Dünyanın en sağlam malzemesi olan Karbon Nanotüpleri (CNT) satın aldınız, ancak onları reçineye veya suya karıştırdığınızda dibe çöken siyah topaklar mı görüyorsunuz? Yalnız değilsiniz. Nanoteknolojinin "kutsal kasesi", CNT üretmek değil, onları tek tek ayırıp (disperse edip) homojen bir karışım elde etmektir.
Karbon nanotüpler, "Van der Waals" adı verilen çekim kuvvetleri nedeniyle birbirine yapışmaya inanılmaz derecede meyillidir. Onları ayırmak, haşlanmış spagettiyi birbirinden ayırmaktan zordur. Bu yazımızda, bu inatçı bağları kıran "sihirli sıvıları" yani Dispersiyon Solventlerini ve kullanım tekniklerini inceliyoruz.
Karbon nanotüpler doğası gereği hidrofobiktir (suyu sevmezler). Eğer onları saf suya atarsanız, sudan kaçmak için birbirlerine yapışıp topaklanırlar (Aglomerasyon). Bu yüzden ya nanotüpü seven özel organik solventler ya da suyun içinde onları askıda tutacak yardımcılar (yüzey aktif maddeler) kullanmanız gerekir.
Eğer projeniz yüksek performans gerektiriyorsa ve epoksi, pil veya iletken mürekkep yapıyorsanız, genellikle organik solventler tercih edilir.
Nanotüp dünyasının "altın standardı"dır.
Özellikleri: CNT yüzey enerjisine en yakın değere sahip sıvıdır. Yani nanotüpler bu sıvının içinde kendilerini "evlerinde" hisseder ve topaklanmadan uzun süre asılı kalırlar.
Kullanım Örneği: Lityum iyon pil üretiminde, katot malzemesi hazırlanırken CNT'ler NMP içinde çözülür ve bulamaç haline getirilir.
Dikkat: Pahalıdır ve kaynama noktası yüksektir (zor buharlaşır).
NMP'ye en güçlü alternatiftir.
Özellikleri: Çok iyi bir dağıtıcıdır ancak NMP'den daha akışkandır.
Kullanım Örneği: İnce film transistör veya şeffaf iletken kaplama yaparken, yüzeye püskürtme kolaylığı için tercih edilir.
Laboratuvar ortamında en sık bulunan solventlerdir.
Özellikleri: CNT dağıtma performansı düşüktür (kısa sürede çökme yapar) ancak çok hızlı uçarlar.
Kullanım Örneği: Hızlı kuruyan basit iletken boyalar veya hobi amaçlı deneyler için uygundur.
Eğer "zehirli kimyasallarla uğraşmak istemiyorum" veya "beton harcına katacağım" diyorsanız, su bazlı çözümler kullanmalısınız. Ancak su tek başına yetmez; içine "sabun" (ajan) katmanız gerekir.
CNT'ler için en popüler dağıtıcı ajandır.
Nasıl Çalışır? SDBS molekülleri nanotüpün etrafını sarar. Kuyruk kısmı nanotüpe yapışır, baş kısmı suya tutunur. Böylece nanotüpler suyun içinde "misel" adı verilen paketçikler halinde yüzer.
Kullanım Örneği: Çimento veya betonun içine CNT katılarak çatlamaz beton üretimi.
İyonik olmayan, daha yumuşak bir ajandır.
Kullanım Örneği: Biyolojik uygulamalar veya enzim sensörleri geliştirilirken hücrelere zarar vermemek için kullanılır.
Hangi solventi seçerseniz seçin, sadece karıştırmak yetmez. Nanotüpleri birbirinden ayırmak için Ultrasonik Prob (Sonikatör) cihazına ihtiyacınız vardır.
Karışım: Solvent + CNT bir kaba konur.
Kavitasyon: Ultrasonik cihaz yüksek frekanslı ses dalgaları gönderir. Bu dalgalar sıvıda mikroskobik baloncuklar oluşturup patlatır.
Sonuç: Bu patlamalar nanotüp topaklarına "balyoz" gibi vurarak onları tek tek ayırır. Solvent ise ayrılan tüplerin arasına girerek tekrar birleşmelerini engeller.
En iyi dağılım ve stabilite için: NMP (Sanayi tipi üretim)
Hızlı kuruma ve ucuzluk için: Aseton / Etanol (Hobi ve basit testler)
Çevre dostu ve su bazlı projeler için: Su + SDBS (İnşaat ve kompozitler)
Karbon nanotüp teknolojisinde başarı, doğru kimyayı bulmakla başlar. Yanlış solvent seçimi, dünyanın en pahalı malzemesini işe yaramaz bir siyah toza dönüştürebilirken; doğru solvent ve ultrasonikasyon işlemi, malzemenizi uzay çağı standartlarına taşır.
