Mekanik Özellikler
Karbon nanotüpler, çekme mukavemeti ve Young modülü gibi mekanik özelliklerde ağırlıklı olarak baskındır. Son birkaç yılda yapılan birkaç çalışma, KNT’lerin mekanik özelliklerini hem teorik hem de deneysel olarak açıkladı. CNT’lerin gerilme mukavemeti, komşu mevcut karbon atomları arasındaki kovalent sp2 bağından kaynaklanmaktadır.
Kafesteki C–C bağları nedeniyle, CNT’lerin eksenel yönde yüksek Young modülüne ulaşması beklenir. Ayrıca, SWCNT’ler grafit levhalardan oluşturulduğunda, eksenleri boyunca tek tek karbon atomları arasındaki σ bağı artar.
Bu bağlanma, CNT’leri en yüksek gerilme mukavemeti ve Young modülü ile daha güçlü ve daha sert hale getirir. Young modülü genellikle malzeme sertliği ile ilgilidir ve sonuçta ortaya çıkan gerinim ile malzemeye uygulanan stres olarak tanımlanır. Nanoelektromekanik sistemler (NEMS) rezonatörleri biyomühendislik ve elektrokimyasal aktüatörler vb. gibi pratik uygulamalar için, malzeme kullanılmadan önce Young modülünün bilinmesi gerekir.
Young’ın SWCNT’ler için modülü, çapı nedeniyle 1 ila 1.8 TPa arasında çok yüksek olduğunu bildirdi 1-2 nm arasındadır, bu da onları taramalı elektron mikroskobunun prob uçları için uygun bir malzeme yapar. SWCNT’lerin modülü esas olarak çapa ve kiraliteye bağlıdır.
Ancak, MWCNT’ler söz konusu olduğunda, yan duvarlardaki bozukluğa bağlıdır. Ayrıca, Young’ın MWCNT modülü, SWCNT’lerden 1.2 TPa daha yüksektir ve bu, tüplerin çaplarındaki farktan ve ayrıca tüpler arasında etki eden van der Waals kuvvetlerinden kaynaklanmaktadır. CNT’lerin küçük yapısal kusurları nedeniyle, esneklik işlevleri muazzamdır ve şiddetli bükülmelere ve bükülmelere maruz kaldığında orijinal şekline geri döner.
CNT’nin Elektriksel Özellikleri
CNT’ler mükemmel elektriksel özellikler sergiler ve bugüne kadar çoğu araştırmacı için ilgi çekici bir materyal olarak kalır. CNT’lerdeki yapısal kusurlar, onu mevcut malzemelerden elektriksel olarak daha iletken hale getirir. CNT’ler, 10–6 -m’lik düşük elektrik direncine sahiptir. Bununla birlikte, yapı, kiralite, çap ve diğer fonksiyonel değişikliklerdeki değişiklikler, CNT’lerin elektriksel özelliklerini önemli ölçüde değiştirebilir. Birkaç durumda, CNT’lerin kiral biçimleri de farklı elektriksel özellikler sergiler.
CNT’lerin elektronik yapısı, farklı malzemeler CNT’nin yüzeyine bağlandığında değişir, bu da elektriksel iletkenlik değişimine neden olur. Daha da ilginci, farklı malzemelerin eklenmesi kovalent, kovalent olmayan, elektrostatik, hidrojen gibi farklı etkileşimler ve son olarak elektriksel özellikleri etkileyen etkileşimler yoluyla CNT yüzeyinde farklı fonksiyonel grupları işgal eder ve bunlara bağlanır. Öte yandan, kiralite ve çapa göre SWCNT’ler ve MWCNT’ler metalik veya yarı iletken olarak sınıflandırılabilir.
CNT’nin Termal Özellikleri
Grafit ve elmas, düşük ısı kapasitesi ve yüksek ısıl iletkenlik gösterdiğinden, CNT’lerin haddelenmiş grafit yapısının foton bant yapısı nedeniyle aynı termal özellikleri göstermesi beklenir.
Mükemmel elektriksel ve mekanik özelliklere ek olarak, CNT’ler ayrıca olağanüstü termal özellikler de gösterir. Ayrıca, SWCNT’lerdeki borular arası bağlantı ve MWCNT’lerdeki kabuklar arası bağlantı, üç boyutlu grafite benzer düşük özgül ısıyı gösterir.
Pop ve ark. CNT çapının ve sıcaklığının bir fonksiyonu olarak bir termal iletkenlik modeli geliştirdi ve oda sıcaklığında 1,7 çap ve 2,6 mm uzunluğunda SWCNT’lerin termal iletkenliğinin yaklaşık 3500 Wm-1 K-1 olduğunu buldu.
SWCNT’lerin termal özellikleri, yüksek önyargılı (I-V) elektriksel özelliklerden üretilen 300-800 K sıcaklık aralığında Joule’nin kendi kendini ısıtmasıyla elde edildi. Oda sıcaklığında ölçülen MWCNT’lerin termal iletkenliği, toplu MWCNT’lerden iki kat daha yüksek büyüklük olan 3000 Wm-1 K-1’in üzerindedir.
Foton-aktif modlar, fotonlar için serbest yolun uzunluğu ve sınır yüzey saçılması gibi diğer birkaç parametre de CNT’lerin termal özelliklerini etkiler. Ayrıca borunun çapı, uzunluğu, morfolojisi, yapısal kusurları, atomik düzenlemeler ve safsızlıkların varlığı da CNT’lerin özelliklerini etkiler. Fiziksel, elektriksel, termal, elastik ve optik özelliklerden bazıları özetlenmiştir.
Nanomalzemelerin kullanım Alanları
Nanomalzemelerin özellikleri
Nanomalzemelerin sınıflandırılması
Nanomalzemeler PDF
Nano malzeme örnekleri
Nano malzeme Nedir
Nanomalzeme üretim yöntemleri
Manyetik nano malzemeler
CNT Tabanlı Kompozitler
Kompozitler, elektriksel, mekanik veya spesifik özellikleri geliştirmek için iki veya daha fazla malzemenin birleştirilmesiyle oluşturulur. Kompozitler söz konusu olduğunda, bir malzeme dolgu görevi görür (nanoparçacık, nanoteller, nanotüpler, vb.), diğeri ise destekleyici malzeme veya matris (polimer, seramik) gibi davranır.
Genellikle, farklı malzemelerin rastgele karıştırılması benzersiz özelliklerle sonuçlanır ve bazı durumlarda tek tip olmayan özellikler gözlenir. Hibrit nanopartiküller, geleneksel olarak farklı malzemelerin/partiküllerin karbon malzeme üzerinde birleştirilmesiyle oluşturulur. Bu durumda, biri aktif ajan olarak hareket eder ve diğeri inaktif olarak davranır.
Metaller, metal oksitler, polimerler, seramikler, nanoteller ve peptitler/proteinler gibi farklı malzeme türleri, çeşitli uygulamalar için karbon malzemelerle etkileşimler oluşturdu. Bu etkileşimler iki türdür: (1) Güçlü kovalent etkileşimler ve (2) Elektrostatik etkileşimler, hidrojen, etkileşimler.
Yüksek yüzey alanı, yüksek iletkenlik, mükemmel kimyasal ve elektrokimyasal kararlılık ve çok iyi mekanik dayanım nedeniyle, CNT’ler çok çeşitli uygulamalar için kullanılan yeni bir malzeme sınıfı olarak ortaya çıkmıştır. Bununla birlikte, CNT’ler, MWCNT’ler ve SWCNT’ler gibi bu malzemelerin hidrofobik doğası, silikon yağı vb. gibi polar olmayan sıvılara kıyasla su gibi polar sıvılarda çözünmeyi zorlaştırır.
Metaller (Ag, Au, Pt, Pd, Ru ve bunların alaşımları), metal oksitler polimerler, seramikler gibi farklı malzemeler, CNT’lere kovalent veya kovalent olmayan etkileşimlerle bağlanır. Bu kompozitler, tekli nanopartiküller/nanomalzemelere kıyasla farklı özelliklerde muazzam gelişme göstermektedir.
CNT Bazlı Metal Nanoparçacık (CNT/MNP’ler) Kompozitler
Her iki malzemenin özelliklerini birleştiren ve MNP’ler/CNT’ler arasındaki etkileşim nedeniyle benzersiz özellikler sergileyen metal nanoparçacıklar ve CNT’ler (MNP’ler/CNT’ler) hibritleri gibi yeni tür malzemelerin etkileşimidir.
İlk olarak 1994 yılında heterojen kataliz için hibrit MNP’lerin/CNT’lerin sentezini ve uygulamasını bildirdi. Bu melez/kompozit keşfinden yararlanan birkaç araştırmacı, farklı uygulamalarda farklı melezleri keşfetmeye başladı.
İlginç bir şekilde, metal veya yarı iletken NP’lerin CNT’li kompozitleri iki farklı yolla elde edilir. İlk yaklaşım çıplak NP’leri kullanmaktır, yani öncüllerin yardımıyla NP’ler CNT’lerin yüzeyinde biriktirilir veya büyütülür. NP’lerin daha önce oluşturulduğu ve daha sonra kovalent veya kovalent olmayan etkileşimler yoluyla oksijen fonksiyonel grupları aracılığıyla CNT’lere bağlandığı ikinci yaklaşımdır.
Genel olarak, ilk senaryo durumunda, CNT’ler metal tuzları ile reaksiyona girmez, ancak iletken bir tel ve NP’lerin birikmesi için destekler gibi davranır. Çoğunlukla, bu MNP’ler, van der Waals etkileşimleri yoluyla CNT yüzeyindeki çekirdeklenme süreci yoluyla büyür ve birkaç durumda, MNP’lerin yapışması bundan daha da güçlüdür.
Bu işlem, ısı, ışık ve indirgeyici maddeler uygulanarak metal katyon indirgemesi gerçekleştirilerek gerçekleştirilir. Araştırmacılar Au, Ag, Pt, Pd, Rh, Ru ve Ni gibi bazı metalleri araştırdı ve kapsamlı bir şekilde inceledi. Xue kullanılan Pt, Ag, Au, Pd gibi farklı metal türleri ve Cu NP’ler, hidrojen akımı altında metal tuzlarının termal ayrışmasıyla MWCNT’ler üzerinde büyütüldü. Ek olarak, CNT’ler yalnızca destekleyici bir malzeme olarak değil, aynı zamanda metal nanoparçacık boyutunun belirlenmesinde bir şablon görevi görür.