بخشی از مقاله
چکیده
محصولات سنتز کربن به روش قوس الکتریکی، نانو لوله های کربنی، نانو کربن کروی و نانو صفحات کروی را شامل میشود. سنتز کربن از تخلیه قوس الکتریکی بین یک کاتد و یک آند از جنس گرافیت در محیط مایع که این محیط ممکن است از جنس آب خالص، هیدروژن مایع، اتانول، متانول و... انجام میشود. در این سنتز میتوان از کاتالیزور هایی چون ترکیبات کبالت، مولیبدن و نیکل و مولیبدن با غلظت های مختلف استفاده نمود. از نانو لوله های کربنی به دلیل دارا بودن خواصی چون سختی بالا، چگالی کم وا ندازه کوچک و... میتوان در صنایع هوا و فضا، پزشکی، الکترونیک و مواد آ اس ال استفاده نمود. در این مقاله تولید نانوصفحات کربنی مورد برسی قرار داده شده است.
واژگان کلیدی: نانو کربن، کربن صفحه ای، سنتز کربن، تخلیه قوس الکتریکی
مقدمه
در سال 1985 کروتو از دانشگاه ساکس بریتانیا و اسمالی از دانشگاه رایس ایالات متحده در طول آزمایش تبخیر گرافیت با لیزر، فرلین را کشف کردند و نام آن را آلوتروپ سوم کربن نامیدند سپس در سال 1990 کراسجوم از آلمان و هافمن از دانشگاه آریزونا موفق شدند مقدار زیادی فولورن را با استفاده از روش قوس الکتریکی به جای لیزر تولید کنند. بدین ترتیب تحقیقات جدید در رابطه با ماده کربن به نتیجه رسید. کشف نانو لوله های کربن باعث بوجود آمدن تحقیقات بسیاری از این قبیل شد.[Choi et al, 2004]
کربن کروی در سال 1980 کشف شد [Bystrzejewski et al, 2010]. نانو لوله های کربنی را میتوان با قوس الکتریکی، لیزر و یا روش رسوب شیمیایی سنتز شده شامل استفاده از الکترود های مختلف ویا پشتیباتی از کاتالیزور سنتز کردet al, 2009]. [polizu گرافن لایه یک اتم ضخیم از SP2 است. کربن هیبریدیاصولاٌ به دو بعد دسته بندی شده است، شبکه لانه زنبوری و یک ساختمان شبکه ای برای دیگر بعدهای گرافیت .[Nan L et al i, 2010] اگر چه چندین فرم دیگر از کربن SP2 مانند فولورن و نانو لوله های کربنی جدا شده و در دو دهه اخیر مورد مطالعه قرار گرفته استNan L et al i, ] .[2010 نانو لوله های کربن تک دیواره - SWCNTS - بسیاری از کاربردهای بالقوه را دارد که شامل یک رسانای خوب [Shi et al, 2000] سیم کوانتمی [Shi et al, 2000] نانو دستگاه ها [Shi et al, 2000] اثر میدان ترانزیستور [Shi et al, 2000] و...در همه جای دنیا دانشمندان به دنبال راهی برای تولید ارزان مقادیر زیاد نانو لوله های - SWCNTS - هستند .[Shi et al, 2000]
روش تحقیق
محلول آبی کلرید سدیم و لیتیم را داخل محفظه شیشه ای ریخته شد. پایه های مسی که با گیره مهار کننده مهرشده اند از یک طرف به الکترود و از طرفی دیگر به منبع تغذیه وصل شده است. ولتاژهای مورد استفاده به شرح 15، 16، 17 و 18 ولت بوده است. قطر آند 6 میلی متر و طول آن 5 سانتی متر، قطر کاتد 12 میلی متر و طول آن 6 میلی متر بوده است. با نزدیک کردن آند به کاتد، همانند فرآیند جوشکاری، ایجاد قوس پایدار میشد که این موضوع متوط به ثابت ماندن فاصله آند و کاتد، همانند فرآیند جوشکاری بوده است. سپس فرآیند تخلیه قوس الکتریکی، سنتز نانو کربن با ابعاد و مورفولوژی مختلف شروع شده است.
برای اینکه این فرآینده به تولید انبوه و در چرخه صنعت قرار بگیرد نیاز به طراحی دستگاهی اتوماتیک است. اما چگونگی عملکرد و خروجی این دستگاه، در ابتدا لازم بود ولتاژ ثابتی جهت بررسی قوس پایدار انتخاب شود. که پیشنهاد بر ولتاژ 17 و 18 است. با توجه به اختلاف پتانسیل و جریان عبوری که حین تخلیه قوس الکتریکی تغییر می کند برای داشتن قوس پایدار لازم است آمپر سنج دیجیتالی وجود داشته باشدضمناً. باید به سرعتی ثابت در حرکت الکترودها - آند به سمت کاتد - که فقط آند متحرک است، برسیم و آند مصرفی مشخص شود. همان طور که انتظار میرود باید در حین تخلیه قوس الکتریکی با فاصله میان الکترودها به طور دستی توسط ریزسنج که به آند از بالای مخزن استوانه ای وصل است،
تنظیم شود و این تنها قسمت دستی است. آند بطور مداوم مصرف میشود و باید حتما با سرعت یکنواخت این فرایند انجام شود چون با مورفولوژی و اندازه دانه در ارتباط است. این موضوع با ریزسنج قابل کنترل استضمناً. میتوان با کامپیوتر، نرم افزاری طراحی کرد که دستور به یک موتور بدهد تا آند بدون نیاز به اعمال دست به صورت کاملا اتوماتیک سنتز کند. نانو صفحه کربن، پس از تولید دارای مقادیر قابل توجهی ناخالصی از نوع کربنی و غیرکربنی هستند. از ناخالصی های غیرکربنی می توان به ذرات فلزی که به عنوان کاتالیست مورد استفاده قرار گرفتنه اند و از ناخالصی های کربنی نیز می توان به دوده، کربن آمورف و دیگرساختارهای غیر کروی مانند،
نانو کپسول ها، نانوپیازها، نانوشیپورها اشاره کرد. خالص سازی نانو ذرات کربن، جدا کردن این مواد زائد از آنهاست. وجود این ناخالصی ها در نانو ذرات کربن، یکی از عوامل جلوگیری از دسترسی به قابلیت های پیش بینی شده برای این مواد به شمار می رود . روش هایی که برای حذف این ناخالصی ها مورد استفاده فرار می گیرد، به طور کلی به دو دسته خشک و تر تقسیم می گردد. روش خشک شامل حذف ناخالصی ها با اکسیداسیون یا اکسیژن و روش تر شامل استفاده از اسیدهای مختلف برای از بین بردن ناخالصی ها می باشد.
یافته ها
برای نتایج بدست آمده از سنتز ابتدا شرایط محیطی و ولتاژی متغیر داده شده است: ولتاژ های متغیر این روش عبارت است از، 15، 16، 17 و 18 ولت استفاده شده است لازم به ذکر است که آمپر ثابت بوده است. محیط انجام آزمایش در محلول آبی کلرید سدیم و لیتیم است. محصول تولید شده در محلول آبی کلرید سدیم و لیتیم و در ولتاژ 18 و محیط آب دوبار یونیزه شده با ولتاژ18 به صورت شکل1 می باشد. همانطور که در شکل 1 مشاهده میشود نانو کربن صفحه ای که در محلول آبی کلرید سدیم و لیتیم شده است به صورت تصویر 1 سنتز شده است. اما در بعضی از قسمتها به صورت محدود نانو لوله نیز ته نشین شده است. این کربن با خلوص حدود 92 درصد تولید شده است. آنالیز گرفته شده از نمونه در ولتاژ IDFix 18 به شرح جدول 1 گزارش شده است. همانطور که در شکل 4 مشاهده می شود، درصد خلوص 93,17 گزارش شده است. حال نتایج SEM گرفته شده از نمونه بررسی می شود. ، نمونه اشکال 2، 3 و می باشند
