Boron nitride and graphene 2D nanostructures from first-principles
Boron nitrür ve grafen iki boyutlu nanoyapıların temel prensipler metodu ile incelenmesi
- Tez No: 275080
- Danışmanlar: DOÇ. DR. OĞUZ GÜLSEREN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2010
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Bu tezde, çeşitli boron nitrür ve grafen tabanlı iki boyutlu (2B) nano-yapılarınıngeometrik yapıları ve bunların mekanik ve elektronik özellikleri yoğunluk fonksiyoneliteorisine (YFT) dayanan düzlem dalga sanki potansiyel metodu kullanılaraktemel prensipler hesapları ile incelendi.Bu hesaplamalar yoğunluk fonksiyoneli teorisine (YFT) dayanmaktadır. Buyüzden bu tezin giriş bölümünde yoğunluk fonksiyoneli teorisinin ana hatlarıözetlenerek hesaplamalarda kullanılan metodlara yer verildi. Özellikle kullanımıkritik olan değiş-tokuş potansiyelinin genel özellikleri ve bunun tarifinde kullanılan yerel yoğunluk yaklaşımı (LDA) ve genelleştirilmiş gradyant yaklaşımı(GGA) tartışıldı._Ilk olarak kübik boron nitrür (c-BN) ve heksagonal boron nitrür (h-BN)yapıları arasındaki ilişki ve buradan yola çıkarak üç boyutlu (3B) boron nitrüryapıların büyüme modellerini anlamak için tek katmanlı boron nitrür üzerindeoluşabilecek çeşitli kusur yapıları ele alındı. Formasyon enerjileri ve yapı analizlerisonucunda 4-yanlı BN halkanın kübik-BN sentezi sırasında altıgen-BN ilekübik-BN arasında geçiş fazı olduğu görüldü. Bu kusur yapıları ile alakalı yükyoğunlukları ve durum yoğunlukları çıkartılarak bu yapıların elektronik özellikleriincelendi.İkinci olarak, boron-azot-karbon üçlü ince filimlerin oluşumunu anlamak üzeretek katmanlı BN yapılarına karbon katışma etkileri incelendi. YFT hesaplarınadayanarak eklenen ilk karbon atomunun azot atomunun yerine geçmek istediğigözlemlendi. Sisteme daha fazla karbon katılması durumunda karbon atomlarınınbir araya geldiği ve karbon-karbon bağı sayısının arttığı görüldü. Altı karbon veon karbon ile yapılan hesaplarda boron nitrür yapısı içindeki karbon atomlarıhalka yapıları oluşturdu. Ayrıca, yine bu sistemler için salınım modları hesaplandı.Bunun sonucunda belirli enerji aralıklarında karbon-karbon bağındankaynaklanan salınımlar gözlemlendi.Üçüncü olarak, grafen yapısında bulunabilecek kusur oluşumları incelendi.Bunlar arasında beşgen yüzük yapısının karbon nanotüp sentezi sırasında sıkçagörülen Y- ve T- kavşak oluşumlarına temel olabileceği anlaşıldı. Ayrıca beşgenhalka sayısı arttıkça yapıdaki kavislenme arttı. Son olarak, sülfür ve kusurlugrafen yapıları arasındaki etkileşme incelendi. Sülfür atomunun kusurlu bölgeleretutunduğu fakat bu tutunmanın grafen üzerinde kavisli yapı oluşturmadığıanlaşıldı.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the structures as well as mechanical and electronic properties of various boron nitride (BN) and graphene based two dimensional (2D) nano-structures are investigated in detail from first-principle calculations using planewave pseudopotential method based on density functional theory.At the beginning of the thesis, essentials of the density functional theory (DFT) and a guidance for performing ab-initio calculations in the framework of DFT is presented. In addition, fundamentals about the exchange-correlation potential as well as approaches approximating it like local density approximation(LDA) and generalized gradient approximation (GGA) are discussed.Along with this thesis, rst of all, in order to understand the relation between the hexagonal boron nitride (h-BN) and cubic boron nitride (c-BN) and the growth of three dimensional (3D) BN structures, various defect structures introduce to BN monolayer, including point defects and especially highly curveddefects such as n-fold rings, are investigated in detail. The calculated formation energies and structural analysis showed that 4-fold BN rings are the transient phase between h-BN to c-BN during c-BN nucleation. The charge density plots and density of states analysis further provide information about the electronic structure of these defect formations.Second of all, we have studied the formation of boron-nitride-carbon (BNC) ternary thin lms, so we observed the carbon nucleation in BN monolayer. These DFT based calculations show that carbon prefers the nitrogen site at first step and the calculated defect energy indicates that carbon atoms tends to aggregate in BN hexagonal network, and hence increases the number of C-C bonds. BNC structures have magnetization of 1.0 bohr magneton for odd number of carbon adsorption. Further substitution of carbon atoms into BN layer showed that carbon atoms form hexagonal rings instead of armchair or zigzag formations. Moreover, we calculated the vibrational modes of BN monolayer and BNC structures, and phonon density of states graphs are presented. The phonon frequencies intrinsic to C-C bond oscillations are observed, which is in good agreement with the experiment.Finally, point defects and ring formations on graphene are investigated in order to understand the Y-junction and kink formation in carbon nanotubes (CNTs). Pentagonal rings are the good candidates to initiate such 2D networks in CNTs. The curvature increases with increasing number of pentagonal rings. Moreover, interaction of sulphur atoms with graphene defects is studied. Final geometries and binding energies suggest that sulphur prefers to adsorb on defected regions, but it is not responsible for the formation of these structures or defects.
Benzer Tezler
- Computational design and analysis of nanostructured materials for neuromorphic engineering
Neuromorfik mühendislik için nano yapılı malzemelerin hesaplamalı tasarımı ve analizi
AYKUT TURFANDA
Doktora
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ
- Effects of charging on two-dimensional honeycomb nanostructures
Elektriksel yüklenmenin iki boyutlu bal peteği örgüsüne sahip nanoyapılar üzerine etkisi
MEHMET TOPSAKAL
Doktora
İngilizce
2012
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALİM ÇIRACI
- Single-photon generation from defects and manipulation with nanostructures
Kusurlardan tek-foton üretimi ve nanoyapılarla manipülasyonu
ELİF ÖZÇERİ İYİKANAT
Doktora
İngilizce
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ENVER TARHAN
- İki boyutlu BN ilavesinin TiB2–SiC ve ZrB2–SiC kompozitlerinin mekanik özellikleri üzerine etkisinin incelenmesi
The effects of 2d BN addition on the mechanical properties of TiB2 – SiC AND ZrB2 – SiC composites
CANER ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İPEK AKIN KARADAYI
- Sol-jel yöntemi ile grafen ve bor nitrür nanotabaka ile katkılanmış tio2 nanokompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of tio2 nanocomposites reinforced by graphene and bor nitride nanosheet with the sol-gel method
FATİH KESEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Metalurji MühendisliğiMersin ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEVAL HALE GÜLER