Piller ve su arıtma cihazlarından otomobil parçalarına ve spor malzemelerine kadar her şey karbon nanotüpler sayesinde bir devrim geçirebilir.
Dikey olarak hizalanmış tek duvarlı karbon nanotüp üretimi, Enerji Bakanlığı’nın (SWCNT) bir tesisi olan Lawrence Livermore Ulusal Laboratuvarı’nda (LLNL) genişliyor. Bu olağanüstü malzeme, su filtreleri, spor ekipmanları ve hatta şarj edilebilir piller dahil olmak üzere çeşitli ticari ürünleri değiştirme potansiyeline sahiptir. Çalışma yakın zamanda Carbon dergisinde yayınlandı.
Günümüzde, yığın kompozit malzemeler ve ince filmlerde kullanılan en yaygın üretilen karbon nanotüpler (CNT’ler) yapılandırılmamış CNT yapılarıdır. Bununla birlikte, dikey olarak hizalanmış ormanlar gibi sıralı CNT yapıları, makroskopik sistemlerde bireysel CNT’lerin özelliklerinin kullanılmasını gerektiren birçok uygulama için önemli avantajlar sunar.
LLNL bilim adamı ve baş yazarı Francesco Fornasiero’ya göre, “dikey olarak hizalanmış karbon nanotüplerin büyük ölçekte sağlam sentezi, çok sayıda son teknolojinin gelişen ticari uygulamalara yayılmasını hızlandırmak için gereklidir.” Bu talebi karşılamak için, tek duvarlı CNT’lerin yapısal özelliklerinin, gaz halinde karbon öncülünün toplu difüzyonunun baskın olduğu bir büyüme rejimi altında gofret boyutunda oluşturulduğunda çok çeşitli işlem koşulları altında etkileyici bir şekilde kararlı olduğunu gösterdik.
Araştırma ekibi, öncül konsantrasyonunda (başlangıçtaki karbon) 30 kata kadar artış, katalitik substrat alanı 1 cm²’den 180 cm²’ye, büyüme basıncı 20’den 790 Mbar’a ve gaz akış hızlarında 8 kata kadar artışlarla bile, dikey olarak yönlendirilmiş SWCNT’ler çok mükemmel kaliteyi korudu.
LLNL’deki bilim adamları, öncü difüzyonu kolaylaştırmak için daha hafif bir banyo gazı kullanmanın büyüme kinetiğini nasıl hızlandırabileceğini gösteren bir kinetik modeli geliştirdiler. Ek olarak, hidrojen içermeyen bir yetiştirme ortamının kullanılması, artan büyüme basıncında giderek daha önemli hale gelen yan ürün oluşumunu önemli ölçüde azaltabilir. Model ayrıca, CNT büyüme reçetesinin ve akışkan dinamiği koşullarının doğru seçimiyle, %90’ın üzerinde bir karbon dönüşüm verimliliği ile üretim veriminin altı kat artırılabileceğini öne sürüyor.
LLNL bilim adamı ve ilk yazar Sei’ye göre, “Bu model projeksiyonları, CNT ormanlarının geniş bir sentez koşulları yelpazesinde dikkat çekici şekilde korunmuş yapısıyla birlikte, toplu difüzyonla sınırlı bir büyüme rejiminin dikey olarak hizalanmış performansın korunmasına yardımcı olabileceğini düşündürmektedir. Ölçek büyütme sırasında CNT tabanlı cihazlar.”
Ekip, basit bir CNT büyüme kinetiği modeliyle nicel olarak karakterize edilen bir büyüme rejiminde çalışarak süreçleri optimize etmenin ve son teknoloji dikey olarak hizalanmış CNT uygulamalarının dağıtımını hızlandırmanın mümkün olduğu sonucuna vardı.
Lityum iyon piller, süper kapasitörler, su arıtma, termal arayüzler, nefes alabilen kumaşlar ve sensörler birkaç uygulama örneğidir.
Kaynak: scitechdaily
