Fiziksel Yöntem ile Saflaştırma

Kimyasal saflaştırma KNT yapılarını bozarak yüzey özelliklerinin değişmesine neden olmaktadır. KNT’lerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini tam olarak açıklayabilmek için oksidatif saflaştırma dışında saflaştırmalar da gereklidir. KNT’lerin açı oranları, fiziksel boyutları, çözünebilirliği, ağırlık ve manyetizması gibi fiziksel ve şekilsel özellikleri safsızlıklardan farklıdır. Bu farklar, fiziksel teknikler kullanılarak safsızlıkları KNT’lerden uzaklaştırmayı sağlar. Bu yöntemin en göze çarpan özelliği yıkıcı ve oksitleyici olmamasıdır.

Fiziksel saflaştırma yöntemleri; filtrasyon, santrifüj, fonksiyonel gruplarla çözünürleştirme ve yüksek sıcaklık tavlaması olarak sınıflandırılabilir.

3.2.1. Filtrasyon

Filtrasyon ile ayırmada TDNT’nin, metal parçacıklarının ve fullerenlerin fiziksel boyut, açı oranı ve çözünürlük farkı esas alınır. Küçük boyutlu olanlar ve çözeltide çözünenler filtreden geçer ve KNT’ler büyük ölçüde kalır. Safsızlıklar CS2 ve toluen gibi organik çözücülerde muamele görüp filtre edilebilir. Filtre deliklerinden daha küçük boyuttaki safsızlıklar çözelti ile birlikte filtreden geçer ve KNT duvarına tutunmuş olabilen küçük tanecikler ile büyük boyutlu safsızlıklar kalır. Buradaki sorun büyük boyutlu safsızlıkların filtre gözeneklerini kaplaması ve işlemi yavaşlatmasıdır. Filtrenin kapanması önlemek için yaygın olarak yüzey etkin malzemeler ve ultrasonikasyon işlemi kullanılır.

41

Bonard ve çalışma arkadaşları [141] ÇDNT’leri saflaştırmak için sonikasyon yardımıyla filtrasyonu ilk uygulayan araştırmacılardır. ÇDNTler sodyum dodesil sülfat (SDS) ile suda çözünür ve kararlı bir tanecikli çözelti elde edilir. Çözelti sonikasyonda büyük tanecikleri ayırmayı sağlayacak filtrat ile filtre edilir. Verimi artırmak için istenilen saflık elde edilene kadar ardı ardına filtrasyon yapılır.

Bandow ve çalışma arkadaşları [142] ise metal nanoparçacıkları, fullerenleri, poliaromatik karbonları ayırmak için N2 ile basınç altında (2atm) filtrasyon ve mikrofiltrasyon işlemleriyle saflaştırma yöntemi geliştirmişlerdir. Mikrofiltrasyonun 3 kez uygulanması ile metal parçacıkların uzaklaştırılması sağlanmıştır.

Filtrasyonun en büyük avantajı amfifilik moleküller ve filtre membranı ile karbon ürünlerinin fizikokimyasal etkileşimi ile gerçekleşerek nanotüplere zarar vermemesidir. Ancak bu işlem ürünün kalitesine bağlıdır ve zaman alıcıdır. Ayrıca tüp duvarına tutunan amorf ve küresel karbon parçacıkları tam olarak uzaklaştırılamaz.

3.2.2. Santrifüj

Santrifüj, farklı kütlelerdeki iki parçacığın ağırlıkları dolayısıyla tüpte farklı hızlarda yerleşmesi sebebiyle çözeltideki parçacıkların ağırlığına bağlıdır. Diğer yandan santrifüj sıvı bir ortamdaki nanotüp, amorf karbon ve nanoparçacık çözeltisinin kararlılık farkını esas alarak ayırmayı sağlayabilir. Düşük hızlı santrifüj (2000g) amorf karbonun, nanotüpün ve nanoparçacıkların sedimentten uzaklaşmasında etkili iken yüksek hızlı santrifüj (20000g) sıvı ortamdan nanotüpler ayrılırken nanoparçacıkların çökmesinde rol oynar. Bu yöntemin dezavantajı ise yüzeyde fonksiyonel grupları sağlayan nitrik asitle işlem gerektirmesidir.

3.2.3. Fonksiyonel Gruplar ile Çözünürleştirme

Fonksiyonel gruplar ile saflaştırma, KNT’lerin yüzeylerine fonksiyonel gruplar eklenmesi ile çözünmeyi sağlama esasına dayanır. Filtrasyon ve kromotografi saflaştırma tekniklerinin uygulanmasına imkan sağlar. Saflaştırılmış fakat fonksiyonlaştırılmamış KNT’lerin geri kazanılması için ısıl işlem ya da diğer teknikler uygulanmalıdır.

42

Coleman ve çalışma arkadaşları [143, 144] toluende organik polimer (PmPV) kullanarak ÇDNT’lerin hasarsız, yüksek verimde ve tek adımlı saflaştırılmasını sağlamışlardır. Organik polimeri Buchner filtrasyonu ile uzaklaştırmışlar ve %91 saflıkta KNT elde etmişlerdir.

Jeynes ve çalışma arkadaşları [145] ile Sanchez ve arkadaşları [146] KNT saflaştırma için DNA ve RNA kullanmışlardır. Ark boşalım ile üretilen KNT’leri 0°C’de saf suda 0.5mg/ml RNA ile 30 dk sonikasyona tabi tuttuktan sonra peletleme için santrifüj etmişler ve RNA sarımlı KNT’lere RNA’yı uzaklaştırmak için ribonükleaz enzimi ile muamele etmişlerdir. Jeynes ve arkadaşları RNA/DNA’nın KNT çözünürleştirmede SDS’den daha etkili olduğunu öne sürmüşlerdir.

Bu işlemin avantajı, KNT’nin elektronik yüzey yapısını korumasıdır. Bu özellik KNT’lerin biyosensör olarak kullanımında büyük önem teşkil eder [147]. Ayrıca KNT’nin çözeltide dağılımını sağlamak KNT’nin nükleik asit ya da ilaç taşıcısı olarak kullanımı için de çok önemlidir. Ancak bu tekniğin etkisi çok fazla safsızlık içeren KNT örnekleri için yüksek değildir.

3.2.4. Yüksek Sıcaklık Tavlaması

KNT’lerin biyomalzeme gibi kullanımları için metal parçacıklarının tamamen uzaklaştırılması özellikle önemlidir. Ancak metal parçacıklarının büyük çoğunluğunun karbon tarafından sarılmış olması bunu asitle yıkama yaparak başarmayı oldukça zorlaştırır. Đnert atmosfer ya da yüksek vakum altında ve yüksek sıcaklıklarda (>1400°C) karbon ve metalin fiziksel özellikleri farklıdır. Grafit 3000°C’de bile kararlı kalır iken metalin buharlaşma sıcaklığının daha düşük olduğu bilinen bir özelliktir. Bu şekilde yüksek sıcaklık tavlama yöntemi uygulanarak metalin etkili bir şekilde uzaklaştırılması mümkün olmaktadır.

Lambert ve çalışma arkadaşları [148] numuneyi metalin buharlaşma sıcaklığının üstünde ısıtarak metal katalizör parçacıklarını TDNT’den ayırmayı başaran ilk araştırmacılardır. Buldukları sonuç, bu yöntemin metali uzaklaştırmada iyi bir yol olabileceğini göstermiştir. Yöntemin ÇDNT için uygulanan çalışmalarda da [149-151] iyi sonuçlar verdiği görülmüştür. Bulgular %99.9 saflıkta KNT eldesinin mümkün olduğunu göstermiştir. Sonraki çalışmalar ise bu yöntemin, KNT üzerinde oluşan yapısal hataları yok etme [152], çapta büyüme [153], TDNT’lerin ÇDNT’ye

43

[154] ya da ÇDNT’lerin çift duvarlı karbon nanotüplere [155] dönüşme gibi değişikliklere neden olabileceğini göstermiştir.

Sonuç olarak yüksek sıcaklık tavlaması yöntemi metal parçacıklarının uzaklaştırılması için en etkili yöntem olup KNT’lerin mekanik direncini ve termal kararlılığını artırır ve elektronik taşıma özelliğini etkiler. Bu yöntemin dezavantajı ise karbonlu safsızlıkların hala var olması ve grafitleşmeden sonra da uzaklaştırılmasının daha zor olmasıdır. Bu nedenle yöntem, diğer yöntemlerle karbonlu safsızlıkların giderildiği numunelerde ve karbonlu safsızlıkların az olduğu ya da önemsenmediği durumlarda kullanılabilir.