Geri Dön

Carbon encapsulation of elemental nanoparticles

Elementel nanoparçacıkların karbon ile enkapsülasyonu

  1. Tez No: 518064
  2. Yazar: PELİN LİVAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. TAYFUR ÖZTÜRK
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2018
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 73

Özet

Nanoparçacıkların karbonla kaplanması farklı amaçlar için yapılabilmektedir; parçanın stabilizasyonu, aglomerasyonun engellenmesi ve elektriksel iletkenliğin arttırılması vb. Elementel nanoparçacıkların enkapsüle edilmesini konu alan mevcut çalışma iki kısımdan oluşmaktadır. İlk kısımda, enkapsülasyon kıvılcım boşaltma yöntemi ile sabit bir argon akışı altında karbon elektroda karşı saf element bir elektrot kullanılmak sureti ile gerçekleştirildi. İlave olarak reaksiyon haznesine metan gazı beslenmek sureti ile kıvılcım karbonca zengin bir ortamda gerçekleştirildi. Çalışma W, V, Ti ve Si elementlerinin karbür haline dönüştüğünü ve grafit tabakaları ile başarılı bir şekilde enkapsüle edildiğini gösterdi. Cu durumunda elementin karbüre dönüşmediği ve başarılı bir şekilde enkapsüle olmakla beraber kapsülün tam dolu olmadığı yaklaşık 1/3lük bir hacmin boş olduğu gözlemlendi. Mg durumunda ise yapının tamamen farklı olduğu tespit edildi. Bu yapıda Mg parçacıklarının enkapsüle olmadığı ancak oluşan karbon esaslı ana yapı içerisinde gömülü parçacıklar olarak oluştuğu tespit edildi. Cu kapsülün içerisindeki boş hacminin enkapsülasyon işlemi sonrasında gerçekleşen katılaşmanın bir sonucu olduğu varsayılarak enkapsülasyon işleminin 1900 K civarında tamamlandığı sonucuna varıldı. 1900 K enkapsülasyon sıcaklığı ve karbonun 4000 K de yoğunlaştığı esas alınarak enkapsülasyonda 3 kategori tanımlamanın mümkün olduğu belirtildi. Yoğunlaşma sıcaklığı 4000 K sıcaklığından yüksek olan W, V ve Ti vb. elementler/karbürler tam çekirdek-kabuk yapısını göstermektedir. Yoğunlaşma sıcaklığı 4000 K ve 1900 K arasında olan elementler/karbürler ise katılaşma sürecindeki hacim daralmasına bağlı olarak tam ya da kısmen dolu çekirdek-kabuk yapısına sebep olmaktadır. Yoğunlaşma sıcaklığı 1900 K sıcaklığının altında olan elementler/karbürler ise çekirdek-kabuk yapısını oluşturamamakta bunun yerine gömülü olduğu kompozit bir yapı oluşturmaktadırlar. Çalışmanın ikinci bölümü ise karbon ile enkapsüle edilmiş silikon nanoparçacıklarını RF termal plazma ile üretim konu almaktadır. Bu amaçla Si tozları metan ile birlikte 25 kWlık bir RF reaktörüne beslenmiş ve sonuçta SiC, Si ve grafit içeren nano tozlar elde edilmiştir. İşlem başarılı olmuş ve sonuçta parçacıkların 7-10 nm kalınlığında grafit tabakaları ile enkapsüle edilmiştir. Ancak işlemde SiC oluşumu nedeni ile amaçlanan karbonla kaplı sırf Si parçacıklarından oluşan yapı elde edilememiştir. Bunun için ilk önce Si nano tozlarını üretmenin metanın ise daha düşük sıcaklıklarda beslenerek enkapsülasyon yoluna gidilmesi alternatif bir yaklaşım olarak önerilmiştir.

Özet (Çeviri)

There is a considerable interest in the encapsulation of nanoparticles into the carbon cages for a variety of purposes e.g. providing stability in detrimental environments, preventing agglomeration, controlling surface modifications and improving in electrical conductivity etc. The current study deals with the encapsulation of elemental particles and is made up of two parts. In the first part, the encapsulation of elemental particles was studied using a spark discharge generator where an elemental rod used against a carbon electrode under a constant argon flow. The source of carbon was further enriched by methane which was co-fed with argon into the reaction chamber. The study showed that elements W, V, Ti and Si were converted into carbide and were encapsulated successfully by graphitic layers producing sound core-shell structure. Cu yielded a partially filled core-shell structure. The resulting structure in the case of Mg was quite different. Here Mg did not produce encapsulated structure; rather it occurred as elemental particles embedded in graphitic matrix. Simple calculation based on empty volume in the partially filled Cu core-shell structure indicated that the process of encapsulation is probably complete at around 1900 K. Considering that carbon condenses at around 4000 K, elements may be divided into three categories. Elements/carbides with condensation temperature higher than 4000 K e.g. W, V or Ti produce a sound core-shell structure. Elements/carbides whose condensation temperature is between 4000 K and 1900 K yield sound or partially filled core-shell structure depending on the volume shrinkage during solidification. Elements/compounds whose condensation temperature is below 1900 K fail to develop core-shell structure. Instead, they form embedded composite structure where particles are embedded into a graphitic matrix. In the second part of this study, encapsulation of silicon nanoparticles was studied by thermal plasma. Feeding Si powders together with methane into a 25 kW RF reactor yielded nanopowders which comprised SiC, Si, and graphite. The particles were successfully encapsulated with 7-10 nm thick graphitic layers with a high degree of crystallinity. Co-feeding of silicon with methane therefore did not yield pure Si@C as carbide formation was unavoidable. It is proposed that it might be possible to obtain Si@C i.e. carbon encapsulated Si nanoparticles, but for this an alternative approach may be adopted, i.e. first to produce Si nanoparticles and encapsulating them by post feeding of methane at lower temperature.

Benzer Tezler

  1. Iron based magnetic nanoparticles: Synthesis using different production methods, encapsulation with silica/graphene, characterization and performance tests

    Demir esaslı manyetik nanopartiküller: Farklı metotlar kullanarak sentezlenmesi, silika/grafen ile enkapsülasyonu, karakterizasyonu ve performans testleri

    SIDDIKA MERTDİNÇ ÜLKÜSEVEN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MUSTAFA LUTFİ ÖVEÇOĞLU

    DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI

  2. Suberik asit esaslı yeni organik faz değiştiren malzemelerin (FDM) sentezi ve termal karakterizasyonu

    Synthesis and thermal characterization of suberic acid based novel organic phase change materials (PCM)

    GİZEM TOPRAKÇI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AHMET ALPER AYDIN

  3. Atık bitkisel yağların etenolizi için morfolojik olarak farklı silika jeller içerisinde hoveyda-grubbs ikinci nesil katalizörünün enkapsülasyonu

    Encapsulation of hoveyda-grubbs second-generation catalyst within morphologically different silica gels for ethenolysis of waste vegetable oils

    MİNA AŞKUN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    KimyaHacettepe Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BENGİ ÖZGÜN ÖZTÜRK

  4. Süperkritik karbondioksit ekstraksiyonu ile elde edilen Semizotu (Portulaca oleracea) tohum yağının püskürtmeli kurutma yöntemi ile enkapsulasyonu ve semizotu bitki tozunun taşıyıcı olarak kullanım olanaklarının araştırılması

    Encapsulation of pursulane (Portulaca oleracea) seed oil obtained by supercritical carbondioxide extraction using spray drying method and evaluation of the pursulane powder as a wall material

    JANAN HOSSEIN ZADEH

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Gıda MühendisliğiEge Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FİKRET PAZIR

    DOÇ. DR. ONUR ÖZDİKİCİERLER

  5. Cisplatin@US-tube carbon nanocapsules for enhanced chemotherapeutic delivery

    Başlık çevirisi yok

    ADEM GÜVEN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    BiyokimyaRice University

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. LON J. WILSON