Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 1 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ KARBON NANOTÜPLER.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 1 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ KARBON NANOTÜPLER."— Sunum transkripti:

1

2 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 1 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ KARBON NANOTÜPLER

3 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 2 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ NANOTÜPLER - Çelikten 10 kat daha güçlü ve 6 kat daha hafif yapılar Nanotüpler, kristal grafitlerden oluşan hegzagonal örgüdeki karbon atomlarının oluşturduğu silindirik yapılardır.

4 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 3 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ  İNSAN SAÇINDAN KEZ DAHA İNCE  TEK KATLI VEYA ÇOK KATLI KARBON ATOMLARINDAN OLUŞAN TABAKA İLE ELEKTRONİK AYGITLAR  MEKANİK OLARAK ÇOK SAĞLAM, KOVALENT BAĞ İLE BAĞLI YAPILAR  FARKLI YARIÇAPLARDA, ÇOK KATLI OLABİLEN, ÇOK KARARLI YAPILAR.  İLETKEN VE ELEKTRİK ALANINA DUYARLI

5 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 4 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Karbon nanotüpler: Önemli elektronik ve mekanik özellikler C-nanotüpler nanometrik boyutlardaki elektronik devrelerde Kompozitlerde takviye malzemesi İlk C NT ler : Moskovada Kimyasal Fizik Enstitüsünde CNT ler ve C-NT demetleri keşfedildi Fullerenler keşfedilince araştırmalar yoğunlaştı 1991 yılında, Tsukuba Labaratuarında Sumi Iijima, TEM ile C- NT ler gözlemledi. İlk tek katmanlı C-NT (SCNT) 1994 de Japonya’ da üretildi IBM ancak 1996’da C-NT leri üretebildi.

6 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 5 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Hekzagonal sistemde bazal düzlemlerde C- C bağları oluşturma (Graphene yapısı) Bu bağların yuvarlatılıp silindirik şekil elde edilmesi Şekil Graphene Yapısına ait iki temsili örnek modeli. C-NT Nedir? Video için tıklayın- 2 Video için tıklayın-1

7 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 6 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. Bir graphene yapısından nanotüp oluşumu. Şekil. Karbonun Fulleren yapıları.

8 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 7 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ NANOTÜPLERİN TARIHÇESİ C-NT: Silindirlerden oluşan fulleren tipi yapılar. Fulleren: 60 C atomundan oluşan küresel (futbol topu gibi) yapı (1985’te keşfedilmiş) Karbon atomlarının yaptığı bileşikler = “fulleren”.

9 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 8 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Fulleren C-NT için bir ara üründür. İlkin Fulleren oluşturulur Takiben Fulleren buharlaştırılır ve C-NT elde edilir. Fullerenler Graphene lere ayrışır ve buradan farklı özellikte C-Nanotüpler üretilir. Şekil. Bir graphene modeli (üstte) nanotüp elde edilmesi

10 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 9 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ A: Çift katmanlı tüp (Double wall), B: Tek katmanlı tüp (single wall) Nanotüp Şekilleri

11 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 10 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. Üretilen Karbon Nano tüp formları; a) Tek katmanlı, b) Çok Katmanlı, c) Çift katmanlı d ) Fulleren içeren tek katmanlı

12 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 11 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Karbon Nanotüp Oluşum Yönleri Karbon nanotüpler üç farklı yönde oluşur 2 boyutlu graphen a) Zigzag geometri b) Sandalye kolu geometri c) Çapraz

13 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 12 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Temel NanoTüp Üretim Yöntemleri 1.Ark Buharlaştırma 2. Kesikli Lazer Buharlaştırma 3. Kimyasal Buhar Biriktirme

14 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 13 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Karbon plazma haline getirilir (iyonlaştırılır) Yüksüz (nötr) karbondan C-NT üretilir. İki karbon çubuk yaklaşık 1 mm aralıklarla uç uca yerleştirilir (iki elektrot olarak) Kapalı bir sistemde inert gaz (He, Ar) altında ve düşük basınçta (50-70 mbar) A, 20 V altında buharlaştırlır. Ark Buharlaştırma K arbon Pla z ma sı Ar k Metod u Ar k Gücü : 23 VDC, 70 Amp er

15 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 14 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ  Sumia Iijima (japon) Fulleren leri Ark Buharlaştırma ile ilk üreten kişidir.  Yöntemde C-NT ler Co dop edilmiş Grafit elektrotta (Katot) oluşturulur  Elektrotlar çok saf karbondan üretilir.  Anot 6 mm Katot ise 9 mm çapındadır  Katot surekli soğutulur (genelde su ile)

16 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 15 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Penn State Üniversitesinin (A.B.D.) kullandığı ark buharlaştırma cihazı

17 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 16 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Lazer buharlaştırma ark buharlaştırmaya çok benzer. Benzer şartlar ve reaksiyon ve mekanizmalar meydana gelir. Lazer buharlaştırma ile ark buharlaştırmadan daha kaliteli SWNT üretilir. La z er Metod u K arbon Pla zması Lazer Buharlaştırma

18 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 17 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 1200 °C bir fırında karbonun lazer buharlaştırılması. Co veya Ni katalizör olarak kullanılır. Argon gazı, nanotüpleri fırından su ile soğutmalı bakır toplayıcıya toplar. 1996’da Rice Üniversitesi (Amerika) IBM destekli en kaliteli C-NT ler üretilmiş. Karbon 1200 °C lik fırında lazer-buharlaştırılmış Lazer Buharlaştırma ile: Katalizör kullanarak tek katmanlı (SWNT) katalizör kullanmadan çok katmanlı (MWNT) üretilmiş.

19 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 18 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Lazer Buharlaştırma yönteminin şematik temsili

20 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 19 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Spesifik Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemleri: 1.Plazma Destekli CVD 2.Termal CVD 3.Alkol Katalizörlü CVD 4.Buhar Fazı Büyüme CVD 5.Aero-Jel Destekli CVD 6.Lazer Destekli CVD Kimyasal Buhar Biriktirme (CVD)

21 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 20 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. CVD ile C Nanotüp üretilmesinin şematik temsili

22 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 21 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Thermal CVD Sistem Diyagramı

23 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 22 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ  Plazma destekli CVD ile C nanotüpler üretilebilir.  İlk Adım: Si Wafer (pulcuk) dağlanır.  İkinci Adım: Dağlanan Si Wafer (pulcuk) üzerinde nano tüp çekirdeklenir  C 2 H 4, CH 4 precursor olarak kullanılır  Katalizörler = Fe, Ni, Co, Pd.  Yöntem diğer nanotüp oluşumu için de uygun Örnek: Si-SiGe, B, Si 3 N 4 CVD Nanotüp Üretim Adımları

24 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 23 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. Tek katmanlı C nanotüplerin Pd katalizör kullanılarak üretilmesi Video için tıkla-3

25 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 24 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. CVD ile Ni katalizörü yardımıyla üretilen Karbon nano tüp geçirimli elektron mikroskop (TEM) yapıları CVD ile nano tüp ve çubuklar, Değişik geometride kristaller de üretilir

26 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 25 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. Camsı karbon porlarında (gözeneklerinde) oluşan grafit polikristalleri. A: Kırık yüzey fotoğrafında gözenekte grafit polikristalleri ve karbon nano tüpleri. B: Karbon nanotüpler, C: Yedigen ve burkulmuş C çubuk. D: Burkulmuş yedigen grafit çubuk ve bundan çıkan C nanotüp. E: Grafit bilezik, F:Burkulmuş çok kristalli grafit nano çubuk

27 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 26 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ CNT ler Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak da üretilebilir. Bunun için;  ESEM tür mikroskop haznesi tercih edilir.  SEM haznesi çok yüksek vakuma indirilir.  Karbon buharlaştırılır ve bir katod üzerine biriktirilir  Katotta Co veya Ni katalizörü bulunur.  İplik şeklinde C-nanotüpler nm çapında, 100 nm boyunda

28 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 27 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Nanotüplerin Özellikleri Mekanik Özellikler Elektriksel Özellikler Optik Özellikler Kimyasal Özellikler

29 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 28 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ♦ Elmas kadar yüksek mukavemetlidirler ♦ Çok yüksek Elastik Modül : TPa arasında ♦ Maksimum çekme mukavemeti 30 GPa a yakın (çelikle karşılaştırıldığında 100 kat yüksek) ♦ Yoğunluk çeliğin 1/6 sı ♦ 3000  C ye kadar kararlı Mekanik Özellikleri

30 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 29 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Polimer ve metallerin takviye edilmesinde CNT lerin kullanılması gündemde. Deneme çalışmaları devam etmekte. Şekil. MMK malzmelerde CNT etrafında dislokasyon birikimi.

31 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 30 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ C hegzagonal kristal yapıdadır. Bazal düzlemlerde teorik elastik modül = 910 GPa. CNT ler TPa CNT neden teorik C modülünden yüksek? CNT lerin eğilme ve bükülmesi ile C-C bağ mukavemeti artar ve modül de artar. Çok yüksek kırılma tokluğu Esneyebilme çok yüksek, Eğme ve şekil verme mümkün Şekil. Esnetilmiş bir graphene (şematik)

32 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 31 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. C nanotüplerin bükülmesi a) Model b) Yüksek ayrım güçlü TEM fotoğrafı (a)

33 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 32 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Bükülme ile Elastik modül artar. Elmas kadar yüksek elastik modüllü ve çelikten 1000 kat tok malzeme ortaya çıkar. (Video için tıklayın-4)

34 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 33 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Malzeme Young Modülü (GPa) Çekme Gerilmesi (GPa) Yoğunluk (g/cm 3 ) Tek Katmanlı (SWCNTs) Çok Katmanlı (MMCNTs) Çelik Epoksi Tahta Tablo. Karbon nanotüplerin elastik modülü, çekme mukavemeti ve yoğunluk değerleri ve diğer malzemelerle karşılaştırılması.

35 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 34 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ☻ Hem yarı iletken hem metalik iletkendirler ☻ İletkenlik 1 Milyar Amper/m 2 olabilir (Bakır = 1 milyon Amper/m 2 ) Elektriksel Özellikler Optik Özellikler ◙ Optik olabilirler ancak Chiral nanotüpler çok uzun iseler optiklik ortadan kalkar

36 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 35 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ◙ Kimyasal olarak inerttirler ◙ Graphene levhalardan daha reaktiftirler. Kimyasal Özellikler

37 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 36 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ CNT lerin Uygulamaları

38 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 37 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ScientistsScientists discoverdiscover the world that exists; EngineersEngineers createcreate the world that never was TheodoreTheodore Von Karman

39 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 38 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Nanoteknoloji Kimya Adsorbent Sensör, Katalizör Elektronik Transistör, Sensör, Interconnection, Quantum bit Kompozit malzemeler Elektrik ileten plastikler Kuvvetlendirilmiş malzemeler Karbon Nanotüpleri Enerji Yakıt hücreleri, Gaz Depolama Lityum Iyon pil, Süper Kapasitörler

40 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 39 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ CNT lerin Uygulamaları Enerji Depolama ♪ Hidrojen depolama, Lityum iyon pillerde elektrot, Elektrokimyasal Süperkapasitörler Elektronik ♪ Magnetik alan yayma cihazları, Tranzistörler Nano-Cihazlar ♪ Nano-proplar, Nano-sensörler, Nano-yatak ve dişliler

41 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 40 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. C Nanotüplerde iyon ve sıvı taşınımı tasarlanıyor. Amaç, ilaç taşınımı, iyon taşınımı, enerji taşınımı vs.

42 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 41 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. C Nanotüp içinde taşınım (model) (video için resme tıkla-5) Nanoparçacıklar içerisine yerleştirilen kemoterapi ajanları, tümörleri hem zehirleyerek hem de kan girişini engelleyerek öldürmektedir. Fareler üzerinde yapılan deneylerde, bu yöntemle tedavi edilenler diğer yöntemlerle tedavi edilenlere göre en az iki kat daha uzun süre yaşadıkları gözlemlenmiştir.

43 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 42 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ a) Taşınımın başlaması b) Taşınımc) Kapiler etki CNT ler ile ilaç taşımada taşınım problemlerinin aşılmasına çalışılmakta. Özellikle kanser tedavisi amacıyla Şekil. Canlı damar yapısı (üstte) C nano tüp damar modelleri (video için resme tıkla 10)

44 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 43 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ HİDROJEN DEPOLAMA Geçiş elementleri (Pt, Pd, Ti, V,...) ile işlevleştirilen nanotüpler ve moleküllere çok yüksek kapasitede hidrojen depolanabileceği gösterilmiştir. Bu buluşun, geleceğin otomobillerinde kullanılacak verimli yakıt hücreleri ve katalizörlerin tasarımında kullanılması düşünülmektedir.

45 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 44 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Karbon nano yapların hidrojen soğurma yetenek ve kapasiteleri çok tartışmalı bir konudur Teorik calışmalar, karbon nano yapıların oldukça fazla hidrojen soğurma kapasitesine sahip olduğunu göstermekte ise de Deneysel calışmalar, değişik basınç ve sıcaklık durumlarına göre % arası hidrojen soğurma değerleri göstermekte. Karbon nanotüpler gözenekli ve yüzey alanı oldukça yüksek malzemeler. –Tahmini; 1 gramında 3000 m 2 yüzey alanı (tüp uçları açık, en yüksek). –Deneysel; 800 m 2 /g ve genellikle de 400 m 2 /g den az

46 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 45 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ● Fiziksel ve Kimyasal sekilde (Physisorption and chemisorption) hidrojenin soğurulması mümkündür – Kimyasal; hidrojenin soğurulduğu malzemelerle yaptığı bağ kovalent bağdır. Bu sekildeki kuvvetli bir bağdan kurtulabilmesi ve ticari olarak kullanilabilmesi için gerekli olan sıcaklık ise çok yuksektir (> 500 K) – Fiziksel; hidrojen moleküllerinin soğurulduğu malzemenin yüzeyine yakın ve sabit olarak durmasını sağlıyan temel kuvvet van der Waals etkileşimidir. Zayıf bir kuvvet olduğu için depolama düşük sıcaklık ve yüksek basınç gerektirir (-196 C, sıvı azot). Bırakılma sıcaklığı ise genellikle oda sıcaklığı olduğu için fiziksel soğurulma daha fazla tercih edilir (ticari uygulamalar icin). – Karbon nanotüplerde hidrojen depolanma sürecinin anlaşılması daha oldukça fazla araştırma gerektirmekte

47 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 46 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Oda sıcaklığı ve makul bir basınçta; Hidrojen depolama kapasitesi 4 wt% Bildirilen daha yüksek değerlerin (8-10 wt.%) tekrarlanmasında zorluklar görüldü Düsük maliyet – çok miktarda üretim yöntemleri karbon nanotüpler için mevcut değil

48 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 47 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ 3.3 wt% (tüp içerisinde) 0.7 wt.% (tüpler arasında) 4.0 wt.%( toplam kapasite ) ● Hidrojen bir şekilde sıvı özellikleri göstermekte ● H 2 nin kinetik iç çapı nm ve H 2 molar dağılımının tamamı tüpler içerisinde yada arasında

49 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 48 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Hidrojen depolanmasında basınçın etkisi (Simülasyon) 1 Bar 70 Bar

50 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 49 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ

51 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 50 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ

52 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 51 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ KARBON NANOTÜP ELEKTROTLAR Karakteristik çapları: nm Nanotüpler yapılarına göre değişerek metal veya yarıiletken olabilirler. Transistorlerde kullanılırlar Şekil. Alan Etkili Nanotüp transistorü (Tüp içine Video için resme tıkla-6)

53 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 52 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Nano tüp Tranzistör Nanotüp tranzistör diyagramı Karbon Nanotüp SiO 2 Ti/Au Kontağı AFM Görüntüsü Silan

54 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 53 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ DNA lar ile Yapılan Nanotüp Tranzistör Silisyum üstünde altın elektrotlarına bağlanan DNA sarmalları. Karbon nanotüplerin uçlarına bağlanan DNA sarmalları. Silisyum ve karbon nanotüpler karıştırılır ve DNA tranzistör oluşumu için bağlantı yapar.

55 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 54 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Mini gaz sensörleri Sürtünmesiz yüzeyler

56 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 55 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Nano-Proplar STM ve AFM uçları Hassasiyet ve dayanımları yüksek Şekil. AFM ucu nanotüplerin SEM görüntüleri

57 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 56 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Nano-Yatak ve Dişliler Viedo için resme tıkla 7 ve 8

58 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 57 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Nanotüplerin İşlenmesi Nanotüplerden devre yapabilmek için, Nanotübün konumunu, şeklini ve yönelimini degiştirebilmek için atomik kuvvet mikroskobu (AFM) kullanılır. Nano devreler karbon tüplerden üretilmeye başlanmış. Şekil. Bir AFM cihazı ucu.

59 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 58 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Nanotüplerin İşlenmesi: Nanotüplerden devre yapabilmek için, kontrollü bir şekilde nanotübün işlenebilmesi önemlidir. Nanotübün konumunu, şeklini ve yönelimini değiştirebilmek için Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) kullanılır.

60 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 59 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ AFM çubuğu ile 2,5 mikron boyunda “  ” oluşturulmuştur.

61 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 60 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Damarlar ın karbon nano tüplerden yapılması düşünülmekte Kanser tedavisinde nano tüpler kullanılması hedefte Şekil. Canlı damar yapısı (üstte) C nano tüp damar modelleri Tıpta CNT ler Video için resme tıkla-9

62 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 61 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Şekil. C nano tüpe fonksiyonel grupların bağlanması. Örnek doku tamirinde kullanılabilir (Adale yırtılması)

63 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 62 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Uzay Asansörü CNT Amaç – Yeryüzünden dünyanın yörüngesinde bir bölgeye kurulan koloniye hat yapmak. –Zamandan ve masraftan tasarruf etmek Problem – kilometrelik yaklaşık uzunluk –20 tondan fazla ağırlıkta platforma kurmak

64 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 63 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Uzay Asansörü

65 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 64 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Tablo Karbon Nanotüplerin Karşılaştırmalı Özellikleri ÖzellikTek Katmanlı C nanotüp Diğer özellik te Malzemeler Ebadı nm çapında Elektron demeti ile 50nm x 5nm ebadında çizgiler oluşturulabilir Yoğunluk g/cm 3 Alüminyum: 2.7 g/cm 3 Gerilme muk.45 GPa En sağlam çelik alaşımları 2 GPa’ da kopar Esneklik Düğüm yapılabilecek kadar esnek Metaller ve karbon fiberler kırılır Akım taşıma kapasitesi 1 Gigaamper/ cm 2 Bakır teller 1 mega amper/cm 2 ’de yanar Alan yayma 1 mikrometre uzaklıktan fosfor atomlarını 1-3 Volt civarında uyarabilir Molibdenum uç Volt/ mikrometre (kısa ömürlü) Isı iletimiOda sıcaklığında 6000 W/mKSaf elmas 3320 W/mK Sıcaklığa dayanıklılı k Havada 750 o C’, vakumda 2800 o C’ye kadar Mikroçiplerdeki metal teller o C’de erir Maliyet1500 $/gramAltın: 10 $/gram 1nm = 10 A =10 -9 m; 1 mikrometre = m; 1 GPa = 10 9 paskal; 1 Pa = 1 N/m 2

66 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 65 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Tablo. Nanotüplerin Elektroniğin Ötesinde Kullanımları, (Uygulanabilirlik Dereceleri: 0 = Bilim kurgu, 2 = Uygulanmış, 3 = Pazarlanmaya hazır) Uygulanan AlanUygulama FikriEngelUyg Kimyasal ve Genetik Sondalar DNA iplikçiği Nanotüp uçlu AFM mikroskobu DNA iplikçiğini izleyip gen haritasını çıkarabilir. Bir yüzeyin kimyasını görüntülemek için bulunmuş tek yöntem. Henüz yaygın kullanım yok. DNA' nın kısa parçalarında uygulanmış 3 Mekanik Hafıza Nonvolatile RAM Destek blokları üzerine yerleştirilen nanotüpten yapılmış bir ekran. Cihazın açılıp kapanma hızı ölçülmemiş. Hafıza hız sınırı düşük 2 Nano cımbızlar 5 mikronluk cımbız Bir cam çubuk üzerindeki elektrotlara bağlı iki nanotüp, voltaj değişimi ile açılıp kapatılabilir. Cımbızlar, kendi enlerinden büyük nesneleri yakalıyor. Nanotüpler çok yapışkan ki, bu sefer de nesneyi bir türlü bırakmıyorlar. 2 Üstün Duyarlılıkta Algılayıcılar Oksijen tüplere yapışıyor Nanotüpler alkalilere, halojen ve gazlara karşı elektriksel dirençlerini değiştiriyorlar. Anlamı: daha duyarlı kimyasal algılayıcılar a umut Nanotüpler o kadar çok şeye (oksijen ve su dahil) karşı yüksek duyarlılık taşıyor ki, bir kimyasal gazı diğerinden ayırt edememeleri riski söz konusu 3 Hidrojen ve iyon Deposu Nanotüpün iç kısmındaki atomlar Nanotüpler, iç kısımlarında hidrojeni depolayabilir. Li iyonlarını da depola rlarsa, daha uzun ömürlü pillere kavuşacağız. Şu anki en iyimser veriler, % 6,5'luk H 2 alımına işaret. Bu yakıt hücrelerini ekonomik hale getirmeye yetmez. Li iyonlarıyla çalışmalar başlangıç aşamasında. 1 Keskin Görüntü Veren Taramalı Mikroskop Tek tek Antikorlar Taramalı mikroskopun uç kısmına bağlı nanotüpler, görüntünün yan kısımlarındaki çözünürlüğü 10 kat kadar artırır. Uçlar piyasada bulunabiliyor. Talep üzerine tek tek üretiliyor. Nanotüp uçları çözünürlüğü dikey yönde artırmıyor. Gizli kalmış olan derin çukurcukları görüntülemeye olanak tanıyor. 4 Süper-güçlü Malzemeler Nanotüp gerilme testi M alzeme r e ilave nano tüpler, büyük bir esneklik ve gerilme kuvvetine sahip. Zıplayan araba, depremde çökmeden sallanan binaların yapımında kullanılabilir. Nanotüplerin maliyeti, karbon fiberlerden kat fazla. Nanotüp yüzeyleri fazla düzgün ve pürüzsüz (arayüzey bağı çok zayıf). Matriksten sıyrılıp kırılmaya yol açabiliyor. 0

67 Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 66 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ Mikro-elektronik / yarı iletken İletken Kompozitler Kontrollü İlaç iletimi Yapay Adaleler Süperkapasitörler Piller Alan Yayıcı düz kare monitörler Alan Etkili Tranzistörler Tekli Elektron Tranzistörleri Nano Lithografi Nano Elektronik Doplama Nano Teraziler ve Denge Nano Cımbızlar Data Saklama Magnetik nanotube Nano Dişliler Nanotüp Hareketlendiriciler Molekülerr Kuantum Telleri Hidrojen Depolama Soy Radyoaktif Gaz Depolama Güneş Enerjisi Depolama Atık Geri Dönüşüm Elektromagnetik Kalkan Diyaliz Filtreleri Termal Koruma Nanotüp Takviyeli Kompozitler Savaş Malzeme ve Cihazları İçin Takviye Elemanı Polimerler İçin Takviye Elemanı Havacılık Çarpma Korımalı Malzemeler materials Sürtünmesiz Tekerlekler Nanotüplerin Gelecekte Düşünülen Kullanım Alanları


"Prof. Dr. Hatem AKBULUT 11 Aralık 2015 Cuma 1 MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ KARBON NANOTÜPLER." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları