Nanoyapı Sentez Metotları (nanostructure synthesis methods)

Nanoyapıların (Nanomalzemeler) üretim metotları çeşitli şekillerde sınıflandırılabilir. Fiziksel ve kimyasal bazlı sınıflamaya göre üretim teknolojileri Şekil-4’de şematik olarak gösterilmişti. Diğer bir sınıflandırma sistemine göre, nanoyapıların üretim metotları üç grup altında toplanabilir: Katı faz, sıvı faz ve gaz faz sentez metotları (Şekil-18).

Şekil-18: Tipik bazı nanoyapı sentez metotları

Katı Faz Sentezler

Mekanik Öğütme: Mekanik aşındırma, Nanomalzemelerin sentezinde tipik bir ‘top-down’ metot örneğidir. Bu yöntemde Nanomalzeme, kümelerden (cluster) değil, plastik deformasyonun sonucunda oluşan kaba-taneciklerin yapısal bozunmasıyla hazırlanır. Mekanik öğütme basittir, pahalı ekipmanlara gerek olmaz, her sınıf malzemenin ve ayrıca nanokristal malzemelerin elde edilmesinde uygulanan çok popüler bir metottur.

Uygulamada öğütme ortamından veya atmosferinden gelebilecek kirlenmeler ve toz ürünün, nanokristal mikroyapının kabalaştırılmadan konsolidasyonuna dikkat edilmesi önemlidir.

Mekanik öğütmede yüksek enerjili karıştırıcı, küresel bilyeler, veya tumbler değirmenler kullanılır. Bilyelerin sayısına, dönme hızına, boyutuna, bilye/toz kütlesine, öğütme süresi ve öğütmenin yapıldığı atmosfere bağlı olarak refraktör veya bilyelerden toz malzemeye enerji transferi olur.

Bu sentez metodu, amorf veya nano-kristalin alaşım partiküller, elementel veya kompaund tozların üretimi için uygundur bir yöntemdir.

Şekil-19: Mekanik öğütme şematik görünümü

Litografi: Litografik uygulamalarda genellikle bir master templat hazırlanır; özel ekipmanlara gerek olmaz. Günümüzde en çok kullanılan top-down yöntemlerden biri fotolitografidir; bilgisayar çiplerinde ve 100 nm’den küçük partiküller elde edilmesinde uygulanan bir yöntemdir.

Örneğin, oksitlenmiş bir silikon devre levhası 1 mm kalınlıkta foto-dirençli bir tabakayla kaplanır; UV ışın uygulandığında fotokimyasal reaksiyon nedeniyle foto-direnç maddede polimer zincirler kopar, polimerik madde bozunur. Sonra devre levhası bir develope çözeltisinde çalkalanarak UV ışına maruz kalan alan uzaklaştırılır.

Fotolitografiye alternatif olarak elektron-demeti litografisi ve X-ışını litografisi teknikleri geliştirilmiştir. Elektron-demeti litografisi yönteminde, bir polimer filme elektronlarla patern kaydedilir. Elektronların dalga boyu nedeniyle difraksiyon etkileri önemli derecede azalacağından, rezolusyon çok gelişmiş ve yüksektir. Ancak bu teknik çok pahalı ve çok yavaştır.

X-ışını litografisinde de, X-ışınları dalga boylarının kısa olmasından dolayı difraksiyon etkileri çok düşüktür. Işınların odaklanmasında konvensiyonal lensler yeterli değildir, radyasyon lensleri ve sistemde maskeleme için kullanılan malzemeleri tahrip eder.

En çok kullanılan litografi metotları olan baskı, presleme ve kalıplamada tekniklerinde mekanik prosesler (foton ve elektronlar yerine) uygulanır. Bu yöntemlere, polimerler kullanıldığından, yumuşak litografi metotları denir.

Sıvı Faz Sentezler

Sıvı faz sentezlerde ‘ıslak kimya rotası’ izlenir. Sıvı faz sentezlerde partikül oluşum mekanizması, buhar faz prosestekiyle aynıdır. Tipik gaz kondensasyonda grain boyutunun ve kristal şeklinin kontrolü kolay olmadığı halde, sol-jel ve solvotermal sentezlerde büyümeyi sınırlayan organik ligandlar kullanılarak bu özellikler kontrol altında tutulabilir.

a. Kopresipitasyon (Coprecipitation)

Kopresipitasyon (CP) reaksiyonlarda çekirdek oluşumu, büyüme ve/veya aglomerizasyon prosesleri eşzamanlı olarak meydana gelir. Süper saturasyon koşullar altında genellikle çözünmeyen tanecikler oluşur.

Çekirdek oluşumu anahtar aşamadır; çok sayıda küçük partiküller meydana gelir. Oswald olgunlaşması veya agregasyon gibi ikincil prosesler elde edilen ürünün boyutunu, morfolojisini ve özelliklerini önemli derelerde etkiler. Çökelmeyi kolaylaştırmak için, genellikle  kimyasal bir reaksiyon sonucu oluşan süper saturasyon (doygunluk) gereklidir.

Tipik kopresipitasyon metotları arasında metallerin (sulu çözeltilerden, susuz çözeltilerden indirgenmeyle, elektrokimyasal indirgenmeyle, ve metal organik öncüllerin bozunmasından), oksitlerin (sulu ve susuz çözeltilerden) ve metal kalgonidlerin (moleküler öncüllerin reaksiyonlarıyla) elde edilmeleri sayılabilir. Ayrıca, mikrodalga/sonikasyon kopresipitasyon prosesleri de uygulanabilir.

Fe₂O₃-Al₂O₃ bileşiklerinin elde edilmesi ve kalsinasyonu Şekil-20’de gösterilmiştir. Kristalin fazların (ör. magnetit, hematit) oluşumu, transformasyon sıcaklığı, kristalit boyutu, spesifik yüzey alan, doku parametresi, demir oksidin magnetik özellikleri, komponentlerin oranına ve termal işlemlemelere bağlı olarak değişir.

Şekil-20: Al₂O₃-Fe₂O₃ bileşiklerin kopresipitasyon metoduyla sentezi

b. Sol-Jel Prosesi

Sol-jel proses bir ıslak-kimyasal tekniktir; kimyasal bir çözelti (çözelti sol) veya koloidal tanecikler (nano skala partiküller için sol) kullanılarak integre bir ağ yapı (jel) üretilir. Proseste önce, çözelti içinde katı partiküller içeren kararlı bir sol hazırlanır ve takiben bu sol, polikondensasyon veya poliesterleşme reaksiyonuyla jelleştirilir. İçerdiği sıvı fazın uzaklaştırılması için jel kurutulur. Son aşamada, jellerin densifikasyonu (yoğunlaştırılması) ve dekompozisyonu için yüksek sıcaklık uygulanır; jel ağ yapıdaki gözenekler çöker ve kalıntı organik kontaminantlar uzaklaşır.

Sol-jel, iki aşamalıdır; sol ve jel. Sol, sıvı bir fazda katı taneciklerin koloidal süspansiyonu, jel ise fazlar arasında oluşan bağlantılı ağ yapıdır. Sol-jel prosesi iki temel reaksiyon içerir: (1) hidroliz ve (2) kondensasyon (veya polikondensasyon). Her iki reaksiyonla da partikülat metalik soller yerine polimerik (1 nm’den daha büyük oksit tanecikler içermeyen) soller elde edilir. İki reaksiyon da çok-aşamalı prosesler olup sırayla meydana gelir. (M: metal).

1. M(OR)₄ + H₂O ® HO–M(OR)₃ + ROH

2. (OR)₃M–OH + HO–M(OR)₃ ® (OR)₃M–O–M(OR)₃ + H₂O

(OR)₃M–OH + RO–M(OR)₃ ® (OR)₃M–O–M(OR)₃ + ROH

Sol-jel öncüller metal alkoksitler veya inorganik ve organik tuzlar olabilir. Metal (Si, Ti, Zr, Al, B…) alkoksit öncüllerle çeşitli çalışmalar yapılmıştır. Reaksiyonlar yukarıda verilen eşitliklere benzer yollar izler. Şekil-21a ve 21b ve 21c’de tipik sol-jel prosesleri şematik olarak gösterilmiştir.

Şekil-21: Tipik bazı sol-jel prosesleri

c. Mikroemülsiyonlar

Yapısal ortamda bir sentez metodudur. Mikroemülsiyonlar berrak, kararlı, yağ, su ve sörfaktanandan oluşan izotropik sıvı karışımlarıdır. Yapısal ortam mikroemülsiyon olabilir; su nanodamlalarda nanopartiküller elde edilmesi, veya metal tuzu ve indirgeyici madde içeren iki ayrı mikroemülsiyonun karıştırılmasıyla metal veya metal oksit nanopartiküllerin elde edilmesi tipik örneklerdir.

Matris formdaki yapılar (zeolitler, tabakalı katılar, moleküler elekler, miseller/mikroemülsiyonlar, jeller, polimerler, ve camlar gibi) büyüme için gerekli “nanoodacıklardır. Şekil-22’de farklı komponentler içeren iki mikroemülsiyonun karıştırılma prosesi görülmektedir. Misellerin çarpışmaları ve bir araya gelmeleri reaktantların yer değiştirmelerine neden olur. Bu miseller arası yer değiştirme prosesi (10 μs - 1 ms) partikül büyüme kademesidir ve “misellar nanoreaktör” olarak tanımlanan yapılara maddelerin difüzyonundan daha yavaştır. Damlacıklar arasındaki çekici etkileşim, perkolasyon işlemini etkilediğinden çok önemlidir.

Şekil-22: Metal veya metal oksit nanopartiküllerin misel ‘nanoodacıklar’da büyümesi

d. Hidrotermal/Solvotermal Prosesler

Nanopartiküllerin solvotermal sentezinde partiküllerin boyut dağılımı ve kristalliği hassas olarak kontrol edilebilir. Öncül malzeme sıcak bir solventte (örneğin, n-bütil alkol gibi) çözülür. Reaksiyonlar, solventin kaynama noktasının üstündeki sıcaklıklarda ve mevcut basınçta, bir otoklavda yapılır. Kullanılan solvent su ise proses ‘hidrotermal’ olarak adlandırılır.

Örneğin, öncül olarak titanyum-n-bütoksid (TNB) C₁₆H₃₆O₄Ti, solvent olarak da n-bütil alkol ve propandikarboksilik asidin kullanıldığı solvotermal proseslerde TEM imajlarında görüldüğü gibi farklı nanokristalin TiO₂ elde edilir (Şekil-23).

Şekil-23: TNB öncülle iki farklı solvent kullanıldığında elde edilen nanopartiküllerin TEM imajları ve sentez sisteminin şematik diyagramı

e. Mikrodalgalı Sentezler (Microwave-Assisted Synthesis)

Mikrodalgalar, frekansları 300 MHz-300 GHz aralığını kapsayan bir elektromagnetik enerji formudur; genellikle kullanılan frekans 2.45 GHz’dir. Malzeme ve mikrodalga (MW) arasındaki etkileşim iki spesifik mekanizmaya dayanır; dipol etkileşimler ve iyonik iletim. Her iki mekanizma da, hedef malzeme bileşenleri ve mikrodalgaların süratle titreşen elektrik alanı arasında etkin kapling olmasını gerektirir. Dipol etkileşimler polar moleküllerle oluşur. Bir molekülün polar uçları yeniden-oriyente olmak eğilimindedir ve mikrodalganın titreşen elektrik alanıyla titreşmeye başlar; moleküler çarpışmalar ve sürtünmelerle ısı açığa çıkar. Genellikle bir molekülün polaritesi ne kadar yüksekse mikrodalga alanla kapling o derece etkindir.

Şekil-24: Mikrodalgayla ZnO-cluster nanopartiküllerin, (a) üretim şeması, (b ve c) TEM (transmisyon-elektrom mikroskop) görüntüleri

Mikrodalgayla hızlı ısıtma metodu, çözeltide metalik nanoyapıların sentezinde uygulanmakta olan bir yöntemdir. Tipik örnekler olarak Ag, Au, Pt, ve AuPd nanoyapıların sentezi gösterilebilir. Sadece küresel nanopartiküller değil, tek kristalin poligonal levha, tabaka, çubuk, tel, tüp gibi malzemeler de mikrodalga ısıtmayla birkaç dakikada hazırlanabilir. Nanoyapının morfoloji ve boyutları, çeşitli deneysel parametrelerin (metalik tuz ve sörfaktan polimerin konsantrasyonu, solvent, reaksiyon sıcaklığı gibi) değiştirilmesiyle kontrol edilebilir.

Geleneksel yağ banyosunda ısıtma yöntemiyle kıyaslandığında, MW metotla hazırlanan nanokompozitlerin boyutları daha küçüktür, boyut dağılımı daha dardır ve kristalizasyon derecesi daha yüksektir. Örnek olarak Şekil-24‘de ZnO nanopartiküllerin mikrodalgayla sentezi verilmiştir.

f. Sonokimyasal Sentezler

Ultrases ışınlar akustik kavitasyonla bir sıvıda kabarcıkların oluşmasına, büyümesine ve aniden çökmesine neden olur. Kabarcıkların ani çöküşüyle, çok yüksek sıcaklık (~5000 K) ve basınçta (~20 MPa) lokalize sıcak noktalar meydana gelir.

Sonokimyasal metot tehlikeli değildir, reaksiyon hızı yüksektir ve çok küçük metal partiküller elde edilebilir. Örnek olarak Mezoporöz TiO₂’in sonikasyonla oluşumu Şekil-25’de gösterilmiştir.

g. Biyomimetik Sentezler

Doğa, malzeme bilimi ve ilişkili olduğu disiplinler (kimya, biyoloji, fizik veya mühendislik gibi) için bir okuldur; bilim adamlarını ve mühendisleri fevkalade yapı malzeme örnekleriyle büyüler. Bu malzemeler nanometre seviyelerden makroskopik düzeylere kadar kompleks hiyerarşik organizasyonlar sergiler. Doğayı tanımak, öğrenmek ve taklit ederek nanomimariyi gerçekleştirecek stratejiler geliştirmek için yoğun çabalar harcanmaktadır.

Biyomimetik (taklit) veya biyoinspired (yaratıcı) prosesler oda sıcaklığı, sulu ortam ve nötral pH gibi yumuşak koşullarda meydana gelir. Biyolojik yaratıcı sentezler, hiyerarşik yapılanma ve hassas malzeme kimyası teknikleriyle, mükemmel fonksiyonlar içeren nanoyapılı malzeme sistemleri elde edilebilmektedir. (Şekil-26)

Şekil-25: Mezoporöz TiO₂’in sonikasyonla oluşum mekanizması

Şekil-26: (a) Gümüş-bağlayıcılı peptidlerden gümüş kristal formasyonu, (b) biyosentetik Ag nanopartiküllerin (1) kristal morfolojisi, (2, 3) Ag nanopartiküller, (4) levha kalınlığını gösteren uç

Gaz Faz Sentezler

Nanopartiküllerin hazırlanmasında uygulanan gaz faz sentezler, öncülün fazı ve süper doygunluğa ulaşılmada kullanılan enerji kaynağına göre sınıflandırılabilir. Bu bakışla gaz faz sentezler iki grup altında toplanabilir;

·         Katı öncüllerin kullanıldığı metotlar: Homojen nükleasyon için gerekli olan aşırı doygunluk, malzemenin bir gaz içinde buharlaştırılması ve sonra gazın soğutulmasıyla sağlanır.

·         Sıvı veya buhar öncüllerin kullanıldığı metotlar: Bu yöntemlerde partiküllerin homojen nükleasyonu için gerekli aşırı doygunluk kimyasal reaksiyonla sağlanır. Kimyasal öncüller ısıtılır, ve/veya karıştırılarak gaz-fazdaki reaksiyonlarla, gaz-fazda aşırı doygunluk hali oluşur.

a. Katı Öncüllerin Kullanıldığı Metotlar

a.1. İnert Gaz Kondensasyon (IGC)

İnert gaz kondensasyon sentezinde kaynak substans inert bir gaz atmosferinde buharlaştırılır ve oluşan nanotozlar soğuk bir substrat üzerinde toplanır. Bu proses ultra-ince metal partiküller üretilmesinde 1930’lardan buyana bilinmesine rağmen, nano sakala tozlara uygulanması oldukça yenidir. İnert gaz kondensasyon bir fiziksel buhar depozisyon prosesidir. Yönteme katalitik bir proses ilave edildiğinde kimyasal buhar depozisyon (CVD) tanımlanır. CVD’de, gaz fazdaki elemanlar yüksek sıcaklıklarda (~500-1000 ⁰C) reaksiyona girerler veya termal dekompozisyona uğrarlar.

Bu teknikle Al, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, Mg, Ni, v.s.,  gibi çok sayıda metal nanotozları sentezlenebilir. Proses bir ultra yüksek vakum odacığında (inert gaz atmosferinde) yapılır, nanopartiküller “cold finger” olarak tanımlanan sıvı nitrojen doldurulmuş döner bir silindir üzerinde toplanır. Şekil-27’deki şematik diyagramda görüldüğü gibi buharlaştırma kaynağının hemen üzerindeki sıcak bölgede sıcak buhar ve odacıktaki soğuk inert gaz atomları arasındaki etkileşimlerle nanopartiküller oluşur. Proses metaller ve oksitlere uygulanabilir.

Şekil-27: İnert gaz kondensasyonu şematik görünümü (UHV: ultra yüksek vakum)

Şekil-28: (a) SrTiO₃ substrat üzerinde YBa₂Cu₃O_7-x film elde edilmesi, (b) 7YBa₂Cu₃O₇ FESEM görüntüsü, (c) 10YBa₂Cu₃O₇ HRTEM görüntüsü

a.2. Pulslu Lazer Ablasyon

Aşırı doygun buharının elde edilmesi için bir malzemenin ısıtılması yerine pulslu lazer yöntemi uygulanabilir. Lazer ablasyon, bir katı yüzeyden (veya sıvıdan) lazer demetiyle malzeme çıkarma prosesidir. Bu metotla genellikle az miktarda nanopartikül elde edilir; ancak bu miktar malzemenin kolayca buharlaşamayan kısmından çıkarılır.

Pulslu lazer ablasyon metoduna tipik bir örnek olarak süper iletken YBa₂Cu₃O_7-x film elde edilmesi gösterilebilir (Şekil-28a). Yüksek güçlü bir lazer hedef malzemeye odaklanır; bir atom bulutu, moleküller ve topaklar oluşur. Pulslu lazer ablasyon yeni bir tekniktir; basittir (hızlı ve kolay), oksijen ve diğer reaktif gazlarla uyumludur.

a.3. Kıvılcım Deşarj Jenerasyon

Metallerin buharlaştırılmasının diğer bir anlamı metalden yapılan elektrotların, inert gaz atmosferinde kopma voltajına ulaşılıncaya kadar elektrikle yüklenerek buharlaştırılmasıdır; oluşan kıvılcımla elektrotlardan az miktarda metal buharlaşırken bunun çok azı da nanopartiküllere dönüşür.

b. Sıvı veya Buhar Öncüllerin Kullanıldığı Metotlar

Sıvı veya buhar öncüllerin kullanıldığı çeşitli metotlar vardır. Bunlardan bazıları aşağıda kısaca özetlenmiştir.

b.1. Kimyasal Buhar Sentezi

Kimyasal buhar sentezine kimyasal buhar kondensasyonu (CVC) da denilir. Metot, buhar faz öncüllerin sıcak-duvarlı bir reaktörde, partikül çekirdekleşmenin özellikle buhar fazda oluşabileceği şartlar altında tutularak nanopartiküllerin elde edildiği bir prosestir. Bu prosesin, reaktör duvarlarında ince bir film şeklinde çökelmenin oluştuğu kimyasal buhar depozisyon (CVD) metodundan en önemli farklılığı çekirdekleşmenin buhar fazda gerçekleşmesidir; öncülün reaktörde alıkonma süresine göre partikül veya film elde edilir. Bazı alıkonma sürelerinde her iki tür de sentezlenebilir.

CVC, pek çok türde nanopartikül elde edilmesine olanak veren ve CVD yöntemine göre avantajlara sahip, esnek bir sentez metodudur. Öncül malzeme çevresel koşullarda katı, sıvı veya gaz olabilir, ancak reaktöre verildiğinde gaz halinde olmalıdır. (Şekil-29)

b.2. Sprey Piroliz

Sprey piroliz bir aerosol prosesidir; çözelti taşıyıcı bir gaz içinde damlacıklar halinde dağıtılır (bir atomizerle), sonra bir kurutma odacığına (fırın) püskürtülür; odacık, taşıyıcı olarak kullanılan solventin buharlaşma sıcaklığının üstünde bir sıcaklıktadır. Oluşan katı partiküller bir çöktürücü yardımıyla toplanır. (Şekil-30)

Şekil-29: Kimyasal buhar kondensasyon prosesi

Şekil-30: (a) Tipik bir sprey piroliz sistemi, (b) solventin buharının her aşamadaki evrim mekanizması

Sprey pirolize tipik bir örnek olarak GaN nanopartiküllerin elde edilmesinde başlangıç malzemesi olan galyum nitrid (Ga₂O₃) üretimi gösterilebilir. GaN nanopartiküller mavi-ışık-emitleme ve lazer diyotlar, yüksek-hız alan-etki transistörleri, UV fotodedektörler, ve yüksek-hız elektronik aletler gibi alanlarda yüksek potansiyele sahip bir malzemedir.

Homojen bileşimde ve dar bir boyut aralığında kristali GaN nanopartiküllerin Ga(NO₃)₃ öncülden başlayarak elde edilme prosesi Şekil-31‘de görülmektedir. Ga(NO₃)₃ çok saf suda çözülür, çözeltiye LiCl tuz ilave edilir. Amonyak taşıyıcı gazda oluşan damlacıklar bir fırına püskürtülür; homojen ve boyutları birbirine yakın Ga₂O₃ meydana gelir; yıkanır ve nitridasyon reaksiyonuyla kristalin derecesi yüksek GaN nanopartiküller (23.4 ± 1.7 nm çap) elde edilir.

Sprey piroliz, düzenli gözenekli poröz partiküllerin üretiminde de başarılı bir sentez metodudur. (Şekil-32). Proseste nano-primer partikül mikrodamlalar (örneğin, koloidal silika nanopartikül karışımları gibi), polimer küreciklerle (polistiren lateks PSL) karıştırılır, kurutulur ve sonra PSL çıkarılır.

b.3. Lazer Piroliz / Fototermal Sentez

Lazer enerji absorbsiyonu, öncülün ısıtılmasıyla reaksiyonun ve homojen nükleasyonun başlatılmasına alternatif bir sentez metodudur. Bu yöntem, sadece gaz (veya gazın bir kısmı) ısıtıldığından lokalize ısıtma ve hızlı soğutma gibi avantajlara sahiptir. Isıtma genellikle bir infrared lazerle yapılır. Pulslu lazerle elde edilmiş olan SiC nanopartiküller tipik bir örnek olarak gösterilebilir.

Şekil-31: Tuzlu ortamda sprey piroliz prosesiyle GaN nanopartikül sentezi; öncül mineral Ga(NO₃)₃, ara ürün Ga₂O₃ nanopartiküldür

Şekil-32: Poröz silika nanopartiküller prosesi şematik diyagramı (A: mikron damlacık, B: kompozit partikül, C: mezoporöz partikül)

b.4. Plazma Sentezleri

Plazma, maddenin dördüncü halidir:

Katı ® Sıvı ® Gaz ® Plazma

Plazma eşit sayıda pozitif ve negatif yük içeren iyonize bir gazdır. Partiküller (partikülat malzeme) içeren plazma “tozlu plazma” olarak tanımlanır; partikülat sentezlerinde bu tip plazmalar kullanılır.

Şekil-33: Plazma sentezleri için tipik bir şematik diyagram

Termal Plazma Sentez: Termal plazmalar termodinamik eşitliklerle karakterize edilir; elektronlar, iyonlar ve diğer nötral elemanların sıcaklıkları (enerjileri) aynıdır. Termal plazma sentezinde, aşırı doygunluk ve partikül çekirdeklenmesini sağlayacak reaksiyonları indüklemek için bir termal plazmaya öncüller injekte edilir. Bu durumda plazma bozularak atomlarına ayrılır; bunlar da reaksiyona girer ve soğutulduğunda yoğunlaşır. Soğutma, soğuk bir gazla veya bir nozulda genleştirilerek yapılabilir. Bu yöntemle nanofaz sert kaplamalar için SiC ve TiC nanopartiküller üretilmiştir.

Mikrodalga Plazma Sentezi: Mikrodalga plazma prosesi bir gaz faz prosesi olduğundan başlangıç maddesi buharlaştırılmış bir öncüldür. Mikrodalga plazma, serbest elektronlar bulunmasından dolayı kimyasal olarak çok reaktif bir ortamdır; kimyasal reaksiyonlar kolaylıkla gerçekleşir.

Şekil-34’de termal enerji (a) ve mikrodalga enerji (b) ile yapılan gaz faz reaksiyonların şematik diyagramları verilmiştir. Reaksiyonlar incelendiğinde de görüldüğü gibi her iki proses de buharlaştırılmış öncül ve reaktif gaz ilavesiyle başlar.

Mikrodalga plazmada partikül oluşum aşamaları bileşenlerin iyonizasyonu ve disosiyasyonla desteklenir (Şekil-34b). Partikül oluşumundaki kritik kademe nükleasyondur. Partikül boyutu plazmadaki çekirdeklerin sayısına göre değişir.

Şekil-34: Gaz faz reaksiyonlarda partikül oluşum prosesleri; (a) termal metotla, ve (b) mikrodalga plazma oluşumuyla

Şekil-35: Nano boyutlarda bazı takviye malzemelerin SEM görüntüleri

GERİ