Szerkezet-tulajdonság összefüggések vizsgálata módosított szén nanocső alapú nanorendszerekben. OTKA F részletes szakmai zárójelentés

Hasonló dokumentumok
Fényérzékeny amorf nanokompozitok: technológia és alkalmazásuk a fotonikában. Csarnovics István

Kerámia-szén nanokompozitok vizsgálata kisszög neutronszórással

TÖBBFALÚ SZÉN NANOCSŐ FILMEK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA. Ph.D. értekezés tézisei. Smajda Rita

PhD kutatási téma adatlap

Szén/szilikát nanokompozitok szintézise és jellemzése

1.7. Felületek és katalizátorok

Nanotudományok vívmányai a mindennapokban Lagzi István László Eötvös Loránd Tudományegyetem Meteorológiai Tanszék

Szénszálak és szén nanocsövek

NANOTECHNOLÓGIÁK I. ANYAGMÉRNÖK MSC KÉPZÉS SZAKIRÁNYOS TÁRGY. (nappali munkarendben) TANTÁRGYI KOMMUNIKÁCIÓS DOSSZIÉ MISKOLCI EGYETEM

OTKA beszámoló

Szerkezetvizsgálat ANYAGMÉRNÖK ALAPKÉPZÉS (BSc)

Karbon nanocsövek tisztítása, minősítése, felületmódosítása

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2.

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata 4. félév

Zárójelentés. Célul tűztük ki a szilárd adalékanyagok (ható és segédanyagok) hatásának vizsgálatát mind a

A hőterjedés dinamikája vékony szilikon rétegekben. Gambár Katalin, Márkus Ferenc. Tudomány Napja 2012 Gábor Dénes Főiskola

Folyadékok. Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok.

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2012/13-es tanév I. félév

Szén nanoszerkezetek grafén nanolitográfiai szimulációja

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 2. Általános anyagszerkezeti ismeretek Molekulák, folyadékok, szilárd anyagok, folyadékkristályok

PhD DISSZERTÁCIÓ TÉZISEI

Bio-nanorendszerek. Vonderviszt Ferenc. Pannon Egyetem Nanotechnológia Tanszék

Zárójelentés az OTKA T támogatás felhasználásáról

TDK Tájékoztató 2017 Területek, témák, lehetőségek

Tárgyszavak: alakmemória-polimerek; elektromosan vezető adalékok; nanokompozitok; elektronika; dópolás.

Mikroszerkezeti vizsgálatok

Kolloidkémia 5. előadás Határfelületi jelenségek II. Folyadék-folyadék, szilárd-folyadék határfelületek. Szőri Milán: Kolloidkémia

DIPLOMAMUNKA TÉMÁK AZ MSC HALLGATÓK RÉSZÉRE A SZILÁRDTEST FIZIKAI TANSZÉKEN 2018/19.II.félévre

Nagynyomású csavarással tömörített réz - szén nanocső kompozit mikroszerkezete és termikus stabilitása

XXXVI. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

Havancsák Károly Nagyfelbontású kétsugaras pásztázó elektronmikroszkóp az ELTÉ-n: lehetőségek, eddigi eredmények

Szén nanoszerkezetekkel adalékolt szilícium-nitrid. nanokompozitok. Tapasztó Orsolya MTA TTK Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet

Ipari jelölő lézergépek alkalmazása a gyógyszer- és elektronikai iparban

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Nemlineáris és femtoszekundumos optika Szakmai záróbeszámoló OTKA K 47078

Az elektron hullámtermészete. Készítette Kiss László

Aerogél alapú gyógyszerszállító rendszerek. Tóth Tünde Anyagtudomány MSc

NANOSTRUKTURÁLT VÉKONYRÉTEGEK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS

TDK Tájékoztató 2015 Területek, témák, lehetőségek

Polimer nanokompozit blendek mechanikai és termikus tulajdonságai

Ciklodextrinek alkalmazási lehetőségei kolloid diszperz rendszerekben

OH ionok LiNbO 3 kristályban (HPC felhasználás) 1/16

FOK Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai tárgy kolokviumi kérdései 2017/18-es tanév

HÍRADÁSTECHNIKA I. Dr.Varga Péter János

Keresés képi jellemzők alapján. Dr. Balázs Péter SZTE, Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika Tanszék

Nanotechnológia építıkövei: Nanocsövek és nanovezetékek

Anyagok az energetikában

Hogyan épül fel a sejtmembrán? Egyszerű modellek felépítése és vizsgálata

Spektroszkópia és mikroszkópia szén nanoszerkezeteken

Mikrohullámú abszorbensek vizsgálata

FÉM-OXIDOKKAL BORÍTOTT TÖBBFALÚ SZÉN NANOCSŐ KOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS VIZSGÁLATA

Textíliák felületmódosítása és funkcionalizálása nem-egyensúlyi plazmákkal

Szén nanocsövek szintézise mezopórusos szilikátokban

Nanokeménység mérések

XXXVII. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

NANORÉSZECSKE-SZÉN NANOCSŐ NANOKOMPOZITOK ELŐÁLLÍTÁSA, JELLEMZÉSE ÉS KATALITIKUS TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA SÁPI ANDRÁS

Polimer nanokompozitok; előállítás, szerkezet és tulajdonságok

Flagellin alapú filamentáris nanoszerkezetek létrehozása

Szén nanoszerkezetekkel adalékolt szilíciumnitrid. Tapasztó Orsolya

FEI Quanta 3D SEM/FIB. Havancsák Károly december

Kvalitatív elemzésen alapuló reakciómechanizmus meghatározás

A SZTE KDI képzési terve

XL. KÉMIAI ELŐADÓI NAPOK

TÖBBFALÚ SZÉN NANOCSŐ FILMEK ELŐÁLLÍTÁSA ÉS TULAJDONSÁGAINAK VIZSGÁLATA

TDK Tájékoztató 2016 Területek, témák, lehetőségek

Számítógépes képelemzés 7. előadás. Dr. Balázs Péter SZTE, Képfeldolgozás és Számítógépes Grafika Tanszék

A projekt eredetileg kért időtartama: 2002 február december 31. Az időtartam meghosszabbításra került december 31-ig.

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

Mobilitás és Környezet Konferencia

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

A TERMÉSZETES RADIOAKTIVITÁS VIZSGÁLATA A RUDAS-FÜRDŐ TÖRÖK- FORRÁSÁBAN

Nanotanoda: érdekességek a nanoanyagok köréből

Az elektromágneses hullámok

ESR-spektrumok különbözı kísérleti körülmények között A számítógépes értékelés alapjai anizotróp kölcsönhatási tenzorok esetén

A nád (Phragmites australis) vizsgálata enzimes bonthatóság és bioetanol termelés szempontjából. Dr. Kálmán Gergely

KÖSZÖNTJÜK HALLGATÓINKAT!

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

Réz - szén nanocső kompozit mikroszerkezete és mechanikai viselkedése

Műszeres analitika. Abrankó László. Molekulaspektroszkópia. Kémiai élelmiszervizsgálati módszerek csoportosítása

A Széchenyi István Egyetem Műszaki Tudományi Kar Kutatási és Fejlesztési Támogatási Rendszere BELSŐ KUTATÁSI FŐIRÁNYOK SZABÁLYZAT

Hogyan lesznek új gyógyszereink? Bevezetés a gyógyszerkutatásba

Havancsák Károly Az ELTE TTK kétsugaras pásztázó elektronmikroszkópja. Archeometriai műhely ELTE TTK 2013.

ALKÍMIA MA Az anyagról mai szemmel, a régiek megszállottságával.

Fourier-sorfejtés vizsgálata Négyszögjel sorfejtése, átviteli vizsgálata

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

Készítette: NÁDOR JUDIT. Témavezető: Dr. HOMONNAY ZOLTÁN. ELTE TTK, Analitikai Kémia Tanszék 2010

Antibakteriális hatóanyagot tartalmazó kapszulák előállítása, jellemzése és textilipari alkalmazása. Nagy Edit Témavezető: Dr.

Kémia I. szekció (Anyagtudomány)

Fémötvözetek hőkezelése ANYAGMÉRNÖKI ALAPKÉPZÉS (BSc) Hőkezelési szakirány

Röntgen-gamma spektrometria

DETERMINATION OF SHEAR STRENGTH OF SOLID WASTES BASED ON CPT TEST RESULTS

2. Két elírás: 9. oldal, 2. bekezdés - figyelembe, fegyelembe, 57. oldal első mondat - foglalkozok, foglalkozom.

Szakértesítő 1 Interkerám szakmai füzetek A folyósító szerek viselkedése a kerámia anyagokban

Bevezetés a lézeres anyagmegmunkálásba

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

DIGITÁLIS TEREPMODELL A TÁJRENDEZÉSBEN

Az előadás tartalma. Debrecen 110 év hosszúságú csapadékadatainak vizsgálata Ilyés Csaba Turai Endre Szűcs Péter Ciklusok felkutatása

Amorf fényérzékeny rétegstruktúrák fotonikai alkalmazásokra. Csarnovics István

MTA AKI Kíváncsi Kémikus Kutatótábor Kétdimenziós kémia. Balogh Ádám Pósa Szonja Polett. Témavezetők: Klébert Szilvia Mohai Miklós

Átírás:

Szerkezet-tulajdonság összefüggések vizsgálata módosított szén nanocső alapú nanorendszerekben OTKA F046361 részletes szakmai zárójelentés A munka célja Eredeti munkatervem szerint tervezett kutatásaim fő célja az volt, hogy a szén nanocsövek fizikai kémiájának néhány fontos területén szerkezet-tulajdonság összefüggéseket derítsek fel. Kiszemelt vizsgálandó területeim a többfalú szén nanocsövek (MWCNT) hálózatainak morfológiája, a MWCNT-k funkcionalizálhatósága és kompozitba építhetősége, valamint optikai tulajdonságaik vizsgálata voltak. Eredmények 1. Szén nanocsövek előállításával kapcsolatos eredmények Céljaink megvalósításához szükséges volt az egyfalú szén nanocsövek irodalmi CCVD szintézisét saját kísérleti körülményeinkre optimálni. Ehhez többváltozós, kétlépcsős kísérlettervezést végeztünk és az illesztett kvadratikus válaszfelületen kerestük meg a tiszta egyfalú csöveket legnagyobb hozammal előállító paraméteregyüttest (1. ábra) a b 1. ábra Transzmissziós elektronmikroszkópiás felvétel és Raman spektrum a CVD nanocső szintézis termékéről kísérlettervezéses paraméter-optimalizálás előtt (a) és után (b) Az egyfalú szén nanocső minták legfontosabb jellemzője a csövek átmérő-eloszlása, amit a Raman spektrum lélegző rezgés tartományából vagy a minta közeli infravörös 1

tartományú abszorpciós spektrumából lehet meghatározni. Mindkét módszernek megvannak a korlátai, ezért kifejlesztettünk egy új eljárást, amely a Raman spektrum G vonalának finomszerkezetéből (tulajdonság) mesterséges ideghálózat segítségével képes az átmérőeloszlás (szerkezet) jellemzésére (1. táblázat). Címke <d> RBM Tanítási ciklusok száma 200 600 2000 10000 d G σ ( d G ) G d ( ) σ d G G d ( ) σ d G G d σ ( ) A 488 1.05(0) 1.122 0.011 1.099 0.022 1.082 0.014 1.065 0.014 B 568 1.17(4) 1.094 0.053 1.110 0.035 1.123 0.038 1.188 0.078 C 457 1.29(7) 1.302 0.025 1.308 0.044 1.315 0.057 1.298 0.064 C 568 1.29(7) 1.216 0.011 1.220 0.020 1.248 0.022 1.269 0.023 D 457 1.39(3) 1.458 0.037 1.428 0.027 1.398 0.047 1.414 0.041 D 530 1.39(3) 1.422 0.022 1.402 0.038 1.366 0.039 1.357 0.038 E 647 1.46(7) 1.497 0.031 1.464 0.027 1.454 0.033 1.470 0.046 F 530 1.56(1) 1.560 0.008 1.571 0.006 1.578 0.004 1.579 0.005 d G 1. táblázat Egy 35-10-2 architektúrájú feed-forward mesterséges ideghálózat resilient propagation algoritmusú tanításának eredménye 6 különböző jellemző átmérőjú egyfalú szén nanocső mintára (A-F). A második oszlopban a Raman lélegző rezgés (RBM) alapján meghatározott jellemző átmérőt adjuk meg, a d G oszlopokban pedig a Raman G vonal finomszerkezetéből számíthatott átmérő van. Ugyancsak a szén nanocsövek szintéziséhez kapcsolódik az az új eredményünk, miszerint CCVD módszerrel lehetséges olyan hibamentes belső csöveket tartalmazó kétfalú szén nanocsöveket növeszteni, amilyeneket korábban csak peapod struktúrák termikus bontásával lehetett előállítani. A kétfalú nanocsöveket részletesen csak az utóbbi néhány évben kezdték vizsgálni. Mivel egyesítik magukban az egyfalú csövek érdekes elektromos tulajdonságait a többfalú csövek nagy szilárdságával, ezért a közeljövőben a terület felfutása várható. Módosított szén nanocsövekkel kapcsolatos vizsgálatainkat főként a cső belső üregében fullerén molekulákkal funckionált egyfalú csöveken végeztük. Megállapítottuk, hogy az ilyen, ún. peapod szerkezetek segítségével a nanocsövek átmérőszelektíven jellemezhetők. 2. Szén nanocső hálózatok szerkezetével kapcsolatos eredmények Korán szükségessé vált a nanocsövek hossz-eloszlásának tervezhető befolyásolása. Ehhez a golyósmalomban tört nanocsövek egyedi szerkezetének időfüggését határoztuk meg. Később sikerült reprodukálható módszert találnunk önhordó szén nanocső hálózatok létrehozására szűréssel. A nanocső szuszpenzió szűrődési tulajdonságait az irodalomban 2

elsőként jellemeztük kvantitatívan, és sikerült magának a hálózatnak a szerkezetét is jellemeznünk SEM képek (2. ábra) fraktál elemzésével és a nanocső filmek gázáteresztő képességének és elektromos tulajdonságainak mérésével. 2. ábra A kutatásaink nagy részében használt, szűréssel készített önhordó szén nanocső hálózat pásztázó elektronmikroszkópiás felvételei 3. Nanocső kompozitokkal kapcsolatos eredmények Az eredeti pályázatnak megfelelően az ebbe a csoportba tartozó kísérleteket is tágabb értelemben vett nanocső funckionalizálásnak tekintjük. Különböző C:Si arányú kompozitokat készítettünk egy mezopórusos szilikát (MCM41) és három szénféleség (amorf szén, grafit, többfalú szén nanocső) felhasználásával. Elvégeztük a kapott anyagok teljes morfológiai jellemzését (részecskemorfológia elektronmikroszkópiával, felületi morfológia a felületi fraktáldimenzió elemzéséből, hozzáférhető felületek hidrofil hidrofób tulajdonságainak meghatározása elegyadszorpciós izotermákkal). Megállapítottuk, hogy a többfalú szén nanocsöveket is tartalmazó kompozitok tulajdonságai jelentősen eltérnek a más szénféleségekre épülő kompozitokétól. A tiszta szén nanocső hálózatokról szerzett ismeretek birtokában többféle összetett rendszert is előállítottunk, melyekben a nanocső hálózat tulajdonságait egy másik anyaggal módosítjuk. A nanocső filmekre porózus Teflon bevonatot vittünk fel, mivel az így kapott 3

struktúrát építőkockaként használva többfunkciós gázszenzorok lesznek építhetők (3. ábra). Megállapítottuk, hogy a Teflon bevonatú nanocső film gázáteresztő képességét a szén nanocsöves rész pórusrendszere határozza meg. 3. ábra Porózus Teflon rétegekkel (vékony világoskék csíkok) elválasztott, különféleképpen funkcionalizált szén nanocsövekből felépített gázszenzor tömb elvi vázlata A jövőbeni szenzorikai alkalmazások szempontjából fontos a nanocső hálózat érzékenyítése pl. szervetlen nanorészecskékkel. Egyszerű mechanokémiai reakcióval sikerült reprodukálhatóan 4-6 nm átmérőjű ón-oxid részecskéket szintetizálnunk. Nanocső ón-oxid és nanocső vanádium-oxid nanokompozitok XPS és Raman spektroszkópiás vizsgálata alapján valószínűsítettük egy, a nanocső és az oxid részecske közötti határfelületi fázis létezését. Ennek vélhetően komoly szerepe van a nanorészecskéknek a szén nanocsövekre kifejtett érzékenyítő hatásában. 4. Egydimenziós titán-oxid nanostruktúrákkal kapcsolatos eredmények Az eredeti kutatási tervben a titanát nanocsövek és nanoszálak és tanulmányozása helyett még a nanocső szuszpenziók nemlináris optikai viselkedésének vizsgálata szerepelt. Erre sajnos rajtam kívül álló okok (ld. alább) miatt nem kerülhetett sor, ezért keresni kezdtünk egy olyan, fotokémiailag aktív nanostruktúrát, amelynek szén nanocsövekkel képzett kompozitjai várhatóan legalább olyan érdekes eredményekkel szolgálhatnak, mint az elmaradt femtoszekundumos lézeres méréset. Már az első kutatási jelentésben is jeleztem, hogy a titanát nanocsövek (és később nanoszálak) vizsgálata igen perspektivikusnak tűnik ebből a szempontból. Két eljárást is kidolgoztunk titanát nanocsövek CdS nanorészecskékkel való dekorálására. Közben szembesültünk az irodalomban a titanát nanocsövek képződési mechanizmusával kapcsolatban fellelhető ellentmondásokkal. Saját méréseink alapján 4

megcáfoltuk az elfogadott sheet roll-up elméletet és új mechanizmust javasoltunk, amely a titanát nanocsövek növekedésével kapcsolatos valamennyi kísérleti eredménnyel összhangban áll (4. ábra). A kísérletsoroz folytatásakor felfedeztük, hogy a titanát nanocsövek forgatott autoklávban átalakíthatók titanát nanoszálakká, méghozzá az eddig ismertnél mintegy 20-30 C-al alacsonyabb hőmérsékleten. 4. ábra A titanát nanocsövek általunk bizonyított irányított kristálynövekedéses képződési mechanizmusának bemutatása. 2006 őszén megkezdtük a kísérleteket a szén nanocső titanát nanocső kompozitok vizsgálatára. Ezek az eredmények később lesznek publikálásra alkalmasak. A pályázat megvalósításának nehézségei Komoly nehézségekkel nem találkoztam, lényegében sikerült az eredeti tervek szerint végeznem a munkát. A legnagyobb probléma az volt, hogy az SZTE Optikai és Kvantumelektronikai tanszékének együttműködésre kiszemelt, femtoszekundumos impulzusok előállítására alkalmas lézere a vártnál kevésbé megbízhatónak bizonyult, ezért a betervezett nemlineáris optikai és elektrongerjesztés-dinamikai mérésekre csak előkísérleteket tudtunk végezni, amikből publikáció nem született. Ugyanakkor éppen ez a probléma irányította rá a figyelmünket a fotokémiailag érdekes titanát nanostrukturák vizsgálatára, ami a pályázat eredményese résztémájának bizonyult. 5

Pénzügyi összefoglaló A pályázatban kidolgozott eredeti munkaterv 4500 eft-os kért támogatását a kedvező bírálatok ellenére 2432 eft-ra csökkentette az OTKA Bizottság, majd ebből a csökkentett keretből menet közben újabb központi elvonás is történt. Úgy gondolom, ebben a helyzetben nem várható el semmilyen pénzügyi tervhez való pontos ragaszkodás, hiszen azt menet közben is megváltoztatta az OTKA. Emiatt egyes tételeket más forrásból kellett finanszírozni, más tervek (pl. konferencia részvételek) meg sem valósulhattak. Mindezek ellenére a pénzügyi terv szellemiségétől nem tértem el: konferenciákon vettem részt, finanszíroztam a kutatás napi vegyszer-, fogyóeszköz- és szolgáltatásigényét, és megvalósítottam azokat az eszközfejlesztéseket (számítógépes adatgyűjtés és vezérlés, elektronikai mérőhely kiépítése) amelyeket az eredeti pályázatomban vállaltam. Az eredeti pályázatban vállalt eredmények teljesülése 2004-2006 között a pályázathoz kapcsolódó témákban 14 nemzetközi folyóiratban és 3 nemzetközi konferencia kiadványban megjelent ill. közlésre elfogadott dolgozatnak voltam társszerzője, ezek összesített impakt faktora 36,00. A dolgozatok közül 13-nak levelező szerzője vagyok. Az eredményeket összesen 3 nemzetközi konferencián mutattam be. Az eredeti terv szerint új ismeretek megszerzésére három területen számítottam: (i) a nanocsövek önszerveződési tulajdonságainak megismerése, (ii) mesterséges neuronhálózatok alkalmazási lehetőségeinek kiszélesítése és (iii) a szén nanocsövek és femtoszekundumok lézerimpulzusok kölcsönhatásának tanulmányozása. Az első két területen valóban sikerült eredményeket elérnünk, azonban a nemlineáris optikai tulajdonságok tanulmányozása rajtam kívül álló okok miatt nem sikerült a várt mértékben. Ugyanakkor ez a terület jól helyettesíthető volt egy új, előre nem látott résztémával, az egydimenziós titanát nanostrukturák vizsgálatával. Ezek optikai ill. fotokémiai tulajdonságai előnyösen párosíthatók a szén nanocsövekkel, ezért az itt elért eredmények talán kompenzálják az elmaradt femtoszekundumos lézeres vizsgálatokat. Szeged, 2007. február 28. Dr. Kukovecz Ákos 6