X
تبلیغات
رایتل

کِم سِنتر

روشهای تولید و فرآوری فولرن ها

فولرن c60

اغلب روش‌هایی که در تحقیقات مختلف برای تولید فولرن‌ها به کار می‌رود، از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نبوده و یا محصول به دست آمده از آن‌ها خواص مطلوبی ندارد. بنابراین در اینجا برخی از روش‌های اقتصادی و بهینه برای تولید فولرن‌ها بررسی می‌شود، که عبارتند از:

1. حرارت‌دهی از طریق مقاومت الکتریکی

2. حرارت‌دهی از طریق قوس الکتریکی

3. حرارت‌دهی به روش القائی

4. سنتز احتراقی فولرن‌ها

حرارت‌دهی از طریق مقاومت الکتریکی

کرتسمر و فاستیروپلوس ( Kratschmer, Fostiropoulos )برای اولین بار از این روش برای تولید فولرن‌ها استفاده نمودند. دستگاه مورد استفاده در این روش در شکل1 نشان داده شده است. این دستگاه شامل یک ظرف شیشه‌ای به شکل زنگ کلیسا است که به یک سیستم پمپاژ متصل است. گاز مورد استفاده در این آزمایش از طریق همین پمپ وارد محفظه می‌شود. درون ظرف شیشه‌ای و در مدخل ورودی گاز دو میله گرافیتی به هم متصل شده‌اند. این دو میله به واسطه اعمال فشار از یک فنر، همواره در تماس با یکدیگر هستند. نوک یکی از میله‌های گرافیتی به صورت مخروط تیز شده و نوک میله دیگر به صورت تخت است. این میله‌های گرافیتی به یک الکترود مسی متصل شده‌اند. برای جلوگیری از اکسیداسیون و شکل‌گیری مواد زائد، گاز درون محفظه شیشه‌ای خارج شده و به جای آن گاز هلیم با فشار torr 140  وارد محفظه می‌شود. بعد از اعمال ولتاژ بین دو میله گرافیتی، جریان الکتریکی از میله‌های گرافیتی عبور کرده و در محل تماس دو میله گرافیتی گرمای زیادی ایجاد خواهد شد. این امر منجر به درخشندگی زیادی در محل تماس دو میله گرافیتی می‌شود. حرارت تولید شده در این منطقه دمایی بین ?C 3000-2500 تولید می‌کند. این دما برای تولید ساختارهای کروی فولرن بسیار مناسب است. در نهایت در اثر این امر دوده‌ای در منطقه تماس تولید شده و به وسیله عمل جابجایی به مناطق سردتر دستگاه منتقل شده و در آنجا رسوب می‌کند.

شکل 1. دستگاه تولید کننده فولرن که توسط کرتسمر ساخته شد

بعد از انجام واکنش، مواد دوده‌ای شکلی در ظرف شیشه‌ای تولید می‌شود که احتمالاً حاوی ساختارهای کربنی دیگری غیر از فولرن‌ها نیز خواهد بود. برای جداسازی فولرن‌ها از این مواد، از حلال‌هایی مانند تولوئن استفاده می‌شود. راندمان تولید در این روش بین 10-15%  است. مزیت عمده تولید فولرن‌ها از این طریق، اصول ساده ساخت دستگاه مورد نظر است. این مزیت همراه با هزینه ساخت پایین، این روش را به یکی از مهمترین روش‌های تولید فولرن‌ها مبدل کرده است.

حرارت‌دهی از طریق قوس الکتریکی

روش تخلیه قوس بین دو میله گرافیتی به وسیله دانشمندی به نام اسمالی  ابداع شد و توسعه یافت. در روش حرارت‌دهی از طریق مقاومت الکتریکی اگر دو میله گرافیتی در فاصله بسیار نزدیکی از هم قرار گیرند و با هم در تماس نباشند، به جای ایجاد مقاومت الکتریکی در محل تماس میله‌های گرافیتی، یک قوس الکتریکی بین این دو برقرار شده و حرارت به این طریق بین دو میله ایجاد می‌شود. این فرایند اساس روش تولید فولرن‌ها از طریق قوس الکتریکی است. برای حفظ فاصله بین میله‌های گرافیتی در حین مصرف شدن آن‌ها از یک  فنر استفاده می‌شود. اگر فاصله بین میله‌های گرافیتی زیاد شود قوس از بین می‌رود و اگر دو میله با هم مماس شوند، قوس تماسی بین آن‌ها تولید می‌شود و منجر به تبخیر نامناسب گرافیت خواهد شد. راندمان چنین روشی حدود 15% است.

حرارت‌دهی به روش القائی

فولرن‌ها را می‌توان از طریق حرارت‌دهی القائی نمونه‌های کربنی نیز تولید نمود. در این روش میله گرافیتی روی یک نگهدارنده از جنس نیترید بور قرار داده شده وبه وسیله یک المان الکتریکی تبخیر می شود. تبخیر در دمای ?C2700 در اتمسفر هلیوم صورت می‌گیرد. برای تأمین چنین دمایی از جریان‌های متناوب با فرکانس‌های رادیویی استفاده می‌شود. این روش یک فرایند تولید پیوسته فولرن‌هاست. سرعت تولید هم در این روش مناسب است. به طوریکه در مدت 10 دقیقه، 1 گرم گرافیت تبخیر و حدود 80 تا 120 میلی‌گرم فولرن به دست می‌آید.

به جای گرافیت از منابع کربنی دیگری نیز می‌توان استفاده نمود. به عنوان مثال در یک نوع آزمایش از بخار استیلن به عنوان منبع کربن استفاده شده است. اگر از گازهای حاوی عنصر کربن مثل استیلن به عنوان منبع کربن استفاده شود، در اثر اعمال فرکانس‌های رادیویی به این گازها، پلاسمای درخشانی تولید خواهد شد.

سنتز احتراقی فولرن‌ها

برای تولید فولرن توسط این روش، مخلوطی از گازهای اکسیژن و بنزن استفاده می‌شود. به همراه گازهای اشاره شده در بالا، گاز آرگون نیز وارد محفظه دستگاه می‌شود (شکل 2).

 

شکل 2. دستگاه سنتز احتراقی فولرن‌ها

نقش آرگون کنترل اتمسفر محفظه و فشار گاز است. راندمان تولید این روش بستگی به شرایط اعمالی دارد. بسته به شرایط اعمال شده در این روش، نسبت تولید C70 به C60 بین 0.26 تا 5.7 متغیر است. این مقدار با افزایش فشار گاز بیشتر می‌شود. در تحقیقات انجام گرفته شرایط بهینه به صورت فشار گاز torr 20، دمای شعله حدود ?C1527، نسبت کربن به اکسیژن 0.995 و مقدار آرگون 10% گزارش شده است. لازم به ذکر است که در این روش هم مثل روش‌های قبلی، در دوده تولید شده به جز فولرن ساختارهای کربنی دیگری نیز وجود دارد. به نظر می‌رسد این روش در آینده یکی از روش‌های تولید فولرن‌ها در مقیاس صنعتی باشد.

 

گردآوری: مریم ملک دار

 http://www.tebyan.net/science_technology/nanotechnology/2008/8/27/72981.html

نظرات (0)
نام :
ایمیل : [پنهان میماند]
وب/وبلاگ :
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)