Production of graphene based materials and their potential applications
Grafen esaslı malzemelerin üretimi ve potansiyel uygulamaları
- Tez No: 392210
- Danışmanlar: PROF. DR. ENDER SUVACI, DR. EMMANUEL FLAHAUT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Anadolu Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 242
Özet
Grafen benzersiz özellikleri sayesinde pek çok uygulama alanı için umut vadeden bir malzemedir. Bununla birlikte, grafen-esaslı malzemelerin özellikleri ve miktarı hangi üretim yöntemi ile üretildiğine bağlı olarak farklılık gösterir. Bu nedenle, grafen-esaslı malzemelerin, kullanılacağı uygulama alanının gereksinimlerine bağlı olarak uygun bir üretim yöntemi ile üretilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, grafen esaslı malzemeler kalite, verim, maliyet ve elde edilen malzemenin uygulanabilirliği açılarından en avantajlı yöntemler olan sıvı faz eksfoliasyonu (tabakalara ayırma) ve kimyasal buharla biriktirme yöntemleri kullanılarak başarıyla üretilmiş ve grafen üretimi üzerine temel bir anlayış kazanılmıştır. Sıvı faz eksfoliasyonu, nanokompozit uygulamaları için yüksek miktarda grafen-esaslı malzeme üretimine imkan sağlamaktadır. Bu yöntemde aşılması gereken sorun, kaliteyi koruyarak grafen konsantrasyonunu mümkün olduğunca artırabilmektir. Bu amaçla, izopropil alkol (IPA) içerisinde etkin bir eksfoliasyon elde edebilmek için üç farklı grafit-esaslı tozun başlangıç malzemesi olarak kullanıldığı karşılaştırmalı bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Yüksek konsantrasyona sahip (1.1 mg/ml), birkaç tabakalı (küçük 5 tabaka) grafen levhalardan oluşan dispersiyonlar, yüksek yüzey alanına sahip bir nano-grafit tozunun IPA içerisinde 90 dk sonikasyon işlemine maruz bırakılması ile üretilmiştir. Bu malzeme daha sonra Al2O3 matris nanokompozitlerde takviye faz olarak kullanılmış; sonuç olarak, anizotropik mekanik, ısıl ve elektriksel özellik gösteren seramik matris nanokompozitler spark plazma sinterleme yöntemi ile başarıyla üretilmiştir. Diğer taraftan, elektronik uygulamalar için gelecek vadeden, geniş alana sahip grafen filmler düşük-basınç kimyasal buharla biriktirme yöntemi ile Cu folyolar üzerinde sentezlenmiştir. Isıtma atmosferinin ve Cu folyo özelliklerinin sentezlenen grafen filmlerin kalitesi, kalınlığı ve safsızlık miktarı üzerine olan etkileri incelenmiştir. Hata oranı önemli ölçüde azaltılmış kaliteli grafen filmleri aygıt üretiminde kullanılmıştır. Bu aygıtların oda sıcaklığındaki elektriksel direnç ve Quantum Hall Etkisi rejimindeki (düşük sıcaklık ve yüksek manyetik alan) taşınım özellikleri ölçülmüştür. Ön sonuçlar, oda sıcaklığında yüksek elektronik hareketliliğe sahip (46500 cm2/Vs) tek tabakalı grafenin başarıyla üretildiğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Graphene is a promising material for many applications due to its unique properties. However, properties and yield of graphene-based materials show variations depending on which production route is used. Therefore, an appropriate production method has to be preferred according to the requirements of a specific application. In this thesis study, graphene-based materials have been successfully produced by liquid phase exfoliation (LPE) and chemical vapor deposition (CVD), which are promising graphene production methods in terms of quality, scalability, cost and applicability of the produced material to relevant applications, and a fundamental understanding on graphene production has been developed. LPE route allows one to produce graphene-based materials at a large-scale for applications such as nanocomposites. The challenge of this method is to increase graphene concentration as much as possible while maintaining the quality of the graphene flakes. Therefore, a comparative study, at which three different graphite-based powders were investigated as starting materials for an effective exfoliation process in isopropyl alcohol (IPA), was performed. High concentration (1.1 mg/ml), few-layer (smaller than 5 layers) graphene-based dispersions were prepared by sonication in IPA within 90 min by utilizing a high surface area graphite nano-powder. This graphene-based material was then incorporated into Al2O3 matrix nanocomposites as a reinforcing/filler phase. Ceramic matrix nanocomposites which exhibit anisotropic mechanical, thermal and electrical properties have been successfully prepared by spark plasma sintering. On the other hand, large-area graphene films, which are promising for electronic applications, were synthesized via low-pressure CVD method over Cu-foils. The influence of ramping atmosphere and Cu foil characteristics on the impurity level, quality of the synthesized graphene films and their thickness uniformity was investigated. High quality CVD-grown graphene films with a significantly reduced disorder level were used for device fabrication and characterized in terms of their electrical resistance at room temperature as a function of gate voltage and transport property measurements in Quantum Hall Effect (QHE) regime (at low temperature and high magnetic field) by pulsed magnetic field experiments. The preliminary results confirmed that single layer graphene with a relatively high electronic mobility reaching up to 46500 cm2/Vs at room temperature was successfully produced.
Benzer Tezler
- Silisyum karbür ve grafen nano plaka (GNP) takviyeli titanyum diborür seramiklerin spark plazma sinterleme yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of titanium diborudet ceramics with the additions of silicon carbide and graphene nanoparticles by spark plasma sintering
ÖZNUR KAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İPEK AKIN KARADAYI
- Nanomaterials in macromolecular synthesis
Makromoleküler yapıların sentezinde nanomalzemelerin kullanımı
AZRA KOCAARSLAN AHMETALİ
Doktora
İngilizce
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- İlaç taşıyıcı sistem uygulamaları için grafen esaslı malzemeler üretilmesi
Production of graphene based materials for drug delivery applications
KİBAR DEMİRHAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
KimyaMarmara ÜniversitesiEczacılık Temel Bilimleri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ELİF ÇALIŞKAN SALİHİ
- Multiscale modeling and study on the exfoliation and electronic properties of functionalized graphene analogs
Fonksiyonlaştırılmış grafen analoglarının yapraklanması ve elektronik özellikleri üzerine çok ölçekli modelleme
BERKAY SÜTAY
Doktora
İngilizce
2016
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiFizikokimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MİNE YURTSEVER
- Development of laser induced graphene & its composites for gas sensors and photocatalysis applications
Gaz sensör ve fotokataliz uygulamaları için lazerle üretilmiş grafen ve kompozitlerinin geliştirilmesi
GİZEM SOYDAN
Doktora
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK
PROF. DR. AHMET TUĞRUL ALPAS