Karbon nanotüp esaslı yüksek performanslı liflerin üretim yöntemleri, mekanik ve yapısal özellikleri ve uygulama alanları
Production methods, mechanical and structural properties and application areas of carbon nanotube based high performance fibers
- Tez No: 416924
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL KARACAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Nanoteknoloji, karbon nanotüpler, karbon nanotüplerin üretim yöntemleri, karbon nanotüplerin uygulama alanları, karbon nantüp esaslı lif ve iplik, Nanotechnology, carbon nanotubes, production methods of carbon nanotubes, application areas of carbon nanotubes, carbon nanotube based yarn
- Yıl: 2016
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Erciyes Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 287
Özet
Karbon; amorf karbon, grafit, elmas ve karbonanotüp olarak farklı yapılarda bulunabilmektedir. Karbon nanotüpler yapısal açıdan bakıldığında tek ya da daha çok grafen levhalardan yapılı, içi boş bir silindir olarak düşünülebilir. Karbon nanotüpler genellikle, grafen duvar sayısına göre sınıflandırılırlar. Tek duvarlı karbon nanotüp ve çok duvarlı karbon nanotüp olarak. Teorik olarak karbon nanotüpler doğada bilinen malzemelerden daha güçlü ve serttir. Karbon nanotüpler yüksek mekanik dayanıma, nanotüplerin geometrilerine bağlı olarak değişebilen elektronik davranışa, olağanüstü ısıl iletkenliğe ve yüksek yüzey alanına sahiptirler. Karbon nanotüpler genel olarak üç yöntemle üretilirler. Bunlar; ark boşaltımı, lazer aşındırma ve kimyasal buhar depolamadır. Karbon Nanotüp Liflerin Üretimi; 50 mikrometreden 200 milimetre uzunluğa kadar karbon nanotüp lifleri CVD metodu kullanılarak TDKNT sentezinden direk olarak lif üretimi, elektrostatik olarak bileşenlerin uyarılması ve ultra ince liflerin üretiminde kullanılan elektrospin ile lif üretimi, eriyikten çekim ve çözeltiden çekim metodları olarak iki ana başlık altında toplanan geleneksel lif eğirme metodları ile lif üretilmesidir. İki ana başlık altında ele alınan geleneksel lif eğirme ile Karbon Nano tüplerin üretilmesini incelersek; eriyikten çekilen kompozit liflerde maliyet bileşeni en aza indirmek ve özelliklerinde önemli iyileşme sağlamak için TDKNT gibi nanomateryallerde takviye malzemeleri olarak kullanılabilir. Çözeltiden çekilen TDKNT lifleri; TDKNT/Sıvı kristal polimer kompozit lifler, TDKNT/yüzey aktif çözeltiden üretilen lifler, TDKNT/ süperasit çözeltiden üretilen lifler olup çözeltiden eğirme prosesinin ilk adımı TDKNT için sorun olmaz çünkü solvent içinde çözünebilir. Karbon nanotüpten iplik üretiminden kısaca bahsedecek olursak; düz ve pürüzsüz bir substrat oluşturularak, üzerinde katalizör birikmesi sağlanır ve fırına yerleştirilir. Fırın belirlenen sıcaklıkta ısıtılır. Karbon içerikli gaz karışımı fırın içinde korunur. Katalizör sıcaklığı ile fırın sıcaklığı arasındaki farka ve karbon içerikli gazın basıncının kontrol altında tutulmasına dikkat edilmelidir. Substrat üzerinde dizeler halinde büyüyen nanotüplerden iplik eğirmesi yapılır. Bir ipliğin sağlamlığı sadece eğirme prosesine bağlı değil, aynı zamanda çekim yapılan ormandaki KNT'lerin çapı, boyu ve yoğunluğu gibi özellikler ile orman kalitesine de bağlıdır. KNT ipliklerinin mekanik özelliklerini iyileştirmek için, eğirme sonrası büküm uygulanabilir. Eğirme sonrası büküm KNT liflerini birbirine daha çok yakınlaştırır ve iplik çapı azalır böylece KNT'ler arası yük transverini iyileştiren van der Walls ve sürtünme kuvveti artar. Bu durum da daha iyi yük transferi ve daha yüksek yoğunluk sağlar. Dolayısı ile ipliklerin dayanımı iyileştirilmiş olur. Ayrıca eğirme sonrası büküm sayesinde temas yüzeyi arttığı için iletkenlikte de iyileşme meydana gelir. Üretilen iplikler; düğümleme sırasında mukavemetini kaybetmezler. İplikler serbestçe tutabilir ve kumaş halinde dokunabilir. KNT iplikler mükemmel tokluk, mekanik, yapısal, yüzey ve elektrik özellikleri sayesinde bir çok uygulamada kullanılmasına imkan verir. Karbon nanotüpler; yüksek uzunluk/çap oranları, nanoboyutlu olmaları ve yüksek elektriksel iletkenlikleri nedeniyle kompozit malzeme üretimi için mükemmel adaylardır. Bu özelliklerin bir araya gelmesiyle KNT'ler, polimerlerin mekaniksel, elektriksel ve termal özelliklerinin arttırılması amacı ile polimer/KNT kompozitlerinin hazırlanmasında kullanılır. Elektronik cihazlar üzerinde yapılan endüstriyel ve akademik araştırmalar esas olarak; düz panel görüntüleme, lambalar, dalgalanma korumasını sağlayan gaz deşarj tüpleri ve X-ışını ve mikro dalga jeneratörleri için saha emisyon elektron kaynakları olan TDKNT'ler ve ÇDKNT'leri kullanma üzerine odaklanmıştır. Yüksek yüzey alanı, hassasiyet ve gözenekliliğe, ayrıca daha kısa tepki süresine sahip olmaları nedeniyle gaz sensörü olarak, biyo-uyumluluğu ile biyolojik uygulamalarda biyoprob ve biyosensör olarak, özellikle su içerisinde çözünmemesinden dolayı vücut içerisinde aşı, ilaç taşınmasında ve biyosensör uygulamalarında kullanılmaktadır. Çok çeşitli endüstriyel uygulamalarda düşük voltaj yapay kaslar büyük önem taşımaktadır. Bu uygulamaların yanında özellikle yüksek yüzey alanına sahip olmaları nedeniyle hidrojen enerji teknolojilerinde KNT'lerin yeri oldukça önemlidir.
Özet (Çeviri)
Amorphous carbon, graphite, diamond and carbon nanotubes are the main forms of carbon. From a structural point of view, carbon nanotubes can be considered to be made from one or more graphene sheets, which in turn can be considered as a hollow cylinder. Carbon nanotubes are generally classified according to the number of graphene walls. These are single-walled carbon nanotubes and multi-walled carbon nanotubes. Theoretically, carbon nanotubes are stronger and harder than any material found in nature. Carbon nanotubes have high mechanical strength; the nanotubes may vary depending on the geometry of electronic behavior, extraordinary thermal conductivity and a high surface area. Carbon nanotubes are produced by three methods in general. These are; arc discharge, laser ablation and chemical vapor storage. Production of Carbon Nanotube Fibers can be summarized as follows; the synthesis of carbon nanotube fibers using CVD method resulting in lengths ranging from 50 micrometers up to 200 millimeters in length, direct fiber production through synthesis of SWCNT, resulting in ultra fine fibers and, the use of electrospining, melt spinning and solution spinning methods are the main traditional techniques used. Manufacturing of carbon nanotubes using conventional fiber spinning methods are closely examined under two main headings. Cost component in the melt spinning of composite fibers can be minimized using reinforcement materials such as SWCNT nano materials to provide significant improvements in the properties. SWCNT fibers from the solution spinning; SWCNT/ The liquid crystal polymer composite fibers, SWCNT/ Fibers produced from the surfactant solution, SWCNT/ The fibers produced from super acid solution are the first steps of the spinning process of SWCNT, which is not a problem for SWCNT because of its solubility in the solvent solutions. The formation of yarn from carbon nanotube is mentioned briefly; a smooth flat substrate is used for the accumulation of catalyst located in the oven. The oven is heated at a specified temperature. The carbon-containing gas mixture is injected in the furnace. The difference between the temperature of the furnace and the temperature of the catalyst together with the carbon containing gas pressure should be kept under control. CNT yarn spinning is made from grown nanotubes on the substrate. The strength of the CNT yarn not only depends on the spinning process but also on the properties of the CNT forest including diameter, length, density and quality of the environment. To improve the mechanical properties of CNT yarn, twisting after spinning can be applied. Twisting after spinning makes the CNT fibers get closer together and consequently the diameter of the yarn decreases. This process increases the friction between CNT fibers by improving the load transfer between the single filaments and eventually the friction force increases. This process also provides a better load transfer and a higher density. Therefore the strength of the yarns is improved. In addition to twisting after the spinning process, an improvement in the conductivity occurs due to the increase of the surface contact. CNT yarns do not lose their strength during the knotting process. The yarn can be woven into the fabric and can hold freely. CNT yarns show excellent toughness, mechanical, structural properties allowing the use in many applications due to their surface and electrical characteristics. Carbon nanotubes; high length/diameter ratios, nano-sizes and due to their high electrical conductivity, are excellent candidates for the production of composite materials. When these features come together, the CNTs are used during the preparation of polymer/CNT composites for the improvement of mechanical, electrical and thermal properties. Electronic devices used in industrial and academic research, for example, flat panel display, lamps, gas discharge tubes and surge protection, X-ray and microwave generators, electron sources for field emission, are focused on using SWCNT and MWCNT. Due to their high surface area, high sensitivity and porosity, together with a shorter response time as the gas sensor, in biological applications as bio-probe and the biocompatibility of the biosensor, insolubility in water, CNTs are used within the body in drug and vaccine delivery, as well as biosensor applications. In various industrial applications low voltage artificial muscles are very important. Apart from these applications, due to their high surface area, the CNTs are particularly important in the hydrogen energy storage technologies.
Benzer Tezler
- Production of carbon nanotube reinforced nanoprepregs and their characterization
Karbon nanotüp takviyeli nanoprepreglerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
BEYZA BOZALİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF ÖZDEN YENİGÜN
- An investigation into polymer-based photovoltaic fiber structures
Polimer esaslı fotovoltaik lif yapılarının araştırılması
İSMAİL BORAZAN
Doktora
İngilizce
2017
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DEMİR
DOÇ. DR. AYŞE BEDELOĞLU
- Karbon nanotüp esaslı yapıların mürekkep püskürtme yöntemi ile esnek altlıklar üzerine yazdırılması
Printing carbon nanotube based structures on flexible pads by ink spray
SÜMEYYE SARIKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Metalurji MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYTEKİN UZUNOĞLU
- Karbon nanotüp takviyeli Fe esaslı nanokompozitlerin yüksek enerjili bilyeli değirmenler ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of carbon nanotube reinforced Fe based nanocomposites by high energy ball milling
İSMAİL EMRE CANBOLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiNecmettin Erbakan ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HASAN KOTAN
DOÇ. DR. AYTEKİN UZUNOĞLU
- Karbon nanotüp içeren UV ışınlarıyla kürlenmiş nanokompozit kaplamalar
UV curable carbon nanotube containing nanocomposite coatings
KÜBRA İLGÜN