Nanoteknoloji Uygulamalarında Kolay Fabrikasyonlu Karbon Nanotomarların Kullanılması
Karbon nanotüpler, hidrojen depolama için umut verici bir malzeme olarak kabul ediliyor (Ayrıntılarını incelemek isterseniz, şu makaleyi okumalısınız: “New carbon nanotube hydrogen storage results surpass Freedom Car requirements”). 2003 yılında araştırmacılar ilk karbon nanotomarları (nanokıvrım) sentezlediler -nanotomardan kasıt, çok duvarlı karbon nanotüplere benzer başka bir karbon nanomalzemedir- ve arkasından hidrojenin depolanması için umut verici olduğu açıklandı.
Grafen, karbon nanotüpler ve karbon nanotomarlar...
Karbon Nanotomarlar (KNTM), bir tüpsü yapı içine bir grafen düzlemin dürülmesiyle elde edilirler. Çok duvarlı karbon nanotüplere (ÇDKN) tezat olarak KNTM’de katmanlar arası uzaklık değişebilir, gaz depolama uygulamaları için çok önemli olabilir bu nitelik. KNTM, diğer nanoteknoloji uygulamalarında kullanışlı olması da bekleniyor, örneğin nanoelektronikte, onlar karbon nanotüpler ve grafenin her ikisinden de bazı özellikler kazanırlar, yüksek mekaniksel dayanıklılık ve yüksek hareketlilik gibi. Ancak teorik hesaplamalar onların eşsiz topolojisinden dolayı bazı olağan dışı elektronik ve optiksel özelliklerinin olacağını öngörmekte.
Önceden KNTM yapımı için farklı yöntemler geliştirilmişti. Ancak, o yöntemlerle kontrolü sert, saflığı zor, zayıf morfolojiye sahip KMNT’ler üretiliyordu. Şimdi Beijing’de Tsinghua Üniversitesi Foxconn Nanoteknoloji Araştırma Merkezi ve Fizik Bölümü’nden Kaili Jiang ve onun ekibi, yüksek kalitede KNTM fabrikasyonu için etkili ve basit bir teknik geliştirdiler. Bu çalışma, alttaş (substrate) üzerine tek katman grafen karakterize edilmesi ve üretilmesinin geliştirilmesi üzerinedir. Bu çalışma, KMNT’nin fiziksel özellikleri ve uygulamalarının keşfedilmesi için yardımcı olacak.
Çalışma ekibinden Xu Xie, grafen tabanlı aygıtın fabrikasyonu sırasında elektron ışın litografiyi kullandıklarını belirtti. Xie, Long Ju ile beraber Jiang’ın ekibinde bir doktora öğrencisi ve bu çalışma ile ilgili bulguları Nano Letters‘ın son sayısında yayınlandı (Makale, Controlled Fabrication of High-Quality Carbon Nanoscrolls from Monolayer Graphene). Bu iki doktora öğrencisi KNTM fabrikasyonu için izledikleri yolu ana hatlarıyla beraber dört adımda sıralıyorlar:
- 285 nm silikon dioksit ile kaplanmış silikon wafer üzerine doğal grafitin mekaniksel olarak pul pul dökülmesi ile grafen çıkarılır ve sonra grafen ile bu çip Isopropyl alcohol (IPA) içine bulaştırılır. Şimdi, grafen yüzeylerinin en üstü ve en altı, sırasıyla IPA ve silikon dioksit ile temastadır, bu grafenin yüzey geriliminin sonuçunda olur.
- Ardından IPA çözeltisi içine daldırılır, grafen düzlemin kenarları, yüzey gerilimiyle alttaştan yukarı yükselir. Sonra grafen ve alttaş arasında boşluk içine IPA molekülleri girer ve böylece grafenin ayırması da kolaylaşmış olur.
- Grafenin bağımsız parçaları çözelti içinde tedirginliklerden dolayı eğrilir. Bir ihtimal grafenin bir başka etkilenmiş parçacı serbest kalır, çakışık parçaların π-π etkileşimi grafenin toplam serbest enerjisini azaltır, düzleşmeye karşın eğilmeden dolayı eğilme enerjisi artar.
- Son adımda tomar hâline getirme işlemi sürekli devam eder, yani, bir birim tomar (kıvrım) dürülerek alttaştan bağımsızlaşır ve toplam serbest enerjinin artmasıyla oluşur.
Araştırmacılar ayrıca çok duvarlı karbon nanotüpler ve karbon nanotomarların akım iletim karakteristiklerinin kıyaslanması ile de ilgilendiler. Sonuçta, ÇDKN’ler için düşük öngerilimde iletime en uzaktaki kabuktan katkı gelmekte, KNTM’larda ise akım kıvrılmış grafen katmanlarını baştan sona izliyor.
Bu araştırmacıların gelecek çalışma planları, tomar hâline getirme sürecinde kenar ve yüzeylerin morfolojilerini ve rollerini daha ileri deneylerle aydınlığa kavuşturmak üzerine olacak.
Hazırlayan: Gökhan Atmaca – KuarkMNB
Kaynak : http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=11723.php
