Kemal ARSLAN, Atilla Mirati MURATHAN, Hatice Begüm MURATHAN

BOR NİTRÜR MİKROTÜP (BNMT) SENTEZİNE REAKSİYON SÜRESİNİN ETKİSİ

Bu çalışmada, katalitik tavlama yöntemi ile 1400 °C reaksiyon sıcaklığında amorf bor tozu ve azot gazından (N2) MnO2 eşliğinde BNMT’ler sentezlenmiştir. Deneysel çalışmalar, N2 atmosferi kontrollü grafit fırında, kütlece 1/1 bor/MnO2 oranında ve farklı reaksiyon sürelerinde (2-6 saat) tamamlanmıştır. XRD analiz sonuçlarından reaksiyon süresi arttıkça h-BN kristalitesinin arttığı ve 207 Å ile en yüksek kristal büyüklüğünün elde edildiği 6 saatlik reaksiyon süresinin çalışma için en uygun reaksiyon süresi olduğu görülmüştür. FT-IR analiz sonuçlarından reaksiyon süresi arttıkça B-N gerilme ve B-N-B eğilme titreşimlerine ait pik alanlarının dolayısı ile h-BN oluşumunun arttığı ve çalışma için en uygun reaksiyon süresinin 6 saat olduğu anlaşılmıştır. EDX analiz sonuçlarından faydalanılarak 1,03 olarak bulunan B/N atomik oranının h-BN’deki B atomu ile N atomunun kimyasal stokiyometrik oranı (1,00) ile uyumlu olduğu tespit edilmiştir. SEM analiz sonuçlarından sentezlenen BNMT’lerin çaplarının 394-633 nm, boylarının ise 3,13-6,12 µm aralığında değiştiği belirlenmiştir. Hacimsel gözenek boyutu dağılımı sonuçlarından, sentezlenen malzemenin 16,997 Å ortalama gözenek yarıçapına sahip taneciklerden oluşan mezo gözenekli yapıda olduğu anlaşılmıştır. Sonuç olarak, 1400 °C sıcaklığında gerçekleştirilen BNMT’lerin sentez reaksiyonunda süre arttıkça reaksiyon veriminin arttığı ve en yüksek reaksiyon verimine 6 saatlik reaksiyon süresi sonunda % 81,20 ile ulaşıldığı görülmüştür.

Anahtar Kelimeler:

Bor nitrür, mikrotüp, nanoteknoloji, katalitik tavlama, sentez, karakterizasyon

PDF

___

Huang, Y., Bando, Y., Tang, C., Zhi, C., Terao, T., Dierre, B., Sekiguchi, T. ve Golberg, D., “Thin-Walled Boron Nitride Microtubes Exhibiting Intense Band-Edge UV Emission”, Nanotechnology, Cilt 20, No 2009, 085705–11, 2009.
Ahmad, P., Khandaker, M. U., Khan, Z. R., ve Amin, Y. M., “A Simple Technique to Synthesize Pure and Highly Crystalline Boron Nitride Nanowires”, Ceramics International, Cilt 40, No 9, 14727–14732, 2014.
Xu, Y. N. ve Ching, W. Y., “Calculation of Ground-State and Optical Properties of Boron Nitrides in the Hexagonal, Cubic, and Wurtzite Structures”, Physical Review B, Cilt 44, No 15, 7787–7798, 1991.
Wang, J., Gu, Y., Zhang, L., Zhao, G. ve Zhang, Z., “Synthesis of Boron Nitride Nanotubes by Self-Propagation High-Temperature Synthesis and Annealing Method”, Journal of Nanomaterials, Cilt 2010, 1–6, 2010.
Singhal, S. K., Srivastava, A. K., Singh, B. P. ve Gupta, A. K., “Synthesis and Characterization of Boron Nitride Nanotubes Using a Simple Chemical Method” Indian Journal of Engineering and Materials Sciences, Cilt 15, No 5, 419–424, 2008.
Zhong, B., Huang, X., Wen, G., Yu, H., Zhang, X., Zhang, T., ve Bai, H., “Large-Scale Fabrication of Boron Nitride Nanotubes via a Facile Chemical Vapor Reaction Route and Their Cathodoluminescence Properties”, Nanoscale Research Letters, Cilt 6, No 36, 1–8, 2011.
Rubio, A., Corkill, J. L. ve Cohen, M. L., “Theory of Graphitic Boron Nitride Nanotubes”, Physical Review B, Cilt 49, No 7, 5081–5084, 1994.
Chopra, N. G., Luyken, R. J., Cherrey, K., Crespi, V. H., Cohen, M. L., Louie, S. G., ve Zettl, A., “Boron Nitride Nanotubes”, Science, Cilt 269, 966–967, 1995.
Zhi, C., Bando, Y., Tang, C., Honda, S., Sato, K., Kuwahara, H., ve Golberg, D., “Covalent Functionalization: Towards Soluble Multiwalled Boron Nitride Nanotubes”, Angewandte Chemie - International Edition, Cilt 44, No 48,7932–7935, 2005.
Kim, K. S., Kingston, C. T., Hrdina, A., Jakubinek, M. B., Guan, J., Plunkett, M., ve Simard, B., “Hydrogen-Catalyzed, Pilot-Scale Production of Small-Diameter Boron Nitride Nanotubes and Their Macroscopic Assemblies”, ASC Nano, Cilt 8, No 6, 6211–6220, 2014.
Ishigami, M., Aloni, S. ve Zettl, A., “Properties of Boron Nitride Nanotubes”, Scanning Tunneling Microscopy/Spectroscopy and Related Techniques: 12th International Conference, Eindhoven, 94–99, 21-25 Temmuz 2003.
Saner Okan, B., Kocabaş, Z. Ö., Nalbant Ergün, A., Baysal, M., Letofsky-Papst, I., ve Yürüm, Y., “Effect of Reaction Temperature and Catalyst Type on the Formation of Boron Nitride Nanotubes by Chemical Vapor Deposition and Measurement of Their Hydrogen Storage Capacity”, Industrial and Engineering Chemistry Research, Cilt 51, No 35, 11341–11347, 2012.
Fathalizadeh, A., Pham, T., Mickelson, W. ve Zettl, A., “Scaled Synthesis of Boron Nitride Nanotubes, Nanoribbons, and Nanococoons Using Direct Feedstock Injection into an Extended- Pressure, Inductively-Coupled Thermal Plasma”, Nano Letters, Cilt 14, 4881–4886, 2014.
Guo, L. ve Singh, R. N., “Catalytic Growth of Boron Nitride Nanotubes Using Gas Precursors”, Physica E: Low-Dimensional Systems and Nanostructures, Cilt 41, No 3, 448–453, 2009.
Chatterjee, S., Kim, M. J., Zakharov, D. N., Kim, S. M., Stach, E. A., Maruyama, B., ve Sneddon, L. G., “Syntheses of Boron Nitride Nanotubes from Borazine and Decaborane Molecular Precursors by Catalytic Chemical Vapor Deposition with a Floating Nickel Catalyst”, Chemistry of Materials, Cilt 24, No 15, 2872–2879, 2012.
Ahmad, P., Khandaker, M. U., Amin, Y. M., ve Muhammad, N., “Synthesis and Characterization of Boron Nitride Microtubes”, Materials Express, Cilt 5, No 3, 249–254, 2015.
Lin, J., Huang, Y., Tang, C., Bando, Y., Zou, J., ve Golberg, D., “Thin-Walled B–C–N Ternary Microtubes: from Synthesis to Electrical, Cathodoluminescence and Field-Emission Properties”, Journal of Materials Chemistry, Cilt 22, No 16, 8134–8138, 2012.
Hu, J., Bando, Y., Xu, F., Li, Y., Zhan, J., Xu, J., ve Golberg, D., “Growth and Field-Emission Properties of Crystalline, Thin-Walled Carbon Microtubes”, Advanced Materials, Cilt 16, No 2, 153–156, 2004.
Li, J., Dahal, R., Majety, S., Lin, J. Y., ve Jiang, H. X., “Hexagonal Boron Nitride Epitaxial Layers as Neutron Detector Materials”, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, Cilt 654, No 1, 417–420, 2011.
Ahmad, P., Mohamed, N. M. ve Burhanudin, Z. A., “A Review of Nanostructured Based Radiation Sensors for Neutron”, International Conference on Fundamental and Applied Sciences 2012, Cilt 1482, Kuala Lumpur, 535–538, 12-14 Haziran 2012.
Lee, C. H., Wang, J., Kayatsha, V. K., Huang, J. Y., ve Yap, Y. K., “Effective Growth of Boron Nitride Nanotubes by Thermal Chemical Vapor Deposition”, Nanotechnology, Cilt 19, No 45, 455605–9, 2008.
Lee, C. H., Xie, M., Kayastha, V., Wang, J. ve Yap, Y. K., “Patterned Growth of Boron Nitride Nanotubes by Catalytic Chemical Vapor Deposition”, Chemistry of Materials, Cilt 22, No 5, 1782–1787, 2010.
Reidies, A. H., “Manganese Compounds”, Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 1–22, 2005.
Chen, X., Wang, X., Liu, J., Wang, Z. ve Qian, Y., “A Reduction-Nitridation Route to Boron Nitride Nanotubes”, Applied Physics A: Materials Science and Processing, Cilt 81, No 5, 1035–1037, 2005.
Yu, H., Huang, X., Wen, G., Zhang, T., Zhong, B., ve Bai, H., “A Facile Method for Synthesis of Novel Coral-Like Boron Nitride Nanostructures”, Materials Chemistry and Physics, Cilt 129, No 1-2, 30–34, 2011.
Özmen, D., Sezgi, N. A. ve Balci, S., “Synthesis of Boron Nitride Nanotubes from Ammonia and a Powder Mixture of Boron and Iron Oxide”, Chemical Engineering Journal, Cilt 219, 28–36, 2013.
Bechelany, M., Brioude, A., Stadelmann, P., Bernard, S., Cornu, D., ve Miele, P., “Preparation of BN Microtubes / Nanotubes with a Unique Chemical Process”, The Journal of Physical Chemistry C, Cilt 112, No 47, 18325–18330, 2008.
Ahmad, P., Khandaker, M. U., Amin, Y. M. ve Khan, Z. R., “Synthesis of Boron Nitride Microtubes and Formation of Boron Nitride Nanosheets”, Materials and Manufacturing Processes, Cilt 30, No 2, 184–188, 2015.
Wagner, R. S. ve Ellis, W. C., “Vapor-Liquid-Solid Mechanism of Single Crystal Growth”, Applied Physics Letters, Cilt 4, No 5, 89–90, 1964.
Tang, C. C., Lamy De La Chapelle, M., Li, P., Liu, Y. M., Dang, H. Y., ve Fan, S. S., “Catalytic Growth of Nanotube and Nanobamboo Structures of Boron Nitride”, Chemical Physics Letters, Cilt 342, No 5-6, 492–496, 2001.