Uluslararası bir araştırma ekibinin oluşturduğu tek katmanlı karbon nanotüplerin sentezinin teorik simülasyonu gerçekleşen mekanizmalar hakkında önemli detayları ortaya koymuştur. Bu bilgiler sayesinde, karbon nanotüplerin üretimini kontrol altında tutmada daha etkili bir yol izlenmesi öngörülmektedir.
Karbon nanotüplerin sentezi özellikle endüstriyel ölçekli üretim açısından bilimsel olarak çok fazla ilgiye maruz kalmaktadır. Eşsiz kimyasal özellikleri sayesinde akustik, biyomedikal, elektronik, çevresel, optik ve yapısal teknolojilerde gibi geniş bir yelpazede çığır açan kullanımları umut vericidir.
Profesör Stephan Irle (Nagoya Üniversitesi Transformative Biyomoleküller Enstitüsü) liderliğindeki Japonya, Amerika ve Çin’den bir grup araştırmacı, hidrokarbonların is oluşturmak üzere yanmasını ve karbon nanotüplerin oluşmasındaki benzer moleküler mekanizmaları gösteren bilgisayar simülasyonunu gerçekleştirdiler. Bu keşif, daha önce kabul görmüş olan kimyasal buhar kaplama diye adlandırılan proses yoluyla nanotüpleri oluşturmak için gerekli olan metal karbürlere meydan okumaktadır.
Ekibin kendi modellerinde önerdiği hidrojen soyutlama/asetilen ekleme (genellikle yanma proseslerinde gözlenen bir mekanizma) gibi alternatif kimyasal proseslerin karbon nanotüplerin oluşması için de kullanılabilmesidir. Profesör Irle şunları belirtmektedir: ‘’Bu bulgular, süreçlerin tamamen farklı mekanizmalarla devamının kabul edilmesi anlamında çok ilginçtir.’’
Ekip, hammadde olarak asetilen kullanarak tek katmanlı karbon nanotüplerin sentezinde ilk oluşum simülasyonlarını 2014 yılında bildirdiler. Simülasyon modelinde asetilen kullanılması, kimyasal buhar kaplamayı katalize etmek için gerekli olan düşük sıcaklıklar ve hatta küçük miktarlarda bile reaksiyonları önemli ölçüde hızlandırmak gibi nedenlere bağlıdır. Araştırmacılara göre, modellemelerinde karbon nanotüp üretimi için günümüzde kabul gören bir model olduğu gibi asetilenin potansiyel rolü üzerine daha fazla çalışmaya ihtiyaç duyulduğunu göstermektedir.
Araştırmacılar sonuçlarını yayınladıklarından bu yana metan katalizör ile nikel ve bakır kullanılarak grafen (saf karbon atomlarının tek atom kalınlığındaki tabakası) sentezinin modellenmesine başlamışlardır. Oluşum prosesi ilerledikçe otomatikman anında tahmin edilen reaksiyon kanallarının olduğu kinetik Monte Carlo simülasyonunun doğrudan sürümüne bağlı olan yeni simülasyon modelinin 2015’te yayınlanması ummaktalar.
Teorik bilgi
Karbon nanotüpler, karbonun (veya grafenin) bir atom kalınlığındaki tabakalarından oluşan nano silindirik malzemelerdir. Günümüzde çeşitli yapısal malzemeleri güçlendirmek için katkı maddesi olarak kullanılmakta ve gelecek nesil nanoelektronik ve biyomedikal cihazlar için enerjinin depolanmasında da kullanılabilmektedir. Karbon nanotüpler genellikle, yüksek sıcaklıklarda reaktif olmayan bir gaz akışı altında hidrokarbon buharının metal katalizörlerin üzerinde birikildiği, kimyasal buhar kaplama yoluyla sentezlenir. Ancak, bu metodun genellikle karbon nanotüp üretiminde değişken çap ve farklı çeper yapılarıyla sonuçlanması kalite kontrol sorunu oluşturmaktadır.
Kaynak: sciencedaily
