First-principles investigation of graphitic nanostructures
Grafen tabanlı nanoyapıların ilk-prensip hesaplar ile incelenmesi
- Tez No: 335625
- Danışmanlar: PROF. DR. OĞUZ GÜLSEREN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında çeşitli grafen tabanlı nanoyapıların özellikleri yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayanan ilk-prensip hesaplar ile incelendi. İlk olarak, birçok grafen nano-şeridin (bin ve üzeri atom sayılarına ulaşan), elektronik yapısı sıkı bağlanma yöntemi ile hesaplanarak sunulmuştur. Bu grafen nano-şeritler hem sıfır hem de bir boyutlu yapılar olmak üzere koltuk, zigzag ve kiral göz önüne alınarak olası tüm çeşitleri içermektedir. Bu hesaplara göre şeritlerin bant aralığının hem şeritlerin uzunluğuna hem de kiral açıya bağlı olduğu gözlemlenmiştir. İkinci olarak, fosfor ve sülfür atomlarının karbon nanotüpün büyümesi sırasındaki etkilerini anlamak üzere yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayalı hesaplar yapılmıştır. Bu amaçla fosfor ve sülfür atomlarının hem boşluk içeren ve içermeyen grafene hem de kıvrım oluşturan kusurlu bölgelere bağlanma kimyası incelenmiştir. Sonuçta büyümeye olan etkilerinin arkasındaki sebebi anlamak için bu iki atomun bağlanmaları arasındaki fark irdelenmiştir. Bunun ötesinde bu bağlanma kimyalarının incelenmesi karbon nanotüplerde oluşan Y-eklentilerini ve kıvrım bölgelerini anlamak açısından da oldukça önemlidir. üçüncü olarak, çift katmanlı grafen ve çok duvarlı karbon nanotüplerin Li atomu ile nasıl etkileşime girdikleri araştırılmıştır. Son yıllarda cep telefonu, MP3 çalar vb. elektronik aletlerin keşfi ile yüksek kapasiteye sahip tekrar doldurulabilen pil ihtiyacı müthiş oranda arttı. Böylece Li-iyon pillerinin üretimi ve geliştirilmesi için büyük çaba gösterilmeye başlandı. Bu yüzden pillerde elektrot olmak için ciddi aday olarak kabul edilen çift katmanlı grafen ve çok duvarlı karbon nanotüplerle lityumun etkileşimi ve interkalasyonu düzlemsel dalga sahte potansiyel hesaplarıyla araştırılmıştır. Son olarak, yoğunluk fonksiyoneli teorisi kullanarak taramalı tünelleme mikroskobu altında gözlemlenebilen süper peryodik grafen tabanlı yapılar incelenmiştir. Gözlemlenen ve gerçek peryodun farkı ve Moire şekillerinin oluşumu, geometrik hesaplar ve yük yoğunluğu cinsinden açıklanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, first-principles investigations of several graphene related nano-systems based on density functional theory are presented. First, the electronic structure of several graphene nano-ribbons both in 1D and 0D (up to systems with more than 1000 atoms) including all types (armchair, zigzag and chiral) are discussed using tight binding calculations. We observed that the band gap of the ribbons depend both on the length of the ribbon and the angle of chirality. Second, the effect of phosphorus and sulfur during the growth of carbon nanotubes is investigated from ab-initio density functional theory based calculations. To this end, we present the binding chemistry of phosphorus and sulfur atoms on graphene with and without vacancies and kink like defect structures. Consequently, the difference between the bindings of these two atoms is discussed in order to understand the reason behind their effects on the growth mechanism. The details of the phosphorus or sulfur binding are important in order to understand the occurrence of Y-junctions and kinks in carbon nanotubes as well. Third, we focus on the interaction of bilayer graphite and multi-walled carbon nanotubes with the Li atom since these materials are prime candidates for the electrodes for battery applications. The need for rechargeable batteries with high capacity increased enormously by the invention of electronic devices like cell phones or MP3 players. Hence, there is a huge effort to develop and improve Li-ion batteries. Therefore, we have investigated interaction of Li with graphene and Li intercalation to bilayer graphene and multi-walled carbon nanotubes from planewave pseudo potential calculations. Finally, super-periodic graphitic structures observed through scanning tunnelling microscope are described and investigated from density functional calculations. The difference between the observed and actual periodicity and the occurrence of the so-called Moire patterns are explained in terms of geometrical calculations and the charge density of these systems.
Benzer Tezler
- B4C esaslı kompozitlerin B4C/Me başlangıç tozlarından hareketle spark plazma sinterleme (SPS) yöntemi ile üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of B4C based composites from B4C/Me starting powders by using spark plasma sintering (SPS) method
MERAL CENGİZ
Doktora
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ ŞAHİN
- Al-iyon bataryalar için cus/ ni köpük elektrot üretimi ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Production of cus/ni foam electrode for al-ion batteries and investigation of their electrochemical properties
REYHAN SOLMAZ
Doktora
Türkçe
2025
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜL KELEŞ
- Grafen oksit ve bitkisel yağ bazlı poliüretandan elde edilen kompozitlerin kaplama performanslarının incelenmesi
Investigation of coating performances of composites obtained from graphene oxide and vegetable oil based polyurethanes
BERİL OĞUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLHAYAT SAYGILI
- Kitap ve e-kitap tasarımının tarihsel gelişimi ve grafik tasarım ilkeleri üzerinden incelenmesi
Historical development of book and e-book design and investigation via graphic design principles
DİLEK ERDOĞAN AYDIN
- Grafik tasarımda artırılmış gerçeklik kullanımı
Use of augmented reality in graphic design
BUSE GÜLFEM UZUNLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Güzel SanatlarNecmettin Erbakan ÜniversitesiGrafik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA KINIK