The mechanical characterization of two-dimensional materials (WS2, MOS2, and graphene) and the effect of defects on young's modulus of CVD grown single-layer graphene
İki boyutlu malzemelerin (WS2, MOS2 ve grafen) mekanik karakterizasyonu ve tek tabakalı grafeninin young katsayısının kusur yoğunluğu ile değişimi
- Tez No: 624580
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. AYKUTLU DANA
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- 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: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 119
Özet
Grafenin ilk izolasyonu ile iki boyutlu (2B) malzemelerin bir çok araştırmacının ilgisini çekmiştir. Olağanüstü özellikleri ve atom kalınlığı nedeniyle 2B malzemelerin gaz algılama, elektrotlar, enerji depolama cihazları, alan etkili cihazlar, sensörler, fotodetektörler, güneş pilleri, nanokompozitörler, aktüatörler / rezonatörler, biyolojik membranlar, kanser dedektörleri, piezoresistif basınç sensörleri, gaz geçirimez zarlar, gaz veya sıvı ayrımı gibi uygulamaları vardır. Atomik kalınlığa rağmen, grafenin bant aralıgının olmaması, modern elektronik cihazlardaki uygulamalarını sınırlar. Bu sorunu çözmek için iki strateji vardır; birincisi, grafende bant aralığını açmaktır ve ikincisi de yeni 2B malzemelerin keşfetmektir. Kusurların üretilmesi ve bir elektrik alanının uygulanması grafenin bant aralığını artırabilir, ancak üretilen kusurlar diğer özelliklerini de etkileyebilir. Bu nedenle, yeni analog malzemelere ihtiyaç vardır ve geçiş metali kalkojenleri (TMD) en umut verici malzemelerdir. TMD'ler elektronik ve optik özelliklerinden dolayı birçok araştırmacının dikkat çekmiştir. TMD malzemeleri mantıksal işlemler için gerekli olan bant aralığının varlığı nedeniyle yarı iletken bir yapı sergilemektedir. Elektronik özelliklerin yanı sıra, 2B malzemelerin mekanik özellikler (Young Modülü) onların uygulamalarında önemli bir rol oynamaktadır. Ve 2D malzemeler son yıllarda büyük ilgi gören esnek elektronik cihazlar için en umut verici adayları olmaları onların mekanik özelliklerinin önemini arttırmaktadır. Çünkü uygulanan gerginlik ve diğer dış kuvvetler grafen ve TMD'lerin krıstal yapısını değiştirebilir ve sonuç olarak cihazların performansını ve ömrünü etkiler. Bu çalışmada grafenin, MoS2 filmin, MoS2 ve WS2 parçalarının Young katsayısını Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) araçıyla ölçmeyi amaçladık. Buna ek olarak, kusur yoğunluğu ile grafenin Young katsayısı arasındaki ilişkiyi araştırdık.Farklı yoğunluklarda kusur oluşturmak için grafeni Focused Ion Beam (FIB) cıhazında değişik dozlardaki Ga + iyonlarına maruz bıraktık. Sonuç olarak grafenin, MoS2 filminin, MoS2 ve WS2 parçalarının Young Modüllerini sırasıyla 270 N / m, 330 N / m, 90 N / m ve 140 N / m olarak bulduk. Bu değerlerin literatürde verilenlerden daha düşük olması istenmeyen kusurların varlığından kaynaklanmış olabilir. Aynı şekilde grafende olusturulan kusurların yoğunluğuyla grafen'in Young Modülünün düstügü gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
With the first isolation of graphene two-dimensional (2D) materials attracted the enormous interest of many researchers. Owing to extraordinary properties and atomic thickness 2D materials have many applications in gas detection, electrodes, energy storage devices, field effect devices, sensors, photodetectors, solar cells, nanocomposites, actuators/ resonators, biological membranes, cancer detectors, piezoresistive pressure sensors, gas impermeable membranes, gas or liquid separation. Despite the atomic thickness, the gapless character of the graphene limits its applications in modern electronic devices. There are two strategies for solving the problem, first one is to open the band-gap in graphene and second is to explore new 2D materials. Generation of defects and applying an electrical field can increase the band-gap of graphene but defects can affect other properties of it. Therefore, there is a need for new analogs and transition metal dichalcogenides (TMDs) are the most promising ones. TMDs drew the attention of many researchers because of the remarkable electronic and optical properties. TMD materials exhibit a semiconducting nature owing to the presence of the band-gap, which is essential for the logical operations. Besides electronic properties, the mechanical properties( Young`s Modulus) play a significant role in applications of 2D materials. 2D materials are most promising candidates for flexible electronic devices, which received enormous interest in recent years. But the applied strain and other external forces can modify the structure of crystalline graphene and TMDs, consequently affect the performance and lifetime of devices. In this work, we aimed to measure the Young`s Modulus of graphene, MoS2 film, MoS2 and WS2 flakes with an Atomic Force Microscope (AFM). In addition, we sought the relation between the defect intensity and Young`s Modulus of graphene. The defects in graphene were generated by Ga+ with different doses in Focused Ion Beam (FIB). We found Young`s Moduli of graphene, MoS2 film, MoS2 and WS2 flakes to be 270 N/m, 330 N/m, 90 N/m and 140 N/m, respectively. These values are lower than those given in a literature, what might be caused by the pre-existence of unwanted defects. Also, it appeared that the introduction of defects leads to the fall in Young`s Modulus values of the graphene.
Benzer Tezler
- Magnetron saçtırma tekniği ile büyütülen MoS2 ince filmlerin optik karakterizasyonu
Optical characterisation od MoS2 thin films grown by magnetron sputter
HÜRGÜL CENGİZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EDA GOLDENBERG
- The synthesis and characterization of 3D-printed chitosan based composites for biomedical applications
Biyomedikal uygulamalara yönelik 3D baskılı kitosan esaslı kompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu
OUBADAH ALAYOUBI
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
KimyaKadir Has ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
Assoc. Prof. BENGÜ ÖZUĞUR UYSAL
- Synthesis and characterization of Van der Waals heterostructures, and nanofabrication of electronic devices based on two-dimensional materials
Van der Waals heteroyapılarının sentezi, karakterizasyonu ve iki-boyutlu malzeme temelli elektronik aygıtların üretimi
MEHDI RAMEZANI
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TALİP SERKAN KASIRGA
- New experimental setup for 3D characterization of granular shape and associated morphological quantifiers
Granül şekil ve iliışkili morfolojik nicelik göstergelerinin üç boyutlu karakterizasyonu için yeni deneysel kurulum
SAMAD KAZEMI KHOSROWSHAHI
Doktora
İngilizce
2024
Mühendislik BilimleriBoğaziçi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZER ÇİNİCİOĞLU
YRD. DOÇ. DR. İREM ZEYNEP YILDIRIM
- Biyomedikal titanyum alaşımlarının bilyalı dövme sonrası değişen yüzey ve yüzey altı mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of surface and subsurface mechanical properties of shot peened biomedical titanium alloys
EMİRHAN ÇALIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EGEMEN AVCU