سنتز و مشخصه يابي كامپوزيت سيمان - نانولوله كربني توليد شده به روش نهشت بخار شيميايي

Synthesis and characterization of cement- CNT composite produced by CVD process

تقويت مواد با استفاده از نانولوله هاي كربني، رويكرد جديد در ساخت كامپوزيت هاي نو و پيشرفته است. در اين بين، استفاده از نانولوله هاي كربني براي تقويت مواد سيماني از جمله سيمان هاي ترميمي مورد توجه قرار گرفته است. چالش مهم در ساخت كامپوزيت سيمان- نانولوله كربني فرايند سنتز نانولوله روي سيمان است. در اين مقاله، سنتز و مشخصه يابي كامپوزيت سيمان- نانولوله كربني توليد شده به روش نهشت بخار شيميايي مورد ارزيابي قرار گرفت. اين سنتز در دماي 800 درجه سانتي گراد و با استفاده از گاز استيلن به عنوان منبع كربني، آرگون به عنوان گاز حامل و اكسيد آهن هماتيتي به عنوان عامل كاتاليستي انجام شد. از روش تلقيح مرطوب براي آماده سازي بستر كاتاليستي شامل ذرات سيمان و اكسيد آهن استفاده شد. مشخصه يابي كامپوزيت سيمان-نانولوله كربن و كيفيت نانولوله هاي كربني به ترتيب با استفاده از تصاوير ميكرسكوپ هاي الكتروني روبشي و عبوري و آناليز اشعه ايكس و طيف سنجي رامان انجام شد. همچنين بهره كربني محصول سنتز شده به وسيله آناليز حرارتي جرمي تعيين شد. نتايج حاصل از آزمايشات نشان داد كه به روش نهشت بخار شيميايي امكان رسوب نانولوله هاي كربني با توزيع قطري، بهره و كيفيت مناسب وجود دارد. همچنين مشاهده شد كه بيشتر نانولوله هاي كربني سنتز شده داراي سرهاي باز هستند كه بيان گر رشد از سر نانولوله هاي كربني است. در نهايت نتايج آزمون هاي مكانيكي نشان داد كه حضور نانولوله هاي كربني با ساز و كار پل زدن، بيرون زدگي و پر كردن تخلخل ها موجب تقويت مقاومت فشاري نمونه هاي ملات سيمان شده است.

Reinforcing of materials using carbon nanotubes are new approach for development of new and or advanced composites. In the meantime، the use of carbon nanotubes to reinforce cementitious materials، especialy reconstructing cement، is considered. The synthesis process of nanotubes on cement is the main problem in making the composite. In the paper، synthesis and characterization of cement-CNT composite produced by CVD process was investigated. The CVD process at 800°C using acetylene gas as a carbon source، argon as carrier gas and hematite iron oxide as a catalyst was performed. Wet impregnation method for preparing the catalyst bed of cement and iron oxide particles were used. FESEM، EDX، TEM and Raman spectroscopy were used to characterization CNTs/Cement composite and the size، morphology and quality of CNTs respectively. The growth yield of carbon nanotubes was determined by TGA. The results showed that the chemical vapor deposition method allows the deposition of carbon nanotubes with proper distribution of diameters and quality. It was also observed that most of the synthesized carbon nanotubes have open ends that represent the end growth of the carbon nanotubes. Finally the result of mechanical tests indicated that CNTs addition to the cement paste dramatically the increased compressive strength by bridging between cracks and filling pores.