Zeolit filmlerinin oluşumu ve özellikleri

Abstract

ÖZET: Zeolit mikropatern, kendiliğinden yapılanma, ince film kaplama, kolloid, nano parçacık. Zeolitler moleküler boyutlarda boşluklar ve kanal sistemleri taşıyan gözenekli kristal yapılı malzemelerdir. Petrolün damıtılmasında ve petrokimyada katı asit katalizörü olarak yaygın kullanım alanları vardır. Membranlar, membran reaktörleri, ısı pompaları, katalizör kaplı reaktörler, kimyasal sensörler ve mikro elektronik cihaz parçaları gibi potansiyel kullanım alanlarının olması nedeniyle zeolit ince filmlerin hazırlanmasına yönelik çabalar giderek yoğunluk kazanmıştır. Çoğu zaman düzenli yapıya sahip filmler tercih edilmesine rağmen, günümüzde hazırlanabilen zeolit filmlerin çoğu gelişigüzel bir yapı göstermektedir. Son zamanlarda, düzenli ve sürekli zeolit A filmlerinin seramik destekler üzerinde hazırlanmasında aşılamaya dayalı büyütme yöntemi başarıyla uygulanmıştır. Bu yöntemde destek yüzey hidrotermal büyütme işleminden önce zeolit aşı kristallerinden oluşan bir tabaka ile kaplanmaktadır. Bu çalışmada, mikropatern zeolit filmlerin hazırlanmasını sağlayan yeni bir çeşit kendiliğinden yapılanma tekniği geliştirildi. Poli(dimetilsilioksan) ile kararlılık kazandırılmış nano zeolit ve alüminyum kolloidleri aseton içerisinde hazırlandı. Zeolit nano kristalleri çözücünün buharlaşması sırasında çeşitli katı destekler üzerinde kendiliğinden yapılanma sonucu düzenli mikropaternler oluşturdu. Aynı yarıçapa sahip dairesel tellerden oluşan paternler kapiler desteklerin, cam tüplerin ve beherlerin iç yüzeyinde hazırlandı. Bu kendiliğinden yapılanma tekniği kullanılarak iki boyutlu mikro kanallar ve karmaşık mikropaternler katı destekler üzerinde kolayılıkla üretilebilmektedir. Bu proses fotolitografik üretimde yer alan çok sayıdaki aşama ile paternin yüzeye aktarılması işlemi yerine geçmektedir. Bu yöntem metal, organik polimer, inorganik kristal ve seramik yapılı kapilerlerin iç yüzeyinde patern hazırlamaya uygundur. Zeolit mikropaternlerin daha hızlı üretimi ise mikrodalga ısıtma kullanılarak veya kolloidlerin hareketi ile sağlandı. Kolloid parçacıkların yapılanması minyatür cihazların hazırlanması açısından umut vericidir.

FORMATION OF ZEOLITE FILMS AND THEIR PROPERTIES SUMMARY Keywords: Zeolite micropattern, self-assembly, thin film coating, colloid, nanoparticle. Zeolites are crystalline porous solids with molecular-sized voids and channel systems. They are widely used in oil refining and petrochemistry as solid acid catalysts. Considerable efforts have been directed toward the preparation of zeolite thin films because of their potential application as membranes, membrane reactors, heat pumps, catalytic coating reactors, chemical sensors and components in microelectronic devices. Most of the zeolite films available today are randomly oriented even though a preferred orientation is often desirable. Recently, oriented continuous zeolite A films were successfully prepared on ceramic substrate with seeded-growth method in which a zeolite seed layer is deposited on the substrate prior to a hydrothermal treatment. In this study, a novel type of self-assembly technique was developed for the preparation of micropattern zeolite films. Poly(dimethylsiloxane) stabilized colloids of zeolite and aluminum nanoparticles were prepared in acetone. Zeolite nanocrystals were self-assembled as organized micro patterns on various solid substrates during solvent evaporation. Circle shape wire patterns with uniform radius were built inside capillary substrates, glass vials and beakers. Two-dimensional microchannels and complex micropatterns can be easily fabricated on solid substrates using this self- assembly technique. This procedure replaces the multiple stages of photolithography and pattern registration involved in photolithographic fabrication. The method is also applicable to the patterning of metals, organic polymers, inorganic crystals, and ceramics on the inner walls of preformed capillaries. Faster production of zeolite micropatterns was also achieved by using microwave heating or by moving the colloid solutions. The assembly of colloidal particles holds promise for the miniaturization of many devices. xv