Assembly of a plasma enhanced chemical vapor deposition system for the production of periodically aligned vertically standing multi-walled carbon nanotubes
Periyodik olarak hizalanmış dikey duran çok duvarlı karbon nanotüplerin üretimi için plazma destekli kimyasal buhar biriktirme sisteminin oluşturulması
- Tez No: 1007782
- Danışmanlar: PROF. DR. MİCHAEL GİERSİG
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Freıe Unıversıtat Berlın
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, karbon nanotüplerin büyümesi amacıyla plazma destekli kimyasal buhar biriktirme sisteminin temel unsurlarını ve işleyişini ele almaktadır. Sistemin ilk kez kurulmasının ardından düzeneğe ilişkin kapsamlı bir optimizasyon yapılması gerekmektedir. Numune tutucusu ve çevresinin tüm metal bileşenlerden izole edilmesi gerekmekte olup, bu nedenle iç metal parçaların bazıları seramik parçalarla değiştirilmiştir. Sistemdeki birkaç sızıntı, bir sızıntı test cihazının yardımıyla tespit edilmiş ve kapatılmıştır. Nanosfer litografisi için gölge maskelerin hazırlanması, katalizör malzemesinin biriktirilmesi ve gölge maskenin kaldırılması süreçleri uygulanmış ve rutinleştirilmiştir. Elde edilen numuneler, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve atomik kuvvet mikroskobu (AFM) yöntemleriyle karakterize edilmiştir. Büyüme dışı çevresel koşulların kullanılan nikel katalizörler üzerindeki etkisi kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. CNT büyümesinin, CNT demetlerinin boyutu ve şekli ile nikel adacıklarının boyutu ve şekli arasındaki korelasyonla sınırlı olduğu gösterilmiştir. Farklı büyüme parametreleri, CNT büyüme süreci üzerindeki etkileri açısından test edilmiştir. Numunenin disk katot üzerindeki konumunun yanı sıra katot-anot mesafesi üzerinde yapılan araştırmalar, substrat üzerindeki elektrik alanının büyük olması gerektiğini göstermektedir; dolayısıyla kısa bir elektrot mesafesi ve numunenin doğrudan anotun altında konumlandırılması en iyi sonuçları ortaya koymaktadır. Kullanılan öncül gaz oranının, nanotüp demetlerinin morfolojisi açısından %20 ila %40 H₂C₂ içeriği arasında minimal bir etkiye sahip olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte, CNT demetlerinin kimyasal bileşiminin bu parametreye bağlı olabileceği gözlemlenmiştir. H₂C₂ içeriği %50 veya daha yüksek olduğunda, amorf karbon sistemi tamamen kaplamaktadır. Kullanılan plazma akımı ve odacık basıncı, karbonun yüzeyden aşındırılmasının ve nikel katalizörlerdeki karbonizasyonun ağırlığını belirlemektedir. Uygulanacak plazma akımı için belli bir denge sağlanmalıdır. Büyüme sıcaklığının büyüme sürecini önemli ölçüde etkilediği gösterilmiştir. Yüksek sıcaklıklar, büyüyen demetlerdeki MWCNT'lerin boyutunu artırırken sayılarını azaltmaktadır. Tekli MWCNT'lerin daha yüksek büyüme sıcaklıklarında dahi büyüyeceği söylenebilir. Enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi, numune yüzeyinin elemental kompozisyonunu incelemek üzere kullanılmış ve herhangi bir kontaminasyonun bulunmadığı belirlenmiştir. Spektrumlar ve EDX haritaları, demetler içinde bulunan yüksek miktarda karbon içeriğini ortaya koymaktadır. CNT demetlerinin iç yapısını görüntülemek üzere transmisyon elektron mikroskobu kullanılmıştır. Demetlerin, uçlarında nikel katalizör parçacıkları bulunan birçok nanotüpten oluştuğu gösterilmektedir; bu durum uç büyüme şeklini doğrulamaktadır. Sp² hibritize karbon içinde kapsüllenmiş nikel partiküllerinin yanı sıra büyük oranda sp³ hibritize karbon içeren duvarlar bulunmuştur. En başarılı CNT büyüme sonuçlarının derlemesi Sekil 42'de gösterilmektedir.
Özet (Çeviri)
The present work introduces the basics and operating mode of a plasma enhanced chemical vapor deposition system for the growth of carbon nanotubes. Extensive optimization of the setup had to be done after the first assembly of the system. The sample holder and its close proximity had to be isolated from all metal components. Hence, some of the internal metallic parts had to be replaced by ceramic parts. Multiple leaks had to be found and closed in the system with the help of a leak-tester. The preparation of shadow masks for nanosphere lithography, the deposition of catalyst material as well as the removal of the shadow mask was practiced and routinized. The obtained samples were characterized with SEM and AFM methods. The influence of non-growth environmental conditions on the used nickel catalysts has been investigated thoroughly. The effect on the CNT growth could be restricted to the correlation of CNT bundle size and shape to the size and shape of the nickel islands. Different growth parameters were tested for their impact on the growth process of CNTs. Investigation on the position of the sample on the disk cathode as well as the cathode-anode distance have shown that they should be chosen such that the electric field strength at the substrate is large, i.e. a small electrode distance and a sample positioned directly below the anode showed the best results. The influence of the used precursor gas ratio between 20% and 40% H₂C₂ content is minimal with regard to the morphology of the nanotube bundles. However, the chemical composition of CNT bundles may be dependent on this parameter. Amorphous carbon covers the whole system if H₂C₂ contents of 50% or higher are used. The used plasma current and the chamber pressure determine the weighting of the etching of carbon from the surface and the carbonization at the nickel catalyst. A balance has to be found for a given plasma current. The growth temperature has been shown to influence the growth process severely. High temperatures are needed to increase the size of but decrease the number of single MWCNTs in the grown bundles. It can be assessed that single MWCNTs will grow at even higher growth temperatures. Energy-dispersive X-ray spectroscopy has been used to investigate the elemental composition of the sample surface. It could be shown that no contamination is present. The spectra and EDX maps show the high content of carbon within the bundles. Transmission electron microscopy was used to image the internal structure of CNT bundles. It was shown that the bundles consist of many nanotubes with nickel catalyst particles in the tips, confirming the tip-growth mode. Nickel particles encapsulated in sp² hybridized carbon as well as walls containing a large fraction of sp² hybridized carbon were found. A gallery of the most successful CNT growth results is shown in Fig. 42.
Benzer Tezler
- Biomimetic antireflection coatings on silicon
Biyobenzetim yöntemiyle silisyum tabanlı ince film yansıtmayan kaplama üretimi
MÜMİN BALABAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSEYİN KIZIL
- Characterization of Au, Au/GO and Au/rGO surfaces for carotid endothelial cell proliferation by electrical impedance spectroscopy method
İnsan karotid arter damarı endotel hücrelerinin Au, Au/GO ve Au/rGO yüzeylerinde çoğalmasının elektriksel empedans spektroskopisi ile karakterizasyonu
FATMA GÜLDEN ŞİMŞEK
Doktora
İngilizce
2020
BiyoteknolojiBoğaziçi ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BORA GARİPCAN
PROF. DR. ALİ YEKTA ÜLGEN
- Bor karbür / bor karbür silisyum tabakalı kompozitlerin spark plazma sinterleme tekniği ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of boron carbide / boron carbide silicon layered composites by spark plasma sintering
ELA ÇAĞLAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ÇINAR ŞAHİN
- Mikrobiyal yakıt hücresi katot katalizörü olarak bor katkılı düzenli mezo gözenekli karbon sentezi
Synthesis of boron doped ordered mesoporous carbons for microbial fuel cell cathode catalyst
TANER TÜRKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA ÇİĞDEM GÜLDÜR
- Kandesartan sileksetil içeren proniozomların üretilmesinde işlem parametrelerinin değerlendirilmesi ve in vivo biyoyararlanımlarının incelenmesi
Evaluation of process parameters for the preparation of proniosomes containing candesartan cilexetil and assessment of their in vivo bioavailabilities
ELİF AKSAKAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Eczacılık ve FarmakolojiAnkara ÜniversitesiFarmasötik Teknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLÜFER YÜKSEL