سنتز درجای نانو لوله های کربنی بر روی ذرات سیمان پرتلند و خاکستر بادی بدون استفاده از کاتالیست خارجی

نانو لوله های کربنی دارای خواص ویژه و منحصر به فردی هستند که آنها را برای کاربرد در زمینه های بسیاری توانمند می سازد. در این تحقیق از ذرات سیمان پرتلند (Portland Cement) به عنوان ماده اصلی ساخت مواد و محصولات سیمانی و بتنی و نیز خاکستر بادی (Coal Combustion Flyash) به عنوان یک محصول زائد صنعتی با کاربردهای خاص، به عنوان زیرپایه و بستر مناسب برای سنتز نانو لوله های کربنی چند جداره (MWCNTs) به روش لایه نشانی شیمیایی از فاز بخار (CVD) استفاده شده است. در این تحقیق، عدم استفاده از کاتالیست های خارجی به صورت سنتز شده و یا پراکنده سازی شده در زیرلایه، به عنوان یک دستاورد ویژه تلقی شده است. در واقع ذرات آهن موجود در ساختار داخلی مواد مورد استفاده، در حین فرایند احیاء خارج شده و به عنوان کاتالیست عمل می نمایند. از سوی دیگر ، استفاده از سیمان و به ویژه خاکستربادی به عنوان زیرپایه تولید MWCNT ها، به دلیل ارزان قیمت بودن، قابلیت مقیاس تولید بسیار زیاد، پایداری حرارتی زیاد و قابلیت کاربرد ساده، در تولید کامپوزیتهای نوین سیمانی با خواص ارتقا دهنده مورد توجه قرار گرفته است. جهت سنتز درجای نانولوله های کربنی، در مرحله اول ، گازهای نیتروژن و هیدروژن جهت احیاء آهن از ساختار سیمان با دبی 100cc/min به مدت 1 ساعت در کوره، در دمای 700 درجه سانتیگراد دمیده شد. سپس، نمونه ها در دمای 800 درجه سانتیگراد به مدت 1 ساعت تحت گاز هیدروژن با دبی 10cc/min همراه با مخلوطی از گازهای نیتروژن و استیلن با دبی 300 و 30cc/min قرار داده شدند. در انتها نمونه ها تا دمای اتاق تحت اتمسفر نیتروژن سرد شدند. ویژگی های ساختاری و شیمیایی کامپوزیتهای نانوساختار سیمان- نانو لوله کربنی و خاکستر بادی- نانو لوله کربنی تولید شده توسط روش های طیف سنجی رامان (RAMAN) و مشاهده تصاویر میکروسکوپ الکترونی روبشی (SEM) و نیز میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM) مورد بررسی قرار گرفت. نتایج آنالیز رامان وجود MWCNT ها را با طیف مشخصه های Gو D نشان داد. به علاوه، تصاویر TEM و SEM بیانگر پراکنده سازی مناسب و یکنواخت نانولوله های کربنی در زمینه سیمانی و اتصال بسیار قوی آنها به فاز زمینه بود. مکانیزم رشد MWCNT ها نیز با استفاده از تصاویر TEM بررسی گردید.

کلیدواژه ها:

سیمان پرتلند ، خاکستر بادی (Fly ash) ، نانو لوله کربنی چند جداره ، لایه نشانی شیمیایی از فاز بخار (CVD)