Tarifname GRAFEN IÇEREN GRAFITLI ÜRÜNLERIN PLAZMA SENTEZI IÇIN TEÇHIZAT VE YÖNTEM Bulusun Sahasi Mevcut bulus, grafen içeren grafitli ürünlerin plazma sentezi için bir teçhizat ve yöntemle ilgilidir. Özellikle mikrodalga plazma kullanarak bu ürünlerin üretimi için geçerlidir ancak hiçbir sekilde bununla sinirli degildir. Bulusun Alt Yapisi Grafenin, istisnai mekanik özellikleri (yüksek dayaniklilik ve elastikiyet], yüksek elektriksel ve isisal iletkenlik, gaz sizdirmazlik, isiga karsi seffaflik vb gibi özellikleri nedeniyle günlük yasantimizda köklü degisiklik yapma potansiyeline sahip olduguna inanilmaktadir. [1] Ancak, grafen uygulamalarinin genis ve çok çesitli pazari, büyük ölçekli ve maliyet etkin bir grafen üretim yöntemi halihazirda eksik oldugundan engellenebilir. Nispeten mükemmel büyük alanli tabakalar gerektiren ileri grafen elektroniklerinin yakinda bir laboratuar alani birakmayacagi öngörülmektedir. [2] Bu nedenle, grafen nano- levhaciklarinin temel olarak kompozit materyallerde [örnegin dayanikliliklarini veya elektriksel ve isisal iletkenliklerini güçlendirmek için), iletken boyalarda ve mürekkeplerde (örnegin iletken kaplamalar, antistatik ve elektromanyetik koruyucu, asinma korumasi, gaz bariyeri uygulamalari vb için] ve enerji depolama üretme alanlarindaki uygulamalar için gelisme olacagi öngörülmektedir. [1, 2] Grafenin büyük ölçekli potansiyelinden faydalanmak amaciyla, mevcut çalisma bir sentez teknigi olarak plazma yaklasimina odaklanmaktadir. Grafen pullarinin plazma sentezi kavis çizen bir "alttan-üste" tekniktir [3, 4] ve endüktif olarak eslesmis [5] plazmalar literatürde bildirilmistir. Ancak, bu plazmalar vakumlu veya düsük basinçli çalisma veya karmasik bir sogutma sistemine sahip yüksek saflikta grafit elektrotlari gerektirmektedir. Ayrica yalnizca bir kesikli islem olarak çalisirlar. Bu nedenle, atmosferik basinçta çalisan mikrodalga plazma islemleri özellikle umut vaat edicidir [6, 7, 8]. Etanol kullanilarak mikrodalga plazmadan 2 mg/dakika hizinda grafen sentezi raporlanmistir [8]. Grafenin plazma sentezinin büyük bir ölçekte gerçeklestirilmesi istenmektedir. Bulusun Kisa Açiklamasi Mevcut bulus ekli istemlerin Istem 1'ine göre tanimlanan, grafen içeren grafitli ürünlerin plazma sentezi için teçhizattir. Ayrica, Istem 10'fa tanimlandigi üzere grafen içeren grafitli ürünlerin sentezlenmesi için bir yöntem de saglanmaktadir. Opsiyonel özellikler bagimli istemlerde düzenlenmektedir. Böylelikle, mevcut bulusun bir birinci yönüne göre, grafen içeren grafitli ürünlerin plazma sentezi için asagidakileri ihtiva eden teçhizat saglanmaktadir: bir tepkime odasina baglantili bir plazma nozülü; plazma nozülüne, bir karbon-ihtiva eden tür ihtiva eden bir islem gazi tedarik etmek için araç ve kullanimdaki nozül içerisinde bir plazma üretmek ve böylelikle karbon-ihtiva eden türün çatlamasina neden olmak amaciyla plazma nozülü içerisindeki islem gazina radyo frekansi radyasyonu tedarik etmek için araç olup; burada plazma nozülü, plazmanin bir son isimasinin tepkime odasinin içine uzandigi, çatlamis karbon-ihtiva eden türün de tepkime odasinin içine geçtigi ve grafen içeren grafitli ürünler olusturmak amaciyla çatlamis karbon-ihtiva eden türün son isima içerisinde yeniden birlestigi sekilde düzenlenir. Tepkime odasi, [bunlarla sinirli kalmamak kaydiyla) sulu sogutma veya gazli sogutma (örnegin soguk gaz üflemek) gibi nozülden çikmakta olan son isimayi sogutmak için araç içerir. Teknikte uzman kisilerin anlayacagi üzere, "radyo frekansi radyasyonu" ifadesi, bir dizi mikrodalga-olmayan frekansla birlikte mikrodalga frekanslarinin tamamini kapsar. Plazma nozülünün, kullanimdayken, plazmanin bir son isimasinin tepkime odasinin içine uzandigi sekilde düzenlenmesi sayesinde, çatlamis karbon-ihtiva eden tür de tepkime odasinin içine geçer ve çatlamis karbon-ihtiva eden tür son isima içinde yeniden birlesir, bu da grafen içeren grafitli ürünlerin büyük bir ölçekte alt katmansiz bir sekilde üretilmesini saglar. Plazma nozülü, kullanimdayken, plazma nozülü içerisindeki islem gazinda en az bir adet vorteksin olusturulmasina neden olmak amaciyla sekillendirilebilmekte ve yapilandirilabilmekte olup, söz konusu vorteks söz konusu radyo frekansi radyasyonuna maruz kalir. Tercihen, plazma nozülü, kullanimdayken, plazma nozülü içerisindeki islem gazinda birden fazla esmerkezli vorteksin olusturulmasina neden olmak amaciyla sekillendirilebilmekte ve yapilandirilabilmekte olup, söz konusu birden fazla vorteks söz konusu radyo frekansi radyasyonuna maruz kalir. Birden fazla vorteksin bu sekilde kullanilmasi, islem gazinin radyasyona maruz kaldigi süreyi arttirir ve böylelikle plazma çatlatma isleminin etkililigini de arttirir. Ayrica, plazmanin daha fazla kusatilmis oldugu bir üçüncü vorteks içinde düsük basinçli bir alan olusturarak daha iyi plazma stabilitesine olanak saglar. Burada-tercih edilen bir uygulamada, örnegin, üç esmerkezli vorteks, plazma nozülü içerisinde olusturulur. Plazma nozülü sunlari ihtiva edebilir: islem gazinin, kullanimda bir birinci vorteksi olusturan bir akisini almak için bir ya da daha fazla giris; tepkime odasiyla iletisimde olan bir açik uç ve açik ucun zittinda bir vorteks-yansitan uç olup; burada nozül, kullanimda, bir ikinci vorteksin vorteks-yansitan uç tarafindan yaratildigi ve bir üçüncü vorteksin, ikinci vorteksin vorteks-yansitan uçtan yansimasiyla üretildigi sekilde açik uca dogru içten koniktir. Avantajli sekilde, ikinci vorteks, (Coanda etkisi sayesinde] birinci vorteksi "emen" ve daha sonra bunu üçüncü vorteksi olusturmak için yansitan vorteks-yansitan uç tarafindan yaratilir. Radyo frekansi radyasyonu tedarik etmek için araç, (her ne kadar diger frekanslar da kullanilabilir olsa da örnegin bir mikrodalga ihtiva edebilir. Bir dalga kilavuzu mikrodalga radyasyonunu, örnegin islem gazinin vorteksiyle örtüsmesi için nozüle yönlendirmek için düzenlenebilir. Burada-tercih edilen uygulamalarda tepkime odasi, kavisli yan duvarlara ve grafitli ürünlerin üzerinden çikmasi için bir ucunda veya her iki ucunda bir açikliga sahip sekilde silindiriktir. Tercihen, tepkime odasi, son isimanin nozülden çikarken hizlica isi kaybetmesine neden olmak amaciyla yeterince genis bir çapa sahiptir. Ek olarak, tepkime odasinin yüzey alani, örnegin (örnegin kanatçiklar veya bir akordeonun körüklerine benzer bir yapi dahil edilerek] arttirilmis bir yüzey alani saglayarak, nozülden çikmakta olan son isimanin sogumasina neden olmak amaciyla yapilandirilabilir. Avantajli sekilde, plazma tercihen büyük ölçüde atmosferik basinçta olusturulur, böylece çalistirmayi kolaylastirir. Karbon-ihtiva eden tür, avantajli bir sekilde kolayca bulunabilen ve nispeten ucuz olan dogal gaz veya CH4, C2H6, C2H4, C3H3 veya C4Hiu'un biri gibi diger herhangi uygun tür veya teknikte uzman kisilerin anlayacagi üzere digerlerini ihtiva edebilir. Burada-tercih edilen uygulamalarda, islem gazi ayrica, argon, nitrojen veya helyum gibi bir tampon gazi veya teknikte uzman kisilerin anlayacagi üzere bir ya da daha fazla diger Tercihen islem gazinda karbon-ihtiva eden türün tampon gazina orani 50:50 veya daha azdir. Özellikle tercihen, islem gazinda karbon-ihtiva eden türün tampon gazina orani :80 civarinda veya daha azdir. Gerçekten de, mevcut çalismadan birçok oran test edilmistir ve ürünün daha yüksek siniflari için, genellikle karbon-ihtiva eden türden en az 4-6 kat daha fazla tampon gazinin tercih edilebilecegi bulunmustur. Islem gazi alternatif olarak, COz'nin bir tampon gazindan daha çok bir es-tepken görevi gördügü sekilde C02 veya CO ihtiva edebilir. Alternatif olarak, CO; tampon gazi olarak kullanilabilir. Tercihen, kullanimda, tepkime odasi içerisindeki son isima (veya tepkime alani), 3500°C'den düsük bir çalisma sicakligina sahiptir. Daha tercihen, kullanimda, tepkime odasi içerisindeki son isima (veya tepkime alani), 1000°C'den düsük bir çalisma sicakligina sahiptir. Örnegin, tepkime odasi içerisindeki son isimanin (veya tepkime alaninin) çalisma sicakligi 300°C kadar düsük olabilir. Tercihen, kullanimda, nozülün hemen disindaki, son isima içerisindeki karbon olusma ila 1000°C araligindadir. Karbonun tepkime odasinin iç duvari boyunca birikmesini minimize etmek amaciyla, nozülün tepkime odasiyla ara yüzeyinin kiris merkez açisi tercihen 0°'den büyüktür. Özellikle tercihen, söz konusu açi 50° ila 180° arasindadir. Daha tercihen, söz konusu açi 150° ila 170° arasindadir. Birden fazla plazma nozülü tepkime odasina baglantilanabilir. Böyle bir durumda, karbonun tepkime odasinin iç duvari boyunca birikmesini minimize etmek amaciyla, nozülün tepkime odasiyla ara yüzeyinin kiris merkez açisi tercihen 50° ila 170° arasindadir. Özellikle tercihen, söz konusu açi 50° ila 170° arasindadir. Daha tercihen, söz konusu açi 70° ila 160° arasindadir. Teçhizat ayrica, karbon birikimini minimize etmek için yeterli gaz akisini idame ettirmek amaciyla, nozülle veya her bir nozülle tepkime odasi arasindaki ara yüzey civarina gaz aktarilmasi için araç ihtiva edebilir. Bir uygulamada, gaz, nozül / tepkime odasi ara yüzeyinin duvari boyunca nozül çikisina dogru yönlendirilir. Bir baska uygulamada, gaz nozülden nozül / tepkime odasi ara yüzeyinin duvarlari boyunca, tepkime odasinin bosluguna dogru yönlendirilir. Teçhizat ayrica, grafitli ürünün tepkime odasinin duvarlarindan çikarilmasi için, örnegin, bir ya daha fazla mekanik kaziyici veya üfleme gazi gibi araç ihtiva edebilir. Teçhizat ayrica, tepkime odasina baglantili (örnegin tepkime odasinin yukarisinda yerlestirilen) bir gaz filtrasyon sistemi ihtiva edebilir. Gaz filtrasyon sistemi, bir ya da daha fazla filtre mumu ihtiva eden bir uzun hazne ihtiva edebilir. Grafitli ürünü filtre mumundan (mumlarindan) çikarmak amaciyla, uzun hazne üzerinden gaz üflemek için araçlar da tercihen saglanmaktadir. Bir gaz filtrasyonu sistemine bir alternatif olarak, teknikte uzman kisilerin anlayacagi üzere, grafitli ürünlerin toplanmasi için bir torba filtre kullanilabilir. Bulusun bir ikinci yönüne göre, grafen içeren grafitli ürünlerin sentezlenmesinin bir yöntemi saglanmakta olup, yöntem sunlari ihtiva etmektedir: bir tepkime odasina baglantili bir plazma nozülüne bir karbon-ihtiva eden tür ihtiva eden bir islem gazinin tedarik edilmesi; ve nozül içerisinde bir plazma üretmek ve böylelikle karbon-ihtiva eden türün çatlamasina neden olmak amaciyla plazma nozülü içerisindeki islem gazina radyo frekansi radyasyonu tedarik edilmesi olup; burada plazma nozülü, plazmanin bir son isimasinin tepkime odasinin içine uzandigi, çatlamis karbon-ihtiva eden türün de tepkime odasinin içine geçtigi ve grafen içeren grafitli ürünler olusturmak amaciyla çatlamis karbon-ihtiva eden türün son isima içerisinde yeniden birlestigi sekilde düzenlenir. Yöntem ayrica, sulu sogutma veya gazli sogutma gibi nozülden çikmakta olan son isimayi sogutmak için araç uygulanmasini ihtiva eder. Bulusun ikinci yönüyle ilgili opsiyonel veya tercih edilen özellikler, bulusun birinci yönüyle ilgili yukarida belirtilen opsiyonel veya tercih edilen özelliklere karsilik gelmektedir. Plazma nozülü içerisindeki islem gazinda en az bir adet vorteks olusturulabilmekte olup, söz konusu vorteks söz konusu radyo frekansi radyasyonuna maruz kalir. Tercihen plazma nozülü içerisindeki islem gazinda birden fazla vorteks [örnegin üç esmerkezli vorteks] olusturulmakta olup, söz konusu birden fazla vorteks söz konusu radyo frekansi radyasyonuna maruz kalir. Radyo frekansi radyasyonu mikrodalga radyasyonu olabilir. Yöntem ayrica, örnegin bir ya da daha fazla dalga kilavuzu kullanilarak, radyasyonun islem gazinin vorteksine yönlendirilmesini ihtiva edebilir. Tercihen tepkime odasi, son isimanin nozülden çikarken hizlica isi kaybetmesine neden olmak amaciyla yeterince genis bir çapa sahiptir. Burada-tercih edilen bir uygulamada yöntem ayrica, plazmanin büyük ölçüde atmosferik basinçta olusturulmasini ihtiva eder. Avantajli olarak ve tercihen, islem gazi bir isisal bölgeye eklenmeden çatlatilir. Tercihen, tepkime odasi içerisindeki son isima [veya tepkime alani), 3500°C'den düsük bir çalisma sicakligina sahiptir. Daha tercihen, tepkime odasi içerisindeki son isima (veya tepkime alani), 1000°C'den düsük bir çalisma sicakligina sahiptir. Örnegin, tepkime odasi içerisindeki son isimanin (veya tepkime alaninin] çalisma sicakligi 300°C kadar düsük olabilir. Grafitli ürünlerin üretimi esnasinda, nozülün hemen disindaki, son isima içerisindeki karbon olusma noktasindaki sicaklik, tercihen 800°C ila 1200°C araligindadir ve daha tercihen 900°C ila 1000°C araligindadir. Birden fazla plazma nozüllü tepkime odasina baglantilanabilir. Yöntem ayrica, karbon birikimini minimize etmek için yeterli gaz akisini idame ettirmek amaciyla, nozülle veya her bir nozülle tepkime odasi arasindaki ara yüzey civarina gaz Bir uygulamada, gaz, nozül / tepkime odasi ara yüzeyinin duvari boyunca nozül çikisina dogru yönlendirilir. Bir baska uygulamada, gaz nozülden nozül / tepkime odasi ara yüzeyinin duvarlari boyunca, tepkime odasinin bosluguna dogru yönlendirilir. Yöntem ayrica, tepkime odasinin gaz filtrasyonuna tabi tutulmasini ihtiva edebilir. Bunun bir parçasi olarak, yöntem ayrica, gaz filtrasyonunun bir sonucu olarak toplana grafitli ürünlerin yerinden çikarilmasi için gaz üflenmesini ihtiva edebilir. Gaz filtrasyonu kullanmaya bir alternatif olarak, yöntem ayrica bir torba filtre kullanarak grafitli ürünlerin toplanmasini ihtiva edebilir. Avantajli sekilde, yöntem ayrica, grafitli ürünlerin kesintisiz bir ekstraksiyon islemi kullanilarak ekstrakte edilmesini ihtiva edebilir. Sekillerin Kisa Açiklamasi Bulusun uygulamalari simdi, sadece örnekleme yoluyla ve sekillere istinaden tarif edilecektir: Sekil 1, mevcut bulusun, grafen içeren grafitli ürünlerin plazma sentezi için bir plazma nozülü, son isima tepkime odasi ve sicak gaz filtresi içeren bir uygulamasini resmetmektedir; Sekil 2, Sekil 1'deki plazma nozülünün basitlestirilmis bir çizimidir; Sekil 3, plazma nozülü, dalga kilavuzu ve bir aritma halkasina sahip tepkime odasi arasindaki ara yüzeyi resmetmektedir; Sekil 4, bir üçlü vorteks yapisini gösteren bir hesaplamali akiskanlar dinamigini Sekil 5, kaydirilmis teget düzlemler kullanacak bir ikiz nozülün bir CFD modelini resmetmektedir; Sekil 6, etkisiz gaz akisi vasitasiyla sabit sogutmaya olanak saglamak için ilave bir kanalla çikisin koniklestirilmesiyle karbon birikmesini engellemek için modifiye edilen bir plazma nozülünü resmetmektedir; Sekiller 7 ve 8, sentezlenmis grafitli karbon materyalinin geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir; Sekil 9, 2 kW mikrodalga gücünde, 24 L/dakika Nz + 6 L/ dakika ana dogal gaz (DG) akis hizinda sentezlenmis grafitli karbon materyalinin geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir; Sekil 10, 2 kW, 24 L/dakika Nz + 6 L/dakika CH4 akis hizinda sentezlenmis bir grafitli karbon numunesinin bir Raman spektrumunu sunmaktadir; Sekiller 11-13, sentezlenmis grafitli karbon materyalinin diger geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir; Sekil 14, 6kW, 21.5 L/dakika Dogal Gaz, 5 L/dakika of C02'de sentezlenmis karbon materyallerinin TEM analizini sunmaktadir; Sekil 15, sentezlenmis grafitli karbon materyallerinin diger geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir; Sekil 16, [a] 6kW mikrodalga gücünde 30 L/dakika helyumda dogal gazdan (7,2 L/dakika ] ve [b] 6kW mikrodalga gücünde helyumda [30 L/dakika ] propandan materyallerinin numunelerinin Raman spektrumlarini sunmaktadir; Sekil 17, sentezlenmis grafitli karbon materyallerinin diger geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir; Sekil 18, 5kW mikrodalga gücünde argonda (a) Düsük DG'ye [D/G 0,68, G/2D 1,2) karsilik (b) yüksek DG [D/G 1,0, G/2D 1,8) için elde edilen numunelerin Raman spektrumlarini sunmaktadir; Sekil 19, sentezlenmis grafitli karbon materyallerinin diger geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir; 0,83, G/ZD 1,3) için elde edilen numunelerin Raman spektrumlarini sunmaktadir; Sekil 21, sentezlenmis grafitli karbon materyallerinin diger geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir; 5kW'ta 3,6 L/dakika DG kullanarak elde edilen numunelerin Raman spektrumlarini sunmaktadir; Sekil 23, sentezlenmis grafitli karbon materyallerinin diger geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir; 6kW'ta 3,6 L/dakika DG kullanilarak elde edilen numunelerin Raman spektrumlarini sunmaktadir; Sekil 25, plazma nozüllerinin tepkime odasina iliskin düzenlemesine dair "kiris merkez açisi" ifadesini açiklamak için bir dizi sematik tasvirdir; Sekil 26, grafen içeren grafitli ürünlerin plazma sentezi için alternatif teçhizatlarin bir örnegini resmetmektedir; Sekil 27, plazma ateslemesi esnasinda plazma bölgesinden 2cm bir noktada deneysel olarak-ölçülen bir sicaklik profilini göstermektedir; Sekil 28, tipik çalisma esnasinda plazma bölgesinden 4cm bir noktada deneysel olarak-ölçülen bir sicaklik profilini göstermektedir ve Sekil 29, Sekiller 27 ve 28'de gösterilen test sonuçlarinin elde edilmesi için kullanildigi üzere, tepkime odasindaki isil çiftlerin bir yapilandirmasini göstermektedir. Tercih Edilen Uygulamalarin Detayli Açiklamasi Mevcut uygulamalar, bulusun uygulamaya sokulmasi için basvuru sahiplerince bilinen en iyi yollari temsil etmektedir. Ancak, bunun elde edilebilmesi için tek yollar bunlar degildir. Ilk kisa açiklama Mevcut çalisma, ortam sicakliklarinda alt katmansiz grafenin kesintisiz üretimi için bir yöntem ve teçhizat saglamaktadir. Metan ve diger birçok karbon kaynagiyla kullanim için uygundur. Ayrica, çogaltma ve karbon toplanmasi için bir çözüm de saglamaktadir. Gaz evresinden grafen levhaciklarinin kesintisiz bir akisinin hizlica üretilmesi için, modifiye bir mikrodalga plazma nozülü, modifiye bir son isima odasina [WO odasinin bir ucuna takilir ve kati karbon ürününü islem gazlarindan kesintisiz olarak ayirmak için yapilandirilir. Mevcut çalismanin degeri Mevcut çalisma, temel olarak ölçeklenebilirlik, elementsel saflik, yüksek maliyet ve enerji girdisi olmak üzere, diger yöntemlerde karsilasilan üretim sorunlarini çözmektedir. Ayrica, karbon kaynagindan nihai ürüne (grafen) giden yoldaki üretim islemindeki Grafen gelistirmenin mevcut asamasinda, grafen sentezi için yalnizca birkaç yöntem kullanilmaktadir. Bunlar mikromekanik yarilma [9], çok moleküllü toplanma [10], solüsyon-kimyasi yaklasimi [11], SiC diliminin grafitlenmesi [12], moleküler isinli epitaksi olarak ifade edilebildigi için siklikla sadece laboratuar uygulamalari için uygundur. Bir baska çekince ise, bu tekniklerin siklikla ultra-yüksek vakum kosullari, pahali alt katmanlar ve kompleks ve yüksek enerji girisli prosedürler içermesidir. Daha ölçeklenebilir ve bu nedenle umut vaat eden kimyasal buhar birakimi (CVD), büyük alanli grafen pullari için önerilen bir "alttan-üste" yöntemidir [16]. Ancak, pahali alt katmanlar ve karmasik islem-sonrasi grafen katman ayrilmasi ve transferi içerir [17]. Her ne kadar bu sentez yöntemi büyük olarak ifade edilse de [16], büyük bir ölçekte hacimli bir miktarda bagimsiz grafenle sonuçlanamaz. Tek- ve çok-katmanli grafen pullarinin büyük ölçekli üretimi için halihazirda-mevcut olan tek ticari aday, organik veya asitli vasatta ultrasonikasyon ile grafit yapraklamadir [18]. Bu, bir dizi modifikasyon ve katmanlarina ayirma islemlerine tabi tutulan grafitten baslayan bir "üstten-alta" yaklasimdir. Pahali belirteçlerin, uzun ultrasonifikasyonun ve santrifüjlemenin kullanimini içerir ve uzun isisal ardil-muamele gerektirir. Üstelik, kalinti çözücüler tamamen yok edilemeyebilir ve grafenin yüzeyinde kalarak agirligini fazlasiyla agirlik yüzdesi olarak arttirir. Ayrica, çesitli fonksiyonel grup safsizliklari, grafitli tabakalardaki karbon atomlarina esdegerli olarak bagli hale gelir ve bu da materyalin mekanik, elektriksel ve isisal özelliklerini ciddi sekilde bozar. Ayrica bunun kesintisiz islemden ziyade, en iyi durumda sadece agirlikça yüzde 1 grafen randimaniyla yaklasik 6 saat süren bir kesikli islem oldugu da eklenmelidir [19]. Mevcut çalisma, karbon hammaddesinin mikrodalga plazma çatlatilmasini ve karbon türünün grafen pullarinin içine müteakip yeniden birlestirilmesini ihtiva eden bir yöntem saglamaktadir. Mikrodalga plazma reaktörlerinde grafen sentezi için girisimler bildirilmistir [7, 20]; ancak, bunlar düsük güçte, [daha yüksegi plazmayi destabilize edebilecegi için) düsük karbon kaynagi besleme hiziyla, argon ve helyum gibi asil gazlarin ortaminda ve 25 mg/dakika'ya kadar birakim hiziyla çalismistir. Mevcut çalisma, kilo watt saat basina 15-20 gram grafen materyalinin sentezlenme olasiligini önermektedir (5kW mikrodalga gücünde, 100g/saat basarilmistir]. Bu durum bunu, bagimsiz tek- ve çok-katmanli grafen ve grafitli levhaciklarin tek büyük Ölçekli sentez yöntemi haline getirmektedir. Ayrica bu, kesintisiz ve ölçeklendirilebilir olabilen tek islemdir. Ana hatlarla, islenmemis dogal gazla [DG] degistirilebilen ucuz tepkenler, yani nitrojen, metan veya karbon dioksit kullanir ve bunlari yüksek derli ürüne dönüstürür. Tepkime normal basinç kosullari altinda, katalizörler, diger pahali öncüller veya harici isitma olmadan çalisir. Mikrodalga plazmayla sentezlenen grafenin kalitesi, sivi yapraklanma yöntemlerinden elde edilen grafene benzer sekilde yüksektir. Benzersiz olan durum, islemin, ag. %99'un üzerinde karbonun ayni anda sentezlenen-gibi materyalin yüksek elementsel safligiyla sonuçlanan basitligidir. Bu büyük ölçekli karbon materyali sentezi, mikrodalga plazma reaktörümüzün benzersiz tasarimiyla basarilir. Atmosferik basinçta ve yüksek karbon hammadde akis hizindaki çalismasi plazmayi ne destabilize eder ne de ortadan kaldirir ve islemin kesintisiz ve ölçeklendirilebilir olmasini saglayan, özel olarak gelistirilmis bir plazma nozülüyle mümkün kilinmaktadir. Yüksek karbon hammadde yeniden olusturma randimaniyla birlesen bu yüksek tepkime etkililigi, konvansiyonel isisal islemlerde elde edilemez. Daha ayrintili olarak, mevcut çalisma, yüksek kaliteli grafen nano-levhaciklarinin büyük ölçekli ve kesintisiz üretimi için bir yöntem ve teçhizat saglamaktadir. Yöntemin ve teçhizatin uygulamalari, asagidaki hedefleri elde etmek için tasarlanmaktadir: 1. Ticari ve endüstriyel gereksinimler için uygun sekilde çok büyük ölçekte grafen nano-levhaciklarinin üretimi. 2. Yüksek kaliteli pullar, yani yüksek tek katmanli nano-levhacik içerigine sahip numuneler. 3. Buna göre materyalin elektriksel ve fiziksel özelliklerini kontrol eden islem kosullarinin ayarlamasi yoluyla pul boyutu, kalinligi, yapisi açisindan materyaller üzerinde kontrol edilebilirlik. 4. Düsük enerji tüketimi ve katalizörler veya katkilar kullanilmadan metan ve karbon dioksit gibi yaygin olarak mevcut gazlari içeren serbest olarak bulunabilen hammadde kullanimi yoluyla üretim basitligi. Mevcut çalismada, tek- ve çok-katmanli [2 veya daha fazla katman] grafen ve grafitli pullar, atmosferik basinçta bosalan mikrodalga frekansiyla bir plazma durumuna getirilmis bir karbon hammaddesinden sentezlenir. Sentezlenen materyal, uçus süresi esnasinda gaz evresinde olusturulur ve daha sonra tepkime odasinin duvari üzerinde biriktirilir veya sicak gaz filtreleri dahil olmak üzere farkli araçlarla toplanir. Her ne kadar burada-tercih edilen uygulamalar, karbon hammaddesi içerisindeki karbon- ihtiva eden türü çatlatmak amaciyla bir plazma üretmek için (300 MHZ veya daha yüksek seviyelerde frekanslara sahip) mikrodalga radyasyonu kullansa da, alternatif uygulamalarda mikrodalga araligi disindaki radyo frekansi radyasyonu kullanilabilir. Grafen üretim teçhizati - genel bakis Sekil 1, mevcut çalisma tarafindan saglanan bir grafen üretim teçhizatinin (18] burada- tercih edilen bir uygulamasini resmetmektedir. Bu uygulamaya göre plazma sistemi, bir mikrodalga jeneratörü (, bir dalga kilavuzu (1] ve bir atmosferik basinç plazma nozülü (19), bir silindirik plazma son isima tepkime odasi (7) ve modifiye bir sicak gaz filtre sisteminden [11) olusur. 896 MHz'te mikrodalga jeneratörler dahil olmak üzere daha düsük frekanslara sahip jeneratörler de test edilmistir. içerisindeki. dalga kilavuzu (1) içerisindeki mikrodalga alanini ikiye ayiran bir dielektrik boru (2) üzerinden geçirilir. Plazma nozülünün (19] içinde, gaz nozülünün tasarimi nedeniyle çesitli vorteksler olusturur ve bu da mikrodalga alanina genisletilmis bir maruziyetle sonuçlanir ve atmosferik basinca yakin stabil bir dengeli-olmayan plazma üretir. Bütünlük amaciyla, burada plazma bir vorteksin göbeginde olustugundan teknik olarak atmosferik basinçta olmadigini kaydetmekteyiz. Böylelikle, basinci büyük olasilikla atmosferikten daha düsüktür (enjeksiyon noktasindaki basinç). Ancak, tarif edilen tasarim tarafindan indüklenen akiskan dinamigi disinda sistemin basincini azaltmak için kullanilan baska bir sistem yoktur. Islem gazi içerisindeki karbon-ihtiva eden tür, plazma içerisinde çatlatilir. Örnegin, metan karbon ve hidrojene çatlatilir. Plazmanin son isimasi nozülün (19] içerisinden bitisik olan tepkime odasinin [7) Içerisinde uzanir. Çatlamis islem gazi da son isima tepkime odasinin [7] içine geçer. Plazma son isimasinin içerisinde (hem nozülün (19) hem tepkime odasinin (7] içerisinde ve yukarida müzakere edildigi üzere Sekil 2'deki L ve E boylariyla gösterildigi sekilde), islem gazinin çatlamis karbon-ihtiva eden tür sogur ve grafen pullari dahil olmak üzere çok yüksek saflikta (%99,5) kati karbon olusturmak için katilasir. Son isima tepkime odasinin (7] içerisindeki tasarim ve kosullar, grafenin üretimiyle sonuçlanan sekilde tam karbon morfolojisinin kontrolüne olanak saglar. Kati karbon daha sonra sicak gaz filtresi (11) üzerinden geçer ve filtre yuvasinin içinde asili olan filtre mumlarinin [12) yüzeyinde toplanir. Mumlar, gazlarin ve buharlasmis sivilarin geçirilmesine ancak grafen pullarini yakalamaya olanak saglamak için belirlenir. Filtre ünitesi (11) periyodik olarak, kati karbonu kesmek ve son isima odasi [7) üzerinden asagi düsmesine ve sistemin dibinde (9] toplanmasina olanak saglamak için yeterli kuvvet saglayan sekilde, filtre mumlari (12) üzerinden etkisiz gazin bir geri üfleme dizisini gerçeklestirir. Atik islem gazi, grafen sentezi islemi esnasinda üretilen herhangi zararli yan-ürünlerin yok edilmesi için filtrenin tepesinden bir oksitleme ünitesine aktarilir. Grafen üretim teçhizati - daha detayli Yukarida belirtildigi üzere, Sekil 1, bir plazma nozülü (19), bir tepkime odasi (7] ve bir sicak gaz filtre odasi (11) içeren bir grafen üretim teçhizatinin (18) burada-tercih edilen bir uygulamasini resmetmektedir. (Bir karbon-ihtiva eden tür ve bir tampon gazi ihtiva eden) islem gazi giris [14) vasitasiyla, borudan asagi spiral seklinde inen bir vorteks akiminin olusmasina neden olan gaz enjeksiyon hava biçaklari (5) üzerinden nozüle (19) girer. Nozülün arkasindaki bos alan (4), Coanda etkisi sayesinde bir ikinci vorteksin ve zit yönde bir yansimayla bir üçüncü vorteksin yaratilmasina neden olur. Bu sekilde, gaz akimi, daha iyi plazma stabilitesi temin edecek sekilde dalga kilavuzu (1) üzerinden kanallanan mikrodalga içinde daha uzun bir yerlesim süresine sahip olur. Vorteksin üç katmani, nozülün iç duvarlarini sicak plazmadan koruyan daha büyük bir isisal bariyer saglar. Bir vorteks içerisindeki bir vorteks içerisinde bir vorteks olusturmak, çap olarak nispeten küçük olan bir merkezi vorteksin üretilmesini saglar. Bu, müteakiben ayni boyutlu tekli vorteks nozülüyle kiyaslandiginda vorteksin merkezinde daha düsük bir basinç alani yaratan çok yüksek bir dönüs hiziyla sonuçlanir. Plazma çatlatma etkililigi büyük ölçüde elektronlarla daha büyük iyonlar arasindaki esnemez çarpilmalardan enerji kaybiyla etkilendigi için, basinçtaki azalma elektronlarin ortalama serbest yolakini arttirir, böylece daha az çarpismayla sonuçlanir. Bu belirli sekilde bir dar vorteks yaratmanin ayrica, gazlarin devir daimiyle sonuçlanan ve ayrica nozül içerisindeki yerlesim süresini arttiran ve böylelikle iyonlasma meydana gelmesi sansini arttiran sekilde karsi olarak akan vorteksler arsinda türbülans yaratmanin faydali etkisi vardir. Iyonlasan gaz akimi / son isima nozülden (19), nozül eklemesi (6] üzerinde tepkime haznesinin (7] içine çikar. Kati ürün/grafen nozülün (19) çikisinda, plazmanin son isimasinda olusur ve vorteks hareketi ve sicakligi nedeniyle yukari dogru spiral olarak çikarak tepkime odasinin (7) içine enjekte edilir. 10 ve 11'i geçerek, karbon filtre mumlari (12] üzerinde toplanir. Tepkime esnasinda karbonun bu filtrelerden in situ/kesintisiz olarak yok edilmesi için, periyodik olarak filtre mumlari (12) üzerinden nitrojen üflenir. Sistem içinde, bu tip bir geri-üfleme döngüsü esnasinda plazma sabitsizliklerine neden olan basinç olusmasini engellemek için, siber valfi (15] eszamanli olarak açilir ve aritilmis gaz bypass (16) üzerinden çikar. Sekil 1 'de gösterilen ögelerin özeti: Dalga kilavuzu Dielektrik boru Vorteks bulucu Vorteks yansitici Gaz enjeksiyonu Sikistirma nozülü Tepkime odasi Ayirma kelebek valf Karbon t0plama Açik dairesel halka 11 Filtre haznesi 12 Filtre mumlari 13 Gaz çikisi 14 Gaz girisi Siber valf 16 Aritma by-pass 17 Siber valf 18 Genel teçhizat 19 Plazma nozülü Sekil 2, nozülün basitlestirilmis bir çizimidir [nozül (200] Sekil 1'deki nozülün (19) yönlendirmesine göre 90° üzerinden döndürülmüs sekilde gösterilmektedir) ve üçlü vorteksin nasil olustugunu göstermektedir. Islem gazi hava biçaklari (206] üzerinden girer, duvar [202] boyunca ve dalga kilavuzundan [207) çikan mikrodalga radyasyonuna tabi tutuldugu bir dielektrik boru [208) üzerinden spiral olarak asagi iner. Koniklesme bulucusu (204) tarafindan, gaz akimini ikinci kez mikrodalgaya tabi tutan bir karsi vorteks olusturulur. Plazma bulucu (204] son olarak gazi mikrodalga üzerinden üçüncü kez geri gönderir. Plazma (209) böylelikle nozülün merkez parçasinda yer alir, distaki iki vorteks boruyu plazmayla temas etmeye karsi korur. Istenen kati karbon türünün olusmasi, L ve E isaretli tam boy boyunca meydana gelir. Sekil 3, perspektif bir görünüste, plazma nozülü [31], dalga kilavuzu (32] ve tepkime odasi nozülün (35) çikisindan çikar ve tepkime odasina [33] girer (burada, bu durumda, duvarlarin sadece parçalari gösterilmektedir]. Aritma halkasi [34), nozülün çikisina karbon tikanmasini engeller. Bulusun burada-tercih edilen bir uygulamasi simdiye kadar tarif edilmekte, Sekil 1'de resmedilmektedir. Ancak, bulus burada tarif edilen tam spesifikasyonla sinirli degildir ve teknikte uzman bir kisi, uygulamanin diger biçimlerini olusturabilen kavramlari kullanimda anlayacaktir. Burada-tercih edilen yöntem asagidaki adimlari ihtiva eder: - Islem gazinin [yani seçilen karbon hammaddesi gazinin ve tampon gazinin] bir plazma nozülü içine enjekte edilmesi. - Plazma nozülü içerisindeki islem gazi içinde birden fazla vorteksin olusturulmasi. - Hammadde gazinin kirilmasi amaciyla bir mikrodalga alani üzerinden islem gazinin geçirilmesi. - Nozülden çiktikça plazmanin son isimasinda grafen materyalinin olusturulmasi. - Grafen materyalinin olusturulmasi için gazin tasarlanan bir tepkime odasi üzerinden geçirilmesi. - Sentezlenen gazin, örnegin modifiye bir sicak gaz filtrasyon sistemi içinde toplanmasi. Islem gazi bilesiminin, tampon yazinin ve sicakligin rolü ve seçimi Islem gazi asagidakileri ihtiva eder: bunlarla sinirli kalmamak kaydiyla, CH4, CZHß, C2H4 veya CgHg, C4I-l10 gibi bir karbon kaynagi ve bunlarla sinirli kalmamak kaydiyla, Nz, Ar veya He gibi, çogunlukla inert olan bir tampon gazi. Karbon kaynagi plazma nozülünde (19] kirilir (Sekil 1] ve olusan karbon türü daha sonra, tepkime odasinda (7) grafene yeniden birlesir. Tampon gazinin yerine geçmesi için C02 ve Hz de kullanilabilir. Ancak, bu gazlar ayrica tepkimeye de katilacaktir. COz kismen çatlayacak olup, burada oksijen radikali, grafen veya istenmeyen organik yan-ürün üzerinde karboksilik veya alkol fonksiyonel gruplari olusturmak için gelismekte olan karbonla yan tepkimelere girebilir. Hz'nin, karbon türlerinin dogal gaz çatlamasindan gelen hidrojenle yeniden birlesmesi üzerinde bir etkisi Tampon gazi, karbon radikallerinin çok yüksek yogunlugunu engellerken mikrodalga alanindan enerjinin alinmasi için yeterli gaz saglayarak plazmayi stabil tutmak için bir seyreltici olarak kullanilir. Tampon gazi ayrica, son isima bölgesindeki tepkime sicakligini kontrol etmek için de kullanilir. Burada-tercih edilen uygulamalarimizda, hammadde gazi olarak dogal gaz kullanilmaktadir ve tampon gazi olarak argon kullanilmaktadir. Ancak, burada diger bölümlerde müzakere edildigi üzere, diger hammadde gazlari ve tampon gazlari da alternatif olarak kullanilabilir. Tarif edilen plazma sistemin grafen olusumu için, karbon öncülü [dogal gaz veya bilesenlerinin herhangi biri, yagla gibi sivilar, tolüen vb) olarak seçilen hidrokarbonun çatlamasi plazma nozülünde meydana gelmelidir ve seyreltme için dogru gaz seçilmelidir. Karbon kaynaginin çatlamasi, arastirma kurumlarinda yaygin olarak kullanilan, gazin dört adet esmerkezli delik üzerinden, bir kuvartz borudan asagi spiral olarak inen bir ham vorteks olusturarak kanallandigi standart bir plazma sisteminde zaten meydana gelmelidir. Gaz, kuvartz boru ve mikrodalga alani üzerinden geçerken çatlatilacaktir. Bu tip bir sistemdeki metanin çatlama etkililigi yaklasik %30'dur [metandan karbona dönüsüm). Kuvartzi yakmadan önceki mevcut güç degeri sinirlidir. Deneyler normalde 15- dakikalik çalistirmalari geçemez. Ancak, mevcut çalismada, nozülün vorteks yaratma açisindan gelistirilmesi ve özellikle nozül üzerinden bir ikili ve üçlü akimin eklenmesi, metan çatlamasini yaklasik %99'a iyilestirmemize olanak saglamistir. Nozül açikliklari plazma salomasinin seklini [boyunu ve enini] etkiler ve böylelikle grafenin olustugu noktanin yani sira 0 noktadaki isi yayilimini tanimlar. Yüksek kaliteli materyalin (preslenmis peletlerde yüksek iletkenliklere sahip daha az katmanli grafen pullari) hasat edilmesi için önemli bir faktör, karbon toplama noktasindaki sicakliktir. Son isimanin baslangicinda grafen olusturma noktasinda, grafenin çok düsük seviyede bir kusur yogunluguyla yetisebildigi aralik olan yaklasik 900-1000°C civarinda bir sicaklik elde etme amaciyla karbonun güce oranini indirgemek için etkisiz gazlar kullanilir. Plazmanin son isimasinda grafen olusumundan hemen sonra isi yayilimi, kaliteli grafen pullari muhafaza etmek amaciyla arzu edilir. Bu, plazma nozülünde [19) takili bir büyük çapli oda (örnegin Sekil 1'deki oda (7)) vasitasiyla basarilir. Gazin plazma nozülünden sonra dogrudan genislemesi, grafen numunesinin bozulmasini önlemek için gerekli sicakliga olanak saglar. Materyalin tipi ve kalitesi büyük ölçüde karbon kaynagina, karbon kaynaginin seyreltilmesi için kullanilan etkisiz gaza ve plazmanin ve bu nedenle son isimanin seklinden üretilen sicaklikla baglantili güç degerine baglidir. Genel olarak, karbon türünün daha yüksek derecede bir seyreltilmesinin, daha az katmanli grafenle, daha yavas büyüme ve daha yüksek son isima sicakligi nedeniyle daha az kusurla ve preslenmis peletler üzerinde daha yüksek iletkenliklerle sonuçlandigi gözlemlenebilir. Yaygin karbon kaynagi olan dogal gazin en stabil bileseni olarak fazla metan da, üretilen kati karbon türünün en etkili genlestiricisi olarak kullanilabilir. Olusan grafenin yigismasi bu nedenle en etkili sekilde engellenir ve tekliyle birkaç katman arasindaki grafenin ince tozu elde edilebilir. COz de benzer bir etkiye sahiptir. Plazma sicakligi hususunda diger görüsler Burada-tercih edilen uygulamalarimizda, mikrodalgalari kullanan plazma sistemi, nispeten düsük bir sicaklikta çalisir ve bu da islemi basitlestiren ve ölçegi arttirmayi kolaylastiran kilit noktadir. Bu durum, yaygin olarak 1000°C üzerindeki sicakliklarda çalisan isisal plazmalara göre kayda deger bir avantajdir. Aksine, burada-tercih edilen uygulamalarda, gaz, plazmanin olustugu nozülde kirilir. Mikrodalga plazmasinda, elektron ve iyon sicakliklari farklilik gösterir. Plazmanin çikisindaki son isimadaki sicaklik, son isimadaki iyonlarin yeniden birlesmesi nedeniyle üretilmekte olup. iyon-elektron yeniden birlesme islemi ekzotermik bir tepkimedir. Gerçeklestirdigimiz testler, Sekil 27'de gösterildigi üzere, plazma ateslemesinden hemen sonra son isimadaki tipik sicakliklarin 150°C civarinda oldugunu göstermistir. Sicaklik kapali tepkime haznesinde, Sekil 28'de gösterildigi üzere, normal çalismada 350°C civarina ulasmak için zaman içerisinde olusacaktir. Sekil 29, bu testlerde tepkime odasindaki sicakligi ölçmek için kullanilan isil çiftlerin yapilandirmasini göstermektedir. Diger çalisma kosullari sicakligi 1000°C'ye kadar çikarabilir. Sekil 27 ve 28'de gösterilen test sonuçlarina daha ayrintili sekilde girersek, Sekil 27 ölçülen sicaklik profilini, plazma ateslenmesi esnasinda plazma bölgesinden Zcm bir noktada göstermektedir. Sicaklik plazma nozülün çikisina çok yakin, son isima bölgesinin hemen baslangicinda ölçülür. Bölge baslangiçta oda sicakligindadir. Plazma 705 sonra ateslenir. Sicaklik sonraki 105 boyunca yaklasik 150°C'ye ulasmak için son isimada artar. Daha yüksek akislarin eklenmesi sicakligin 280°C'ye kadar artmasina neden olur. Plazma daha sonra 1205 sonra kapatilir. Sekil 28, tipik çalisma esnasinda, plazma bölgesinden 4cm bir noktada ölçülen sicaklik profilini göstermektedir. Sicaklik 18005 sonra ölçülür. 7Üs'de ateslemeden sonra, grafen sentezi tepkimesini baslatmak için daha büyük gaz akisi eklenir. Son isimadaki sicaklik, tepkime odasindaki sinirli alan nedeniyle, çalismanin sonunda yaklasik 300°C'ye ulasarak zamanla olusacaktir. Sekil 29, Sekiller 27 ve 28'de gösterilen test sonuçlarinin elde edilmesi için kullanildigi üzere, tepkime odasindaki isil çiftlerin yapilandirmasini göstermektedir. Bir dizi isil çift çikisinda konumlandirilir. Sicaklik ölçüm noktalari plazmanin ekseni boyuncadir. Gücün rolü Genel bir kural olarak, plazma sisteminin daha yüksek gücü, daha iyi çatlatma etkililigi saglar ve daha yüksek akis hizlarinin islenmesine olanak saglar. Ölçegi arttirmanin yolu, nozül tasariminin uyarlanmasindan, islem gazi bilesiminin optimize edilmesinden ve tepkime odasinin daha yüksek bir güce tasarlanmasindan olusur. Plazma sisteminin gücünün ölçeklendirilmesi ve arttirilmasi, iki sekilde basarilabilir. Ya birçok nozülü bir tepkime odasinin etrafinda birlestirmek ya da mikrodalga jeneratörünün gücünü arttirmak ve daha büyük bir nozül tasarlamak mümkündür. Birçok deney, 1 ila 20 kW arasinda yapilmistir. Ancak, nozülün ölçegi konusunda hiçbir kisitlama yoktur. 6kW'deki tipik bir deneyde, 25-45 L/dakika [dakikada litre] toplam gaz akislari (yani karbon kaynagi + tampon gazi) yaygindir. 20kW'deki deneyler, daha büyük bir sistemde gerçeklesir. Daha büyük bir dalga kilavuzu, daha yüksek gaz akislarini ve böylelikle güçleri mümkün kilan daha büyük bir nozülün kullanimini saglar. Tipik gaz akislari 70-130 L/dakika arasindadir. Plazma nozülü (gazin islenmesi için yöntem) Yukarida tarif edildigi üzere, islem gazi (karbon kaynagi + tampon gazi] bir plazma nozülünün [19) içine enjekte edilir (Sekil 1). Burada-tercih edilen uygulamalarda, plazma nozülünü kullanan isleme yöntemi asagidakilerden olusur: Asagidaki özelliklerde konik bir simetride bir iç alana sahip bir uzatilmis kap kullanilmasi (ii) birinci ucun zittinda ikinci uçta açiktir ve (iii) mikrodalga enerjisine saydamdir. Kabin iç alaninin ortasina ikinci ucun altinda bir mesafeden kabin iç alaninin iç duvari boyunca çalisan islenecek gazin bir birinci vorteks akisinin olusturulmasi. Kabin ikinci çikisina dogru kabin iç alaninin ortasindan kabin merkez ekseni boyunca ve vorteks bulucu alaninin duvari boyunca çalisan islenecek gazin bir ikinci vorteks akisinin olusturulmasi. Kabin iç alaninin içine ve birinci ucun çikis açikliginin disinda vorteks bulucunun merkez ekseni boyunca çalisan islenecek gazin bir üçüncü vorteks akisinin olusturulmasi ve Kabin merkez ekseninde, bir mikrodalga plazmasi olusturmak için üçüncü vortekste gazin en azindan bir kismini uyarmak için yeterli yogunluga sahip mikrodalga enerjisine saydam bir dalga tepesi olusturmak için hizalanan bir durgun dalga mikrodalgasi olusturmak. - Dönen iyonize gaz es-eksenel olarak sikistirmali uzatilmis kabin iç alani üzerinden geçer ve birinci uç üzerinden tepkime odasinin içine çikar. - Nozül çikisinda [aritarak ve sogutarak] karbon olusumunun engellenmesi için bir gaz aritma halkasinin kullanilmasi. Sekil 4, üçlü vorteks yapisini gösteren bir hesaplamali akiskanlar dinamigi (CFD) simülasyonunu göstermektedir. Ortadaki kivrimli ok (A), gaz girisinden birinci vorteksin ve birinci karsi vorteksin olusumunu göstermektedir. Üstteki kivrimli ok (B), nozülün arkasinda üçüncü vorteksin olusumunu göstermektedir. Ok (C), nozülün çikisini isaret etmektedir. Tepkime odasi (grafîtli yapilara plazma yeniden birlesmesinin kontrol edilmesi için yöntem) Nozül (19] [Sekil 1), iyonize gazin/plazmanin odanin içine oda duvarlarina bir açida girilmesi amaciyla dogrudan tepkime odasina (7) baglantilanabilir. Tercihen, nozülden (19] disari çikan gaz akimi, tepkime odasi silindirine tegettir. Tercihen, tepkime odasi [7], nozülden disari çikan gaz akiminin genisleyebilecegi sekilde nozülden (19) daha büyük bir hacme sahiptir. Tercihen, tepkime odasi (7) kivrimli yan duvarlara sahiptir ve çeperinde birden fazla plazma nozülü girislerini barindirabilir. Burada-tercih edilen uygulamalarda, tepkime odasinin [7] iç alaninin içine geçmekte olan iyonize gaz, iç duvar boyunca bir dönüs akisi olusturacaktir ve son isima ortaminda artan bir yerlesim süresine sahiptir. Gazli ve ince kati materyaller birinci çikisa (10), tepkime odasinin (7] üst duvarindaki açikliga dogru akacaktir. Yeterince yigismis karbon ikinci çikisa, tepkime odasinin (7) alt duvarindaki açikliga (9) dogru geçecektir. Odanin duvarlarindaki veya filtre mumlarindaki (12) büyük karbon yigismalarinin mekanik olarak yok edilmesi amaciyla, mekanik bir kaziyici odayla (7] baglantilanabilir. Bu, filtre kisminda tarifedilen geri üfleme sistemine ek olarak kullanilir. Burada tarif edilen tepkime odasi tasarimi, önceki genel plazma reaktörü patent dayali olarak insa edilir. Mevcut çalismada, plazma kaynagindan mekansal olarak ayri olan tepkime odasi (7), yüksek safliktaki grafitli materyallerin sentezi esnasinda özel bir öneme sahiptir. Mevcut bulusun bir uygulamasinin bir amaci, bir tepkime odasi içerisindeki tepkimenin ve grafitli karbon yapilarinin müteakip büyümesinin kolaylastirilmasi için bir plazma cihazi saglamaktir. Mevcut bulusun bir uygulamasinin bir diger amaci, düzgün bir grafitli karbon ürününün kesintisiz üretimi ve çikarilmasi için bir plazma cihazi saglamaktir. Dolayisiyla, bulusun burada-tercih edilen uygulamalari, materyalin bir akisinin plazma jeneratörü vasitasiyla tepkime odasina ilgili bir girise yönlendirilmesi için bir ya da daha fazla plazma nozülüyle (19] baglantili bir tepkime odasi ihtiva eden bir tepkime kabi saglamaktir. Tercihen, tepkime odasi (7) kivrimli yan duvarlarla silindiriktir ve her iki uçta açiktir. Birinci örnekte, plazma bulutlari/son isimalari nozül çikisindan disari tepkime odasinin (7] içine uzanacak ve oda içerisindeki boslugu doldurmak için uzanacaktir. Münferit nozüller tarafindan üretilen iyonize türler, grafitli materyallerin büyümesini daha da gelistirmek ve gazin, gelismis özelliklere sahip yüksek degerli grafitli karbon ürünlerine dönüsümünün etkililigini arttirmak için birlesebilir. Oda (7) etrafinda akan tepken materyaller daha sonra, sirali nozüllerden son isimayla karsilasildikça, bir son isima ortaminda artan bir yerlesim süresine sahip olacaktir. Oda içerisindeki akis kosullarinin sagladigi bir baska avantaj, tepkime kabinin yari duvarlari üzerinde grafitli materyallerin birikmesinin indirgenecek olmasidir. Ideal sekilde, bu bulusa göre üretilen karbon, tepkime odasinin (7) iç alani üzerinden geçecek ve filtre mumlari (12) üzerinde toplanacaktir. Tepkime odasinin kesintisiz çalismasinin kolaylastirilmasi amaciyla, karbon birikmesini engellemek veya yok etmek için çesitli özellikler dahil edilir. Nozül/reaktör ara yüzeyinin kiris merkez açisi, nozüller [Sekil 1) arasindaki materyal akisinin karismasini engellemek ve tepkime odasinin (7) iç duvari boyunca karbon birikmesini minimize etmek amaciyla seçilebilir. Akis profili, tepkime odasinin (7) silindirik hacmi içerisinde bir vorteks akis paterni olusturmak amaciyla ilaveli olmalidir. Bir tek nozül için maksimum kiris merkez açisi tercihen, nozülden materyal akisinin tepkime odasinin (7) duvariyla karismadi sekilde 0°'den büyük olmalidir. Daha tercihen kiris merkez açisi 180°'den az ancak 50°'den büyük olmalidir. En tercihen, tepkime odasina baglantili bir tek nozül için kiris merkez açisi 170°'den az ancak 150°'den büyük olmalidir. Sekil 5, kaydirma teget düzlemler kullanan bir ikiz nozülün bir CFD modelini resmetmektedir. Iki veya daha fazla nozül Için kiris merkez açisi, nozülden materyal akisinin tepkime odasinin (7) duvarlariyla karismadigi sekilde 0°'den fazla ve akisin sonraki nozülden gelen akisla karismadigi sekilde 180°'den az olmalidir. Daha tercihen kiris merkez açisi 170°'den az ve 50°'den fazla olmalidir. En tercihen, kiris merkez açisi 160°'den az ve 70°'den büyük olmalidir. Burada tepkime odasina iliskin olarak plazma nozüllerinin düzenlenmesiyle baglantili olarak kullanildigi sekilde "kiris merkez açisi" ifadesi, her birinde merkez dairenin tepkime odasini enine-kesit olarak temsil ettigi ve dikdörtgenlerin plazma nozüllerini temsil ettigi bir seri sematik çizimden (1)-(4) olusan Sekil 25'e istinaden daha iyi anlasilabilir. (1)'de, kiris (AB) bir kiris merkez açisina [0) sahip olup, kiris, plazmanin nozülden çiktikça dairesel odayi ikiye böldügü yöndür. (2]'ye istinaden, kiris merkez açisi 180° ise, bu durumda plazma nozüllerini birbirine dogrudan zittir ve bu da üretilen plazmalar tepkime odasinda birbirleriyle karisabileceginden ideal-degildir. (3)'e istinaden, kiris merkez açisi O°'ye yakinsa, bu durumda plazma bulutu silindire tegetsel olarak girecektir ve bu da duvardan karisma olabilecegi için ideal-degildir. Böylece, (4]'te gösterildigi üzere, ideal sekilde nozüller duvardan uzaga ve birbirlerinden uzaga açilidir. Plazma nozülü (19) tepkime kabina (7), plazma nozülü içerisindeki plazma hacminin merkez noktasindan tepkime kabi hacmine mesafenin minimize edilecegi bir sekilde baglantilanmalidir. Mevcut çalismanin önemli bir yönü, grafitli karbon ürününün olusumunun (mümkün oldugunca) plazma nozülünün (19) kendisinin içerisinde meydana gelmesi gerektigidir. Plazmanin merkez noktasinin tepkime odasina (7] yakin yerlestirilmesi, karbon olusumunun odanin bosluguna ulasmasindan önce olusma ihtimalini azaltir ve nozül odasi ara yüzeyi etrafinda birikmez. Karbon birikmesini engellemek için gereken fiili mesafe, gaz bilesimi, mikrodalga gücü ve nozül kurulumu arasindaki karmasik bir etkilesime dayalidir. Böylece genel olarak, mesafeyi fiziksel olarak mümkün oldugunda kisa yapmak basit opsiyon olarak seçilir. Mevcut çalismanin bir diger yönü, karbon birikimini minimize etmek için yeterli gaz akisinin idame ettirilmesi amaciyla nozül/tepkime odasi ara yüzeyi etrafinda bir gaz aktarim sisteminin entegrasyonudur. Artan soguk gaz akisi ayrica, karbon topaklasmasinin engellenmesi için bu özellikle sicak bölgenin sogutulma faydasini da eklemistir. Nozül bilesenlerinin yüzey sicakliginin karbonun topaklasma sicakliginin karbon ürününün üretilmesini saglar. Bir uygulamada, bir gaz, nozül çikisina dogru nozül/tepkime odasi ara yüzeyinin duvari boyunca yönlendirilir. Gaz akisi, ara yüzeyin duvari boyunca karbonun birikmesini engelleme ve duvarin sicakligini indirgeme etkisine sahiptir. Bir baska uygulamada, gaz nozülden nozül hazne ara yüzeyinin duvarlari boyunca odanin bosluguna dogru yönlendirilir. Gaz birden fazla ufak deliklerin veya dairesel nozül çikisi etrafinda 360° konumlanan bir ufak basinçli hazneden bir Coanda halkasi nozülün kullanilmasiyla enjekte edilebilir. Nozül sonrasi gaz enjeksiyon sisteminin bir baska yönü, kullanilan gazin tipi ve akis hizi yoluyla son isima kosullarinin daha da kontrol edilebilme yetisidir. Plazma nozülü tarafindan islenmemis gazin tepkime bölgesine uygulanmasi yetisini saglar. Sekil 6, Sekil 3'te tarif edilen nozül-oda ara yüzeyinin bir kesitsel görünüsünü resmetmektedir. Plazma bulucu veya vorteks-yansitici uç A ile simgelenmektedir ve mikrodalgaya saydam uzatilmis kap B ile simgelenmektedir. Reaktör duvari üzerinde karbon birikmesini minimize eden mevcut çalismanin bir diger yönü, tepkime kabinin iç alaninin duvarlarindan birikmis karbonun devamli olarak çikarilmasi için bir mekanik kaziyici sistem dahil edilmesidir. Bir uygulamada, dikey olarak hizali payandalar tepkime kabinin [7] silindirik iç duvari etrafinda esmerkezli olarak yerlestirilir ve 360°'ye kadar dönebilen bir merkez sütunla birlestirilir. Merkez payanda, hem kesintisiz çalismayi hem düzgün bir karbon ürününün üretilmesini idame ettirmek amaciyla tepkime odasinin (7] duvarindan karbon birikmesinin yerinden çikarilmasi için periyodik olarak döndürülebilir. Bir baska uygulamada, yatay olarak hizali, bir merkez sütunla birlestirilen silindirik kaziyicilar, tepkime kabinin (7] dikey ekseninde yukari asagi hareket edebilir. Dikey hareket ayrica, karbon ürününün yerinden ayrilmasi görevini de görür. Karbon ürününün birikmesi, kesintisiz çalisma esnasinda grafitli karbon yapilarinin üretimini olumsuz olarak etkileyecek sekilde, tepkime kabinin isisal özelliklerini degistirebilir. Filtrasyon sistemi (gaz evresinden karbonun toplanmasi için yöntem) Tepkime kabi bir kati/ gaz filtrasyon sistemine baglantilanabilir. Daha özellikle, Sekil 1'de gösterildigi üzere, burada-tercih edilen bir uygulamada tepkime kabi [7) eseksensel olarak, kesintisiz filtrasyon yapabilen bir sicak gaz filtre sistemine (11) baglantilanir. Gazli ve ince kati partiküller, sicak gaz filtresinin (11] tabaninda bir dairesel halka (10) üzerinden geçecektir. Sicak gaz filtresinin [11) açik alani içerisinde es-eksenel olarak asili sekilde, ince kati partiküllerin yakalanmasi ve yuvanin üst duvarindaki ikinci çikisa (13] geçislerinin engellenmesi amaciyla filtre mumlari (12) bulunmaktadir. Filtre mumlari (12), gazli ürünlerin geçisini saglamak ancak kati partikülleri kisitlamak için yeterli gözenek hacmi saglar. Mumlarin (12] dis duvari üzerinde, filtrasyon yetenegini daha da arttirarak bir filtre macunu olusacaktir. Periyodik olarak, filtre mumlarinin (12) gazli çikisina (13] bagli bir valf sistemi, dis duvar üzerinde biriken filtre macununun yerinden çikarilmasi amaciyla mumlari yüksek hizli bir gaz akimiyla aritir. Filtre mumlarinda [12) kullanilan gözenek çapi, her ne kadar daha büyük çapli gözenekler filtrenin kati partikülleri halen kisitlamasi sartiyla daha fazla gazin geçmesine izin vermesini saglamak için avantajli olabilecekse de 1 um olabilir. Toplam gözenek hacminin, karbonu parçalamak için kendisine karsi yeterince hareket etmesi amaciyla yeterli gaz kütlesinin filtre mumlari (12] üzerinden geçmesine izin verdigi sekilde geri üfleme basincinin gaz akisini barindirmalidir. Yerinden ayrilmis karbon yerçekimiyle es-eksenel olarak, birinci çikistaki dairesel halka düsecektir. Karbon, tepkime sisteminden kati birikimin çikarilmasi için bir valfin (8) açilabildigi, tepkime odasinin [7] ikinci çikisindan [9] asagi es-eksenel olarak düsmeye devam edecektir. Tercihen, filtre mumlarinin (12] yüzlerinden nano-boyutlu partiküllerin yok edilmesi yetisini gelistirme amaciyla bir by-pass valf sistemi sicak gaz filtresi tasariminin içine bütünlestirilir. Sicak gaz filtresinin tercih edilen bir uygulamasi asagidakileri içerir: yüksek sicaklik valfi (17] ve - birinci çikisla (açik dairesel halka (10)) ve filtre mumlarinin (12) tabani arasindaki sicak gaz filtresi kabinin silindirik duvari üzerinde eksenel olarak konumlandirilan bir üçüncü çikista yer alan bir normalde-kapali yüksek sicaklik valfi (15). Mum aritma dizisinin baslatilmasi için, normalde-açik valf (17] kapatilabilir ve eszamanli olarak normalde-kapali valf açilabilir. Bir baska tercih edilen uygulamada, karbon ürününün safliginin gelistirilmesi için, sicak gaz filtresi 400°C'den yüksek bir sicaklikta çalistirilabilir. Grafen sentezinde olasi bir yan-ürün, polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH) olarak adlandirilan daha ufak grafitli kesitlerdir. Isim vermek gerekirse: antrasen, benzo[a]piren, benzo[ghi]perilen, krisen, koranulen, koronen, ovalen, pentasen, fenantren, piren, tetrasen, trifenilen. Boyutlarina bagli olarak, bu toksik, çogunlukla kanserojen bilesikler ya uçucudur ya da lipofillikleri asil sorundur. Bu grafen-kesitleri, ana ürün bu sicaklikta filtre edildiginde bulunamamalarinin nedeni olan sekilde 400°C'nin altinda veya civarinda kaynama veya uçunum noktalarina sahiptir. Karakterizasyan ve örnekler Yukarida-tarif edilen teçhizat kullanilarak üretilen sentezlenmis grafen tabakalari, geçirimli elektron mikroskopisi (TEM) ile analiz için dogrudan iri delikli karbon izgaralarina uygulandi. Grafen tabakalarinin karakterize edilmesi için bir ZOOkW FEI Tecnai G2 20 Twin TEM kullanildi. Grafen tabakalari, bir 633 HeNe lazerle donatilmis bir Renishaw Ramanscope üzerinde gerçeklestirilen RAMAN analizi için hazirlik olarak peletler halinde preslendi. Asagidaki örneklerde, kW olarak güç seviyelerine referanslar, her bir nozülde plazma yaratmak için kullanilan mikrodalga güç seviyesini ifade etmektedir. Örnek 1: tampon gazi olarak Nitroien [N21 ve karbon kaynagi olarak saf metan kullanimi ve iliskili TEM analizi Bu örnek, parametrelerin pul boyutu ve kalinligi üzerindeki etkisini göstermektedir. Güç N2 akis hizi (L/dakika] Metan (CH4) akis hizi (L/dakika] A 1,5kW 27 3 C 3kW 14 16 Sekil 7 ve 8, yukaridaki parametreler kullanilarak sentezlenen grafitli karbon materyalinin geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir. Her bir durumda, üretilen materyal asagidaki gibi karakterize edilir: A - Boyut olarak 150 nm'ye kadar grafen ve grafitli partiküller, tipik olarak 1-5 katman kalinliginda. B - Boyut olarak 300 nm'ye kadar grafen ve grafitli partiküller, tipik olarak 1-12 katman kalinliginda. C - Boyut olarak 1 nm'ye kadar grafen ve grafitli partiküller, tipik olarak 25-60 katman kalinliginda. Ornek 2: tampon gazi olarak Nitrojen [N21 ve karbon kaynagi olarak dogal gaz kullanimi ve iliskili analiz Bu örnek, grafen yapisini göstermek için çesitli yöntemlerle karakterize bir numuneyi göstermektedir. Sekil 9, 2 kW, 24 L/dakika N2 + 6 L/dakika sebeke dogal gaz akis hizinda sentezlenen grafitli karbon materyalinin geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir. Sekil 10, 2 kW, 24 L/dakika Nz + 6 L/dakika CH4 akis hizinda sentezlenen bir grafitli karbon numunesinin örnek bir Raman spektrumunu sunmaktadir. Örnek 3: tampon gazinin rolü Sekiller 11-13, karbon kaynagi olarak dogal gaz ve tampon gazi olarak argon kullanilarak üretilen grafitli karbon materyalinin geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir. Karbon materyalinin üretilmesi için kullanilan islem parametreleri su sekildedir: Sekil 11 - 36 L/dakika Ar, 5.2 L/dakika NG, 5kW, torba filtre. Sekil 12 - 15 L/dakika Ar, 22 L/dakika NG, 6kW, HGF Sekil 13 - 6 L/dakika Ar, 22 L/dakika NG, 6kW, torba filtre Örnek 4: COz ile Deneyler ve iliskili TEM analizi Sekil 14, 6kW, 21.5L/dakika Dogal gaz, SL/dakika COz'de sentezlenen karbon materyallerin TEM analizini sunmaktadir. Beyaz oklar, grafitli pullarda (siyah oklar) potansiyel olarak amorf eklemeler olan dairesel, sogan-tipi partikülleri göstermektedir. Ayrica, asagidaki egilimleri olusturmak için TEM, Raman ve iletkenlik açisindan dört durumu karsilastirdik: Dogal gazla, helyumla, argonla, COz'yle veya digerleriyle kiyaslandiginda bir argon plazmasinin belirgin biçimde farkli yapisi nedeniyle 6 kW'de 30 L/dakika Ar + 2.5 L/dakika CH4'ten elde edilen hiç sabit plazma olmadigindan, bu karsilastirmanin argonda mümkün olmadigi kaydedilebilir. Benzer karbon akislarini karsilastirmak için 7.2 L/dakika CH4 ve 2.5 L/dakika C3H3 ile devam ettik. Sekil 15. asagidaki kosullar altinda sentezlenen karbon materyallerin geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir: ve 30 L/dakika'da helyum - TEM'de hafifçe daha az kirisik pullar. Hiç kohezif pelet elde edilemediginden, bu numunede iletkenligi ölçmek mümkün degildi. L/dakika'da helyum, çok az daha ufak pullar/daha fazla kirisik göstermektedir. Bunun pelet iletkenligi 500 S/m ile elde edilebilir. Raman spektrumlari, 633 nm lazer SmW güce, 50x objektife, 500 um lazer uygulamasina, 2 s ölçümlerinin 10 toplamasina sahip bir Bruker Senterra Raman spektrometresinde kuvartz alt katman üzerinde grafen numunelerin ince tabakalarindan alindi. Yukaridaki (a) ve [b] kosullari altinda üretilen grafen numunelerinin Raman spektrumlari, Sekil 16'da gösterilmektedir. Gösterilen spektrumlar, referans hattiyla dogrulanmistir. Dogal gazin ve propanin Raman spektrumlari karsilastirildiginda, her ikisinin de bir grafitli numunenin tipik özelliklerini gösterdigi açiktir. D piki (1320 cm-1 civarinda), numunedeki amorf safsizliklar olabilen ancak TEM'e göre esasen lazer isiniyla (500um) gözlemlenen pullarin [pul boyutu 50 - 500 nm arasinda) kenarlarindan çikan sp3 melezlestirilmis karbonu göstermektedir. Isin altinda artan kenar sayisiyla, yani daha ufak pul boyutuyla güçlendirilir. Bu sekilde D/G oranindaki artis (DG için 0,71, propan için 1,3), TEM'deki daha ufak pul boyutlari ve daha yüksek kusur yogunlugu gözlemini onaylamaktadir. G/2D orani, katman belirlenmesi için kayda degerdir. G piki (1570 (tm-1 civarinda) yogunlugu katmanlarin sayisiyla artarken, 2D piki (2630 om-1 civarinda), tek katmanli grafen için en yüksek yogunlugu göstermektedir. Raman spektrumlari, DG numunesi (G/2D 1,3, propan G/2D 1,7) için daha az katmani isaret etmektedir. 2D pikinin genel çok zayif yogunlugu yine, isinin boyutuna kiyasla pullarin boyutuyla açiklanabilir. Genis alanli birkaç katmanli grafen için çok daha düsük G/2D oranlari bekledigimiz durumdayken, mevcut numunenin tekli 2D piki tarafindan grafenin aksine grafitten olustugu hesaba katilmayabilir. gaza [3.6 Lidakika l karsilik yüksek dogal haz [7.2 Lidakika | Burada, daha düsük karbon akislari, yani daha yüksek seyreltme seviyesi, iletkenlik açisindan daha kaliteli materyalle sonuçlanacak sekilde gösterilmektedir: 5000 S/m vs 1500 S/m. Pullar daha fazla dagilir ve daha yüksek seyreltmede TEM'de daha az kirisik gösterir. Metan çatlatma etkililigi, dogal gazin ve argonun bir dizi bilesimlerindeki gaz kromatografik analiz vasitasiyla izlenmistir. DG (L/dakika) Ar [L/dakika) Güç (kw) Çatlatilmis dogal gaz (L/dakika) 5 6 18,0 10 6 15,3 15 6 12,7 20 6 9,5 2 5 5 4,9 Sekil 17, asagidaki kosullar altinda sentezlenen karbon materyallerinin geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir: seyreltme, SkW mikrodalga gücü, birkaç katmanli grafenin nispeten düz ve gerilmis pullariyla sonuçlanir. Kirisiklar minimumda tutulur ve büyük ihtimalle TEM izgara hazirligi üzerine yetersiz dagilim nedeniyle meydana gelir. (b) Daha yüksek dogal gaz akislari [7,2 L/dakika) daha az saydam, yani daha katmanli, hafifçe daha burusuk ve boyut olarak daha küçük pullarla sonuçlanir. Sekil 18, SkW mikrodalga gücünde argonda (a) Düsük DG'ye [D/G 0,68, G/2D 1,2] karsilik sunmaktadir. Bunlarin ve müteakip spektrumlarin basliklarinda, "L" L/dakika olarak akis hizinin kisaltilmis bir biçimidir ve "düsük", nispeten düsük bir akis hizini (3,6 L/dakika ) Ifade etmektedir. "Yüksek", nispeten yüksek bir akis hizini (7,2 L/dakika ] ifade etmektedir. Raman sonuçlari, daha yüksek DG akislarindan (daha ufak pullar, daha fazla safsizlik) ve daha fazla katmandan (G/Z D) daha yüksek bozulma (D/G) göstermektedir. Burada, daha yüksek gücün, daha kaliteli materyal (daha yüksek iletkenlik 2500 vs 4000 S/m), daha az katman, daha az kirisiklik] sagladigi gösterilmektedir. Sekil 19, asagidaki kosullar altinda sentezlenen karbon materyallerinin geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir: oldukça ufak grafitli pullarin daha kalin yigismalarini göstermektedir. (b) Diger sekillerde özdes ayarlardan 6 kW mikrodalga gücünde edinilen materyal, daha az katmani isaret edecek sekilde daha yüksek saydamlikta daha büyük pullari göstermektedir. kullanilarak elde edilen numunelerin Raman spektrumlarini sunmaktadir. Raman sonuçlari, daha yüksek güç için hafifçe daha büyük pul boyutu, daha yüksek güç numunesi için kesinlikle daha az katman (daha düsük G piki yogunlugu daha yüksek D/G oraniyla ancak ayrica kayda deger sekilde daha düsük G/2D ile sonuçlanir) göstermektedir. Ar. He ve Nz'nin bir 3.6 LZdakika dogal gaz akisiyla karsilastirilmasi Burada, tamponlar olarak çesitli etkisiz gazlarin karsilastirilmasi, edinilen materyalde kayda deger bir farklilik göstermektedir. Bir tampon gazi olarak argon, helyumla kiyaslandiginda daha uygun görünmektedir. TEM'de gözlemlenen oldukça saydam pullarin daha büyük boyutu da, kayda deger sekilde daha yüksek pelet iletkenlikleriyle sonuçlanir. Sekil 21, asagidaki kosullar altinda sentezlenen karbon materyallerinin geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir: (1)) He [5 kW) 2700 S/m daha fazla kirisik, daha fazla katman. L/dakika DG kullanilarak elde edilen numunelerin Raman spektrumlarini sunmaktadir. Raman sonuçlari, argonun tampon gazi olarak uygulandigi, TEM ile iyi bir mutabakat Içinde daha az katmana [daha düsük G/2D] sahip kayda deger sekilde daha büyük pullari Argon plazmasinin yapisi nedeniyle, 30 L/dakika Ar'de 3,6 L/dakika DG'nin oldukça seyreltilmis bu ayarlarini 6kW'de çalistirmak stabil olarak mümkün degildir. Önceki örnekte ortaya konuldugu üzere, daha yüksek güç degerleri daha iyi materyaller sonuçlanir, böylece mümkün olan durumlarda yüksek güç deneyleri yapmak istemekteyiz. Bu sekilde, bir helyum deneyi, her ikisi de 30 L/dakika etkisiz gaz, 3,6 L/dakika dogal gaz akisi, 6kW olan nitrojenle karsilastirilmaktadir. Sekil 23, asagidaki kosullar altinda sentezlenen karbon materyallerinin geçirimli elektron mikrografiklerini sunmaktadir: TEM, helyum ayarindan daha saydam pullari açiga çikarmaktadir. Her iki numune de kirisiklik ve sadece önemsiz miktarlarda grafitli-olmayan materyal (yan-ürünler] göstermektedir. Pelet iletkenlikler, nitrojen numunesi için hafifçe daha iyi sekilde 4'e karsilik 6 kS/m olarak belirlendi. L/dakika DG kullanilarak elde edilen numunelerin Raman spektrumlarini sunmaktadir. Raman spektroskopisi, nitrojen numunesinden daha genis pullar [daha az kusur, D/G) ve daha düsük katman sayisi [G/ZD) göstermektedir. Nitrojen numunesindeki (D/G) yüksek kusur yogunlugu ayrica, pullarin, nitrojenin grafen kafesi içine potansiyel katilmasiyla veya hatta nitrojen türlerinin grafen levhacik tozuna esdegerli-olmayan baglanmasiyla katkilanmasini isaret etmektedir. Bu durum ayrica, nitrojen numunesinde gözlemlenen daha yüksek iletkenligi de açiklayabilir. Diger olasi modifikasyonlar ve alternatif uygulamalar Ayrintili uygulamalar yukarida, bazi olasi modifikasyonlar ve alternatiflerle birlikte tarif edilmistir. Teknikte uzman kisilerce anlasilacagi üzere, uygulamalarda örneklenen buluslardan faydalanmaya devam ederken yukaridaki uygulamalara bir takim ilave modifikasyonlar ve alternatifler yapilabilir. Grafen içeren grafitli ürünlerin plazma sentezi için alternatif teçhizatin bir örnegi olarak, Sekil 26, iki mikrodalga plazma nozülünü (19) bir tekli tepkime odasinda (7) birlestiren bir ikiz plazma sistemini göstermektedir. Nozüllerin (19) her biri, mikrodalga enerjisi kaynagini, bir karbon-ihtiva eden gaz akisini sinirlandirma ve plazmayi tasima görevi gören bir düsük dielektrik materyal [2) üzerinden tasiyan bir dalga kilavuzunu [1) ikiye böler. Gaz akisi, birden fazla tegetsel yarik [5) üzerinden geçirilerek bir vorteks hareketinde döndürülür. Bu akis, tepkime odasi hacmine [7) girmeden önce bir dengeli- olmayan plazma tarafindan çatlatildigi dielektrik borusunun [2) içerisindeki mikrodalga alani boyunca geçmeden önce, bir vorteks bulucu [3) tarafindan daha da stabilize edilir. nozül, plazmayi ateslemek amaciyla, erisim için çikarilabilir bir kapak [4) ve dielektrik materyali metal nozül parçalarina mühürlemek için yüksek sicaklik contalari [6) içerir. Gaz akisi odaya [7) girdiginde, [grafen içeren) kati karbon materyallerinin metal filtre mumlariyla gazli materyallerden ayrildigi bir filtre kabina [11) dogru yukari geçer. Gazli materyaller filtre kabinin [13) üstünün içine geçerken, kati materyal kesintisiz olarak ters püskürtme gaz akislariyla mumlardan çikartilir. Kati materyal daha sonra, tepkime odasinin gövde yüzü üzerinde toplanmadan önce filtrenin (11) gövdesi ve oda [7) üzerinden asagi düser. Bir mekanik kazima mekanizmasi [10), karbon birikimini sürekli olarak yok etmek için tepkime kabinin [7) iç kismi etrafinda döner. Karbon kaziyici mekanizma [10) tarafindan tepkime odasinin [7) tabanindaki bir göze dogru itilir ve islemin tabaninda toplama kabina [9) girmeden önce bir valf [8) üzerinden geçer. Valf [8) sistemin toplama kabindan [9) kapatilmasini saglar, böylece kap islemin çalistirilmasi esnasinda bosaltilabilir. Sekil 26'daki sistem, Sekil 1'dekine alternatif bir islem tasarimi içermektedir. Sekil 26'da, Sekil 26'da, odanin ve filtre gövdesinin entegrasyonu sistemden üstün karbon yok edilmesini saglar. Bu, karsilik olarak, daha iyi ürün bütünlügü ve kalitesiyle sonuçlanir. Sekil 26'daki oda [7) içerisinde karbon yok etme sistemi [10), nozüllerin gaz tüketiminde bir azalma saglarken, kati materyalin nozül [19)/reaktör [7) ara yüzeyinden uzak tutulmasi için artik gaz gerekmediginden, ayni hacimde kati materyal üretmeyi de saglar. Referanslar 4257, Simple method of preparing graphene flakes by an arc-discharge method. highly-crystalline few-layer graphene sheets by arc discharge in various Hz-inert gas mixtures. Homogeneous nucleation of graphene nanoflakes (GNFs) in thermal plasma: Tuning the 2D nanoscale geometry. Synthesis of graphene-based conductive thin films by plasma-enhanced Chemical vapor deposition in a CO/l-l2 microwave discharge system. plasma based single step method for free standing graphene synthesis at atmospheric conditions. graphene synthesised in the gas phase. thin carbon films. assembly of graphene with functionalized poly(flu0rene-alt-phenylene): the role of the anthraquinone pendant groups. Chemistry approach to graphene nanostructures. layers by atmospheric pressure graphitization of silicon carbide. graphene nanocrystals on dielectric substrates. by selective laser ablation. functionalized graphene by oxidation ve thermal expansion ofgraphite. Chemical vapor deposition of graphene. on arbitrary substrates by Chemical vapor deposition. East Lansing, Michigan. graphene by liquid-phase exfoliation of graphite. microwave synthesis of graphene: experimental conditions ve hydrocarbon precursors. TR