Structure and nanotribology of thermally deposited gold nanoparticles on graphite
Isıl buharlaştırma ile elde edilmiş altın nano parçacıkların yapısal ve nanotribolojik karakterizasyonu
- Tez No: 395460
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MEHMET ZEYYAD BAYKARA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Atomik kuvvet mikroskopisi, Sürtünme kuvvet mikroskopisi, Sürtünme, Nanotriboloji, Nano parçacık, Süperkayganlık, Yapısal kayganlık, Atomic force microscopy, Friction force microscopy, Friction, Nanotribology, Nanoparticle, Superlubricity, Structural lubricity
- Yıl: 2015
- 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: 100
Özet
Nanometre ve atomik ölçeklerde sürtünmeyi kontrol eden fiziksel mekanizmaların daha iyi anlaşılmasını sağlamak, çeşitli disiplinlerden gelen yüzey bilimcileri için süregelen bir çabadır. Atomik kuvvet mikroskobunun (AKM) farklı yüzeyler ile ilişkili nano-ölçekli sürtünme özelliklerinin karakterizasyonunda kullanımı oldukça değerli olduğu halde, prob ucu ile numune yüzeyi arasında oluşan temasın detaylı karakterizasyonu ile ilgili sorunlar büyük ölçüde çözülememiştir. Son yıllarda nanotriboloji deneyleri için AKM tekniği kullanılarak, numune yüzeylerinde konuşlanmış ve iyi karakterize edilmiş nano parçacıkların yanal manipülasyonu sırasında sürtünme kuvvetlerinin ölçümünü kapsayan alternatif bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bu fikir doğrultusunda, bu tezde, ortam koşulları altında, yüksek yönelimli pirolitik grafit (HOPG) üzerinde ısıl olarak biriktirilmiş altın nano parçacıkların (AuNP) yapısal ve tribolojik karakterizasyonu ile nano-manipülasyon deneylerini içeren çalışmalar sunulmuştur. Grafit üzerindeki altın nano parçacık oluşumunu karakterize edebilmek için depozisyon miktarının ince film morfolojisi üzerindeki etkisi incelenmiş; aynı zamanda farklı tavlama sıcaklığı ve sürelerinin ısıl biriktirme sonrası gerçekleştiren tavlama prosedürünün sonuçlarına etkisi incelenmiştir. Altın nano parçacıkların grafit üzerindeki dağılımı ve morfolojisi taramalı elektron mikroskopisi (SEM) yardımı ile incelenmiş, parçacıkların kristalin yapıda oldukları geçirimli elektron mikroskopisi (TEM) yardımı ile de doğrulanmış ve topografik karakterizasyonları da temaslı AKM tekniği ile gerçekleştirilmiştir. AuNP/Grafit malzeme sisteminde sürtünme kuvvetlerinin uygulanan normal kuvvete bağlılığı ölçülmüş, altın nano parçacık kenarlarında gerçekleşen ani sürtünme kuvveti artışlarının hem uygulanan normal kuvvete hem de nano parçacık yüksekliğine bağlılığı incelenmiştir. Altın/Grafit malzeme sisteminin bu kapsamlı yapısal ve nanotribolojik karakterizasyonunun ardından, grafit üzerinde konuşlanmış altın nano parçacıklar üzerinde gerçekleştirilen nano-manipülasyon deneylerinin sonuçları rapor edilmiş ve altın nano parçacıkların grafit üzerinde kayarken çok düşük sürtünme kuvvetlerine maruz kaldıkları gözlemlenmiştir. Bahsi geçen sürtünme kuvvetleri, temas alanına bağlı olarak detaylı bir şekilde incelendiğinde, bu malzeme sisteminin ortam koşullarında yapısal kayganlık gösterdiği kanıtlanmıştır. Bu sonuç, bilimsel literatürde ortam koşullarında farklı malzemeler arasında yapısal kayganlığın ilk olarak gözlemlenmesi anlamına gelmektedir.
Özet (Çeviri)
Forming a complete understanding of the physical mechanisms that govern friction on the nanometer and atomic scales is an ongoing endeavor for scientists from various disciplines. While atomic force microscopy (AFM) has proven to be invaluable for the detailed study of nano-scale frictional properties associated with various surfaces, issues related to the precise characterization of the contact formed by the probe tip and the sample surface remain largely unsolved. In recent years, an alternative approach to nanotribology experiments has involved the lateral manipulation of well-characterized nanoparticles on sample surfaces via AFM and the measurement of associated frictional forces. In line with this idea, ambient-condition structural/nanotribological characterization and nano-manipulation experiments involving gold nanoparticles (AuNP) thermally deposited on highly oriented pyrolytic graphite (HOPG) are presented in this thesis. The effect of deposition amount on thin film morphology is discussed and post-deposition annealing procedure in terms of different annealing temperatures and times are tackled in order to characterize AuNP formation on HOPG. The morphology and distribution of AuNPs on HOPG are studied via scanning electron microscopy (SEM) while the confirmation of AuNP crystallinity via transmission electron microscopy (TEM) is also described. Topographical characterization of the resulting AuNP/HOPG material system performed via contact-mode AFM is demonstrated. Lateral force measurements are also presented, in terms of the dependence of friction force on normal load as well as the dependence of friction force increase at AuNP edges on normal load and particle height. Subsequent to comprehensive structural and frictional characterization, the results of nano-manipulation experiments performed on AuNPs on the HOPG substrate are reported and it is observed that AuNPs experience remarkably low frictional forces during sliding. A detailed study of friction with respect to contact area firmly confirms the occurrence of structurally lubric sliding under ambient conditions for this material system. This result constitutes the first observation of structurally lubric sliding under ambient conditions between different materials in the scientific literature.
Benzer Tezler
- Theory of atomic scale friction
Atomik düzeyde sürtünmenin teorisi
ALPER BULDUM
Doktora
İngilizce
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALİM ÇIRACI
- Ab initio investigation of the nanotribological properties of MOS2/AU(111) interface
MOS2/AU(111) yüzeyinin başlanğıçtan itibaren nanotribolojik özelliklerinin incelenmesi
ÜMİT DOĞAN DAĞLUM
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANDE TOFFOLİ
- Density functional theory investigation on thickness and load dependency of friction force between graphene and Au interfaces
Grafen ve Au arayüzleri arasındaki sürtünme kuvvetinin katman sayısı ve yüke bağlı değişiminin yük yoğunluğu fonksiyoneli teorisi ile incelenmesi
DUYGU GİZEM ŞENTÜRK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANDE TOFFOLİ
- Theoretical investigation of the nanotribological properties of the hexagonal boron nitride and gold interfaces
Altıgensel boron nitrür ve altın yüzeylerininin nanotribolojik özelliklerinin teorik olarak incelenmesi
GİZEM ZEYNEP ÖZCAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HANDE TOFFOLİ
- Mirza Tazegül'ün romanlarında yapı ve tema
Structure and theme in Mirza Tazegül's novels
ALİ ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Türk Dili ve EdebiyatıAmasya ÜniversitesiTürk Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKNUR AY