Accelerating the discovery of conducting polymergraphene nanocomposites via high-performance computing and high-throughput screening
Yüksek performanslı hesaplama ve yüksek verimli tarama yöntemleriyle iletken polimer-grafen nanokompozitlerinin keşfinin hızlandırılması
- Tez No: 941335
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ EROL YILDIRIM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Kimya, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 295
Özet
Bu çalışma, iletken polimer-grafen/grafen oksit (İP-Gr/GrO) nanokompozitlerinin yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT), moleküler dinamik (MD) ve makine öğrenimi (ML) yaklaşımlarıyla kapsamlı bir şekilde teorik olarak incelemesini sunmaktadır. Donör-akseptör (D-A) yapı birimleri üzerinde gerçekleştirilen iki ayrı sistematik DFT tabanlı tarama çalışması, düzlemsellik, konjugasyon ve elektron delokalizasyonunun bant aralığı ve yük taşıma özellikleri üzerindeki etkilerini değerlendirmiştir. Bu çalışmalar, yapı-özellik ilişkilerini sistematik olarak haritalayarak organik elektronik uygulamaları için umut vadeden adayların belirlenmesini sağlamıştır. DFT hesaplamalarının yüksek hesaplama maliyetinin yarattığı sorunu ortadan kaldırmak adına, ML teknikleri kullanılarak bant aralığı ve delik yeniden düzenlenme enerjisi yüksek doğrulukla tahmin edilmiştir. Bu amaçla 3000'den fazla D-A tipi İP içeren özel bir veri seti oluşturulmuş ve tanımlayıcılar açısından zengin veriye dayalı modellerle yüksek verimli tarama gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, polimerlerin grafen yüzeyindeki hizalanmasını belirleyen yapısal parametreler yüksek doğruluklu DFT hesaplamalarıyla belirlenmiş ve DFT hizalanma tahminlerini önemli ölçüde daha düşük maliyetle tekrar edebilen özel bir Python algoritması (Py_alignment_01) geliştirilmiştir. İP'lerin Gr ve GrO yüzeylerindeki ara yüzey davranışı ve kendiliğinden hizalanma özellikleri MD simülasyonlarıyla incelenmiş ve yüzey oksidasyonu, fonksiyonel grup türü ile π-π etkileşimlerinin polimerlerin kendi kendine düzenlenmesindeki belirleyici rolü ortaya konmuştur. Bu çalışma, İP'ler ve İP-Gr/GrO sistemlerinin yapı-işlev ilişkilerine dair önemli bilgiler sunmakta ve esnek elektronik, enerji depolama ile optoelektronik cihazlar için yüksek performanslı nanokompozitlerin tasarımını hızlandırmaya yönelik kapsamlı, çok ölçekli bir modelleme çerçevesi önermektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a comprehensive computational investigation of conducting polymer-graphene/graphene oxide (CP-Gr/GrO) nanocomposites by integrating density functional theory (DFT), molecular dynamics (MD) and machine learning (ML) approaches. Two systematic DFT-based screening studies were carried out on donor-acceptor (D-A) units to evaluate how planarity, conjugation and electron delocalization influence the band gap and charge transport properties. These studies present a systematic structure-property mapping and help identify promising candidates for organic electronic applications. To overcome the limitations of high computational cost in DFT, ML techniques were employed to predict the band gap and hole reorganization energy with high accuracy. A custom dataset comprising more than 3000 D-A type CPs was developed for this purpose, enabling efficient high-throughput screening via descriptor-rich, data-driven models. Furthermore, high-accuracy DFT calculations were used to determine key structural properties that govern polymer alignment on Gr. A custom Python algorithm (Py_alignment_01) was developed to replicate DFT-based alignment predictions, significantly reducing computational cost. The interfacial behavior and self-alignment of CPs on Gr and GrO surfaces were further explored through MD simulations, highlighting the influence of surface oxidation, functional group type and π-π stacking in directing polymer self-organization. Therefore, this work offers insights into the structure-function relationships of CPs and CP-Gr/GrO systems and proposes a comprehensive multiscale modeling framework to accelerate the rational design of high-performance polymer nanocomposites for flexible electronics, energy storage and optoelectronic devices.
Benzer Tezler
- Küresel iklim değişikliği ve göç
Global climate change and migration
ESMA SEDA KAVALALI
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Siyasal BilimlerAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiSosyal Politika Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ABDULKADİR DEVELİ
- Bor içeren donör-akseptör (D-A) organik materyallerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Syntheses of boron containing donor-acceptor (D-A) organic materials and investigation of their properties
ONUR ŞAHİN
- Türkiye'de çocuklara yönelik sessiz kitapların görsel iletişim bağlamında incelenmesi ve bir uygulama
Examination of silent books for children in Turkey in the context of visual communication and an application
BALA ERFİDAN HAYBAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Güzel SanatlarDokuz Eylül ÜniversitesiGrafik Ana Sanat Dalı
DOÇ. DR. CEREN BULUT YUMRUKAYA
- Sentetik C-S-H bileşiklerinin kendiliğinden yerleşen betonların taze ve sertleşmiş özelliklerine etkisi
Effect of synthetic C-S-H compounds on fresh and hardened properties of self compacting concrete
MUSTAFA OĞUZ SAF
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÜNAL ANIL DOĞAN
- Üsküdar'ın vakıf eser kültür mirası ve korunması için öneriler
Uskudar?s waqf cultural heritage and proposals for it?s conservation
BETÜL GELENGÜL EKİMCİ
Doktora
Türkçe
2011
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ZEYNEP AHUNBAY