FORMATION OF CARBONACEOUS NANOPARTICLES FROM METHANE IN NON-EQUILIBRIUM PLASMA FLOW REACTOR
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Orta Doğu Teknik Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Kimya Mühendisliği Bölümü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2025
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: İBRAHİM BURAK ŞEN
Danışman: Necip Berker Üner
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Karbon evrendeki dördüncü en yaygın bulunan elementtir. Grafit, grafen, fulleren ve elmas dahil olmak üzere pek çok formda bulunabilir. Grafit ve elmas kristal yapıda bulunan karbon formlarıdır. Grafit yüksek elektrik ve ısı iletkenliği ve arakatkı kapasitesi nedeniyle batarya üretiminde kullanılır. Elmaslar kesim araçlarında kullanılırken nanoelmaslar ise kuantum bilgi işlemede ve biyogörüntüleme alanında kullanılabilmektedir. Bu parçacıkların termal dengede bulunan ortamlarda sentezi iyi bilinmesine karşın parçacık çekirdeklenmesinin zorluğu ve reaktör duvarlarında hızlı film oluşması gibi sebeplerden dolayı direkt gaz fazından dengesiz içten akmalı plazma reaktörlerinde sentezi henüz iyi oturmamıştır. Bu tezde, üretilen ve duvardan kopan parçacıkları mobilitelerine göre ayıran Stairmand tarzı bir siklon ayırıcı kullanımıyla gaz fazındaki metandan direkt olarak karbonlu nanoparçacık oluşumu çeşitli deneyler ve karakterizasyon yöntemleriyle test edilmiştir. Boyutlarına göre ayrılmış, bir başka deyişle saflaştırılmış parçacıklar XRD, Raman, TGA ve TEM gibi karakterizasyon yöntemleriyle incelenmiştir. Basınç, gaz kompozisyonu, plazma gücü gibi parametrelerin kristal boyutlarına etki ettiği görülmesine karşın en büyük etkiyi parçacıkların reaktörde kalış sürelerinin yaptığı görülmüştür. Artan reaktörde kalma süresi eşyönsüz (anizotropik) parçacık oluşumuna sebep olmuş olup XRD ve Raman ölçümleriyle kristal boyutları hesaplanmıştır. En çok kristalize olmuş parçacık için yatay düzlemdeki kristal boyutu 2.2 nm iken dikey düzlemdeki kristal boyutu 1.43 nm bulunmuştur. Buna karşın, yüksek çözünürlüklü TEM görüntüleri bu parçacıkların 8 nm'ye kadar kristaller içerdiğini göstermiştir. Bunlara ek olarak parçacık morfolojisinin reaktörde kalma süresi ve basınçla nasıl evrimleştiği gösterilmiştir. Bu tarz plazmalarda kristalize olmuş karbonlu parçacık üretmenin Si, metal oksitler ve diğer nanokristallerin üretimine göre çok daha fazla enerjiye ve daha yüksek basınçlara ihtiyaç duyduğu ve uzun reaktörde kalma süreleri gerektirdiği sonuçlarına varılmıştır. Bu çalışmada elde edilen sonuçlar ile, aynı deney düzeneği kullanılarak nanoelmas ve katkılı nanoelmas parçacıkları üretmek için bir altyapı oluşturulmuştur.