Fluidumok azonosítása és szűrése egydimenziós nanostruktúrák kontrollált morfológiájú nagy hálózataival = Fluid identification and filtration using morphologically controlled large networks of one dimensional nanostructures

Az OTKA NNF2 85899 pályázat által 2011 áprilisától 2012 márciusáig biztosított támogatás lehetővé tette számomra, hogy a korábbi OTKA NNF projektemben létrehozott kutatócsoportot tovább működtessem. Csoportunk néhány egydimenziós nanoszerkezet szintézisét, módosíthatóságát és hálózatalkotó sajátságait tanulmányozta. Fontosabb eredményeink: 1) Kidolgoztunk egy alacsony hőmérsékleten is működő szén nanocső növesztési eljárást. 2) Kidolgoztunk egy új eljárást kétfémes nanoszálak készítésére. 3) Kialakítottuk a mérési protokollt a párolgási profilok meghatározásához, és ennek segítéséével egy oldószer adatbázis építettünk ki. Az eredetileg megjelölt projekt célok teljesültek, ám további munkára van szükség ahhoz, hogy a párolgási profil alapú oldószer-meghatározás rutin technikává fejlődhessen. Jelen pályázat eredményeire építve adtam be 2012 tavaszán az OTKA NF és az MTA ""Lendület"" pályázataimat. Ezúton is köszönöm az OTKA és a Norvég Alap támogatását. | The financial support provided by the OTKA NNF2 85899 project between April 2011 and March 2012 has allowed me to continue running my research group formed with the support of the predecessor OTKA NNF project. Our group studied the synthesis, modification and networking properties of selected one dimensional nanostructures. Our main results were: 1) Developing a low temperature carbon nanotube synthesis technique. 2) Developing the synthesis of bimetallic nano wires. 3) Establishing the measurement protocol, analysis tools and first usable solvent database for evaporation profile based solvent identification. Objectives defined in the original proposal were achieved, publication goals were met. More research effort is required to develop evaporation profile measurement into a routine analytical method. The results obtained have formed a major part of the background of my OTKA NF and HAS “Lendület” project applications submitted in Spring 2012. I am thankful to the OTKA and the Norwegian Fund for their support

Egydimenziós nanostruktúrák szabályozott morfológiájú nagy hálózatainak előállítása és vizsgálata = Preparation and characterization of large networks of one dimensional nanostructures with controlled morphology

A projektben szén nanocsövek, titanát nanoszálak és fém nanoszálak előállítását, hálózatba rendezhetőségét és egymással való kombinálhatóságát vizsgáltuk. Célunk volt, hogy az egydimenziós nanostruktúrákból új, a gyakorlatban is hasznosítható szerkezeteket készítsünk. A kétéves periódus alatt két olyan koncepció gyakorlati alkalmazhatóságát akartuk igazolni, amelyek egyértelműen a hálózatos morfológiához (és nem az egyedi 1D struktúrák intrinsic tulajdonságaihoz) köthetők: (i) fotokatalitikusan aktív szűrők előállítása, és (ii) fluidumok azonosítására alkalmas párolgási profilok méréstechnikájának kidolgozása. Mindkét területen sikerült működő példarendszereket készítenünk. Igazoltuk, hogy egy szén nanocső réteg beépítésével a titanát nanoszál szűrő fotokatalitikus aktivitása megnövelhető. Megmutattuk, hogy a párolgási profil alakját a film pórusszerkezete és a filmalkotó 1D nanostruktúrák határfelületi elektromos ellenállása együttesen határozzák meg. Cink-glicerolát mikrorudak, valamint egy- és kétfémes nanoszálak szintézisével kiszélesítettük a potenciálisan hálózatalkotó 1D nanostruktúrák körét. A fém és a titanát nanoszálak kombinálásával létrehozható hálózatok különösen ígéretesnek tűnnek a fotokatalitikus vízbontás/H2 előállítás szempontjából. A vállalt publikációs mutatókat teljesítettük. Eredményeink alapján lehetőséget kaptunk a munka folytatására a 2011. áprilisában induló NNF2 #85899 pályázat segítségével. | We studied the synthesis, networking and combination properties of carbon nanotubes as well as titanate and metallic nanowires. Our goal was to create new macrostructures of practical applicability from one dimensional nanoobjects. During the 2 years of this project we intended to prepare proof-of-concept type demonstrators for two applications related specifically to the network morphology (that is, applications that are not directly based on the intrinsic properties of the individual 1D nanostructures): (i) photocatalytically active filters (ii) fluid identification based on evaporation profiles. We were able to present both demonstrators. We proved that the photocatalytic activity of a titanate nanowire filter can be improved by the incorporation of a carbon nanotube layer. We demonstrated that the shape of the evaporation profile is determined jointly by the pore system of the film and the interface resistance between the 1D nanostructures forming it. We introduced zinc-glycerolate microstacks, mono- and bimetallic nanowires as potential network-forming components. Networks synthesized by combining titanate and metallic nanowires appear to be particularly interesting for future photocatalytic H2 production systems. Publication expectations were met. Based on our results we were allowed to proceed with the work by the support of the NNF2 #85899 project starting in April 2011

Analytical possibilities of carbon nanotube buckypapers doped by goethite

The evaporation of liquids from porous films is a very complex phenomenon, which can be followed by simultaneous weight monitoring, electric resistance measurement, infrared imaging and contact angel measurement. The appropriate evaluation of these measurement results can carry both quantitative and qualitative analytical information. The aim of our recent work is to demonstrate this opportunity through the example of the evaporation of simple solvents from porous buckypapers prepared from non-functionalized carbon nanotubes (nfCNT) doped by goethite

Szerkezet-tulajdonság összefüggések vizsgálata módosított szén nanocső alapú nanorendszerekben = Investigations on structure-property relationships in modified carbon nanotube based nanosystems

Optimáltuk a szén nanocsövek CVD szintézisét, illetve a foglalkoztunk egyfalú és kétfalú szén nanocsövek Raman spektroszkópiás jellemzésével. Módszert dolgoztunk ki többfalú szén nanocső hálózatok reprodukálható előállítására. Sikeresen alkalmaztunk mesterséges ideghálózatokat az eredmények kvantitatív értékelésére. Jellemeztük a hálózatok szerkezetét, gázáteresztési és elektromos tulajdonságait. A hálózatokra alapozva összetettebb rendszereket építettünk fel, melyekben a nanocsöveket Teflon, ón-oxid és vanádium-oxid anyagokkal módosítottuk. A nanocső hálózatok optikai ill. fotokémiai tulajdonságainak javítására különösen alkalmasnak tűnnek az egydimenziós nanoméretű titán-oxid módosulatok. Sikerült új mechanizmust javasolnunk mind a titanát nanocsövek, mind a nanoszálak képződésének magyarázatára. Az eredmények továbbfejlesztése elsősorban a kompozit hálózatok szenzorikai alkalmazása irányában látszik lehetségesnek. | We optimized the CVD synthesis of carbon nanotubes and used Raman spectroscopy for the characterization of single-wall and double-wall carbon nanotubes. We developed a method for the reproducible production of multi-wall carbon nanotube networks. Artificial neural networks were used for data analysis and model development. The morphology, gas permeability and electronic properties of the networks were characterized. Based on the carbon nanotube networks we developed more complex structures in which the nanotubes were modified with Teflon, tin-oxide and vanadium-oxide. One-dimensional titanium-oxide nanostructures appear to be particularly suitable for improving the optical and photochemical properties of carbon nanotube networks. We suggested novel formation mechanisms to explain the formation of titanate nanotubes and nanowires. Future exploitation of the results is anticipated in the field of composite network based sensor applications

Spirális szén nanocsövek CCVD szintézise és tisztítása = Large scale synthesis of purified coiled carbon nanotubes by CCVD method

Többfalú szén nanocsövek nagy mennyiségben történő előállításához a CVD technika népszerű módszer. A képződő szén nanoszerkezetek mérete, szerkezete, morfológiája nagymértékben függ a katalizátor készítés módszerétől és a szintézis módjától. Spirális szén nanocsöveket eddig csak CVD módszerrel sikerült előállítani. Ezek a helikális szerkezetek értelemszerűen nagy jelentőségűek lehetnek nanoelektromechanikai rendszerekhez, mivel rendkívüli sajátságokkal rendelkeznek. Elméleti számítások alapján várható, hogy a szén nanocsövek extra jellemzői kedvezően párosulhatnak a hélixek speciális tulajdonságaival, így kivételes mechanikai, elektromos és mágneses sajátságok alakulhatnak ki. Jelen projekt keretében a spirális szén nanocsövek szelektív szintézisét kívántuk kidolgozni. A legmagasabb szelektivitást (>90%) értünk el abban az esetben, amikor szilícium lap hordozón alakítottuk ki a vas katalizátorunkat: a hordozóra merőlegesen, egymással párhuzamosan növesztettünk spirálokat, létrehozva ezzel spirális szén nanocső erdőket/szőnyegeket. | The large-scale production of multi-wall carbon nanotubes by CVD method is a popular technique. The size, structure and morphology of the resulting carbon nanostructures depends mainly on the method of catalyst preparation and synthesis parameters. Helically carbon nanotubes have been produced only by CVD method. These helical structures can be obviously high potential for nano-electromechanical systems, as extraordinary properties. Based on theoretical studies it is expected that carbon nanotubes combined with the extra features and special properties of a helix has exceptional mechanical, electrical and magnetic propertie. In the present project weour main goal was to develop the selective synthesis of the helical carbon nanotubes. The highest selectivity (> 90%) was achieved in the case where formed our iron catalyst on silicon substrate sheet: our helically coiled carbon nanotubes were grown perpendicularly to the substrate, and parallel to each other, creating herewith spiral carbon nanotube forests / carpets

Szén nanocsövek katalitikus szintézise, felületének és nedvesíthetőségének módosítása szervetlen anyagokkal = Carbon nanotubes: Catalytic synthesis, modification of their surface and wettability properties by inorganic materials

A projekt négy éve alatt - összhangban az eredeti munkatervvel - a szén nanocsövek CVD szintézisének tanulmányozása során kerestük annak a lehetőségét, hogyan növelhető a CNT hozama, illetve hogyan javíthatók a termék mechanikai tulajdonságai. Ezekhez a munkákhoz elengedhetetlenül kapcsolódnak olyan vizsgálatok, melyek a mintáink fizikai-kémiai jellemzését jelentik. A továbbiakban a szén nanocsövek alkalmazhatóságához kapcsolódó vizsgálatokat végeztünk, ami sok esetben első lépésként azok felületi tulajdonságainak módosítását jelenti. Az így módosított anyagok további alkalmazási lehetőségeit is tanulmányoztuk. A vizsgálatokat jelentős részben a pályázatban szereplő kutatók, illetve az ő témavezetésükkel dolgozó hallgatók végezték. (Ezekből számos projektmunka, TDK-dolgozat, diplomamunka készült, és részét képezi nem egy előkészületben lévő PhD disszertációnak is.) | During the four year of the project (in tune with the original proposal) further optimization of CVD synthesis of carbon nanotubes was studied. It is important to improve both the yield and mechanical properties of this material. These investigations were completed with various physico-chemical characterizations. Henceforth the possibility of surface modification of carbon nanotubes was also studied. Due to wettability problem it can be essential for potential application. The possibility of further use of these modified materials was also investigated. The work done mainly by the original staff of the project and of course by students supervised by the above-mentioned researchers. In addition to publication in this report, numerous diploma work and PhD thesis contain these results