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.

GELİŞMİŞ KUANTUM CİHAZLARI İÇİN GRAFEN NANO

Atomik düzeyde hassasiyete sahip grafen nanoribbonlar, taşıma, optik ve elektronik özelliklerdeki dikkate değer ayarlanabilirlikleri nedeniyle daha spesifik olarak çok fazla dikkat ve ilgi çekmektedir.

Yüzey üstü sentez yaklaşımına dayanan grafen nanoribbonların sentezi, temel olarak metalik substratların tasarımcı elektronik özelliklerini derinlemesine taradığı ve daha da fazla uygulamayı kısıtladığı metal yüzeyin desteklediği kimyasal reaksiyonlara göredir.

Giriş

Sorunun üstesinden gelmek için, doğrudan yarı iletken metal oksit yüzeylerinde atomik düzeyde hassasiyete sahip grafen şeritler elde etmek için yeni bir yüzey sentezi sentezi yaklaşımı önerilmektedir. Çok adımda tetiklenen dönüşümler öncülerde önceden programlanmıştır ve karbon brom ve karbon-flor bağlarının oldukça sıralı ve seçici aktivasyonlarına ve siklodehidrojenasyona bağlıdır.

Enstrümantasyona Yüzey Sentezi Bağımlılığı

Taramalı tünelleme mikroskopisi, projenin öncü materyali manipüle etme ve nihai sonuçları değerlendirme açısından başarıya ulaşmasına yardımcı olmak için kritik bir teknik olarak kabul edilir. Taramalı tünelleme mikroskobu, SEM mikrograflarını doğrudan hazırlamayı ve malzemeyi atomik ölçeklerde manipüle etmeyi mümkün kılar. Bunu yaparken, bu mikroskoplar, tek bir atomun boyutuna eşit olacak kadar ince bir iğne ile donatılmıştır. Bu mikroskoplar, yüzey yedeği arasındaki olası ihlalleri sürekli olarak ölçmek ve yüzey yapısının atomik olarak doğru topografyasını oluşturmak için yüzey üzerinde çok hassas ve satır satır hareket edebilir. Grafen nanoribbonların elde edilmesine yönelik önceki çalışmalarda, malzeme, nanoribbonların olası elektronik özelliklerini baskılamak için metalik bir substrat üzerinde sentezlenmek üzere kullanıldı.1

Etki Mekanizması ve Uygulanabilirlik

Uygulama açısından, metal bir alt tabakanın kullanılmasının, özellikleri taradığı için sorunlara neden olduğu gösterilmiştir. Bu nedenle, kuplaja dayalı olarak işlev gören mevcut yaklaşım, sistemin ultra yüksek vakum koşullarından çıkarılmasını ve çok adımlı bir ıslak kimya işleminden yararlanarak yerleştirilmesini içerir. Bu temel olarak metal alt tabakanın aşındırılmasını gerektirir ve bu da sistemin oluşturulmasında kullanılan doğru ve uygun hassasiyetle çelişir. Bu teknikte, metal üzerinde kullanılan stratejileri taklit etme kabiliyetine sahip metalik olmayan bir substrat üzerinde çalışacak yetenekli bir süreç bulmak için oksit hizmetleri denenir. Aslında, yüzey sentezi, moleküler öncüler kullanıldığında temel olarak gerçekleşen yüksek hassasiyete sahip malzemelerin elde edilmesini mümkün kılar. Dahası, reaksiyonlar zorunlu olarak, reaksiyonun gerçekleştiği sıcaklığın bilindiği bir öncüye programlanır. Bu o-yüzey sentezlerinin bir diğer önemli avantajı, yüksek düzeyde programlanabilirliğe sahip öncüler olarak çok çeşitli aday materyallerin kullanılması olasılığıdır.1 Sistemi ayırmak için reaktiflerin tam olarak uygulanması, araştırmacılara benzersiz kuantum özelliklerine sahip molekülleri değerlendirmek için atom düzeyinde hassasiyet sağlayan açık kabuklu bir yapıyı sürdürür. Özellikle, grafen nanoribbonların kuantum spin durumları adı verilen manyetik durumlara sahip olduğunu bulmak elverişlidir. Bu koşullar ve manyetik özellikler, manyetik alanların kasılmalarını araştırmak için bir platform sağlar, böylece kuantum bilgi boyutundaki uygulamalar için kübit oluşturma gelir.

Grafen Nanoribbonlar

Tek boyutlu grafen şeritleri olarak grafen nanoribbonlar, manyetik özellikleri ve benzersiz elektronik davranışları nedeniyle elektronik cihazların geleceğini yapmak için umut verici adaylar olarak ortaya çıkmıştır. Grafen nanoribbonların yanal boyutu ve kenar geometrisi, Dirac noktasındaki bant aralığı açıklığının ilgi çekici özelliklerine yol açar. Bu noktaya kadar, grafen nanoribbonların heteroatom dopingi, kenarlarında bor, sülfürik ve azot kullanılarak gerçekleştirilmiş ve yapısına çok az gömülmüştür. Farklı doping atomları arasında nitrojenin, özel elektro-kabul edici özellikleri ve grafende sağlam ferromanyetizmayı tetikleme afinitesi nedeniyle grafen nanoribbonlarını uyuşturmak için ilginç bir ajan olduğu ortaya çıktı. Doping ve kimyasal işlevselleştirmeye ek olarak, grafenin manyetik ve elektronik özellikleri, bazı gözenekler veya kusurlar yaratılarak değiştirilebilir. Yüzey kimyasının ortaya çıkmasıyla birlikte katkılı karbon yapıların tasarımı ve sentezi, teknik ve metodolojide çok ilerleme kaydetmiştir. Gözenekli yapılarına sahip azot katkılı grafen şeritler (N-GNR’LER), kristal kafesteki bazı belirli karbon atomlarının azot atomlarıyla değiştirildiği ilk gözenekli merdiven benzeri grafen olarak pratik olarak arzu edilen manyetik özellikler sergiler.

Grafenin Özelliklerinin Katkıları

Grafen, bir karbon kadar kalınlığa ve 0.142 nm’lik düzenli bir karbon-karbon bağ mesafesine sahip altıgen bir kafes şeklinde sert, iki boyutlu (2D) tek tabakalı bir karbon allotropudur. Normal üç boyutlu malzemelerle karşılaştırıldığında, grafen oldukça farklı bir elektronik yapı gösterir. Katkısız grafende (saf ve modifiye edilmemiş), Fermi seviyesi, durum yoğunluğunun sıfıra düştüğü altı çift koninin bağlantı noktalarında (Dirac noktaları olarak bilinir) bulunur. Bu, elektrik iletkenliğinin oldukça düşük olmasına neden olur. Bununla birlikte, Fermi seviyesi, elektrik alanının polaritesine bağlı olarak grafeni elektron bakımından zengin (n katkılı) veya gözenekli (p katkılı) hale getirmek için bir elektrik alanı uygulanarak değiştirilebilir. Katkılı grafen, oda sıcaklığında bakırdan potansiyel olarak daha yüksek elektrik iletkenliğine sahiptir.2 En şeffaf malzemelerden biri olarak, optik bölgedeki gelen ışığın %97,7’si grafenden geçebilirken, pencerelerde kullanılan normal bir cam yüzde 88 ila 90 şeffaflığa sahiptir. Diğer düşük sıcaklıklı 2B malzemelerin aksine, grafen 2B özelliklerini oda sıcaklığında tutabilir. Çelikten 200 kat daha güçlüdür ve bunun sadece bir gramı bir futbol sahasını kaplamak için yeterlidir ve bu arada en esnek malzemeler arasındadır. Bir lastik bant gibi, grafen elektriksel iletkenliğini korurken %20 gerilebilir, oysa elektronikte yaygın olarak kullanılan silikon, uzunluğunun yalnızca yüzde 1’ini gerebilir. Bu süper malzeme bakırdan 10 kat daha iletkendir. Sonuç olarak, grafen şeffaf, iletken ve esnek olan çok az malzemeden biridir.

Grafen Nanoribbonlar ve Kuantum Cihazları

Son zamanlarda, uluslararası bir araştırma projesinin çabalarına dayanarak, grafen nanoribbonlar, nanoyapıların tasarlanmasındaki engellerin ötesine geçmek için perspektif uygulamasıyla atomik seviyedeki hassasiyetten yararlanarak titanyum dioksit yüzeyinde büyüyen ultra ince karbon atomu şeritleri olarak sentezlendi.kuantum Bilgi bilimi için gerekli karbon. Grafen, tasarlandıklarında nanoskopik ölçeğe giren cihazlarda ve nanoribbonlarda kullanılabilir. Bununla birlikte, yukarıdan aşağıya sentetik yöntem, mevcut son teknoloji uygulamaların standartlarını karşılayacak nanoyapıları hazırlamak için herhangi bir atomik ölçek hassasiyetinden yoksundur. Sorunun üstesinden gelmek için, grafen nanoribbonları atomik seviyede sentezlemek için yeni bir aşağıdan yukarıya teknik geliştirilmiştir, böylece bazı özel uygulamalarda kullanılabilirler.

Sonuç

Pratik olarak atom düzeyinde hassas teknik, çok daha küçük parçalara ayrıldığında tek tabakalı grafenin benzersiz özelliklerinin elde edilmesine yardımcı olur. Bölücü grafende yalnızca iki atomluk bir farkın, özelliklerini ve özelliklerini bu kadar önemli ölçüde değiştirebileceği ve bir yarı iletken üzerinde metalik şerit üretimine yol açabileceği gösterilmiştir.

PLASTİKLERE MÜKEMMEL BİR ALTERNATİF OLARAK

Bugün, PP, PE, PVC ve benzerlerini içeren petrole dayalı plastikler, ortamdaki en büyük kirlilik kaynağı haline geldi.

Çoğunlukla sert bozulmalarından ve insana ve diğer türlere yönelik bir dizi tehdide neden olmalarından kaynaklanmaktadır. Plastik ürünlerin değiştirilebilmesi için Ambalaj için sürdürülebilir ve biyolojik olarak parçalanabilir kalitede malzemeler geliştirmek için şu anda devam eden birçok çaba var.

Vahid Cava Kuzegaran

Analitik Kimyager (Doktora) / Nanografi Nano Teknoloji

Giriş

Çevre sorunlarının ve plastiklerin en geniş kırmızı uygulama sorununun üstesinden gelmek için selüloz ambalaj malzemelerinin, daha da önemlisi nano ölçekli selüloz liflerinin plastik yerine kullanılmasının uygun ve verimli olduğunu göstermiştir 1.

Selüloza Genel Bakış

Nanoteknolojiye dayalı endüstrilerin ilerici ticarileşmesinde, araştırmacılar ve sanayiciler nanoselüloz için yeni üretim yollarını ve uygulamalarını araştırıp araştırdıkları için nanoselüloz büyük önem taşıyor. Aslında, süper esnek ekranlar, bükülebilir piller, inanılmaz derecede yakıt tasarruflu arabalar, vücut zırhı ve gelecekteki filtreler gibi nanoselülozun büyük ve inanılmaz uygulamaları var. Örneğin ambalajlamada, çoğunlukla esnekliği, yenilebilirliği, biyolojik olarak parçalanabilirliği, şeffaflığı nedeniyle nano ölçekli selülozik parçacıkları ambalajlamaya dahil etmek için artan bir motivasyon vardır. antimikrobiyal doğa mekanik ve bariyer özellikleri.

Selüloz nedir?

Selüloz, yeryüzünde birçok farklı bitki türü tarafından yapılan milyarlarca tonluk hammadde olarak bol miktarda ve doğal olarak bulunur. Teknik olarak selüloz ucuz, hafif, termal olarak stabil bir organik bileşiktir ve yenilenebilir olduğu kadar doğal olarak biyolojik olarak parçalanabildiği için sürdürülebilir kimya standartlarını karşılayan en yaygın ajanlardan biridir. Bitkilerde selüloz lifleri, oldukça kristalli olan mikrofibriller tarafından üretilir. varlık. Selüloz, son yıllarda esnek elektronik ve ekranlar, tekstiller, sensörler, laminatlar, farmasötik kaplamalar, gıda ve aktüatörler 2 gibi alanlar üzerindeki önemli etkisi nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Kimyasal olarak konuşursak, selüloz lifleri, doğrusal bir yapı şeklinde yüz ila binlerce D-glikoz zincirinden yapılır. Farklı alg türlerinin ve yeşil bitki hücrelerinin duvarlarının önemli yapısal üyeleri olarak kabul edilirler. Bitki hücrelerinin duvarları, duvar dokusunda güçlendirilmiş çelik gibi davranan yaklaşık 40 tamamen uzatılmış selüloz zinciri içeren yaklaşık 100 nm’den daha az genişliğe sahip kristal yapıya sahip selüloz mikrofibrillerden oluşur ve hidrofobik kristal olmayan lignin ve nanokristalin yapılar olan hemiselüloz da dahil olmak üzere polisakkaritlerle çevrilidir. Buna göre, selüloz nanofiberler gibi selüloz bazlı nanoyapıların başlangıçta biyomoleküller olduğu ve Dünya’da bol miktarda bulunduğu ve doğal fotosentez prosedürü 3 ile doğal olarak daha büyük miktarlarda sentezlendiği belirtilmelidir.

Nanoselüloz / Selüloz Nanofiberler

Selüloz nanofiberler tipik olarak birkaç mikrometre ve 5 ila 20 nm genişliğindedir ve sulu çözeltilerde çözünürlüğü yoktur, ancak viskoz bir süspansiyon yapmak için çok mükemmel bir şekilde dağılırlar. Selüloz nanofiberleri anizotropik fiziksel özelliklere sahiptir. Yüksek kristalli selüloz nanofiberlerin elastik modülü, uzunlamasına ve enine yönler için sırasıyla 150 GPa ve 50 gpa’dır, temel olarak gerilmelerinin karşılık gelen suşa oranı olarak bilinir, Selüloz nanofiberler genellikle CNF takviyeli kompozitler gibi çevre dostu kompozitlerde uygulanamayacak kadar kısadır, oysa mükemmel mekanik özelliklere sahiptirler. Aslında, nanofiberlerin mekanik özellikleri, çok ince ve mükemmel bir şekilde hizalandıklarında gelişir. Nanofiberlerin bu hizalanması, elektrik alanı, kesme kuvveti, manyetik alan ve mekanik gerdirme kullanan birçok araştırma projesinde rapor edilmiştir. Bu teknikler arasında, daha büyük ve endüstriyel ölçeklerde elde edilen ürünlerle kesme kuvvetine dayalı bir tür yönlendirme elde etmek çok basittir. Selüloz nanofiberlerin süspansiyon kalitesi ile ilgili olarak, bunların döndürülmesi CNF’LERİ elde etmenin etkili bir yolu gibi görünmektedir. Eğirmeye ek olarak, mekanik gerdirme aynı zamanda yüksek mekanik özelliklere ve geliştirilmiş hizalamaya sahip selüloz nanofiber elde etmenin etkili bir yoludur 2. Sürdürülebilir ve yenilenebilir bir makromolekül olarak selüloz büyük ilgi görmüştür ve birçok araştırmacının selüloz bazlı malzemeleri esas olarak nano ölçekte nanomalzemeler olarak pratik olarak yeni uygulamalarla incelemeleri için iyi bir motivasyondur. Nanoselüloz olarak da adlandırılan selüloz bazlı nanomalzemeler, nanokristalin selüloz (NCC), selüloz nanofiber, bakteriyel nanoselüloz ve nanofibrilasyonlu selüloz (NFC) olarak kategorize edilir. Bu nanoyapılı selüloz malzemeler, farklı ekstraksiyon yöntemi ve farklı kaynak 4 ile indüklenen partikül büyüklüğü, morfolojisi ve kristalliği bakımından farklı özelliklere sahiptir.

Atık su arıtımı için grafen bazlı malzemelerle ilgileniyorsanız,

blog yazımızı buradan okuyabilirsiniz.

Nanoselülozun Çevresel Etkisi

Aslında nanoselüloz, yüksek en boy oranı, düşük ısıl genleşme verimliliği, yüksek mekanik mukavemeti ve nano ölçekli özellikleri nedeniyle potansiyel olarak çevresel ve enerji amaçlı ve havacılık, stratejik alanlar, biyotıp ve elektronik bilgi gibi alanlarda uygulanabilir. Ek olarak, deniz organizmalarından ve doğal yenilenebilir özelliklere sahip bitkilerden kaynaklanan nanoselülozun sürdürülebilir doğası, rezervlerinde büyük bolluğa sahip çevre dostu bir malzeme olarak uygulanmasını teşvik etmektedir. Benzersiz özellikleri ve özellikleri, nanoselülozu plastik gibi yenilenmeyen malzemeler yerine kullanmak için ideal bir seçim haline getirerek onu bilimsel ve endüstriyel uygulamalarda ilgi odağı haline getirir. Nanopaperden türetilen nanoselüloz, esneklik, düşük termal genleşme, yüksek mekanik mukavemet, elektrik yalıtımı ve yüksek geçirgenlik dahil olmak üzere plastik filmlerin özelliklerinin çoğunu gösterir. Bu nedenle, selülozun pil ayırıcılar, elektronik cihaz alt tabakaları, kanalizasyon arıtma malzemeleri ve fotoelektrik ve termoelektrik malzemeler 5 olarak uygulanacağı geniş ve kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır.

Paketleme için Nanoselüloz Bazlı Nanopaper

Nanoselülozu çalı dalları, mahsul kamışları ve odun artıkları dahil olmak üzere bol bitkilerden izole etmek ve ayrıca plastik film kullanımının yerini almak üzere nanoselülozu nanopaper haline getirmek büyük önem taşır. Bununla birlikte, yeni makale temel olarak hidrofiliktir ve neme karşı hassastır, bu da en yaygın şeffaf plastik filmlere kıyasla doğrudan tarım alanında, tıbbi ambalajlarda, elektrikli maddelerde, gıda ambalajlarında vb.Kullanılmasını zorlaştırır. Daha önce bahsedilen konularla ilgili olarak, nihayet hiyerarşik bir yapıya sahip bir dereceli nanopaper tasarlamak ve hidrofobikliği nanopaper ve su itici arıtmaya 5 iletmek için nanopaper’ı arıtmak için hidrofobik ajanların ve fonksiyonel grupların dahil edilmesi esastır.

Nanoselüloz Bazlı Kompozitler

Nanoselüloz bazlı kompozitler, doku mühendisliği için iskele, esnek elekler ve tıbbi implantlar dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalar için de uygun olabilir. Bu sırada nanoselüloz, ağırlıklı olarak ambalajlamada kullanılan petrol bazlı plastikler yerine kullanılacak çevre dostu bir alternatif olarak düşünülebilir. Bozunamayan plastiklerin aşırı uygulanması, doğrudan Pasifik Okyanusu’nda yüzen ve Amerika Birleşik Devletleri’nin iki katı büyüklüğündeki plastik çöplerden oluşan Büyük Pasifik Çöp Yaması gibi büyük ekolojik felaketlere neden oldu.

Sonuç

Nanoselülozun çeşitli endüstrilerdeki uygulamaları teknolojiye bağımlıdır ve elektrospinning, kompozit ekstrüzyon, döküm buharlaştırma, katman katman montaj ve selüloz kompozitleri içerir. Nanoselülozun gıda ambalajına uygulanması, gıda içeriğinin bozulmasını önlediği, gıda içeriğine oksijen girişini engellediği, polistiren bazlı telefonların uygulanmasının yerini aldığı, gıda raf ömrünü uzattığı ve gıda kalitesini iyileştirdiği için çeşitli amaçlar için oldukça arzu edilmektedir.

LİTYUM PİL PERFORMANSINI ARTIRMAK İÇİN NANODİA

Nano elmaslar, boyutlarının çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük olduğunu gösteren nanopartiküller şeklinde bulunan elmaslardır ve daha ziyade onları görmek için bir mikroskop kullanılır.

Bu oluşumu başarılı bir şekilde gerçekleştirmek için birçok kritik adımı içeren özel bir süreç yürütülmektedir. Nano elmaslar, özelliklerini tam olarak tanımlayabilen ve bu nano elmasların sergileyebileceği geniş bir uygulama yelpazesi aracılığıyla bu özellikleri tam olarak sergileyebilen birçok özel özelliğe sahiptir.

Ürün yelpazesi geniş olduğundan ve gelişme alanı onlar için arttığından, özel uygulamaları lityum pillere dayanmaktadır.

Giriş

Bu makale, nano elmasların, uygulamalarının ve lityum pillerdeki teknolojik gelişmelerin kapsamlı bir incelemesini sağlayacaktır. İlk bulunduklarında, halk onlara fazla dikkat etmedi. Ancak zaman geçtikçe ve teknoloji ilerledikçe, bu küçük elmasların devrim sonrası dünyada çok çeşitli kullanımlar ve avantajlar için değerli olduğu kanıtlandı. Özelliklerine daha fazla girdikçe, görünüşte basit olan bu küçük parçacıkların çok karmaşık olduğunu ve kendi bakış açılarından tekil olan bazı bileşenler içerdiğini keşfedeceğiz. Bu bileşenleri analiz etmek ve daha sonra bunları tamamen yeni bir parçacık kümesinde birleştirmek uzun ve zorlu bir yolculuktu. Günümüzde lityum piller, modern teknolojinin hayati bir bileşenidir.

Tarih

İlk nano ölçekli elmas parçacıkları 1960’larda SSCB’de patlatılarak yaratıldı, ancak dünyanın geri kalanı 1980’lerin sonlarına kadar çoğunlukla onlardan habersizdi. Bunu takiben, 1990’ların sonlarından itibaren yapılan bir dizi önemli keşif, şimdi nanodiamond olarak bilinen küçük parçacıklara olan ilgiyi artırdı.

1) 4-5 nm çapında tek haneli nanodiamond kolloidal çözeltiler artık ilk kez ticari olarak temin edilebilir.

2) Floresan nanodiamondlar artık bilim adamları tarafından toksik olmadıkları için biyolojik görüntüleme için yarı iletken kuantum noktaları yerine kullanılmaktadır.

3) Üçüncü olarak, elmas tabanlı nano ölçekli manyetik sensörler oluşturulmuştur.

4) Dördüncüsü, kimyasal reaktiviteleri sayesinde nanodiamondların özelliklerini karakterize etmek için çeşitli ıslak gaz kimyası teknikleri kullanılabilir.

Yeni çevre dostu arıtma tekniklerinin geliştirilmesi, yüksek saflıkta nanodiamond tozlarının büyük miktarlarda düşük maliyetle ve kontrollü yüzey kimyası ile üretilmesini mümkün kılmıştır.

6) Son olarak, nanodiamondlar, diğer karbon nanopartiküllerinden daha az zararlı oldukları için biyomedikal görüntüleme, ilaç dağıtımı ve diğer tıbbi prosedürlerde kullanılmak üzere araştırılmaktadır.

Araştırma için Nanodiamondların Mevcudiyeti

Bugün, araştırma için baş döndürücü bir dizi nanodiamond mevcuttur. Patlama teknikleri, lazer ablasyonu, HPHT elmas kristalitlerinin yüksek enerjili bilyalı frezelenmesi, plazma ile güçlendirilmiş kimyasal buhar biriktirme (CVD), ultra kritik sıvılardan otoklav sentezi, karbürlerin klorlanması, grafitin iyon bombardımanı, karbon soğanlarının elektron bombardımanı, ultrasonik kavitasyon kullanılarak yapılmıştır. ve bunlardan ilk üçü teknikler şu anda endüstride kullanılmaktadır. Astronomik kanıtlar, belirli yıldız türlerinin protoplanet disklerinde nanodiamondların bulunduğunu, bu kozmik kaynakların kökeninin hala araştırıldığını göstermektedir. Araştırma ve endüstriyel kullanım için artık Dünya’da nanodiamondları toplu olarak oluşturabilmemiz gerekiyor. Burada, boyutları 2 ila 10 nm arasında değişen nanodiamondların üretimini, özelliklerini ve kullanımlarını ele alıyoruz.

Grafit: Karbonun Kararlı Formu

Oda sıcaklığında ve basıncında, elmasın yarı kararlı olduğu bilinmesine rağmen, grafit karbonun en kararlı şeklidir. İki faz arasındaki enerji bariyeri oldukça büyük olmasına rağmen (atom başına yaklaşık 0,4 eV), iki faz arasındaki enerji farkı nedeniyle hala yüksek sıcaklıklara, yüksek basınca ve/veya katalizörlere ihtiyaç vardır. Bununla birlikte, karbon faz diyagramı, nano ölçekte Gibbs serbest enerjisi, faz diyagramını (basınç ve sıcaklığın yanı sıra) etkileyen yüzey enerjisine bağlı olduğundan, küme boyutunu üçüncü bir parametre olarak da dikkate almalıdır.

Farklı Karbon Fazlarının Stabilitesi

Çok sayıda teorik ve hesaplamalı çalışma, çeşitli nano ölçekli karbon fazlarının stabilitesini incelemiştir. Tetrahedral hidrokarbonlar, atomistik modellere göre çapları 3-6 nm’den az olan poliaromatiklerden daha kararlıdır. Daha sonraki araştırmalar 41, şeklin yüzey rekonstrüksiyonu ve sp2 karbon üretimi üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğunu ve nanodiamondların stabilitesine katkıda bulunduğunu ortaya koydu.

Oktahedronların, kübo-oktahedronların ve küresel kümelerin yüzeyleri sp3’ten sp2 karbonlara geçişler gösterirken, kübik kristallerin çıplak (işlevsiz) yüzeyleri, dökme bir elmasınkine benzeyen bir yapı gösterir.

Tercihli Pul Pul Dökülme

Nanometre altı kümelerden başlayarak, yüzeyin tercihli pul pul dökülmesi, küçük kümeler (onlarca atom) için küme geçişlerini endofullerenlere ve daha büyük kümeler için elmas çekirdekli (“bucky diamond”) soğan benzeri bir kabuğa teşvik eder. küme (yüzlerce atom) (yüzlerce atom) 41; İnce (tek katmanlı veya iki katmanlı) grafit kabuklu büyük, düzensiz kümelerin (1-3, 3 nm) elmas yapı içinde sabit kalması ve %76’dan daha az yüzey grafitizasyonuna sahip olması beklenir.

Küme Yüzeyi

Fonksiyonel grup sonlandırmalarının veya sp2 karbonlarına dönüşümün sp3 kümesinin yüzeyini stabilize etmesi önerilir. Sonuç olarak, karbon nanopartiküllerinin parçacık boyutu, şekli ve stabilitesinin yanı sıra yüzey sonlandırması. Şimdiye kadar sadece hidrojen sonlandırmanın işlevi kapsamlı bir şekilde araştırılmıştır. Yağlar, çapı 1,5 nm33’ten az olan hidrojenle sonlandırılmış nanodiamondlar olan diamondoidler adı verilen kararlı bileşikleri içerir. Elmas boyutu 3 nm veya daha fazlasına ulaştığında, birinci prensip simülasyonları43, bucky elmaslarının hidrojene nanodiamondlara göre enerji avantajına sahip olduğunu gösterir.

Sonuçlar

Oksijen (grup 44) ve nitrojen (grup 45) içeren fonksiyonel gruplarla nanodiamondların modellenmesinden elde edilen ön bulgulara göre, farklı grupların sıcaklık ve partikül ortamına, nanodiamond boyutuna ve morfolojisine bağlı olarak farklı nanodiamond yönleri vardır.

Nanodiamondların Model Yapımı

Nanodiamond modelleri oluşturulurken yüzey fonksiyonel gruplarının varlığı ve çeşitliliği, sp2 karbonu ve parçacık şekli dikkate alınmalıdır. İyice temizlenmiş nanodiamond parçacıkları, neredeyse hiç elmas olmayan karbon içermeyen neredeyse kusursuz kristal yapılara sahiptir. Transmisyon elektron mikroskobu (18,19,46) kullanılarak yapılan gözlemlere göre, nanodiamond parçacıkları ya fonksiyonel gruplarla sonlandırılmış sarkan bağlara sahip amorf bir karbon çekirdeğe ya da kısmen bir grafit kabukla kaplanmış sp3 karbondan yapılmış bir elmas çekirdeğe sahiptir.

Nanodiamondların Diğer Özellikleri

Nanodiamond parçacıklarının çekirdeğinde kompleksler oluşturabilen azot safsızlıkları (ağırlıkça %2-3’e kadar), ikizlerin varlığı ve tane sınırları, bu model tarafından dikkate alınmayan nanodiamondların ek özellikleridir. mikrokristaller. İkincisi, daha önce sp3 düzensiz karbonlara atfedilen X-ışını kırınım zirvelerinin daha geniş olmasından sorumlu olabilir.

Nanodiamond Oluşum Mekanizması

Patlama sırasında nanodiamondların nasıl geliştiğine dair bir mekanizma Danilenko tarafından ortaya atıldı. Juguet noktasının basıncı ve sıcaklığı, dökme sıvı karbon oluşturmak için çok düşük olsa da, nano ölçekte sıvı karbon oluşturacak kadar yüksektir. Nanodiamond stabilite rejimi, nano karbonlar için biraz daha yüksek basınçlara kayarken, sıvı karbon rejimi daha düşük sıcaklıklara kayar. Sonuç olarak, sıvı karbonun, aşırı doymuş karbon buharı hacminde homojen nanodiamondlar oluşturmak üzere yoğunlaştığı ve kristalleştiği varsayılabilir.

Şok dalgaları kullanılarak grafitten nanodiamond oluşturma gibi diğer patlayıcı bazlı işlemler, kristalit boyutları 10 nm’den büyük ve yanıcı olmayan safsızlıklara (metaller ve oksitler, ağırlıkça %1-8) sahip nanodiamondlarla sonuçlanır. Muhtemelen temizlik gerektirir. Kullanılan ateşleyiciler (genellikle kurşun, gümüş veya bakır azitler) metal safsızlıkları içerir.

Nanodiamond Titreşim Spektroskopisi

Nanodiamondların faz bileşimini ve yüzey sonlandırmalarını anlamak, Raman ve Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi. FTIR, yüzeylere adsorbe edilen fonksiyonel grupları ve molekülleri tespit etmenin yanı sıra, işlevselleştirilmiş nanodiamondların 5,8,14,79 yüzey kimyasındaki değişiklikleri de tespit edebilir. Nanodiamondlarda azot kusurları, 1.100–2.500 cm-1 aralığında yüzey fonksiyonel gruplarının zirveleriyle örtüşen iki geniş bant olarak görünür.

Nanodiamondların Karakteristik Bir Özelliği

Nano elmaslar, oksidatif saflaştırma işlemi gerçekleştirildikten sonra, 3200 ila 3600 cm kapladığı için Oh’nin gerilmesini ve bükülmenin, bantların hem nano türlerden hem de yüzeylerinden kaynaklandığı 1630 ila 1640 cm’yi içeren birçok özellik ve özelliğe sahiptir. Bu durumda C=O, ketonun, aldehitin, birkaç karboksilik asit formunun, esterin ve nano elmasların bir parçası olabilecek diğer bazı malzeme formlarının bir parçası olabilir.

Nanodiamondların Geniş Absorpsiyon Özelliği

Ek olarak, birçok nanodiamond, genellikle “parmak izi bölgesi ” olarak adlandırılan, 1.000 ila 1.500 cm-1 arasında birden fazla örtüşen tepe noktasına sahip çok geniş bir absorpsiyon özelliğine sahiptir.”O-H kıvrımları, C-O-C kıvrımları, epoksi C-O kıvrımları, C-C kıvrımları, amid C-N kıvrımları ve C-N-H kıvrımları, nitrojen eksikliklerinin neden olduğu sivri uçlara birkaç örnektir. NO2, SO2OH ve diğer gruplar titreşir.

Nanodiamondların Özellikleri

Dökme elmasların üstün niteliklerinin çoğu, onları nano ölçekte sağlayan nanodiamondlar tarafından taşınır. Elmas birçok yönden üstün bir malzemedir. Mükemmel sertlik ve modül, biyouyumluluk, optik nitelikler, termal ve elektriksel aktivitelere karşı direnç, kimyasal reaksiyonlar sırasında stabilite ve nano elmasların karşılaşabileceği çevresel değişikliklere neden olabilecek ve bu özelliklerden birkaçını değiştirebilecek direnç.

Floresans

Nanodiamondların faydalı floresan özellikleri, boş pozisyonlara yakın azot atomları olan azot boşluğu (NV) merkezlerinin varlığıyla sağlanır.

Nanodiamondları enerjik parçacıklarla (elektronlar, protonlar ve helyum iyonları şeklinde) patlatarak, 600-800 °C’de vakumlu tavlama gerçekleşir ve NV merkezleri üretebilir. Elmas, ışınlamanın bir sonucu olarak boş pozisyonlar geliştirir ve tavlama işlemi sırasında bu boş pozisyonlar hareket etme hakkına sahiptir ve daha sonra genellikle elmasın kendisinde bulunan azot atomları tarafından yakalanır.

İki tür NV Merkezi

Nötr (NV0) ve negatif yüklü (NV-) NV merkezleri üretilir ve emisyon spektrumları birbirinden farklıdır. NV merkezi, optik pompalama ile spin polarize olabilen ve elektron paramanyetik rezonansı ile kontrol edilebilen bir S = 1 spin temel durumuna sahip olduğundan, özellikle ilginçtir. Spin tutarlılık süresi de çok uzundur. Nanodiamond NV merkezleri ayrıca yüksek çözünürlüklü manyetik algılama, floresan rezonans enerji transferi ve biyomedikal görüntüleme uygulamaları için araştırılmaktadır. İzotopik olarak temiz elmaslardaki flüoresan NV merkezleri, kuantum hesaplama için özel ilgi alanıdır90.

Nanodiamondların Vücudundaki Biyouyumluluk ve Kader

Camsı karbon ve elmasın toksik olmayan maddeler olduğu bilinmesine rağmen, karbon nanopartikülleri için aynısını çıkaramayız. Nanodiamondların toksisitesi meşru bir endişe kaynağıdır çünkü farklı üreticiler çeşitli arındırma teknikleri kullanır ve yüzey modifikasyonu için çeşitli seçenekler vardır. Hücre sağkalımı, gen programı aktiviteleri ve in vivo mekanik ve fizyolojik davranış dahil olmak üzere çeşitli özelliklere bakmak için hem in vitro hem de in vivo çalışmalar yapılmıştır.

Trakeada Nanodiamondlar

Zaman geçtikçe alveolar bölgede nanodiamondların varlığı kesinlikle azalmakta ve mevcut makrofajlar nanodiamondlarla yüklenmek zorundadır. Bu, maruz kalma meydana geldikten sonraki 28 gün boyunca bronşide görsel olarak daha aktif olmalarını sağlar. Son rapor, trakeada bulunan nanodiamondların minimal pulmoner toksisite içerdiğini ortaya koydu.

İntravenöz olarak verilen yüksek dozda nanodiamond kompleksleri, hepatik ve sistemik toksisitenin serum belirteçlerini etkilemedi.

Lityum Pil Performansını İyileştirmek için Nanodiamondların Mevcut ve Gelecekteki Uygulamaları

Elektrolitik ve elektriksiz kaplamada nanodiamond ilaveleri çok uzun süredir kullanılmaktadır. Son zamanlarda kütle spektrometresi, elmas filmlerin 105 kimyasal buhar biriktirme, 106 kromatografi, 52.107 proteomik ve manyetik rezonans görüntüleme gibi uygulamalarda da kullanılmaktadır. Karbon “soğanların”, enerji depolamada, kompozitlerde ve kataliz reaksiyonlarında kullanılma eğiliminde olan nanodiamondların grafitizasyon işlemi yoluyla yapıldığı gösterilmiştir (nanodiamondlar ayrıca katalitik aktivite gösterme eğilimindedir). Elektrokimyasal çift katmanlı kapasitörler, piller ve elektriksel analiz, bor katkılı nanodiamondların olası kullanımlarıdır.

Katkısız Yalıtkan Nanodiamondlar

Ek olarak, elektrokimyasal ortamlarda, katkısız yalıtkan nanodiamondlar redoks aktivitesi gösterir. Beş triboloji ve yağlama alanındaki uygulamalar bu bölümün ana konularıdır. İlaç dağıtımı, doku iskeleleri, protein taklitleri, nanokompozitler ve cerrahi implantlar birkaç örnektir. Nanodiamondların kendi kendine toplanma yetenekleri ve bir dizi küçük molekülü, proteini, antikoru, ilacı ve nükleik asidi yüzeylerine bağlama yetenekleri nedeniyle, bu uygulamaların son üçü düşünülebilir hale getirilmiştir.

Elektrolit Katkı Maddeleri Olarak Nanodiamondlar

Lityum iyonları (LIB) kullanan piller. Li + / Li, -3.04 V redoks potansiyeline sahiptir (buna karşılık. tam bir hücre ile yüksek çalışma voltajı sağlanır. Tam hücreler oluşturmak için lityum metal anotlar ve yüksek kapasiteli katot malzemeleri birleştirildiğinde, bu özellikler büyük enerji yoğunluğu sunar. Lityum-kükürt (Li-S) ve lityum-oksijen (Li-O2) piller dahil olmak üzere şarj edilebilir lityum-metal piller (LMB’LER) bu nedenle yüksek enerji yoğunluklu depolama için çekici yarışmacılar olarak görülüyor.

Bununla birlikte, lityum dendritleri LMB, kullanışlılığını kısıtlayan ve hücre kısalmasına, termal kaçışa ve patlamaya veya yangına neden olabilecek arızalara neden olabilen zararlı Li dendritlerine neden olabilir. Li dendritleri, Li metal ve organik elektrolitlerin temas ettiği yüzey alanını genişletir ve yan reaksiyonları teşvik eder. Daha düşük coulombic verimliliği, reaksiyon ürünlerinin Li metalinin iletken matristen elektronik olarak ayrılmasından kaynaklanır.

Lityum Dendrit Büyümesinin Baskılanması

Lityum dendrit büyümesinin nasıl durdurulacağı konusunda çok fazla araştırma yapılmış olsa da, lityum metalinin nasıl büyüdüğünü ve çekirdek oluşturduğunu anlamak için o kadar çok şey yapılmamıştır. Cui ve iş arkadaşları kısa süre önce Li’nin çeşitli mevcut koleksiyoncular üzerindeki çekirdeklenme potansiyelini araştırdılar. Bulguları, başardıkları seçilmiş substratlar üzerinde Li metalinin seçici olarak birikmesi nedeniyle substrata bağlı çekirdeklenme davranışını gösterdi.

Nanodiamond elektrolitler daha güçlü polarizasyona, daha kısa LMB ömrüne ve daha yüksek coulombic verimliliğine sahiptir.

Düşük Maliyetli Nanodiamondlar

Bu çalışmada kullanılan nanodiamond parçacıkları düşük maliyetli, ticari bir patlama tekniği kullanılarak yapıldı, daha sonra ODA37, 38’e kovalent olarak bağlanarak modifiye edildi ve karboksile edildi. Yüksek kristalliğe ve 5 nm büyüklüğünde kristallere sahiptirler. Elmas (111) düzlemlere (0.206 nm, PDF#65-0537) karşılık gelen düzlemler arası kristalografik aralık, kafes kenarı transmisyon elektron mikroskobu (TEM) görüntülerinde 0.21 nm olarak ölçülür. Dağılmış modifiye nanodiamond parçacıkları ve 0.82 mg mL-1 doygunluk konsantrasyonuna sahip bir EC/DEC elektroliti olarak oluşturuldu. Çözelti, renksiz, berrak EC / DEC elektrolitinden nanodiamond parçacıklarının eklenmesiyle rengi soluk sarı bir renk tonuna değiştirdi. Saf ticari nanodiamondlara kıyasla, bu kümenin boyutu önemli ölçüde daha küçüktü39. Elektrolit içindeki çözeltideki nanodiamond kümelerinin boyut ve renk dağılımı.

Nanodiamond Yüzey

Bu malzemeler arasında nanodiamond, Li difüzyonu için en düşük enerji bariyerine sahiptir. Bu, Li iyonlarının katot (Cu folyo)-elektrolit arayüzündeki nanodiamond yüzeyinde adsorbe olma eğiliminde olduğunu, agregasyonu azalttığını ve kolayca dağılıp eşit şekilde dağıldığını ve dendritlerden yoksun bir morfoloji ürettiğini gösterir.

Elektrokimyasal Döngünün Davranışı

Simetrik Li’nin test edilmesi, Li elektrodunun uzun vadeli elektrokimyasal döngü stabilitesini kanıtlamıştır. Li hücresine bak. Simetrik Li / Li elektrotları, nanodiamond elektrolitte sırasıyla 200 saat ve 150 saat boyunca stabil döngü gösterdi ve polarizasyon gösterdi (1 mA cm’de 100 mV ila 2 mA cm-2’de 120 mV).

Nanodiamond Konsantrasyonu

Hücreler, nanodiamond konsantrasyonu 0.82’den 0.41 mg mL-1’e düşürüldüğünde voltaj uygulamasından sonra bile iyi stabilite sergilediler.

0.41 Mg mL1 nanodiamond içeren elektrolit, onlarsız elektrolitten önemli ölçüde daha iyi performans gösterdi. 0.82 mg ML1 elektrolitin döngüsel stabilitesi karşılaştırılabilirdi, ancak voltaj polarizasyonu daha uzun döngülerde daha yavaş arttı. Kararlı uzun vadeli döngü performansı elde etmek için Li metalini stabilize etmede nanodiamondların önemi, bu verilerle fazlasıyla gösterilmiştir.

Nanodiamond Modifikasyonu

1.5 g nanodiamond, nanodiamond parçacıklarından modifiye edildi ve metalik safsızlıkları gidermek için bir HCl, HNO3 ve damıtılmış su çözeltisi içinde 24 saat kaynatılmadan önce 425 °C’de hava oksidasyonu ile temizlendi. Bu reaksiyon için bilinen bir katalizör olan susuz N, N-dimetilformamid, elde edilen materyalin 1.5 gramına ilave edildi ve 50 ml SOCl2 ve 1 mL SOCl2 ile 70 °C’de 24 saat boyunca yeniden akıtıldı. Süpernatanı çıkarmak için damıtıldıktan sonra, elde edilen katı, oda sıcaklığında vakumla kurutulmadan önce üç kez susuz tetrahidrofuran ile yıkandı. Daha sonra 5 g ODA, kapalı bir şişede 90 ila 100 °C’de 96 saat boyunca klorlu nanodiamond tozu ile karıştırıldı.

Nanodiamondların organik çözücüler içinde dağılması kolaydır. Nanodiamondları içeren bir elektrolitin oluşturulması, elde edilen ODA işlevselleştirilmiş nanodiamond parçacıklarının 50 mg’ının 10 ml’lik bir Ar1 dolu torpido gözünde dağıtılmasını içeriyordu.

Sonuç

Yukarıda belirtilen gerçekler ışığında nanodiamondlar, kendilerini birden fazla parçacık halinde birleştirme ve kendilerine birçok yönden bize fayda sağlayabilecek yeni formlar verme eğiliminde olan elementlerdir. pillerde kullanılmaktan flüoresan ampullere kadar gelecek dönem için büyük önem taşıyacak uygulamalara sahip olabilir teknolojinin. Bu nedenle, nanodiamondların günlük yaşamımızı modernize etmede büyük bir rol sergileyeceği çok güvenli bir şekilde ifade edilebilir.

Lİ-İON PİL İÇİN MÜKEMMEL BAĞLAYICI OLARAK POLİ

Lityum iyon pillerin elektrotları için uygun bir bağlayıcıya sahip olması esastır.

Aslında, elektrotlar için kullanılacak önemli gereksinimler olarak bağlayıcıların yeterli dayanıklılığa ve uzun bir ömre sahip olması gerekir. Temel olarak, lityum iyon pillerin mükemmel performans gösterebilmesi için bağlayıcıların elektrokimyasal olarak kararlı ve kimyasal olarak inert olması gerekir. Ayrıca, PTFE yoğunlaştırılmış sıvı bağlayıcılar, elektrotların yüzeyinde daha az miktarda kullanılmasıyla en iyi performansı gösterir.

Giriş

Lityum iyon pillerdeki elektrot kaplamalarındaki uygulamalar için en yaygın bağlayıcılar arasında, politetrafloroetilen yoğunlaştırılmış sıvı bağlayıcı, bağlayıcı madde olarak kullanıldığında umut verici sonuçlar göstermiştir. Sentetik bir floropolimer olarak PTFE, karbon ve flor atomlarından oluşan yüksek bir moleküler ağırlığa sahiptir ve hidrofobik bir malzeme olarak sıralanır, bu da onu suya yerleştirildiğinde veya sulu çözeltilerle temas ettiğinde daha spesifik olarak florun yüksek elektronegatifliğinden gelen Londra kuvvetleri nedeniyle inert ve çekici hale getirmez.

Politetrafloroetilenin Bağlanma Özellikleri

Teknik olarak konuşursak, PTFE bağlayıcılar, kısmen lityum iyon pillerde kullanılan arzu edilen kimyasal stabiliteyi gösteren CF2-CF2 birimleri içerir. PTFE yoğunlaştırılmış sıvı bağlayıcı ise, suyun çözücü olarak kullanıldığı atmosferde zararlı ve sağlık tehdidi olmayan, tehlikeli etkisi olmayan çevre dostu bir madde olarak bilinir. PTFE’nin bir diğer avantajı, ısı ve ışık ve soğuk direncine ek olarak mükemmel kimyasal direncidir. PTFE ayrıca, aşırı hava koşullarında mükemmel performansla ultraviyole radyasyona karşı direncin yanı sıra arzu edilen yangına dayanıklılık ve daha düşük su emilimi sağlar.

Politetrafloroetilen (PTFE)

Politetrafloroetilen, başlangıçta 1930’larda Teflon markasıyla keşfedilen birçok uygulamaya sahip sentetik bir tetrafloroetilen floropolimeridir. PTFE, suyun veya su içeren herhangi bir maddenin etkileşime girebileceği hidrofobik bir davranışa sahip temel olarak karbon ve flordan oluşan yüksek molekül ağırlıklı bir florokarbon katısıdır. Florokarbonların, katılar arasında düşük kohezyon fraksiyonuna sahip florun pratik olarak yüksek elektronegatifliği nedeniyle gelişmiş Londra dağılım kuvvetleri gösterdiği görülmüştür. PTFE’nin kaplama olarak geniş uygulamaları vardır reaktif olmayan bir madde olarak tavaları ve diğer pişirme kaplarını pişirmek için. PTFE’nin inert doğası, kısmen güçlü karbon ve florür bağlarından kaynaklanmaktadır, bu da onu reaktif ve aşındırıcı kimyasallar için kapları ve boruları kaplamak için nitelikli bir ajan haline getirmektedir. PTFE yağlayıcı olarak kullanıldığında, makinelerin sürtünmesini, enerji tüketimini ve yüzeylerdeki aşınmayı azaltır. Greft materyali ve cerrahi müdahaleler olarak da yaygın uygulamaları vardır. PTFE, bakteri ve mikroplara yapışmak ve hastane kaynaklı enfeksiyonları durdurmak için kateter gibi tıbbi cihazlarda sıklıkla kullanılmaktadır.

PTFE, yoğunluğu metreküp başına yaklaşık 2.200 kilogram olan oda sıcaklığında beyaz katı bir malzeme gibi görünen termoplastik bir polimerdir. Araştırmaya dayanarak, yaklaşık -268°C’lik daha düşük sıcaklıklarda yüksek kendi kendine yağlama, mukavemet ve tokluğu koruyabilen yaklaşık 600 Kelvin’lik bir erime noktasına sahiptir.Yaklaşık 194 Kelvin’lik sıcaklıklarda PTFE mükemmel esneklik gösterir. Kimyasallara karşı etkisizliği açısından, PTFE’nin kimyasal karbon-flor bağlarının, daha yüksek sıcaklıklarda alkali metaller gibi oldukça reaktif metallerin yanı sıra magnezyum ve alüminyum gibi metallerin yanı sıra bazı florlama maddeleri, yani Kobalt florür ve Ksenon diflorürden etkilendiğine dikkat edilmelidir. PTFE’nin özellikleriyle ilgili bir diğer önemli nokta, 650°C’nin üzerindeki sıcaklıklarda depolimerizasyona maruz kalmasıdır.

Li-İon Piller

Lityum piller, taşınabilir iletişim cihazlarının yanı sıra mobil elektronik cihazlar için ana güç kaynağı veya yedek güç kaynağı olarak kabul edilir. Lityum piller, dikkate değer elektromotor kuvvetleri ve yüksek enerji yoğunluğu nedeniyle endüstriyel ve bilimsel sektörlerde giderek daha fazla dikkat çekmektedir. Son zamanlarda, elektrot malzemelerinin yeni yapılarını tasarlamak ve daha önce hiç görülmemiş pil bağlayıcıları geliştirmek için çok sayıda araştırma yapılmıştır, böylece daha yüksek enerji yoğunluğuna olan talep azaltılır ve pillerin çevrim özellikleri karşılanır. Aslında, sulu bağlayıcıların, çevre dostu lityum iyon piller ve güvenlik için ideal bağlayıcılar olarak ortaya çıkmalarını sağlamak için dağıtıcı olarak suyla birlikte daha düşük maliyetli, pil güvenliği ve kullanım kolaylığı ekosistemi dahil olmak üzere daha fazla avantaj ve avantaja sahip olduklarını göstermiştir.1

Li-İon Piller için Poli (tetrafloroetilen) Kaplamaya Dayalı Kendiliğinden Bağlanan Kompozit Ayırıcı

Yeni yayınlanan bir çalışma, politetrafloroetilen PTFE kaplama katmanlarından oluşan yeni bir kompozit ayırıcının ve yüksek performanslı Lityum iyon piller tasarlamak için geliştirilen ticari polietilen ayırıcının uygulanmasını önermektedir. Bu kompozit ayırıcı, üç katmandan oluşan kendi kendine bağlanan bir PTFE/PE/PTFE yapısı elde etmek için bir PE ayırıcının PTFE içeren bir süspansiyona daldırılmasıyla üretilir. Bunda, hazırlandığı haliyle kompozit ayırıcı, elektrolit afinitesini arttırmak için hidrojen peroksit ve sülfürik asit çözeltisi ile daha da modifiye edilir. Elde edilen sonuçlara dayanarak, yakın paketlenmiş PTFE parçacıklarından yapılan kaplama tabakası, oldukça arzu edilen elektrolit ıslanabilirlik özelliğine sahip, oldukça sıralı bir nano gözenekli yapıya sahiptir. Bu, kompozit ayırıcının iyonik iletkenliğini büyük ölçüde arttırır, bu da tek başına polietilen ayırıcıya kıyasla arzu edilen termal stabiliteyi gösterir ve seramiklerle kaplanmış ticari ayırıcıların termal direnç derecesine ulaşır. LiFePO4 katot ve lityum anottan oluşan CR2032 tipi ünite yarım hücreleri, karbon oranı ve döngü performansları değerlendirmelerden sonra umut verici sonuçlar veren PTFE bazlı ayırıcılar kullanılarak monte edilir. Kompozit ayırıcıya dayanan birleştirilmiş hücrelerin, yalnızca polietilen ayırıcı ile daha iyi bir Karbon oranı kabiliyeti ve döngüsel kapasite tutma özelliğini benimsediğini göstermektedir. Kompozit ayırıcının, yüksek performanslı şarj edilebilir Lityum iyon pillerde kaplama amacıyla potansiyel bir aday olarak kullanılabileceğinden bahsetmek ilginçtir.2

Sonuç

Lityum iyon piller, elektrikli araçlar, elektrikli el aletleri ve elektronik cihazlar dahil olmak üzere güç kaynağı alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu noktaya kadar, yüksek güçlü ve yüksek oranlı pillere olan artan ve artan talebe dikkat çekmek için farklı türde yüksek performanslı katot ve anot malzemeleri kullanılmıştır. Ayırıcılar ve kaplamalar, elektronik ürünlerin, özellikle lityum iyon pillerin, süper kapasitörlerin vb.Performansını iyileştirmek için çok önemlidir. Polipropilen ve polietilen, lityum iyon pillerin kritik bileşenlerini oluşturur, ancak zayıf ıslanabilirlik ve termal stabiliteye sahiptir ve olağandışı ısı üretimi olasılığı olduğunda Lityum iyon pillerin güvenliği konusunda ciddi endişelere neden olur. Bu arızalar, PTFE’nin Li-ion pillerde Yoğunlaştırılmış bir sıvı bağlayıcı olarak kullanılmasına büyük ölçüde katkıda bulunur.

GRAFEN KUANTUM NOKTALARI: ÖZELLİKLERİ, SENTE

İki boyutlu, enine boyutlu grafen bloklara fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikler sergileyen grafen kuantum noktaları (GQD) denir.

GQD, küçük boyutu (100 nm’den az) nedeniyle biyomedikal ortamda daha iyi bir beklentiye sahiptir. Farklı çalışmalar, gqd’lerin daha az biyotoksik ve daha biyouyumlu olduğunu göstermiştir. Gqd’lerin sentezi için yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya olmak üzere iki işleme ayrılan farklı yöntemler kullanılır.

Giriş

Sentez yöntemleri, gqd’leri sentezlemek için birçok elementi veya grubu uyuşturan, yüksek sıcaklıklar ve basınç altında işleme için büyük miktarda hammadde gerektirir. Gqd’lere kıyasla, karbon noktaları, 10 nm’den küçük küresel veya yarı küresel karbon parçacıklarıdır ve şekilsizdir, oysa gqd’ler kristallidir. GQD’LERİN özelliklerini ve bunların biyomedikal, biyogörüntüleme, çevre koruma, fototermal terapi vb.Gibi farklı alanlardaki uygulamalarını belirlemek için çok fazla araştırma yapılmıştır.

Grafen Kuantum Noktalarına Genel Bakış

İki boyutlu (2B) enine boyutlu (100 nm’den küçük) grafen bloklara Grafen kuantum noktaları (gqd’ler) denir ve olağanüstü fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklere sahiptirler. İdeal bir gqd’de tek bir atomik karbon atomu tabakası bulunur. Bununla birlikte, sentezlenen birçok GQD ayrıca hidrojen ve oksijen gibi fonksiyonel gruplara sahiptir ve ayrıca birkaç atom katmanından (10 nm’den küçük) oluşur.

The Better Prospect of Graphene Quantum Dots (GQDs)

In comparison to graphene or graphene oxide (GO), GQD has a better prospect in the biomedical field due to its small size. However, the main concerns regarding GQD before its practical application are their toxicity and biocompatibility. Different studies on GQDs have shown that they are biocompatible and have less bio toxicity. In a study by Xie et al., by using the lung cancer A549 cells as models, they studied the autophagy induction and cytotoxicity of three types of GQDs, which involve aGQDs (H2N-GQDs), cGQDs (HOOC-GQDs), hGQDs (HO-GQDs).

Results

Sonuçlar, 100 µg/ml’lik hGQD konsantrasyonunda önemli hücre ölümüne yol açtığı için en toksik GQD tipinin HGQD olduğunu, AGQD’LER ve CGQD’LER gibi diğer tiplerin ise ölçülen konsantrasyon aralığında sitotoksisite göstermediğini göstermiştir. Otofaji yollarının analizi, tüm gqd’lerin p-p38mapk’yı önemli ölçüde aktive edebileceğini, agqd’lerin ve hgqd’lerin p-ERK1/2’yi inhibe ettiğini ancak CGQD’LER tarafından aktive edilebileceğini göstermiştir. P-JNK, hgqd’ler tarafından aktive edilebilir, ancak cgqd’ler ve agqd’ler tarafından inhibe edilebilir. Oysa hgqd’ler Akt’yi aktive edebilir, ancak agqd’ler tarafından inhibe edilebilir. Gqd’lerin sitotoksisitesi, 3-ma’nın otofaji üzerindeki inhibe edici etkisiyle artar, otofajinin GQDs toksisitesi üzerinde koruyucu bir etkisi olduğunu gösterir.

Grafen Kuantum Noktalarının Sentez Yöntemleri (GQD’LER)

Gqd’lerin sentezi için kullanılan mevcut yöntemler, yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya olmak üzere iki işleme ayrılabilir. Aşağıdan yukarıya süreçler için, spesifik organik materyal ve karmaşık reaksiyon adımları için bir gereklilik vardır, bu da koşulların optimizasyonunda sergileri zorlaştırır. Bu nedenle, yukarıdan aşağıya işlemler, büyük karbon malzeme bloklarının küçük parçalar halinde kesildiği aşağıdan yukarıya işlemlere tercih edilir. Bu yöntemde hammadde olarak kolayca bulunabilen ve daha uygun fiyatlı olan bir miktar karbon malzeme kullanılır ve bu yöntem gqd’lerin sentezi için daha güvenilirdir.

Yukarıdan Aşağıya Strateji

Yukarıdan aşağıya işlemlere dayanarak, kimyasal oksidasyon yöntemi, ultrasonik destekli yöntem, kimyasal buhar biriktirme yöntemi (CVD), hidrotermal yöntem, elektrokimyasal oksidasyon yöntemi ve darbeli lazer ablasyon tekniğini (PLA) içeren gqd’lerin sentezi için çeşitli yöntemler vardır. veya yukarıda belirtilen yaklaşımların bir kombinasyonu.

Kimyasal Oksidasyon Yöntemi

Oksidasyon kesme yöntemi olarak da adlandırılan kimyasal oksidasyon yöntemi, grafenin karbon bağlarının, Grafen Oksidin veya karbon nanotüplerin çoğunlukla Sülfürik asit (H2SO4), Nitrik asit (HNO3) veya diğer oksidanlar tarafından yok edildiği çok kullanılan bir yöntemdir.

Deney Sistemi

Liu ve arkadaşları tarafından deneysel bir sistem geliştirilmiştir. karbon kaynağı olarak Vulcan XC-72 karbon siyahının kullanıldığı ve yüksek saflıkta Gqd’leri sentezlemek için güçlü bir oksidan olan konsantre nitrik asit geri akışının kullanıldığı. Gqd’lerin saflığı ve verimi sırasıyla ağırlıkça %99.96 ve ağırlıkça %75 idi. Hazırlanan GQD’LER, farklı uyarma dalga boylarında yeşilden kırmızıya çok renkli fotolüminesans (PL) gösterdi.

Metal Safsızlıklarının Tanıtımı

Lu et al. hidrotermal yöntem kullanılarak oksidan olarak hidrojen peroksit ve öncü olarak siyah karbon içeren GQD’LER hazırlanan bu işlem, metal safsızlıklarının ortaya çıkması ve konsantre asitlerin kullanılmaması için geliştirilmiştir. Sentezlenen gqd’lerin çapı 3.0 ila 4.5 nm’dir. Tüm sentez işlemi yaklaşık 90 dakika sürer ve tuz toleransı, iyi biyouyumlu, daha az toksisite gibi çeşitli özelliklere sahiptir ve ayrıca ışıkta iyi stabiliteye sahiptir. Bildirilen diğer yöntemlerle karşılaştırıldığında, bu yöntem gqd’lerin sentezi için hızlı ve daha yeşil olarak kabul edilir. Bundan sonra Halder ve ark. GQDs ürününü almak için go’yu öncü olarak kullandı, 2 saat içinde hidrojen peroksit kullanarak oksitledi ve kırdı ve ayrıca başka bir saflaştırma yöntemine ihtiyaç duymuyor.

Güçlü Oksidanların Kullanımı

Kimyasal oksidasyon yöntemi sırasında oluşan kimyasal atıklar güvenli değildir ve Sülfürik asit ve nitrik asit gibi bazı güçlü oksidanların kullanılması nedeniyle çevreyi kirletme olasılığı daha yüksektir.

Hidrotermal Yöntem

Gqd’lerin sentezi için en hızlı ve basit yöntem hidrotermal yöntemdir. GQD’LER çeşitli küçük moleküler veya makromoleküler maddeler kullanılarak kolayca sentezlenebilir ve bu maddeler yüksek basınç ve sıcaklıkta başlangıç malzemesi olarak kullanılabilir. Bu işlemin prensibi, karbon maddeler arasındaki bağları kopararak GQD’LER oluşturmaktır ve bu, yüksek basınç ve sıcaklıkla çalışabilir.

Grafen Kuantum Noktalarının Sentezi için Hidrojen Peroksit Kullanımı

Tian ve diğ. gdq’ları N, N-dimetilformamid (DMF) alanında hidrojen peroksit (H2Ö2) kullanarak sentezlemek için tek adımlı bir solvotermal yöntem kullanıldı. Tüm hazırlama sürecinde, hammadde için konsantre nitrik asit ve sülfürik asit kullanılmamış ve safsızlıklar da kullanılmamıştır. Diyaliz olmadan buharlaştırma ve filtreleme ile yüksek saflıkta GQD’LER elde edilebilir. Bu işlem sonucunda GQD’LERİN kalınlığı ve çapı sırasıyla 1-1.5 nm ve 20-40nm aralığındaydı. nötr koşullar altında %15 kuantum verimi (QY) idi. PL sinyalleri, farklı pH koşullarında daha iyi stabilite gösterdi, bu da farklı koşullarda geniş uygulama beklentilerine sahip olduğunu açıkça gösteriyor.

Yöntemin Avantajları

Bu yöntemin yüksek kuantum verimi, düşük maliyet, basit deney kurulumu, diyaliz gereksinimi olmaması vb.Gibi birçok avantajı vardır. Hazırlanan GQD’LER daha iyi suda çözünürlük gösterdi ve çevre dostuydu, bu da biyoelektrik ve biyomedikal alanındaki mükemmel uygulamalarını temsil ediyordu.

blog yazımızı buradan okuyabilirsiniz.

Grafen Kuantum Noktalarının Son Sentezi

Zhang ve diğ. 5 saat içinde indirgenmiş grafen oksit kuantum noktalarını (rgoqd’ler) başarıyla hazırladık. Grafen oksit hazırlamak için başlangıç malzemesi, geliştirilmiş bir Hummer yöntemi kullanılarak grafitti ve daha sonra 200 °C sıcaklıkta poli astarlı bir otoklavda daha fazla hidrotermal işlem için hammadde olarak DMF ve GO kullanıldı. Sentezlenen gqd’lerin %24.62 Kuantum verimi elde edildi ve yüzey dopingi itibariyle dmf’den azot ekstrakte edildi. Zebra balığı, in vivo biyo-probların biyouyumlu doğası için değerli referanslar öneren RGOQD’LER tarafından da incelenmiştir.

Mahsul Biyokütlesinin Tam Kullanımı

Mahsul biyokütlesinin tam kullanımı için araştırmacılar, yüksek kaliteli GQD’LER üretmek için hidrotermal yöntemi kullandılar ve bunun için hammadde olarak pirinç kabuğu kullandılar. ağırlıkça% 15, qy’nin kütle fraksiyonudur. Sentezlenen gqd’ler, ayarlanabilir ve parlak PL sinyalleriyle ses kolloidal su stabilitesi sergiledi. Deneyler, sentezlenen gqd’lerin biyouyumlu olduğunu ve sitoplazmada kolayca yer değiştirebildikleri için hücre görüntüleme için kullanılabileceğini gösterdi. Buna ek olarak, gqd’lerin sentezi sırasında, yan ürünler olarak mezopor silika nanopartikülleri (MSN’LER) sentezlendi.

Grafen Kuantum Noktalarının Dopingi

Birçok elementi veya grubu uyuşturmak için hidrotermal yöntem kullanılabilir ve hammadde olarak çok çeşitli kompozitler kullanılır. ayrıca, farklı GQD’LER hazırlamak için başka bir yöntem, hidrotermal yöntem ile kimyasal oksidasyon yöntemini birleştirmektir. bununla birlikte, genellikle 5 saat uzun zaman alır ve güvenlik sorunları getiren yüksek basınç ve sıcaklık gerektirir.

Ultrason Destekli Yöntem

Malzemenin sentezi için yaygın bir yöntem ultrasonik teknolojinin kullanılmasıdır. Çözeltilerde ultrason etkisiyle çok sayıda küçük kabarcık oluşacak ve oluşan mekanik kuvvet tarafından karbon-karbon bağları yok edilebilecektir.

Üç Çeşit Grafen Kuantum Noktası

Gao ve diğ. süperkritik bir CO2/H’de hammadde olarak genişletilmiş grafit, doğal grafit ve oksit grafit kullanılarak üç tip GQD genişletilmiş grafen kuantum noktası (egqd’ler) bozulmamış grafen kuantum noktaları (pgqd’ler) ve grafen oksit kuantum noktaları (goqd’ler) sentezlendi.2O ultrason yardımı ile sistem. Sonuçlar, çevre dostu, düşük maliyetli, hızlı ve büyük ölçekli bir GDQs sentez yöntemi olduğunu, çeşitli gqd’lerin, özellikle pgqd’lerin sentezi için alternatif bir yol olabileceğini göstermektedir.

Elektrokimyasal Oksidasyon Yöntemi

Elektrokimyasal oksidasyon yöntemi sürecinde, grafen, grafit veya karbon nanotüplerin karbon-karbon bağları oksitlenir ve yüksek redoks voltajı (+ 1,5 ila + 3 V) kullanılarak çeşitli GQD’LERE ayrıştırılır.

Kristal Grafen Kuantum Noktalarının Hazırlanması

Araştırmacılar, oksidasyon ve kesme işlemi için zayıf elektrolitlere (amonyak çözeltisi gibi) sahip bir elektrokimyasal yöntem geliştirdiler ve bu da sulu sistemlerde verimli ve kontrollü bir şekilde yüksek kristalli GQD’LERİN üretilmesine neden oldu. Af-gqd’ler, anot olarak dairesel bir grafen kağıdı ve katot olarak bir Pt tabakası kullanılarak sentezlendi, elektrolit için bir elektrokimyasal hücrede en az 2 saat boyunca 30V’LUK bir voltaj olan bir amonyak çözeltisi (azot kaynağı) kullanıldı. GQD’LER, bu güçlü elektrolitten (boraks çözeltisi) 28 kat daha güçlü olan 3 ila 8 nm boyutuna ve %28 qy’ye sahipti.

Bu arada, gqd’ler aşağıdan yukarıya gqd’lerden daha fazla kristallik gösterir. Elektrolit konsantrasyonunu kontrol ederek, GQDs amino’nun işlevi de kontrol edilebilir. Ek olarak, bu yöntemler, farklı GQD türlerini sentezlemek için zayıf elektrolitler ve anot öncülleri ile kullanılabilir.

Karbon Kuantum Noktası ve Grafen Kuantum Noktası

Grafen kuantum noktaları, grafen diskleri olarak çalıştıkları ve boyutlarının 2-20nms arasında değiştiği GQD’LER olarak da bilinir. Kuantum hapsine sahip oldukları için yüzeylerinde ve zikzak kenarlarında birkaç kusur onları floresan yapar. Ana bileşimleri, kristalin formda bulundukları için karbonun Sp2 hibridizasyonudur. Öte yandan, genellikle C noktası olarak bilinen karbon noktaları, küresel karbon parçacıklarından oluşur ve boyut aralıkları her zaman 10 nm’den azdır. Daha önce açıklandığı gibi, ana bileşimleri sp3 hibridizasyonu ve doğada şekilsizdir, bu nedenle grafitin bazal düzlemselinin xrd’sini gösterebilirler.

Karbon Kuantum Noktaları ve Grafen Kuantum Noktaları Arasındaki Fark

Gqd’lerin karbon kuantum noktaları ile olan farklılıkları hakkında pek çok araştırma belirtilmemiştir, çünkü bunların çoğu gqd’leri C noktası türlerinden biri olarak görmektedir. Karbondan yapılmış bir kuantum nokta ailesi olarak kabul edilmelerinin ana nedeni budur. Bu aşamada da hapsedilmeleri iyi anlaşılmamıştır ve Cd’lerde veya Cdse’de olduğu gibi yarı iletken kuantum noktalarına kıyasla tamamen farklıdır. Bunun nedeni, boyutlarındaki değişiklik ve 3,4 ev’ye eşdeğer olan aynı bant aralığı enerjisine sahip olma eğiliminden kaynaklanırken, bozulmamış grafen durumunda ya 0 ev’dir ya da sadece grafene kıyasla getirildiğinde kuantum noktaları olarak adlandırılmalarını açıkça ortaya koyan değere yakındır.

Grafen kuantum noktaları ve karbon noktalarının her ikisi de boyut olarak sıfırdır ve bu da 0-D’ye eşdeğerdir. Bununla birlikte, gqd’ler için hibridizasyon sp2’de, CDs için ise sp3’te olduğu için hibridizasyonları tamamen farklıdır. Ayrıca, gqd’ler kristal formda bulunur ve CDS, amorf formlarda bulunur.

blog yazımızı buradan okuyabilirsiniz.

İlaç Dağıtımında Grafen Kuantum Noktalarının (GQD’LER) Uygulamaları

Son yıllarda, ilaç dağıtımı, sensörler, biyo-görüntüleme, hipertermi, antibakteriyel l, katalizör ve diğer birçok alanda GQD uygulamaları değerli başarılar elde etmiştir. Gqd’leri ilaç dağıtımına uygulamak için araştırmacılar yürütülmüş ve yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları, moleküler dinamik simülasyonları veya gqd’lerin özelliklerini inceleyebilecek birkaç başka yöntem seçmişlerdir.

Sonuçlar

Sonuçlar, AlN ve AlP katkılı gqd’lerin nanotıp alanında FU ilaçları için potansiyel taşıyıcı olarak hizmet edebileceğini gösterdi. Daha sonra, [167] izoniazidin (Iso) potansiyel taşıyıcıları olarak gqd’lerin ve katkılı gqd’lerin uygulamalarını incelemek için DFT hesaplamalarını kullandılar. Sonuçlar, AlN ve AlP katkılı gqd’lerin ilaç dağıtım uygulamaları için potansiyel taşıyıcı olarak kullanılabileceğini doğruladı. Son zamanlarda, [169] ayrıca farklı N-fonksiyonellik gruplarının DFT hesaplamaları ve MD simülasyonları yoluyla N-gqd’lerin ilaç verme performansındaki etkilerini incelediler. Merkez N-gqd’lerin ilaç salım performansının, bozulmamış gqd’lerden ve kenar N-gqd’lerden daha üstün olduğu düşünülmektedir. Bu derleme, gqd’lerin ilaç dağıtımında araştırma başarısına odaklanmaktadır.

İlaç Dağıtımının Farklı Yolları

İlaç dağıtımının birçok yolu vardır, ancak bu süreçte, ilaç salımının içeriğini görmezden gelirsek, ilaçların getirme hakkına sahip olduğu terapötik etkiye iyileştirme getirmek imkansızdır. Bu nedenle aynı konuda çok fazla araştırma yapılmakta, böylece ilaç dağıtımı ile ilaç salınımı arasındaki ilişki üzerinde çalışılabilmekte ve ilaçların etkileri büyük ölçüde artırılabilmektedir. Bu sayede çalışma verimlilikleri belirli bir düzeyde artırılarak söz konusu çalışma alanındaki herkese kolaylık sağlanır.

Hidrotermal Yöntemin Kullanımı

Khodadadei ve arkadaşları tarafından bir rapor sunuldu. sentezleri, ca’nın bir karbon kaynağı olarak kullanıldığı ve ürenin bir azot kaynağı olarak kullanıldığı bir hidrotermal yöntemle gerçekleştirildiği için, yaygın olarak N-GQD’LER olarak da bilinen mavi floresan azot katkılı grafen kuantum noktaları hakkında birkaç yıl önce. Bu durumda, N-gqd’lerin, işlem sırasında meydana gelen bir dizi etkileşim yoluyla metotreksat (MTX) ile yüklendiği söylenir. Bu çalışma, kanser hücrelerini öldürebilmeleri ve bu ilaçların tasarlandığı istenen ve maksimum etkiyi sağlayabilmeleri için sitotoksisitelerini uzatmak için nanoteknoloji iyer olarak çalıştıkları için ilaç yüklü hücreler için gqd’lerin ilerlemesini doğrulamanın bir yoludur.

Anti-Tümör Tedavisi

Doğru anti-tümör tedavisine ulaşmak için, ilk ilaç serisi söz konusu etkileşimler yoluyla ddr’lere yüklenir ve daha sonra tümörler, ligand-reseptör etkileşimleri olarak bilinen etkileşimler yoluyla DDR’LERLE yüklenen ilaçlar tarafından hedeflenir. Son adım, bu antitümör ilaçların tümör hücrelerinin en düşük pH ortamında salınmasını içerir, böylece etkili bir tümör ablasyonu meydana gelebilir ve istenen değişikliklere uyum sağlayabilir.

EPR-Fototermal Dağıtım-Serbest Bırakma Modu

EPR-foto-termal dağıtım serbest bırakma modu söz konusu olduğunda, DDR’LER iki boyutlu veya üç boyutlu olarak çalışır, ancak bir liganddan yoksun olduğu için hedefleme işlevine sahip olmadığı gözlemlenir. Tüm bu hareket, manyetik demir oksitten de yoksun olduğu için manyetik bir alan tarafından kontrol edilmez. Genel olarak incelendiğinde, EPR etkisi ile tümör bölgesine aktarılabildiği gözlemlenir, ancak DDR’LER serbest bırakıldıktan sonra, mevcut asidik ortama tamamen dayanmadan NIR radyasyonu ile kontrol edildiği söylenir.

İlaç Sızıntısında Azalma

İlaç sızıntısının azaltılması ve tümör lezyonları açısından ilaç salım etkinliğine iyileşme getirilmesi durumunda çeşitli araştırma türleri yapılmıştır. Araştırmacılardan biri, bir DDRS’NİN her iki amacın da yerine getirilmesi için verimli bir şekilde çalışabileceğini öne sürdü. Çalışma, moleküler baskılı polimerlerin dox’in yükleme verimliliği üzerinde büyük bir etkiye sahip olduğunu ve bu nedenle ilaç sızıntısını azaltmada çok yardımcı olduklarını keşfetti. Bununla birlikte, bu adım, başarılı ilaç dağıtımının gerçekleştirilmesinde en önemli adımlardan biri olarak kabul edilir, çünkü sızıntı en aza indirildikten sonra kalite ve miktar daha etkin bir şekilde en üst düzeye çıkarılabilir ve buna göre etkili yolların iyileştirilmesi için gerekli adımlar atılabilir.ilaç dağıtımını arttırmak.

Hücre Görüntüleme ve İlaç Dağıtımı

Yukarı dönüşüm nanoparçacığı olarak bilinen UCNP çekirdek olarak çalışır ve goqd’ler kabuk olarak çalışır. Yapılan bir araştırma, hücre görüntüleme ve ilaç dağıtımını gerçekleştirmek için bir çekirdek kabuk nanoparçacığının sentezini sundu. Sentezin ilk adımı, ucnp’nin yüzeyi için modifikasyonun polietilen glikol 2 aminoetil eter asetik aside dönüştürülmesi için gerçekleştirildiği hidrotermal yöntem altında gerçekleştirilir. Bu, bir dizi farklı etkileşim yoluyla kemoterapötik ilaçların ve ışığa duyarlılaştırıcıların sentezine yol açar.

Sonuç

Grafen Kuantum Noktaları, iki boyutlu, enine boyutta(100 nm’den küçük) ve kristalli grafen bloklarıdır. GQD’LER olağanüstü özellikler sergiler ve grafen veya grafen oksit gibi diğer maddelere kıyasla farklı ortamlarda ve alanlarda daha iyi beklentilere sahiptir. Gqd’lerin sentezi farklı süreç ve yöntemlerle gerçekleşir. Hidrotermal, GQDs sentezi için en hızlı ve basit yöntem olarak kabul edilmiştir, ancak birçok koşul altında, biyoelektrik ve biyomedikal gibi farklı alanlarda geniş bir bakış açısı gösterdiği için. Gqd’lerin daha iyi bakış açısı ve yaklaşımı özelliklerinden kaynaklanmaktadır.

NANOTEKNOLOJİ VE AKILLI TELEFONLARDA DEVRİM

Nanoteknoloji, nano ölçekte yürütülen mühendislik, bilim ve teknolojidir.

1 nanometre bir metrenin 10-9’u veya bir metrenin milyarda biri kadardır. Araştırmacılar, malzemeleri nano ölçekte yapmak istiyor, böylece daha büyük ölçekli muadillerine kıyasla daha fazla kimyasal reaktiviteye, ışık spektrumunun daha fazla kontrolüne, daha hafif ağırlığa ve daha yüksek mukavemete sahip olabiliyorlar. Artık nanoteknoloji akıllı telefonları su geçirmez hale getirmek için de kullanılabilir. Asya’da, özel makinelere sahip mağazalar akıllı telefonunuzu alacak ve 20 dakikalık bir temizleme işleminden ve nanokaplama uygulamasından geçmelerini sağlayacaktır.

Giriş

Nanoteknoloji, yaklaşık 1-100 nanometrelik nano ölçekte yürütülen teknoloji, mühendislik ve bilimdir. Çok küçük şeylerin uygulamaları ve çalışmaları nanoteknoloji ve nanobilim olarak bilinir ve mühendislik, malzeme bilimi, fizik, biyoloji ve kimya gibi diğer tüm bilimsel alanlarda kullanılabilirler.

Nanoteknoloji ve Su Yalıtım Teknolojilerine Genel Bakış

Cihazları su geçirmez hale getiren ve bakteri ve tozun birikmesini önleyen koruyucu bir tabaka da sağlanmıştır. Nanoteknolojinin kullanıcının bağlamına uyum sağlama özelliği, dönüştürülebilir ve kullanımı kolay olmasının yanı sıra tüketiciyi arzulanan kılan şeydir. Kendi kendini temizleyen cihazlar, nanoteknolojiden yararlanılarak mobil cihazlarda yapılabilir. Nanoteknoloji kullanmak, daha küçük ve daha ince piller yapmamıza da izin verebilir, böylece hızlı bir şekilde şarj edilebilirler ve onlar tarafından çok daha fazla şarj döngüsüne katlanılabilir. Nanoteknoloji, kablosuz iletişim ve hücresel iletişim için çok yüksek hızlı radyo frekansı yükselteçleri yapabilir.

Concepts Behind Nanoscience and Nanotechnology

‘Altta bolca yer var’ olarak bilinen bir konuşma, nanoteknoloji kullanılmadan çok önce, 29 Aralık 1959’da Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nde (CalTech) fizikçi Richard Feynman’ın Amerikan Fizik Topluluğu toplantısında nanoteknoloji ve nanobilimin arkasındaki kavram ve fikirleri başlattı. Feynman tarafından, tek tek moleküllerin ve atomların bilim adamları tarafından manipüle edilebileceği bir süreç tanımlandı. Nanoteknoloji terimi Profesör Norio Taniguchi tarafından on yıldan fazla bir süre sonra ultra hassas işlemeyi araştırırken icat edildi. Modern nanoteknolojinin başlattığı 1981 yılına kadar olmayan taramalı tünelleme mikroskobunun geliştirilmesinden sonra tek tek atomlar görülebiliyordu.

Nanoteknolojide Temel Kavramlar

Nanoteknolojinin ne kadar küçük olduğunu hayal etmek zorlaşıyor. 1 nanometre bir metrenin 10-9’u veya bir metrenin milyarda biri kadardır. Açıklayıcı örneklerden bazıları burada belirtilmiştir:

Bir inçte 25.400.000 nanometre mevcuttur.
Bir gazete kağıdının kalınlığı yaklaşık 100.000 nanometredir.
Buna karşılık, bir mermer bir nanometre olsaydı, o zaman Dünya’nın büyüklüğü bir metre olurdu.

Moleküllerin ve Atomların Kontrolü

Nanoteknoloji ve nanobilim, tek tek molekülleri ve atomları görme ve kontrol etme yeteneğini içerir. Atomlar yeryüzündeki her şeyi, bedenlerimizi, evlerimizi, binalarımızı, giysilerimizi ve yiyeceklerimizi oluşturdular. Ancak atom kadar küçük bir şeyi çıplak gözle görmek imkansızdır. Ayrıca, lisedeki fen derslerinde tipik olarak kullanılan mikroskoplarla görüntülenmesi mümkün değildir. 1980’lerin başında, nano ölçekte şeyleri görebilmek için mikroskopların icadı görüldü. Nanoteknoloji çağı, bilim adamları atomik kuvvet mikroskobu (AFM) ve taramalı tünelleme mikroskobu (STM) gibi doğru araçlara sahip olduklarında doğdu.

Modern Nanoteknoloji

Modern nanoteknoloji ve nanobilimin oldukça yeni olmasına rağmen, yüzyıllardır nano ölçekli malzemelerin kullanımı olmuştur. Renkler, on yıl önce ortaçağ kiliselerinin vitray pencerelerindeki alternatif büyüklükteki gümüş ve altın parçacıkları tarafından yaratılmıştır. O zamanlar hiçbir sanatçı, bu güzel sanat eserlerini yaratmak için kullanılan süreci bilmiyordu ve bu da iş için kullandıkları malzemelerin kompozisyonunda değişikliklere neden oldu. Mühendisler ve bilim adamları, malzemeleri nano ölçekte kasıtlı olarak yapmak için çok sayıda yol buluyorlar, böylece daha büyük kimyasal reaktivite, artan ışık spektrumu kontrolü, daha hafif ağırlık ve daha yüksek mukavemet gibi gelişmiş özelliklerinden yararlanabiliyorlar.daha büyük ölçekli muadillerine kıyasla.

Akıllı Telefon Endüstrisinde Modern Nanoteknoloji ve Yarı İletkenlerin Kullanımı

Cambridge Üniversitesi (İngiltere) ve Nokia Araştırma Merkezi (NRC), geleceğin mobil cihazlarının nasıl esnek ve gerilebilir olabileceğini gösteren ve böylece kullanıcının cep telefonlarını ve cihazlarını kökten farklı şekillere dönüştürmesini sağlayan ortak bir nanoteknoloji konsepti olan Nokia Morph’u geliştirdi. Tüm bunlar nanoteknolojinin sağlayabileceği önemli rolü göstermektedir; kendi kendini temizleyen yüzeyler, şeffaf elektronikler ve esnek malzemeler dahil.

Akıllı Telefonlara Su Geçirmezlik Koruması Sunan Nanoteknoloji

Akıllı telefon tasarımcıları tarafından akıllı telefonu mümkün olduğunca çekici hale getirmenin yolları için sürekli bir araştırma yapılmıştır; bu, örneğin akıllı telefonların su yalıtımı için nanoteknolojinin kullanımı gibi yeni teknolojilerin araştırılmasını içerir. İnsanlar bir şekilde her zaman yanlışlıkla telefonlarını ıslatırlar ve bu da akıllı telefon Oem’lerinin su yalıtım nanoteknolojisini en yeni cihazlar için önemli bir satış noktası olarak kullanmasının önünü açar.

Walk-in Bazında Kaplamaların Uygulanması

Gömme nanokaplama uygulaması yalnızca Asya Ülkelerinde ünlü olmasına ve şimdiye kadar dünyada o kadar yaygın olmamasına rağmen, 2020’de trend olarak kullanıldığına dair raporlar vardı. Özel makineleri olan dükkana girip akıllı telefonlarının 20 dakikalık bir temizleme işleminden ve nanokaplama uygulamasından geçmesine izin verilebilir. Bir dükkan, cihazları sadece su geçirmez hale getirmekle kalmayıp aynı zamanda toz ve bakteri birikimini de durduran koruyucu bir tabaka sağladı.

Üretim sürecinde Kaplamaların uygulanması

Kaplamanın uygulanmasının bir yöntemi, yüzeyin tüm gözenekli kısımlarını doldurmak için ince bir mikroskobik parçacık tabakasının kullanılmasını içerir. Tipik olarak, bu tedaviler son tüketici akıllı telefonu almadan önce gerçekleşir. İstatistiklere göre, bu yöntem, sudan zarar gören telefonlar için garanti talepleri veya onarım biletleri kişiler tarafından gönderildiğinde elektronik bantların onarım maliyetlerinin düşürülmesine yardımcı olabilir. Geliri korumanın pratik yollarından biri, nanoteknolojik bir kaplama işleminin üretime entegrasyonudur.

Her gün yaklaşık 900.000 akıllı telefonun sıvılardan zarar görmesi sürpriz. Sony, Apple ve Samsung, akıllı telefonlarda su yalıtımı sağlayan markalardan bazılarıdır. Suya dayanıklı modeller, daha az koruma sağlayan diğer şirketler tarafından sunulmaktadır. Örneğin Doogee S96Pro Çin telefonu toz geçirmez ve su geçirmezdir, ayrıca patlama direnci gibi bazı askeri özellikleri karşılamak için üretilmiştir.

Nanoteknoloji ve Akıllı Telefonlarda Devrim Niteliğinde Adımlar

Devrim niteliğindeki adımlardan bazıları, tamamen yeni bir olasılık yelpazesiyle sonuçlanma potansiyeline sahip olan bu cihaz tarafından teknolojide sergileniyor. Nanoteknoloji, çok daha akıllı cihazları etkinleştirebilir ve daha iyi kullanılabilirlik sunabilir. Kullanıcının bağlamına uyum sağlama özelliği, onu dönüştürülebilir ve kullanımı kolay (örneğin bileğin etrafına sarılması) özelliğiyle birlikte tüketiciye çekici kılan şeydir. Çevremize yeni bir tür bağlantı sağlayacak, mobil cihazlarımız aracılığıyla kimsenin düşünmediği şekillerde bağlantı kurmamızı sağlayacak ve daha önce hiç görülmemiş yeni bir hizmet türüne sahip olacağız.

En son ve yeni hizmetlerden bazıları aşağıda tartışılmıştır:

Flexible & Changing Design

Strong, transparent, stretchable, and flexible components and materials are enabled by nanotechnology. Thin elastic structures are reinforced by a three-dimensional mesh into which the fibril proteins are woven. Spider silk uses the same principle, as this elasticity allows the device to configure itself and change shapes for adapting ergonomically to the task at hand for being utilized as a traditional handset. More detailed information can be shown by an unfolded larger design, and it can also incorporate input devices like touchpads and keyboards. These flexible characteristics can be shared by even the integrated electronics, for the interconnects to the sensors. Recycling and production of devices can be made eco-friendly and easier by using biodegradable materials.

To learn more about the use of nanotechnology across different technologies,

you can read our blog post here.

Kendi Kendini Temizleme

Mobil cihazlarda nanoteknolojiden yararlanılarak kendi kendini temizleyen cihazlar yapılabilir, böylece uzun ömürlülük artırılır ve aşınma ve korozyon azaltılır. Parmak izleri, kir ve su, doğal sistemlerde de görülen etkileri kullanmak için nanoflowerler gibi nanoyapılı yüzeyler tarafından doğal olarak püskürtülür.

Gelişmiş Güç Kaynakları

Nanoteknoloji nedeniyle, cihazın yüzeyi, güneş enerjisini toplayan nanograss yapılarının bir kaplaması yoluyla enerjinin doğal kaynağı haline gelecektir. Yeni yüksek enerji yoğunluklu depolama malzemeleri ile pillerin aynı anda daha ince ve daha küçük hale gelmesine izin verilir, bunlar da hızlı bir şekilde şarj edilebilir ve bunlar tarafından çok daha fazla şarj döngüsüne dayanabilir.

Teknoloji ne Kadar Uygulanabilir?

Morph concept, arayüzlerin kullanılabilirliğinin artırılması ve basitleştirilmesi olarak bile, daha az pahalı olan ve bir bakıma daha küçük bir alanda daha fazla özelliğe sahip entegre elektronikleri göstermektedir. Yeni hizmetler ve uygulamalar, daha önce görülmemiş şekillerde iletişim kurmamızı ve etkileşimde bulunmamızı sağlayacak tüm bu yeni yeteneklerle ortaya çıkacak.

Telefonun Piyasadaki Geleceği

Morph’un elemanları, 7 yıl içinde el cihazlarına entegrasyonları için piyasada mevcut, ancak başlangıçta en üst düzeyde. Bununla birlikte, bir günlük nanoteknoloji düşük maliyetli üretim çözümleriyle sonuçlanabilir ve karmaşık işlevselliğin daha düşük bir fiyata entegrasyon olasılığını sağlayabilir.

Cep Telefonlarının Görünümünün Geleceği

NRC için nanoteknoloji, gelecekteki en önemli araştırma alanlarından sadece biridir, ancak nanometre seviyesindeki moleküllerin ve atomların manipülasyonu yoluyla malzemeleri tasarlama şansı sağlayacağı için önemlidir. Bu nedenle, mobil teknolojide uygulandığında hem devrimci hem de evrimsel olabilir. Önümüzdeki birkaç yıl içinde, günümüzde yaygın olarak kullanılanlardan daha sıra dışı olacak telefonların yeni ve yenilikçi özelliklerine sahip olacak.

Yeni Nano Ölçekli Yapının Kullanımı

Elektrik mühendisliği profesörü Profesör Stephen Chou liderliğindeki araştırmacılar, %57’si organik malzemelerden (esnek karbon bazlı levhalar) oluşan LED’lerin verimliliğini ve parlaklığını artırmak için yeni bir nano ölçekli yapı kullandılar. Araştırmacılar tarafından, inorganik (silikon bazlı) malzemelerden yapılmış ve günümüzde en yaygın olarak kullanılan led’lerde benzer geliştirmeler kullanması gereken bir yöntem de bildirilmektedir.

LED’in Netliği

LED ekranlar resim netliği de bu yöntemle geleneksel yaklaşımlardan %400 daha fazla artırılmıştır. 19 Ağustos’ta, araştırmacılar tarafından ışığın tek bir dalga boyundan daha küçük bir ölçekte manipülasyonu için kullanılan bir yöntemi nasıl icat ettiklerini anlattıkları Advanced Functional Materials dergisinde çevrimiçi bir makale yayınlandı. Chou’ya göre, ışığı nasıl manipüle ettiğimizin kuralları yeni nanoteknoloji ile değiştirilebilir. Bu, düşünülemez performansa sahip cihazların üretimi için kullanılabilir.

Işık yayan diyot

Bir LED, iki terminal arasında bir elektrik akımı hareketi olduğunda ışık yayan elektronik bir cihazdır. Işık yayan diyotların floresan veya akkor lambalara göre çeşitli faydaları vardır. LED’ler nispeten daha kompakt, verimli ve daha uzun ömürlüdür ve bu özelliklerin tümü taşınabilir ekranlarda önemli kabul edilir.

Mevcut LED’ler

Mevcut ışık yayan diyotlarda tasarım zorlukları vardır, en önemlisi ışık yayan diyotların yapısının içine hapsolmuş ışık miktarını azaltmaktır. Verimlilikleriyle ünlü olmalarına rağmen, bir ışık yayan diyot kaçışının içinde yalnızca çok az miktarda ışık üretilir. Chou’ya göre aynısı, bir yüzme havuzunun içindeki aydınlatmanın dışarıdan gördüğünüzde loş görünmesinin ve ışığın su tarafından tutulmasının nedenidir. LED’in sağlam yapısı, havuz suyuna kıyasla çok daha fazla ışık tutabilir.

İlkel LED

Üretilen ışığın sadece %2-4’ü ilkel bir LED tarafından yayılır. Sadece sıkışan ışık, ışık yayan diyotları enerji verimsiz ve loş hale getirmekle kalmaz, aynı zamanda sıkışan ışık, LED sıkışan ışık tarafından ısıtıldığı için kısa ömürlü olmalarının nedenidir ve böylece ömrünü önemli ölçüde azaltır. Chou, bugün LED üretiminde ışık çıkarmanın kutsal kase olduğunu söyledi.

Sorunlar Üzerinde Ek Çalışma

Bu sorun mühendisler tarafından çözülüyor. LED’lerin ışık çekimi, lensler, metal reflektörler veya diğer yapılar eklenerek artırılabilir. Bu geleneksel organik, üst düzey LED’ler için ışık çıkarma, bu yöntemlerle yaklaşık %38’e yükseltilebilir. Bununla birlikte, bu ışık çıkarma yöntemleri, ekranların ortam ışığını yansıtabilmesinin, böylece kontrastı azaltmasının ve görüntünün puslu görünmesinin nedenidir.

Işığın yansımasıyla Mücadele

Artık mühendisler, ortam ışığının yansımasıyla mücadele etmek için ekrana ışık emici malzemeler eklediler. Bununla birlikte Chou’ya göre ışık, bu tür malzemeler tarafından LED’den de emilerek verimliliğini ve parlaklığını yarı yarıya azaltır.

Grafenin günlük hayatta kullanımı ile ilgileniyorsanız,

blog yazımızı buradan okuyabilirsiniz.

çözünme

Chou’nun ekibi, PlaCSH (alt dalga boyu delik dizili plazmonik boşluk) olarak bilinen bir nanoteknoloji yapısının üretimi olan çözümü sundu. Araştırmacılara göre, ışık çıkarma verimliliği PlaCSH tarafından %60’a yükseltilebilir, bu da geleneksel üst düzey organik ışık yayan diyotlara kıyasla %57 daha fazladır. Aynı zamanda araştırmacıların raporlarına göre, kontrast PlaCSH (ortam ışığındaki netlik) ile %400 artırıldı. Standart ışık yayan diyotlarda sıkışan ışıktan kaynaklanan ısıtma sorunu, daha yüksek parlaklık ile giderilir.

Sonuçlar

Chou’ya göre, metalik nanometre ölçekli yapıları ışığı metalik olmayan nanoyapıların ve dökme malzemenin yapamayacağı şekilde manipüle edebildiği için PlaCSH bu sonuçları elde edebilir.

Güneş Pillerinin Yapısı

PlaCSH yapısı ilk olarak Chou tarafından güneş pilleri üzerinde ışığı elektriğe dönüştürerek kullanıldı. Onun tarafından 2012 yılında yayınlanan bir makalede PlaCSH uygulamasının güneş pillerinin yüzeyine çarpan ışığın %96’sına kadar emilmesine nasıl yol açtığı ve hücrelerin verimliliğini %175 artırdığı açıklandı. Daha sonra, dışarıdan ışığı emebilen bir cihazın, cihazın içinde üretilen ışığın radyasyonunda iyi olabileceği, hem ışığın çıkarılması hem de ışık yansımasının azaltılması için etkili bir çözüm sağlayabileceği fark edildi.

Işığa rehberlik etmek

PlaCSH, ışığı ışık yayan diyottan dışarı yönlendirerek işlev gördüğü için izleyiciye daha fazla ışık odaklayabilir. Geleneksel kırılgan şeffaf elektrot da sistemle değiştirilir ve bu da onu en güncel ekranlara kıyasla çok daha esnek hale getirir. Chou’ya göre, o kadar sünek ve esnektir ki, onu kumaşa örebilirsiniz.

Maliyetin Faydası

Maliyet, üreticiler için bir başka avantajdır. 1995 Yılında Chou, PlaCSH organik ışık yayan diyotları yapan ve gazete üreten matbaaya benzer bir şekilde nanoyapılar yaratan nanoimprint olarak bilinen bir teknoloji icat etti. Chou’ya göre çok basit ve ucuz.

Patent Başvuruları

Princeton tarafından PlaCSH kullanılarak hem inorganik hem de organik ışık yayan diyotlar için patent başvuruları yapılmıştır. Şu anda, Chou ve ekibi tarafından, şu anda deneylerde kullanılan yeşil ışık yayan diyotlar dışında, Placsh’yi mavi ve kırmızı organik ışık yayan diyotlarda göstermek için deneyler yürütülüyor. İnorganik ışık yayan diyotlardaki sistem de onlar tarafından gösterilmiştir.

Akıllı Telefonlarda Karbon Nanotüp Uygulamaları Grafen Mobil Piller

2014 Yılında CNT yongalarının 2020 yılında ticari olarak kullanılmaya hazır hale getirildiği bildirilmişti. Her ne kadar pil sızıntısı olmadan pilin oksitini küçültmenin yolunu bulmakta hala mücadele belirtileri olduğu bildirilmiş olsa da.

Karbon Nanotüp Transistörleri

Teorik olarak, karbon nanotüp transistörlerinin silikon transistörlere kıyasla çok daha hızlı olduğu doğrulandı, ancak son zamanlarda araştırmacılara içlerindeki safsızlıkları giderme zorluğu sunuldu. Yetiştirilen karbon nanotüplerin sadece üçte ikisi, cnt’ler yetiştirildiğinde transistörler için gerekli olan yarı iletken çeşitliliğe dönüşür. Arnold’un laboratuvarı, tüplerin neredeyse %99,9’unun yarı iletken olduğu koşullar yaratabilirdi.

Hızlı Geliştirmeler

Son birkaç yılda karbon nanotüp teknolojisinde hızlı gelişmeler oldu, ancak gerçek teknolojinin kullanımıyla ilgili hala zorluklar var. Şimdiye kadar, gelişmiş transistörleri yalnızca inç inç ölçeğinde test ettiler; bu, çalışması için 100 transistör alabilen bir cpu’da kullanılıp kullanılamayacaklarını belirlemek için pek yeterli değil.

Anında Etki

Nanoteknolojiyi daha küçük ölçekte kullanarak anında bir etki yaratılabilir. Nanotüpler, nanotüplerin esneklikleri nedeniyle giyilebilir elektroniklerin geleceği için silikona iyi bir alternatif sunar. Ayrıca kablosuz iletişim ve hücresel iletişim için son derece yüksek hızlı radyo frekansı amplifikatörleri yapar.

Önemli İlerleme

İmplante edilebilir biyomedikal cihazlar, aktif radyo frekansı tanımlama (RFID) etiketleri, giyilebilir elektronikler ve roll-up ekranlar gibi esnek elektronik cihazların üretiminde son on yılda önemli bir gelişme olmuştur.Uygun gerilebilir ve esnek enerji depolama cihazlarının geliştirilmesi, bu cihazlar ticarileşmelerine daha yakın hale geldikçe giderek daha önemli hale geliyor.

Akıllı Telefonlar için Lityum iyon Pil Teknolojisi

Şu anda, Lityum iyon pil teknolojisi, bu uygulamalar için gerekli olan gücü ve enerji yoğunluğunu elde etme şansına en fazla sahiptir ve bu nedenle elektrotlar üzerindeki bükülme nedeniyle mekanik stres etkisini ve esnekliklerini artırmanın yolunu anlamak önemlidir. Esnekliklerini ve sağlamlıklarını artırmanın birkaç yolu vardır, örneğin aktif malzemeleri plastik, kağıt, kumaş veya gözenekli alt tabakalara gömmek, toplayıcı elektrodu desenlendirmek veya yapılandırmak ve akü elektrot katmanlarının kalınlığını azaltmak. Piller bağımsız elektrot filmlerinden monte edilir.

Sonuç

Nanoteknoloji önemli işlevler sağlayabilir; kendi kendini temizleyen yüzeyler, şeffaf elektronikler ve esnek malzemeler dahil. Artık akıllı telefonların su yalıtımı için nanoteknoloji de kullanılabilir. Nanoteknoloji, çok daha akıllı cihazları etkinleştirebilir ve daha iyi kullanılabilirlik sunabilir. Nanotüpler, giyilebilir elektroniklerin geleceği için silikona iyi bir alternatif sunar.

EN İYİ FOTOVOLTAİK UYGULAMALARI İÇİN SİLİKON

Silikon, çok kristalli ve monokristalli gofretler ve ince film silikon için hammadde olarak fotovoltaiklerde baskın uygulamalara sahiptir.

Günümüzde güneş pili teknolojisinde, kristalin silikon gofretler, güneş pili üretim endüstrisi için en yaygın temel olarak kabul edilmektedir. Bu nedenle, günümüzde fotovoltaikler için en kritik malzeme olarak silikona çok dikkat edilmektedir. Öte yandan, üretim giderlerindeki yıllık %5’lik düşüş nedeniyle mevcut teknolojide fotovoltaik endüstrisinde zorluklar yaşanıyor.

Giriş

Aslında, maliyetleri düşürmek için iki önemli yaklaşım vardır, çünkü güneş pillerinin maliyetlerinin yaklaşık %70’i gofretlerden kaynaklanmaktadır. Bu sorunu aşmanın ilk stratejisi, uygun maliyetli güneş sınıfı silikon hammadde malzemesi geliştirmektir. İkinci yöntem, pratik olarak düşük üretim fiyatlarına sahip, yeterince ekonomik güneş pili sınıfı silikonun üretilmesini içerir. Başka bir bakış açısına göre, günümüz endüstrisinde güneş dereceli silikon üretmek için üç farklı yaklaşım vardır. Güneş dereceli silikon elde etme girişimleri, akışkan yataklı bir reaktör aracılığıyla triklorosilan ayrışması ve bir tüp reaktörü kullanılarak eritilmesi gibi işlemlere dayanmaktadır. Bir boş alan reaktörü aracılığıyla monosilan ayrışmasının kendisi geliştirilme aşamasındadır. Özellikle, güneş dereceli silikon geliştirmek için herhangi bir tek işlem, gerekli nitelik ve standartları karşılamalıdır. Daha spesifik olarak, bir boş alan reaktörü kullanan monosilanın bileşimi zorlukların üstesinden gelebilmiştir. Fotovoltaik hücrelerdeki uygulamalar için çok kristalli silikon külçeler, son on yılın başından beri geliştirilmekte ve standart üretim süreçlerine göre üretilmektedir.

Günümüzde bu külçelerin son teknoloji büyümesi yaklaşık 0,5 – 1,5 cm/s’dir. Ayrıca fotovoltaik endüstrisi, uygulamaları için hedef olarak külçe ağırlığının artmasını ve çok kristalli silikon külçelerin büyüme hızının hızlandırılmasını içeren iki ana konsantrasyona sahiptir. Genel olarak, neredeyse yarısı gofret imalatından geldiği için üretim maliyetlerini düşürmek için birkaç yaklaşım getirilmiştir.güneş külçesi ve hammadde. Çözüm, ucuz güneş dereceli silikon hammadde malzemesi için özel bir süreç geliştirmek ve daha da önemlisi, çok kristalli silikon gofretler için süreçler önermektir. Gofret hastalığını ve kerft1 kaybını azaltarak silikon üretimine olan talebin azalması ve güneş pili verimliliğindeki artışın fotovoltaik sistem üretim giderlerinin azaltılmasına büyük katkısı olacaktır.

Silikonun Özellikleri

Silikon çoğunlukla silis kumu, taş ve killer dahil olmak üzere hafif işleme ve saflaştırma ile ticari amaçlar için kullanılır. Farklı bileşikler üretmek için 60’tan fazla elementle reaksiyona girer. Çoğu yarı iletken, çimento, seramik ve camın ana bileşeni silikondur. Silikon, çeliğin önemli bir bileşenidir ve inşaat endüstrisi için tuğlalarda yaygın olarak kullanılır. Silikonun metaloid yapısına dayanarak, silikonun metaller arası bileşikleri alaşım endüstrilerinde bakır, magnezyum ve alüminyum gibi metallere karşı dirençli hale getirmek için kullanılır. Metalurjik silikonda %99’luk daha yüksek tahliller, silikon reçineleri, contalar ve yağlarda uygulamalara sahiptir. Fotovoltaik hücrede güneş pillerinde doğrudan enerji tasarrufu sağlamak için ince silikon kristalleri kullanılır ve piezoelektrik camlar silikon kristallerinden yararlanır. Silikonun en yaygın kristal formu, %10 silikon ile birlikte alüminyum klorür ve sodyum klorürün elektroliz edilmesiyle hazırlandı. Bu yöntem biraz pahalı olduğu için daha sonra daha uygun maliyetli bir yöntem geliştirildi. Kristal silikon üretimi üzerine kimyasal araştırmalar devam etti ve bu da uçucu silikon hidritlerin, sentezlenmiş silan ve triklorosilanın keşfedilmesine yol açtı. 20. Yüzyılda silikatın yapısı ve bileşimi açıklığa kavuşturuldu.

Bir substratın bir dilimi olarak da adlandırılan gofretler, çoğunlukla entegre devre imalatında, fotovoltaik hücrelerde ve güneş pili imalatında uygulanan bir yarı iletkenin ince katmanlarıdır. Gofretler, mikroelektronik ölçeklerdeki cihazlar için substratlar olarak önemli bir role sahiptir. Gofretler uygulanabilmesi için iyon implantasyonu, doping, ince film biriktirme ve aşındırma gibi modifikasyonlara tabi tutulur.

Silikon gofretler ve uygulamaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için,

blog yazımızı buradan okuyabilirsiniz.

Fotovoltaik

Fotovoltaikler, diğer yenilenebilir enerji kaynaklarına ek olarak başlıca sürdürülebilir enerji kaynağı olarak kabul edilir. Öncelikle fotovoltaik hücreler günümüz teknolojisinde silikona dayanmaktadır. Özellikle silikon, fotovoltaik hücrelerde monokristal ve çok kristalli gofretler üretmek ve bir dizi uygun uygulama için ince film silikon modülleri geliştirmek amacıyla kullanılmaktadır. Güneş pili üretimi oldukça kristalin silikon gofretlere bağımlıdır bu nedenle, silikon gofretlere dayalı teknoloji günümüzde fotovoltaikler için oldukça önemli bir konu olarak kabul edilmektedir. Gofret bazlı güneş pilleri kullanılarak güneş ışığının elektriğe doğrudan dönüştürülmesi yoluyla Watt başına düşen fiyatın (Wp) azalması, dönüşüm sürecine dahil olan faktörlerin daha derin bir şekilde anlaşılması ve tanınması sonucunda dönüşüm verimliliği arttıkça hayati önem taşımaktadır. Bu sonuçlar, son birkaç yıldaki masrafları aşmak için süreç araştırması ve uygun materyallerin yanı sıra teknolojilerin özel geliştirilmesinden yararlanılarak elde edilir. Temel olarak fotovoltaik, Watt tepe başına üretim maliyetlerini düşürmenin yollarını ve yaklaşımlarını ele alır. Watt tepe başına çok kristalli güneş sistemlerinin maliyet payları, güneş pili işleme %13, PV sistemi ve dönüştürücü maliyeti %30, güneş modülü işleme %9, güneş sınıfı silikon %20 ve güneş külçesi %28 olarak tahmin edilmektedir.1

Endüstriyel Silikon Gofret Güneş Pilleri

Son on yılda, gofret bazlı silikon güneş pillerinin %80’inden fazlası, kullanılacak bir yansıma önleyici madde olarak silikon nitrürü büyütmek için kimyasal buhar birikiminden yararlanarak gümüş ön ve alüminyum arka kontakları oluşturmak üzere serigrafi tekniğine göre üretildi.ön yüzey. Günümüz endüstrisindeki yaygın basılı güneş pillerinin çoğu, nispeten az miktarda işlem adımı içeren işlemi uygular. Aslında, bu güneş pili sınıfındaki proses ekipmanı, çok sayıda farklı ekipmanla birlikte ticari olarak temin edilebilir. Buna göre, standart serigrafi güneş pili, çok kristalli durumda ortalama %15’in üzerinde ve endüstriyel üretimde Czochralski silikon durumunda yaklaşık %16,5 verimliliğe ulaşmıştır.

Sonuç

Piyasada güneş dereceli silikon için özel işlemlerin mevcut olduğu ve yeni sürecin en son teknolojiye daha da yoğunlaştırılması gerektiği gösterilmiştir, çünkü daha düşük enerji tüketimi ve ardından makul miktarda safsızlık, teknolojinin bu kadar ciddiye alınması gereken şeydir. Silikon külçe teknolojisi ve daha yüksek verimliliğe sahip tekniklerdeki ilerleme nedeniyle fotovoltaiklerin üretim maliyetlerini her yıl %5 oranında aşmak mümkündür.

?BİYO-İLHAM ALAN YUMUŞAK ROBOTİKTE NANOMAL

Nano boyutlu parçacıklar doğada bulunur ve gümüş veya karbon gibi çeşitli malzeme ve ürünlerle oluşturulabilirler.

Nanomalzemeler küçük boyutlarıyla karakterize edilir ve nanometre cinsinden ölçülür. Mühendislik nanomalzemeleri (enm’ler), küçük ölçekte tasarlanmış malzemelerdir ve elektronik, tıp ve diğer birçok alanda büyük etki gösteren olağanüstü elektriksel, mekanik ve optik özelliklere sahiptirler. Enm’ler ayrıca çevresel iyileştirmelerde, görüntülemede ve ilaç dağıtımında da kullanılır.

Giriş

Nanomalzemeler için sentetik bir yöntem, karakteristik uzunluk ölçeğinin 1 – 100nm nanometre aralığında olmasının bir sonucu olabilecek özelliklere sahip bir malzeme üretmektir. Aşağıdan yukarıya ve yukarıdan aşağıya olmak üzere iki tür sentetik yöntem vardır. Biyolojiden ilham alan yumuşak robotlar, doğal organizmaların çok işlevliliğini ve çok yönlülüğünü geliştirme ve eşleştirme potansiyeline sahiptir. Biyolojiden ilham alan tasarım, pasif mekaniğe, algılamanın sıkı entegrasyonuna, aktif momente ve ayrıca kontrole ihtiyaç duyar. Yumuşak robotikteki ilk çabaların çoğu, insan dostu olan ve insan-makine fiziksel etkileşimi için kullanılabilecek yardımcı robotların (cobotlar) talebi ile teşvik edildi. Araştırmacılar, sıvı kristal ağlar (LCN’LER), hidrojeller ve şekil hafızalı polimerler (SMP’LER) gibi çeşitli duyarlı yumuşak malzemelere bağlı olarak, yerleşik biyomimetik zeka ile yumuşak robotik çalıştırma stratejilerinin geliştirilmesine büyük çaba sarf ettiler.

Nanomalzemelere Genel Bakış

Nanomalzemeler için kesin bir tanım yoktur bilim adamlarına göre buna yerleştiler, nanomalzemeler küçük boyutlarıyla karakterize edilir ve nanometre cinsinden ölçülür (milimetrenin milyonda biri insan saçı çapından yaklaşık 100.000 kat daha küçüktür).

Nanopartiküllerin Varlığı

Nano boyutlu parçacıklar doğada bulunur ve nanomalzemelerin tanımına göre karbon veya gümüş gibi çeşitli malzeme ve ürünlerle oluşturulabilirler, en az bir boyuta sahip olmaları gerekir ve bu yaklaşık 100 nanometreden daha azdır. Nano ölçekli malzemeler çıplak gözle veya hatta geleneksel bir laboratuvar mikroskobu ile görülemez.

Mühendislik Nanomalzemeleri

Those materials, which are engineered on such a small scale are known as engineered nanomaterials (ENMs), which have unique magnetic, electrical, optical, and many other properties. Such properties have the potential for huge impacts in medicine, electronics, and other fields.

Örneğin,

1. Nanoteknoloji, kanserli hücreler gibi vücudun belirli organlarını veya hücrelerini hedeflemede kullanılabilecek ve terapötik etkileri artırabilecek ilaçların tasarlanmasında rol oynar.

2. Nanomalzemeler kumaş, çimento ve diğer malzemelerde mukavemetlerini arttırmak ve ayrıca daha hafif hale getirmek için kullanılır.

3. Nanomalzemelerin küçük boyutları onları elektronikte çok kullanışlı kılar ve toksinlerin nötralizasyonunda, bağlanacak temizlikte ve çevresel iyileştirmelerde de kullanılabilir.

Nanomalzemeler Nerede Bulunur?

Yaşam için gerekli olan kanla taşınan proteinler ve vücut yağında ve kanda bulunan lipitler gibi doğal olarak oluşan bazı nanomalzemeler. Bilim adamları, birçok cihazda, yapıda ve ticari malzemede kullanılmak üzere üretilen mühendislik nanomalzemelerine (ENM’LER) daha yatkın hale geldi. Mühendislik nanomalzemeleri (ENM’LER) kullanılarak kozmetik, spor malzemeleri, güneş kremi, leke tutmaz giysiler, elektronik ve lastikler gibi birçok ürün üretilmektedir. Enm’ler ayrıca çevresel iyileştirmelerde, görüntülemede, ilaç dağıtımında ve tıbbi teşhiste kullanılır.

Nanomalzemelerin Sentezi

Nanomalzemeler için herhangi bir sentetik yöntemin amacı, karakteristik uzunluk ölçeğinin 1 – 100nm nanometre aralığında olmasının bir sonucu olabilecek özelliklere sahip bir malzeme üretmektir. Sentetik yöntem, bu aralıkta boyut kontrolüne sahip olmalıdır, böylece bir özelliğe ulaşılabilir.

Aşağıdan yukarıya ve yukarıdan aşağıya olmak üzere iki tür yöntem vardır.

Aşağıdan Yukarıya Yöntemler

Aşağıdan yukarıya yöntemlerde atomlar ve moleküller nanoyapılı diziler halinde toplanır. Bu yöntemlerin hammadde kaynakları katı, sıvı veya gaz şeklinde olabilir. Birincisi, nanoyapıyı dahil etmeden önce bir tür demontaj gerektiriyordu. Aşağıdan yukarıya yöntemler iki kategoriye ayrılır: kontrollü ve kaotik.

Kurucu Atomların Kontrollü İletimi

Kontrollü işlemlerde, kurucu parçacıkların o nanoparçacık oluşum alanına kontrollü bir şekilde belirli bir boyuta büyüyebilecek şekilde kontrollü olarak verilmesi. Normalde, kurucu parçacıkların durumu hiçbir zaman nanoparçacık oluşumu için gerekenden uzak değildir. Reaktanların kontrol durumu nanopartiküllerin oluşumunu kontrol eder. Kontrollü işlem örnekleri, kendi kendini sınırlayan büyüme çözeltisi, şekilli darbeli femtosaniye lazer yöntemi, kendi kendini sınırlayan kimyasal buhar biriktirme ve moleküler ışın epitaksisidir.

Kaotik Süreçler

Bu süreçlerde, kurucu atomlar ve moleküller kaotik bir duruma yükseltilir ve ardından durumu dengesiz hale getirmek için bazı koşullar değişir. Bazı parametrelerin manipüle edilmesiyle, kinetiğin sigortalanması nedeniyle ürünler oluşur. Kaotik bir durum çöktüğünde kontrol edilmesi zorlaşır. Ürünün son durumunun manipülasyonu nanopartiküllerin oluşumunu kontrol eder. Kaotik süreçlere bazı örnekler yanma, alev pirolizi, ark, patlayan tel, lazer ablasyonu ve çökeltme sentezi yöntemleridir.

Yukarıdan Aşağıya Yöntemler

Yukarıdan aşağıya yöntemlerde, lazer gibi bazı kuvvetler ve mekanik kuvvetler, ağır malzemeleri nanopartiküllere ayırmak için kullanılır. Böyle ünlü bir yöntem, malzemelerin ‘ bilyalı frezeleme’olarak da bilinen nanomalzemelere ayrılmasını içerir. Lazer ablasyonu, katı bir malzemeye (hedef) kısa darbeli lazerlerin (femtosaniye lazer) uygulandığı nanopartikülleri de oluşturabilir.

Nanopartiküllerin Mekanik Özellikleri

Araştırmalar, nanomalzemelerdeki mekanik özelliklerin, dökme malzemelere kıyasla önemli bir değişiklik gösterdiğini göstermiştir. Nanopartiküllerin mekanik özellikleri yüzey, hacim ve kuantum etkilerinden kaynaklanmaktadır. Dökme malzemelere nanomalzemeler eklendiğinde, bu nanomalzemelerin taneleri rafine ettiği ve tane sınırlarını ve malzemenin mekanik özelliklerini artıran taneler arası ve taneler arası yapılar oluşturduğu görülmektedir.

Tane Sınırı İyileştirmeleri

Tane sınırının iyileştirilmesi, taneler arası ve taneler arası kırıklar oluşturmak için güç sağlar. Örneğin, çimentoya nano Silika eklendiğinde çekme mukavemetini, eğilme mukavemetini ve basınç dayanımını arttırdığı görülmektedir. Nanopartiküllerin bu özellikleri, bu parçacıkların triboloji, yüzey mühendisliği ve nanofabrikasyon/nanomanufacturing gibi çeşitli alanlarda kullanımını artıracaktır.

Tekdüzelik

Özel, endüstriyel ve askeri sektörler için, yüksek performanslı teknolojik bileşenlerin kimyasal işlenmesi ve sentezi, polimerlerin, saflıkta seramiklerin, malzeme kompozitlerinin ve cam seramiklerin kullanılmasını gerektirir. İnce tozlardan oluşan yoğunlaştırılmış gövdelerde, normal bir tozdaki nanopartiküllerin düzensiz şekilleri ve boyutları, toz kompaktında paketleme yoğunluğunda değişikliğe neden olan homojen olmayan paketleme morfolojilerine yol açar.

Kontrolsüz Aglomerasyon

Çekici Van der Waals kuvvetleri nedeniyle, tozların kontrolsüz aglomerasyonu mikroyapısal homojenliklere yol açar. Üniform olmayan kurutma büzülmesi, diferansiyel gerilmeler geliştirir ve çözücünün çıkarılma hızıyla doğrudan ilişkilidir ve gözeneklilik dağılımına büyük ölçüde bağlıdır. Bu gerilmeler, konsolide gövdelerde plastikten kırılganlığa geçişle ilişkilidir ve rahatlamazsa, ateşlenmemiş gövdede çatlak yayılmasına neden olabilirler.

Yumuşak Robotiğin Temel Unsurları Olarak Nanomalzemeler

Biyolojiden ilham alan yumuşak robotlar, doğal organizmaların çok işlevliliğini ve çok yönlülüğünü geliştirme ve eşleştirme potansiyeline sahiptir. Bunu başarmak için biyo-ilhamlı robot tasarımının pasif mekaniğe, algılamanın sıkı entegrasyonuna, aktif momente ve ayrıca kontrole ihtiyacı var. Bu yetenekler, katı, biyolojik ve yumuşak malzemelerin küresel deforme edilebilirlik ve uyumluluk gösteren yapılara akıllıca entegrasyonu yoluyla elde edilebilir. İlerleme sadece yeni çok işlevli malzeme geliştirmeye değil, aynı zamanda sağlam malzeme arayüzüne, yeni sistem düzeyinde tasarıma ve 3D üretim ilerlemesine de bağlıdır.

Yumuşak Robotikte Erken Bir Çaba

Yumuşak robotikteki ilk çabaların çoğu, insan dostu olan ve insan-makine fiziksel etkileşimi için kullanılabilecek ortak robotların talebi ile teşvik edildi. Endüstriyel otomasyon için robotik kollar (Lastikleştirici) ve insan kavrama yardımı için pnömatik olarak çalışan ortezler (McKibben el ortezleri) içeriyordu. Günümüzde çoğu endüstriyel robot, pnömatik yapay kasların geçmişine rağmen hidrolik olarak çalıştırılmakta veya motorize edilmekte ve yük taşıma ve çalıştırma için katı malzemelere güvenmektedir. Bu robotik cihazlar, ağır nesnelerin taşınmasında ve nesnelerin hassas hareketlerinin ve konumlandırılmasının gerçekleştirilmesinde katı olmuştur, ancak ayrıca işyerlerinde güvenlik tehlikeleri oluşturmuşlardır, bu nedenle bu insan robotlarının etkileşimi uygun şekilde izlenmeli ve kontrol edilmelidir.

Son On Yılda Büyük Adımlar Atmak

Doğal organizmalar ve geleneksel robotlar arasındaki uçurumu kapatmak için biyo-ilham alan yumuşak robotik, mühendislik bileşenleri, makineler ve cihazlar üretme fırsatları sunarken, yumuşak robotik gelişmeler son on yılda büyük adımlar atıyor,ancak yumuşak biyo-ilham alan robotik alanı dikkat çekiyor. İnsan ve robot etkileşimi bu yeni araçlarla ve ayrıca robotlar ile doğal dünya arasında sağlanabilir. Yumuşak biyo-ilham alan robotlar, sağlık hizmetleri, afet yardımı ve hareket stratejileri gibi ihtiyaçları da dahil olmak üzere insanlara biyomekanik olarak uygun birçok umut verici uygulamaya sahiptir.

Yumuşak Robotiğin Geliştirilmesindeki Zorluklar

Sistem entegrasyonu, tasarım ve materyaller, biyo-ilhamlı yumuşak robotlar geliştirmede var olan birkaç zorluktan bazılarıdır. Mühendislik ilkelerinden bazı kılavuzlar, biyo-ilham alan yumuşak robotların geliştirilmesine yardımcı olur, ancak yeni sorunlar ortaya çıkabilir. Robotların çok yönlü işlevleri iki amaca ulaşılarak üretilebilir.

1. Modüler sistemleri (sensörler, motorlar vb. İçin ayrı donanım ) bu işlevleri geliştiren tam entegre malzemelerle değiştirerek.

2. Sert ve rijit mekanizmaları, fiziksel olarak diğer nesnelerle temas halinde olabilecek yumuşak maddelerle (jeller, sıvılar, elastomer vb.) Değiştirerek.

Robotikte karbon bazlı malzemelerin kullanımı hakkında daha fazla bilgi edinmek için,

blog yazımızı buradan okuyabilirsiniz.

Yumuşak Robotikte İlham Kaynağı Olarak Doğa

Biyolojik yumuşaklığı, vücudun uygunluğunu ve çeşitli canlı organizmaların yaşamsal işlevlerini taklit etmek, bir ilham kaynağı olarak doğaları gereği yapılmıştır. Ahtapot gibi en önemli örnek, aktif kuvvet, karmaşık hareketler, iskelet kası ve yapılandırılmamış ortam adaptasyonu. Yumuşak duyarlı malzemelerden biyo-ilham alan yumuşak robotlar, hem teknolojik uygulamaların hem de temel keşiflerin perspektifini çekmiştir. Biyo-esintili yumuşak robotlar, geleneksel rijit robotlara kıyasla, örneğin insan dostu etkileşim, yapısal deforme edilebilirlik, çevresel uyarlanabilirlik ve uyumluluk ve ayrıca çalıştırma özgürlüğü gibi çeşitli niteliklere sahiptir.

Yumuşak Robotik Stratejilerin Geliştirilmesinde Kapsamlı Çabalar

Araştırmacılar, sıvı kristal ağlar (LCN’LER), hidrojeller ve şekil hafızalı polimerler (SMP’LER) gibi çeşitli duyarlı yumuşak malzemelere bağlı olarak, yerleşik biyomimetik zeka ile yumuşak robotik çalıştırma stratejilerinin geliştirilmesine büyük çaba sarf ettiler.). Lcn’lerin tersinir, anizotropik ve programlanabilir şekil değiştirme özellikleri nedeniyle, yürüme, yüzme, kavrama ve salınım gibi robotik hareketlere sahip yumuşak uyaranla çalışan aktüatörler ve ayrıca kendi kendini düzenleme, yeniden yapılandırılabilirlik gibi akıllı işlevler için çok umut verici olmuşlardır.ve ilişkisel öğrenme. Lcn’ye dayanan yumuşak robotik sistem, çoğunlukla verimsiz içsel elektriksel veya termal iletkenlikleri ve nanomalzemelerle mekanik uyumsuzlukları nedeniyle engellenir.

Galyum Bazlı Sıvı Metaller

Galyum bazlı sıvı metaller, üstün akışkanlık, yüksek elektriksel ve termal iletkenlik, olağanüstü şekil-deforme edilebilirlik, mükemmel biyouyumluluk ve fototermal özellikler gibi özellikleri bakımından yumuşak robotik araştırmalarında öne çıkmaktadır. Bununla birlikte, sıvı metal (LM) bazlı yumuşak robotların uyarlanabilir hareketi ve şekil dönüşümü, potansiyel uygulamalarını ve işlevlerini sınırlayabilen oksidasyonu önlemek için genellikle kimyasal uyaranlar veya elektrik alanları ve asidik sulu bir ortamda gerçekleştirilir.

Sonuçlar

Sonuç, Sıvı metalleri ve uyaranlara duyarlı akıllı malzemeleri birleştiren hibrit sistemin önemli ilgi gördüğünü gösteriyor. Örneğin, geliştirilmiş fototermal dönüşüm verimliliğinin teşvik edilmesi için, ışıkla çalışan LM tabanlı şekil transformatörleri, LM mikro damlacıklarının grafen-kuantum nokta içeren polidopamin içinde kapsüllenmesiyle gerçekleştirildi. LM mikro damlacıklarının yumuşak elastomer matrislerinde, artan dielektrik sabitine sahip gerilebilir kompozit filmlerde, elektriksel olarak kendi kendini iyileştirme yeteneğinde ve termal iletkenlikte raporları olmuştur.

Doğal Selüloz Nanofibriller

Doğal selüloz nanofibriller, elektrik alanlarına ve neme yanıt veren bağımsız LM yumuşak aktüatörler yapmak için sıvı metal mikro damlacıklar için yapısal bir matris olarak kullanılmıştır. Sıvı metal mikro damlacıkların kristalin bir Sıvı matrisine gömülmesiyle birleştirilmiş algılama kabiliyetine sahip elektrikle aktive edilmiş şekil değiştirme aktüatörü için, sıvı kristal kompozit içeren Anizotropik sıvı metal araştırılmıştır. Alifatik polimerlerin varlığında hidrojen dopingi için ultrasonikasyonun, viskoplastik sıvı metal partiküllerinin etrafındaki oksit derisinin elektriksel iletkenliğe sahip yalıtımını sağladığı düşünülmektedir.

Genel Strateji

Lms’nin üstün elektriksel/termal iletkenliğine ve lcn’lerin şekil değiştirme geri dönüşümlü özelliklerine sahip, şekil programlanabilir sıvı metal-sıvı kristal ağ yumuşak aktüatörleri oluşturmak için genel bir strateji. Biyolojik nanoselüloz sulu süspansiyonda ultrasonikleştirici ötektik Galyum-İndiyum (EGaİn) sıvı metaller ve minyatür karboksilatlı altın nanorodlar (MiniGNRCOOH) kullanılarak kolloidal bir Sıvı metal mürekkebi yapıldı. MiniGNR-COOH sadece sıvı metal nanoparçacıklarını stabilize etmekle kalmaz, aynı zamanda kolloidal Sıvı metal mürekkebin fototermal özelliklerini de geliştirir, aynı zamanda buharlaşmaya bağlı kendi kendine montaj yoluyla deforme olabilen SMP ve Sıvı Kristal Ağların şekillendirilmesini de içeren çeşitli substratlar üzerinde birikmeye neden olur.

Sıvı Metal (LM) Sıvı Kristal Ağ LCN ince Filmlerinde Mükemmel Elektriksel İletkenlik Sergisi

LM LCN ince filmler tarafından olağanüstü elektriksel iletkenlik ve mükemmel arayüzey yapışması sergilenmiştir ve bu, sıvı metal mikro damlacıkların nanoselüloz varlığında sürekli iletken bir filmde buharlaşmaya bağlı kısmi sinterlenmesinden kaynaklanmaktadır. Düşük doğru akım (DC) voltajı kullanılarak LM LCN filmi elektrotermal olarak çalıştırılabilir. Zamansal programlama ve sağlam şekil değiştirme özellikleriyle yakın kızılötesi (NIR) ışıkla çalışan LM-LCN yumuşak aktüatörler, kolloidal sıvı metal mürekkebin seçici olarak kaplanması ve gömülü minignrcooh’un üstün fototermal dönüşümü ile elde edildi.

Robotik İşlevler

Yakın kızılötesi (NIR) ışıkla çalışan, sürekli yakın kızılötesi ışınlama altında geliştirilen kendi kendini idame ettiren yumuşak bir osilatör ve kavramın kanıtı olarak döngüsel NIR ışınlaması yoluyla bir mandal substratı üzerinde yer değiştiren (ışıkla çalışan) bir iç solucandan ilham alan yumuşak bir paletli robotik işlevler. Şekil deforme olabilen ve elektriksel olarak iletken LM LCN ve LM SMP yumuşak aktüatörlerinden yararlanarak, gölge kuklaları ve yarı saydam bir ekran ile bir ışık kaynağı arasında tutulan eski bir eğlence ve hikaye anlatımı biçimi olarak bilinen NIR ışıkla çalışan programlanabilir yumuşak robotik gölge oyununun kavramsallaştırılması. NIR ışığının görünmezliği, mekansal-zamansal kontrol edilebilirliği ve her yerde bulunabilirliği nedeniyle özellikle bağlanmamış yumuşak robotların gerçekleştirilmesi için çekici olduğunu bilmek çok önemlidir.

Yumuşak Madde Mühendisliği Stratejisi

Yumuşak madde mühendisliği stratejisinin, nanomalzemeler veya fonksiyonel polimerlerle birleştirilen sıvı metallerin istenen niteliklerini verimli bir şekilde oluşturmanın yeni bir yolunu açması ve biyomimetik zekaya sahip yeniden yapılandırılabilir, programlanabilir ve bağlanmamış yumuşak robotik için çok işlevli malzemelerin geliştirilmesini vurgulaması bekleniyordu.

Nanoteknolojinin yapay zekaya entegrasyonu ile ilgileniyorsanız,

blog yazımızı buradan okuyabilirsiniz.

Taramalı Elektron Mikroskobu

Kolloidal sıvı metal mürekkebin nanoyapılarını belirlemek için TEM (Transmisyon elektron mikroskobu) ve SEM (Taramalı elektron mikroskobu) uygulandı. Taramalı elektron mikroskobunda, homojen ve stabil sıvı metal nanoparçacıklarının oluşumu için ağırlıkça %0.2 olan belirli bir oksitlenmiş bakteriyel selüloz (TOBC) konsantrasyonu çok önemlidir ve MiniGNRCOOH, sıvı metal nanoparçacıklarının stabilize edilmesinde önemli bir rol oynayabilir.

Enerji Dağıtıcı X-ışını Spektroskopisi (EDX)

Taramalı elektron mikroskobu ile birleştirildiğinde enerji dağıtıcı X-ışını spektroskopisi (EDX), ağırlıkça %12,33 (İnç) ve ağırlıkça %8,17 (Au), ağırlıkça %56,43 (Ga), ağırlıkça %15,84 (C) ile sonuçlanan nanoyapılı kompozitleri gösterir., ağırlıkça %7,23 (O). TEM, sıvı metal nanopartiküllerinin MiniGNR-COOH ve TOBC nanofiberleri tarafından bulunduğunu göstermektedir. Sıvı metal nanopartiküllerin yüzeyinde, elementel haritalama görüntülerinin kanıtlarını gösteren karbondioksit ve oksijen görülebilir ve Au, tek tek nanofiberin her yerine eşit olarak dağıtılır. X-ışını fotoelektron spektroskopisi, galyum oksit(Ga3+), metalik galyum (Ga0) ve galyum suboksite (Ga1+) atanabilen 18.7, 19.8 ve 20.8 Ev’de tepe karakteristiğini sergiler.

Ortaya Çıkan Süspansiyonun Stabilitesi

Kolloidal sıvı metal süspansiyonları, negatif yüklü yüzeylerden ve ayrıca MiniGNR-COOH, sıvı metal nanopartikülleri ve TOBC nanofiberleri arasında güçlü hidrojen bağı veya Ga3+ koordinasyonundan olabilen ihmal edilebilir çökeltme ile pH 7’de birkaç gün stabil kalır. Kolloidal sıvı metal süspansiyonlar, 400-1000nm olan yakın ve görünür bir kızılötesi aralıkta yüksek bir optik absorpsiyon ve 808nm’de absorpsiyon gösterir, bu da MiniGNR-cooh’nin piyasaya sürülmesi nedeniyle TOBC süspansiyonuna kıyasla artar.

Fototermal Özellikler

Kolloidal sıvı metal mürekkebin fototermal özellikleri / kalitesi, MiniGNR-COOH konsantrasyonu arttırılarak arttırılabilir. Işınlama dalga boyları yerine güneş ışığı gibi diğer dalga boyları kullanılabilir.

Buharlaşmaya Bağlı Kolloidal LM Mürekkebinin İncelenmesi

Kolloidal sıvı metal mürekkebin buharlaşmaya bağlı kendi kendine montajını araştırmak için, kolloidal sıvı metal süspansiyonu, damla döküm yoluyla farklı substratlar üzerinde biriktirilebilir ve ardından ortam koşullarında bir kurutma işlemi ve çözücü buharlaşması izlenebilir. Çözücü buharlaşmasından sonra serbest duran nanoyapılı ince bir film elde edilebilir.

Tempo Oksitlenmiş Bakteriyel Selüloz (TOBC) Nanofiberlerinin Varlığının Göstergesi

TOBC nanofiberlerinin varlığı, üst yüzeyde bulunan SEM görüntüleri ve alt yüzeyde yığılmış sıvı metal nanopartiküllerinin üretimi ile gösterilebilir. Sıvı metalin nanoyapılı film boyunca dağıldığı, MiniGNR-cooh’un ise tüm film boyunca homojen olarak dağıldığı EDX ve TEM kesitsel element haritalama görüntüleri ile doğrulandı. Nanoyapılı ince film, aşağıdakiler için iletken bir katman görevi görebiliresnek elektronikler, sıvı metal nanopartiküllerin bakteriyel selüloz varlığında birikmesinden kaynaklanabilecek elektriksel iletkenlik özelliğini sergiledikleri için.

Maksimum Nanopartikül Aralıkları

ptfe’de SMP 33°, LCN 30° ve cam 11° ‘ de daha düşük olan maksimum değer olarak 108 ° gözlemlenmiştir. Temas açısında bir azalma, yüzeylerde biriken kolloidal sıvı metal kaplamanın yapışma kuvveti ile gösterilen arayüzey yapışma mukavemetinin iyileştirilmesi için bir avantajdır.

Esnek LCN Filmler

23 µm kalınlığa sahip esnek LCN filmler, sıvı kristal monomerlerin 70 ° C sıcaklıkta fotopolimerizasyonu ile yapılır.0,3 µm kalınlığında LM kaplama, kolloidal sıvı metal süspansiyonun çözücü buharlaşması ve ardından kurutulması yoluyla damla döküm ile biriktirilmesiyle geliştirilebilir.

Nanoteknolojiden en son haberleri keşfetmek için Blografi’yi ziyaret edebilirsiniz.

Sonuç

Nano boyutlu parçacıklar doğada bulunur ve karbon veya gümüş gibi çeşitli malzeme ve ürünlerle oluşturulabilirler. Nanomalzemeler küçük boyutlarıyla karakterize edilir ve nanometre cinsinden ölçülür. Bu malzemeler veya parçacıklar, küçük ölçekte tasarlandıklarında, elektriksel, mekanik, optik vb.Gibi çeşitli özellikler içeren mühendislik nanomalzemeleri (ENM) olarak adlandırılır ve insan-robotik etkileşimlerini mümkün kılmak ve aynı zamanda güvenli hale getirmek de dahil olmak üzere farklı şekillerde kullanılabilir ve uygulanabilir. insanlık için birçok ilerlemeyle sonuçlanabilir.

NANO KOBALT TOZU (NANO CO)

1. Yüksek yoğunluklu manyetik kayıt malzemesi: Manyetik bant ve büyük kapasiteli sert ve yumuşak disklerin performansını büyük ölçüde artırabilen yüksek kayıt yoğunluğu, yüksek zorlayıcı kuvvet, yüksek sinyal-gürültü oranı ve iyi oksidasyon direnci avantajlarına sahiptir;
2. Manyetik sıvı: Şok emilimini, ses ayarını, optik ekranı vb.Kapatmak için kullanılır.;
3. Dalga emici malzemeler: Askeri kullanım için yüksek performanslı milimetre dalga gizli malzemeler, görünür ışık kızılötesi gizli malzemeler, yapısal gizli malzemeler ve cep telefonu radyasyon koruyucu malzemeler;
4. Toz metalurjisi: Çimentolu karbür, elmas aletler, yüksek sıcaklık alaşımı, manyetik malzemeler ve diğer metalurjik ürünler için yapıştırıcı olarak kullanılır;
5. Kimyasal ürünler: Şarj edilebilir pil, endüstriyel patlatma maddesi, roket yakıtı, ilaç, renkli cam, katalizör ve kurutucu vb.

NANO SİLİKON TOZU (NANO Sİ)

1. Yeni nesil fotoelektrik yarı iletken malzeme, yüksek güçlü ışık kaynağı malzemesi;
2. Yarı iletken mikroelektronik kapsülleme malzemeleri;
3. Lityum pil anot malzemesi: nano karbon tozunu veya grafiti değiştirin, lityum pil kapasitesini ve şarj ve deşarj döngüsü sürelerini üç kattan fazla artırın;
4. Yüksek sıcaklığa dayanıklı kaplama ve refrakter malzemeler
; \ n5. Nano silikon, güneş enerjisinde yaygın olarak kullanılan silikon nano filme dönüşmek üzere kaplamalarda kullanılabilir;
6. Nano silikon tozu, kesici takım olarak kullanılmak üzere silisyum karbür – elmas kompozit malzeme oluşturmak üzere yüksek basınç altında elmasla karıştırılabilir;
7. Orijinal organosilikon polimer malzeme ailesi olarak organik malzemelerle reaksiyona girer.

PUL ALÜMİNYUM TOZU

Çözeltisiz kuru yöntemle üretim, pul alüminyum tozumuz daha çevre dostudur. Farklı işleme teknolojisine bağlı olarak, iki farklı uygulama türü spesifikasyonu :su bazlı veya yağ bazlı kaplama film tabakasında iyi kullanılabilen yapraklanma ve yapraklanma.

NANO METAL TOZU

Nanometre metal tozu teknolojisinin hazırlanmasının sürekli iyileştirilmesiyle, nanometre metal tozu makine, metalurji, kimya endüstrisi ve diğer endüstrilerde yaygın olarak kullanılmaktadır ve ölçülemez bir rol oynamaktadır.

Kasım 2024
P	S	Ç	P	C	C	P
« Eyl
				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

Category Archive Blog

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

Atomik düzeyde hassasiyete sahip grafen nanoribbonlar, taşıma, optik ve elektronik özelliklerdeki dikkate değer ayarlanabilirlikleri nedeniyle daha spesifik olarak çok fazla dikkat ve ilgi çekmektedir.

Giriş

Enstrümantasyona Yüzey Sentezi Bağımlılığı

Grafen Nanoribbonlar

Grafen Nanoribbonlar ve Kuantum Cihazları

Sonuç

Bugün, PP, PE, PVC ve benzerlerini içeren petrole dayalı plastikler, ortamdaki en büyük kirlilik kaynağı haline geldi.

Giriş

Selüloza Genel Bakış

Selüloz nedir?

Nanoselüloz / Selüloz Nanofiberler

Nanoselülozun Çevresel Etkisi

Paketleme için Nanoselüloz Bazlı Nanopaper

Nanoselüloz Bazlı Kompozitler

Sonuç

Nano elmaslar, boyutlarının çıplak gözle görülemeyecek kadar küçük olduğunu gösteren nanopartiküller şeklinde bulunan elmaslardır ve daha ziyade onları görmek için bir mikroskop kullanılır.

Giriş

Araştırma için Nanodiamondların Mevcudiyeti

Grafit: Karbonun Kararlı Formu

Nanodiamondların Model Yapımı

Nanodiamondların Karakteristik Bir Özelliği

Nanodiamondların Geniş Absorpsiyon Özelliği

Nanodiamondların Özellikleri

Lityum Pil Performansını İyileştirmek için Nanodiamondların Mevcut ve Gelecekteki Uygulamaları

Elektrolit Katkı Maddeleri Olarak Nanodiamondlar

Sonuç

Lityum iyon pillerin elektrotları için uygun bir bağlayıcıya sahip olması esastır.

Giriş

Politetrafloroetilenin Bağlanma Özellikleri

Politetrafloroetilen (PTFE)

Li-İon Piller

Li-İon Piller için Poli (tetrafloroetilen) Kaplamaya Dayalı Kendiliğinden Bağlanan Kompozit Ayırıcı

Sonuç

İki boyutlu, enine boyutlu grafen bloklara fiziksel, kimyasal ve biyolojik özellikler sergileyen grafen kuantum noktaları (GQD) denir.

Giriş

Grafen Kuantum Noktalarının Sentez Yöntemleri (GQD’LER)

Grafen Kuantum Noktalarının Son Sentezi

Karbon Kuantum Noktası ve Grafen Kuantum Noktası

Karbon Kuantum Noktaları ve Grafen Kuantum Noktaları Arasındaki Fark

İlaç Dağıtımında Grafen Kuantum Noktalarının (GQD’LER) Uygulamaları

Sonuç

Nanoteknoloji, nano ölçekte yürütülen mühendislik, bilim ve teknolojidir.

Giriş

Nanoteknolojide Temel Kavramlar

Akıllı Telefon Endüstrisinde Modern Nanoteknoloji ve Yarı İletkenlerin Kullanımı

Akıllı Telefonlara Su Geçirmezlik Koruması Sunan Nanoteknoloji

Nanoteknoloji ve Akıllı Telefonlarda Devrim Niteliğinde Adımlar

Akıllı Telefonlarda Karbon Nanotüp Uygulamaları Grafen Mobil Piller

Sonuç

Silikon, çok kristalli ve monokristalli gofretler ve ince film silikon için hammadde olarak fotovoltaiklerde baskın uygulamalara sahiptir.

Giriş

Silikonun Özellikleri

Fotovoltaik

Endüstriyel Silikon Gofret Güneş Pilleri

Sonuç