Geri Dön

Functionalization of carbon nanotubes

Karbon nanotüplerinin fonksiyonelleştirilmesi

  1. Tez No: 170811
  2. Yazar: SEFA DAĞ
  3. Danışmanlar: PROF. SALİM ÇIRACI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: nanotüp, İlk elden, Yoğunluk Fonksiyoneli Kuramı, Fonksiy- onelleştirme, Hidrojen Depolama, Eklem, Carbon Nanotube, Ab-initio, Density Functional Theory, Function- alization, Transition Metal, Hydrogen Storage, Contact
  7. Yıl: 2005
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 285

Özet

ÖZET KARBON NANOTÜPLERİN FONKSİYONELLEŞTİRİLMESİ Sefa Dağ Fizik, Doktora Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Salim Çıracı Haziran, 2005 Karbon nanotüpler, grafitin iki boyutlu hekzagonal örgünün silindirik, bir boyutumsu örgüye dönüşmüş halidir. Bu dönüşüm esnasında yerel bağ düzeni korunur. Bu yapılar, en aşırı minyatürleştirme ile arzu edilen özelliklerde alışılmadık yapıların tasarlanabilmesini sağlayacak çok farklı yapısal niteliklere sahiptir. Günümüzde bu konuda yapılan çalışmalar, nanotüplerin fiziksel özelliklerini or taya çıkarma ve dış etkenler yardımıyla nasıl fonksiyonel hale getirilebileceğini an lamaya yöneliktir. Bu tez çalışması, esas olarak, karbon nanotüplerin katkılama ve kaplama etkisi ile yapısal, elektronik, manyetik, ve iletkenlik özelliklerinin bir inci dereceden (ab-initio) hesaplar yardımı ile incelenmesini içermektedir. Önce tek tek atom ve moleküllerin yarıiletken ve metalik tüp üzerinde soğurulmaları incelenmiştir. Bu konuda yapılan ilk çalışmalar yarıiletken ve metalik tüplerin oksitlenmesinin ayrıntılı ve sistematik analizleridir. Bu çalışma oksijen molekülünün fiziksel soğurulmasını, oksijen atomlarının kimyasal soğurulmasını ve oksitlenmenin oluşumunu kapsamaktadır. Ayrıca dengede bulunan sistemin elektronik enerji yapısı da incelenmiştir. Bunun yanısıra, geçiş elementlerinden grup IV elementlerine kadar geniş aralıkta bütün atomların ayrı ayrı soğurulma özellikleri incelenmiş, bağlanma enerjileri ve etkileri hesaplanmıştır. Bağlanma karakteristiği soğurulmuş atomun özelliklerine, özellikle değerlik elek tron yapısına bağlı olmaktadır. Nanotüplerin kaplanması metalik nanoteller ve aşırı iletken bağlantı nokta ları elde etmek için önemli bir olgudur. Bu bağlamda nanotüplerin geçiş elementleri ile süslenmesi ile ilgilenmekteyiz. Çalışmamızda yarıiletken tek duvarlı vııvm nanotüplerin sadece titanyum atomları ile düzgün ve homojen biçimde kaplan abileceğini gösterdik. Burada dairesel kesit alanının yapısal optimizasyon sonunda kare biçimli kesit alanına dönüştüğünü, sistemin Fermi düzeyinde çok yüksek durum yoğunluğu gösterdiğini ve yüksek kuvantum balistik iletime sahip olduğunu gösterdik. Daha da önemli ve ilginç olan. homojen biçimde titanyum ile kaplanmış tüpün manyetik taban durumuna sahip olması ve net manyetik moment vermesidir. Öte yandan, galyum elementinin de çok iyi kaplama malzemesi ola bileceğini ve yüksek elektriksel iletime sahip olan malzeme yapmak için olası bir element olduğunu gösterdik. Diğer bir çalışmada ise çapraz tüp-tüp eklemleri, zigzag tek duvarlı nanotüp kullanılarak modellenmiştir. Bu eklemlerin, tüpler arasındaki farklı kontak kuvvetleri etkisi altında ve farklı radyal deformasyonlarda atomsal, elektronik yapıları, kararlılık durumları, ve enerjileri incelenmiştir. Çapraz tüp-tüp kontaklarında tüpler arasındaki potansiyel engel sebebiyle tüpler arasında iletkenlik yok olmaktadır. Diğer bir taraftan nanotüp ile metal yüzeyi arasındaki kontak özellikleri incelenmiş ve burada elde edilen kontak özelliklerinin kullanılan metal yüzeyindeki atomların yüzey dağılımına ve metal özelliklerine bağlı olduğu birinci dereceden hesaplar ile gösterilmiştir. Son olarak nanotüplerin hidrojen depolamada kullanılabilecek önemli yapılar olduğunu ortaj'a koyduk. Hidrojen molekülü nanotüp ile kuvvetli bağ yapmamak tadır. Ancak aradaki etkileşim, tek boyutlu nanotüpün Pt atomunun soğurulması sonucunda fonksiyonelleştirilmesi ile değişmektedir. Tek bir H2 molekülü SWNT üzerine soğurulmuş Pt ile kimyasal bağ yapmakta bunun sonucunda Pt' nin yüzey üzerindeki konumuna göre ya molekül ya da parçalanmış halde bulunmaktadır. Eğer Pt-SWNT arasındaki bağ zayıflarsa (bu durum Pt nin C-C köprü bağı üzerindeki konumundan başka bir belirgin noktaya gitmesiyle, ya da soğurulmuş H2 sayısının değişimiyle mümkündür) H2'nin parçalanarak soğurulması mümkün olmaktadır. Bu çalışmada bulunan sonuçlar, SWNT tarafından soğurulmuş geçiş elementlerinin ne kadar önemli bir özelliğe sahip olduğunu göstermekte ve hidrojen depolama için gerekli olan hidrojen soğurma işlemini anlamamıza yardım etmektedir. En önemlisi elde edilen sonuçlar SWNT üzerine soğurulan titanyum elementinin yüksek hidrojen depolama kapasitesine sahip olabileceğinin gösterilmesine yol açmıştır. SWNT'nin iç cidarlarına soğurulmuş Ti atomunun H2 depolama özelliklende araştırılarak H2 depolamada öngörülen kapasitenin daha da artırılması beklenmektedir.IX

Özet (Çeviri)

ABSTRACT FUNCTIONALIZATION OF CARBON NANOTUBES Sefa Dağ PhD in Physics Supervisors: Prof. Dr. Salim Çıracı June, 2005 Carbon nanotubes, in which two-dimensional hexagonal lattice of graphene is transformed to a quasi one-dimensional lattice that conserves the local bond arrangement, provide several structural parameters to engineer novel structures with desired properties allowing ultimate miniaturization. Most of the effort has gone to reveal various physical properties of nanotubes and to functionalize them by external agents. This thesis covers the investigation of electrical, mechanical, magnetic and contact properties of single wall carbon nanotubes functionalized with deformation, doping, coating, etc. All investigations in this thesis are based on the first principles calculations. At the beginning, the adsorption of individual atoms and molecules on the semiconducting and metallic single-walled carbon nanotubes (SWNT) has been investigated. First calculations cover an extensive and systematic analysis of the oxygenation of semiconducting and metallic single-wall carbon nanotubes. The physisorption of oxygen molecules, chemisorption of oxygen atoms and forma tion of an oxide, as well as the equilibrium binding geometry and corresponding electronic energy structure have been treated. Apart from oxygen, the stable ad sorption geometries and binding energies have been determined for a large number of foreign atoms ranging from alkali and simple metals to the transition metals and group IV elements. We found that the character of the bonding and associ ated physical properties such as electronic, magnetic and mechanical properties strongly depend on the type of adsorbed atoms, in particular, on their valence electron structure. Nanotube coverage is one of the important phenomena to produce metallic nanowires and high-conducting interconnects in nanoelectronics. We were in terested in preparing decorated nanotubes by using transition-metal atoms onto nanotube surfaces. We have shown that a semiconducting SWNT can only be IVV covered uniformly by titanium atoms and form a complex but regular atomic structure. The circular cross section of the tube changes to a square-like form, and the system becomes metallic with high state density at the Fermi level, and with high quantum ballistic conductance. Even more interesting is that uniform titanium covered tubes have magnetic ground state with significant net magnetic moment. Other than Ti, Ga is also shown to be a potential element that can make good conducting wires through coverage of SWNTs. We report the crossed junctions which are modelled by two-dimensional grids of zigzag SWNTs. The atomic and electronic structure, stability, and energetics of the junctions are studied for different magnitudes of contact forces pressing the tubes towards each other and hence inducing radial deformations. The intertube conductance through such a junction diminish because of finite potential barrier intervening between the tubes. On the other hand, our study of the contact between a semiconducting SWNT and metal electrodes shows that the electronic structure and potential depend strongly on the type of metal. Because of high surface-volume ratio nanotubes are also considered impor tant systems for hydrogen storage. We demonstrated that hydrogen molecule can not bind to SWNT surface. But the character of the bonding changes dra matically when SWNT is functionalized by the adsorption of Pt atom. Single H2 is chemisorbed to Pt atom on the SWNT either dissociatively or molecularly. If Pt-SWNT bond is weakened either by displacing Pt from bridge site to a specific position or by increasing number of the adsorbed H2, the dissociative adsorption of H2 is favored. Present results reveal the important effect of transition metal atom adsorbed on SWNT and advance our understanding of the molecular and dissociative adsorption of hydrogen for efficient hydrogen storage. In particular, they led to the study of Ti adsorbed SWNT on the adsorption of hydrogen. It is reported that a single Ti atom coated on a SWNT binds up to four hydrogen molecules. The first H2 adsorption is dissociative with no energy barrier while the other three adsorptions are molecular with significantly elongated H-H bonds. We carried the adsorption of H2 on the innerwall of SWNT to increase the stor age capacity further. These results advance our fundamental understanding of dissociative adsorption of hydrogen in nanostructures and suggest new routes to better storage and catalyst materials.VI

Benzer Tezler

  1. Tez No

    646182

    Functionalization of carbon nanotubes for the drug delivery in cancer treatment

    Kanser tedavisinde ilaç taşınımı için karbon nanotüplerin fonsiyonelleştirilmesi

    ÖZDE ZEYNEP GÜNER

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Mühendislik BilimleriBoğaziçi Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NAİME HALE SAYBAŞILI

    PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER

  2. Tez No

    238780

    Karbon nanotüplerin polimerler ile fonksiyonlaştırılması

    Functionalization of carbon nanotubes by using polymers

    AYŞENUR ÖRS

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Enerjiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Enerji Bilim ve Teknoloji Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NİLGÜN KARATEPE YAVUZ

  3. Tez No

    558521

    Kanser tedavisinde ilaç taşıma amacıyla kullanılacak karbon nanotüplerin fonksiyonelleştirilmesi

    Functionalization of carbon nanotubes to be used for drug delivery in cancer treatment

    YEŞİM YENİYURT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER

  4. Tez No

    362595

    Elektro döndürme yöntemi ile elde edilen karbon nanolif ve karbon nanotüplerin karakterizasyonu ve işlevselleştirilmesi

    Characterisation and functionalization of electrospun carbon nanofibers and carbon nanotubes

    MERVE YILMAZER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2014

    Gıda Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Gıda Mühendisliği Bölümü

    YRD. DOÇ. FİLİZ ALTAY

  5. Tez No

    338540

    Effects of oxidative functionalized and aminosilanized carbon nanotubes on the behaviours of polyamide-6 nanocomposites

    Oksidatif fonksiyonelleştirilen ve aminosilanlanan karbon nanotüplerin poliamid-6 nanokompozitlerinin davranışlarına etkileri

    SEÇİL ŞANKAL

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Polimer Bilim ve TeknolojisiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CEVDET KAYNAK

    DOÇ. DR. BURCU AKATA KURÇ

Geri Dön