Kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle nanoyapılı karbon büyütülmesi
Growth of nanostructured carbon by chemical vapor deposition
- Tez No: 282805
- Danışmanlar: PROF. DR. ŞERAFETTİN EROĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Karbon, atomlarının düzenlenmesine bağlı olarak farklı özelliklere sahiptir. Nanoyapılı C malzemeler (fullerenler, tüpler/fiberler), eşsiz elektronik ve mekanik özelliklerinden ötürü endüstriyel uygulamalarda çığır açması beklendiğinden büyük ilgi çekmektedir.Bu çalışmada, Kimyasal Buhar Biriktirme (KBB) sistemi nanoyapılı karbon malzemeler sentezi için inşa edilmiştir. Yapılan çalışmada, proses parametrelerinin ürün morfolojilerine etkisi araştırılarak nano tüp/fiber oluşumuna yol açan optimal koşulların belirlenmesi hedeflenmiştir. Doğal gazın ana bileşeni olan CH4 nispeten ucuz, bol miktarda ve çevre dostu olmasından dolayı karbon kaynağı olarak kullanılmıştır. Fe-Ni (ağ. % 70 Ni), Fe2O3, Fe3O4 ve NiO tozları, yönüne sahip Si altlık üzerinde karbon nanotüp/fiber büyütmek için katalizör malzemesi olarak kullanılmıştır.Termodinamik analiz, C oluşum koşullarının öngörülmesi ve sentez prosesinin termokimyasının anlaşılması için Gibbs serbest enerji minimizasyon yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Her bir katalizör için büyütme sıcaklığı, ön ısıtma sıcaklığı, süre ve gaz akış hızı proses parametreleri olarak seçilmiştir. C nanofiberlerin katalizör Ni ile büyümesini daha iyi anlamak için, nikel oksit tozunun reaksiyon davranışı da farklı sıcaklık ve süre için çeşitli atmosferler altında çalışılmıştır. SEM ve HRTEM teknikleri ürünlerin karakterizasyonunda kullanılmıştır. Ayrıca, nikel oksit toz içeriğinin tanımlanmasında DTA/DSC-TG, FTIR ve XRD tekniklerinden yararlanılmıştır.Fe-Ni ve NiO tozları kullanılarak yapılan deneysel çalışmalar, termodinamik analiz sonuçlarının aksine, 1100 K' in altındaki sıcaklıklarda kayda değer C oluşumunun olmadığını göstermiştir. C nanotüp/fiber sentezinde iki yol kullanılmıştır. Birinci yolda, 1200-1300 K büyüme sıcaklıklarında C nanotüp/fiber altlık üzerinde sentezlenmiştir. İkinci yolda ise büyütme, ön ısıtılmış CH4 fırının sıcak zonundan (1200-1300 K) geçirildikten sonra daha düşük sıcaklıklarda (1050-1150 K) gerçekleştirilmiştir. Tüp/fiber çapının artan sıcaklık ve süreyle arttığı gözlenmiştir.Fe-Ni (ağ. % 70 Ni)-CH4 sisteminden elde edilen deneysel sonuçlar şu şekilde özetlenebilir: Ön ısıtma olmaksızın 1200 K' de ve 6,7-13,4 cm3/dak metan akış hızı aralığında karbon nano fiber sentezlenmiştir. 1300 K büyüme sıcaklığında ise genellikle >5 dak sonrası karbon kaplamalar elde edilmiştir. 1200 K' de 15 ve 30 dak sürelerde büyütülmüş nano fiber çaplarına CH4 akış hızının etkisinin olmadığı gözlenmiştir. Ön ısıtılmış CH4 kullanıldığında diğer yolla sentezlenenlere kıyasla daha düşük fiber çapları elde edilmiştir. Karbon nano fiberlerin, 1200 K' de ön ısıtılmış metan (13,4 cm3/dak ) gazı kullanılarak 1100-1150 K' de 15-30 dak' da, 1050 K' de ise
Özet (Çeviri)
Carbon has many different properties depending on the arrangement of carbon atoms. Nanostructured C materials such as fullerenes, tubes/fibers have received considerable attention owing to unique electronic and mechanical properties that are expected to lead to breakthrough industrial applications.In this study, Chemical Vapor Deposition (CVD) system was built for the synthesis of nanostructured carbon materials. It was aimed to determine the optimal conditions leading to the formation of nanotubes/fibers by investigating effects of processing parameters on the morphologies of the products. CH4, which is the main component of natural gas, was used as a carbon source because it is relatively cheap, abundant and environmentally favorable. Fe-Ni (wt. 70 % Ni), Fe2O3, Fe3O4 and NiO powders were utilized as catalyst materials to grow C nanotubes/fibers on a oriented Si substrate.Equilibrium thermodynamic analysis was carried out by the method of minimization Gibbs? free energy in order to predict the conditions for C formation and to understand thermochemistry of synthesis processes. The processing parameters for each catalyst were selected to be growth temperature, pre-heating temperature, time and gas flow rate. Reaction behavior of nickel oxide powder was also studied under various atmospheres (H2, CH4, Ar) at different temperatures and time to better understand the Ni-catalyzed growth of C nanofibers. SEM and HRTEM techniques were used to characterize the products. Also, DTA/DSC-TG, FTIR and XRD techniques were employed for the determination of contents of nickel oxide powders.Experimental studies using Fe-Ni (wt. 70 % Ni) catalyst and NiO powders showed that no significant C formation was obtained at temperatures below 1100 K contrary to the results of thermodynamic analysis. Two routes were used for C nanotube/fiber synthesis experiments. In the first route, C nanotube/fiber was synthesized on the substrate with growth temperatures of 1200-1300 K. In the second route, growth was carried out at lower temperatures (1050-1150 K) after pre-heating CH4 gas by flowing it through the hot zone of the furnace (1200-1300 K). It was observed that tube/fiber diameter increased with increasing time and temperature.The experimental results obtained from Fe-Ni (wt. 70 % Ni)-CH4 system can be summarized as follows. Without methane pre-heating, carbon nano fibers (5 min resulted in carbon coatings. It was observed that CH4 flow rate did not affect the diameter of nano fiber grown at 1200 K for 15 and 30 min. When pre-heated CH4 was used, fiber diameter was obtained to be lower compared to those obtained by the other route. It was found that carbon nano fibers were grown at 1100-1150 K for 15-30 min and at 1050 K for
Benzer Tezler
- Investigation of the catalytic performance of tin nanowires produced by aluminum anodic oxide template method for electrochemical CO2 reduction
Alüminyum anodik oksit şablon yöntemiyle üretilen kalay nanotellerin elektrokimyasal CO2 redüksiyonuna yönelik katalitik performansinin i̇ncelenmesi
DİLAN ER GÖNÜL
Doktora
İngilizce
2023
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Synthesis and design of graphene-based nanostructure as an electromagnetic wave absorbing material
Elekromanyetik dalga soğurucu bir malzeme olarak grafen tabanlı nanoyapı sentezi ve tasarımı
GÜLPERİ FEYZA YAVUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Metalurji Mühendisliğiİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FETHULLAH GÜNEŞ
- Grafen tabanlı nanodolgular ile güçlendirilmiş yeni nesil termoplastik kompozitlerin geliştirilmesi
Development of new generation thermoplastic composites reinforced by graphene based nanofillers
ELÇİN ÇAKAL SARAÇ
Doktora
Türkçe
2019
Kimya Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL AYDIN
DR. ÖĞR. ÜYESİ BURCU SANER OKAN
- 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
- Atomic layer deposition of metal oxides on self-assembled peptide nanofiber templates for fabrication of functional nanomaterials
Kendıliğinden düzenlenen peptit nanolif kalıplar ve atomik katman kaplama yöntemiyle fonksiyonel nanomalzeme üretimi
HAMİT EREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Mühendislik Bilimleriİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA ÖZGÜR GÜLER