NANOTEKNOLOJİ VE ENERJİ

Nanoteknoloji ve Enerji

Günümüzde enerji modern yaşamımızın can damarlarından biridir. Buna rağmen, yıllardır insanların temel enerji kaynağı olan fosil yakıtların büyük bir kısmını düşüncesizce tüketmekteyiz. Bu yakıtlara olan bağımlılık ise bizi çevre ve tüketim problemleriyle karşı karşıya getirmektedir. Bu problemler, enerjinin üretimi, nakli ve tüketimi alanlarında yeni yöntemlerin bulunmasını zorunlu kılmaktadır. Yirmi birinci yüzyılda, güvenli ve uzun vadeli enerji kaynaklarının oluşturulması en büyük zorluklardan biridir. Diğer bir zorluk da üretilen enerjinin etkili ve güvenli bir şekilde başka yerlere taşınması ve kullanılabilmesidir. Etkili çözüm yolları sunan yeni teknolojik gelişmeler ile bu gibi zorluklar çözülebilmektedir. Bu noktada nanoteknoloji, enerji problemleri için öngörülen çözümlere kapı açan anahtarı temsil eder. Nanoteknoloji, sıra dışı özelliklere sahip nanomalzemeler sunmaktadır. Bu malzemeler enerji üretimini ve tüketimini değiştirtilebilecek özelliklere sahiptirler.

Nanoteknolojinin enerji sektöründeki olası kullanım alanlarından bahsetmeden önce bu nanomalzemelerden birkaçının nasıl olağanüstü özellikler sergileyebildiklerini görelim.

Son yıllarda akademik araştırmaların ilgi odağı olduğu nanomalzemelerden biri Karbon Nanotüp (CNT) tür. Karbon Nanotüp, Japon bilim adamı Sumio Iijima tarafından 1991 yılında keşfedilmiştir. Çok ince duvarlı olan bu tüpler tek sıra karbon atomundan oluşan bir grafen katmanının silindir şeklinde birleştirilerek elde edilir. Tek Duvarlı Karbon Nanotüp (SWCNT) ve Çok Duvarlı Karbon Nanotüp (MWCNT) olmak üzere iki çeşittir. CNTler olağanüstü dayanım, esneklik, elektrik ve ısıl iletkenlik gibi özelliklere sahiptirler. Bu özellikleri sayesinde, enerji alanlarında kullanımları ile ucuz, kolay ve daha etkili enerji üretim, taşıma ve tüketim metotlarına ulaşılabilmektedir.

2004 yılında keşfedilmiş diğer bir yeni nanomalzeme ise Grafen’dir. Altıgen bal peteği kristal yapısına sahip birbirlerine kovalent bağlarla bağlanmış karbon atomlarından oluşur. Karbon Nanotüp gibi, Grafen de enerji alanında kullanım için önemli olan olağanüstü fiziksel ve kimyasal özellikler göstermektedir. Grafenin enerji sektöründe kullanılması üzerine birçok çalışma yapılmaktadır. Bu çalışmaların bir kısmı elektrik enerjisinin etkili bir şekilde taşınması ve depolanması üzerinde yoğunlaşmaktadır.

Karbon Nanotüp ve Grafenin yanı sıra enerji alanında olağanüstü uygulamalar bulan çeşitli nanoparçacıklar da vardır. Büyüklükleri 1-100 nm arasında değişen nanoparçacıkların yüzey alanları çok geniştir, bu da kimyasal etkinliklerinin artmasına sebep olmaktadır. Ayrıca, mükemmel optik ve iletkenlik özelliklerine sahiptirler. Güneş enerjisi gibi yenilenebilir kaynaklardan enerji toplanması, nanoparçacıkların yoğun olarak kullanıldığı ana uygulamalardan biridir. Nano boyutlu diğer parçacıklar da sayısız mükemmel özellikler göstermektedir. Nanomalzemelerin kullanım alanlarını şu şekilde özetleyebiliriz; güneş enerjisi, hidrojen teknolojisi, enerji depolama, yakıt hücreleri, enerji taşımacılığı ve enerji tüketimi. İlerleyen yıllarda, nanoteknoloji sayesinde nanomalzemelerin bahsedilen alanlarda kullanımının enerji tüketimini nasıl değiştireceğini uzun vadede göreceğiz.

COVID-19 TEDAVİSİNDE NANOTEKNOLOJİK BAKIŞ

COVID-19 Tedavisinde Nanoteknolojik Bakış

Dünya şimdi, bir buçuk milyondan fazla enfekte ve binlerce resmi olarak doğrulanmış ölüm vakasıyla açıkça ve gizlice ölümcül olan bulaşıcı Koronavirüsün işgali altındadır. COVID-19’un salgının merkez üssünde meydana gelen değişim ve bunun sonucunda dünyanın hemen hemen dört köşesindeki olağanüstü hal durumunun küresel bir salgın olarak ilan edilmesi, dünyadaki çoğu araştırma projesini ve yüksek profilli üniversitelerin sırayla askıya alınmasını zorunlu kılmıştır. Ölümcül salgının yol açtığı aşırı kritik durumu aşmanın en hızlı ve en etkili yolunu bulmak için bilimsel araştırmalar yapılmaktadır. Buna ek olarak, işletmeler rutin ürünlerinin üretimini durdurmuş ve koronavirüsle savaşmak için en temel araçlara yönelik neredeyse büyük talebe cevap vermek için maskeler, alkol, dezenfektan çözeltileri ve jeller üretmeye odaklanmıştır. Önümüzdeki bölümlerde esas olarak, Koronavirüs ailesinden patojenlerin neden olduğu bulaşıcı hastalıkların tedavisinde ve ayrıca yeni COVID-19’u tedavi etmek için potansiyel nanoparçacık bazlı aşıların ve ilaçların tedavisinde kullanılan aşıların oluşturulmasında nanoparçacıkların kullanımı tartışılmaktadır.

Poli- (Laktik-Ko-Glikolik) Nanoparçacıklara Dayalı Aşı

Bugün, bir aşıyı küresel bir ırk olarak bulmak, çoğu hükümet için ilk öncelik ve diğer insanlar için büyük bir endişe olarak kabul edilmektedir. Daha önce MERS-CoV durumunda, güvenli ve etkili profilaktik önlemler sunabilen yeni ve spesifik bir aşı geliştirmek için çağrılar yapıldı. Daha spesifik olarak bu sayıda, STING agonistlerini ve alt birim viral antijeni sağlayabilen poli- (laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) nanopartiküllerinin uygulanmasına dayanan yeni bir aşı geliştirilmiştir. İnterferon genlerinin (STING) uyarıcısı, doğuştan gelen bağışıklık tepkisinde yer alan molekülleri düzenlemekten sorumlu bir sinyal yolunun parçası olarak kabul edilen proteinler ve yeni bir kanser ilacı sınıfıdır. Bu nanoteknolojik aşılama prosedürüne dayanarak, STING agonistleri, sarmal morfolojisi olan kapsid benzeri polimerik nanoparçacıklara gömülür. Bu polimerik nanoparçacıklar, net lokal bağışıklık aktivasyonu ve pH’a duyarlı salım profiline ve ayrıca sistematik reaktojenesiteye sahiptir. Antijenin konjügasyonu üzerine, içi boş polimerik nanoparçacıklar bağışıklık hücreleri ve lenf düğümlerine STING ve antijenlerin dağıtımını kolaylaştırmak için virüse benzer morfoloji sağlar1.

S Protein Nanoparçacıklarına Dayalı Aşı

MERS koronavirüsü tedavi etmek için başka bir aşı, S protein nanopartikülleridir. Bunu yapmak için, Spike proteini nanopartikülleri ve MERS-CoV S genini kodlayan bir rekombinant adenovirüs serotip 5’in alüminyum adjuvan ile etkileşmesine izin verilir. Daha sonra ve heterolog prime-boost aşılama stratejisine dayanarak, aşı MERS-CoV’ye karşı bazı belirli immünoglobulin G’yi indükleyebilir. Bununla birlikte nötrleştirici antikorlar, homolog immünizasyonun yanı sıra, MERS-CoV’ye karşı S protein nanopartikülleri ile heterolog prime-boost immünizasyonu yoluyla indüklenir. Bu durumda Thl hücresinin aktivasyonu, MERS’i kodlayan adenovirüs serotipi 5 ile yapılır. Sonuç olarak, heterolog prime boost, MERS-CoV’e karşı daha uzun süre dayanan bağışıklık tepkilerine yol açabilir2.

Virüs benzeri Parçacık Taklit Nanovesiküllerine Dayalı Aşı

MERS-CoV ile savaşmak için bir aşı oluşturmaya yönelik bu yöntemde, MERS-CoV yapısında bulunan proteinler potansiyel aşıların geliştirilmesi için ipekböceği larvalarında ve Bm5 hücrelerinde enjekte edilir. Başlangıçta zar ötesi sitoplazmik alanlardan (STM) yoksun olan MERS-CoV S proteini, bir bombiksin sinyal peptidi avantajı kullanılarak ipekböceği larvalarının hemolimfine gömülecek şekilde saflaştırılmıştır. Daha sonra saflaştırılmış STM, küçük nanoparçacıklara ve S proteinine girer. Buna ek olarak, STM insan dipeptidil peptidaz 4’e (DPP4) bağlanabilir. S proteinlerinin birlikte ekspresyonu MERS-CoV membran proteini (M), zarf proteini (E) ve hücre dışındaki Bm5 hücrelerinde MERS-Coronavirus benzeri partiküller (MERS-CoV-LP) meydana getirir3.

COVID-19 ile Mücadele İçin Klorokin İçindeki Nanotıp Bilgileri

Son zamanlarda yapılan klinik hücre kültürü çalışmalarından elde edilen sonuçlar, kolorokinin (Chloroquine) (70 yaşındaki sıtma ilacı) potansiyel olarak 2019 koronavirüs hastalığına (COVID-19) karşı etkili bir terapötik ajan olarak kullanılabileceğini göstermektedir. Türev hidroksilklorokin ile klorokin, sıtmayı ve yaygın otoimmün hastalıkları tedavi etmek için profilaktik bir strateji olarak uygulanacak ucuz ve güvenli bir ilaç olduğu bilinmektedir. Göz hasarının klorokinin uzun vadede en yaygın yan etkisi olduğu belirtilmelidir. Klorokinin anti-viral mekanizmasının hala tartışmalı olduğu bir gerçek var. Bununla birlikte, çalışmalar, hücre kültürü çalışmalarında SARS-CoV ve insan koronavirüs OC43 gibi virüslere karşı etkili terapötik aktiviteye sahip olduğunu göstermektedir. Nanotıpta, klorokin mevcut olduğunda nanopartiküller ile hücre etkileşimlerinin kapsamlı bir görünümünü elde etmek amacıyla hücrelerdeki nanoparçacıkların emilimini araştırmak için klorokin kullanılmıştır. Bu tür etkileşimler, viral replikasyon gerçekleşmeden önce tam olarak erken aşamalarda devam eden mekanizmaları netleştirebilir. Nanotıp, özellikle hücreler koronavirüs (SARS-CoV-2) alımındaki değişiklikler hakkında yeterli bilgi sağlayabilir4. Şekil 1, klorokinin COVID-19’a karşı terapötik etki uyguladığı mekanizmayı gösterir.

Şekil 1. Klorokinin COVID-19’e karşı Şeması 4

Kimyasal olarak konuşursak, klorokin, düşük pH ve kapalı membran ile organellerde kapsüllenen ve asitliklerini değiştiren zayıf bir alkalin ilaç olarak kabul edilir. Memeli hücrelerinde, klorokin tedavisi lizozomların pH artışıyla sonuçlanır. Lizozom füzyonun önlenmesi yoluyla, lizozom, yukarı akış endositik kaçakçılığını, hücre zarından taşınmayı engellemek için trafik sıkışıklığı gibi ardışık bir şekilde engeller. Klorokin antiviral etkisinin viral füzyon ve replikasyonu (pH’a bağımlı olarak kabul edilir) inhibe ederek, viral zarf glikoprotein ile birlikte konak reseptör protein glikosilasyonunu önlediği düşünülmektedir4.

Klorokin Tarafından Nanopartiküller Endositoz İnhibisyonu

Çalışmalar, klorokinin geniş spektrum kalitesine bağlı olarak bazı yerleşik makrofajlar kullanarak nanopartiküller endositozu inhibe ettiğini göstermiştir. İlgili klinik klorokin dozları, çeşitli boyutlarda 14 ila 2600 nm arasında değişen sentetik nanoparçacıkların monodispersitesine ve hücrelerdeki ve farelerdeki mononükleer fagosit içindeki şekillere neden olur. COVID-19’un tedavisinde klorokin mekanizması ile ilgili çalışmalar, klatrin kaplı çukurlarda en yaygın proteinlerden biri olarak kabul edilen fosfatidilinositol bağlayıcı klatrin düzeneği (PICALM) olarak adlandırılan bir proteinin ekspresyonunu reddettiğini ortaya koymaktadır. Taşıyıcı seçimli bir klatrin adaptörü olarak PICALM, endositoz oranını düzenleyen membran eğriliğini algılamaya ve türetmeye çalışır. PICALM tükenmesi nanopartikülleri içselleştirmek için sorumlu baskın yol olarak klatrin aracılı endositozun inhibisyonuna neden olur4. Partikül karakterizasyon tekniklerinden elde edilen verilere dayanarak, koronavirüs (SARS-CoV-2) küre şeklinde olup boyutu 60 ila 140 nm aralığındadır. Bu, klorokinin koronavirüse karşı etkisine aracılık etmek için herhangi bir mekanizmanın, PICALM’i baskıladığı için nanopartikül yapısının klatrin aracılı endositozunu gerçekleştirme yeteneğinde bir azalmaya neden olduğu anlamına gelir.

KORONAVİRÜS AİLESİNİN PATOJENLERİNE KARŞI AL

Koronavirüs Ailesinin Patojenlerine Karşı Altın Nanopartiküller

Ciddi akut solunum sendromu koronavirüsü anlamına gelen SARS-CoV, koronavirüs hastalığından sorumlu SARS CoV-2 2019 (COVID-19) ve Orta Doğu solunum sendromu (MERS-CoV) dahil olmak üzere koronavirüs patojenleri, neredeyse insanlarda hayatı tehdit eden pnömoniye neden olur. ve şu ana kadar lisanslı ve spesifik terapötik aşı bulunamamıştır. Dünya çapında yaklaşık iki milyon enfekte insan ve 140 bin’den fazla ölümle en bulaşıcı ve en ölümcül koronavirüs hastalığı olan COVID-19 durumunda, 70 yaşındaki sıtma ilacı olan chloroquinein, son zamanlarda bazı doğrulanmış terapötik etkilere sahip olduğunu göstermiştir. Bununla birlikte, bazı klinik raporlar COVID-19 hastalarının dörtte birinin kalp hastalığı geliştirdiğini doğrulamıştır. Ayrıca, MERS-CoV ile savaşmak için nanoparçacıklardan yararlanan çeşitli aşılar uygulanmıştır. Terapötik amaçlar için az sayıda antiviral ilaç ve aşı olmasına rağmen, zayıf metabolik stabilite, ciddi olumsuz sağlık etkileri ve düşük antiviral aktiviteler iyileştirici etkilerini büyük ölçüde bozmuştur1. Sonuç olarak, yeni hastalar için pratik ve etkili tedavi geliştirmek için acil bir durum söz konusudur.

Koronavirüs Patojenleri Bağlama ve Füzyon Mekanizması

Koronavirüs ailesinin patojenleri hakkında herhangi bir mekanik tartışmadan önce, içerdikleri proteinlerin moleküler yapısını ve türlerini gözden geçirmek yardımcı olacaktır. Koronavirüsler, tüm virüslerin RNA’ları arasında en büyük olarak kabul edilen 26 ila 32 kilobaz genom içeren zarflı pozitif iplikçikli RNA virüsler ailesindendir. Memeliler ve kuşlar gibi türleri enfekte edebilen çok çeşitli konakçıların yanı sıra gastrointestinal, solunum, hepatik ve merkezi sinir sistemi hastalıkları gibi ciddi sağlık bozuklukları yapmaktadırlar. Koronavirüslerde, spike proteini, konakçı hücrelere nüfuz etmek için kullanılan virüs yüzeyinden çıkan taç benzeri (Latince Corona) yapılar oluşturur. Başak proteinin kendisi S1 ve S2 içerir, burada S1, konakçı hücre reseptörüne ve membran füzyonu için S2’ye bağlanır. Nükleokapsid protein, koronavirüsteki en bol protein ve yüksek derecede immünojenik bir fosfoprotein olarak kabul edilir. Nükleokapsid proteinin neredeyse hiç mutasyona uğramadığı ve teşhis tahlillerinde bir işaretçi olarak kullanılmaktadır2.

Koronavirüs patojenlerinin, sonuçta membran füzyon aracılığı ile hücresel reseptörlere bağlandığı mekanizma, başak (S) proteininin kullanılmasıdır. Artan miktarda çalışma ve deney, enfeksiyona S proteininin dahil olduğunu göstermektedir. Yukarıda verildiği gibi S1 proteinleri, virüs zarfının konak hücre zarı ile füzyonuna aracılık etmek için arka arkaya S2 proteini tetiklemesi ile dipeptidil peptidaz reseptörleri (DPP4) yoluyla konakçı hücrelere bağlanır4. S2 proteininin koronavirüsler tarafından enfeksiyonu düzenlemedeki sansür rolü, inhibisyon fonksiyonunun tedavide güçlü bir teknik olduğunu göstermektedir. Spesifik olarak S2 proteini, heptad tekrarı 1 (HR1), heptad tekrarı 2 (HR2) ve füzyon peptitleri (FP) dahil üç ana alandan oluşur. DPP4’e bağlanan S1 proteinleri yapıldıktan sonra, füzyon peptidi konakçı hücrelerin zarından geçer. Daha sonra, HR1 ve HR2 birbirlerini bükerek 6-sarmal demet (6-HB) adı verilen ve konakçı hücre zarını ve virüsün zarfını birbirine doğru çekmekten sorumlu olan ve füzyonlarını destekleyen sarmal bir yapı oluşturur. Bu füzyon, viral genomun (RNA) konakçı hücreye salınmasına neden olur. Bu mekanizmaya göre, 6 HB oluşumu hücre zarları ile koronavirüs füzyon aracılık kritik bir faktör gibi görünmektedir1.

Şu anda, Spike (S) proteinine karşı en olası strateji, enfeksiyonu nötralize etmek için virüs bağlanmasını ve füzyonunu bloke edebilen antikorlar kullanmaktır. Sonuç olarak, S proteini, bulaşıcı süreci ve replikasyonları baskılamak için bir ilaç veya aşı hedef adayı olarak görülmelidir. Hayvanlar üzerinde yapılan çalışmalar ve deneyler, koronavirüs patojenlerine karşı herhangi bir yetersiz koruyucu bağışıklık sisteminin, vücut enfekte olduğunda akciğerlerde bir eozinofilik immünopatolojiye yol açabileceğini düşündürmektedir3.

SARS-CoV-2, koronavirüs ailesinden yeni ortaya çıkan bir patojen ve nanoteknolojiye dayanan çok az tedavi olduğundan, gelecek çalışmalarda özellikle SARS-CoV ve MERS-CoV’a karşı daha önce geliştirilen altın nanoparçacık bazlı tedavi yöntemlerine odaklanacaktır. Bununla birlikte, geçmiş çalışmaların tam bir incelemesi, araştırmacıların bugün dünya çapında binlerce hayat iddia eden pandemik COVID-19 ile özellikle başa çıkmak için yeni yöntemler geliştirmelerine yardımcı olacaktır.

Koronavirüs Patojenlerinin Saptanması ve İnhibisyonu için Altın Nanoparçacıklar

Kolorimetrik tekniklerin, metalik nanoparçacık ve floresan moleküller gibi bir göstergenin rengindeki değişiklik yoluyla hedef analitleri saptamak ve tanımlamak için etkili araçlar olarak hizmet ettiği gösterilmiştir. Tespit, boya maddesinin belirli bir karakteristik dalga boyunda absorbansını ölçerek görsel gözlem temelinde bir biyobelirteç katılımının veya varlığının onaylanmasını içerir. 2019’un başlarında yapılan yakın tarihli bir çalışmaya dayanarak, pozitif elektrolit olarak magnezyum klorür içinde altın nanoparçacıklar ile kaplanmış veya korumalı çift zincirli DNA (dsDNA) kendinden montajı kullanarak MERS-CoV’yi saptamak için bir tespit platformu olarak bir kolorimetrik test geliştirilmiştir. Bu platform, ultraviyole ve görünür dalga boyu aralığındaki renk altın nanoparçacıklarındaki değişiklik ve yerel yüzeylerindeki Plasmon rezonansındaki (LSPR) kayma ile MERS-CoV’yi tespit edebilir. Buna göre, çift zincirli DNA’nın 5 ′ veya 3 ′ ucundaki bir çift prob, E protein geninin yukarı akışına ve MERS üzerindeki açık okuma çerçevelerine (ORF) sahip tamamlayıcı baz çiftini düzenlemek için tiyol ile tasarlanır ve modifiye edilir. Bu sırayla, problar ve hedeflerin dsDNA’sı, altın nanoparçacıkları optik özelliklerin geçişinden ve kendiliğinden indüklenen agregasyondan korumak için disülfite bağlı uzun kendinden birleştirilmiş bir kompleks oluşturur. Bu kolorimetrik algılama platformu, MERS-CoV 4’ün bir mikro litresi başına 1 ile piko molar (1pM /µL) ayırabilir. Bu platform, yapıdaki benzerliklerle ilgili olarak, bazı modifikasyonlarla SARS-CoV-2 kitlerini geliştirmek için kullanılabilir.

Altın Nanoparçacıkların En Önemli Morfolojilerinden olan Altın Nanoyıldız Hakkında Bilgi Almak İçin Aşağıdaki Blog Yazılarını İnceleyebilirsiniz.

Koronavirüse Karşı Güçlü Bir Antijen Olarak Altın Nanoparçacık Modifiye Spike Proteini

Aynı anda aşılamada bir adjuvan ve bir antijen taşıyıcısı olarak hareket ettiğine inanılan altın nanopartiküller, ultraviyole radyasyonla inaktive edilen SARS-CoV aşısında etkili bir adjuvan olarak kabul edilir. Bu yöntemde, ön testler, fareye, enfeksiyon fare ile uyarlanmış virüs ile yapıldıktan sonra, adjuvan SARS olmadan, 0.5 ug S proteini ile immünize edilerek gerçekleştirildi. Altın nanopartikülleri ile adjuvanlanmış protein, güçlü bir IgG tepkisine yol açar, ancak aşının etkinliğini arttırmaz veya eozinofilik infiltrasyonu durdurur / azaltır. Bu çalışmanın sonuçlarına dayanarak, altın nanoparçacık – adjuvanlanmış S proteini, SARS-CoV’e karşı yükseltilmiş bir antijene spesifik IgG cevabı ile sonuçlanabilir3.

Altın Nanorod Bazlı HR1 Peptit İnhibitörü

Bu yöntemde altın nanorodlardan yararlanılarak, konakçı hücreler ve MERS-CoV arasında HR1 / HR2 aracılı membran füzyonunu önlemek için bir dizi heptad tekrarı 1 (HR1) inhibitörü geliştirilmiştir. Özellikle bu teknikte, MERS-CoV’ye karşı güçlü bir inhibisyon gösterdiği ortaya çıkan peptit gebeliğe bağlı hipertansiyon (PIH), altın nanorodlarla (PIH-AuNR’ler) ek bir teşvik biyouyumluluk sergileyen bir kompleks oluşturduğunda 10 kat daha da güçlenir. ve metabolik kararlılık. Bu kompleks MERS-CoV enfeksiyonu tedavisinde ilaç veya aşı olarak klinik formların geliştirilmesinde kullanılacak potansiyel kalitede yeni bir antiviral aktivite göstermiştir1.

MERS-CoV, SARS-CoV ve yeni SARS-CoV-2 dahil olmak üzere koronavirüs patojenleri arasındaki yapısal benzerlikler ile ilgili olarak, altın nanopartiküller sadece COVID-19’a karşı tedavi stratejisi olarak kullanılamaz, aynı zamanda koronavirüs tasarımına uygulanabilir teşhis kitleri kullanılır. Önceki çalışmalar, altın nanoparçacık uygulamalarının tatmin edici sonuçları kanıtladığından, AuNP tabanlı platformların geliştirilmesine yönelik çalışmalar, dünyanın yaşadığı kritik anlarda bir rahatlama olarak ortaya çıkabilir.

GRAFEN OKSİT DİSPERSİYONU

Grafen Oksit Dispersiyonu

Grafen oksit, grafit kristalleri oksitlendiğinde elde edilen bir mono-atomik tabaka malzemesini ifade eder. Oksitlenme işlemini uygun kılan suda çözünme kabiliyeti nedeniyle ticari olarak temin edilebilen grafen, ender malzemelerden bir tanesidir. Bu makalede sudaki grafen oksit dispersiyonunun sentezi, özellikleri ve bazı uygulamalarından bahsedeceğiz.

Grafen Oksit Dispersiyonun 7 Özelliği

1- Bir malzemenin özellikleri o malzemenin yapısı vasıtasıyla tanımlanır, ancak bu malzeme oldukça özgündür, çünkü bu materyalin kesin bir modeli yoktur. Grafen Oksit dispersiyonu, yeni uygulamalara fırsat veren olağanüstü fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikler sunar.

2- Grafen Oksit şekilsizdir, ancak genel olarak, grafen oksit, safsızlıkları koruyacak şekilde tamamen çıkarmayı amaçlayan grafen modelinin aksine, işlevsel hidroksit ve oksijen gruplarına sahip petek şeklinde ve karbon atomları içeren iki boyutlu bir tabaka olarak tanımlanabilir.

3-Grafen oksit, farklı olarak bazı özellikleri de barındırır. Kimyasal ve atomik yapısına bağlı olan elektrik ve iletkenlik özellikleri gibi.

4- Grafen oksit dispersiyonu ayrıca, foto ışıldama, yani ışımanın yayılmasıyla ışığın yayılması gibi benzersiz optik özelliklere sahiptir. Bu özellik, biyo duyumda, flüoresan etiketlerde ve optoelektronik uygulamalarda, optik fiberde veya likit kristal ekranlarda hareket eden ışığı tespit eden sensörlerde kullanılabilmektedir.

5-Ortalama elastik modülü ve kırılmaya karşı en yüksek direnci sırasıyla 32 GPa ve 120 MPa’dır.

6-Grafen Oksit Dispersiyonu ayrıca tek tip tabakalar halinde ultra ince ve esnek bir nano yapıdadır.

7- Grafen Oksit yüksek çözünürlüğe sahiptir ve aşağıda açıklandığı gibi suda kolayca dağılır.

Grafen Oksit Sentezi

Genel olarak, Grafen Oksitin sentezlendiği, Brodie, Staudenmair veya Hummer olan üç ana yöntem vardır. Bu yöntemler, grafitin çeşitli seviyelerde oksidasyonu için aynı prensibi temel alır. İlk iki yöntem, grafiti oksitlemek için Potasyum Klorat (KClO3) ile Nitrik Asit (HNO3) ile kimyasal bir reaksiyon gerçekleştirir. Bununla birlikte, Staudenmair yöntemi ile çoklu aşamalarda Klorat eklenir. Prosedürdeki bu fark, grafitin daha fazla oksidasyonuyla sonuçlanır ve bir yan ürün olarak CO2 üretir.

Hummer yöntemi, grafen oksit yapısında daha iyi bir homojenlik sağladığından ve özelliklerde daha düşük bir çeşitlilik aralığı verdiğinden en yaygın kullanılan yöntemdir. Bu yöntem de, önceki reaksiyonlardan farklı iki farklı bileşik kullanır: Potasyum Permanganat (KMn04) ve Sülfürik Asit (H2S04), bu nedenle bu yöntem CO2 kirletici üretmez. Ayrıca, dispersiyonu hazırlamak için, Grafen Oksit su ile karıştırılır.

Suda Grafen Oksitin Dispersiyonu

Grafen oksidin su içinde dispersiyonu, 1 ile 2 katman kristalinin yüksek konsantrasyonuyla kararlı bir yapıdadır. Kompozit malzemelerin hazırlanması gibi farklı uygulamalarda kullanım için uygundur. Grafen Oksit suda kolayca çözünür. Bu, ince bir grafen oksit filminin birikmesinin çok basit bir işlem olmasını sağlar.

Dispersiyonun sekiz temel özelliği aşağıda verilmiştir:

Çözücü: Su

Konsantrasyon: 0,1-4 mg / ml

Hacim: 100/250 ml

Dispersiyon: Polar çözücüler

Grafen Oksit su dispersiyonunun kokusu: Kokmaz

Tek katman içerik (0.1 mg / ml olarak): % 80

Grafen Oksit su dispersiyonunun rengi: Siyah / kahverengi

Grafen Oksit Dispersiyonunun Üç Önemli Uygulaması

1-Grafen Oksit dispersiyonu, plastik, reçine, kauçuk, elyaf kompozitler gibi polimer kompozitleri yapmak , ayrıca lityum iyon pillerin anot ve katot malzemeleri, grafen termal iletken tabakaları, katalizör yükleme ve deniz suyunun saflaştırılması için kullanılır.

2-Süper kapasitörler, kondansatörlere kıyasla büyük miktarda elektrik gücü depolayabilen elektrokimyasal cihazlardır, ancak daha düşük voltajlarda çalışırlar. 2009 yılında, Nanjing Bilim ve Teknoloji Üniversitesi tarafından, grafen oksitle katkılanmış polianilin (PANI) kullanımına dayanarak, grafen oksitle katlanan süper kapasitörler yaratma deneyine maruz kaldıkları bir yayın yayınlandı. PANI uyuşturucu için oksit 531 F / g’ye kadar sonuçlar verdi (Bir cismin kütlesi ile ilişkili olarak enerji depolama kapasitesinin ölçüm birimi)ve bu malzemenin katkısı olmadan sonuç 216 F / g idi. Grafen oksit kullanımı, birim kütle başına direnci katkılama olmadan iki kattan daha fazla arttırır. Buda katkılamanın elektronik endüstrisinde kullanılabileceği anlamına gelir çünkü her zaman kendinden sonra gelen benzer özelliklere sahip bileşenlerin kapladığı alanı azaltmaya çalışır.

3-Bir araştırmacı ekibi, mikrometrik boyutlarda Grafen Oksit tabakalarının birbiri üstünde istiflendiği, 12 santimetreden daha büyük çapta ve yaklaşık 1 ile 100 mikron arasında bir kalınlığa sahip grafen oksit “kağıt” parçalarını ürettiler. Grafen oksidin “kağıdı” güçlü, hafif ve esnektir. Malzemenin ayrı ayrı tabakalar halinde sahip olduğu üstün mekanik özelliklere ek olarak, grafen oksit tabakaları kolaylıkla istiflenebilir, bu da diğer malzemelerin geliştirilmesine zemin hazırlamaktadır.Araştırmacılar, kontrollü geçirgenliğe sahip zar kullanımı ve enerji alanında kullanılması amaçlanan piller veya süper kapasitörler için de grafen oksit kağıdı için çeşitli uygulamaları görmektedirler. Grafen oksit kağıdı ayrıca polimerler, seramikler veya metaller içeren hibrit materyaller oluşturmak için de kullanılabilir; böylece hava taşıtları, otomobiller, binalar ve spor malzemeleri için bileşenler gibi mevcut malzemelerden daha iyi davranış gösterirler.

Grafen oksit dispersiyonunun daha fazla uygulaması genellikle aşağıdaki sektörlerde bulunur:

Spor aletleri ve oyuncaklar
Boya ve Cilalar
Otomobil sektörü
Havacılık ve Savunma
Güneş paneli
Tekstil
Piller ve Enerji
Ekranlar
Kauçuk ve Plastik
Binalar
Elektronik ve Optoelektronik

Sudaki Grafen Oksit dispersiyonu mükemmel fiziksel, kimyasal ve mekanik özellikler sunar Belirli şekli olmayan bu malzeme çeşitli atomik, fiziksel, kimyasal ve mekanik özelliklere sahiptir. Bu özellikler, bu malzemenin elektronik alanda çok çeşitli uygulamalara öncülük eden bir dielektrik malzeme olduğunu bilmemizi sağlar; aynı zamanda diğerleri arasında tıbbi-biyolojik alanda çözümler öneren bakterilere zarar verebilecek bir malzemedir.

ALTIN NANOPARÇACIKLARIN SENTEZİNDE YENİ YÖNT

Altın Nanoparçacıkların Sentezinde Yeni Yöntem

Geçtiğimiz yıllarda, grafen nanokompozitler, maddenin fiziksel ve kimyasal özelliklerini arttırma yeteneklerinden dolayı çok dikkat çekmişti. Özellikle grafen /metal nanokompozitler, hem metal hem de grafen nanopartiküllerin benzersiz özellikleriyle birleştirme gibi yeteneklerinden dolayı bunlar arasında fark yaratır. Hibrit malzemelerin üstün sinerjik özellikleri göz önüne alındığında, altın nanopartiküller (AuNP’ler), bu nanokompozitlerin ailesinde yaygın olarak incelenmiştir.

Altın nanopartiküllerin uygulama alanları

AuNP molekülleri, hedef ilaç teslim sistemleri için faydalı moleküllerdir, çünkü toksik olmayan ve non- immünojenik gibi bazı özelliklere sahiptirler. Ayrıca, nano-altın; boyutlarını, şekillerini, yüzeylerini veya bir araya getirme durumunu değiştirerek ayarlanabilen optik ve elektronik özelliklere sahiptir. Bu ayırt edici optoelektronik özelliklerin son araştırmaları ve kullanımları, organik fotovoltaikler, sensör örnekleri, tedavi ajanları, biyolojik ve tıbbi ilaçlar, elektronik iletkenler ve kataliz gibi yüksek teknoloji uygulamalarında görülmüştür.

Altın nanopartiküller nasıl oluşur?

Altın nanopartiküllerin birden fazla yolla hazırlanması mümkündür. Sodyum sitrat ve sodyum borohidrid gibi gereçler kullanılarak kimyasal indirgeme, altın nanopartikülleri hazırlamak için en sık kullanılan yöntemdir. Bununla birlikte, kimyasal yaklaşım olayı, tıpkı zaman ve emek harcanan süreçler gibi çözücü toksisitesinden etkilenir. Kolay, hızlı ve yeşil yapısından dolayı, elektrokimyasal biriktirme, nano-altın üretimi için iyi bir seçenektir, ancak partikül büyüklüğü ve dağılımının homojen olmamasına neden olabilecek mevcut dalgalanma sınırları da vardır. Kimyasal indirgeme ve elektrokimyasal tortulanmasına ek olarak, ısıl tavlamanın da altın nanoparçacıkların üretilme potansiyelini gösterdiği, ancak 600 °C’nin üzerindeki koşullarda birkaç saatlik çalışma için son derece enerji tüketen bir cihaz olduğu görülmüştür. Dolayısıyla, tüm bu sorunların üstesinden gelen yeni bir teknik olarak nano-altının üretimi, hala arzu edilmektedir.

Altın Nanoparçacıkların Sentezinde Yeni Yöntem

Cheng Yang ve arkadaşları 2018’de Fudan Üniversitesi Işık Kaynakları ve Aydınlatma mühendisliği bölümü,argon plazması kullanılarak boyut olarak ayarlanabilen altın nanoparçacıkların / indirgenmiş grafen oksit nanokompozitlerin bir aşamalı sentezi algılama ve katalizdeki uygulamalarının yanında Ar plazması kullanılarak GO ve HAuCl4’ün bir aşamalı çift indirgenmesi, altın nanopartiküllerinin üretimi için bir yaklaşım olduğunu kanıtladı.

Bu çalışma, altın nanopartiküllerin üretimi için yeni, kolay, düşük maliyetli ve ölçeklenebilir bir yönü vurguladı. Böylece endüstriyel uygulama ve Altın Nanopartiküllerin seri üretiminin yolunu açtı.

BOR KARBÜR NANOPARÇACIKLARI: TARİHÇESİ, ÖZEL

Bor Karbür Nanoparçacıkları: Tarihçesi, Özellikleri, Uygulamaları, Üretimi, Depolanması

Bor karbür (B4C) genellikle “Siyah elmas” olarak adlandırılır. Neredeyse elmas kadar sert ve siyah kristalin bir katıdır.1 Karbon atomu ve 4 Bor atomu bileşiği oluşturmaktadır. Grimsi siyah renkli ve genellikle çok sert seramik bir malzemedir. Karbon ve Bor’un, sırasıyla 6 ve 5 gibi atom numaralarına sahip olan periyodik tabloda birbirine bitişik yerleştirildiği belirtilmelidir.

Bor karbür nanoparçacıklarının çapı yaklaşık 40 nm’dir. Sertliği ve nötronlarla benzersiz etkileşimi gibi temel özellikleri nedeniyle birçok endüstride kullanılır. Mühendisler ve araştırmacılar Bor karbür nanoparçacıkları için kapsamlı araştırmalar yaptılar. Bor karbürün mekanik özellikleri, çeşitli uygulamalarda kullanışlı olmasını sağlar. Bu makale Bor Karbür Nanoparçacıklarına, tarihçesine, özelliklerine, üretimine ve farklı sektörlerdeki uygulamalarına odaklanmaktadır.

Bor Karbür Nanopartiküllerinin Tarihi:

B4C, 19. yüzyılda metalik boritleri içeren reaksiyonların bir yan ürünü olarak keşfedildi. 1930’dan sonra çalışmalara ve araştırmalara başlandı.

B4C Nanotoz’un 8 Özelliği:

Bor Karbür Nanopartiküllerinin özellikleri aşağıda ayrıntılı olarak tarif edilmiştir:

1. B4C Nanopartiküllerinin Molar Ağırlığı

Bileşiğin molar ağırlığı 55.255 g / mol iken, yoğunluk 2.52 g / cm3’tür.

2. B4C Nanopartiküllerinin Kristal Yapısı

Kristal yapısı eşkenar dörtgendir. Borik asidin grafit ile 2600 ° C’de tepkimesiyle hazırlanır.

3. B4C Nanopartiküllerinin Partikül Büyüklüğü Dağılımı ve SSA’sı

İnce bir partikül büyüklüğü dağılımı, daha geniş spesifik yüzey alanı ve iyi saflık aralığına sahiptir. Bor karbür Nanopartiküllerin Spesifik Yüzey Alanı 42 m2 / g’den fazladır.

4. B4C Nanopartiküllerinin Erime Noktası

Bor karbür Nanopartiküllerinin erime noktası yaklaşık 2350 ° C’dir.

5. B4C Nanopartiküllerinin Kaynama Noktası

Bor karbür Nanopartiküllerin kaynama noktası yaklaşık 3500 ° C ve sertlik 9.3’e kadar çıkarken, bükülme kuvveti 400 MPa’dan yüksektir.

6. B4C Nanoparçacıkların Reaktivitesi ve Kararlılığı

Bor karbürNanopartikülleralkali veya asit çözeltisi ile reaksiyona girmez. Bileşik genellikle yüksek sıcaklıklara karşı dirençlidir ve oksidasyon önleyici özelliklere, yüksek mukavemet, yüksek sertlik, yüksek ezilme verimi, yüksek elastik modül, iyi bir kendinden yağlama özelliklerine ve daha büyük aşınma direncine sahiptir.

Bor karbür nanoparçacıkları, iyi anti-radyasyon performansı ve mükemmel nötron emme özellikleri ile daha yüksek bir termal nötron yakalama kesitine sahiptir.

7. B4C Nanopartiküllerin Rengi

Bor karbür Nanoparçacıkları genellikle Siyah renkte bulunur.

8. B4C Nanopartiküllerinin Diğer Özellikleri

Saflığı % 99 kadardır.

Bor karbür Nanopartiküllerinin büyüklüğü yaklaşık 50 nm’dir.

Bor Karbür Nanotoz Üretim Süreci:

Bor Karbür nanoparçacıkları, magnezyum diborid’in karbon nanotüplerde termal ayrışmasıyla üretilen borun reaksiyonuyla üretilir. Bor karbür nanoparçacıkların üretimi için optimum sıcaklık 1150 derecedir ve üç saat boyunca vakumda tutulur.Bu üretim yöntemi iyi kristallik verir.

Bor Karbür Nanopartiküllerinin 9 Uygulaması:

1.Bor karbür nanoparçacıkları, farklı sektörlerde, aşağıda verilen çeşitli uygulamalara sahiptir.

2.B4C nanopartikülleri, tank zırhlarının imalatında yaygın olarak kullanılır. Sertlikleri ve düşük yoğunlukları nedeniyle kurşun geçirmez yeleklerde de kullanılır.Nükleer sektörde kontrol çubuğu, kapatma paletleri ve koruyucu kalkan gibi bazı uygulamalarda da kullanılmasının yanı sıra, nötron yakalama özelliklerinden dolayı nötronları tespit etmek için de kullanılırlar. Ayrıca, termal şok direnci ve termal iletkenliklerinden dolayı, nükleer füzyon reaktörlerinde kullanılmaktadır.

3.Ayrıca, Bor Karbür nanoparçacıkları, sertlikleri nedeniyle aletleri kesmek ve taşlamak için çok uygundur. Bor karbürünün nanopartikülleri çok sert ve kararlıdır. Kararlılık nedeniyle alkali asit çözeltileriyle etkileşime girmezler. Bu nanopartiküller ayrıca agresif yapıları nedeniyle alıştırma ve cilalama uygulamalarında da kullanılır. Bor karbür nanopartikülleri, uzun ömürlü radyasyon oluşumu olmadan nötronları emme kapasitesine sahiptir.

4.Bor Karbür Nanopartiküller, kişisel kullanım ve ekipman için seramik zırh uygulamaları,
malzemeyi taşlamak ve cilalamak için aşındırıcı, püskürtme ucu, dielektrik bariyerler için yarı iletken uygulamaları, seramik rulmanlar, nükleer ve tıbbi uygulamalar gibi ileri teknoloji uygulamaları için de önemlidir.

5.Bor karbürün nanoparçacıkları dikkate değer olarak aşınma dirençlerinden dolayı seramik rulmanlar, tel çekme kalıpları ve püskürtme uçları için kullanılır. Bu nanopartiküller zırhlı araçlarda balistik ve mermi tehditlerine karşı korunma amacıyla kullanıma çok uygundur. Bunun nedeni düşük özgül ağırlıkları ve daha yüksek darbe direncidir.

6.Bor karbür nanoparçacıkları ayrıca bıçak araçları gibi farklı malzemeleri kaplamak amacıyla kullanılır. Titanyum alaşımı, alüminyum alaşımı ve paslanmaz çelik gibi farklı alaşımları kesmek için de kullanılabilir. Bu nanopartiküller, Ultra yüksek yoğunluklu disk sürücülerinde ince film yapmak için de kullanılır.

7.Ayrıca, paslanmaz çelikten yapılan aletler, termal şoklara karşı güvenlik için plazma püskürtmeli Bor karbür nanopartiküller kullanılarak kaplanır. Yüksek bor içeriği yüksek refrakterlik ve iyi kimyasal inertlik gösterir.

8.Nano B4C, Havacılık ve Uzay sektöründe de düşük yoğunlukları, yüksek sertlikleri ve düşük termal genleşmeleri nedeniyle Berilyum alaşımlarının yerine kullanılır. Ayrıca plastik matrisleri takviye malzemesi olarak güçlendirmek için de kullanılırlar.

9.Bor karbür nanoparçacıkları ayrıca yüksek sıcaklıktaki elektronik cihazlarda, örneğin termoelastik cihazlarda da uygulamaları mevcuttur. Ayrıca yarı iletken uygulamalarda dielektrik bariyerler olarak kullanılır.

B4C Nanopartiküllerinin Depolanması:

Bor karbürünün nanoparçacıkları genellikle serin ve kuru bir atmosferde depolanır. Nemden dolayı yığınlamadan kaçınmalı ve havaya maruz bırakılmamalıdır. Ayrıca, yüksek basınca maruz kalmamalı ve oksidanlarla etkileşime girmemelidir.

Sonuç

Bor Karbür Nanopartiküller, benzersiz özellikleri nedeniyle farklı sektörlerde birçok uygulamaya sahiptir. Çok sertler ve bu nedenle siyah elmas olarak da adlandırılırlar. Taneciklerin büyüklüğü yaklaşık 40 nm’dir ve 19. yüzyılda bulunmuştur. Bor Karbür Nanoparçacıkların uygulamaları kurşun geçirmez yelekler, zırh araçları, kesme, taşlama, parlatma, nükleer ve tıp sektöründe bulunur. Halen, yenilikçi kullanımlarının daha fazlasını keşfetmek için birçok araştırma yapılmaktadır.

KARBON SİYAHI NANOTOZ: TARİHÇESİ, ÖZELLİKLER

Karbon Siyahı Nanotoz: Tarihçesi, Özellikleri, Kullanım Alanları, Üretim, Kaynaklar

Karbon siyahının nanotozformu iletkendir ve kirletmeye neden olmaz. Karbon Siyahı Nanotozun’un uygulamaları çok yönlüdür. Bunlardan bazıları plastik, elektronik, mürekkepler, kaplamalar ve yeşil teknoloji sektörleridir. Karbon Siyahı ağırlıklı olarak takviye dolgu maddesi olarak ve kauçuk endüstrisinde kullanılır. Yaklaşık olarak otuz adet bu amaç için üretilir. Kauçuk ürünlere geniş bir özellik skalası verir.

Karbon Siyahı Nanotozu Tarihi:

Karbon Siyahı, dizel ve fosil yakıtların eksik yanmasının yanı sıra, yakacak odunun yanması gibi farklı aktiviteler tarafından üretilir. Karbon karası ilk olarak Çin’de kandillerde eksik yanma ile üretildi ve Hint mürekkebinin siyah pigmentini sağlamayı amaçladı. 1912 yılında, lastik takviyesi için olağanüstü nitelikler gösterdi.

Karbon Siyahı Nanotozu Üretim Kapasitesi:

2017 yılında, küresel üretim kapasitesi 16 milyon ton/yıl oldu ve küresel üretim kapasitesi yaklaşık 100 fabrika ile Çin’de% 43, 16 milyon ton/yıl oldu. Avrupa Birliği’nin 2017’de ürettiği rakam 1.890 milyon tonu buldu. Fransa’da 2017’de, Karbon Siyahının üretimi, Ambes tesisindeki operasyonların durdurulmasıyla yıllık üretimi 50.000 ton düşürdü. Çin’in 2017 yılında karbon siyahı ihracatı Tayland’a% 37, Endonezya’ya% 20,% 11 ile Vietnam’a, % 10 ile Japonya’ya ve % 8 ile de Tayvan’a oldu.

Karbon Siyahı Nanotozun Özellikleri:

Karbon siyahı nanotozu, küresel parçacık (10 ila 500 nm) formunda bulunan karbondan (% 98 ila 99.7) oluşur. Özel yüzeyleri 10 ile 300 m2 / g arasındadır. Kullanılan hammaddelere, yanma koşullarına ve ısıl ayrışmaya bağlı olarak birçok karbon siyahı derecesi vardır.

Karbon Siyahı Nanotozu Endüstriyel İmalatı:

KarbonSiyahı, esas olarak Petrol Fırını Siyah işlemi kullanılarak (dünya üretiminin% 98’inde kullanılır) ağır yağ artıklarının yanmaması sonucu üretilir. Reaksiyon, aşırı hava varlığında doğal gazın yandığı bir fırında gerçekleştirilir.Yağ yükü radikal bir şekilde verilir. Sıcaklık 1400 ile 2000 ° C arasındadır ve reaksiyon süresi saniyenin 1/100 ila 1/10’u arasında istenen karartma tipine bağlıdır. Karbon siyahı içeren yanıcı gazları su püskürtülerek hızlı bir şekilde soğutulur ve karbon siyahı süzme işlemi ile geri kazanılır. Örneğin, Orionused 4000 fiberglas sap filtreler, 3 m uzunluğunda ve 15 ila 20 cm çapındadır. Tersine çevrilmiş bir gaz akımı filtreleri dönüşümlü olarak her 2 ila 3 dakikada bir boşaltır. Ağır petrol ücretinin alımı, satış fiyatının% 30’undan fazlasını temsil eder. Üretim birimleri ortalama 75 ton / gün kapasiteye sahip ve tesis başına genellikle 2 ile 5 ünite vardır. Verimler, besleme karbon içeriğinin yaklaşık% 50’sidir.

Ek olarak, asetilenin çatlaması, 2000 ° C’nin üzerindeki sıcaklıklarda en saf karbon siyahlarını verir ve daha iletken bir karaktere sahiptir.

Karbon Siyahı salınımının kaynakları:

Pişirmek amacıyla kullanılan yakacak odun, kömür ve gübrenin eksik yanması.

Araçlarda dizel motorların yanması.

Tarımsal atıkların ve ormanların yakılması.

Fosil yakıtların çıkarılması.

Çöplerin açık havada yakılması.

Karbon siyahı Nanotozunun 6 Kullanımı:

1.7 kg’lık bir lastik, aşınmaya direnç sağlayan 3 kg karbon siyahı içerir. Bir otomobilde (lastikler dahil) yaklaşık 18 kg karbon karası bulunur. Lastikler, hızlı ve arazi araçları için yaklaşık 30 nm karbon siyahı (10 ila 20 nm) kullanır. İnce siyahlar sertlik getirir; daha büyük siyahlar kauçuğun esnekliğini korur. Hali hazırda kısmen çökeltilmiş silika ile rekabet eden yeşil lastiklerin üretiminde karbon siyahı kullanılmaktadır.

2.Büyük baskılar için sıvı mürekkepler (gazeteler) karbon siyahlarının kütlelerinin yaklaşık% 10’unu içerir.Dengelemek için yağ mürekkepleri% 20 ila 30 arasındadır.

3.Otomotiv boyaları, mobilya cilaları ve piyanolar çok ince karbon siyahı nanotozu (10-20 nm) içermektedir.

4.Karbon siyahı (% 1 ila 3 kütle içeriği), plastiklerin ve elastomerlerin UV’ye karşı korunmasını sağlar.

5.Kısmen, asetilen’den elde edilen iletken karbon siyahları (dünya çapında 150.000 ton), tuzlu elektrik pillerinde (40.000 ton / yıl), yüksek gerilim yeraltı kablolarında (60.000 ton / yıl), plastiklerde ve iletken kauçuklarda kullanılır. İletken kablolarda, siyah iletkenler alüminyum şeritlerin kaplamasına dahil edilir ve böylece elektrik alanın eşitlenmesini ve korona etkisinin önlenmesini sağlar.

6.Ayrıca metallere ve hidrokarbona yapışmayan dizel emisyon parçacıkları için model olarak kullanılır.

Kauçuk Endüstrisinde Karbon Siyahı Nanotozu Kullanımı:

Yukarıda belirtildiği gibi, Karbon Siyahı kullanımının çoğunluğu %93 ile Kauçuk Endüstrisindedir. Bu kullanım 2 ana grupta tanımlanabilir: mekanik kauçuk ürünler ve lastikler. Karbon siyahı nanotozu takviye edici özelliklerinden dolayı kauçuk ürünlerinin dayanıklılığı ve performansı arttırılmıştır. Kauçuk sektöründe Karbon siyahı kullanımı N100-N900 siyah seri olarak sınıflandırılmıştır.

Karbon Siyahı Nanotozunun diğer sektörlerde (Plastik, Kaplama, Mürekkep vb.) Kullanımı:

Geri kalan % 7’lik karbon siyahı nanotoz kullanımı, kaplama, mürekkep ve plastik içeren farklı sektörlerdedir. Diğer uygulamalar toner, akü, sızdırmazlık maddesi vb. İle ilgilidir. Bu ürünlerde,Uv ışık koruması, ve karbon siyahı nanotozun iletkenlik özellikleri kullanılır.

Ek olarak, aşağıdaki sektörler aynı zamanda Karbon Siyahı Nanotozun takviye, boyama ve UV koruma özelliklerinden de yararlanmaktadır:

Havacılık endüstrisi
Tekne kaplamaları
Ev Aletleri
Bilgisayar kasaları
Mobilya
elektronik
Genel sanayi
Boru kaplamaları
Donanma endüstrisi
Otomotiv dışı uygulamalar için kauçuk
Ambalaj filmleri

Özetle, Karbon Siyahı nanotozu, çeşitli sektörlerde çeşitli önemli kullanımlara sahiptir. Kullanımının büyük bir kısmı kauçuk endüstrisinde, küçük kullanımı ise yukarıda belirtildiği gibi diğer bazı sektörlerde bulunur. Ürün gelecekteki uygulamalar için büyük potansiyele sahiptir.

BAKIR (I) OKSİT (CU2O) VE BAKIR (II) OKSİT (CUO) N

Bakır (I) Oksit (Cu2O) ve Bakır (II) Oksit (CuO) Nanopartikülleri Arasındaki Farklar

Bir d blok elementi olan bakır, elektronik konfigürasyona göre bakır veya bakır II oksit olarak adlandırılır. Bakır (I) oksit ve bakır (II) oksit arasındaki ana fark bakır (I) oksit bakır + 1 katyon, bakır (II) oksit bakır + 2 katyondur. Bakır oksijenle reaksiyona girdiğinde, iki kararlı bileşik Cu20 ve CuO oluşur.

Bakır Oksit, ” bakır (II)oksit” olarak da bilinen CuO formülüne sahip inorganik bileşiktir (Şekil 1). Bu formda Cu, Cu + 2 formundadır ve Cu’nun elektron konfigürasyonu, [Ar] 3d104s1’den [Ar] 3d94s0’a değişir. Mineral olarak tenorit olarak bilinir (Şekil 2). CuO, pirometalurjik işlemler kullanılarak elde edilebilir.

Bakır (I) Oksit, Cu2O formülüne sahip diğer bir Bakır stabil bileşiğidir. Bu formda Cu, Cu + 1 formundadır. Elektron konfigürasyonu [Ar] 3d104s1’den [Ar] 3d104s0’a değişir, böylece bakır (II) okside kıyasla daha kararlıdır. CuO (Şekil 3) genellikle bakırın oksidasyonu yoluyla elde edilir ve sarı veya kırmızı renge sahip olabilir. Cu20, nemli havada CuO’ya dönüşür. Bu ürün toksik bir bileşiktir ve havada 0.22-14mg / mg3 içeriğinde sunulması halinde 1-2 saate maruz kalındığında ani gelişen zehirlenmeye neden olabilir.

Bakır (I) Oksit (CuO) ve Bakır (II) Oksit (Cu2O) Nano Tozları Arasındaki Farklar

Yapı bakımından, bakır oksit, Cu’nın 4 oksijen atomu tarafından koordine edildiği monoklinik bir kristal yapısına sahipken bakır oksit, Cu atomlarının FCC alt düzeneğine yerleştirildiği ve oksijen atomlarının BCC alt düzeneğine yerleştirildiği kübik bir yapıya sahiptir.

Katı Cu20 diamanyetik iken CuO antiferromanyetik düzen gösterir.

Her ikisi de p-tipi yarı iletkenlerdir, ancak Cu2O 2eV’lik bir bant boşluğuna sahipken CuO’nun 1.2 eV – 1.9 eV’lik bir bant boşluğuna sahiptir.

Cu2O bakır metalin oksidasyonu veya sülfür oksit ile bakır (II) çözeltilerinin indirgenmesiyle elde edilirken CuO, cevherlerden bakırın çıkarılmasında kullanılan pirometalurjik işlemlerle elde edilir.

Bakır (II) Oksit (CuO) Nanopartiküllerinin Uygulamaları:

Ahşap koruyucuların çoğu bakırdan yapılmıştır.
Ayrıca farklı camlar oluşturmak için pigment olarak da kullanılır.
Bakır alaşımları ile kaynak yaparken kullanılır.

Bakır (I) Oksit (Cu2O) Nanopartiküllerinin Uygulamaları:

Bir pigment ve çürüme önleyici kimyasal maddesi olarak kullanılan düşük seviyeli deniz hayvanlarını öldürmek için deniz boyaları oluşturur.
Gemi dip boyalarının kaplanmasında kullanılır.

PATLAYICILARIN TESPİTİNDE ISPANAK VE KARBON

MIT mühendisleri ıspanak yapraklarından ve Karbon nanotüpden oluşmuş nano-biyonik bitkileri sensörlere transfer ederek patlayıcı maddeleri saptamak için çeşitli çalışmalar gerçekleştirmişlerdir.

Bitkilerin içinde nanoparçacıklar oluşturularak elde edilen nanobiyonik yapılar sıra dışı özellikler gösterebilirler. Bu çalışmada, çeşitli mayın ve patlayıcıların yapısında bulunan nitroaromatik gibi kimyasal maddeleri saptamakta ıspanak bitkisinin yaprakları ile karbon nanotüp kullanılmıştır. Bu kimyasal maddeler yer altı sularına karıştığı zaman, Karbon Nanotüp içeren nanobiyonik bitkiler floresan sinyaller yaymakta ve bu sinyallerde kızılötesi kameraları ile tespit edilebilmektedir. Ayrıca, nanoparçacıkların bitkilere eklenmesi ile bitkinin fotosentez yapma kapasitesi artmakta ve çevreyi kirleten Nitrikoksit gibi kimyasalları belirlemede sensör görevi görmektedir. Bu çalışmada yer alan araştırmacı Strano, bitkilerin çevrelerine dair birçok bilgiye sahip oldukları için çok iyi birer analitik kimyager olduklarını söylemiştir. Araştırma grubu, hidrojen peroksit, patlayıcı TNT ve sarin sinir gazı gibi molekülleri tespiti için Karbon nanotüp çözeltisini bitki yaprağının alt yüzeyine özel bir teknikle uygulamış ve en çok fotosentezin gerçekleştiği mezofil tabakasına sensör yerleştirmiştir. Yeraltı sularında bulunan patlayıcı kimyasalları tespit etmek için, bitki yaprağının üst yüzeyine lazer ışını yansıtmışlar ve buda yapraktaki Karbon nanotüpden kızılötesi ışınların yayılmasını tetiklemiştir. Kızılötesi kamerası yardımıyla da patlayıcıların tespit edilmesi mümkün olmuştur. Bu çalışmanın sağlamış olduğu ek bir özellikte bitkinin büyümesini etkileyen dopamine maddesinin belirlenmesidir.

Bu çalışmadaki araştırmacılar, nanobiyonik yöntemin yaşayan her canlı bitkiye örneğin MIT mühendisleri tarafından çalışılmış Arabidopsis thaliana bitkisine de uygulanabileceğini söylemişlerdir. Devam eden çalışmalarda değişik kimyasallara göre sensörler geliştirilmekte ve uygulamaları araştırılmaktadır.

Özetle, bitkiler topraktaki ve sudaki en ufak bir değişimi anlayabilecek kapasitede canlılardır ve böylece çevredeki değişimleri önceden anlamak ve önlemek için çok etkili birer seçeneklerdir.

İNŞAAT SEKTÖRÜNDE NANOMALZEMELER

Günümüz inşaat sektöründe beton, cam, çelik ve kereste en çok kullanılan yapı malzemeleridir. Nanoteknoloji alanındaki gelişmeler sayesinde nano boyutlardaki maddeler yapı malzemelerinin temelini oluşturan beton veya çelik gibi malzemelerle karıştırılarak yüksek performansa sahip yapı malzemeleri elde edilebilmektedir. Nano boyuttaki malzemeler makro boyuttakilere göre çok farklı özellikler göstermektedir. Örneğin, en önemli nanomalzemelerden biri olan Karbon Nanotüp çelikten yaklaşık olarak 150 kat daha güçlü, 6 kat daha hafiftir.

İnşaat sektöründeki çalışmaların en önemlilerinden biri beton malzemesinin özelliklerini artırmak için nanokompozit araştırmalarıdır. Beton katkı maddesi olarak Nano-Titania (TiO2), Karbon Nanotüp, Nano Silika (SiO2) ve Nano-Alümina (Al2O3) gibi nanomalzemeler kullanılabilmektedir. Bu nanomalzemeler betonun yapısındaki boş alanları doldurarak yapı malzemesinin kuvvetini ve dayanımını artırmaktadır. Ayrıca; beton üretiminde gerçekleşen hidrasyon reaksiyonunun nanomalzemeler sayesinde hızlandığı da birçok çalışmada tespit edilmiştir. Dolayısıyla nanomalzemeler sayesinde gelişmiş özelliklere sahip yeni bir beton kompozit sınıfı açığa çıkmıştır. Karbon Nanotüp, TiO2, SiO2, ZnO, Ag, Al2O3, ZrO2 ve WO3 nanopartikülleri yapı malzemesi olarak kullanım potansiyeline sahip en önemli nano malzemelerdir. İnşaat sektöründe bu maddeler çeşitli amaçlarda kullanılabilir.

Karbon Nanotüp; asma köprülerin yapımında kullanılan çelik kabloları güçlendirilmede
Nano Silika; beton kompozitlerinin yoğunluğunu artırmak için
Karbon Nanofiber; dirençli yapısından dolayı özellikle karlı bölgelerdeki beton yollar için
Titanya Nanoparçacık; fotokatalitik beton üretmi
Nano Kalsit parçacıkları; dolgu malzemelerini aşınmadan korumak için
Nanokil; betonun plastik ve akma özelliklerini geliştirmekte tercih edilebilir.

BOYALAR KENDİ KENDİNİ TEMİZLEYEBİLİR Mİ?

Nanoteknolojinin son yıllarda hızla gelişmesiyle birlikte kendi kendini temizleyen boyalar, su tutmayan yüzeyler , kendiliğinden ısınan kumaşlar gibi pek çok hayat kurtarıcı ürün de hayatımıza girmiş bulunmakta. Şuan kullanılmaya başlanan, gelecek yıllarda tümüyle geleneksel muadillerinin yerini alması beklenen kendi kendini temizleme özelliği bulunan boyaların ise piyasaya hızlı bir giriş yaptığını söylemek mümkün.

Peki bu boyaların kısa zamanda bu kadar tercih edilebilir olmasını ne sağladı?

Gündelik hayatta neredeyse her alanda gördüğümüz boyalı yüzeyler kirletici maddeleri yüzeylerinde tutarlar. Bunun esas sebebi geleneksel boyaların bu maddeleri yüzeylerinden uzaklaştırarak kendilerini temizleme yeteneğine sahip olmayışlarıdır. Nanoteknoloji ise doğadan ilham alarak geleneksel boyaların kendi kendini temizleyen boyalara dönüşmesini sağladı. Bunun ardındaki mekanizmayı basitçe inceleyelim:

Kendi kendini temizleyen boyalar temel olarak suyu itme (hidrofobi) ve suyu çekme (hidrofili) prensiplerine dayanmaktadır. Aynı zamanda yağa karşı dayanım isteniyorsa yağı itme (oleofobi) dediğimiz özellikler de göz önünde bulundurulmaktadır.

Yukarıda saymış olduğumuz tüm bu özellikler bilim insanlarının doğadan ilham almasıyla ortaya çıkmıştır. Lotus yaprakları kendini temizlemesine imkan veren özel bir nano yapıdan oluşmaktadır. Bu yapraklar ultrahidrofobik olup suyu, çamuru, kiri yüzeylerinde barındırmazlar. Lotus çiçeğine benzer pek çok bitki türünün yanında kelebeklerin ve yusufçuk gibi böceklerin kanatları da aynı özellikteki nano yapılara sahiptir. Bu bağlamda kendi kendini temizleyen boyaları daha iyi anlayabilmek için Lotus yapraklarındaki işleyişi incelemek faydalı olacaktır

Pek çok Asya ülkesinde temizliğin sembolü olarak bilinen Lotus, kendini temizleme özelliğini yapraklarının dış yüzeyinde bulunan mikro ve nano yapılarda alır. Bu yapıları, suda çözünmeyen kütin polimeri içeren kütikula tabakasının oluşturduğu belirlenmiştir. Ultrahidrofik olduğunun belirttiğimiz bu yapı, su bitkilerinin ıslanmamasında etkinken kendi kendini temizleyen boyalar için bu uzun süreli temizlik anlamını taşımaktadır. Yaprakların yüzeyine damlayan su , bu tabaka sayesinde yaklaşık 180 derece temas açısı yaparak adhezyon kuvveti için yeterli alanı bulamamakta, böylece yüzeyden yuvarlanırken yaprakların kendini temizlemisini sağlamaktadır. Bu mekanizma Lotus etkisi olarak bilinmektedir.

Doğadan ilham alınarak geliştirilen ilk ileri teknoloji ürünü boya silikon reçine bazlı olanlardır. İçindeki silikon nanoparçacıkları nilüfer yapraklarının yüzeyine benzer yapılar oluşturarak kendi kendini temizleme mekanizmasını aktif hale getirmektedir. Daha sonra bu boyalardan yola çıkılarak, kiremit, cam yüzeylere kaplamalar yapılmış , geçici olarak su geçirmezliği sağlayan spreyler üretilmiştir.

Silikon oksit nanoparçacıklarının sağladığı hidrofobik özelliklerin tam aksine titanyum oksit nanopartikülleri ise yüksek hidrofilik özellikler sağlamaktadır. Bu parçacıkları Lotus efektinden farklı olarak Honda-Fujishima efektine neden olmakta ve yine kendi kendini temizlemeye imkan vermektedir. Bu efekti ise bir başka blog yazımızda ayrıbtılı olarak bulabilirsiniz.

Bilim insanları doğanın da yardımıyla yepyeni gelişmelere adım atmaktadır. Tüm bu gelişmelere ulaşmak için Nanografi Blog sayfasını takipte kalın.

ATIK SULAR İÇİN BOR NİTRÜR NANOPLAKALAR

Günümüz dünyasının belki de en büyük çevre problemlerinden biri milyonlarca litre yağın atık sularımızdan denizlere karışmasıdır. Atık yağları temiz sularımızdan temizlemek için kullanılan klasik yöntemlerin birçoğu pahalı, zaman gerektiren ve güvenilir olmayan yöntemlerden oluşmaktadır. Alternatif olarak Bor Nitrür Nanoplakalar kullanılarak, daha kolay ve hızlı bir şekilde suları atıklardan temizlemek mümkün olabilir. Atık suları temizlenmesinde Bor Nitrür Nanoplakalarının kullanılması kendi kütlesinin 33 katına kadar yağı absorbe edebilmesi ve geri dönüşümlü bir şekilde kullanılabilmesi gibi özelliklerden kaynaklanmaktadır. Bor Nitrür Nanoplakaları yüksek yüzey alanına sahip gözenekli yapılardan oluşmaktadır. Yağ ve boya gibi organik molekülleri içerisinde tutabilen Bor Nitrür Nanoplakalardaki bu gözenekli yapılar sayesinde, atık sulardaki zararlı malzemelerden kurtulmak mümkün olabilmekte. Bor Nitrür Nanoplakaların diğer bir özelliği de tekrar tekrar kullanılabilmesidir. Atık yağları absorbe etmiş Bor Nitrür Nanoplakalar ısıtılıp içindeki yağlar yakıldıktan sonra tekrar kullanım için hazır hale gelebilmekte ve böylelikle daha fazla atık maddeleri içine çekebilmektedir. Ayrıca, Bor Nitrür Nanoplakaları hidrofobi karakterli olduğu için temizleme işleminden sonra kolayca sudan ayrılabilmektedir. Sonuç olarak, gözenekli yapıdaki Bor Nitrür Nanoplakalar su kaynaklarını ve çevreyi temiz tutmak için klasik temizleme yöntemlerine göre kolay, ekonomik ve etkili bir yoldur.

GRAFEN İLE CAMI KOROZYONA KARŞI ÖNLEME

Temel Bilimler Enstitüsü (IBS) Çok Boyutlu Karbon Malzemeleri Merkezindeki (CMCM) çalışmalar Grafen kaplamanın cam yüzeylerdeki korozyonu önlediğini göstermiştir.

Cam aşınmaya ve kimyasallara karşı yüksek direnç gösterdiği için, birçok ilaç ve kimyasalın paketlenmesinde kullanılan en yaygın malzemelerden biridir. Fakat bazı cam çeşitleri yüksek nem ve asidik ortamda zamanla korozyona uğrayabilmektedir ve bu da camın geçirgenliğinde ve mekanik özelliklerinde azalmaya sebep olmaktadır. Dolayasıyla silikat camların yüksek nemle aşınması, sıcak ve nemli bölgelerdeki ilaç ve optik endüstrilerinde önemli bir sorundur.

Su moleküllerinin cam yüzeyle teması sonucunda, suyun Hidrojen iyonları camın iç kısımlarına ulaşarak camın yüzeyindeki Sodyum iyonlarının yerini alır. Bu durum yüzeye yakın kısımda bulunan su moleküllerinin pH değerini artırırken camın silikat yapısında çözülmelere dolayısıyla aşınmaya sebep olmaktadır. Cam yüzeyini korumak için ince, geçirgen ve kimyasal atakları önleyici özelliklere sahip malzemeler gereklidir. Kimyasallara karşı pasifliği, çok ince yapılı ve yüksek geçirgenliği gibi özelliklerinin olması tek tabakalı Grafeni cam yüzeyleri korozyona karşı kaplamada önemli bir malzeme konumuna getirmektedir. Dolayısıyla, Grafen korozyon, oksitlenme, sürtünme, bakteriyel enfeksiyon, elektromanyetik radyasyon gibi etkilere karşı koruyucu bir tabaka olarak kullanılabilir. IBS deki araştırmalar, bir ya da iki katmanlı Grafenin korozyona karşı korucu etkisini göstermiştir. Araştırmacılar, eğer yüksek kaliteli Grafen tabakaları çok miktarda ve cam yüzeyde üretilirse Grafen kaplamanın endüstiyel boyutlarda uygulanabilir olacağını da ifade etmişlerdir.

SİLİKON KARPİT LOLİPOP

Silikon Karpit anorganik ve oksit olmayan seramik bir malzemedir. Birçok bilimsel çalışmalara konu olmuş ve hala araştırmaları devam etmekte olan Silika Karpit, ileri teknoloji uygulamaları için önemli bir seramik malzemedir. Kimyasal direnci, termal kararlılığı ve termal şok direncinin yanı sıra, sertlik ve aşınma direnci gibi mekanik özellikleri de mükemmel olan Silikon Karpit, filtre, yüksek sıcaklıklar için katalizör, otomobil su pompaları için pompa contası, ısı dönüştürücü, aşınma dirençli parçalar ve zırh korumaları için kompozit malzemesi olarak birçok mühendislik uygulamalarında kullanılmaktadır. Ayrıca, Silikon Karpitinin biyouyumluluk özelliği sayesinde medikal alanda da önemli bir malzemedir. Bu özelliğinden dolayı da Silikon Karpit miyokart kalp sondalarında, kemik protezlerinde ve koroner kalp stentlerinde kullanılmaktadır.

Bu uygulamaların birçoğunda, Silikon Karpit malzemesinin hafif, kuvvetli ve gözenekli yapıda olması gerekmektedir. Hafif kütleli malzeme elde etmenin bir yöntemi, malzemenin kristal yapısında gözenekli yerler oluşturmaktır fakat bu yöntem aynı zamanda malzemenin mekanik özelliklerinde azalmaya sebep olmaktadır.

Birleşik Krallık İleri Yapısal Seramik Merkezi’ndeki araştırmacılar, ultra hafif Silikon Karpit elde etmek için iki farklı yöntem olan sinterleme ve su süspansiyonu kullanmışlar ve bu araştırma sonucunda kuvvetli, hafif ve SEM fotoğrafında da görüldüğü gibi lolipop şeklinde gözenekli bir yapıda olan Silikon Karpit elde etmişlerdir. Araştırmacılara göre yüksek miktarda gözenekli yapılı Silikon Karpit seramiği, yüksek sıcaklık uygulamalarında, filtre ve katalizör desteği gereken yerlerde ve kompozit malzemeler için seramik güçlendirici olarak kullanabilecektir.

BOL BOL NADİR ELEMENT SERYUM

1.Seryum 1803 yılında Jöns Jacob Berzelius ve Wilhelm von Hisinger tarafından İsveç’te keşfedildi.

2.Atom numarası 58 ve yoğunluğu 6,67 g/cm³ olan seryumun saf olarak elde edilmesi çok kompleks bir seri yöntemle gerçekleşir.

3.Seryum erime noktası 795°C ve seryum kaynama noktası 3461°C dir.

4.Tabiatta en bol bulunan nadir toprak elementlerindendir.

5.65-80°C de havada kendiliğinden alev alan seryum elementinin çinko ile reaksiyonu sonucu patlama olabilir. Alev su ile söndürülmemeli, su ile reaksiyona girerek hidrojen gazı oluşturur.

6.%50 oranında seryum ihtiva eden mişmetal, seryum alaşımlarının en önemlisidir ayrıca çakmaktaşı olarak, alaşımlarda yükseltgenmeyi önleyici ve vakum tüplerinde oksijen giderici getter olarak kullanılır.

7.Yüksek sıcaklığa dayanıklı alaşımlar %3 oranında seryum ihtiva eder ve jet motorlarında kullanılırlar.

8.Metal olarak sinema, televizyon ve benzeri yerlerde aydınlatma maksadıyla kullanılan karbonla doyurulmuş ark lambalarında da kullanılır.

9.Seryum nitrat gümüş parlaklığında akkor temeline dayanan lambaların üretiminde kullanılır.

10.Seryumun 4+ değerlikli tuzları analitik kimyada demir gibi oksitlenebilen maddelerin tayin edilmesinde, oksitleyici ajan olarak kullanılır.

11.Seryum dioksitten optik sanayiinde camın ince perdahlanmasında, cam üretiminde renk giderici olarak, porselen kaplamalarda saydamsızlık verici olarak kullanılır. Fotoğraf ve dokuma sanayilerinde de diğer seryum tuzları kullanılır.

BALİSTİK KORUMA AMAÇLI NANO MALZEMELER

Balistik korunma amaçlı çalışmalar dünya çapında hala güncelliğini devam ettiren araştırma konularından biridir. Nanoteknoloji alanındaki gelişmeler sayesinde, günümüz korunma sistemleri eskilere göre ileri sevide özelliklere sahip malzemelerden yapılmaktadır. Nano boyutlu malzemelerden oluşan balistik korunma sistemleri, askeri koruma amaçlarının yanı sıra, kurşunun darbe gücünü geniş alana yayarak biyolojik ve kimyasal etkisini azaltır ayrıca olağanüstü hava koşullarından da korumaktadır.

Eski askeri zırh sistemlerinde kullanılan metalik malzemeler yerine seramik malzemelerin kullanılması ağırlıkta azalmayla birlikte hareket kabiliyetinde artırışa ve yüksek seviyede korunmayı sağlamıştır. Vücut zırhlarında en çok kullanılan seramik malzemeler arasında düşük yoğunlukta, yüksek baskı dayanımına sahip ve oldukça sert malzemeler oldukları için Alüminyum oksit (Al2O3), Bor Karbit (B4C) ve Silika Karbit (SiC) yer almaktadır. Bu nano malzemeler genellikle polimer reçineler ile karıştırılır ve kumaş üzerine uygulanır böylece çok katmanlı vücut koruma sistemleri elde edilir. Farklı olarak, özel olarak üretilmiş kumaş liflerine Karbon nanotüp ilave edilerek mekanik özelliği artırılmış dokumalar elde edilebilir. Ayrıca; yüksek darbe dayanımı gerektiren balistik korunma, kişisel vücut zırhı, kurşungeçirmez yelek, zırhlı araç, kask ve kalkan gibi uygulamalar için WS2, MoS2, TiS2 ve NbS2 gibi malzemeler yüksek seviyede darbe emici özelliklerinden dolayı kullanılabilmektedir.

DÜNYANIN EN HIZLI TRANSİSTÖRÜ: GRAFEN TRANS

Grafen, çelikten 300 kat daha sağlam, akım taşıma kapasiteleri bakıra nazaran 1000 kat daha fazla, tek atom kalınlığında(2 boyutlu) ve termal iletkenliği alüminyumdan 20 kat daha fazladır. Bu özellikleri grafeni şuana kadar keşfedilmiş en iyi malzeme yapmaktadır.

Dünyada Grafenin yüksek üretimi konusunda çalışmalar gün geçtikçe artmaktadır. Üretimler artıkça, büyük firmaların(IBM, Apple, Samsung gibi) geleceğimize yön vereceği grafen katkılı yeni yeni ürünleri ortaya çıkmaktadır. Bunların biriside GRAFEN TRANSİSTÖR

IBM yapmış olduğu bir çalışmada yüksek hızlı grafen transistör üretmeyi başardı. Geliştirilen grafen transistör 100 GigaHertz frekansa sahipken, silikon transistörler en fazla 40GigaHertz e sahiptir. Grafen katkılı transistörler, termal ayrışma yöntemi ile SiC wafer üzerinde geliştirilmiştir.

DİZEL MOTOR PERFORMANSINI İYİLEŞTİRMEK İÇİN N

Son zamanlarda, nanoyapılı malzemeler, su ve dizel emülsifiye yakıtlar kullanılarak dizel motorların özellikleri ve performansı iyileştirilmiştir.

Teknik olarak, motorlardaki gaz egzoz emisyonundaki azalma iki farklı yöntem içerir. Birinci yönteme göre, egzoz gazı emisyonu, dizel partikül filtresi ve katalitik konvertör gibi bir egzoz gazı arıtma cihazı ile azaltılır, ancak sorun, uygulamalarının dizel motorların performansını büyük ölçüde etkileyebilmesidir.

Giriş

İkinci yöntemde, emisyonlar azaltılır veya motorlar çalıştırılarak iyileştirilir bir dizi yakıt katkı maddesi. Temel olarak, dizel motorların ana tehlikeli maddeleri ve kirleticileri partikül madde ve azot ailesinin oksitleridir ve sorun şu ki, bunları aynı anda kontrol etmek zor bir iştir.

Nanomalzemelerin Dizel Motor Verimliliği ve Biyodizel Yakıtlar Üzerindeki Etkisi

Literatürde dizel motorların performansını iyileştirmek ve emisyonları kontrol etmek için en iyi tekniğin nanoyapılı malzeme ve katkı maddelerinin yanı sıra suda emülsifiye yakıtların uygulanması olduğu bildirilmiştir. Nanomalzemelere ek olarak, biyodizel yakıtlar, nanoparçacık katkı maddeleri ile birlikte dizel yakıta eklenecek alternatifler olarak ortaya çıkmıştır. Çeşitli nanomalzemelerin özellikler üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi dizel ve biyodizel alanlar, su içeriği ve nanopartiküllerin varlığında veya yokluğunda performansın araştırılmasını içerir. Çok sayıda çalışma, motor performansında iyileşmeler ve dizel ve biyodizel 1’deki nanoyapılı malzemeler de dahil olmak üzere tehlikeli madde özelliklerinde azalma olduğunu bildirmiştir.

Dizel Yakıtlar ve Güncel Konular

Dizel yakıtın ana bileşeni, kaynama sıcaklığı 132 ila 370°C olan hidrokarbonlardır (C8–28). Daha önce de belirtildiği gibi, dizel motor emisyonları azot oksitleri, hidrokarbonlar, karbon monoksit ve partikül madde dahil olmak üzere çok sayıda gaz ve aerosol içerir. Asit yağmuruna yol açan motorların içten yanmasından kaynaklanan emisyon kükürt ve azot oksitleri içerir. Dizel yakıtlar oksijenli yakıtlarla karıştırıldıktan sonra dosyaların yoğunluk, parlama noktası, setan sayısı ve viskozite gibi fizikokimyasal özellikleri değişikliklerle karşılaşabilir. Oksijenli yakıtların parlama noktası, yoğunluğu ve setan sayısı düşüktür. Bundan sonra, sorunun üstesinden gelmek için setan sayısını iyileştirmek için üçüncül katkı maddelerinin kullanılması gerekmektedir. Bunların arasında 2-metoksi etil eter, nitro etan, oktil nitrat, metil ester ve nitro metan, iki fazlı karışım oluşumunu önleyebilen en baskın ve yaygın olarak kullanılan setan sayısı iyileştiricilerdir. Öte yandan, üçüncül katkı maddeleri yoğunluğu, parlama noktasını ve viskoziteyi artırabilir. Ayrıca, bu setan sayısını iyileştiricinin etkisi eksik araştırılmış ve bu azot katkı maddelerinin setan sayısını önemli ölçüde artırabildiği sonucuna varılmıştır. 1.

Dizel Yakıtlar için Nanoyapılı Katkı Maddeleri

Nano ölçekli özelliklere sahip metalik malzemeler arasında magnezyum, alüminyum, zirkonyum, titanyum, bor, nikel ve metal oksitler bulunur. Nano gözenekli silikon gofretler ve Nanoyapılı silikon tozları, enerji amaçlı uygulamaları için araştırılmıştır. Dizel motorda baz olarak sulu çözelti içindeki alümina nanofluid miktarları ve jatropha biyodizel emülsiyon yakıtı kullanılmıştır. Bunu takiben, nano alümina karışımlı su dizeli ile 25 ila 100 ppm’lik bir kütle fraksiyonunu karıştırmak için 1500 tpm’lik sabit hız uygulanır. Başka bir çalışmada hurma yağı ile birlikte dizel yakıttaki titanyum oksit nanopartikülleri. Çinko oksit nanopartikülleri ayrıca dizel yakıt karışımlarında da kullanılmıştır. Dizel yakıtın kalitesini iyileştirmek için kullanılan diğer nanopartiküller seryum oksit, kobalt oksit, Al2Ö3, FeCl3, CuCl2, CoCl2, CuO ve CuSO4 2345’tir.

Nanopartiküllerin Yakıt Özellikleri Üzerindeki Etkisi

Yoğunluğun yanı sıra nano emülsiyon yakıtların kinematik viskozitesinin, muhtemelen yakıtta su bulunması nedeniyle dikkate değer ölçüde artmadığı gösterilmiştir. Bir çalışmada, dizel–pomoplion stearin balmumu biyodizel karışımlarına çinko nanopartiküllerinin eklenmesinden sonra parlama noktası, viskozite ve yoğunluk üzerinde nanomalzemelerin önemli bir etkisinin gözlenmediği gösterilmiştir. Hurma yağı biyodizel karışımları ile titanyum oksit nanopartiküllerinin eklenmesi, viskozitede bir azalmaya ve nanopartiküllerin dozunda bir artışa neden olur. Bununla birlikte, nanopartiküllerin konsantrasyonu ne kadar artarsa, yakıtın kalorifik değeri o kadar büyük olur. Jatropha biyodizelinde seryum oksit nanopartiküllerinin uygulanması, parlama noktası ve kalorifik değer 1’deki viskoziteyi ve azalmayı biraz artırır.

Nanomalzemelerin Egzoz Emisyon Özelliklerine Etkisi

Tükenmiş görevdeki azot oksitler söz konusu olduğunda, daha iyi yakıt yanmasını işlemek ve egzoz gazı oranını azaltmak için dizel yakıta manganez ve bakırın nano metal oksidi dahil olmak üzere çok sayıda nanoyapılı metal katkı maddesi kullanılmıştır. Şaşırtıcı bir şekilde, dizel yakıta nano ölçekli seryum ve platin katkı maddeleri dahil edildiğinde azot oksit emisyonu önemli ölçüde azalır. Bununla birlikte, çoğunlukla yanma işlemi sırasında metalik katkı maddelerinin katalizörünün etkisinden dolayı metalik bazlı katkı maddeleri ile daha yüksek miktarlarda tespit edilen azot oksit emisyonları. Biyodizelin manganez katkı maddeleri ile nikel katkı maddeleri ile karşılaştırıldığında karışımları nispeten yüksek olduğunu göstermektedir. Buna göre, aşırı azot oksit oranı, yanma üzerinde daha fazla katalizör etkisine sahip olan ve maksimum sıcaklıkta 1 artışa neden olan manganez katkı maddelerinden kaynaklanabilir.

Bu çalışmalar, alüminyum etanol ve dekanın varlığının, baz sıvıların buharlaşma davranışında bir değişikliğe ve azot oksit emisyonunda bir azalmaya yol açtığını göstermektedir. Teknik olarak, nanoyapılı seryum oksit, hidrokarbon yakıt oksidasyonunu iyileştirme yeteneğine sahip termal olarak kararlı oksidasyon katalizörüdür. Su dizelinde nano alüminyum kullanımının azot oksit emisyonunda artışa yol açtığı bir raporda gösterilmiştir. Öte yandan, su ve emülsiyon sıvılarındaki karbon nanotüpler, azot oksit emisyonunda önemli bir azalma sergiler. Karbon nanotüpler içeren jatropha metil ester, hava yakıt karışımındaki yanma reaksiyonunu arttırdığı için daha düşük nitrojen oksit oranları seçer.

Raporlara göre, hidrokarbon emisyonunun çoğu, dizel yakıta nanomalzemelerin eklenmesiyle önemli ölçüde azaltılıyor. Su-dizel emülsiyonunda nanosilikon ve nanoalüminyum ile karışımlar uygulandığında motorların egzoz gazının arttığı gözlenmiştir. Ayrıca, jatropha biyodizelinde karbon nanotüplerin varlığı, hidrokarbon emisyonunu azaltmada ikincil bir atomizasyona yol açar. Raporlara göre, manganez bazlı daha yüksek konsantrasyonlarda yakıt kullanıldığında, çoğunlukla metal bazlı katkı maddeleri içeren dizel yakıtlardan kaynaklanan daha az miktarda monoksit gözlenmektedir. Bakır oksit, manganez oksit, magnezyum oksit ve kalsiyum oksit katkı maddelerinin uygulanması, dizel yakıttaki karbon monoksit seviyesinde önemli bir düşüş olduğunu göstermektedir

Sonuç

Literatür raporlarının analizine dayanarak, diel yakıtına nanomalzemelerin uygulanmasının, metal oksitlerde ve metallerde yüzey alanı / hacim oranı katalitik aktivitesini büyük ölçüde artırabileceği ve dizel yakıt kalitesinde iyileşmelere neden olabileceği sonucuna varılmıştır.egzoz yanmasından sonra tehlikeli gazların miktarı. Dahası, nanofluidler esas olarak mikro patlama adı verilen bir fenomen nedeniyle yanmayı iyileştirir. Tamamen, yakıtlarda nanopartiküllerin varlığı, biyodizel ve dizel yakıtların kalorifik değerini ve setan sayısını artırır. Yakıtların yoğunluğu, parlama noktası ve viskozitesi gibi özelliklerin bir miktar azaldığına dikkat edilmelidir.

PİLLER İÇİN EN İYİ KATOT VE ANOT MALZEMELERİ

Katot ve Anot malzemeleri her pilin bir parçasıdır çünkü bu, bir pilin çalışmasının nasıl geliştirildiğinin veya uygun şekilde uyarıldığının ana kaynağıdır.

Lityum iyon piller burada ve katot ve anot malzemelerinin mekaniğini hazırlarken nasıl ve ne tür mekaniklerin dahil olduğu hakkında tartışılmaktadır. Bunlar esastır çünkü tüm elektrot dengelemesi ve kimyasal yük dengelemesi bunlara dayanarak gerçekleşir.

Giriş

Katot pozitif yükten sorumludur ve anot negatif yükten sorumludur ve bölünmeleri, en yaygın olarak elektrolit olarak bilinen bir elektrolitik çözelti ile gerçekleştirilir. Çeşitli teknolojilerde, örneğin Hibrit Elektrikli Araçlar (HEV), yakıt verimliliğini artırmak için hem lityum iyon pilleri hem de elektrikli motorlu motorları kullanır. Esasen, paralel veya seri olarak birleştirilen birçok elektrokimyasal hücre, pil olarak bilinir ve kapasite ve voltaj sağlarlar. Her hücrede, elektrolit olarak bilinen bir elektrolitik çözelti ile ayrılmış bir negatif (anot) ve pozitif (katot) elektrot bulunur. İyonun elektrotlar arasında transferine ayrışmış tuz tarafından izin verilir. Bu elektrotlarla harici bir kaynak bağlandığında, kimyasal reaksiyon sonucunda elektronlar serbest bırakılır ve bu nedenle akıma dokunmak için.

Akü Kimyasına Genel Bakış

Pilin kimyası, pil tarafından ne kadar elektrik enerjisi verilebileceğine göre hücrenin ve hücrenin kapasitesini belirler. Uygulama amacıyla yaygın olan ve şu anda kullanılan akü teknolojisi Nikel Metal Hidrittir (Ni-MH). Bununla birlikte, araştırmalarda Ni-MH ile karşılaştırıldığında, Lityum-iyon (Li-iyon) kimyasının çift yoğunluğa ve güç verimliliğine sahip olduğu kanıtlanmıştır. Lityum iyon piller, Nikel Metal Hidroksit (Ni-Mh), Nikel Kadmiyum (Ni-Cd) ve kurşun asit piller, daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip oldukları için birçok farklı uygulamada yaygın olarak kullanılan pillerden bazılarıdır.

Mevcut Pil Teknolojisindeki Gelişmeler

Mevcut teknolojiler, örneğin plug-in HEV’LER gibi bu ilerlemelerle yeniden şekilleniyor. Piller genellikle daha büyük uygulamalarda kullanılmak üzere ağır ve pahalıdır. Bu tür üst düzey uygulamalar için, daha hafif, daha ucuz ve daha küçük pil depolamanın oluşturulması, Lityum bazlı ve Lityum iyon piller için yeterli olası avantajlara sahiptir. Bu nedenle, tüketici elektroniğinde, bu piller yaygın olarak kullanılmaktadır ve ayrıca tüm dünyada daha yüksek bir satışa sahiptir.

Daha yüksek yoğunluklu enerji depolama sistemleri tasarlamak için nadir bulunan element, en hafif metal ve çok elektropozitif bir element olduğu için lityumdur. Farklı organik bileşikler alkali metallerle tersinir bir şekilde reaksiyona girer, bu keşif şarj edilebilir Lityum iyon pillerin tasarlanmasının yolunu açmıştır. İki molekül arasında, molekülün tersine çevrilebilir dahil edilmesi, interkalasyon olarak bilinir.

Anot Malzemeleri

Lityum alaşımlı metaller ve karbon (grafit) bazlı malzemeler günümüzde en çok kullanılan iki anot malzemesidir. Oksit spinel Li4Ti5o12 ticarileştirilmiş bir lityum alaşımlı metaldir. Lityum anotları üzerinde dendrit oluşumu gibi güvenlik ve döngüsel sorunlardan kaçınmak için minimum potansiyel interkalasyon elektrodunun kullanılması tavsiye edilir.

Eklenen lityum, grafit interkalasyon alaşımında bulunan element tarafından korunur, bu nedenle elektrolitlere karşı daha az reaktif hale getirerek, litik malzemedeki lityum miktarını azaltır. Dezavantajı ve avantajı da var. Dezavantaj, hücrenin voltajındaki azalmaya bağlı olarak performans kaybı şeklinde kendini gösterir, bu nedenle güç ve enerji yoğunluğunu daha da azaltır. Avantajı, elektrokimyasal reaksiyonların yanabilirliği ile ilgili herhangi bir tehlikenin hesaba katılmasıdır.

Yeni Grafit ve Grafitik Olmayan Anotlar

Kish grafit benzeri grafit karbonlar ve değiştirilmiş doğal grafit, sahada çeşitli ilerlemeler sağlamak için kullanılır. Doğal grafitin havadaki oksidasyonu nedeniyle, modifiye grafit üzerinde, son çalışmalara göre elektrokimyasal özellikler daha da artmaktadır. 3000 C ve daha yüksek sıcaklıklarda, daha yüksek enerji gerektiren ve gaz halindeki malzemelerin oluşumuna neden olabilecek grafitik anotların yapay gelişimi için ısıl işlem gereklidir. 372 mAh/g, Kish grafitinin Lityum interkalasyon kapasitelerinin teorik değeridir.

Ayrıca, Kish grafit 1500 C sıcaklıkta üretilebilir. Grafen alanlarına grafitik olmayan karbonlar sahiptir ve grafenin yapısal düzeni sahip değildir. Bunlar düzensiz karbonlardır. Doğal grafenin geri döndürülemez kapasitesi, geri döndürülemez kapasiteleriyle karşılaştırılmaz, yine de katı elektrolit arayüz bozulmasında, bu malzemeler daha az savunmasızdır ve bu da onları metalin çözünmesinin rekabetçi olduğu lityum-manganez oksit ile eşleştirilmek için mükemmel bir aday haline getirir.

Karbonlu (Karbon Bazlı) Anotlar

Başlangıçta söylendiği gibi, grafit anot olarak kullanılacak birincil bir karbon malzemesidir. Eşkenar dörtgen (ABC) veya altıgen (AB) düzenlemelerde paket sayfaları vardır. Evreleme, grafen tabakaları, Li-iyonun yerleştirilmesi üzerine birbirlerinin üstünde AA düzeninde yeniden düzenlendiğinde meydana gelir. Artıları, dikkate değer elektrokimyasal özellikleri, erişilebilirliği ve minimum maliyetidir. Lityum iyon pillerde anahtar anot malzemesi karbondur. Zayıf lityum interkalasyon kapasitesi grafit karbon tarafından Li-iyon alaşımlarından daha fazla sergilenmesine rağmen. Ticari Lityum iyon hücrelerinde ve taşınabilir cihazlarda, esas olarak bir anot malzemesi olarak, grafitik karbonlar kullanılır.

Lityumun optimum döngü kabiliyeti ve daha yüksek kabul görmesi nedeniyle, kristal karbon tarafından talep edilen performans sergilenir. Organik yapısı sayesinde sıcaklık kontrol esnekliğine sahiptir. Karbonlu anotların yüzey ve yapıdaki modifikasyonlarla deşarj kapasitesi ve şarj-deşarj verimliliğinde sürekli iyileştirmeler gösterilmektedir. Hitachi, yeni gelişmeler sağlamak için parçacıkların ve gözeneklerin yapılarını değiştirerek yapay grafit tasarladı.

Katot Malzemeleri

Lityum iyon pil kimyasındaki tüm Lityum iyonlarının aktif ve ana kaynağı katot malzemesidir. Şarj edilebilir Lityum iyon piller veya Lityum metal, pozitif elektrot malzemesinin tercihini belirler. Lityum metal, şarj edilebilir lityum pillerde lityum metal kullanıldığında negatif elektrot işlevi görür, bu nedenle pozitif bir elektrodun litikleştirilmesine gerek yoktur. Lityum iyon durumunda, pozitif terminal, lityuma sahip olmayan negatif olarak işlev gören karbon elektrot nedeniyle Lityum iyonunun kaynağı olarak işlev görmelidir, bu nedenle hücre düzeneği için bir interkalasyon bileşiğine ihtiyaç vardır. Lityum katmanlı metal oksitler, LiFePO4, Li-Mn-O ve LiCoO2 en yaygın katot malzemeleridir.

Lityum Manganez Spinelleri

Li-Mn-O, çağlara dayanan en eski bileşikler olmasına rağmen, hala geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Önce depolarizer olarak kullanıldı. Dikkate değer elektrokimyasal özelliklere sahiptir, ucuzdur ve kolayca erişilebilir. Lityum manganez (Li-Mn), toksik ve pahalı lityum kobalt bazlı (LiCo-O) ve lityum-nikel bazlı (Li-Ni-O) malzemeden daha çok geniş bir yelpazede kullanılan ve yapılması zor olan pil malzemesidir.

Lityum ve küçük helyum iyonlarının araya girmesi için çeşitli formları onu ideal kılar. Spineli ile lambda formu (Mn2Ö4) Lityum iyonunun interkalasyonuna izin verir. Çevresel etkiler, minimum sağlık, yüksek hız kapasitesi ve yüksek termal eşik, Lityum-manganez spinellerinin faydalarından bazılarıdır. Bu bileşikte, 10-6 -10-10 sq. cm / s, bir lityum iyonunun difüzyon hızıdır. Sık döngüde, elektrokimyasal olarak aktif Mn3+ iyonunun 55 ° C sıcaklıkların üzerindeki kararsızlığı nedeniyle kapasitenin azalmasında komplikasyonlar ortaya çıkar. Bu gibi durumlarda, seçilen metal iyonlarının (Mg, Ni, Mg, Fe, Cr, Co, Al, vb.) Dopingi yapılarak iyileştirmeler yapılabilir.) ve çeşitli yapısal stabilite elde etmek için aside dayanıklı malzemelerin LiMn2O4 üzerine kaplanması.

Lityum Metal Oksitler

Lityum iyon piller için, katot için en derinlemesine çalışılan malzeme kobalt oksitler ve lityum nikeldir. Yapının yüksek stabilitesi her ikisini de karakterize eder. Kaynaklar sınırlı olduğu için pahalı ve üretilmesi zordur. Bu katmanlı bileşiklerin katı çözeltilerinin geliştirilmesinde bir çözüm vardır. En yaygın olan katı çözelti bileşikleri Li1.2Cr0.4Mn0.4O2 ve Li Ni0. 5Mn0. 5o2’dir. Araştırmada, aktif haldeki düşük gerilme ile düşük değerlikli geçiş metal iyonlarının kombinasyonunun, yüksek oranlı kabiliyetli katotların anahtarı olduğu görülmektedir. Hızlı boşaltma ve şarj gerektiren uygulamalar için mükemmel malzeme katmanlı metal oksitlerdir. 300 C’nin üzerindeki sıcaklıklara maruz kaldığında, bu malzemeler kapasitede iyi performans gösterir.

Olivinler

LiFePO4, bileşiklerinin adıdır. Toksik değildirler. Lityum-kobalt bazlı katotla karşılaştırıldığında, bunlar tarafından büyük güvenlik avantajları sağlanmakta, bu da onları daha yüksek seviyeli uygulamalar için elverişli ve faydalı kılmaktadır.

Lityum iyon Pillerin Uygulamaları ve Pazar

Şarj edilebilir Lityum iyon piller, diğer pil teknolojilerinden daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip oldukları için piyasayı kontrol etmeye devam edecektir. 2011 yılına kadar şarj edilebilir Lityum iyon pil pazarı tarafından yaklaşık 11 milyar dolara ulaşıldı ve büyümeye devam etti. Piyasada yüksek güç yoğunluğuna ve yüksek enerji uygulamalarına ihtiyaç duyulan segmentler var, bu şarj edilebilir piller orada çok kullanılıyor.

Akıllı ev güç sisteminin bir parçası olarak, Fişli Elektrikli Araçlar (pıev’ler) her zaman akıllı şebekenin geleceğini oluşturacaktır. Bu uygulamalara en iyi örnekler Plug-in Hibrit Ev’ler (phev’ler) ve ev’dir. Chevrolet Volt gibi phev’ler ve Tesla Model S gibi ev’ler, araştırmadaki sayısız önemli çabadan sonra artık tüketiciler tarafından kullanılabiliyor. Hepsi Lityum iyon pillerle çalışır. Güvenlik endişeleri, daha yüksek fiyatlar ve yüksek üretim maliyeti bu pazar segmentlerinin sorunlarıdır. Li-ion’un diğer bazı uygulamaları, örneğin endüstriyel enerji santralleri, havacılık, tabletler, dizüstü bilgisayarlar ve cep telefonları gibi ticari taşınabilir teknolojilerdir.

Lityum iyon pilin sayısız faydası vardır. Hafif olmaları, onlara yakın zamanda aranan taşınabilir teknolojiler için mümkün olan en iyi aday olma ayrıcalığını verir. Yüksek enerji yoğunluğu ve yüksek açık devre voltajı bunlara sahiptir. Bertaraf edildiklerinde çevre üzerinde daha az etkiye, küçük bir kendi kendine deşarj oranına ve hafıza eksikliğine sahiptirler. Son zamanlarda olduğu gibi kendi sorunları olmasına rağmen, nedensiz iltihaplar nedeniyle güvenlik endişeleri sürekli olarak gündeme geliyor.

Lityum iyon pillerin yukarıda belirtilen uygulamalarının kullanımıyla ilgili zorluklarla karşılaşılmaktadır. Pilin performansının, kullanıldığı uygulamalarla uyumlu olması gerekir. Sürekli bir endişe, pilin hücre mühendisliği ve kimyasını ayrıntılı olarak inceleyerek ele alınabilecek güvenlik olmaya devam etmektedir. Kapasite olarak ölçülen hücre potansiyeli, enerji yoğunluğu ve pil performansı, negatif ve pozitif elektrotların oluştuğu malzemenin özellikleriyle doğrudan ilişkilidir. Şimdi, elektrot-elektrolit-elektrotun iyi performans düzenlemelerini sağlamak için katot ve anot olarak işlev görebilecek yeni malzemeler bulma konusunda araştırma yapıyorlar.

Sonuç

Li-ion piller kusursuz özellikler sergileme konusunda oldukça yeteneklidir ve bu ancak doğru miktarda şarj aküden akabildiğinde mümkündür. Katot ve Anot malzemeleri bunu yapmayı mümkün kılar, bu nedenle bir pilin temel gerekliliği katot ve anot malzemeleri olduğundan bir pilin onlarsız çalışması imkansızdır.

NANOTEKNOLOJİDE 3D BASKININ AVANTAJLARI

Hem 3D baskı hem de nanoteknoloji genellikle yeni yapılar ve uygulama yöntemleri sağlamak için güçlerini birleştirir.

Basılı malzemelerin elektriksel iletkenlik ve algılama özellikleri gibi özelliklerini geliştirmek için nanomalzemeler kullanılırken, başka hiçbir yöntemle mümkün olmayan nanosize yapılar elde etmek için 3D baskı teknolojileri kullanılmaktadır. 1980’lere kadar, malzeme mühendisliğinin genel üretim yaklaşımı “yukarıdan aşağıya” tekniklere dayanıyordu.

Giriş

Yukarıdan aşağıya tekniqe tekniği, mermer kesimi gibi başlangıçtaki dökme malzemenin boyutunun küçültülmesiyle istenilen şeklin elde edilmesine dayanır. Bu, araçlar, aksesuarlar ve diğer 3B malzemeleri oluşturmak için iyi bilinen eski bir tekniktir. Bununla birlikte, bu tekniğin önemli bir dezavantajı, dökme malzemenin çoğu işe yaramaz şekillerde kesildiği için malzeme israfıdır. “Aşağıdan yukarıya” tekniği bu soruna harika bir çözüm sunar.

3D Baskının Cazibesi Nedir?

Bu teknik, malzemenin üst üste katmanlar eklenerek sıfırdan inşa edildiği yukarıdan aşağıya yaklaşımın tam tersidir. İstenilen yapı için sadece gerekli miktarda malzeme kullanır ve atıkları büyük ölçüde azaltır. 3D yazıcılar, erimiş malzemeyi katman katman bir alt tabakaya biriktiren aşağıdan yukarıya yaklaşıma dayalı olarak çalışır. Bu nedenle, 3D baskı, muhtemelen bu uygulama için çok daha uygun bir terim olan “eklemeli üretim” olarak da adlandırılır. Atık malzeme sorununa üstünlük sağlamanın yanı sıra 3D baskı, karmaşık yapıların hassas bir şekilde inşa edilmesini de mümkün kılıyor. 3D baskının bir diğer ilgi çekici özelliği de tasarım esnekliğidir. Tasarımcılar, geleneksel tekniklerin fiziksel zorluklarını yenen 3D yazıcıların kullanım kolaylığı sayesinde artık birçok ayrıntılı yapı oluşturma özgürlüğüne sahipler. 3D baskı yaygın olarak kullanılan polimer, plastik ve seramik malzemelerdir.

3D Baskıda Nanoteknolojinin Rolü

3D yazıcıların bu ilgi çekici özellikleri nanoteknolojinin de dikkatini çekmiştir. 3D baskı uygulamalarında nanoteknoloji, nano ölçekli yapılar üretmek veya nanomalzemeleri ana malzemeye dahil etmek için kullanılabilir.

Nano ölçekli nesneler oluşturan 3B yazıcılar temel olarak iki farklı teknolojiye dayanır

Odaklanmış elektron ışını kaynaklı biriktirme (FEBID).
İki fotonlu litografi (TPL)

Odaklanmış elektron ışını kaynaklı biriktirme (FEBID), karmaşık 3B nanoyapılar oluşturabilen doğrudan yazma yöntemidir. Bu yöntemde, bir gaz öncüsü substrat üzerine adsorbe edilir ve ardından elektron ışını üzerine odaklanarak ayrıştırılır. Bu, yalnızca bir atom kalınlığında katmanlarla katman katman yapımına izin verir.

İki fotonlu litografi (TPL), kızılötesi bölgede ışığa duyarlı malzemeler (fotorezist) ve oldukça lokalize femtosaniye lazer radyasyonu kullanır. Odak noktasındaki yüksek tepe yoğunluğu, iki fotonun aynı anda emilmesine izin verir. Bu etkileşim, fotorezistif malzemenin bir polimerizasyon veya depolimerizasyon reaksiyonunu indükler. İki fotonlu yaklaşım, 3D yapıların çözünürlüğünü diğer teknolojilerden daha küçük olan 150-50 nm’ye düşürdü. Direnç içindeki odak noktasını çevirerek hemen hemen her tür 3B yapı elde edilebilir. Bu yöntemde polimerler, uygun olmayan ortamlarda metalik bileşiklerin yanı sıra 3D nanoyapılar oluşturmak için kullanılabilir. İki fotonlu litografi, katman katman işleminin kısıtlamalarını ortadan kaldırır ve nesnelerin 3 boyutlu olarak gömülmesine ve bağlanmasına izin verir.

3B nanoyapılar oluşturmanın yanı sıra, 3B baskı, nanokompozitlerin hassas bir şekilde biriktirilmesinde nanoteknolojiyi kullanır. Nanokompozit malzemelerin uygulanması için kimyasal buhar biriktirme gibi geleneksel teknikler, malzeme israfı dezavantajına ve hassasiyet eksikliğine sahiptir. Geleneksel yöntemlerle karşılaştırıldığında, nanomalzemelerin geleneksel konak matrislerine dahil edilmesi, nanokompozit üretimi için uygun maliyetli, çevresel ve esnek bir yöntemdir. Yaygın olarak kullanılan nanomalzemeler karbon nanotüpler, nanoteller vekuantum noktaları, ancak aslında bu teknik bu nanomalzemelerle sınırlı değildir. Bu nanomalzemeler genellikle polimerler, metaller ve seramikler gibi konakçı matrislere dahil edilir.

Mürekkep püskürtmeli baskı, 3D baskı uygulamaları için popüler bir işlemdir ve 3D yapılarda nanokompozit malzemelerin uygulamaları için sıklıkla kullanılır. Mürekkep püskürtmeli baskı, neredeyse hiç atık malzeme oluşturmayan basit bir işlemdir. Bu yöntem, küçük malzeme damlacıklarının belirli bir yerde ve istenen desende alt tabaka üzerine bırakıldığı talep üzerine damla şeklinde çalışır. Çökeltme üzerine, ana malzemeyi taşıyan çözücü, istenen yapıyı geride bırakarak buharlaşır. Bu çözücü geri dönüştürülebilir ve tekrar tekrar kullanılabilir, bu da mürekkep püskürtmeli yöntemi oldukça çevre dostu bir yöntem haline getirir.

3D Baskı ve Nanoteknolojinin Uygulama Alanları

3D baskı yöntemleri ve nanoteknolojinin bir kombinasyonu, çeşitli farklı uygulama alanları için heyecan verici fırsatlar ve büyümek için bolca alan sağlamıştır. En umut verici gelişmeler biyomedikal ve elektronik uygulamalarda meydana geldi.

3D baskı, biyoteknolojik uygulamalarda büyük ilgi görmüş, hatta kapsamlı çalışmalarıyla bioprinting adını almıştır. Bioprinting, özellikle doku mühendisliği uygulamaları çevresinde popüler bir konudur. Bioprinting’in ilk uygulamaları kemik dokusu mühendisliği etrafında inşa edildi. Doku mühendisliğinde hücre hatlarının veya insan kök hücrelerinin kültürü için biyouyumlu iskeleler elde etmek için 3D baskı teknolojileri kullanılabilir. Nanomalzemeler, mükemmel yapısal ve fonksiyonel özellikleri nedeniyle doku mühendisliği uygulamalarında da oldukça önem kazanmıştır. Nanomalzemelerin 3B biyo-baskılı iskelelere entegre edilmesi, gelişmiş iskele tasarımı özgüllüğü, artan hücre bağlanması, hücre-malzeme etkileşimleri ve doku gelişimi sağlar. Biyoaktif cam, hidroksiapatit ve kalsiyum fosfat gibi nanomalzemeler, hücre büyümesi için doğal mikro ortamın oluşturulmasını kolaylaştırır ve hücre canlılığını artırır. Ayrıca, 3D baskı teknolojisi, dokuların gereksinimlerine göre biyouyumlu iskelelerin gözenek boyutunun ve yoğunluğunun hassas bir şekilde ayarlanmasını sağlar.

3D baskılı nanomalzemelerin bir diğer önemli uygulama alanı ise elektrikli cihaz uygulamasıdır. 3D baskı matrislerine dahil edilen üstün elektriksel ve termal iletkenlikleri nedeniyle elektrik uygulamalarında son derece önemli olan metalik bileşikler. Bu malzemeler metalik mürekkepler olarak adlandırılır ve kapasitörlerde, gömülü kablolarda, diyotlarda, dirençlerde ve mikrodenetleyicilerde kullanılır. Bu tür malzemeler elektronik çiplerin, sensörlerin, aktüatörlerin, mikro elektro mekanik sistemlerin (MEMS) ve dönüştürücülerin yapı taşlarıdır. Örneğin, serigrafi yöntemlerinde kullanılan malzemelerin iletkenliğini artırmak için mürekkep püskürtmeli baskı teknolojisinde gümüş nanoparçacık mürekkepler kullanılmıştır. Ek olarak, karbon nanotüpler (CNT’LER) gibi karbon nanopartiküllerinin, yarı iletken özelliklerinden dolayı sensör uygulamalarında kesin miktarlarda bir substrat üzerine biriktirilmesi kullanılmıştır. Bu sensörler nem, NO 2 ve NH 3 sensörleri olarak kullanılabilir.

Son zamanlarda, bilim adamları 3D baskı kullanarak mikro ölçekli Li-ion piller elde ettiler. Bu yapının minimum özellik boyutunun mürekkep püskürtmeli 3D baskı kullanılarak 1µm kadar düşük olduğu bildirilmektedir. Mikro pilin katot ve anot malzemeleri için kullanılan bu kadar küçük boyutlu mürekkebi elde etmek için nanomühendislik yapılmıştır. Anot malzemesi olarak Li 4 Ti 5 O 12 (LTO) nanopartikülleri kullanılırken, katot malzemesi olarak LiFePO 4 (LFP) kullanıldı. Bu malzemelerin deiyonize suda dikkatli bir şekilde optimize edilmesi, 3D yazıcı nozulundan güvenilir akış ve yerleştirildiğinde anında katılaşma ile sonuçlanmıştır. Bu uygulama nanoteknoloji ve 3D baskıda dikkate değer bir başarıydı.

Benzer şekilde, piezoelektrik malzemelerin polimer matrislere dahil edilmesi, geleneksel piezoelektrik malzemelerin kırılgan yapısını iyileştirdi ve nano-mikro ölçekli piezoelektrik malzemelerin 3D baskısı için iyi adaylar sağladı. Basınç/çekme gerilmelerini elektrik yüküne veya tam tersine dönüştürme yetenekleriyle, piezoelektrik malzemeler tıbbi görüntüleme, telekomünikasyon, ultrasonik cihazlar ve elektrikli aktüatörlerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Ayrıca, farklı optoelektronik uygulamalar için iki fotonlu litografi veya odaklanmış elektron ışını kaynaklı biriktirme yöntemleri ile inşa edilen nano ölçekte karmaşık yapılar önerilmiştir. Bu uygulamalar, mikro ölçekli dünyanın sınırlarını yıktıkları ve nano ölçekli dünyanın tuhaf fizik yasalarından yararlandıkları için özellikle veri aktarımı ve veri depolama uygulamaları için değerlidir. Örneğin, 3B basılı manyetik nanoyapılar, manyetik yarış pisti belleği gibi 3B veri depolama çözümleri için umut verici adaylar olarak kabul edilir. Bu çözümler, daha yüksek veri depolama yoğunluklarına yönelik artan talebi karşılamayı amaçlamaktadır.

Sonuç

3D baskı ve nanoteknolojinin ilgi çekici özellikleri ve yetenekleri, çeşitli farklı uygulamalar için birleştirilmiştir. 3B yazıcılar, karmaşık nanosize yapıların inşasını sağlarken, nanopartiküller, 3B basılı malzemelerin istenen özelliklerini geliştirmek için kullanılır. Nanokompozitlerin 3D baskısı için farklı teknikler kullanılmaktadır. Bu teknikler arasında inkjet en yaygın ve en basit seçenektir. Gümüş, karbon nanotüpler ve lityum bileşikleri gibi nanopartiküllerin polimer, seramik veya metalik matrislere dahil edilmesi, nanoteknolojinin 3D baskı uygulamalarında kullanılmasını kolaylaştırır. Bu tür nanokompozitler, devreler ve tarama uygulamaları, sensörler, piezoelektrik malzemeler gibi elektriksel olarak iletken sistemlerde ve mikro ölçekli lityum iyon piller gibi enerji depolama uygulamalarında kullanılır.

Odaklanmış elektron ışını kaynaklı biriktirme (FEBID) ve iki fotonlu litografi (TPL) gibi nanosize yapıların 3D baskısı için yöntemler, nanosize yapıların yoğun detay ve hassasiyetle inşa edilmesini sağlamıştır. Bu yapılar, bu 3D baskı tekniklerinin hassasiyeti ve sadeliği ile nanosize maddenin benzersiz özelliklerinden yararlanabilir. Bu nanosize 3D yapılar, veri depolama ve diğer optoelektronik uygulamalarda büyük potansiyele sahiptir.
Bu teknolojilerin her ikisinin de henüz emekleme aşamasında olduğu düşünüldüğünde, nanoteknolojinin 3D baskı uygulamalarında geliştirilecek çok şey ve keşfedilecek büyük bir potansiyel olduğunu söylemek güvenlidir.

Ocak 2023
P	S	Ç	P	C	C	P
« Nis				Şub »
						1
2	3	4	5	6	7	8
9	10	11	12	13	14	15
16	17	18	19	20	21	22
23	24	25	26	27	28	29
30	31

Günlük arşiv 31 Ocak 2023

Poli- (Laktik-Ko-Glikolik) Nanoparçacıklara Dayalı Aşı

S Protein Nanoparçacıklarına Dayalı Aşı

Virüs benzeri Parçacık Taklit Nanovesiküllerine Dayalı Aşı

COVID-19 ile Mücadele İçin Klorokin İçindeki Nanotıp Bilgileri

Klorokin Tarafından Nanopartiküller Endositoz İnhibisyonu

Koronavirüs Patojenleri Bağlama ve Füzyon Mekanizması

Koronavirüs Patojenlerinin Saptanması ve İnhibisyonu için Altın Nanoparçacıklar

Koronavirüse Karşı Güçlü Bir Antijen Olarak Altın Nanoparçacık Modifiye Spike Proteini

Altın Nanorod Bazlı HR1 Peptit İnhibitörü

Grafen Oksit Dispersiyonun 7 Özelliği

Grafen Oksit Sentezi

Suda Grafen Oksitin Dispersiyonu

Dispersiyonun sekiz temel özelliği aşağıda verilmiştir:

Grafen oksit dispersiyonunun daha fazla uygulaması genellikle aşağıdaki sektörlerde bulunur:

Altın nanopartiküllerin uygulama alanları

Altın nanopartiküller nasıl oluşur?

Altın Nanoparçacıkların Sentezinde Yeni Yöntem

Bor Karbür Nanopartiküllerinin Tarihi:

B4C Nanotoz’un 8 Özelliği:

Bor Karbür Nanotoz Üretim Süreci:

Bor Karbür Nanopartiküllerinin 9 Uygulaması:

B4C Nanopartiküllerinin Depolanması:

Sonuç

Karbon Siyahı Nanotozu Tarihi:

Karbon Siyahı Nanotozu Üretim Kapasitesi:

Karbon Siyahı Nanotozun Özellikleri:

Karbon Siyahı Nanotozu Endüstriyel İmalatı:

Karbon Siyahı salınımının kaynakları:

Karbon siyahı Nanotozunun 6 Kullanımı:

Kauçuk Endüstrisinde Karbon Siyahı Nanotozu Kullanımı:

Karbon Siyahı Nanotozunun diğer sektörlerde (Plastik, Kaplama, Mürekkep vb.) Kullanımı:

Bakır (I) Oksit (CuO) ve Bakır (II) Oksit (Cu2O) Nano Tozları Arasındaki Farklar

Bakır (II) Oksit (CuO) Nanopartiküllerinin Uygulamaları:

Bakır (I) Oksit (Cu2O) Nanopartiküllerinin Uygulamaları:

Son zamanlarda, nanoyapılı malzemeler, su ve dizel emülsifiye yakıtlar kullanılarak dizel motorların özellikleri ve performansı iyileştirilmiştir.

Giriş

Nanomalzemelerin Dizel Motor Verimliliği ve Biyodizel Yakıtlar Üzerindeki Etkisi

Dizel Yakıtlar ve Güncel Konular

Dizel Yakıtlar için Nanoyapılı Katkı Maddeleri

Nanopartiküllerin Yakıt Özellikleri Üzerindeki Etkisi

Nanomalzemelerin Egzoz Emisyon Özelliklerine Etkisi

Sonuç

Katot ve Anot malzemeleri her pilin bir parçasıdır çünkü bu, bir pilin çalışmasının nasıl geliştirildiğinin veya uygun şekilde uyarıldığının ana kaynağıdır.

Giriş

Mevcut Pil Teknolojisindeki Gelişmeler

Anot Malzemeleri

Yeni Grafit ve Grafitik Olmayan Anotlar

Karbonlu (Karbon Bazlı) Anotlar

Katot Malzemeleri

Lityum Manganez Spinelleri

Lityum Metal Oksitler

Olivinler

Lityum iyon Pillerin Uygulamaları ve Pazar

Hem 3D baskı hem de nanoteknoloji genellikle yeni yapılar ve uygulama yöntemleri sağlamak için güçlerini birleştirir.

Giriş

3D Baskıda Nanoteknolojinin Rolü

3D Baskı ve Nanoteknolojinin Uygulama Alanları

Sonuç

Teknoloji Haberleri

Bağış Yap, Destek Ol!

Periyodik Tablo

Son Yazılar

Haber bülteni