Ultrasonikasyonla Homojen Biçimde Disperse Edilmiş CNT’ler

Bilinmesi Gerekenler

Karbon Nanotüpler Nedir

Karbon nanotüpler (CNT’ler), olağanüstü mekanik, elektriksel, termal ve optik özellikler sergileyen özel bir tek boyutlu karbon malzemeleri sınıfının parçasıdır. Nanokompozitler, takviyeli polimerler vb. gelişmiş nanomalzemelerin geliştirilmesinde ve üretiminde kullanılan başlıca bileşenlerden biridir ve bu nedenle en ileri teknolojilerde kullanılırlar. CNT’ler çok yüksek çekme dayanımı, üstün ısı aktarım özellikleri, düşük bant aralıkları ve optimum kimyasal ve fiziksel kararlılık sergiler; bu da nanotüpleri çok çeşitli malzemeler için umut vadeden bir katkı maddesi haline getirir.
Yapılarına bağlı olarak CNTS, tek duvarlı karbon nanotüpler (SWNT’ler), çift duvarlı karbon nanotüpler (DWCNT’ler) ve çok duvarlı karbon nanotüpler (MWNT’ler) olarak sınıflandırılır.
SWNT’ler, bir atom kalınlığında karbon duvarından oluşan içi boş, uzun silindirik tüplerdir. Karbon atomlarından oluşan tabaka, petek biçimli bir kafes yapısında düzenlenmiştir. Kavramsal olarak sıklıkla sarılmış tek katmanlı grafit veya grafen tabakalarıyla karşılaştırılırlar.
DWCNT’ler, biri diğerinin içine yerleşmiş iki tek duvarlı nanotüpten oluşur.
MWNT’ler, birden fazla tek duvarlı karbon nanotüpün iç içe yerleştiği bir CNT biçimidir. Çapları 3–30 nm arasında değiştiğinden ve birkaç cm uzunluğa kadar büyüyebildiklerinden, en-boy oranları 10 ile on milyon arasında değişebilir. Karbon nanoliflere kıyasla MWNT’ler farklı bir duvar yapısına, daha küçük bir dış çapa ve içi boş bir yapıya sahiptir. Endüstriyel olarak temin edilebilen ve yaygın kullanılan MWNT türlerine örnek olarak Baytubes® C150P, Nanocyl® NC7000, Arkema Graphistrength® C100 ve FutureCarbon CNT-MW verilebilir.
CNT’lerin Sentezi: CNT’ler plazma bazlı sentez yöntemi veya ark deşarjıyla buharlaştırma yöntemi, lazer ablasyon yöntemi, termal sentez prosesi, kimyasal buhar biriktirme (CVD) veya plazma destekli kimyasal buhar biriktirme ile üretilebilir.
CNT’lerin Fonksiyonelleştirilmesi: Karbon nanotüplerin özelliklerini iyileştirmek ve böylece belirli bir uygulamaya daha uygun hale getirmek için CNT’ler sıklıkla, örneğin karboksilik asit (-COOH) veya hidroksil (-OH) grupları eklenerek fonksiyonelleştirilir.

CNT Dispersiyon Katkıları

Süper asitler, iyonik sıvılar ve N-cyclohexyl-2-pyrrolidnone gibi bazı çözücüler, nispeten yüksek konsantrasyonlu CNT dispersiyonlarının hazırlanmasına olanak tanırken, N-metil-2-pirolidon (NMP), dimetilformamid (DMF) ve 1,2-dichrolobenzene gibi nanotüpler için en yaygın kullanılan çözücüler, nanotüpleri yalnızca çok düşük konsantrasyonlarda disperse edebilir (örneğin, tek duvarlı CNT’ler için tipik olarak <0,02 wt%). En yaygın dispersiyon ajanları polivinilpirolidon (PVP), sodyum dodesil benzen sülfonat (SDBS), Triton 100 veya sodyum dodesil sülfonattır (SDS).
Krezoller, CNT’lerin ağırlıkça onlarca yüzdeye kadar ulaşan konsantrasyonlarda işlenmesine olanak tanıyan bir endüstriyel kimyasal grubudur; CNT yüklemesi arttıkça seyreltik dispersiyonlardan koyu kıvamlı pastalara ve kendi başına şeklini koruyan jellere, ardından daha önce görülmemiş oyun hamuru benzeri bir duruma kesintisiz geçiş meydana gelir. Bu durumlar, diğer yaygın çözücülerle elde edilemeyen, polimer benzeri reolojik ve viskoelastik özellikler sergiler; bu da nanotüplerin krezoller içinde gerçekten agregalarından ayrıldığını ve ince biçimde disperse edildiğini düşündürür. Krezoller, CNT’lerin yüzeyini değiştirmeden, işleme sonrasında ısıtma veya yıkama yoluyla uzaklaştırılabilir. [Chiou et al. 2018]

CNT Dispersiyonlarının Uygulamaları

CNT’lerin avantajlarından yararlanmak için polimerler gibi bir sıvı içinde disperse edilmeleri gerekir. Eşit biçimde disperse edilmiş CNT’ler; iletken plastiklerin, sıvı kristal ekranların, organik ışık yayan diyotların, dokunmatik ekranların, esnek ekranların, güneş pillerinin, iletken mürekkeplerin, filmler, köpükler, lifler ve kumaşlar dahil statik elektrik kontrol malzemelerinin, polimer kaplamaların ve yapıştırıcıların, olağanüstü mekanik dayanım ve tokluğa sahip yüksek performanslı polimer kompozitlerin, polimer/CNT kompozit liflerin ve ayrıca hafif ve antistatik malzemelerin üretiminde kullanılır.

Karbonun Biçimleri Nelerdir?
Karbon, aşağıdakiler dahil olmak üzere çeşitli allotroplar halinde bulunur:

• Kristal biçimler: Elmas, grafit, grafen, karbon nanotüpler (CNT’ler), fullerenler (örneğin, C₆₀).
• Amorf biçimler: Odun kömürü, is, karbon siyahı, camsı karbon, elmas benzeri karbon (DLC), tek katmanlı amorf karbon (MAC).
• Hibrit nanoyapılar: Nanoelmaslar, karbon soğanları, karbon aerojeller ve nanokarbon-metal hibritleri gibi kompozitler.

Her biçim, malzeme bilimi, elektronik ve enerji depolama uygulamaları açısından önem taşıyan farklı fizikokimyasal özellikler sergiler.