Production of Kanthal-D Nanoparticles Using Exploding Wire Method

Year 2021, , 141 - 149, 31.03.2021

Betül Soslu , Yücel Özbek

https://doi.org/10.18185/erzifbed.892535

Abstract

This work examines the production of nanoparticles using exploding wire method (EWM). It is applied by the sudden discharge of a high voltage energy, stored on a power source, through a thin wire. The required high voltage energy was obtained with the use a voltage multiplier circuit which was first designed in the simulation environment. Then the circuit realized by the circuit elements’ parameters obtained through the simulation. Kanthal-D (FeCrAl alloy) wire was chosen as the thin metal, and all wire exploding experiments were carried out in air environment. The obtained nanoparticles were examined by SEM, and point analysis was applied to a target area on the SEM image. It is observed that the dimensions of obtained Kanthal-D nanoparticles in this study vary between 0-250 nm. In addition, EDS chemical microanalysis was performed to reveal obtained nanoparticles’ composition. Fe (71-7-74-7%), Al (4.8%) and Cr (20.5-23.5%) atoms were detected in the exploded nanoparticles. With this study, it has been shown for the first time in the literature that the stored energy obtained by a voltage multiplier circuit can be used in the EWM to produce nanoparticles in appropriate sizes

Keywords

exploding wire, nanoparticles, voltage multiplier

Tel patlatma yöntemi ile Kanthal-D nanotanecik üretimi

Abstract

Bu çalışmada tel patlatma yöntemi ile nanotanecik üretilmesi gerçekleştirilmiştir. Patlayan tel yöntemi, yüksek voltajda enerji depolanan bir güç kaynağının ince bir tel üzerinden aniden boşaltılmasıyla elde edilir. Bu yöntem için gerekli olan yüksek voltaj kaynağı gerilim katlayıcı devre yardımıyla yapılmıştır. Gerilim katlayıcı devre öncelikle simülasyon ortamında gerçekleştirilmiş ve elde edilen devre parametreleri ile devre elemanları seçilerek gerçek devre dizayn edilmiştir. Tel patlatma deneyleri hava ortamında gerçekleştirilmiş ve tel olarak Kantal-D teli seçilmiştir. Deney sonucunda elde edilen tanecikler SEM cihazı ile incelenmiştir. SEM görüntüsü üzerinde bir hedef bölgeye uygulanan nokta analizine göre Kantal-D nanotaneciklerin boyutlarının 0-250 nm arasında değiştiği görülmektedir. Ayrıca üretilen nanotanecik kompozisyonu ise EDS analizi ile kontrol edilmiştir. EDS analizinden Kantal-D tel nanotaneciklerin de Fe (% 71-7-74-7), Al (% 4.8), Cr (% 20.5-23.5) atomlarının tespit edildiği görülmüştür. Bu çalışma ile literatürde ilk kez gerilim katlayıcı devrede depolanan enerji tel patlatma yönteminde kullanılarak uygun boyutlarda nanotanecik üretilebileceği gösterilmiştir. 

Keywords

nanotanecik, voltaj katlama, SEM

References

• Rae, P., and P. Dickson. 2019. “A Review of the Mechanism by Which Exploding Bridge-Wire Detonators Function.” Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences 475:20190120. doi: 10.1098/rspa.2019.0120.
• Ranjan, Prem, Taisei Kurosaki, Hisayuki Suematsu, Jayaganthan Rengaswamy, and R. Sarathi. 2019. “Formation of Tungsten Carbide Nanoparticles by Wire Explosion Process.” International Journal of Applied Ceramic Technology 17. doi: 10.1111/ijac.13350.