Production of boron nitride nanotubes from the reaction of NH3 with boron and iron powder mixture
NH3?ün bor ve demir tozu karışımıyla reaksiyonundan bor nitrür nanotüp üretimi
- Tez No: 318835
- Danışmanlar: DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 123
Özet
Yapısal olarak karbon nanotüplere benzeyen bor nitrür nanotüpler, ilk olarak 1995 yılında üretildi. Bor ve azot atomlarından meydana gelen atom tabakalarının silindirik şekilde katlanmasıyla oluşurlar. Keşfedilmelerinden sonra, bor nitrür nanotüpler olağanüstü mekanik, termal, elektriksel ve optik özelliklerinden dolayı büyük ilgi toplamışlardır.Bu çalışmada; bor nitrür nanotüpler, reaktör çıkış hattındaki gazların sürekli kimyasal analizi için kütle spektrometresine bağlı olan tüp reaktörde, amonyak gazının bor ve demir toz karışımıyla reaksiyonundan sentezlenmiştir. Sentezlenen malzemeler asit ile muamele edilerek saflaştırılmıştır. Kimyasal analiz sonuçları, amonyak gazına ek olarak azot ve hidrojen gazlarının olduğunu göstermiştir. XRD sonuçları, sentezlenen malzemedeki katı fazların hekzagonal bor nitrür, rombohedral bor nitrür, demir ve bor-demir bileşikleri (FeB49 ve Fe3B) olduğunu belirtmiştir. Bor nitrür nanotüp sentezinde yer alan reaksiyonlar; tek gaz fazı reaksiyonu olan amonyak gazının ayrışması, borun demir ile reaksiyonundan bor-demir bileşiklerinin oluşması ve bor-demir bileşikleri ile azotun reaksiyonundan bor nitrürün oluşması olarak önerilmiştir.Dış çapları 10-550 nm aralığında olan yığın halinde, içi boş, çok duvarlı nanotüpler sentezlenmiştir. Hem açık hem kapalı uçlu nanotüpler gözlenmiştir. BN tabakalarının arasındaki mesafe yaklaşık 0.33 nm olarak ölçülmüştür ve bu mesafe hekzagonal bor nitrürün d002 düzlemini belirtmektedir. Bor nitrür nanotüpler Tip B histerisis ile birlikte Tip II izotermini göstermiştir. Sentezlenen bor nitrür nanotüplerin yüzey alanlarının sıcaklıktaki artış ile düştüğü gözlenmiştir. En yüksek yüzey alanı 147.6 m2/g'dır. Değişik sıcaklıklarda sentezlenen bor nitrür nanotüplerin ortalama gözenek çapı yaklaşık 38 Å'dur.Sıcaklıktaki artış ile bor nitrür birikim hızı artmıştır. Belli bir sıcaklıktan sonra birikim hızı sinterleşme etkisinden dolayı sıcaklıkla birlikte düşmüştür. Bor nitrür nanotüpler, 1300 °C'de B/Fe ağırlık oranı 15/1 ile sentezlendiğinde en yüksek birikim hızı gözlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Boron nitride nanotubes (BNNTs), which are structurally similar to carbon nanotubes (CNTs), were synthesized in 1995 for the first time. They are made up by folding atom sheets which consist of boron and nitrogen atoms into cylindrical form. After their discovery, BNNTs have been attracting great attention due to their extraordinary mechanical, thermal, electrical, and optical properties.In this study, BNNTs were synthesized from the reaction of ammonia gas with the boron and iron powder mixture in a tubular reactor which was connected to a mass spectrometer for on-line chemical analysis of the reactor effluent stream. The synthesized materials were purified with acid treatment. Chemical analysis results showed that nitrogen and hydrogen gases were present in addition to ammonia gas. XRD results revealed that the solid phases in the synthesized material were hexagonal boron nitride, rhombohedral boron nitride, iron, and boron-iron compounds (FeB49 and Fe3B). Reactions taking place in BNNT synthesis were proposed as the decomposition of ammonia gas which was the only gas phase reaction, the formation of boron-iron compounds from the reaction of boron with iron, and boron nitride formation from the reaction of nitrogen with boron-iron compounds.Agglomerated, hollow, multi-walled nanotubes were synthesized with an outer diameter range of 10-550 nm. Both open and close-ended nanotubes were observed. The interlayer distance between BN sheets was measured about 0.33 nm and this distance indicated the d002 plane of hexagonal boron nitride. BNNTs exhibited Type II isotherms with a Type B hysteresis. A decrease in the surface area of the synthesized BNNTs was observed with an increase in temperature. The highest surface area was 147.6 m2/g. Average pore diameter of BNNTs synthesized at different temperatures was around 38 Å.Deposition rate of boron nitride increased with an increase in temperature. After a certain temperature, deposition rate decreased with temperature due to the sintering effect. The highest deposition rate was observed when BNNTs were synthesized with the B/Fe weight ratio of 15/1 at 1300 °C.
Benzer Tezler
- Chemical vapor deposition of boron nitride nanotubes
Bor nitrid nanotüplerin kimyasal buharlarin çöktürülmesi yöntemi ile üretilmesi
NİYAZİ OKAN ÇİFTCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. ERMAN BENGÜ
- Production of boron nitride nanotubes and their uses in polymer composites
Bor nitrür nanotüplerin üretilmesi ve polimer kompozitlerde kullanımı
CAN DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ
PROF. DR. GÖKNUR BAYRAM
- Production and characterization of boron nitride nanotubes
Bor nitrür nanotüpünün üretimi ve karakterizasyonu
DİDEM ÖZMEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Bölümü
DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ
PROF. DR. SUNA BALCI
- Polystyrene/boron nitride nanotube composites: Synthesis, processing and characterization
Polistiren/bor nitrür nanotüp kompozitleri: Sentezi, prosesi ve karakterizasyonu
ERDEM BALIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimya MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÖKNUR BAYRAM
DOÇ. DR. NAİME ASLI SEZGİ
- Synthesis and optimization of boron nitride nanotubes for stable aqueous dispersions
Bor nitrür nanotüplerin kararlı sulu dağılımlarının hazırlanması için sentezlenmesi ve optimizasyonu
DENİZ KÖKEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FEVZİ ÇAKMAK CEBECİ