Karbon Nanotüpler (CNT'ler)

Karbon nanotüpler (CNT'ler), karbon atomlarının altıgen örgüyle düzenlenerek tüp şeklinde yapı oluşturduğu nanomalzemelerdir. Grafenin tek boyutlu tüplere dönüştürülmesiyle oluşurlar ve son derece dayanıklı, hafif ve iletken olmalarıyla dikkat çekerler.

Karbon Nanotüplerin Özellikleri

Yüksek Mukavemet: Çelikten yaklaşık 100 kat daha güçlüdür, ancak çok daha hafiftir.
Elektriksel İletkenlik: Bakırdan daha iyi iletken olabilir, yarı iletken özellik gösterebilirler.
Termal İletkenlik: Isıyı çok hızlı iletebilirler, bu yüzden elektronik soğutma sistemlerinde kullanılırlar.
Kimyasal Kararlılık: Asitlere ve bazlara karşı dirençlidirler.
Esneklik ve Hafiflik: Çok hafif ve esnek olduklarından havacılık ve uzay sanayinde kullanılırlar

Karbon nanotüpler (CNT'ler), 1.000.000 dan daha büyük bir uzunluk-çap oranına sahip olabilen bir nano yapıya sahip karbon allotroplarıdır. Ark deşarjı, lazer ablasyonu ve kimyasal buhar biriktirme dahil olmak üzere büyük miktarlarda nanotüp üretmek için teknikler geliştirilmiştir. Son birkaç yıldaki gelişmeler, nanomalzemelerin, özellikle biyomedikal görüntüleme, ilaç dağıtımı, biyo algılama ve fonksiyonel nanokompozitlerin tasarımında potansiyel olarak devrim yaratan etkisini göstermiştir. Japon bilim adamı Iijima tarafından 1991 yılında keşfedilen karbon nanotüpler (CNT'ler), günümüzde akademik araştırmalarda en ilgi çeken araştırma konularından birisi olarak görülmektedir. Karbon nanotüpler karbon allotroplarıdır ve grafenden oluşmaktadırlar. Çapları nanometre ölçeğinde ve uzunlukları birkaç milimetreye kadar ulaşabilen silindirik tüpler şeklindedirler. Oldukça küçük boyutları ve kütleleri, güçlü mekanik dayanımları ve yüksek elektriksel ve termal iletkenlikleri ile sıradışı yapısal, mekanik ve elektronik özelliklere sahiptirler.

Karbon Nanotüplerin Kullanım Alanları

Elektronik: Nano-transistörler, esnek devreler, bataryalar
Malzeme Bilimi: Dayanıklı kompozit malzemeler, kurşun geçirmez giysiler
Tıp: Nanotıp uygulamaları, ilaç taşıma sistemleri, biyosensörler
Enerji: Hidrojen depolama, süperkapasitörler, güneş panelleri
Havacılık ve Uzay: Hafif ve ultra dayanıklı yapı malzemeleri

Özellikle karbon nanotüplerin insan vücudunda kullanımı ve çevresel etkileri hâlâ araştırma konusudur. Ancak nano ölçekli mühendislikte devrim niteliğinde bir malzeme olarak kabul edilirler.

Karbon Nanotüplerin Yapısal Özellikleri

Karbon nanotüpler (CNT'ler), yalnızca bir dizi yoğunlaştırılmış benzen halkası içinde boru şeklinde bir yapıya sarılmış karbon atomlarından oluşur. Bu yeni yapay nanomateryal, sırasıyla hem doğal sp²(düzlemsel) hem de sp³ (kübik) formlar olan grafit ve elmas ile birlikte karbonun üçüncü allotropik formu olan fullerenler ailesine aittir. Katman sayısına bağlı olarak, CNT'lerin yapıları tek duvarlı karbon nanotüpler (SWCNT'ler) ve çok duvarlı karbon nanotüpler (MWCNT'ler) olmak üzere başlıca iki başlıkta incelenmektedir.

SWCNT'ler, çapları 0,4 ile 2 nm arasında değişen tek bir grafen silindirinden oluşur ve genellikle altıgen sıkı paketler halinde oluşur. MWCNT'ler, her biri içi boş bir çekirdeği çevreleyen tek bir grafen tabakasından oluşan iki veya daha fazla koaksiyel silindirden oluşur. MWCNT'lerin dış çapı 2 ila 100 nm arasında değişirken, iç çap 1-3 nm aralığındadır ve uzunlukları 0,2 ila birkaç μm arasındadır. Kimyasal reaktivite açısından, karbon naotüpler uçlar ve yan duvarlar olmak üzere iki bölgeye ayrılabilir: Sahip oldukları benzersiz özellikleri kontrol eden önemli bir faktör, grafen tabakasının bir tüpe sarılmasının neden olduğu çeşitli tübül yapılarından gelir.

Karbon Nanotüplerin Üretim Yöntemleri

SWCNT'ler ve MWCN'lerin üretimi için genel olarak kullanılan üç ana teknik şunlardır: Ark Boşaltma Yöntemi, Lazer Ablasyon yöntemi (grafit kullanılarak) ve Kimyasal Buhar Biriktirme yöntemleridir. Hazırlandıktan sonra, karbon nanotüpler, sentez sırasında katalizör olarak kullanılan amorf karbon, fullerenler ve geçiş metalleri gibi safsızlıkları ortadan kaldırmak için asitle muamele, yüzey aktif madde destekli sonikasyon veya hava oksidasyon prosedürü ile saflaştırmaya tabi tutulur.

Günümüzde karbon nanotüpler, dünya çapında birçok kimya firması tarafından standart kalitede sentezlenmekte ve pazarlanmaktadır.

Kaynakça

Agnihotri, S., Rostam-Abadi, M., & Rood, M. (2006). Adsorption site analysis of impurity

embedded single-walled carbon nanotube bundles. Carbon, 44, 2376-2383. doi:10.1016/j.carbon.2006.05.038

Ahangari, A., Raygan, S., & Ataie, A. (2019). Capabilities of nickel zinc ferrite and its

nanocomposite with CNT for adsorption of arsenic (V) ions from wastewater. Journal

of Environmental Chemical Engineering, 7(6), 103493.

doi:https://doi.org/10.1016/j.jece.2019.103493

Alothman, Z. (2012). A Review: Fundamental Aspects of Silicate Mesoporous Materials.

Materials, 5, 2874-2902. doi:10.3390/ma5122874

Baikousi, M., Georgiou, Y., Daikopoulos, C., Bourlinos, A. B., Filip, J., Zbořil, R., . . .

Karakassides, M. A. (2015). Synthesis and characterization of robust zero valent

iron/mesoporous carbon composites and their applications in arsenic removal.

Carbon, 93, 636-647. doi:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2015.05.081

Bethune, D., Kiang, C. H., De Vries, M., Gorman, G., Savoy, R., Vazquez, J., & Beyers, R.

(1993). Cobalt-catalysed growth of carbon nanotubes with single-atomic-layer walls.

Nature, 363(6430), 605-607.

Bower, C., Zhou, O., Zhu, W., Werder, D., & Jin, S. (2000). Nucleation and growth of carbon

nanotubes by microwave plasma chemical vapor deposition. Applied Physics Letters,

77(17), 2767-2769.

Burghard, M. (2005). Electronic and vibrational properties of chemically modified single-

wall carbon nanotubes. Surface Science Reports - SURF SCI REP, 58.

doi:10.1016/j.surfrep.2005.07.001

C. Yu, J., Zhang, L., & Yu, J. (2002). Rapid synthesis of mesoporous TiO 2 with high

photocatalytic activity by ultrasound-induced agglomeration. New Journal of

Chemistry, 26(4), 416-420. doi:10.1039/B109173E

Cao, H., Zhu, M., Li, Y., Liu, J., Ni, Z., & Qin, Z. (2007). A highly coercive carbon nanotube

coated with Ni0.5Zn0.5Fe2O4 nanocrystals synthesized by chemical

precipitation–hydrothermal process. Journal of Solid State Chemistry, 180(11), 3218-

3223. doi:https://doi.org/10.1016/j.jssc.2007.08.018

Chen, C.-H., Liang, Y.-H., & Zhang, W.-D. (2010). ZnFe2O4/MWCNTs composite with

enhanced photocatalytic activity under visible-light irradiation. Journal of Alloys and

Compounds, 501(1), 168-172. doi:https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2010.04.072

Chen, W., Pan, X., Willinger, M.-G., Su, D. S., & Bao, X. (2006). Facile Autoreduction of

Iron Oxide/Carbon Nanotube Encapsulates. Journal of the American Chemical

Society, 128(10), 3136-3137. doi:10.1021/ja056721l

da Silva, S. S., Chiavone-Filho, O., de Barros Neto, E. L., & Foletto, E. L. (2015). Oil

removal from produced water by conjugation of flotation and photo-Fenton processes.

Deng, J., Shao, Y., Gao, N., Tan, C., Zhou, S., & Hu, X. (2013). CoFe2O4 magnetic

nanoparticles as a highly active heterogeneous catalyst of oxone for the degradation of

diclofenac in water. Journal of Hazardous Materials, 262, 836-844.

doi:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2013.09.049

Ebbesen, T. W., & Ajayan, P. M. (1992). Large-scale synthesis of carbon nanotubes. Nature,

358(6383), 220-222.

Ebbesen, T. W., Lezec, H. J., Hiura, H., Bennett, J. W., Ghaemi, H. F., & Thio, T. (1996).

Electrical conductivity of individual carbon nanotubes. Nature, 382(6586), 54-56.

doi:10.1038/382054a0

Eder, D. (2010). Carbon Nanotube−Inorganic Hybrids. Chemical Reviews, 110(3), 1348-

1385. doi:10.1021/cr800433k

Ensafi, A. A., & Allafchian, A. R. (2013). Multiwall carbon nanotubes decorated with

NiFe2O4 magnetic nanoparticles, a new catalyst for voltammetric determination of

cefixime. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 102, 687-693.

doi:https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2012.09.037

Fan, S., Chapline, M. G., Franklin, N. R., Tombler, T. W., Cassell, A. M., & Dai, H. (1999).

Self-oriented regular arrays of carbon nanotubes and their field emission properties.

Science, 283(5401), 512-514.

Fu, F., & Wang, Q. (2011). Removal of heavy metal ions from wastewaters: A review.

Journal of Environmental Management, 92(3), 407-418.

doi:https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2010.11.011

Gabal, M. A., Al-Harthy, E. A., Al Angari, Y. M., & Abdel Salam, M. (2014). MWCNTs

decorated with Mn0.8Zn0.2Fe2O4 nanoparticles for removal of crystal-violet dye

from aqueous solutions. Chemical Engineering Journal, 255, 156-164.

doi:https://doi.org/10.1016/j.cej.2014.06.019

Gavalas, V. G., Andrews, R., Bhattacharyya, D., & Bachas, L. G. (2001). Carbon Nanotube

Sol−Gel Composite Materials. Nano Letters, 1(12), 719-721. doi:10.1021/nl015614w

Gharagozlou, M. (2009). Synthesis, characterization and influence of calcination temperature

on magnetic properties of nanocrystalline spinel Co-ferrite prepared by polymeric

precursor method. Journal of Alloys and Compounds, 486(1-2), 660-665.

Hirlekar, R., Yamagar, M., Garse, H., Vij, M., & Kadam, V. (2009). Carbon nanotubes and

its applications: a review. Asian journal of pharmaceutical and clinical research, 2(4), 17-27.

Houshiar, M., Zebhi, F., Razi, Z. J., Alidoust, A., & Askari, Z. (2014). Synthesis of cobalt

ferrite (CoFe2O4) nanoparticles using combustion, coprecipitation, and precipitation

methods: A comparison study of size, structural, and magnetic properties. Journal of

Magnetism and Magnetic Materials, 371, 43-48. doi:https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2014.06.059

Hu, L., Hecht, D. S., & Grüner, G. (2010). Carbon Nanotube Thin Films: Fabrication,

Properties, and Applications. Chemical Reviews, 110(10), 5790-5844. doi:10.1021/cr9002962

Huang, Q., & Gao, L. (2003). Immobilization of rutile TiO2 on multiwalled carbon

nanotubes. Journal of Materials Chemistry, 13(7), 1517-1519. doi:10.1039/B303857B

Huixia, F., Baiyi, C., Deyi, Z., Jianqiang, Z., & Lin, T. (2014). Preparation and

characterization of the cobalt ferrite nano-particles by reverse coprecipitation. Journal

of Magnetism and Magnetic Materials, 356, 68-72. doi:https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2013.12.033

Hutlova, A., Niznansky, D., Rehspringer, J.-L., Estournès, C., & Kurmoo, M. (2003). High

Coercive Field for Nanoparticles of CoFe2O4 in Amorphous Silica Sol–Gel.

Advanced Materials, 15(19), 1622-1625. doi:https://doi.org/10.1002/adma.200305305

Iijima, S. (1991). Helical microtubules of graphitic carbon. Nature, 354(6348), 56-58. doi:10.1038/354056a0

Iijima, S., & Ichihashi, T. (1993). Single-shell carbon nanotubes of 1-nm diameter. Nature,

363(6430), 603-605.

Jauhar, S., Kaur, J., Goyal, A., & Singhal, S. (2016). Tuning the properties of cobalt ferrite: a

road towards diverse applications. RSC Advances, 6(100), 97694-97719.

doi:10.1039/C6RA21224G

Jiang, L. Q., & Gao, L. (2005). Fabrication and characterization of ZnO-coated multi-walled

carbon nanotubes with enhanced photocatalytic activity. Materials Chemistry and

Physics, 91, 313-316. doi:10.1016/j.matchemphys.2004.11.028

Jitianu, A., Cacciaguerra, T., Benoit, R., Delpeux, S., Béguin, F., & Bonnamy, S. (2004).

Synthesis and characterization of carbon nanotubes–TiO2 nanocomposites. Carbon,

42(5), 1147-1151. doi:https://doi.org/10.1016/j.carbon.2003.12.041

Journet, C., Maser, W., Bernier, P., Loiseau, A., de La Chapelle, M. L., Lefrant, d. S., . . .

Fischer, J. (1997). Large-scale production of single-walled carbon nanotubes by the

electric-arc technique. Nature, 388(6644), 756-758.

Kafshgari, L. A., Ghorbani, M., & Azizi, A. (2017). Fabrication and investigation of

MnFe2O4/MWCNTs nanocomposite by hydrothermal technique and adsorption of

cationic and anionic dyes. Applied Surface Science, 419, 70-83. doi:https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2017.05.019

Kalam, A., Al-Sehemi, A. G., Assiri, M., Du, G., Ahmad, T., Ahmad, I., & Pannipara, M.

(2018). Modified solvothermal synthesis of cobalt ferrite (CoFe2O4) magnetic

nanoparticles photocatalysts for degradation of methylene blue with H2O2/visible

light. Results in Physics, 8, 1046-1053. doi:https://doi.org/10.1016/j.rinp.2018.01.045

Kanagesan, S., Hashim, M., Tamilselvan, S., Alitheen, N. B., Ismail, I., Syazwan, M., &

Zuikimi, M. M. M. (2013). Sol-gel auto-combustion synthesis of cobalt ferrite and it's

cytotoxicity properties. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures, 8(4),

1601-1610. Retrieved from https://www.scopus.com/inward/record.uri?eid=2-s2.0-

84887420343&partnerID=40&md5=059a58cdfc64f41b55ec67d1cec19e20

Karcıoğlu Karakaş, Z., (2015) Nikel Ferrit (NiFe 2 O 4 ) Nanopartiküllerin Sentezi ve

Atıksuların Arıtımında kullanılabilirliğinin İncelenmesi, Atatürk Üniversitesi, Fen

Bilimleri Enstitüsü, Çevre Mühendisliği Anabilim Dalı, 205, Erzurum

Karakas, İ. H. (2021). The effects of fuel type onto the structural, morphological, magnetic

and photocatalytic properties of nanoparticles in the synthesis of cobalt ferrite

nanoparticles with microwave assisted combustion method. Ceramics International,

47(4), 5597-5609. doi:https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2020.10.144

Karcioğlu Karakaş, Z., Boncukcuoğlu, R., & Karakaş, İ. H. (2018). Antimony removal from

aqueous solutions using magnetic nickel ferrite (NiFe2O4) nanoparticles. Separation

Science and Technology, 54(7), 1141-1158. doi:10.1080/01496395.2018.1532962

Kesarla, M. K., Fuentez-Torres, M. O., Alcudia-Ramos, M. A., Ortiz-Chi, F., Espinosa-

González, C. G., Aleman, M., . . . Godavarthi, S. (2019). Synthesis of g-C3N4/N-

doped CeO2 composite for photocatalytic degradation of an herbicide. Journal of

Materials Research and Technology, 8(2), 1628-1635. doi:https://doi.org/10.1016/j.jmrt.2018.11.008

Khan, L., Younas, M., Khan, S., & Zia ur rehman, M. (2020). Synthesis and Characterization

of CoFe2O4/MWCNTs Nanocomposites and High Frequency Analysis of Their

Dielectric Properties. Journal of Materials Engineering and Performance, 251-258. doi:10.1007/s11665-020-04572-9

Kim, H., & Sigmund, W. (2002). Zinc oxide nanowires on carbon nanotubes. Applied Physics

Letters, 81(11), 2085-2087. doi:10.1063/1.1504877

Kočí, K., Matějů, K., Obalová, L., Krejčíková, S., Lacný, Z., Plachá, D., . . . Šolcová, O.

(2010). Effect of silver doping on the TiO2 for photocatalytic reduction of CO2.

Applied Catalysis B: Environmental, 96(3), 239-244. doi:https://doi.org/10.1016/j.apcatb.2010.02.030

Kočí, K., Obalová, L., & Lacný, Z. (2008). Photocatalytic reduction of CO2 over TiO2 based

catalysts. Chemical Papers, 62, 1-9. doi:10.2478/s11696-007-0072-x

Kočí, K., Reli, M., Kozák, O., Lacny, Z., Placha, D., Praus, P., & Obalová, L. (2011).

Influence of reactor geometry on the yield of CO2 photocatalytic reduction. Catalysis

Today, 176, 212-214. doi:10.1016/j.cattod.2010.12.054

Kong, J., Cassell, A. M., & Dai, H. (1998). Chemical vapor deposition of methane for single-

walled carbon nanotubes. Chemical physics letters, 292(4-6), 567-574.

Köseoğlu, Y., Alan, F., Tan, M., Yilgin, R., & Öztürk, M. (2012). Low temperature

hydrothermal synthesis and characterization of Mn doped cobalt ferrite nanoparticles.

Ceramics International, 38(5), 3625-3634. doi:https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2012.01.001

Kroto, H. W., Heath, J. R., O’Brien, S. C., Curl, R. F., & Smalley, R. E. (1985). C60:

Buckminsterfullerene. Nature, 318(6042), 162-163.

Kumar, M., & Ando, Y. (2003). Camphor–a botanical precursor producing garden of carbon

nanotubes. Diamond and related materials, 12(3-7), 998-1002.

Liu, Q., Sun, J., Long, H., Sun, X., Zhong, X., & Xu, Z. (2008). Hydrothermal synthesis of

CoFe2O4 nanoplatelets and nanoparticles. Materials Chemistry and Physics, 108(2-

3), 269-273. doi:10.1016/j.matchemphys.2007.09.035,

Sing, K. S. W., Everett, D. H., Haul, R. A. W., Moscou, L., Pierotti, R. A., Rouquerol, J., &

Siemieniewska, T. (2008). Reporting Physisorption Data for Gas/Solid Systems. In

Handbook of Heterogeneous Catalysis (pp. 1217-1230).

Singh, C., Bansal, S., & Singhal, S. (2014). Synthesis of Zn1−xCoxFe2O4/MWCNTs

nanocomposites using reverse micelle method: Investigation of their structural,

magnetic, electrical, optical and photocatalytic properties. Physica B: Condensed

Matter, 444, 70-76. doi:https://doi.org/10.1016/j.physb.2014.03.033

Singhal, S., Sharma, R., Singh, C., & Bansal, S. (2013). Enhanced Photocatalytic

Degradation of Methylene Blue Using ZnFe2O4/MWCNT Composite Synthesized by

Hydrothermal Method. Indian Journal of Materials Science, 2013, 356025.

doi:10.1155/2013/356025

Su, M., Zheng, B., & Liu, J. (2000). A scalable CVD method for the synthesis of single-

walled carbon nanotubes with high catalyst productivity. Chemical physics letters,

322(5), 321-326.

Sun, C., Liu, Y., Ding, W., Gou, Y., Xu, K., Xia, G., & Ding, Q. (2013). Synthesis and

Characterization of Superparamagnetic CoFe2O4/MWCNT Hybrids for Tumor-

Targeted Therapy. Journal of Nanoscience and Nanotechnology, 13(1), 236-241.

doi:10.1166/jnn.2013.6711

Sunny, A., K.S, A. K., Karunakaran, V., Aathira, M., Mutta, G. R., Maiti, K. K., . . .

Vasundhara, M. (2018). Magnetic properties of biocompatible CoFe2O4

nanoparticles using a facile synthesis. Nano-Structures and Nano-Objects, 16, 69-76.

doi:10.1016/j.nanoso.2018.04.003

Thang, P. D., Rijnders, G., & Blank, D. H. A. (2005). Spinel cobalt ferrite by

complexometric synthesis. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 295(3),

251-256. doi:10.1016/j.jmmm.2005.01.011

Thess, A., Lee, R., Nikolaev, P., Dai, H., Petit, P., Robert, J., . . . Rinzler, A. G. (1996).

Crystalline ropes of metallic carbon nanotubes. Science, 273(5274), 483-487.

Toksha, B. G., Shirsath, S. E., Patange, S. M., & Jadhav, K. M. (2008). Structural

investigations and magnetic properties of cobalt ferrite nanoparticles prepared by

sol–gel auto combustion method. Solid State Communications, 147(11), 479-483.

doi:https://doi.org/10.1016/j.ssc.2008.06.040

Varma, P. C. R., Manna, R. S., Banerjee, D., Varma, M. R., Suresh, K. G., & Nigam, A. K.

(2008). Magnetic properties of CoFe2O4 synthesized by solid state, citrate precursor

and polymerized complex methods: A comparative study. Journal of Alloys and

Compounds, 453(1-2), 298-303. doi:10.1016/j.jallcom.2006.11.058

Vlazan, P., & Stoia, M. (2018). Structural and magnetic properties of CoFe2O4

nanopowders, prepared using a modified Pechini method. Ceramics International,

44(1), 530-536. doi:10.1016/j.ceramint.2017.09.207

Wang, W., Li, Q., & Chang, C. (2011). Effect of MWCNTs content on the magnetic and

wave absorbing properties of ferrite-MWCNTs composites. Synthetic Metals, 161(1),

44-50. doi:https://doi.org/10.1016/j.synthmet.2010.10.032

Karbon Nano Tüpler

Karbon Nanotüpler (CNT'ler)

Karbon Nanotüplerin Özellikleri

Karbon Nanotüplerin Kullanım Alanları

Karbon Nanotüplerin Yapısal Özellikleri

Karbon Nanotüplerin Üretim Yöntemleri

Kaynakça

Yazar Bilgileri

Etiketler

İçindekiler

Tartışmalar