Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Simulation and Heat Treatment Process of Carbon Nanotube Modified Aluminum Alloy (ZL105)

Zhang Zigi, Pan Zhilin, Li Rong, Zeng Qi, Liu Yong, Wu Quan

Archives of Foundry Engineering

|

2023

|

Vol. 23, iss. 3

38--50

EN

To further improve the mechanical properties of carbon nanotubes (CNTs) modified aluminum alloy (ZL105), the first principle was used to build the atomic structure of the alloy system and the alloy system was simulated by the VASP. After that, the heat treatment process of the cast aluminium alloy material with CNTs to enhance the alloy performance by the orthogonal experiment. The results of the research show that: (1) The energy status of the alloy system could be changed by adding the C atoms, but it did not affect the formation and structural stability of the alloy system, and the strong bond compounds formed by C atoms with other elements inside the solid solution structure can significantly affect the material properties. (2) The time of solid solution has the greatest influence on the performance of material that was modified by CNTs. The solution temperature and aging temperature were lower strength affection, and the aging time is the lowest affection. This paper provides a new research method of combining the atomic simulation with the casting experiment, which can provide the theoretical calculations to reduce the experiment times for the casting materials’ performance improvement.

2

The microstructures of in-situ synthesized TiC by Ti-CNTs reaction in Cu melts

Xu Xuexia, Wang Yong, Wang Qing, Dong Guozhen, Li Wenbin, Li Guowei, Lv YaDong, Zhang Jin, Ding Haimin

Materials Science Poland

|

2022

|

Vol. 40, No. 1

145--158

EN

In order to study the influence of the carbon nanotubes (CNTs) as a source of carbon on the microstructure of in-situ synthesized TiC in Cu melts, CNTs and Ti powders were introduced into melted Cu to prepare TiC-reinforced Cu matrix composites. The influence of Ti/C ratio and Si on the microstructures and properties of the composites were also examined. It is found that CNTs can be effectively wetted through the Ti-C reaction and successfully introduced into Cu melt to synthesize TiC. In examining the changes in Ti/C ratio, it was found that an increase in the Ti content may result in the decrease of TiC agglomeration and improvement of TiC dispersion, while simultaneously causing an increase in the TiC particle size. Besides, while the addition of Si into Ti-CNTs mixture can also improve the distribution of TiC, the effect is weak compared with that of increasing the content of Ti. It was also found that the highest hardness (238.8 HV) is achieved by the Cu-Ti-C composite with the highest Ti/C ratio, while the electrical conductivities of all the prepared composites are relatively low, which should be due to the insufficient reaction between Ti and CNTs.

3

Wpływ nanorurek węglowych (CNTs) na parametry mechaniczne kamieni cementowych w warunkach HPHT

Kędzierski Miłosz, Rzepka Marcin, Kremieniewski Marcin

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 2

106--117

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań wpływu nanorurek węglowych (CNTs) na parametry mechaniczne kamieni cementowych w warunkach HPHT. W badaniach zastosowano wielościenne nanorurki węglowe (MWCNTs) o średnicy zewnętrznej 10–20 nm i długości 10–30 µm. Do zaczynów dodawano 0,1% nanorurek węglowych. Receptury cementowe opracowane zostały w Laboratorium Zaczynów Uszczelniających Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego. Badania przeprowadzono w warunkach podwyższonego ciśnienia i temperatury w zakresie temperatur 60–130C i zakresie ciśnień 25–80 MPa. W przypadku temperatury 60C jako spoiwo wiążące zastosowano cement portlandzki CEM I 42,5R oraz cement wiertniczy G. Zaczyny dla temperatur od 80C do 130C sporządzono na osnowie cementu wiertniczego G. Przy opracowywaniu receptur kierowano się wymaganiami, jakie powinien spełniać zaczyn cementowy użyty do cementowania rur okładzinowych w warunkach występowania bardzo wysokich temperatur oraz ciśnień złożowych. Zaczyny po- siadały gęstość od około 1840 kg/m3 (zaczyny dla temperatury 60C) do około 2250 kg/m3 (zaczyny z dodatkiem hematytu). Badania wytrzymałości na ściskanie i przyczepności do rur prowadzono po 2, 7, 14 i 28 dniach. Opracowano receptury o bardzo dobrych parametrach technologicznych, które po utwardzaniu (po okresie 28 dni hydratacji) posiadały bardzo wysokie wartości wytrzymałości na ściskanie, osiągające nawet do 44 MPa. Uzyskano również wysokie wartości przyczepności kamienia cementowego do rur, dochodzące do około 8 MPa po 28 dniach hydratacji, oraz wytrzymałości na zginanie, wynoszące około 11 MPa. Przeprowadzone badania ujawniają pozytywny wpływ dodatku nanorurek węglowych na wytrzymałość kamieni cementowych z ich dodatkiem. Zmodyfikowane w ten sposób kamienie charakteryzują się wysokimi wartościami wytrzymałości na ściskanie oraz wysokimi przyczepnościami do rur stalowych. Konieczne są jednak dalsze badania w kierunku określenia wpływu nanorurek węglowych na mikrostrukturę stwardniałych zaczynów cementowych. Niezbędne jest również kontynuowanie badań nad określeniem optymalnych ilości tych środków oraz doborem najbardziej kompatybilnych dodatków do zaczynów cementowych działających w sposób optymalny w połączeniu z nanocząsteczkami.

EN

The article presents the results of testing the influence of carbon nanotubes on the mechanical parameters of cement stones under HPHT conditions. Multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with an external diameter of 10–20 nm and a length of 10–30 μm were used for testing. 0.1% of carbon nanotubes was added to the cement slurry. Laboratory tests of cement slurries were carried out at Oil and Gas Institute – National Research Institute. The tests were carried out under conditions of increased pressure and temperature in the temperature range of 60–130C and the pressure range of 25–80 MPa. CEM I 42.5R Portland cement and Class G drilling cement were used to make the slurries at temperature of 60o C. Cement slurries for temperatures from 80o C to 130o C were prepared on the basis of class G drilling cement. The recipes were developed on the basis of the requirements to be met by cement slurry for the cementing of casing under conditions of very high temperatures and reservoir pressures. The densities of tested slurries ranged from 1,840 kg/m3 (slurries at a temperature of 60C) to 2.250 kg/m3 (slurries with the addition of hematite).Compressive strength tests and adhesion measurements were carried out after 2, 7, 14 and 28 days. Cement slurry recipes with very good technological parameters were developed, which after curing (after 28 days of hydration) showed very high values of compressive strength, reaching up to 44 MPa. Cements were characterized by high values of adhesion to pipes reaching up 8 MPa after 28 days and flexural strength of about 11 MPa. The test results show that the addition of carbon nanotubes has a positive effect on the mechanical strength of cement stones with their addition. The stones modified in this way are characterized by high compressive strength and high adhesion to steel pipes. Further research is needed to determine the influence of carbon nanotubes on the microstructure of hardened cement slurries. It is also necessary to conduct further research on the determination of the optimal amounts of these agents and the selection of the most compatible additives for cement slurries that work optimally in combination with nanoparticles.

4

Tuning the Laser Ignition Properties of Nitrocellulose-Nitroglycerine-Hexogen Propellants via Incorporation of Carbon Nanotubes

Shi Xianrui, Jia Yongjie, Chen Linyu, Tian Lu, Shen Jinpeng, Pei Chonghua

Central European Journal of Energetic Materials

|

2021

|

Vol. 18, no. 3

385--404

EN

Near infrared laser ignition is challenging owing to the poor near infrared laser absorption of nitrocellulose-nitroglycerine-hexogen (NC-NG-RDX) propellants. Less than 1 wt.% of carbon nanotubes (CNTs) were uniformly dispersed into the NC-NG-RDX propellants to tune its near infrared laser ignition property. The effects of CNTs on the thermal decomposition, near infrared light absorption and thermal conductivity of NC-NG-RDX propellants were studied. The near infrared laser ignition property of NC-NG-RDX propellants doped with CNTs were investigated compared with raw NC-NG-RDX propellant. The decomposition property and thermal conductivity of NC-NG-RDX propellants doped with CNTs were little changed due to the small quantity of CNTs. The laser reflectivity of the composite propellants decreased obviously as the content of CNTs was increased because of the high laser absorption property of CNTs. The laser ignition performance of the composites propellants is substantially improved by the incorporation of 0.5 wt.% or less CNTs and the successful ignition time decreases remarkably. Higher CNT content, such as 0.75 wt.% can lead to failure of laser ignition due to the excessive laser absorption efficiency and heating rate of the radiated region of the composite propellants together with inefficient deflagration. Our research reveals that the appropriate proportion of CNTs can potentially be used as a laser sensitizer for realizing effective infrared laser ignition of NC-NG-RDX propellants.

5

Evaluation of the properties of polymer composites with carbon nanotubes in the aspect of their abrasive wear

Krzyżak A., Kosicka E., Szczepaniak R., Szymczak T.

Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering

|

2019

|

Vol. 95, nr 1

5--12

EN

Purpose: Carbon nanotubes are used in composite materials due to the improvement of (including tribological) properties of composites, especially thermoplastic matrix composites. This demonstrates the potential of CNTs and the validity of research on determining the impact of this type of reinforcement on the composite materials under development. Design/methodology/approach: The article presents selected results of research on polymer composites made of C.E.S. R70 resin, C.E.S. H72 hardener with the addition of a physical friction modifier (CNTs) with a percentage by volume of 18.16% and 24.42%, respectively, which also acts as a reinforcement. The produced material was subjected to hardness measurements according to the Shore method and EDS analysis. The study of abrasive wear in reciprocating movement was carried out using the Taber Linear Abraser model 5750 tribotester and a precision weight. The surface topography of the composite material after tribological tests was determined using scanning electron microscopy (SEM). Some of the mentioned tests were carried out on samples made only of resin, used as the matrix of the tested polymer composite. Findings: Carbon nanotubes used in polymer matrix composites, including bisphenol A/F epoxy resin have an influence on the tribological properties of the material. The addition of carbon nanotubes contributed to a 24% increase in the Ra parameter relative to pure resin, to a level corresponding to rough grinding of steel. Research limitations/implications: The results of the tests indicate the need to continue research in order to optimize the composition of composites in terms of operating parameters of friction nodes in broadly understood aviation. Originality/value: The analysed literature did not find any studies on the impact of the addition of carbon nanotubes on epoxy resins based on bisphenol A/F. Due to the wide scope of application of such resins, the properties of such composite materials in which carbon nanotubes are the reinforcing phase have been investigated.

6

Thermal conductivity of CNT - wated nanofluids: a review

Akhilesh M., Santarao K., Babu M. V. S.

Mechanics and Mechanical Engineering

|

2018

|

Vol. 22, nr 1

207--220

EN

In heat transportation applications, water is most commonly used fluid. The efficiency of equipment used in these applications depends on thermal characteristics of water used. The thermal characteristics of water could be upgraded by suspending high thermal conducting solid nanoparticles. In this paper an attempt has been made to know how the use of surfactants and functionalization of carbon nanotube walls can affect the thermal characteristics and stability of nanofluid. A thorough analysis of collected literature revealed that carbon nanotubes have much higher thermal conductivity than any other nanoparticles and hence improve the thermal properties of water when suspended in them. Further it is concluded that suspension of carbon nanotubes in water requires use of surfactant or functionalization of carbon nanotube walls with proper group. By setting optimum pH and better dispersion, better thermal conductivity is possible. Experimental studies in the literature survey reveal that chemical stabilization techniques and physical stabilization techniques together decide the stability of the nanofluid.

7

CNTs alter the biocompatibility of PAN-derived CNFs

Benko A., Kolecka B., Nocuń M., Menaszek E., Błażewicz M.

Engineering of Biomaterials

|

2017

|

Vol. 20, no. 143 spec. iss.

71

8

Badania odkształcalności kompozytów Cu-C oraz Cu-CNT’s

Kwaśniewski P., Kiesiewicz G., Knych T., Mamala A., Kawecki A., Smyrak B., Ściężor W., Sieja-Smaga E., Gniełczyk M.

Hutnik, Wiadomości Hutnicze

|

2015

|

Vol. 82, nr 1

76--80

PL

Jeden z światowych kierunków badawczych koncentruje się na poszukiwaniu nowych materiałów, które to pozwoliłyby na zwiększenie efektywności pracy lub obniżenie kosztów wytwarzania różnego typu urządzeń. W szczególności poszukuje się nowych materiałów na cele elektryczne o przewodności elektrycznej przewyższającej stosowaną powszechnie miedź. Jak wynika z analiz takie możliwości dają kompozyty miedź-węgiel, które przy wykorzystaniu wysokich własności materiałów węglowych (grafen, nanorurki) umożliwiać mają wzrost własności użytkowych tego typu kompozytów, w stosunku do czystej miedzi. W ramach artykułu przedstawiono wyniki badań odkształcalności kompozytów miedź-węgiel aktywowany oraz miedź-CNT’s metodą ciągnienia, a także badań ich własności końcowych.

EN

One of the global direction of research is concentrated on development of new type of materials, which will allow to enhance work efficiency and to low the production costs of various devices. In particular scientists are looking for new type of materials for electrical applications with above standard electrical properties (higher than commonly used copper). Conducted literature analysis shows that this type of improvement can be achieved with the use of nanometric carbon materials (graphene, CNT’s) combined with copper (as matrix). Within the article research results of formability of Cu-C composites (Cu-activated carbon and Cu-CNT’s) in cold drawing process were presented. Also characterization of obtained wires properties was included.

9

Biodegradable Poly(Lactic Acid)/Multiwalled Carbon Nanotube Nanocomposite Fabrication Using Casting And Hot Press Techniques

Park S. G., Abdal-Hay A., Lim J. K.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2015

|

Vol. 60, iss. 2B

1557--1559

EN

Biodegradable advanced polymer composites have recently received a large amount of attention. The present study aimed to design poly(lactic acid) multiwalled carbon nanotube nanocomposites (PLA/MWCNTs) using a simple fabrication technique. A PLA sheet was first dissolved in dichloromethane, and MWCNTs were subsequently added at various concentrations (0.5, 1.5 and 5%) while applying shear strain stirring to achieve dispersion of carbon nanotubes (CNTs). These solutions were then molded and a hot press was used to generate sheets free of voids with entrapped solvent. The prepared samples were characterized using field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), x-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and thermogravimetric analysis (TGA). Our data showed composite samples free of defects and voids, indicating that the hot press is capable of generating sufficiently compact polymer matrices. Additionally, TGA and FTIR showed significant bonding interactions between the PLA matrix and the nano-fillers. Collectively, our results suggest that incorporation of CNTs as nano-fillers into biodegradable polymers may have multiple applications in many different sectors.

10

Preliminary studies of interaction between nanotubes and toll-like receptors

Mozolewska M. A., Krupa P., Rasulev B., Liwo A., Leszczyński J.

TASK Quarterly : scientific bulletin of Academic Computer Centre in Gdansk

|

2014

|

Vol. 18, No 4

351--355

EN

Toll-like receptors ( TLR s) are a group of proteins which play a crucial role in the innate immune system. The main function of TLR s is to recognize structurally conserved molecules, which are inserted to the organism of the host by microbes, and then to activate the immune response. Current development of drugs is often connected not only with the drug itself, but also with the way it is delivered into the human body to interact direc tly with the source of the problem. Carbon nanostructures, particularly nanotubes, are one of the car rier molecules of the future. However, there is still no knowledge about the exact mechani sms of toxicity and possible interactions with macromolecules, such as proteins. In our study we tr ied to determine, if the nanotubes could interfere with the innate immune system by interac ting with TLR s. For this purpose, we used the following TLR structures downloaded from the RCSB Protein Data Bank: TLR 2 (3 A 7 C ), TLR 4/ MD (3 FXI ), TLR 5 (3 V 47), TLR 3 (2 A 0 Z ), and the complexes of TLR 1/ TLR 2 (2 Z 7 X ) and TLR 2/ TLR 6 (3 A 79). The preliminary results of our Steered Molecular Dynamics ( SMD ) simulations have shown that nanotubes interact very strongly with the binding pockets of some receptors ( e.g. TLR 2), which results in their binding to these sites without subst antial use of the external force.

11

Studies on obtaining Cu-CNT composites by continuous casting method

Kwaśniewski P., Kiesiewicz G.

Metallurgy and Foundry Engineering

|

2014

|

Vol. 40, no. 2

83--92

EN

The progress of civilization force that we look for new materials with higher exploitation properties that can be used in different types of installations and will allow to increase their technological potential. One of the research trends is concentrated on the search of new materials with the above standard electrical conductivity, mechanical and rheological properties, higher thermal resistance and technological properties, all in comparison to pure copper. One of the ideas of such material is composite produced from copper and high quality carbon materials (CNT’s or graphene). Regarding to the above, presented paper refers to the research results concentrated on the metallurgical synthesis of Cu-CNT’s materials obtained with the use of the continuous casting method. Within this paper research works over the synthesis method and obtained material characterization, for electrical, mechanical and structural properties (for both as cast and after cold drawing tempers) are shown

PL

Postęp cywilizacyjny wymusza ciągły rozwój i poszukiwanie nowych materiałów o coraz wyższych własnościach eksploatacyjnych, które zastosowane w różnego typu urządzeniach pozwolą na zwiększenie ich własności użytkowych. Jeden z nurtów koncentruje się na poszukiwaniu materiału, który będzie charakteryzował się większą przewodnością elektryczną, jak również większą wytrzymałością mechaniczną, reologiczną czy odpornością cieplną w stosunku do czystej miedzi, przy zachowaniu wysokich własności technologicznych. Obecny stan wiedzy skłania do wniosku, że będzie to możliwe przez łączenie miedzi z wysokiej jakości materiałami węglowymi w postaci nanorurek czy grafenu. Wobec powyższego niniejsza praca koncentruje się na badaniach nad możliwością wytwarzania kompozytów Cu-CNT’s metodą metalurgicznej syntezy miedzi i nanorurek w procesie odlewania ciągłego. W artykule przedstawione zostaną badania nad procesem uzyskiwania kompozytów Cu-CNT’s oraz ich charakterystyka ze względu na własności elektryczne, mechaniczne i strukturalne. Badania prowadzono na odlewach oraz drutach uzyskanych w procesie ciągnienia.

12

Elektrotermiczna synteza nanorurek węglowych pod ciśnieniem atmosferycznym

Szymański Ł

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2013

|

Z. 452

1--169

PL

W rozprawie przedstawiono wybrane zagadnienia związane z termicznym procesem syntezy nanorurek węglowych w reaktorach pod ciśnieniem atmosferycznym. Po wstępie, w rozdziale pierwszym zostały przedstawione zagadnienia I podstawowe dotyczące syntezy i wzrostu nanorurek węglowych oraz możliwości zastosowania nanorurek węglowych w różnych gałęziach przemysłu. Kolejny rozdział zawiera przegląd metod syntezy nanorurek węglowych w reaktorach pracujących pod obniżonym ciśnieniem. W rozdziale tym zawarto przegląd kilku wybranych metod syntezy, w tym metodę elektrołukową, która była etapem pierwszych prac autora i dała mu w tym zakresie niezbędne doświadczenie. Kolejnych sześć rozdziałów to główna część pracy. W rozdziale trzecim są opisane nowo opracowane i zbudowane reaktory do syntezy nanorurek węglowych metodami elektrotermicznymi pod ciśnieniem atmosferycznym. Powstały one w znacznej większości z udziałem autora pracy. Rozdział ten zawiera również opisy konstrukcji reaktorów i obliczenia termiczne komory reakcyjnej, a także przebieg procesu termodynamicznego i analizę doboru reagentów. Skupiono się głównie na reaktorach z rezystancyjnym wytwarzaniem ciepła oraz na reaktorach wykorzystujących plazmę mikrofalową. W końcowej części rozdziału przedstawiono reaktor do syntezy nanorurek węglowych na podłożu ruchomym. Kolejne rozdziały zawierają wyniki prac nad syntezą nanorurek węglowych oraz analizę tych wyników. W rozdziale czwartym przedstawione zostały wyniki badań wykonanych w nowatorskim układzie syntezy nanorurek węglowych w przestrzeni gazowej. Wykorzystywana w nim plazma mikrofalowa jest źródłem energii niezbędnej do aktywacji katalizatora, a także do syntezy nanorurek węglowych, która zachodzi w przestrzeni gazowej. Kolejny rozdział zawiera wyniki badań syntezy i osadzania nanorurek na różnych podłożach. Zaprezentowano w nim badania termicznej syntezy nanorurek węglowych na podłożach wykonanych z krzemu, folii stalowej (stal nierdzewna) oraz na podłożach nieprzewodzących prądu elektrycznego (materiały włókiennicze). W odrębnych podrozdziałach opisane są również możliwości zastosowania dodatkowych czynników zewnętrznych wpływających na dynamikę termicznego procesu syntezy nanorurek węglowych. Analizowano, między innymi, wpływ wody i wodoru na efektywność procesu. W pracy zawarto syntetyczny opis stosowanych podłoży oraz sposobu ich przygotowania do nanoszenia nanorurek węglowych. Kolejna część pracy stanowi kompendium doboru katalizatorów umożliwiających termiczne przyśpieszenie opisywanych procesów. Przedstawiono metody charakteryzacji nanorurek węglowych oraz służące ich oczyszczaniu. W tej części pracy przedstawiono także metody mogące służyć diagnostyce nanorurek węglowych. W kolejnym rozdziale są zawarte informacje dotyczące funkcjonalizacji nanorurek węglowych. Dodatkowo, zostały zawarte przykładowe testy podłoży uzyskanych w badaniach, mogących służyć do otrzymywania elektrod superkondensatorów.

EN

The dissertation discusses selected topics related to the thermal processes of carbon nanotubes synthesis at atmospheric pressure reactors. The first part presents basics of the synthesis, growth and most popular targeting of carbon nanotubes including application in various industries. This part also provides an overview of a few selected synthesis methods including the arc method, which was the first step in the author’s researches and allowed him to gain the necessary experience. The second part consists of six chapters, which state the main section of this dissertation. The third chapter describes the newly developed and built reactors for the synthesis of CNTs by electrothermal methods at atmospheric pressure. The author made a large contribution to the development of the mentioned reactors. This chapter also contains descriptions of the construction of reactors, descriptions of the thermodynamic process, thermal chamber reaction calculations and analysis of selected reagents. Author focused in his work mainly on resistive heating reactors and those using microwave plasma. The reactor for the synthesis of carbon nanotubes on a moving substrate is also presented in the end of this section. Next chapters contain results of research on CNTs synthesis and the analysis of these results. The fourth chapter presents results of tests carried out in innovatory synthesis system of carbon nanotubes in the vapour space. The microwave plasma was used as a source of energy required to activate the catalyst, as well as for the carbon nanotubes synthesis. This process occurs in the gas space. The next chapter contains synthesis results and deposition of carbon nanotubes on different substrates made of: silicon, steel foil (stainless steel), non-conductive surfaces of electrical current (textiles). The separate sections describe the possibility of applying additional external factors affecting the thermal dynamics of the CNTs synthesis. The author also analyzes the effects of water and hydrogen on the effectiveness of the process. The further part of this dissertation contains a synthetic description of appropriate substrate and the way of preparation for the application of carbon nanotubes. The next part of this work is a compendium of catalysts selection, which allows thermal acceleration of described processes. In this section, author presents ways of purifying of CNTs used during his research, as well as the ways of making characteristics and diagnostics of carbon nanotubes. The last section provides information about functionalization of carbon nanotubes. It additionally includes sample tests obtained in research of substrates, which can be used to obtain supercapacitors electrodes.

13

Elektrołukowa synteza nanorurek węglowych w warunkach lokalnej równowagi termodynamicznej

Raniszewski G.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

|

2013

|

Z. 469

1--160

PL

Tematyka pracy obejmuje podsumowanie dotychczasowych prac autora dotyczących wykorzystania elektrołukowych metod syntezy nanorurek węglowych przy obniżonym ciśnieniu. Mimo iż w zastosowanym układzie ciśnienie gazu roboczego jest w przybliżeniu o połowę niższe od ciśnienia atmosferycznego, to w kanale łukowym występuje głównie jonizacja zderzeniowa – termiczna. Dlatego przyjęto w takim przypadku stan plazmy zbliżony do lokalnej równowagi termodynamicznej. Omówione zagadnienia dotyczą wpływu parametrów wyładowania łukowego na parametry plazmy, a w konsekwencji parametry strumienia par węgla, w którym atomy węgla łączą się w nanorurki węglowe i osadzają się w postaci depozytu na katodzie lub w postaci mieszaniny sadzy, węgla amorficznego i nanorurek na ścianach komory reaktora. Zagadnienia referowane w rozprawie w szczególności dotyczą: wpływu katalizatorów na syntezę nanorurek węglowych, dynamiki transferu par węgla tworzącego depozyt, wpływu parametrów łuku na rozkład temperatury w biorącej udział w procesie anodzie i katodzie (depozycie katodowym) oraz syntezy nanorurek węglowych w polu magnetycznym. W pierwszej kolejności przedstawiono podstawy teoretyczne nanotechnologii oraz dokonano wprowadzenia do tematyki związanej z nanocząsteczkami węglowymi – opisano różnice pomiędzy najczęściej spotykanymi fulerenami, nanorurkami, nanodrutami, grafenem i nanowłóknami. Następnie skupiono się na nanorurkach węglowych – ich właściwościach i budowie. Oddzielną część stanowi opis metod charakteryzacji, których obecny rozwój następuje w sposób równie gwałtowny jak rozwój nanotechnologii. Na koniec przedstawiono metody oczyszczania i syntezy nanorurek węglowych. Druga część rozprawy została poświęcona przedstawieniu własnych doświadczeń związanych z łukowymi metodami syntezy nanorurek węglowych. Opisano tutaj skonstruowane stanowisko badawcze, przedstawiono wyniki badań przy wprowadzaniu do układu dodatkowego katalizatora. Zaproponowano nowe sposoby wyznaczania masy par węgla w połączeniu ze znanymi modelami charakterystycznymi dla łuku krótkiego. W pracy zamieszczono także rozważania dotyczące zastosowania pola magnetycznego wspomagające proces wzrostu depozytu katodowego. Uzyskane wyniki badań i obliczeń mają duże znaczenie praktyczne w zakresie modelowania zjawisk zachodzących podczas syntezy nanomateriałów metodami łukowymi. Nowe podejście do problemu pozwoli na udoskonalenie stosowanych obecnie technologii i zwiększenie wydajności syntezy nanorurek węglowych. Badania przedstawione w niniejszej pracy były częściowo finansowane przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego jako projekty badawcze w latach 2009-2013 – projekt badawczy „Właściwości łuku elektrycznego determinujące proces syntezy nanorurek węglowych” [Raniszewski i in. 2013] oraz projekt badawczy „Badanie wpływu zewnętrznego pola magnetycznego na właściwości plazmy łukowej warunkujące efektywną syntezę nanorurek węglowych” [Kołaciński i in. 2012b].

EN

The presented work describes a summary of author's experiences related to electric arc discharge methods of carbon nanotubes synthesis under reduced pressure. Although the applied systems use approximately half of the atmospheric pressure, author expects that in the arc channel mainly thermal (ionization) collisions occur. Therefore it is assumed that the plasma is in the near local thermodynamic equilibrium state (LTE). The discussed problems concern the influence of the arc parameters on plasma channel temperature, composition, partial pressure etc. and, in consequence, the parameters of the vapor stream. This stream forms deposit on the cathode surface which contains carbon nanotubes. Carbon elements may also be collected on the reactor walls as a mixture of soot, amorphous carbon and carbon nanotubes. Issues referred in this work are particularly connected with influence of catalysts on carbon nanotubes synthesis, dynamics of carbon mass transfer from anode to cathode, the influence of the arc parameters on temperature distribution in electrodes and cathode deposit, the synthesis of carbon nanotubes supported by a magnetic field. First chapters present the theoretical background of nanotechnology. Then the differences between carbon nanoparticles are described. Author focused on carbon nanotubes - their properties and structure. A separate chapter describes methods of carbon nanotubes characterization. Finally purification methods were described. The author's own experimental results were described in the second part of the thesis. This part describes constructed research set-ups, presents the results of investigations of carbon nanotubes synthesis with and without catalyst. New methods for determining of carbon atom mass flux were proposed. These methods employ known models characteristics for short arc discharge. The work also includes a discussion of the application of a magnetic field to support the cathode deposit growth process. The results of experiments and calculations have a great practical potential in modeling of phenomena which occur during the synthesis process. A new approach to the problem will improve the currently used technologies and increase the carbon nanotubes creation efficiency. The research presented here was partially financed by the Ministry of Science and Higher Education as research projects in 2009-2013.

14

Chemiresistive gas sensors based on carbon nanotubes – fabrication and application

Frymark A. M.

Zeszyty Naukowe Wydziału ETI Politechniki Gdańskiej. Technologie Informacyjne

|

2012

|

T. 20

11--16

EN

Many types of sensors have been invented to identify and quantify chemical contaminants in the gas phase. Sensors based on carbon nanotubes are particularly attractive because of their wide range of applications and potential use in an electronic nose that can be controlled using algorithms of Articificial Inteligence. Sensor functions, fabrication and selected applications are reviewed and discussed with focus on chemiresistors. Drawbacks and challenges in applications are also addressed.

PL

Wiele typów czujników zostało wynalezionych do identyfikacji i oznaczania ilościowego chemicznych zanieczyszczeń gazowych. Czujniki z nanorurek węglowych są szczególnie atrakcyjne ze względu na szerokie możliwości aplikacji i potencjalne zastosowanie w elektronicznym nosie sterowanym algorytmami sztucznej inteligencji. Opisano wykonanie i sposób działania czujników chemirezystancyjnych, a także wybrane zastosowania. Przedyskutowano również wady obecnych rozwiązań oraz możliwości rozwoju.