Co-, Ni- ja Cu-nanohiukkasten tuotto vetypelkistysmenetelmällä

Johanna Forsman

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tässä väitöskirjatyössä on tutkittu koboltti-, nikkeli- ja kuparinanohiukkasten tuottoa vetypelkistysmenetelmällä kaasufaasissa. Nanomateriaaleilla on ominaisuuksia, joita ei ole vastaavilla isomman kokoluokan materiaaleilla. Niiden avulla voidaan tehdä uudenlaisia tuotteita tai vähentää materiaalien käyttöä ratkaisevasti. Lähtöaineena on käytetty metalliklorideita. Metallinanohiukkasten tuottoa on tutkittu paljon, mutta erityisesti päällystettyjen hiukkasten tapauksessa tarkkoja ja taloudellisia menetelmiä on edelleen syytä tutkia ja kehittää. Tässä työssä käytetyllä menetelmällä voidaan tuottaa hiukkasia niin, että hiukkaskoon ja muita muuttujia voi valita samalla, kun hiukkasten laatu ja tuotto pysyvät korkealla. Kobolttihiukkasten lukumääräkeskiarvostettu primäärihiukkashalkaisija (LKH) kasvoi 20 nanometristä 84 nanometriin, kun hiukkasten massakonsentraatio kasvoi arvosta 0,5 g/m3 arvoon 10 g/m3. Tätä suuremmilla massakonsentraatioilla hiukkaset eivät enää kasvaneet. Koboltti- ja kuparihiukkaset päällystettiin hiilellä lisäämällä eteeniä reaktiovirtaukseen. Kuparihiukkaset päällystettiin lisäksi hiilellä ja hiilinanoputkimaisilla rakenteilla lisäämällä eteeniä ja vettä reaktoriin. Kun eteenipitoisuus kasvaa nollasta 9,2 mooliprosenttiin kobolttihiukkasten LKH pienenee 84 nanometristä 17 nanometriin. Hiukkasten massakonsentraatio oli 10 g/m3 tai suurempi. Kun hiukkasen LKH oli 84 nm, oli keskihajonta 17 nm. Kun LKH oli 17 nm, oli hajonta puolestaan 7 nm. Kuparin kohdalla LKH pieneni 121 nanometristä ilman eteeniä 20 nanometriin, kun eteenipitoisuus nousi 9,2 mooliprosenttiin. Kaikissa tapauksissa hiukkaset olivat kiteisiä ja kiderakenne oli FCC. Hiukkasten muodostumisprosessia mallinnettiin yksinkertaisella laskennalla. Vaikuttaa siltä, että pintareaktiolla on tärkeä osa hiukkasten kasvussa. Ensin muodostuvat hiukkasten ytimet kaasufaasireaktiolla ja nukleaatiolla. Sitten hiukkaset kasvavat kondensaatiolla ja pintareaktiolla. Kaasufaasissa tapahtuu myös jonkin verran käänteisreaktiota metallista metallikloridiin. Sekä kobolttihiukkasten että hiilipäällystettyjen kobolttihiukkasten saturaatiomagnetisaatio vaihteli välillä 141–147 emu/g. Koboltin ominaissaturaatiomagnetisaatio on 159 emu/g. Mitatuilla hiukkasilla ei havaittu hystereesiä. Sekä hiilipäällystettyjä että päällystämättömiä kobolttihiukkasia käytettiin polymeerikomposiitin valmistuksessa. Komposiittia voidaan hyödyntää RF-antennin alustana. Komposiitin suhteellinen permeabiliteetti kasvoi arvosta 1 arvoon 3, kun hiukkasten osuus kasvoi nollasta 28 tilavuusprosenttiin. Hiilellä ja hiili-hiilinanoputkiyhdistelmällä päällystettyjä kuparihiukkasia käytettiin valmistettaessa mustetta, jolla tehtiin johtavia viivoja tulostamalla yksi kerros mustesuihkutulostuksella. Paras johtavuus oli 6,4 S/m.
Julkaisun otsikon käännösCo-, Ni- ja Cu-nanohiukkasten tuotto vetypelkistysmenetelmällä
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Kauppinen, Esko, Vastuuprofessori
  • Jokiniemi, Jorma, Ohjaaja, Ulkoinen henkilö
Kustantaja
Painoksen ISBN978-951-38-8007-1
Sähköinen ISBN978-951-38-8008-8
TilaJulkaistu - 2013
OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Co-, Ni- ja Cu-nanohiukkasten tuotto vetypelkistysmenetelmällä'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä