عنوان پایان‌نامه
عامل دار کردن نانولوله های کربنی بوسیله پلاسما
- رشته تحصیلی
- مهندسی شیمی - طراحی فرآیندها
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 776.;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 40037
- تاریخ دفاع
- ۲۷ بهمن ۱۳۸۷
- دانشجو
- مسعود وصالی ناصح
- استاد راهنما
- عباسعلی خدادادی, یداله مرتضوی
- چکیده
- نانولولههای کربنی گونه‌‌های جدیدی از فولرین‌‌ها هستند که به علت دارا بودن خواص منحصر به فرد الکتریکی و مکانیکی و همچنین مقاومت حرارتی و شیمیایی بالا، در زمینه‌های مختلف، کاربردهای متعددی پیدا کرده‌اند. از جمله این کاربرد‌ها می‌توان به ساخت ادوات نانو‌الکترونیکی از قبیل حسگرهای شیمیایی، ساخت نانو‌کامپوزیت‌‌های پلیمری و... اشاره کرد. در این تحقیق نانولولههای کربنی تک دیواره با تجزیه کاتالیستی متان بر روی بستر ثابت کاتالیست Fe/MgO در دمای oC950 سنتز شده‌اند. نانولولههای کربنی چند دیواره نیز با استفاده از منبع کربنی زایلن و کاتالیست فروسین به روش کاتالیست شناور در دمای oC850 تولید شده‌اند. جهت حذف کربن آمورف و کاتالیست‌های فلزی از روش‌های اکسایش حرارتی و اسیدشویی با اسید HCl استفاده گردید. جهت از بین بردن گروه‌های عاملی تشکیل شده در حین فرایند‌های خالص‌سازی، نانولولهها تحت عملیات حرارتی قرار گرفتند. به منظور عامل‌دار کردن نانولولههای کربنی به روش شیمیایی، اسید نیتریک مورد استفاده واقع شد. برای عامل‌دار کردن نانولولهها توسط پلاسمای هوا، از تخلیه الکتریکی با مانع (DBD ) در محدوده‌ی توانی Watt57-2 استفاده شد. تاثیر پارامتر‌های پلاسما از قبیل ولتاژ، فرکانس و زمان بر مقدار گروه‌های عاملی تشکیل شده مورد بررسی قرار گرفت. افزایش توان تولیدی پلاسما، منجر به افزایش مقدار گروه‌های عاملی می‌شود. با افزایش پیوسته زمان اگرچه انرژی تولید شده نیز به طور پیوسته افزایش می‌یابد ولی مقدار گروه‌های عاملی ابتدا افزایش و سپس کاهش می‌یابد. با انتخاب مناسب توان و زمان می‌توان به بیشینه مقدار گروه‌های عاملی دست پیدا کرد. به منظور بررسی نانولولههای خام و عامل‌دار شده و تعیین کیفی و کمی گروه‌های عاملی و همچنین مقایسه‌ی روش‌های شیمیایی و پلاسما از آنالیز‌های SEM، FTIR، XPS، TPD و BET استفاده شده است.
- Abstract
- Carbon nanotubes (CNTs) are an interesting molecular form of carbon in the fullerene family. Exceptional electrical and mechanical properties of CNTs along with their thermal stability and resistance to acidic/basic media, have attracted significant attention. These nano-materials are favorable for many areas of science and technology such as nanoelectronic technology and superstrong composite materials, particularly, as an active component in semiconductor gas sensors and as reinforcing or conducting nanofiller materials in polymer composites. In the present study, single wall carbon nanotubes (SWNTs) were prepared by chemical vapor deposition of CH4 in a fixed bed reactor of Fe/MgO catalyst at 950oC. Multiwall carbon nanotubes (MWNTs) have been synthesized by chemical vapor deposition of xylene in a floating catalyst using ferrocene at 850oC. MWNTs have been functionalized by dielectric barrier discharge (DBD) plasma in air and compared to that functionalized chemicaly in nitric acid. Oxygen radicals produced during the plasma treatment, react on the surface of nanotubes resulting in creation of acidic groups and increase the dispersion of CNTs in water. The discharge power of DBD plasma was in the 2-57 W range. SEM images showed that chemical treated nanotubes have been cut, whereas plasma treated ones remained almost intact. FTIR and XPS analysis revealed formation of C-O and C=O on the surface of nanotubes. Quantitative analysis of gases evolved during TPD was carried out, using FTIR gas cell and gas chromatography. The effect of purification on the specific surface area of SWNTs is investigated using BET technique. The influence of different plasma parameters, including voltage, frequency and exposure period on amount of the functional groups, was investigated by TPD analysis. It was shown that the extent of functionalization increases by increasing discharge power, provided that the exposure period of the CNTs in the plasma atmosphere does not exceed 5 minutes. The specific surface area of purified CNTs is increased.
