Ultrasonik sprey piroliz ve hidrojen redüksiyonu yöntemi ile (USP ? HR) nano yapılı gümüş ? bakır alaşım partiküllerinin üretimi
Production nanostructured silver - copper (Ag?Cu) alloy particles via ultrasonic spray pyrolysis and hydrogen reduction(USP-HR)
Yazar: MÜNEVVER KÖROĞLU
Danışman: PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Metalurjisi ve Teknolojileri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Nanoteknoloji, yaklaşık 1-100 nm boyutundaki partiküllerin yapıların, cihazların ve malzemelerin üretimini ve karakterizasyonunu içerir. Partikül boyutu bu değerlerler arasında elde edilen malzemenin sergilediği fiziksel ve kimyasal özellikler aynı maddeden oluşan makro boyutlu malzemelerin özelliklerinden büyük ölçüde farklıdır. Atomik boyutta malzemelerin tasarımı ve üretimine olanak sağlayan nanoteknoloji, topluma önemli faydalar sağlama potansiyeline sahiptir. Geleceğin teknolojisi olarak görülen, interdisipliner çalışmayı ön plana çıkaran ve günlük hayatımıza girmiş olan ?Nanoteknoloji? alanında nano boyutlu metal partiküllerinin kullanımı ile geliştirilen ileri teknoloji malzemelerinin kullanımı son yıllarda giderek artmaktadır. 100 nanometreden daha küçük boyuta sahip partiküller genel olarak nanopartiküller olarak adlandırılırlar. Nano boyutlu metal partikülleri, ileri teknoloji malzemelerinin vazgeçilmez hammaddeleri olup, uygulama alanları çok değişik sektörlere yayılmış durumdadır. Bilişim ve haberleşme, uzay-havacılık, otomotiv, elektrik-elektronik, kimya, çevre, enerji, biyoloji, gen mühendisliği ve savunma sanayii en önemli uygulama alanlarıdır.Farklı boyut ve şekillerde nano-partiküllerin üretilmesi amacıyla yukarıdan aşağıya ?Top Down? ve aşağıdan yukarıya ?Buttom Up? yaklaşımları geliştirilmiştir. Yukarıdan aşağı yöntemlerinde hacimsel malzemelerin fiziksel veya mekanik teknikler kullanılarak nano yapıya indirgemesi esas alınır. Aşağıdan yukarı yöntemleri ise kimyasal prosesler sonucunda atomal ve moleküler boyuttan başlamaktadır.Aşağıdan yukarı yaklaşımında değerlendirilen USP tekniği, çok geniş aralıkta değişen kimyasal bileşime, boyuta ve morfolojiye sahip küresel partiküllerin üretilmesine imkan veren çok yönlü bir yöntemdir. USP yöntemi; başlangıç çözeltisinin hazırlanması ve çözeltinin atomize edilmesiyle başlar. Elde edilen aerosolun taşıyıcı gaz ile fırına taşınıp, fırına girişte aerosol damlacıkların kuruması ve damlacıkların büzülüp parçalanarak nano partiküller eldesiyle son bulur.Nanoteknoloji, günümüzde elektronik sektörü başta olmak üzere optik, haberleşme ve biyolojik sistemlerden yeni malzemelere son derece geniş potansiyel uygulamaları ortaya çıkarmaktadır. Bu uygulamaları şu şekilde sıralayabiliriz; ilaçlar, bilgi depolama araçları, gelişmiş seramik ve yalıtkanlar, su arıtma, katalizör, sensörler, gelişmiş polimerler, kendi kendini temizleyen boyalar ve antimikrobiyal uygulamalar. Son yıllarda özellikle günlük hayatımız ve toplu yaşama alanlarında antibakteriyel uygulamalar konusu üzerine bir çok araştırma ve inceleme yapılmaktadır. İnsan sağlığını olumsuz etkileyen bu organizmalara (Bakteri ve fungiler) karşı özellikle gümüş ve bakır metal iyonlarının etkisi tartışmasız odak noktası olmuştur. Gümüş ve bakır, özellikle bakteri ve fungilerin büyümesini engellemede, onları öldürmede oldukça etkili olduğu bilinen antibakteriyel özelliğe sahip metallerin başında gelmektedirler. Çok eski yıllardan beri gemilerin alt kısmındaki yosunların oluşumunu engellemek için kullanıldığı bilinen bakır, günümüzde özellikle medikal ve tekstil sektöründe mikrobiyal gelişimi önlemek için kullanılmaktadır. Gümüş ise yine benzer özelliklerinden dolayı, tekstil, sonda, metal ve polimer gibi yüzey kaplama alanlarında antibakteriyel ajan olarak sıklıkla kullanılır.Bu çalışmada, gümüş ? bakır alaşım nanopartikülleri, ultrasonik sprey piroliz tekniği ile 800 °C sıcaklıkta, farklı konsantrasyonlardaki (0,05-0,4 M) gümüş nitrat ve bakır nitrat başlangıç çözeltileri kullanılarak üretilmiştir. Taşıyıcı gaz olarak azot, redükleyici gaz olarak ise hidrojen gazı kullanılmıştır. Deneysel çalışmalar sonucunda, gümüş nitrat ve bakır nitrat başlangıç çözeltilerinden nano yapılı gümüş?bakır alaşım partikülleri USP-HR yöntemi ile üretilmiştir. Deneysel çalışmaların sonucunda başlangıç çözeltisinin konsantrasyonun azalmasıyla, Ag-Cu alaşım nano partikül boyutunun azaldığı da belirlenmiştir.

Abstract:
Nanotechnology involves the characterization, fabrication and/ or manipulation of structures, devices or materials that have at least one dimension that is approximately 1?100 nm in length. When particle size is reduced below this threshold, the resulting material exhibits physical and chemical properties that are significantly different from the properties of macroscale materials composed of the same substance. Nanotechnology, the design and manipulation of materials at the atomic scale, has the potential to deliver considerable benefits to society. Nanotechnology, assumed as the future technology, entered our daily lives and it puts forward the interdisciplinary study. The use of advanced technology materials which are developed by the use of nano size metal particles in the field of nanotechnology is increasing in recent years. The particles which have sizes less than 100 nanometers are generally called as nanoparticles. Nano-size metal particles are indispensable raw materials of advanced technology and their applications are dispersed in different sectors. Informatics and communication, aerospace-aeronautic, automotive, electric-electronic, chemistry, environment, energy, bisology, gene engineering and defense industry are the most important application areas of nano metal particles.Several synthesis methodologies, both ?top-down? and ?bottom-up? approaches, have been developed to obtain a broad variety of nano-materials in different sizes and shapes. Top-down methods are theoritacally based on sizing materials down starting from bulk (macro-scale) to nano-scale by energy?requiring physical, chemical and mechanical processes. Bottom-up methods are, however, building materials up from atoms or molecules under physical and chemical conditions.Bottom-up approach is known to be included the USP technique is a versatile and inexpensive method that allows the production of spherical particles having very wide ranges of chemical composition, size and morphology. In the USP-process, a metal-containing solution is prepared and then this solution is atomized forming an aerosol. This aerosol is transported by a reduction gas into a hot reactor, where the aerosol droplets undergo drying, droplet shrinkage and it ends with formation of nanoparticles.Nanotechnology reveals an extremely wide potential applications from electronics, optical communications and biological systems to new materials. These applications are listed as; drugs, information storage devices, advanced ceramics and insulators, water purifier, catalysts, sensors, advanced polymers, self-cleaning paints and antimicrobial materials.In these days, there are lots of research and investigation in order to ensure protective ambience against especially in virtually every area of daily life existing bacteria and fungi. Particularly the effect of silver and copper metal ions has been the undisputed focal point against these organisms having negatively effect on human health. Silver and copper ions are well known antibacterial metals capable to inhibit the growth of bacteria and fungi and also kill them. Copper,which has been known to be used to inhibit growth of algaes on the bottom of ships since the very earlist times, is currently used especially medical and textile industry to prevent microbial growth. Thanks to similar behavior, silver is widely used as antibacterial agent in many applications such as antibacterial coatings of textiles, catheders, metal and polymer surfaces.In this work, silver ? copper alloy nanoparticles were produced by ultrasonic spray pyrolysis of a liquid solution of silver nitrate and copper nitrate with different concentrations (between 0,05-0,4 M) at 800 °C. Hydrogen were used as reduction gas while nitrogen were being used as carrier gas. Experimental results showed that, both hydrogen and nitrogen gases are suitable as carrier/reduction gas for production of silver nanoparticles from silver nitrate and copper nitrate solution and the results are extremely successful. It was observed that particle size is reduced by reduction of concentration.