Karbon nanotüp (CNT), nano çaplı silindirik bal peteği şeklinde olan karbon allotroplarıdır.

CNT'lerin mekanik mukavemet, esneklik, hafiflik, elektrik ve termal iletkenlik gibi çok sayıda özelliği onu en umut verici malzeme haline getirmektedir.

Elektronik, tıp, enerji depolama, sensörler ve daha pek çok sektör CNT'leri yüksek sayılarda kullanmaktadır. Artan talep, CNT'lerin üretiminin yükseltilmesi üzerinde sürekli bir baskı oluşturmuştur.

CNT'lerin bu büyük ölçekli üretimi, uygulamalarını engelleyen ana zorluk haline gelmiştir. 

Zorlukların Üstesinden Gelmek :

Bilim insanları genellikle CNT'leri tek tek büyütmek yerine CNT ormanlarını büyütmeyi tercih etmektedir. CNT ormanları, kendi kendine bir araya gelen dikey olarak hizalanmış CNT dizileridir.

Bu genellikle, daha sonra yüksek saflıkta malzeme elde etmek için CNT ormanından ayrılan bir alt tabaka üzerinde sabit bir katalizör varlığında kimyasal buhar biriktirme işlemi ile gerçekleştirilir.

Bu süreç çok sayıda avantaj sunsa da, karşılaşılan tek önemli sorun uzunluğudur.

Şimdiye kadar araştırmacılar, alüminyum oksit (Al2O3) desteği üzerinde demir (Fe) gibi katalizörler kullanarak CNT ormanını 2 cm'ye kadar büyütebilmişlerdir (CNT'lerin uzunluğu, özellikleri söz konusu olduğunda hayati bir rol oynamaktadır, bu nedenle bu yönü dikkate almak gerekir).

Bu durum, arzı sınırlandırarak ve malzemenin maliyetini artırarak endüstriyel değerini etkilemektedir. 

Oyunu tamamen değiştiren devrim niteliğinde bir keşif yapıldı.

Yakın zamanda Japonya'dan bir grup bilim insanı yeni bir yaklaşımla CNT ormanlarının uzunluğunu 14 cm'ye kadar kaydetti. Çalışmaları geçtiğimiz günlerde Carbon dergisinde yayımlandı. 

Waseda Üniversitesi'nde Yardımcı Doçent olan Hisashi Sugime ve ekibi, daha önce kullanılan katalizördeki (Fe-Al2Ox) kademeli yapısal değişiklik nedeniyle CNT'lerin büyümesinin durduğunu keşfetti.

Temel olarak, aktif katalizörlerin sayısına bağlı olan CNT'lerin yoğunluğu, kendi kendini destekleyen bir yapıyı sürdürmek için yetersiz olduğunda, orman büyümesi sona erer.

Bu nedenle, kullanılan katalizör yapısal ve kimyasal olarak stabil kalmalıdır. 

Onların yaklaşımı, bu istikrarsızlığı bastırmak için tekniği değiştirmekti.

Bunu, n-tipi bir silikon alt tabaka ile kaplanmış önceki katalizöre gadolinyum (Gd) tabakası ekleyerek başardılar.

Gadolinyum tabakası katalizörün bozulmasını önlemeye yardımcı olmuş ve CNT ormanının 5 cm kadar büyümesini sağlamıştır.

Ayrıca, istenen uzunluğu elde etmek için katalizörü soğuk gaz kimyasal buhar biriktirme (CVD) odası adı verilen bir odada tuttular.

Katalizör, sıcaklığı 750°C'ye kadar tutarak ve oda sıcaklığında küçük konsantrasyonlarda Fe ve Al buharları sağlayarak ön işleme tabi tutulmuştur.

Bu, katalizör yapısının 26 saate kadar korunmasına yardımcı oldu ve bu da CNT ormanının büyümesini teşvik etti.

Dikkatli analizlerin ardından, CNT ormanının uzunluğunu 14 cm olarak başarıyla kaydedebildiler. 

Elde ettikleri başarı, gelişmekte olan endüstriler için yeni bir ufuk açmış ve bu kayda değer ilerleme CNT'lerin uygulama alanlarını genişletmiştir.

Gelecekteki araştırmalar için nanoteknoloji ve nano-bilim yaklaşımını değiştirebilir. 

Yayınlanan araştırma makalesinin tamamını okumak için aşağıdaki DOI'ye bakınız. 

Referans :

Hisashi Sugime, Toshihiro Sato, Rei Nakagawa, Tatsuhiro Hayashi, Yoku Inoue, Suguru Noda. Demir ve alüminyum buhar kaynaklarının in situ takviyeleri yoluyla ultra uzun karbon nanotüp ormanı. Karbon, 2020; https://doi.org/10.1016/j.carbon.2020.10.066

Nanoteknoloji alanında çalışan bir araştırmacıysanız, Mind the graph'ta ilgili konularda infografikler oluşturmanıza yardımcı olabiliriz.

İlgili Makaleler
logo-abone ol

Haber bültenimize abone olun

Etkili görseller hakkında özel yüksek kaliteli içerik
bilimde iletişim.

- Özel Rehber
- Tasarım ipuçları
- Bilimsel haberler ve trendler
- Öğreticiler ve şablonlar