Karbon nanotüp üretiminde metal katalizörün taban malzemeye tutunma etkileri
The effects of metal catalyst holding on substrate in carbon nanotube production
Yazar: MELİKE BÜYÜK
Danışman: PROF. DR. BURHANETTİN ÇİÇEK
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering

Özet:
Karbon nanotüpler ilk olarak 1991 yılında S. Iijima tarafından ark boşalımı yöntemi kullanılarak fulleren üretimi sırasında bulunmuştur. Üstün fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı dikkat çeken bu yapılar üzerine yoğun araştırmalar yapılmaktadır. Karbon nanotüpler çeşitli yöntemler ile sentezlenmektedir. Başlıca; ark boşalımı, lazer buharlaştırma ve kimyasal buhar biriktirme yöntemi. Karbon nanotüp üretimi için ilk sentez yöntemi ark boşalımı yöntemidir, diğer yöntemler daha sonra geliştirilmiştir. Karbon nanotüpler için taban büyüme ve uç büyüme olmak üzere iki farklı büyüme modeli öne sürülmüştür. Taban büyüme modelinde taban malzeme ile üzerine kaplanan metal katalizör arasında bağ kuvvetli ise nanotüp oluşum aşamasında yüzeydeki metal taneciği koparamaz ve onun üzerinden büyür. Uç büyüme modelinde ise; taban malzeme ve metal katalizör arasındaki etkileşim zayıf olduğundan nanotüp oluşum aşamasında metal taneciği yüzeyden koparır ve nanotüp ile birlikte metal tanecik de yukarıya doğru yükselir. Nanotüp büyüme mekanizması henüz tam olarak açıklanamamıştır. Tez çalışmamda; farklı taban malzeme yüzeyi, farklı katalizör kaplaması ve farklı reaksiyon koşullarında deneyler gerçekleştirilmiştir. Üretilen karbon nanotüpler taban malzeme yüzeyinden alınarak taban malzeme ve karbon nanotüp ayrı ayrı analizlenmiştir. Taban malzeme yüzeyi ve karbon nanotüp içerisindeki metal miktarı tayin edilmiştir. Analiz sonuçları yorumlanarak farklı koşullarda üretilen karbon nanotüplerin hangi büyüme modeline uyduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Carbon nanotubes were firstly discovered by S. Iijima in 1991, during fullerene production using the arc discharge method. Due to its superior physical and chemical properties, intensive research is being carried out on these structures. Carbon nanotubes are synthesized by various methods. The main methods are; arc discharge, laser ablation and chemical vapor deposition. The first synthesis method for carbon nanotube production is the arc discharge method, other methods have been developed later. Two different growth models have been proposed for carbon nanotubes, which are base-growth and tip-growth. In the base-growth model, if the bond between the substrate and the metal catalyst is strong, the metal particle on the surface cannot be broken off and grow over it during the formation of nanotubes. In the tip-growth model; the interaction between the substrate and the metal catalyst is weak so that the nanoparticle breaks away from the surface of the metal particle and the metal particle rises upward besides the nanotube. The mechanism of nanotube growth has not yet been fully explained. In my thesis study; Different substrate surfaces, different catalyst coatings and experiments under different reaction conditions were performed. The carbon nanotubes produced were taken from the substrate surface, then the substrate and carbon nanotube were analyzed separately. The substrate surface and the amount of metal in the carbon nanotube were determined. Analysis results were interpreted to determine which growth model fits for the carbon nanotubes production under different conditions.