Synthesis and optimization of boron nitride nanotubes for stable aqueous dispersions
Bor nitrür nanotüplerin kararlı sulu dağılımlarının hazırlanması için sentezlenmesi ve optimizasyonu
- Tez No: 459039
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. FEVZİ ÇAKMAK CEBECİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Karbon nanotüplerin (CNT) yapısal benzerleri olan bor nitrür nanotüpler (BNNT), olağanüstü mekanik, elektriksel, ısıl ve optik özelliklere sahiptirler. Bu eşsiz özellikler, BNNT'leri kompozit, hidrojen depolama, radyasyon kalkanı, biyomalzemeler vb. uygulamalarında gelecek vaat eden malzemeler yapmaktadır. Fakat BNNT sentezinin düşük verimi ve BNNT'leri sulu ortamda dağıtmanın zorluğu, BNNT'lerin sahip oldukları potansiyellere ulaşmaları için çözülmesi gerekli problemlerin başında gelmektedir. Bu tez çalışması, BNNT'lerin sentezi ve bu sentezin optimizasyonunun yansıra BNNT'lerin sulu ortamda dağıtılmasına odaklanmıştır. BNNT'lerin silikon (Si) altlıkların ve bor nitrür nanofiber (BNNF) altlıkların üzerinde sentezinin yansıra, sabit olmayan BNNT'lerin sentezi bu tez çalışması kapsamında 1200 °C'de büyüme gazı yakalama-bor oksit kimyasal gaz biriktirme (BOCVD) bileşik yöntemi kullanılarak yüksek verimle başarılmıştır. BNNT sentezi sıcaklık, katalizör oranı, katalizör miktarı, amonyak miktarı, reaksiyon zamanı ve sistem parametreleri açısından optimize edilmiştir. Bu optimizasyon iyi kaliteli BNNT'lerin yüksek verim ile vakum kullanılmadan, ucuz ve basit büyüme gazı yakalama-BOCVD metodu ile sentezlenmesine olanak sağlamıştır. Sentezlenen BNNT'ler taramalı elektron mikroskobu (SEM), geçirimli elektron mikroskobu (TEM), RAMAN spektroskopisi, Fourier dönüşümlü kızıl ötesi spektroskopisi (FTIR) ve elektron enerji kaybı spektroskopisi (EELS) yöntemleri ile karakterize edilmiştir. Başarılı BNNT sentezini takiben, BNNT'lerin bor minerallerinden sentezlenmesi araştırılmıştır. ETİ Maden İşletmeleri tarafından hediye edilen üleksit ve Etidot-67 bor mineralleri, sabit olmayan BNNT sentezi çalışmalarında bor kaynağı olarak kullanılmıştır. Sentezlenen BNNT'ler SEM ve RAMAN spektroskopisi kullanılarak karakterize edilmiştir. Daha önce de bahsedildiği üzere, BNNT araştırmalarında karşılaşılan ikinci zorluk: Van der Waals kuvveti yüzünden topaklaşan BNNT'lerin sulu ortamda dağıtılmasıdır. BNNT'lerin suda dağıtılabilmeleri için, yüzey iyileştirilmesi gerekmektedir ancak BNNT'lerin sahip olduğu yüksek kimyasal dayanıklılık bu işlemi oldukça zor hale getirmektedir. İki farklı iyileştirme yaklaşımı BNNT yüzeyleri için kullanılmıştır: Kovalent fonksiyonlandırma ve kovalent olmayan fonksiyonlandırma. Kovalent fonksiyonlandırma yaklaşımında, BNNT'ler nitrik asit ve ozon işlemlerine maruz bırakılarak hidroksile edilmişlerdir. Bu işlem BNNT'lerin yüzeyinde“-OH”grupları oluşturarak birbirleri arasındaki van der Waals kuvvetinin gücünü azaltmaktadır. Buna ek olarak hidroksile edilmiş BNNT'ler ileri fonksiyonlandırmalar için başlangıç malzemesi olarak kullanılabilirler. Kovalent olmayan fonksiyonlandırma yaklaşımında, BNNT'lerin aglomerasyonunun engellenmesi için (b-PEI (branched polyethyleneimine) ve PAH (Poly[allylamine hydrochloride])) ile BNNT'ler sarılmıştır. π-π etkileşimlerinin yardımı ile gerçekleşen sarma işlemi sonucunda BNNT'ler sulu ortamda dağılabilir duruma getirilmiştir. Katman katman (LbL) kaplama yöntemi kullanılarak BNNT ince film hazırlanması bu tez kapsamında araştırılmıştır. LbL yöntemi ince film mimarisi ve kalınlığı üzerinde yüksek oranda kontrol sağlayan bir yöntem olduğu için seçilmiştir. Hazırlanan sulu BNNT dağıtımları, b-PEI ve PSS polimerleri ile beraber kullanılarak cam altlık üzerinde BNNT ince filmler oluşturulmuştur. Hazırlanan dağıtımların farklı pH değerleri 5 bl (çift katman) ve 10 bl kalınlıkta ince film hazırlanması için daldırma LbL yöntemi ile test edilmiştir. BNNT sentezi parametreleri bu çalışmada optimize edilmiş ve başarılı BNNT sentezi sağlanmıştır. Sentezlenen BNNT'ler kovalent ve kovalent olmayan fonksiyonlandırma yöntemleri ile yüzey grupları değiştirilmiş ve sulu ortamda kararlı BNNT çözeltileri elde edilmiştir. BNNT'lerin kovalent olmayan fonksiyonlandırılması sonucu, suda dağıtılabildiklerini ve dağıtımın kararlı olduğunu bu çalışma sonucunda tarafımızdan bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
As structural analogues of carbon nanotubes (CNT), boron nitride nanotubes (BNNT) possesses extraordinary mechanical, electrical, thermal and optical properties. These unique properties, makes them promising materials applications in composite, hydrogen storage, radiation shielding, biomaterials. However, difficulties in high yield BNNT synthesis and obtaining stable dispersions of BNNTs in aqueous media remain as main challenges. This thesis research focuses on the BNNT synthesis and optimization thereof in addition to preparation of stable aqueous dispersions of BNNTs. High yield synthesis of BNNTs on Si wafers and BNNFs as well as floating BNNT form by modified growth vapor trapping-BOCVD method in conventional tube furnace at 1200 °C were accomplished in this research. Synthesis of BNNTs were optimized in terms of temperature, catalyst ratio, catalyst amount, ammonia flow, reaction time and system parameters which allowed high yield synthesis of good quality BNNTs with vacuum free, low cost, novel growth vapor trapping-BOCVD route. As-synthesized BNNTs were characterized by scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), Raman spectroscopy, Fourier Transform Infra-Red spectroscopy (FTIR) and electron energy loss spectroscopy (EELS). Following the successful synthesis of BNNTs, BNNT synthesis from boron minerals were investigated. Boron minerals Ulexite and Etidot-67, gifted from ETİ Maden İşletmeleri,were used as boron precursors for the synthesis of floating BNNTs in this research. As-synthesized BNNTs were characterized by SEM and RAMAN spectroscopy. Two modification approaches were utilized for the surface modifications of BNNTs: Covalent functionalization and non-covalent functionalization. In covalent functionalization approach, BNNT's surfaces were hydroxylated by nitric acid treatment and ozone treatment, which reduces the van der Waals forces between nanotubes. Moreover, hydroxyl groups on the surface of BNNTs can be used as starting spots for the further functionalization. In-non covalent functionalization approach, BNNTs were wrapped with ionic surfactants and polymers (b-PEI (branched polyethyleneimine) and poly(allylamine hydrochloride) (PAH) via π-π interaction to prevent agglomeration of BNNTs and dispersed in aqueous media. Dispersions of as-functionalized BNNTs characterized by Fourier Transform Infra-Red spectroscopy (FTIR) and dynamic light scattering spectroscopy (DLS). BNNT thin film production by dip LbL method was investigated. LbL method allows high control over the architecture of thin film in addition to film thickness. BNNT dispersions were used in combination with b-PEI and PSS Poly(styrenesulfonate) for the production of BNNT thin films on glass substrates. Different pH values of as-prepared dispersions were tested in order to achieve 5 bl (bilayer) and 10 bl thick BNNT thin films by dip LbL method. Synthesis parameters of BNNTs were successfully optimized and synthesis of BNNTs were achieved. As-synthesized BNNT's surfaces were modified with covalent and non-covalent functionalization methods and stable aqueous dispersions of BNNTs were achieved. We found that, non-covalent functionalization of BNNTs allows BNNTs to be dispersed in aqueous media with good dispersion stability.
Benzer Tezler
- İnsan kanser hücrelerinde in vitro uygulamalarda kullanılabilecek bor nötron yakalama terapisi için nanobiyoparçacıkların sentezlenmesi ve geliştirilmesi
The synthesis and development of nanobioparticles in vitro applications with human cancer cell for boron neutron capture therapy
ÖZGE KOZGUŞ GÜLDÜ
Doktora
Türkçe
2016
Radyoloji ve Nükleer TıpEge ÜniversitesiNükleer Bilimler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. PERİHAN ÜNAK
PROF. DR. SUNA TİMUR
- Synthesis & characterization of boron nitride nanostructures and application in nanocomposites
Bor nitrür nano yapıların sentezlenmesi, karakterizasyonu ve bu yapıların nano kompozit uygulamalarında kullanılması
AYŞEMİN TOP
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. NURİ SOLAK
YRD. DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ
- Tek duvarlı (8,0) zig-zag karbon nano tüpten bor-nitrür nano tüp sentezlenmesi
Synthesis of boron-nitride nano tube from single-walled (8,0) zig-zag carbon nano tube
ULVİ ÖGE
Yüksek Lisans
Türkçe
2006
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. BÜLENT KUTLU
- Optimization of synthesis conditions of Boron Nitride Nanotubes (BNTTS) and their effects on epoxy resin curing
Bor nitrür nanotüplerin (BNNT) üretim süreçlerinin optimizasyonu ve epoksi reçine kürlenmesine etkileri
YELDA YORULMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Mühendislik BilimleriSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİH PAPİLA
- Farklı yöntemlerle borofen sentezi, karakterizasyonu ve kararlılığının incelenmesi
Investigation of the synthesis, characterization, and stability of borophene using different methods
SÜMEYYE ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NEŞE KEKLİKCİOĞLU ÇAKMAK