بخشی از مقاله
چکیده
در این مقاله تولید نانو لوله هاي کربنی به روش تخلیه قوس الکتريکی در محلول NaCl با مولاریته هاي مختلف بررسی شده است و تصاویرSEM از نمونه ها مورد ارزیابی قرار گرفتند. .
واژه کلیدي : نانولوله هاي کربنی ، تخلیه الکتریکی در مایع ، SEM
مقدمه
پس از کشف نانو لوله هاي کربنی [1] - CNTs - ، در سال 1991 توسط سومیو ایجیما ، این مواد به خاطر خواص ویژه اي که دارند - نسبت طول به قطر بسیار بزرگ آنها - جهت بهبود وتوسعهکامپوزیتها، سیستمهاي میکرو الکترو مکا نیکی - MEMS - و نانو الکترو مکا نیکی - NEMS - به کار می روند .همچنین به دلیل دارا بودن خواص منحصر بفرد فیزیکی و مکانیکی ، توجه بسیاري از افرادمخصوصاً دانشمندان به این شاخه از علم جلب گردید . یک نانولوله ممکن است شامل پیچیده شدن یک صفحه گرافنیکه به آن نانولوله هاي کربنی تک دیواره می گویند یا شامل تعدادي از این لوله هاي هم محور که نانولوله چند دیواره معروف است، باشد. به دلیل این که ورقه هاي گرافیتی به روش هاي مختلفی لوله می شوند ، انواع مختلفی از نانولوله ها را داریم که عبارتند از :
زیگزاگ ، صندلی و کایرال . خصلت ویژه کربن که به صورت آرایش نانولوله کربنی در آمده ، خواص استثنایی فوق العاده اي نظیر رسانندگی الکتریکی و گرمایی بسیار بالا ، استحکام و سختی فوق العاده اي را براي آنها پدید آورده است . هیچ عنصر دیگري در جدول تناوبی نمی تواند به صورت شبکه اي با استحکام پیوند کربن – کربن در آید . این مواد در گستره باورنکردنی از کاربردها در علم مواد ، فعل و انفعالات شیمیایی ، مدیریت انرژي ، گسیل میدانی ، پلاستیک هاي تقویت شده یا پلاستیک هاي رسانا،باتري یا ابزارهاي ذخیره سازي انرژي،نانوالکترونیک وکامپوزیت ها را
فراهم آورده اند . روشهاي معمول تولید نانو لوله هاي کربنی عبارتند از: تخلیه قوس الکتر یکی، تبخیر لیزري و رسوب گذاري بخار شیمیا یی . - CVD - روش تخليه قوس الکتریکی در محیط گازي [1,2] در ابتدا براي تولید فولرین بکار می رفت ، و شاید ساده ترین راه تولید نانولوله هاي کربنی است .این تکنیک نیازمند تصفیه و جداسازي نانولوله هاي کربنی از دوده و فلزات کاتالیزوري باقیمانده در محصول خام می باشد .
دومین روش ، روش تبخیر لیزري است که در سال 1996 ، نانولوله هاي کربنی براي اولین بار با استفاده از لیزر پالسی تولید شدند و بهره هایی با خلوص بیش از 70 درصد وزنی بدست آمدند . روش رسوب گذاري بخار شیمیایی هیدروکربن ها روي یک کاتالیزور فلزي ، یک روش کلاسیک است که براي تولید مواد کربنی متنوع نظیر فیبر ها و فیلامان هاي کربنی بکار رفته است . اخیراً از روش تخلیه قوس الکتریکی در محیط مایع [3,4,5] نیز استفاده شده است. در این روش نیا زي به محیط خلاء نیست و بسیار ساده تر و اقتصادي تر نسبت به روش مرسوم تخلیه در محیط گازي می باشد. محلول استفاده شده می تواند آب مقطر - همراه قدري - NaCl، نیتروژن مایع، تولوئن و یا بنزن باشد، مزیت مهم این مایعات توانایی آنها در خنک کنندگی است. اولین بار ایشیگامی - [3] - Ishigami سنتز نانولوله هاي کربنی چند دیواره را به وسیله تخلیه قوس در نیتروژن مایع گزارش کرد . هسین - - Hsin از تولید نانولوله هاي کربنی چند دیواره پر شده با فلز به وسیله در آب دي یونیزه خبر داد . علاوه بر این ذو - - Zhu نیز نانولوله هاي کربنی چند دیواره را در آب دي یونیزه یا محلول آبی NiSO4 و CoSO4 و FeSO4 تولید نمود .لانگ
پوسترها: ماده چگال
- Lange - نانولوله هاي کربنی چند دیواره و پیازهاي کربن را در آب دي یونیزه ایجاد نمود . آنتیساري [4] - Antisari - نیز تخلیه قوس در نیتروژن مایع و آب دي یونیزه را مقایسه نمود. در این تحقیق روش تخلیه قوس الکتریکی در محلول NaCl براي تولید نانو لوله هاي کربنی با جریان مستقیم DC بررسی می شود.
شرح دستگاه
شکل 1 تصویري شماتیک از دستگاه مورد استفاده در این آزمایش را نشان می دهد. در این دستگاه از دو میله گرافیتی به طول 8 cm به عنوان الکترود استفاده می شود .الکترود آند داراي قطري به اندازه6 mm و کاتد داراي قطري به اندازه 10 mmمی باشد . الکترودهاي گرافيتی پس از اتصال به منبع تغذيه DC - ولتاژ 0-77 ولت - در محلول 0/2 NaCl مولار به صورت افقی غوطه ور شده و در فاصله تقریبی 1 mm از هم قرار می گيرند . شکل : 1 تصویري شماتیک از Set up دستگاه مورد استفاده اين آزمايش براي محلولهاي NaCl با مولاريته هاي 0/25 و/3مجدداً0 انجام گرفت و تصاوير SEM آنها مورد بررسی قرار گرفت.
روش تجربی
وجود نمک هاي معدنی نظير NaCl سبب افزایش تبادل حرارتی و هدايت الکتريکی و نهاتاًي تشکيل ساختارهاي منظم کربنی می گردد. در اين تحقيق سنتز نانو لوله هاي کربنی به روش تخليه قوس الکتريکی در محلول NaCl - با خلوص 99/99 درصد - با مولاریته هاي مختلف 0/2 ، 0/25 و 0/3 در 2 لیتر آب مقطر مورد بررسی قرار گرفته اند . با اعمال ولتاژي در حدود 20 V وايجاد قوس الکتريکی در محلول به مدت 70 s ، دوده حاصل پس از رسوب در ته ظرف جمع آوري می شود.سپس در مرحله بعد از Niو Fe به عنوان کاتالیزور استفاده شد . در این مرحله از محلول 0/3 NaCl مولار در 2 لیتر آب مقطر استفادهدادنشده است . با قرار مخلوط پودري از گرافیت : آهن : نیکل درصد وزنی %wt - ، :1 - 0/18 : 0/09 در سوراخی به قطر 2 میلی متر که در مرکز آند تعبیه شده است آزمایش رامجدداً تکرار می کنیم . ولتاژ اعمال شدهحدوداً 20 ولت و جریانحدوداً 35 آمپر و زمان برقراري قوس 75ه ثانیی م باشد .
بررسی نتایج
میکروسکوپ الکترونی روبشی یکی از بهترین ابزار جهت بررسی محصولات تولید شده در فرآیند تولید نانولوله هاي کربنی می باشد . پس از انجام آزمایش ، از نمونه ها توسط میکروسکوپ الکترونی روبشی - SEM مدل - XL-30 تصاویري تهیه و مورد بررسی قرار گرفت. نتایج حاکی از آن بود که در محصولات مورد بررسی، نانولوله هاي کربنی وجود دارد. شکل 2 تصویري میکروسکوپی از صفحات گرافینی چروکیده و در هم پیچیده را نشان می دهد . در شکل - -3 الف و ب - تصویر SEM از نمونه رسوب کرده در محلول 0/3 مولار در ته ظرف را می بینیم. مشاهدات اولیه حاکی از آن است که نانوفیبرهاي کربنی به مقدار زیاد تولید شده اند. قطر متوسط نانوفیبر ها 400 nm و طول آنها بیش از 2/5 μm است .
