Wyniki wyszukiwania - BazTech

Ograniczanie wyników

2 Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

2 2013

Znaleziono wyników: 2

Liczba wyników na stronie

Wyniki wyszukiwania

Wyszukiwano:
w słowach kluczowych: nanotubes synthesis

Sortuj według:

Ogranicz wyniki do:

Elektrotermiczna synteza nanorurek węglowych pod ciśnieniem atmosferycznym

Szymański Ł

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

2013

Z. 452

1--169

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.

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.

Elektrołukowa synteza nanorurek węglowych w warunkach lokalnej równowagi termodynamicznej

Raniszewski G.

Zeszyty Naukowe. Rozprawy Naukowe / Politechnika Łódzka

2013

Z. 469

1--160

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].

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.