بخشی از مقاله
چکیده :
در این آزمایش شیوه هاي مختلف عامل دار کردن نانولوله هاي کربنی تهیه شده به روش CVD بررسی گردید و با استفاده از آنالیزهاي TEM،TGA و همچنین استراحت نانولوله هاي عاملدار شده براي مدت 24 ساعت و 20 روز به این نتیجه رسیدیم که نانولوله هاي کربنی عاملدار شده CNTsnc داراي بهترین وضعیت عامل دار شدن می باشند.
مقدمه:
دستکاري براي استفاده هاي گوناگون تکنولوژیکی از نانولوله هاي کربن به خاطر ساختار و خصوصیات منحصر به فردشان، علاقه بسیار زیاد میان رشته ایی را به خود جذب کرده است.
حل کردن و عامل دار کردن نانولوله کربن و موارد مرتبط به سنتز و خالص سازي ازین دست موارد جذاب امروزه براي دانشمندان می باشد.
SWNT ها نوعا به شکل طناب یا رشته هایی باقطر10-20 نانومتروجود دارند که پیوندهاي قوي واندروالسی سبب پشته سازيآنها شده و سبب پیچ خوردنِ رشته ها میشوند، براي استفاده ي بهینه از نانو تیوپها باید آنها را اصلاح شیمیایی نمود که بخشی نوظهور در علم مواد است.
شکل-1 تصاویر TEM براي نانولوله ها قبل از خالصسازي - تصاویر a و - b و بعد از خالصسازي - تصاویر c و - d
همانطور که گفته شد نانولوله هاي کربنی داراي پایداري بسیاري می باشند. فقط چند اسید می توانند اتصال بین اتمهاي کربن را بشکنند. همچنین در هم تنیده شدن یکی دیگر از خصوصیات CNT ها می باشد که بدلیل نانو اندازه بودنشان پدید می آید.
یکی از روشهاي افزایش واکنش پذیري CNT ها پروسه اي به نام عاملدار کردن آنها می باشد؛ در این روش گروههاي عاملی را طی آن به دیواره ي CNT ها می چسبانند. تحت این شرایط، انتهاي راس CNT گشوده میگردد و عاملیت اسیدي مناسب براي نشستن در این مکان هاي معیوب و جداره ها به کار برده میشود.
در مقاله ي [1] که به بررسی کلی انواع عاملدار کردن میپردازد، چنین بیان می کند که عاملدار کردن CNT ها عموما بوسیله ي اسید سولفوریک و اسید نیتریک با نسبت 3 1 : انجام می پذیرد 3]،[2 بر طبق تحقیق ها این روش گروههاي کربوکسیلیک - COOH - را روي سطح نانو تیوپها وارد می کند، بعضی محققان با استیرر کردن و افزایش دما سعی در سرعت بخشیدن در اکسید سازي داشته اند [4] دو روش دیگر براي عاملدار کردن استفاده از اسید کلریدریک واسید نیتریک است Wang et.al. بوسیله ي غوطه ورسازي نانو لوله ها در اسید نیتریک و التراسونیک در 90درجه سانتیگراد براي 4 ساعت وسپس استیرر کردن آنها تا رسیدن به دماي محیط، عمل عاملدار کردن را انجام داده است.
مشخص شده است که الترا سونیک با اسید نیتریک دو انتهاي SWNT ها را باز نموده و گروههاي کربوکسیلیک را درآن نقاط می نشاند. بطور کلی این روش براي برطرف نمودن کاتالیزرهاي فلزي می باشد. در ابتدا باید سطح فلز در معرض اکسایش با امواج مافوق صوت قرار گیرد. سپس کاتالیزور فلزي با اسید تماس پیدا کرده و حل می شود. نانو تیوپهاي تک دیواره به شکل معلق باقی خواهند ماند. زمانی که از HNO3 استفاده کنیم، اسید تنها برروي کاتالیزر فلزي تاثیر گذاشته وتاثیري روي نانو تیوپها و دیگر ذرات کربن نخواهد داشت. اما اگر از HCl استفاده شود، اسید تاثیر اندکی بر روي نانولوله ها و دیگر ذرات کربن نیزخواهد داشت - استفاده از اسید رقیق شده ي - 4M HCl - اصولا داراي تاثیر مشابه HNO3 است، با این تفاوت که در اینجا باید فلز بطور کامل در معرض اسید قرار گیرد تا در آن حل شود.
در مقابل اگر از H2SO4 استفاده گردد، التراسونیک کردن SWNTs در مخلوط H2SO4 – HNO3 حضور گروههاي اسید کربوکسیلیک را روي نانو تیوپها را افزایش می دهد؛ اما اینبار فقط روي مناطق باز انتهایی نیست، بلکه بر روي دیواره هاي نانو تیوپها نیز نواقصی بوجود آمد که این گروه در آنجاها نیز قرار می گیرند. نکته ي قابل توجه دیگر در این روش افزایش قابل ملاحظه ي نسبت قطربزرگ نانو تیوپها بعد از 96 ساعت خالص سازي با اسید است که از %3 به %20 افزایش می یابد. با انجام مرحله اسید شوئی، نانولوله هاي کربنی بوسیله گروههاي عاملی مناسبی - مانند - -COOH عاملدار میشوند که براي چسباندن نانوذرات فلزي بر روي سطح نانولوله مطلوب میباشد. اکثر گروههاي عاملی ایجاد شده توسط اسید قوي از گروه کربوکسلیک - - - COOH میباشد
مواد و روشها:
در روش اول - - CNTsnc نانو تیوپها وارد ترکیب - H2SO4/HNO3 - 3:1 در دماي اتاق می شوند.سپس دو ساعت در حمام التراسونیک قرار میگیرند وسپس به مدت 15 ساعت استراحت - upheld - می کنند. سپس اسید کلریدریک به محلول اضافه می گردد و بوسیله ي هیدروکسید آمونیوم خنثی شده و در انتها با یک غشاي سلولزي فیلتر میگردند. سپس با آب دیونیزه فیلتر میگردند تا به PHِ 5.5 برسند.
در روش دوم - CNTsn - همان پروسه طی می شود و تنها افزودن اسید کلریدریک حذف می گردد. در روش بعدي - - CNTs تنها HNO3 به نانو لوله ها افزوده می شود.
بررسی و نتایج:
بطور کلی اثبات اینکه پیوندهاي کووالانسی در سطوح بدنه ي تیوپهاي کربن تشکیل میشوند، کار دشواري است. یکی از راههاي آن آنالیز وزنی گرمایی - حرارتی - - - TGA است که اطلاعاتی در باره ي خلوص و همچنین CNهاي عاملدار می دهد زیرا اتصالات کووالانسی در اثر حرارت از بین میروند. همانطور که در شکل2 نشان داده شده است، CNTهاي عاملدار زودتر از CNTهاي اکسید نشده شروع به تجزیه می نمایند که آنرا می توان به حضور گروههاي عاملی مرتبط دانست.
شکل -2 آنالیز وزنی گرمایی از نانولوله هاي غیر عاملدار و عاملدار در شرایط مختلف [1]
از دست رفتن وزن در 230 درجه سانتیگراد باید بدلیل تجزیه ي گروههاي کربوکسیلیک باشد. در مقایسه با انواع نانولوله هاي عاملدار شده، CNTn دیرتر از حالتهاي دیگر شروع به تجزیه می نماید که میتوان آنرا بدلیل بازده پایین روش عاملدار کردنش دانست.
