A(III) B(III) C2(VI)yarıiletkenlerin termoelektriksel özelliklerinin deneysel ve teorik olarak incelenmesi
Experimental and theoretical investigation of thermoelectrical properties of A(III) B(III) C2(VI) semiconductors
- Tez No: 935810
- Danışmanlar: PROF. DR. MİRHASAN SEYİTSOY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Düşük boyutlu talyum dikalkojenler, Termoelektrik malzemeler, Elektriksel ve ısıl iletkenlikler, Seebeck katsayısı, Güç faktörü, Değer katsayısı, Low-dimensional thallium chalcogenides, Thermoelectric materials, Electrical and thermal conductivities, The Seebeck coefficient, Power factor, Figure of merit
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 101
Özet
Bu tez çalışmasında belli bazı AIIIBIIIC2VI tipinde üçlü yarıiletkenlerin termoelektrikle ile ilgili özellikleri deneysel ve teorik olarak incelenmiştir. Bu kapsamda, katkısız TlInSe2, Fe katkılı TlInTe2 ve TlFeS2 ile seyreltilmiş TlInS2 yarıiletken malzemeleri ele alınmıştır. Burada 100 ila 800 K sıcaklık aralığında saf TlInSe2 ve 0,1 % Fe katkılı TlInTe2 zincir benzeri tek kristallerin yanı sıra 0,7 % TlFeS2 zinciri ile seyreltilmiş iki boyutlu TlInS2 katmanlı üçlü talyum dikalkojenlerin yük ve ısıl taşıma özelliklerinin kapsamlı bir şekilde araştırıldı. Katkısız TlInSe2 ve Fe katkılı TlInTe2'nin yanı sıra bir boyutlu zincir formunu içeren tek boyutlu zincir formu 0,7 %'de TlFeS2 ile seyreltilmiş iki boyutlu TlInS2 katmanlı yarı iletkenden yapılmış hibrit malzeme ile Bridgman–Stockbarger tekniği kullanılarak başarıyla büyütüldü. Kristalin yapısal ve kimyasal özelliklerini belirlemek için X-ışını toz kırınımı, taramalı elektron mikroskobu ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopi ölçümleri yapıldı. Katmanlara /zincirlere paralel ve dik yönlerde yapılan dc ve ac-elektriksel iletkenlik ölçümlerinde örneklerin yük taşıyıcı taşıma özelliklerinde güçlü bir anizotropik durum gözlendi. Bu özellik, yarı iletken malzemelerde yüksek termoelektrik performansın gerçekleştirilmesi için elzemdir. Üçlü dikalkojenlere özgü özellikler, bu yarıiletken malzemelerin aşağıda belirtilen genel özelliklerden dolayı beklenmektedir. TlInS2 için anormal derecede büyük bir Seebeck katsayısının varlığının yakın zamanda literatürde rapor edildiğini belirtmekte fayda var. Ne yazık ki, bu malzemelerin özellikle yüksek sıcaklıklarda Seebeck katsayısı, elektriksel iletkenlik ve elektronik ısıl iletkenlik özellikleri ile ilgili sistemsel çalışmalar henüz rapor edilmemiştir. Bu tez çalışmamda sonuç olarak, 100 K ile 800 K arasında geniş bir sıcaklık aralığında Tl+ (In3+X22−) − örneklerinin termoelektrik özelliklerinin deneysel araştırmaları üzerine son derece büyük Seebeck katsayıları ortaya çıktı. Atomik ölçekte incelenen bileşiklerin ısıl taşıma özelliklerini araştırmak için ilk prensipler yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ve Boltzmann taşıma denklemleri (BTE) kullanılmıştır. DFT hesaplama şemasında talyum katyonu ve kükürt anyonu arasında spesifik bir etkileşim gözlendi. Bu malzemelerin belirtilen yüksek sıcaklıklarda deneysel ve teorik tekniklerle termoelektriksel sonuçları elde edildi. Böylece eksik kalmış hususlar giderilerek literatüre katkıda bulunuldu. Bu çalışma altı bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde tezin amacı, içeriği ile literatüre katkısından bahsedilmektedir. İkinci bölümde, üçlü dikalkojen malzemelerin yapısal ve kimyasal karakterizasyonunun elde edilmesinde ve doğrulanmasında kullanılan deneysel teknikler ele alınmaktadır. Üçüncü bölümde çeşitli kalkojen yarı iletkenlerin kristal yapısı ve özelliklerinden bahsedilmektedir. Dördüncü bölümde, bu doktora tez çalışmasında ilk defa ilgili üçlü dikalkojen yarı iletkenlerin termoelektriksel özelliklerinin deneysel bulguları elde edildi. Beşinci bölümde talyum dikalkojen yarı iletken kristallerin termoelektriksel verileri teorik DFT ve BTE ile analiz sonuçlarıyla elde edildi. Altıncı bölümde, önceki bölümde elde edilen deneysel ve teorik bulgulardan yola çıkarak ilgili yarı iletkenlerin termoelektriksel özelliklerinin elde edilmesi, deneysel ve teorik olarak karşılaştırılması ve bu sonuçların yorumlanmasını ele alınmaktadır. Elde edilen veriler karşılaştırılıp, gelecek çalışmalarda bu tip malzemelerin termoelektriksel uygulamalar için uygun malzemeler olup olmadığının tartışması yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
The present work focuses on a comprehensive investigation of charge and thermal transport properties of thallium–indium-based ternary dichalcogenides with a common chemical formula of Tl+(In3+X2−2) − where X denotes tellurium, selenium or sulfur atoms. Two compounds in the one-dimensional chain form, including pristine TlInSe2 and Fe-doped TlInTe2 as well as a hybrid material constructed from the two-dimensional TlInS2 layered semiconductor diluted with TlFeS2 at 0,7 %, have been successfully grown using the Bridgman–Stockbarger technique. X-ray powder diffraction, scanning electron microscopy and energy-dispersive x-ray spectroscopy measurements were performed to characterize the local structure and chemical composition features of all prepared compounds. A strong anisotropy in the charge-carrier transport properties of the samples was observed from dc- and ac- electrical conductivity measurements made in directions parallel and perpendicular to the layers/chains. This is a fundamental property for realizing high thermoelectric performance in semiconducting materials. As a result, extremely large Seebeck coefficients were revealed upon experimental investigations of the thermoelectric properties of Tl+(In3+X2−2) − samples over a wide temperature range between ∼100 K and ∼800 K. The first-principles density functional theory (DFT) and Boltzmann transport equations were employed to investigate the thermal transport properties of the compounds studied at the atomic scale. A specific interaction between the thallium cation and the sulfur anion was observed in the DFT computation scheme. The developed interaction (more electrostatic than a much weaker van der Waals one) enhances the charge carrier effective mass via flattening of the electronic bands near the band edges and this can give a new path towards Seebeck coefficient enhancement in the traditional mid-temperature range. The thermoelectric results of these materials were obtained with experimental and theoretical techniques at the specified high temperatures. Thus, the remaining issues were eliminated and the literature was contributed. This study consists of six sections. In the first section, the aim of the thesis, its content and its contribution to the literature are mentioned. In the second section, the experimental techniques used in obtaining and verifying the structural and chemical characterization of ternary dichalcogen materials are discussed. In the third section, the crystal structure and properties of various chalcogen semiconductors are mentioned. In the fourth section, the experimental findings of the thermoelectric properties of ternary dichalcogen semiconductors were obtained for the first time in this doctoral thesis. In the fifth section, the thermoelectric properties of thallium dichalcogen semiconductor crystals were obtained by theoretical DFT and BTE analysis results. In the sixth section, the thermoelectric properties of the relevant semiconductors, their experimental and theoretical comparison and the interpretation of these results are discussed based on the experimental and theoretical findings obtained in the previous section. The obtained data are compared and it is discussed whether these types of materials are suitable for thermoelectric applications in future studies.
Benzer Tezler
- Geometrik non-lineer katlanmış plakların sonlu band eleman yöntemi ile analizi
Geometrik nonlinear analysis of folded plate structures by the finite strip method
NECMİ AZDAVAYLI
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERTAÇ ERGÜVEN
- Altı fazlı enerji iletim sistemlerinde seri kompansator lokalizasyonunun tayini
The Localization of condansators in series on a 380 kv six-phase tranmission system
AHMET ECEVİT
Yüksek Lisans
Türkçe
1990
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. H. NUSRET YÜKSELER
- İçi viskos akışkan ile dolu öngerilimli viskoelastik tüplerde harmonik dalga yayılımı
Başlık çevirisi yok
GÜLER AKGÜN
- Tetra-aza coranandların sentezleri ve kompleksleşme yeteneklerinin potansiyometrik, kondüktometrik ve sıvı-sıvı ekstraksiyon yöntemleri ile belirlenmesi
The synthesis of coronands and studies of their complexation ability using potentiometric, conductometric and liquid-liquid extraction methods
BAKİ ÇİÇEK