Investigation of structural lubricity on platinum nanoparticles under ambient conditions
Platin nanoparçacıkların ortam koşullarında yapısal kayganlığının araştırılması
- Tez No: 460808
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MEHMET ZEYYAD BAYKARA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 73
Özet
“Yapısal kayganlık”terimi; atomik derecede düz, moleküler seviyede temiz ve yapısal olarak uyumsuz kristal yüzeylerinin birbirleri üzerinde kayarken sergiledikleri çok düşük sürtünme halini tanımlar. Yapısal kayganlık nicel olarak ilk defa ultra yüksek vakum (UHV) koşullarında gözlemlenmiştir. Yakın zamanda, grafit üzerine ısıl olarak buharlaştırılan altın nanoparçacıklar vasıtasıyla, yapısal kayganlığın ortam koşullarında da elde edilebileceği kanıtlanmıştır. Bu tezin cevaplamaya çalıştığı soru, yapısal kayganlığın ortam koşullarında sadece altın nano parçacıklara özgü olup olmadığıdır. Bu soruyu cevaplamak için grafit üzerinde yanal olarak manipüle edilen platin nanoparçacıkların sürtünme davranışları incelenmiştir. Bu amaçla, çok düşük miktarda platin, grafit yüzey üzerine elektron demeti ile buharlaştırma tekniği kullanılarak ince film olarak yerleştirilmiş, ardından tavlama işlemine maruz bırakılmıştır. Bu şekilde elde edilen nanoparçacıkların yapısal özellikleri geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) yardımıyla belirlenmiş ve kristal yapıda oldukları onaylanmıştır. X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ölçümleri, havaya maruz kalan platinin elektron spektrumunda yapısal bir değişiklik olmadığını açığa çıkarmış, bu şekilde platin nanoparçacıkların ortam koşullarında oksitlenmediği anlaşılmıştır. Kesit alan geçirimli elektron mikroskobu (X-TEM) ölçümlerinde parçacık yüzeylerinde herhangi bir oksit katmanına rastlanmaması da bu sonucu desteklemektedir. Mezoskopik boyutlara sahip (4000 – 75.000 nm2) platin nanoparçacıklar üzerinde ortam koşulları altında atomik kuvvet mikroskobu (AFM) vasıtasıyla yanal manipülasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, altın nanoparçacıklarla karşılaştırıldığında daha yüksek sürtünme kuvvetlerine işaret etse de, platin nanoparçacıklar için de ortam koşulları altında yapısal kayganlığın gerçekleştiğini göstermektedir. Böylece, atomik derecede düz ve yapısal olarak uyumsuz kristal yüzeyleri için yapısal kayganlığın, teori tarafından belirtildiği şekilde, malzeme seçiminden bağımsız olarak gerçekleştiği onaylanmıştır. Son olarak, platin nanoparçacıkların kayan yüzünün yapısını ve kimyasını değiştirmek adına bir deneme yapılmıştır. Bu amaçla, platin nanoparçacıklar reaktif oksijen plazması atmosferine maruz bırakılmıştır. Bu parçacıklarda oksidasyonun varlığı XPS ölçümleriyle kanıtlanmış, SEM görüntüleri vasıtasıyla gerçekleştirilen yapısal karakterizasyonda parçacıkların morfolojisinde kayda değer bir fark görülmemiştir. Oksitlenmiş platin nanoparçacıklar üzerinde gerçekleştirilen yanal manipülasyon deneylerinde, bu parçacıkların platin nanoparçacıklara göre yaklaşık iki kat daha fazla sürtünme kuvveti deneyimledikleri gözlemlenmiştir. Bu gözlemin ardında yatan muhtemel sebepler tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
Structural lubricity describes a state of ultra-low friction involving relative motion between atomically flat and molecularly clean surfaces with incommensurate structures. While the occurrence of structural lubricity was quantitatively confirmed under ultrahigh vacuum (UHV) conditions first, recently reported experiments have demonstrated that structurally lubric sliding is achievable under ambient conditions as well, specifically at mesoscopic interfaces formed between thermally deposited gold nanoparticles and graphite. The question that is covered in this thesis is whether the observation of structural lubricity under ambient conditions is limited solely to gold nanoparticles. To answer this question, an investigation of the frictional behavior of platinum nanoparticles laterally manipulated on graphite has been conducted. In particular, platinum nanoparticles have been prepared by e-beam evaporation of a thin film of platinum on graphite, followed by post-deposition annealing. Morphological characterization of the particles was performed via scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), revealing a crystalline structure. X-Ray photoelectron spectroscopy (XPS) revealed no significant change in the electronic structure of platinum upon exposure to air, ruling out the oxidation of platinum nanoparticles under ambient conditions. This finding was supported by cross-sectional TEM measurements demonstrating the absence of an oxide layer on the particle surfaces. Lateral manipulation experiments have been performed on platinum nanoparticles of mesoscopic dimensions (4000 − 75,000 nm2) under ambient conditions via atomic force microscopy (AFM), whereby results indicated the occurrence of structural lubricity, although with a higher magnitude of friction forces when compared with gold nanoparticles. Thus, it is confirmed that the occurrence of structural lubricity between incommensurate, atomically flat surfaces should be independent of material choice, as stated in the theory. Lastly, an attempt has been made to alter the structure and chemistry of the sliding surface of platinum nanoparticles. For this purpose, platinum nanoparticles have been oxidised in a reactive oxygen plasma atmosphere. XPS results confirmed the existence of oxidised platinum, and structural characterization performed by SEM showed that there was no significant change in morphology. Lateral manipulation experiments performed on oxidised platinum nanoparticles showed that these nanoparticles experience approximately two times as much friction as platinum nanoparticles. The potential reasons behind this observation are discussed.
Benzer Tezler
- Investigation of the molecular level interactions between mucins and food protein: Spectroscopic, tribological and rheological studies
Başlık çevirisi yok
HİLAL YILMAZ ÇELEBİOĞLU
- Grafen nano partikül ilavesinin akımsız nikel bor kaplamaya etkisi
Effect of graphene nanoplatelets addition on electroless nickel boron coating
ÇAĞDAŞ ÇAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TURGUT GÜLMEZ
- Bazı bazik metaller, amonyum ve mangan naftenatların sentezi, yapısal özellikleri ve uygulama alanlarının incelenmesi
The Synthesis of some alkali metals, ammonium and mangenese naphthenates, investigation of the structural characteristics and the application fields
ÖZLEN ALTUN
- Evaluation of the natural and synthetic fatty acid esters in hydraulic oil
Sentetik ve doğal yağ asidi esterlerinin hidrolik yağıda değerlendirilmesi
ESRA MERİÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2009
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERHAN S. ATALAY
- Al12Si matrisli SiCp takviyeli kompozit kaplamaların soğuk gaz dinamik püskürtme yöntemi ile üretilmesi ve sulu ortamdaki tribolojik davranışının incelenmesi
Production of Al12Si matrix with SiCp reinforced composite coatings by cold gas dynamic spray coating method and investigation of tribological behaviour of the coatings in water
ÖZDE DEPREM
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ÇİMENOĞLU