Synthesis, characterization and functionalization of vertically aligned carbon nanotube arrays

Son on yıllık süreçte, karbon nanotüplerin çeşitli uygulama alanlarındakikullanımı üzerine olan ilgi nanotüplerin eşsiz yapısal, elektriksel, mekaniksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı hızla artmıştır. Son zamanlarda çeşitlenen karbon nanotüp üretim metotlarıyla artık bu yapıları üretmek zor değildir. Önemli olan karbon nanotüplerin yüksek miktarda üretimini ve kitlesel uygulamalardaki kullanımını yaygınlaştırmaktır. Bunları gerçekleştirmek iseşunlara bağlıdır; fonksiyonel iki ve/veya üç boyutlu yapılar için yönlenmiş ve uygun yoğunlukta karbon nanotüp büyütülmesinde kontrol sağlanması ve yapısal özelliklerinin kolay bir şekilde değiştirilmesidir. Bu problemlerden yola çıkarak tezde, dik olarak hizalanmış karbon nanotüplerin (VA-CNT) büyümedinamiği incelenmiştir. Tezin ilk kısmı VA-CNT? lerin yeni tasarlanan alkol katalizörlü kimyasal buhar kaplama tekniği ile sentezlenmesini açıklamaktadır. Büyüme mekanizmasını anlamak için yapılan deneylerde kullanılan katalizör tabakaları fiziksel buhar kaplama metodu ile kaplanmıştır. VA-CNT? lerin yoğunluklarının ve yönlenmesinin ayarlanması yüzey altı difüzyon ile katalizör parçacıklarının yüzeydeki göçü arasında rekabet eden mekanizmayı göz önüne alarak katalizör tabakalarının farklı şekilde düzenlenmesi ile sağlanmıştır. Ayrıca, katalizör tavlama parametreleri daha uzun ve daha iyi hizalanmış karbon nanotüpler üretmek için incelenmiştir. Katalizör tabakalarının ve karbon nanotüplerin karakterizasyonları taramalı Elektron Mikroskobu, Raman Spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu, X-ışını Fotoeletron Spektroskopisi, Elektron Enerjisi Kayıp Spektroskopisi, Yüksek Çözünürlüklü Geçirgenli Elektron Mikroskobu kullanılarak gerçekleştirilmiştir.İkinci kısımda, VA-CNT? lerin büyüme mekanizmalarını daha iyi anlamak içinsentez sıcaklığı, sentez basıncı, karbon kaynağı tipi ve konsantrasyonu gibi üretim parametrelerinin etkileri belirli değer aralıklarında incelenmiştir. İlgili sıcaklıkta karbon kaynaklarının bozulma tepkimelerinin etkisiyle karbon nanotüplerde fiziksel ve yapısal dönüşümler gözlenmiştir. Ayrıca, farklı konsantrasyonlarda ve basınçlarda kullanılan karbon kaynağı ile sentezlenen VA-CNT? lerin uzunlukları kullanılarak en verimli karbon nanotüp üretme aralığı bulunmuştur.Tezde kullanılan sentez metodu reaksiyon kinetiğinin VA-CNT? lerin büyümesine etkisi olan katalitik temelli bir süreç olmasına rağmen moleküler difüzyon büyüme mekanizması da VA-CNT? lerin boyutlarında, yapılarında ve hizalanmalarında önemli bir rol oynamaktadır. Bundan ötürü, karbon nanotüplerin büyümesinin sonlanmasından sorumlu etkiyi bulmak için kullanılan yaklaşımdaki hesaplamalarda kinetik ve difüzyon temelli süreçler göz önüne alınmıştır. Tezin takip eden bölümlerinde, karbon nanotüp temelli iki ve üç boyutlu yapıların olası uygulama alanı için lityumun (Li) karbon nanotüp yapısında araya ilave edilmesi ve karbon nanotüpler üzerinde hücre büyütülmesi üzerine ön çalışma yapılmıştır. Li? un karbon nanotüp yapısında araya ilave edilmesi literatürde yaygın bir biçimde büyüme basamağından sonra ek işlemler ile yapılırken, tezde Li? un yapıya ilave edilmesi karbon nanotüplerin büyümesiyle eş zamanlı olarak tek basamakta gerçekleştirilmiştir. Yapıya Li? un ilave edilmesi, X-ışını Fotoeletron Spektroskopisi, Elektron Enerjisi Kayıp Spektroskopisi ve Raman Spektroskopisi kullanılarak teyit edilmiştir. İkinci uygulama alanında VA-CNT? ler mezenkimal kök hücrelerin büyütülmesinde yapı iskelesi olarak incelenmiştir. Karbon nanotüplerle kaplı yüzeyler ?elasto-capillary? mekanizmasından faydalanarak hücrelerin tutunabileceği karbon nanotüp yuvaları oluşturmak için şekillendirilmişlerdir.Daha sonra hücrelerin yaşlanmasının yüzeylere yapışmaya olan etkisiincelenmiştir. Ayrıca, hücre yaşayabilme testi karbon nanotüp yuvalarının üzerine ekilen hücrelerde gerçekleştirilmiş ve karbon nanotüplerin yapı iskelesi olarak kullanıldığında hücrelerde herhangi bir zehirlenme etkisi görülmemiştir. Sonuç olarak tezde kullanılan sıcaklık, basınç ve karbon kaynağı gibi çeşitli sentez parametreleri ile VA-CNT? lerin yüzeysel ve yapısal özelliklerinin kontrol edilebileceği görülmüştür. Dolayısıyla, gerçekleştirilen iki ön çalışma yoğun ve hizalanmış karbon nanotüplerin Li iyon pillerinde anot malzemesi ve doku mühendisliği uygulamasında alternatif yapı iskelesi olarak kullanımı üzerine bir yol sunmaktadır.Anahtar kelimeler: dik hizalanmış karbon nanotüpler, lityum katkılandırılması, yapı iskelesi, kimyasal buhar kaplama, fiziksel buhar kaplama, uygulama