Kütle aktarım kısıtlamalarının karbon nanotüp oluşumuna etkisinin incelenmesi
Özet
Karbon nanotüplerin 1991 yılında keşfedilmiş olmasına rağmen oluşum mekanizmaları hâlen çözülememiştir. Yığın ve seçimli üretim yapılabilmesi için bu mekanizmanın aydınlatılması şarttır. Karbon nanotüp oluşum hızı zamanla azalmakta ve bir süre sonra durmaktadır. Araştırmacılar bu azalmayı katalizörün deaktivasyonuna bağlamaktadır. Ancak gaz fazdaki bileşenlerin, oluşan karbon nanotüplerin arasından difüzlenerek tabandaki katalizöre kadar ulaşması gerektiği literatürde aydınlatılmamış bir noktadır. Bu adım karbon nanotüp boyları kısayken önemsiz olsa da nanotüp boyu arttıkça gaz fazındaki moleküllerin tabandaki katalizöre ulaşması zorlaşmaktadır. Bu doktora çalışmasındaki amaç, karbon nanotüp oluşumundaki kısıtlayıcı basamağın, gaz fazdaki bileşenlerin nanotüp tabanındaki katalizöre difüzlenememesi olduğu önermesinin incelenmesidir. Bu amaç doğrultusunda deneysel olarak soğuk duvar kimyasal buhar biriktirme sisteminde karbon nanotüp ormanı üretimi gerçekleştirilmiş ve kuramsal olarak karbon nanotüp oluşumu modellenmiştir. Deneysel çalışmalar sonucunda farklı sıcaklık ve asetilen derişimlerinde, karbon nanotüp boylarının zamanla değişimi elde edilmiş ve Arrhenius grafikleri çizilerek karbon nanotüp oluşumunun aktivasyon enerjisi hesaplanmıştır. Sürecin, adsorpsiyon ve/veya karbonun katalizör içinde çözünme kısıtlamalı olmadığı, kütle aktarım kısıtlamalı gerçekleştiği deneysel olarak ispatlanmıştır. Ayrıca katalizör deaktivasyonunun söz konusu olmadığı gösterilmiştir. Karbon kaynağının difüzlendiği alanın büyüklüğü arttıkça ile karbon nanotüplerin erişebileceği yüksekliğin de arttığı bulunmuştur. Karbon nanotüp ormanının gözenekli bir yapı olarak düşünüldüğü proses modellenerek analitik ve sayısal çözüm yapılmıştır. Deneysel ve kuramsal bulguların hangi koşullarda uyum sağladığı tespit edilmiş ve yorumlanmıştır.