AKSARAY ÜNİVERSİTESİ
SOSYAL
BİLİMLER MESLEK YÜKSEKOKULU
ÖGRENCİNİN
ADI: ALİ DOĞAN
SOYADI: BERK
NUMARA: 140658042
SINIFI: 2
BÖLÜM: BÜRO YÖNETİMİ VE YÖNETİCİ ASİSTANLIĞI
KONU: NANO TEKNOLOJİ
Nano teknoloji, milyarda bir birimde atomlar
ve moleküller seviyesinde (1 ila 100 nm aralığında) çalışarak, geliştirilmiş
ve/veya tamamen yeni fiziksel, kimyasal, biyolojik özelliklere sahip yapıların
ortaya çıkarılmasıdır. Genelde malzeme özellikleri ve cihazların çalışma
prensipleri geleneksel modelleme ve teorilere (100 nm'den büyük boyutlar
temelindeki varsayımlar) dayanmaktadır. Ancak boyutlar 100 nm’nin altına
indirildiğinde ise geleneksel teori ve modeller, ortaya çıkan özellikleri
açıklamakta yetersiz kalmaktadır.
Nano malzemeler aynı malzemelerin büyük
parçacıkları ile karşılaştırıldığında boyuta bağlı olarak üstün ve yeni
özellikler sergilemektedir. Yeryüzünde fotokimyasal ürünler, volkanik ürünler
ve egzoz dumanları gibi doğal olarak çok geniş bir yelpazede nano malzemeler
veya parçacıklar bulunabilmektedir [1-5]. Nano teknoloji daha sağlam, daha
kaliteli, daha uzun ömürlü, daha ucuz, daha hafif ve daha küçük cihazlar
geliştirmektedir. Minyatürleşme olarak tanımlanabilecek bu eğilim, birçok
mühendislik çalışmasının temelini oluşturmaktadır. Minyatürleşme üretimde daha
az malzeme, daha az enerji, daha ucuz ve kolay nakliye, daha çok fonksiyon ve
kullanımda kolaylık olarak uygulamada kendini göstermektedir [3-7].
Öte yandan nano bilimin ve nano
teknolojinin gelişmesine nano ölçekte ölçme ve inceleme yapabilen mikroskoplar
ve bu boyutlarda işlemler yapabilmek için oluşturulan yöntemler önemli etki
yapmıştır. Bunlar; Saçılma Yöntemleri, Taramalı Elektron Mikroskobu, Geçirimli
Elektron Mikroskobu, Taramalı Sonda Mikroskobu, Taramalı Tünel Mikroskobu,
Atomik Kuvvet Mikroskobu, Yakın Alan Taramalı Optik Mikroskop gibi yöntemlerdir
[8].
Boyutları 1-100 nm aralığında
olan tozlar veya parçacıklar olarak belirtilen nano parçacıklar nano boyutlu malzemelerin ve nano teknolojinin
temelini oluşturmaktadır [7]. Nano parçacıklar, sistemlerin fonksiyonelliğinde
büyük bir gelişim sağlayan yeni nesil nano teknoloji ürünü malzemelerdir. Nano
parçacıkların boyutları çok küçük olduğundan dolayı malzemelerin hacimsel
yapılarına kıyasla dikkate değer ve bazı koşulların sağlanmasıyla üstün
özellikler göstermektedirler. Örneğin nano yapının iletkenliği, o yapıya tek
bir atom eklense bile değişebilmektedir. Benzer şekilde, nano ölçeklerde
atomlar arası bağ yapısı da değişikliğe uğrayabilmekte; mekanik olarak malzeme
güçlenirken ya da zayıflarken, elektronik olarak iletkenlik özelliği tümüyle
değişebilmektedir. Yine yarıiletken olarak bilinen ve çağımızın en önemli
malzemelerinden olan silisyumdan yapılan bir telin çapı nanometreye yaklaşırken
tel iletken bir karakter sergilemeye başlamaktadır [5,6, 8, 9].
Nano parçacıkların
özelliklerinin bu denli üstün olmasında onların boyutlarının yanı sıra kontrol
edilebilen şekillerinin ve morfolojilerinin de etkisi vardır. Kimyasal ajanlar
olarak bilinen yüzey aktif maddelerin kullanılmasıyla yüzey ve ara yüzey
özellikleri geliştirilebilir. Bu katkı ilaveleri ile parçacıkların yüzeyi şarj
edilir ve parçacıklar arasında topaklaşma ve bir araya toplanmaya karşı bir
denge sağlanır. Bir nano parçacığın oluşum evresi ve ömrü dikkate alınarak çok
karmaşık kompozisyonlar bile kolaylıkla elde edilebilir.
Nano teller ise çapları 1-100 nm ancak boyları
mikronlar boyutunda da olabilen tellerdir. Birçok değişik malzemeden nano tel
üretilebilir. Bunlara örnek olarak metal Ni, Pt, Au, yarı iletken Si, InP, GaN
ve yalıtkanlara ise SiO2, TiO2 verilebilir. Nano teller elektronikte,
opto-elektronikte (ışıkla etkileşen elektronik aletler), nano elektromekanik
cihazlarda, ileri kompozitlerde ilave olarak, nano ölçekli nicelik cihazlarında
metalik ara bağlantılar için, alan yayıcılar olarak ve biyo-moleküler nano
sensörler için uç olarak oldukça önemli uygulamalarına sahiptir [7, 11,12].
2. ÜRETİM YÖNTEMLERİ
Nano malzeme ve yapı
üretilmesinde yukardan-aşağıya ve aşağıdan-yukarıya üretim olarak iki genel
yaklaşım vardır [5,13-19]. Yukardan aşağıya olarak isimlendirilen ilk
yaklaşımda bütün halindeki malzeme ile işleme başlanır ve malzeme küçük
parçalara ayrılır. Bu ana yaklaşımda özel işleme ve kimyasal aşındırma
teknikleriyle litografi, son derece kusursuz yüzey şekillendirmeyle,
mikroskobik elementlerin yapısal boyutları nanometre ölçeğine indirilir.
Aşağıdan-yukarıya üretim yaklaşımında ise malzeme, atomların ve molekülerin
kimyasal reaksiyonlarla boyutça büyümesi sonucu sentezlenerek elde edilir.
Atomik ve moleküler elemanlar daha büyük sistemler, kümeler, organik örgüler,
çok moleküllü yapılar ve sentezlenmiş makro-moleküller oluşturacak şekilde
kontrollü olarak bir arada toplanması sağlanır [5, 13-15]. Şekil 3.1’de Nano
parçacıkların üretim yöntemleri verilmiştir.
Şekil 3.1. Nano boyutta parçacık üretiminde kullanılan başlıca
yöntemler.
Literatürde birçok malzemeden nano tel
üretilmiştir. Tablo 3.1’de yüksek kalitede
üretilen nano tel malzemeler ve
yöntemleri gösterilmiştir [20].
2.1. Yukarıdan Aşağıya
Yaklaşımı
Yukarıdan-aşağıya yaklaşımı,
makineler, asitler ve benzeri mekanik ve kimyasal yöntemler kullanılarak nano
yapıların fabrikasyonu ve imal edilmesi yöntemlerini ifade eder. Hacimsel
malzemelerden nano parçacık üretirken birçok yöntemden faydalanılır. Bu yaklaşımdaki
yöntemler yüksek enerjili bilyeli öğütme, mekano-kimyasal işlemler, dağlama,
elektro patlatma, sonikasyon, püskürtme ve lazer ablasyonu, litografi (baskı),
kimyasal, ısıl ve doğal yöntemleridir [8, 75]. Bu tekniklerde kütlesel malzeme
ele alınır, ardından şekillendirilerek, yapısı oluşturularak ve yeniden
düzenlenerek istenilen ürüne dönüştürülür. Daha küçük yapılar üretilme talebi
temel olarak, gelecek nesil bileşenlerde nano elektronik alanında cihazlar
yapmak için çeşitli μm teknoloji işlemlerinin geliştirildiği mikro elektronik
alanına uyabilmektir. Bir diğer önemli yukardan-aşağıya üretim yaklaşımı,
özellikle de optik alanına yönelik, mekanik ya da plazma işlemiyle
gerçekleştirilen son derece hassas bileşenlerin yüzey şekillendirilmesidir. Litografi,
nano bileşenlerde çok küçük parça boyutlar elde etmek için kullanılan anahtar
teknolojidir. Farklı fiziksel ilkelere dayalı olan ve çözünürlük, hız, kalıptan
çıkarma ve transfer adımlarıyla ilgili olarak, farklı özellikleri olan çeşitli
litografi metotları bulunmaktadır. Bunlara örnek olarak, ışın litografi
teknikleri (optik, x-ray, iyon ışın ya da elektron) ya da yumuşak litografi
teknikleri (baskı yapma, damgalama, kalıp ve kabartma hazırlama) verilebilir
[13, 14].
Günümüzde mikro elektronik alanında
en fazla kullanılan teknoloji olan optik litografi tekniği, bir direncin
maskelenerek fotokimyasal yolla kalıplanmasına ve ardından da maruz bırakılmış
bölgelerin kimyasal yolla oyulmasına dayanmaktadır. Optik litografinin,
ultraviyole dalga boyu olan gereçler kullanılarak, 100 nm’den de küçük olan
boyutlara da uygulanabileceği tahmin edilmektedir. Parça boyutlarının 50 nm ve
altına düşmesi için daha da gelişmiş litografi teknikleri geliştirilmeye
çalışılmaktadır [13,14]. Bu işlemler genelde soy atmosferde ya da vakum
ortamında gerçekleştirilir. Nano parçacıklar işlemlerden hemen sonra reaksiyona
girip yığılabilirler. Eğer ortamda herhangi bir reaktif gaz bulunursa ek
reaksiyonlar da oluşabilir. Yukarıdan aşağıya yaklaşımına dayalı yöntemlerden
bazıları aşağıda daha ayrıntılı olarak verilmektedir [5, 75].
Mekanik Aşındırma
Mekanik öğütücülerle boyut
küçültme işleminin temelinde numuneye, öğütücü ortam ve numune arasındaki
çarpışmalar sonucu enerji uygulamasına dayanır.
Şekil 3.2’de öğütücü ve içindeki
işlemler verilmiştir [76].
Şekil 3.2. Mekanik aşındırma
ile parçacıkların küçültülmesi [77, 78].
Şekil 3.2’
Şekil
3.2. Mekanik aşındırma ile parçacıkların küçültülmesi [77, 78].
Şekil 3.2’deki model çarpışma modelini
göstermektedir ve görüldüğü gibi parçacıklar iki çarpışan bilye arasında
kalmaktadır. Öğütücü ortamda yoğun toz bulutu, bilyeler ve toz parçacıkları
bulunmaktadır. Tozların bilyeler arasında sıkışmasında ilk aşama yeniden
düzenlenme ve yığın oluşturmadır. Parçacıkların birinden diğerine doğru en az
deformasyon ve kırılma ile kaymasıyla ince ve düzensiz parçacıklar oluşur.
Sıkışmanın ikinci aşamasında ise parçacıkların elastik ve plastik deformasyona
uğraması söz konusudur. Bu aşamada metalik sistemlerde soğuk kaynama görülür.
Üçüncü aşamada ise parçacıkların daha fazla deformasyona uğraması yada
parçalara ayrılmasıyla kırılmalar gözlenir [5, 76]. Öğütme işlemi sonucunda
meydana gelen tozlardan, çeşitli nano boyuttaki malzemeler oluşur. Üretilen
tozların içinden nano boyuttakileri ayırmak gerekir. Öğütme yöntemleri ile 20
nm’ye kadar parçacıklar elde edilmektedir [8].
Elektro patlama
Bu yöntemin temel prensibi, soy ya da reaktif gaz
ortamında, çok yüksek sıcaklıkta ve çok kısa zamanda, ince metal tel içinde çok
yüksek akım oluşturmaya dayanır. Bu şekilde tel plazma haline geçer ve çok
yüksek alanların oluşumuyla sıkışır. Çok yüksek akımların oluşmasıyla tel
20.000–30.000 °C dereceye ısınır ve bu sıcaklıklarda telin direnci neredeyse
sonsuz olur ve akımın akışı kesilir. Bu noktada elektromanyetik alan kaybolur
ve aşırı ısınmış metal plazma, süpersonik hızla genleşerek, etrafındaki iyonize
olmuş gaz ortamında şok dalgası oluşturur. 106–108 °C derece/saniye olan bu
hızlı soğuma, farklı yarı kararlı yapıların dengelenmesi için ideal koşulları
sağlar. Bu yöntemle, metal tellerden 100 nm boyutunda metalik tozlar elde
edilebilir. Elde edilen tozlarsadiğer yöntemlerle elde edilen tozlara kıyasla
daha büyük kimyasal ve metalürjik reaktiviteye sahiptir. Bunlara ek olarak iç
gerilimleri ve yüzey enerjileri daha fazladır ve böylece mikron altı küresel
yapılara dönüşebilirler. Tanecikli yapılara dönüştüklerinde ve geçiş
sıcaklığına ısıtıldıklarında, ısı vererek kendi kendilerine sinterlenebilirler
[5, 79, 80].
Dağlama
Bu yöntem özellikle mikro-elektromekanik
sistemlerde kullanılan başlıca yöntemlerden biridir. Düz yüzeyler üzerinde
dağlama yöntemiyle düzenli, nanometre boyutunda yapılar oluşturulabilir. Maske
kullanılmadan elektrokimyasal ve foto elektrokimyasal dağlama yöntemiyle istenen
nano boyutta yapılar elde edilebilir. Dağlamada kuvvetli asitlerden
faydalanılır. Örnek olarak, hidroflorik asit gibi asitler elektrolit olarak
kullanılarak, kristalin silikon levha üzerinde dağlama ile gözenekli yapıda
silikon tabakalar oluşturulabilir [80-82]. Kütle silikon dağıtılması ve 1,
1.67, 2.15 ve 2.9 nm ebatlarına sentezlenmesi için prosedür Nayfeh tarafından
geliştirilmiştir. Özellikle nano tıp, opto elektronik ve elektronik alanları
başta olmak üzere bu yöntemle üretilen nano parçacıklar oldukça yaygın uygulama
alanı bulmuştur [82-86].
Si esaslı nano tel üretiminde de elektrokimyasal
dağlama da kullanılmaktadır. Nano teller doğal olarak oluşmazlar, bir Si tabaka
üzerine Au nano parçacıklar yerleştirilirler ve bulundukları odacığa SiH4 gazı
gönderilir. Nano parçacık eriyene veya yumuşayana kadar tabaka ısıtılır. Doyuma
ulaşıldığında Si erir ve nano parçacıktan dışa doğru büyür. Tel boyu sialen
gazı kapatılarak veya diğer tarafa başka bir Si tabaka konarak ayarlanır.
Kimyasal dağlama işlemi Gümüş/HF banyosunda yapılır ve kalıntı gümüşler asit
içinde bekletme ile kaldırılır. Çapları birkaç nm den 200 nm’ye, boyları
onlarca μm’ye, birbirleri arasındaki ortalama boşluklar ~1m ve yoğunlukları ~
108 / cm2 olan nano teller elde edilmektedir [82].
Isıl yöntem
Yukarıdan-aşağıya imalat
yöntemlerinde, ilaveten belirlenmiş sıcaklık değerleri uygulanırsa izlenen
yönteme ısıl yöntem denir. Buradaki ısıtma, klasik ısıl işlemler olup, lazerle
ısıtma gibi yüksek enerji yöntemlerini bu yöntemden ayırmak gerekir [8].
Dönen
soğuk yüzeyde katılaştırma yöntemi
Bu yöntemde ergitilen malzeme bir nozul vasıtasıyla
dönen soğuk bir yüzeye püskürtülür. Bu işlemde yüksek hızlarda püskürtme ile
malzeme küçük boyutlara inerken, dönen yüzeyde de ani soğuma ile katılaşma meydana
gelmiş olur. Yüzey üzerinde yoğunlaşan bu malzeme nano boyuttadır [7].
Asal gaz yoğunlaştırma
yöntemi
Asal gaz yoğunlaştırma yöntemi
esnekliği ve kontrollü bir şekilde malzeme üretimi sağlayabildiği için oldukça
popüler bir nano parçacık üretim yöntemidir. Yöntemin çalışma prensibi,
başlangıç malzemesinin temiz helyum atmosferinde buharlaştırılıp helyum
atmosferinde oluşan buharın soğutulmasına dayanır. Bu işlemi atomların
yoğunlaşarak nano parçacıklara dönüşmesi izler ve oluşan nano parçacıklar konveksiyonel
taşınarak toplayıcıda birikir. Konveksiyon akımları (soy gaz ile ısınan, soğuk
parmak ile soğuyan) yoğunlaşmış küçük parçacıkları toplama kabına taşır.
Birikenler kazınarak sıkıştırma cihazına gönderilir. Üretilen parçacıkların
boyutu 1–100 nm arasındadır ve gaz basıncı ayarlanarak bu büyüklükler kontrol
altına alınabilir. Daha sonra toplanan parçacıklar istenirse sinterlenerek katı
nano malzeme elde edilir [8]. Sistem şematik olarak Şekil 3.3’te verilmiştir.
Sistemi ve ürünün karakteristik özelliklerini etkileyen başlıca parametreler
gaz basıncı, asal gazın tipi, sıcaklık ve gaz akış hızıdır [5, 91].
Şekil
3.3. Asal gaz yönteminin şematik olarak gösterimi; (1)
buharlaşma kayıkçığı, (2) lazer ablasyon hedefi, (3) paslanmaz çelik filtre,
(4) parçacıkların toplanması için huni, (5) tel besleme ünitesi, (6) lazer
kaynağı, (7) güç kaynağı, (8) asal gaz silindiri, (9) turbo pompa, (10)
havalandırma kaynağı, (11) mekanik pompa ve (12) gaz dolaşım hattı [5, 92].
Şekil Şekilde görülen
sistemin çalışması şu şekildedir; öncelikle gereken buharlaşma sıcaklığı
kaynaktan karşılanır, tel formundaki malzeme dirençle ısıtılan ısıtma
kayıkçığına doğru beslenir. Kayıkçığa değen tel ergir ve buharlaşır. Buharlaşan
metal havalandırma kaynağından sisteme gönderilen taşıyıcı gaz yardımıyla
kaynaktan uzaklaştırılır. Genelde taşıyıcı gaz olarak diğer asal gazlara oranla
daha yüksek termal iletkenliğe sahip olduğundan dolayı helyum tercih edilir. Bu
teknikte tane büyüme süreci çekirdekleşme, koagülasyon ve aglomerasyon gibi üç
aşamadan meydana gelir. Bu aşamalar kaynaktan filtrelere kadar olan sistemin
farklı bölgelerinde görülür. Buharlaşmanın gerçekleşmesiyle birlikte sıcak
buharlaştırıcı üzerinde çekirdekleşme ve büyüme başlar.Daha sonra parçacıkların
çarpışması ve birleşmeleri sonucunda da iri taneler oluşur [5, 91, 93].
Alev sentezi
Alev sentezi diğer nano
parçacıkların üretim yöntemlerine kıyasla oldukça az enerjiye ihtiyaç duyar ve
üretim maliyeti oldukça düşüktür. Kullanılan yakıtın bir kısmı ısıtıcı kaynağı
olarak kullanılırken, artan kısmı reaktant olarak kullanılır. Aynı zamanda alev
sentezinde kullanılan reaktör diğer reaktör ve fırınlara göre geometrik olarak
çok yönlüdür. Sistem oldukça karışık bir kimyasal reaksiyon akısı göstermektedir
ve birçok parametrenin kontrol edilmesi gerekir. Bunlar sıcaklık, kimyasal
ortam ve zamandır [5, 94]. Bu parametrelerin kontrolünü sağlamak için yakıtın
cinsi ve oksidanın akış hızı değiştirilir. Parçacık boyutu ise büyük oranda
öncü çözeltisinin konsantrasyonuna bağlıdır. Çoklu bileşen sistemleri üretilmek
isteniyorsa çözeltiye farklı tuzlar eklenebilir [5, 95]. Alev sentezinde
kullanılan sistem sprey üretici, brülör, kuvars reaktör, parçacık toplama
filtreleri ve vakum pompasını içerir.
Yanma
Malzemenin özelliklerine göre
yanma işlemi gerçekleştirilirse nano boyutlarda malzeme imalatı
gerçekleştirilebilir. Örneğin karbon grafit uygun şartlarda yakılırsa, alevinde
tek ve çok duvarlı nano tüpler oluşur. Yanma yöntemi nano kompozit malzemelerdeki
çok duvarlı nano tüpleri oluşturmak için oldukça gelişmiş bir üretim yöntemidir
[8].
Yaş Kimyasal Sentez
Nano malzeme üretmek için
kullanılabilecek, jel-işleme ya da çöktürme metotları gibi, birkaç yaş kimyasal
yöntem mevcuttur. Bunlarda nano malzemeler, başlatıcı malzemelerin çözeltilerde
ya da kolloidlerde özel yöntemlerle işlenmesiyle elde edilmektedirler. Nano
malzemeler, kendine has özellikleri nano tozlar ya da nano kaplamalar elde
etmek üzere ayrıştırılabilir.[13,14].
Elektro-Patlama
Uzmanlara göre, bu yöntem
pahalı ve yavaştır ve yalnızca belirli malzemelerin (tel oluşturabilecek kadar
bükülgen olabilenler) kütlesel haline ve belli kullanım alanları için
uygulanabilir [13, 101]. Metalik teller oluşturabilen bu plazma yöntemi yüksek
akımda uygulanır, kısa zaman aralığı üretim ve yüksek sıcaklıklara ulaşma ile
gerçekleşir [104].
Lazer Ablasyonu
Katıların gaz veya vakum
altında lazer ablasyonuyla nano parçacıkların oluşumu son yirmi yılda yaygın
bir şekilde incelenmektedir. Küme oluşumların mekanizmasının anlaşılması
günümüzde geniş olarak değişik bileşiklerin biriktirilmesinde kullanılan
darbeli lazer biriktirme (PLD) işleminin kontrolüne bağlıdır. Sıvı bir ortamda,
lazer ablasyonunun altında nano küme oluşumu çok daha az araştırılmıştır [105].
Bu yöntem, pahalı bir donanımın kullanımını gerektirmektedir. Kimyasal
yöntemlere göre ise çöktürme hızı oldukça düşüktür. Genellikle, enerji dönüşümü
etkisizliği nedeniyle de pahalı bir yöntemdir [13, 101].
Sol-Jel
yöntemi
Sol-Jel yöntemi metal alkoksit
ve inorganik tuz gibi başlangıç çözeltilerin hidroliz ve yoğunlaşma
reaksiyonlarına dayanan bir yöntemdir. Sol-jel yönteminin oldukça pahalı ve
zahmetli olmasına karşın nano parçacık üretiminde tercih edilmesinde, bu
yöntemin üstün bazı avantajları büyük rol oynamaktadır. Bu avantajlar
minerallerden ve kimyasallardan, arzu edilen boyutta ve şekilde malzemelerin
kontrollü bir şekilde, moleküler göstergede homojen olarak, geliştirilmiş süreç
adımlarıyla üretilebilmesi şeklinde sıralanabilir. Ancak sistemin pahalı ve
zahmetli olmasının dışında en büyük dezavantajı, elde edilen ürün miktarının
giren ürüne göre çok küçük olması yani verimin çok az olmasıdır [5, 100, 106].
Sol-Jel yöntemiyle nano parçacık üretimi dışında yoğun malzemelerin, fiberlerin
üretiminde ve ince film yüzey kaplamalarında, toz, kaplama ve fiber üretiminde
de tercih edilmektedir [8].
Ultrasonik
sprey Piroliz (USP) yöntemi
Toz üretim teknolojisi
açısından Ultrasonik Sprey Piroliz (USP) küresel ve aglomere olmamış, çok geniş
bir aralıkta değişen kimyasal bileşime, boyuta ve morfolojiye sahip nano
boyutlu parçacıkların üretilmesine imkân veren çok yönlü bir yöntemdir.
Yöntemde, yüksek safiyette metal tuzlarının veya ikincil hammaddelerin
temizlenmiş liç çözeltileri kullanılmaktadır [110, 111]. Süreç birbirinden
ayrık damlacıkların aerosol formunda başlangıç çözeltisinden oluşumunu, ısıl
parçalanmanın gerçekleşmesini ve faz değişiminin kontrolünüiçermektedir.
Aerosol, kullanılanyüksek frekans (100dalgasının gaz sıvı ara yüzeyine yönlendirilmesiyle
ultrasonik olarak kolaylıkla oluşturulabilir [110, 112].
Aerosol senteziyle farklı
parçacık morfolojisine sahip ürünler elde edilmiştir. Aerosol buharı yüksek
sıcaklık alanına (200°C üstü) girdiği zaman damlacığın buharlaşması/kuruması,
çökelmesi ve parçalanması damlacık seviyesinde gerçekleşir. Sprey piroliz
yönteminde muhtemelen parçacık morfolojisi üzerinde en önemli etkiye sahip ve
işlemin ilk adımını oluşturan buharlaşma sırasında çözücü buharının ve
çözünenin difüzyonu damlacık sıcaklığının değişmesiyle eş zamanlı
gerçekleşmektedir. Bu olay çözünen tuzların yüzey veya hacim çökelmesiyle katı
veya poroz parçacıkların oluşumuna sebep olmaktadır. Gerçekleşen bu olayların
hepsi damlacık içindeki ve damlacıkla bulunduğu çevre arasındaki ısı ve kütle
iletiminin öncülüğünde meydana gelmektedir. Bu sebeple oluşan parçacık boyutu
damlacık boyutuna, kullanılan başlangıç çözeltisinin özelliklerine, sıcaklık ve
süre gibi işlem parametrelerine bağlıdır.
kHz-10 MHz) ultrasonik
3. Diğer Üretim Yöntemleri
Burada örnek olarak
verilebilecek mikrodalga teknikleri enerji dönüşüm verimsizlikleri nedeniyle
pahalıdırlar. Diğer yöntemler ultrason teknikleri ve elektron biriktirme
süreçlerini içerirler. Bunların bilimsel olarak daha iyi anlaşılması, aşılması gereken
güçlükler halen çalışılmaktadır. Süper kritik akışkan (SKA) biriktirme işlemi
oldukça karmaşık bir işlemdir ve pahalı donanımın kullanımını gerektirmektedir.
Bazı uzmanlara göre, yüksek saflıktaki nano parçacıklar için pazar talebi
yeterli olduğunda, geliştirme ve iyileştirme sorunları, gelişmekte olan teknik
bilgiler kullanılarak çözülebilir [13, 111].
Bahsi geçen diğer üretim
teknikleri, sürekli üretime uyarlanabilecek olan üre ya da sitrik asit yoluyla
yakma işlemleri, katmanlı malzemelerin ayrışmayı ve amorf başlatıcılardan
kontrollü kristalleşmeyi içerir. Bazı uzmanlara göre sonuncu yöntem, amorf bir
matrise gömülmüş nano parçacıklar hazırlamak için oldukça uygundur. Ancak bu
teknik, sınırlı sayıdaki sistem bileşimleri (yüksek çekirdekleşme hızları ve
yavaş büyüme hızları olanlar) için uygundur [13,111].
TEŞEKKÜR
Yazarlar, Prof. Dr. M. H.
Nayfeh, University of Illinois at Urbana-Champaign’e ve TUBITAK 2219 proje
desteğine teşekkür ederler..
KAYNAKLAR
[1] Enderby, J. and Dowling,
A., Nanoscience and nanotechnologies: Opportunities and Uncertainties, The
Royal Society & The Royal Academy of Engineering Report , London, 2004.
[2] Gençer Ö., Bakır ve Bakır
Oksit Nano Parçacıklarının Ultrasonik Sprey Piroliz (USP) Yöntemi ile Üretimi
,Yüksek Lisans Tezi , İ.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü, İstanbul, 2009.
[3] Kulinowski, K., A Sencer
Backgrounder Draft For Dıscussıon At SSI, Rice University, 2003.
[4] Ramsden J., Nanotechnology:
An introduction, (ISBN: 978-0-08-096447-8) Elsevier, 2011.
[5] Yazıcı, E., Ultrasonik
sprey piroliz tekniğiyle küresel gümüş nano-parçacıklarının üretimi, İ.T.Ü. Fen
bilimleri Enstitüsü yüksek lisans tezi, 2009.
[6] Lines M.G., Nanomaterials
for Practical Functional Uses, Journal of Alloys and Compounds, 449, 242-245,
2008.
[7] Ates, H., Nano Parçacıklar
ve Nano Teller. GU J Sci Part:C , 3(1)(437-442), 2015.
[8] Nanoteknolojinedir.com,
http://nanoteknolojinedir.com/upload/files/201303190540Nanoteknoloj-ve-uygulamalari.pdf,
Erişim 2 Mayıs 2015.
[9] Doğan, G., Mikro Ve Nano
Hızlı Prototipleme, Yüksek Lisans Tezi, Y.T.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü,
İstanbul, 2007.
[10] Scenihr, The
appropriateness of Existing Methodologies to Assess the Potential Risks
Associated with Engineered and Adventitious Products of Nanotechnologies,
Committee Opinion, 58-59, 2006.
[11] Kumar, V., Nanosilicon,
ISBN: 978-0-08-044528-1, First Edition, 2007.
[12] Bhushan, B., Tribology
Issues and Opportunities in MEMS (Kluwer, Dordrecht 1998).
[13] Menceloğlu, Y. Z., Kırca,
M. B., Nanoteknoloji ve Türkiye, TÜSİAD, Yayın No -T/2008-11/474, Kasım 2008.
[14] Luther, W., International
Strategy and Foresight Report on Nanoscience and Nanotechnology, March 2004.
[15] Jon, J. K., 2006:
Functional Fillers and Nanoscale Minerals, ISBN 0873352475, 9780873352475, 33.
[16] Ahmed, W., Jackson, M.J.,
Hassan, I. U., Chapter 1 – Nanotechnology to Nanomanufacturing Carbon Nanotube
Reinforced Composites, CNR Polymer Science and Technology, Pages 1–36, 2015.
[17] Ganji, D. D., Kachapi, S.
H. H., Chapter 1 – Introduction to Nanotechnology, Nanomechanics,
Micromechanics, and Nanofluid, Application of Nonlinear Systems in
Nanomechanics and Nanofluids, Analytical Methods and Applications A volume in
Micro and Nano Technologies, Pages 1–11, 2015.
[18] Sanchez F, Sobolev, K.,
Nanotechnology in concrete – A review Florence Construction and Building
Materials 24, 2060–2071, 15 May 2010.
[19] NSTC, The National
Nanotechnology Initiative – Strategic Plan, Executive Office of the President
of the United States; December 2007.
[20] Bushan B., Handbook of
Nanotechnology, Third Edition, ISBN: 978-3-642-02524-2, 2010.
[21] Mao, Y., Wong, S.S., General,
Room-Temperature Method for the Synthesis of Isolated as Well as Arrays of
Single-Crystalline ABO4-type Nanorods, J. Am. Chem. Soc. 126, 15245–15252,
2004.
[22] Braun, E., Eichen, Y.,
Sivan, U., Ben-Yoseph, G., DNA templated Assembly and Electrode Attachment of a
Conducting Silver Wire, Nature 391, 775–778, 1998
.
[23] Sauer, G., Brehm, G.,
Schneider, S., Nielsch, K., Wehrspohn, R.B., Choi, J., Hofmeister, H., Gösele,
U., Highly Ordered Monocrystalline Silver Nanowire Arrays, J. Appl. Phys. 91,
3243–3247, 2002.
[24] Hornyak, G. L., Patrissi,
C. J., Martin, C.M., Fabrication, Characterization and Optical Properties of
Gold Nanoparticle/Porous Alumina Composites: The Nonscattering Maxwell–Garnett
Limit, J. Phys. Chem. B 101, 1548–1555, 1997.
[25] Zhang, X.Y., Zhang, L.D.,
Lei, Y., Zhao, L.X., Mao, Y.Q., Fabrication and Characterization of Highly
Ordered Au Nanowire Arrays, J. Mater. Chem. 11, 1732–1734, 2001.
[26] Cheng, Y. T., Weiner,
A.M., Wong, C.A., Balogh, M.P., Lukitsch, M.J., Stress-Induced Growth of
Bismuth Nanowires, Appl. Phys. Lett. 81, 3248–3250, 2002.
[27] Heremans, J., Thrush, C.
M., Lin, Y.-M., Cronin, S., Zhang, Z., Dresselhaus, M.S., Mansfield, J. F.,
Bismuth nanowire arrays: Synthesis, galvanomagnetic properties, Phys. Rev. B
61, 2921–2930, 2000.
[28] Piraux, L., Dubois, S.,
Duvail, J.L., Radulescu, A., Demoustier-Champagne, S., Ferain, E., Legras, R.,
Fabrication and Properties of Organic, Metal Nanocylinders in Nanoporous
Membranes, J. Mater. Res. 14, 3042–3050, 1999.
[29] Hong, K., Yang, F.Y., Liu,
K., Reich, D.H., Searson, P.C., Chien, C.L., Balakirev, F.F., Boebinger, G.S.,
Giant positive magnetoresistance of Bi nanowire arrays in high magnetic fields,
J. Appl. Phys. 85, 6184–618
[30] Yin,
A.J., Li, J., Jian, W., Bennett, A.J., Xu, J.M., Fabrication of Highly Ordered
Metallic Nanowire Arrays by Electrodeposition, Appl. Phys. Lett. 79, 1039–1041,
2001.
[31] Zhang,
Z., Ying, J.Y., Dresselhaus, M.S., Bismuth Quantum-Wire Arrays Fabricated by a
Vacuum Melting and Pressure Injection Process, J. Mater. Res. 13, 1745–1748,
1998.
[32] Zhang,
Z., Gekhtman, D., Dresselhaus, M.S., Ying, J.Y., Processing and
Characterization of Single-Crystalline Ultrafine Bismuth Nanowires, Chem.
Mater. 11, 1659– 1665, 1999.
[33] Huber,
T.E., Graf, M.J., Constant, P., Processing and Characterization of
High-Conductance Bismuth Wire Array Composites, J. Mater. Res. 15, 1816–1821,
2000.
[34] Li, L.,
Li, G., Zhang, Y., Yang, Y., Zhang, L., Pulsed Electrodeposition of Large-Area,
Ordered Bi1−xSbx Nanowire Arrays From Aqueous Solutions, J. Phys.
Chem. B 108, 19380–19383, 2004.
[35] Sander,
M.S., Prieto, A.L., Gronsky, R., Sands, T., Stacy, A.M., Fabrication of
High-Density, High Aspect Ratio, Large-Area Bismuth teLluride Nanowire Arrays
by Electrodeposition Into Porous Anodic Alumina Templates, Adv. Mater. 14,
665–667, 2002.
[36] Chen M.,
Xie, Y., Lu, J., Xiong, Y.J., Zhang, S.Y., Qian, Y.T., Liu, X.M., Synthesis of
Rod, Twinrod, and Tetrapodshaped CdS Nanocrystals Using a Highly Oriented Solvothermal
Recrystallization Technique, J. Mater. Chem. 12, 748–753, 2002.
[37] Xu, D.,
Xu, Y., Chen, D., Guo, G., Gui, L., Tang, Y., Preparation of CdS Single-Crystal
Nanowires by Electrochemically Induced Deposition, Adv. Mater. 12, 520–522,
2000.
[38]
Routkevitch, D., Bigioni, T., Moskovits, M., Xu, J.M., Electrochemical
Fabrication of CdS Nanowire Arrays in Porous Anodic Aluminum Oxide Templates,
J. Phys. Chem. 100, 14037–14047, 1996.
[39] Manna,
L., Scher, E.C., Alivisatos, A.P., Synthesis of Soluble and Processable Rod,
Arrow, Teardrop, and Tetrapod-Shaped CdSe Nanocrystals, J. Am. Chem. Soc. 122,
12700–12706, 2000.
[40]
Routkevitch, D., Tager, A.A., Haruyama, J., Al-Mawlawi, D., Moskovits, M., Xu,
J.M., Nonlithographic Nano-Wire Arrays: Fabrication, Physics, and Device
Applications, IEEE Trans. Electron. Dev. 43, 1646–1658, 1996.
[41] Xu D.S.,
Chen D.P., Xu Y.J., Shi X.S., Guo G.L., Gui L.L., Tang Y.Q.: Preparation of
II–VI group semiconductor nanowire arrays by dc electrochemical deposition in
porous aluminum oxide templates, Pure Appl. Chem. 72, 127–135 (2000).
[42] Adelung,
R., Ernst, F., Scott, A., Tabib-Azar, M., Kipp, L., Skibowski, M.,
Hollensteiner, S., Spiecker, E., Jäger, W., Gunst, S., Klein, A., Jägermann,
W., Zaporojtchenko, V., Faupel, F., Self-Assembled Nanowire Networks by
Deposition of Copper Onto Layered-Crystal Surfaces, Adv. Mater. 14, 1056–1061,
2002.
[43] Gao, T.,
Meng, G.W., Zhang, J., Wang, Y.W., Liang, C.H., Fan, J.C., Zhang, L.D.,
Template Synthesis of Singlecrystal Cu Nanowire Arrays by Electrodeposition,
Appl. Phys. A 73, 251–254, 2001.
[44] Al-Mawlawi,
D., Coombs, N., Moskovits, M.: Magneticproperties of Fe Deposited Into Anodic
Aluminumoxide Pores as a Function of Particle-Size, J. Appl. Phys. 70,
4421–4425, 1991.
[45] Li, F.,
Metzger, R.M., Activation Volume of α-Fe Particles in Alumite Films, J. Appl.
Phys. 81, 3806–3808, 1997.
[46] Sugawara,
A., Coyle, T., Hembree, G.G., Scheinfein, M.R., Self-Organized Fe Nanowire
Arrays Prepared by Shadow Deposition on NaCl(110) Templates, Appl. Phys. Lett.
70, 1043–1045, 1997.
[47] Cheng,
G.S., Zhang, L.D., Zhu, Y., Fei, G.T., Li, L., Mo, C.M., Mao, Y.Q., Large-Scale
Synthesis of Single Crystalline Gallium Nitride Nanowires, Appl. Phys. Lett.
75, 2455–2457, 1999.
[48] Cheng,
G.S., Zhang, L.D., Chen, S.H., Li, Y., Li, L., Zhu, X.G., Zhu, Y., Fei, G.T.,
Mao, Y.Q., Ordered Nanostructure of Single-Crystalline GaN Nanowires in a
Honeycomb Structure of Anodic Alumina, J. Mater. Res. 15, 347–350, 2000.
[49] Huang Y., Duan X., Cui Y.,
Lieber C.M., Gallium Nitride Nanowire Nanodevices, Nano Lett. 2,
101–104, 2002.
[50] Duan X., Lieber C.M.,
Laser-Assisted Catalytic Growth of Single Crystal GaN Nanowires, J. Am. Chem.
Soc. 122, 188–189, 2000.
[51] Berry A.D., Tonucci R.J.,
Fatemi M., Fabrication of GaAs, InAs Wires in Nanochannel Glass, Appl. Phys.
Lett. 69, 2846–2848, 1996.
[52] Heath, J.R., LeGoues,
F.K., A Liquid Solution Synthesis of Single-Crystal Germanium Quantum Wires,
Chem. Phys. Lett. 208, 263–268, 1993.
[53] Wu, Y., Yang, P.,
Germanium Nanowire Growth Via Simple Vapor Transport, Chem. Mater. 12, 605–607,
2000
.
[54] Zhang, Y.F., Tang, Y.H.,
Wang, N., Lee, C.S., Bello, I., Lee, S.T., Germanium Nanowires Sheathed With an
Oxide Layer, Phys. Rev. B 61, 4518–4521, 2000.
[55] May, S.J., Zheng, J.G.,
Wessels, B.W., Lauhon, L.J., Dendritic Nanowire Growth Mediated by aSelfassembled
Catalyst, Adv. Mater. 17, 598–602, 2005.
[56] Han, S., Li, C., Liu, Z.,
Lei, B., Zhang, D., Jin, W., Liu, X., Tang, T., Zhou, C., Transition Metal
Oxide Core-Shell Nanowires: Generic Synthesis and Transport Studies, Nano Lett.
4, 1241–1246, 2004.
[57] Zach, M.P., Ng, K.H.,
Penner, R.M., Molybdenum Nanowires by Electrodeposition, Science 290,
2120–2123, 2000.
[58] Sun, L., Searson, P.C.,
Chien, L., Electrochemical Deposition of Nickel Nanowire Arrays in
Single-Crystal Mica Films, Appl. Phys. Lett. 74, 2803–2805, 1999.
[59] Nielsch, K., Wehrspohn,
R., Fischer, S., Kronmüller, H., Barthel, J., Kirschner, J., Gösele, U.,
Magnetic Properties of 100 nm Nickel Nanowire Arrays Obtained from Ordered
Porous Alumina Templates, MRS Symp. Proc. 636, D1.9–1–D1.9–6, 2001.
[60] Wang, Y., Jiang, X.,
Herricks, T., Xia, Y., Single Crystalline Nanowires of Lead: Large-Scale
Synthesis, Mechanistic Studies and Transport Measurements, J. Phys. Chem. B
108, 8631–8640, 2004.
[61] Lifshitz, E., Bashouti,
M., Kloper, V., Kigel, A., Eisen, M.S., Berger, S., Synthesis and Characterization
of PbSe Quantum Wires, Multipods, Quantum Rods, Cubes, Nano Lett. 3, 857–862,
2003.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder