendi kendine dolaşmış bir ağın kullanılması, yüksek elektriksel iletkenlik yapılarının oluşmasına da olanak tanır. CNT’ler birbirine bağlı tetrapodal şekilleri nedeniyle, zaten bir 3-Boyutlu sızdırma ağı oluşturmaktadır. Bu nedenle, önceden var olan ağ üzerinden bir tane oluşturmak için yalnızca birkaç CNT’ye ihtiyaç vardır. Şablonu kullanmadan aynı iletkenliği elde etmek için, aynı sayıda iletken yol oluşturacak şekilde tüm CNT’leri hizalamak veya daha yüksek bir miktarda kullanmak gerekir. Ek olarak, yapıda yalnızca birkaç birbirine bağlı olmayan tetrapodal kol bulunur. Bunlar gözardı edildiğinde şablonun neredeyse tamamı iletkenliğe katkıda bulunur.

Yapı ayrıca, kendiliğinden dolaşan tek tek CNT’lerden dolayı yüksek mekanik mukavemete sahiptir. Seramik kompozit şablona uygulanan basınç dayanımı gerilme stresine dönüştürülür. Schütt, “Örme CNT ağları, sadece keçeleme ve van-der Waals kuvvetleri tarafından bir araya getirilen, rastgele düzenlenmiş nanotüplerden oluşan iki boyutlu buckypapers – tabakalarıyla karşılaştırılabilir. Esas olarak, yaptığımız budur, ancak 3B modayla düzenlenmiş buckypapers ağları üretmek için yeni bir yöntem bulduk. Buckypapers’ın gerginliğinin güçlü olduğu biliniyor. Bunun nedeni ise nanotüplerin birbirleriyle iç içe geçmiş olmasıdır.”

3 Boyutlu Ağ Nasıl Oluşturuldu?

Ekip seramik şablonu, seyreltilmiş sulu hidroklorik asit çözeltisi kullanarak kimyasal bir aşındırma işlemi vasıtasıyla çözdü. Her biri bir karbon nanotüp tabakasından oluşan 3-Boyutlu bir tüp ağ oluşturdu. Üretilen ağın boyutu, 6mm’lik bir yüksekliğe ve çapa sahip silindirdi. Ancak boyut birkaç santimetreye kadar hacimce kübik yapıya ayarlanabilir. Schütt, “Sızma süreci, gözenekli seramik şablonun güçlü kılcal kuvvetlerine dayanıyor; penetrasyon derinliklerinde birkaç milimetreden (yaklaşık birkaç santimetreye kadar) homojen olarak ince ve kendi kendine dolaşan bir karbon nanotüp kaplaması elde edilebiliyor. Şablonun boyutu ve geometrisi ayarlanabilir. Bu nedenle, özellikle bu proses için tasarlanmış yüksek kaliteli bir dispersiyon kullanarak, bir ölçeklendirme kolaylıkla gerçekleştirilebilir.” dedi.

Bu ağların içindeki büyük oyuk boşluk nedeniyle, karbon nanotüp tüpleri bir polimerle doldurulabilir, böylece diğer malzemelerle birleştirilebilir. Ancak moleküler yapıları değişmez veya özellik kaybedilmez. Ayrıca sızma süreci, potansiyel olarak grafen veya polimerler gibi diğer yaş kimyasallar olarak dağılmış nano ölçekli yapılarla çalışan karbon nanotüpleri üretmekle sınırlı değildir.

Sizin için önerdiklerimiz:

Tolga Gümüş

Yıldız Teknik Üniversitesi, Metalürji ve Malzeme Mühendisliği bölümünde öğrenim gören, bilimin ve teknolojinin ışığında kendisini geliştirmeye çalışan genç bir mühendis adayıyım. İlgi duyduğum farklı kategorilerdeki haber ve yazılarımı sizlerle paylaşacağım.

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir