Kimyasal buhar çökeltimi ve buhar fazı sentezi yöntemleri ile karbon nanotüp üretiminin incelenmesi
Investigation of carbon nanotube production by chemical vapor deposition and vapor phase growth methods
Yazar: FURKAN SOYSAL
Danışman: DOÇ. DR. BURHANETTİN ÇİÇEK
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Karbon temelli materyaller = Carbon based materials ; Nanoteknoloji = Nanotechnology

Özet:
Fullerenlerin ve karbon nanotüplerin (KNT) keşfi ile nanoteknoloji ve nanomalzeme kavramları gelişmiştir ve günümüzde KNT'ler, nanobilimin temelini oluşturan nanomalzemeler olarak kabul görmektedir. KNT'ler, her disiplinden çalışma alanına bir uygulaması olabilecek potansiyele sahip malzemeler olmakla birlikte seçimli ve yığın üretimin gerçekleştirilememesi ve saflaştırma zorluğu gibi engeller mevcuttur. Gerçekleştirilen teorik hesaplamalara göre, ?eşsiz? olarak nitelendirilen KNT'ler, yığın üretim yapılamaması ve kristal kusurları gibi problemler nedeniyle, ne yazık ki pratik uygulamalarda beklenen sonuçları verememektedir. Beklentilerin karşılanması için istenilen özelliklerde ve miktarda KNT üretiminin yapılabilmesi gerekmektedir. Bu da oluşum mekanizmasının belirlenmesine bağlıdır.Bu çalışmanın amacı kimyasal buhar çökeltimi ve bu yöntemin geliştirilmiş bir türü olan ve sürekli üretime olanak tanıyan buhar fazı sentezi yöntemleriyle, KNT oluşum sürecine etki eden parametrelerin deneysel olarak incelenmesi ve oluşum mekanizmasının belirlenmesi için bir temel oluşturmaktır. Bu amaçla, KNT üretimi için kimyasal buhar çökeltimi ve buhar fazı sentezi sistemleri kurulmuştur. KNT oluşumuna etki eden en önemli parametreler, sıcaklık ve basınç başta olmak üzere, kimyasal buhar çökeltimi yöntemi için taşıyıcı gaz cinsi ve akış hızı ile karbon kaynağı akış hızı, buhar fazı sentezi yöntemi için ise çözelti bileşimi ve besleme hızı olarak belirlenmiştir. Bu parametrelerin KNT oluşumuna etkisinin belirlenmesi amacıyla, hem klasik deneysel yaklaşımlarla hem de deney tasarım yöntemleriyle kapsamlı çalışmalar yapılmıştır.Elde edilen ürünlerin karakterizasyonu TEM, SEM ve Raman spektroskopisiyle gerçekleştirilmiştir. Bu analizler sonucunda, üretilen KNT'lerin çap dağılım grafikleri oluşturulmuş ve bağıl çoklukları belirlenmiştir. Bulgular doğrultusunda en uygun KNT üretim koşulları belirlenmiştir.

Abstract:
Discovery of fullerenes and carbon nanotubes (CNT) has led the way to the development of nanotechnology and nanomaterial concepts, and today CNTs are regarded as the basal nanomaterials of nanoscience. Although, CNTs have the potential field of application in every discipline, there are obstacles like selective growth and mass production, and difficulties in purification. Even though CNTs are considered as ?unique? according to theoretical calculations, because of problems like mass production and crystal defects, they can not fulfill the expectations in practical applications. In order to meet the requirements, CNTs must be produced in desired quality and quantity and this is highly dependent on the determination of CNT growth mechanism.Purpose of this study is to investigate the parameters affecting CNT growth process by using chemical vapor deposition and vapor phase growth which is a modified technique enabling continuous production, and to provide a basis for the determination of growth mechanism. With this object in mind, chemical vapor deposition and vapor phase growth systems were built. The most important parameters affecting the CNT growth were found to be the type of the carrier gas, its flow rate and carbon precursor flow rate for the chemical vapor deposition method. For the vapor phase growth, composition and feed rate of the catalyst solution were found to be critical. Temperature and pressure were found to have significant effects on both growth rate and diameter of CNTs for both methods. In order to determine the effects of these parameters, both classical approach and experimetal design techniques were applied.Characterization of the products were performed by TEM, SEM and Raman spectroscopy. As a result relative abundance and diameter distribution charts were constructed and optimal conditions for CNT production were identified.