Effects of charging on two-dimensional honeycomb nanostructures
Elektriksel yüklenmenin iki boyutlu bal peteği örgüsüne sahip nanoyapılar üzerine etkisi
- Tez No: 312254
- Danışmanlar: PROF. DR. SALİM ÇIRACI
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Bu tezde ilk prensiplere dayanarak bal peteği örgüsüne sahip iki boyutlu nano yapıların üzerine elektriksel yüklenmenin etkilerini günümüz gelişmiş metodlarını kullanarak inceledik. Grafen, molibden disülfür (MoS2), bor nitrür (BN), grafan (CH), ve folorografen (CF) yakın zamanda sentezlenebildi ve çok önemli yapısal, elektriksel ve manyetik özelliklere sahiptirler. Bu bağlamda bize göre bu malzemelerin elektriksel yük altında fiziksel özelliklerinin değişiminin incelenmesi ileriki olası uygulamalar ve bu malzemelerin daha iyi anlaşılabilmesi için önem arz etmektedir.Yapıdan elektron çekilmesiyle bağ uzunluklarının ve dolayısıyla örgü vektörlerinin büyüdüğünü gösterdik. Bu sebepten fononlar yumuşadı ve Raman-aktif fonon modlarının frekansları düştü. Normalde oldukça yüksek yasak enerji aralığına sahip olan BN ve MoS2 gibi malzemeler iletken haline geldiler. Pozitif yüklenme neticesinde artı yüklerin bu malzemelerin üç katmanlı yapılarında en dış katmanlarında toplandığı görüldü. Daha sonrasında pozitif yüklenme miktarını arttırılmasıyla birbirlerine zayıf van der Waals bağlarıyla bağlanmış olan katmanların ayrıldığı görüldü. Bu neticeler elektriksel yüklenme yardımıyla çok katmanlı grafit, BN ve MoS2 yapılarından tekli katmanların elde edilebilmesini öngörmektedir. Ek olarak bazı atomların elektriksel yüklenme neticesinde grafen üzerine bağlanma enerjilerinin ve manyetik momentlerinin değiştirilebileceğini gösterdik. Düzlem dalga metodunun sınır koşulları içinde kullanılmasıyla ortaya çıkan yapay yetersizliklerin atomik orbital tabanlı başka yöntemler kullanılarak aşılabileceğini gösterdik.Oksitlenmiş grafen üzerine elektriksel yükün etkilerini araştırmaya başlamadan önce oksijen atomlarının grafen üzerine bağlanmasını detaylı birşekilde inceledik. Grafen bağları üzerindeki elektriksel yük miktarının oksijen atomlarının grafen üzerine bağlanmasını kontrol eden en önemli unsur olduğunu ortaya çıkardık. Daha sonrasında ise oksijen atomlarının grafen üzerindeki difüzyon bariyerlerinin elektriksel yüklenme ile belirgin şekilde değiştiğini gösterdik. Elde ettiğimiz bu sonuçlar deneysel verilerdeki pozitif yüklenmenin grafenin oksitlenmesine yol açtığını negatif yüklenmenin ise oksitlenmiş grafenin normal grafene dönüşmesine yol açtığı şeklindeki sonuçlarını kısmen desteklemektedir ve başka etkenlerin de bu oluşumlarda rol oynayabileceğini öngörmektedir.
Özet (Çeviri)
In this thesis we employ state-of-the-art ? rst-principles calculations based on density functional theory (DFT) to investigate the e ? ects of static charging on two-dimensional (2D) honeycomb nanostructures. Free standing, single-layer graphene and other similar single-layer honeycomb structures such as boron nitride (BN), molybenum disul ? de (MoS2 ), graphane (CH) and ? uorographene (CF) have been recently synthesized with their unusual structural, electronic and magnetic properties. Through understanding of the e ? ects of charging on these nanostructures is essential from our points of view in order to better understand their fundamental physics and developing useful applications.We show that the bond lengths and hence 2D lattice constants increase asa result of electron removal from the single layer. Consequently, phonons soften and the frequencies of Raman active modes are lowered. Three-layer, wide band gap BN and MoS2 sheets are metalized while these slabs are wide band semiconductors, and excess positive charge is accumulated mainly at the outermost atomic layers. Excess charges accumulated on the surfaces of slabs induce repulsive force between outermost layers. With increasing positive charging the spacing between these layers increases, which eventually ends up with exfoliation when exceeded the weak van der Waals (vdW) attractions between layers. Thisresult may be exploited to develop a method for intact exfoliation of graphene, BN and MoS2 multilayers. In addition we also show that the binding energy and local magnetic moments of speci ? c adatoms can be tuned by charging. We have addressed the de ? ciencies that can occur as an artifact of using plane-wave basis sets in periodic boundary conditions and proposed advantages of using atomic orbital based methods to overcome these de ? ciencies. Using the methods and computation elucidated in this thesis, the e ? ects of charging on periodic as wellas ? nite systems and the related properties can now be treated with reasonable accuracy.The adsorption of oxygen atoms on graphene have been investigated exten-sively before dealing with the charging of graphene oxide (GOX). The energetics and the patterns of oxygen coverage trends are shown to be directly related with the amount of bond charge at the bridge sites of graphene structure. We ? nally showed that the di ? usion barriers for an oxygen atom to migrate on graphene surface is signi ? cantly modi ? ed with charging. While the present results comply with the trends observed in the experimental studies under charging, we believe that there are other factors a ? ecting the reversible oxidation-reduction processes.
Benzer Tezler
- Sandviç yapılardaki kafes boyutlarının eğme özelliklerine etkisi
Effect of lattice dimensions on bending properties of sandwich structures
ÖMER YAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiEskişehir Osmangazi ÜniversitesiHavacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SELİM GÜRGEN
- Investigation of two dimensional materials with simultaneous atomic force/scanning tunneling microscopy
İki boyutlu malzemelerin eşzamanlı atomik kuvvet / taramalı tünelleme mikroskobu ile incelenmesi
MAJID FAZELI JADIDI
Doktora
İngilizce
2019
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAKAN ÖZGÜR ÖZER
- Mimaride doğayı temel alan tasarım yaklaşımları izleği
Nature based design approaches guide in architecture
EMRE GÜNDÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YASEMİN ALKIŞER BREGGER
- Deformation behavior of thin walled structures filled with auxetic and non-auxetic core materials
Ökzetik ve ökzetik olmayan dolgu malzemeli ince cidarlı yapıların deformasyon davranışı
FATİH USTA
Doktora
İngilizce
2021
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALİT SÜLEYMAN TÜRKMEN
PROF. DR. FABRIZIO SCARPA
- Kamyonlarda kullanılan kriko takozlarının yapısal analizi ve optimizasyonu
Structural analysis and optimization of jack mounts used in trucks
EROL ERNEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİKMET KOCABAŞ