Geri Dön

Metal kalkojenlerin kızılötesi dedektörlerde ve lityum-iyon bataryalarında kullanılabilirliğinin araştırılması

Investigation of availability of metal chalcogenides in infrared detectors and lithium-ion batteries

PDF İndir

  1. Tez No: 476308
  2. Yazar: FATİH ERSAN
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. ETHEM AKTÜRK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2017
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Adnan Menderes Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 152

Özet

Son yıllarda görünür bölgede sahip oldukları yasak enerji bant aralıkları sebebiyle metal kalkojen (MX; M=Metal ve X=Kalkojen atomu) bilesenleri teknolojide kendine saglam bir yer edinmistir. Özellikle çogu MX bileseni üç boyutlu haldeyken dogrudan olmayan bant aralıgına sahip iken bu malzemelerin düsük boyutlu durumları dogrudan bant aralıgına sahip yarıiletkenlere dönüsmektedir. Bu özellik onları optik veya elektronik aygıt yapımında bir adım öne çıkarmaktadır. Iki boyutlu MoS2'nin yüksek lityum depolama özelliginin deneysel olarak kanıtlanması ve yine MoS2 nanoparçacıklarının teorik ve deneysel olarak elde edilmesi bu tez konusunun motivasyon kaynagını olusturmustur. Bu nedenle tez çalısmasında metal di- ve tri-kalkojenlerin elektronik ve optik özellikleri temel ilkeler hesaplamalarına dayalı yogunluk fonksiyoneli teorisi (YFT) yardımı ile incelenmistir. Bu yapılara ek olarak, iki boyutlu BN, AlN, BSb, silisen, arsenen gibi yapıların fiziksel ve kimyasal özellikleri ele alınmıstır. Lityum atomunun tek tabaka MX2 (M=Mo, W ; X=O, S, Se, Te) bilesenleri üzerine tutunma enerjileri hesaplanmıs ve 1.42 eV ile 3.10 eV arasında degisen yüksek tutunma enerjileri elde edilmi ̧stir. Tabaka üzerinde difüz edebilmesi için gerekli olan minimum enerji degerleri 0.158 eV ile 0.282 eV arasında ve atomların hareketliliginin belirteci olan difüzyon katsayısı degerleri de pek çok karbon içeren materyalden veya 2H-MoSe2'den 102 ile 105 mertebesinde daha büyük olarak hesaplanmıstır. Lityum atom sayısı yapılar üzerinde kademeli olarak artırılarak atom basına tutunma enerjisi egrileri elde edildi. Ayrıca MoS2(x−1)Se2x (x=0.33, 0.67, 0.83) metal kalkojen alasımlarının lityum-iyon bataryalarında kullanılabilirligi arastırıldı. Lityum atomu MoS2 ve MoSe2'ye molibden atomu üzerinden tutunurken, MoS2(x−1) Se2x alasımlarında lityum atomu yapıya Mo-S bagı üzerinden baglanmaktadır. NEB hesaplamaları ile elde edilen, lityum atomunun yapı üzerinde difüz etmesi için gerekli olan enerji bariyeri degerleri yapıların lityum iyon bataryalarında kullanılabilecegini göstermistir. Bu tez çalısmasında aynı zamanda literatürde bilinen hegzagonal veya tetragonal metal dikalkojenler yapısında kararlı olmayan, Peierls distorsiyonu ile kararlı hale gelen yeni RuS2 ve RuSe2 metal dikalkojenlerinin varlıgı teorik olarak ortaya konuldu. Elde edilen yeni yapıların mekanik, dinamik ve termal kararlılık testleri yapıldı ve yapıların oda sıcaklıgı ve üzerinde var olabilecegi gösterildi. Tek tabaka RuS2 ve RuSe2 'nin HSE06 hesaplamaları ile görünür bölgede bant aralıgına sahip yarıiletken malzemeler oldugu fakat iki ve üç tabakalı yapıların bant aralıklarının kızılötesi bölgeye düstügü bulundu. TiX3 (X=S, Se, Te) metal tri-kalkojenlerinin ve bunların alasımlarının elektronik ve optik özellikleri incelendi. Sülfür ve selenyum atomlarının karısımı ile olusturulan alasımlar yakın kızılötesi bölgede yer alan bant aralıklarına sahip iken TiS3 veya TiSe3 içine tellür atomu katıldıgı zaman tüm yapıların metal ya da yarı metal özellik gösterdigi bulunmustur. Elde edilen sonuçlar atomik boyutlarda lityumun metal dikalkojenlere ve alasımlarına nasıl baglandıgı hakkında önemli bilgiler vermistir, bu sonuçlar lityum-iyon bataryalarının gelistirilmesine ve lityum pillerinin verimliliginin artırılmasına teorik olarak katkı saglayacak niteliktedir. Ayrıca teorik olarak önerilen yeni metal kalkojenlerin sahip oldukları bant aralıkları nedeniyle opto-elektronik malzemelerde ve kızılötesi dedektörlerde kullanılabilirligi gösterilmistir.

Özet (Çeviri)

In recent years, metal chalcogenides (MX; M=Metal and X=Chalcogens) have taken a solid place in the technology due to their band gaps in the visible region. In particular, while many MX composites have indirect band gap in their three dimension forms, it can turn to direct band gap for their low dimensional forms. This feature takes them one step forward in making optical or electronic devices. Experimental demonstration of the high lithium storage capacity of two-dimensional MoS2 and the theoretical and experimental acquisition of MoS2 nanoparticles have generated the motivation for this thesis topic. Therefore, in this thesis, the electronic and optical properties of metal di- and tri-chalcogenides have been investigated with the help of density function theory (DFT) based on first-principles calculations. In addition to these structures, physical and chemical properties of two dimensional structures such as BN, AlN, silicene, arsenene are discussed. Adsorption energies of lithium atom on the MX2 (M=Mo, W ; X=O, S, Se, Te) monolayer were calculated and high adsorption energies ranging from 1.42 eV to 3.10 eV were obtained. The minimum energy values required for diffusing on the layer are in the range of 0.158 eV to 0.282 eV and diffusion coefficient values are higher than nanocrystalline 2H-MoSe2 or in different carboneous materials on the order of 102-105. The number of lithium atoms was gradually increased over the structures to obtain the adsorption energy curves for per atom. We also investigated the availability of MoS2(x−1) Se2x (x=0.33, 0.67, 0.83) metal chalcogen alloys in lithium-ion batteries. We find that the Li adatom is attached to MoS2 and MoSe2 monolayers via a molybdenum atom, while Li moves through the Mo-S bond for MoS2(x−1) Se2x alloys. NEB calculation results show that their energy barriers make them suitable for using in lithium-ion batteries. In this thesis, the existence of new RuS2 and RuSe2 metal dichalcogenides stabilized by Peierls distortion, which is not stable in the structure of hexagonal or tetragonal metal di-chalcogenides known in the literature, is theoretically presented. The mechanical, dynamical and thermal stability tests of the new structures were performed and it was shown that the structures could be at room temperature and above. The single layer RuS2 and RuSe2 were found to be semiconducting materials with a band gap in the visible region with HSE06 calculations, but the band gaps of the two- and three-layer structures decrease to the infrared region. The electronic and optical properties of TiX3 (X=S, Se, Te) metal tri-chalcogenides and their alloys have been investigated. Alloys formed by a mixture of sulfur and selenium atoms have band gaps in the near infrared region, whereas when incorporated into TiS3 or TiSe3 tellurium atoms are found to have all metal or semi-metal properties. The results have provided important information on how lithium is bound to metal dichalcogenides and their alloys in atomic dimensions, and these results will contribute theoretically to the development of lithium-ion batteries and to the efficiency of lithium batteries. In addition, it has been demonstrated that the theoretically recommended new metal dichalcogenides can be used in optoelectronic materials and infrared detectors due to their band gaps.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    659799

    Grafen temelli kuantum noktaları / ftalosiyaninkonjugatlarının sentezi ve enerji transferi özelliklerininincelenmesi

    Graphene-based quantum points / phthalocyanine investigation of the synthesis and energy transfer characteristics of the conjugates

    ŞULE ERYİĞİT

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. İBRAHİM ÖZÇEŞMECİ

  2. Tez No

    822258

    Çevrel fazların fotoantimikrobiyal etkisi ve fotokatalitik hidrojen üretimi

    Photoantimicrobial effect and photocatalytic hydrogenproduction by chevrel phases

    TALHA KURU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    BiyoteknolojiSelçuk Üniversitesi

    Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İMREN HATAY PATIR

  3. Tez No

    667911

    Development of ag-based quantum dots for optical imaging and multimodal therapy of cancer

    Optik görüntüleme ve multi-modlu kanser tedavisi için ağ tabanlı kuantum noktalarının geliştirilmesi

    MAHSHID HASHEMKHANI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    BiyoteknolojiKoç Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAVVA YAĞCI ACAR

  4. Tez No

    323194

    Metal kalkojenlerin fiziksel özellikleri

    Physical properties of metal chalcogenides

    FERHAT DEMİRAY

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü

    Fizik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SAVAŞ BERBER

  5. Tez No

    651830

    Optoelectronic and thermal properties of metallic transition metal dichalcogenides

    Geçiş metal dikalkojenitlerinin optoelektronik ve termal özellikleri

    NAVEED MEHMOOD

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ TALİP SERKAN KASIRGA

Geri Dön