Saçtırma ile büyütülmüş 2B dikey MoSe₂ yapıların enerji depolama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the energy storage properties of 2D vertically aligned MoSe₂ structures grown by sputtering
- Tez No: 964384
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ MERVE ACAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Atatürk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Amaç: Bu çalışmada, iki boyutlu (2B) malzemelerden olan MoSe2 malzemesi kullanılmıştır. Nano duvar yapılı MoSe2 filmi farklı büyütme sürelerinde büyütülerek nano duvar yapısının süperkapasitör elektrot malzemesi üzerindeki davranışı gözlemlenmek amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda MoSe2 filmi, magnetron saçtırma yöntemi kullanılarak yüksek kalitede büyütülmüştür. Farklı kalınlıklarda büyütülen MoSe2'nin fiziksel ve kimyasal karakterizasyonu yapılmıştır. Ayrıca üretilen süperkapasitörün performansının değerlendirilmesi, kapasite ve şarj/deşarj ömürleri gibi özellikleri incelenmesi amaçlanmıştır. Yöntem: 2B'li MoSe2 TMDC (geçiş metali dikalkojenitleri) malzemesi RF magnetron saçtırma (Radyo Frekans Magnetron Saçtırtma) yöntemi kullanılarak tek bir adımda farklı kalınlıklarda büyütülmüştür. Büyütülen bu malzemenin süperkapasitör aygıt fabrikasyonuna uygun olup olmadığının değerlendirilmesi hususunda yapısal ve morfolojik analizleri için SEM, XPS, XRD, BET ve Raman yöntemleri kullanılmıştır. Elektrokimyasal davranışı için CV, GCD ve EIS analizleri yapılmıştır. Bulgular: Yapılan çalışmalarda 2, 5, 9 ve 10 dakika süresince nikel köpük üzerine büyütülen MoSe2 filmlerinin kapasite ve döngü kararlılıkları incelenmiştir. Bu incele sonucunda 2, 5, 9 ve 10 dakikalık numunelerde 3 mA/cm2 akım yoğunluğunda sırası ile 172, 140.90, 429.50 ve 252 mF/cm2 özgül kapasite elde edilmiştir. Burada en iyi performansı 9 dakikalık numune vermiştir. 9 dakikalık numunenin morfolojik analizlerine bakıldığında en düzgün nano duvar yapısını verdiği görülmüştür. 10 dakikalık numunenin büyütmenin olumsuzluklarından etkilenmeye başladığı ve nano duvar yapısının kıvrılarak aktif yüzey alanını azaltmaya başladığı ve bu sebepten dolayı kapasitesinin düştüğü gözlemlenmiştir. 9 dakikalık numune için kararlılık testi yapılmış ve 5000 döngü sonunda bile %97,43 kapasite korunumu gösterdiği bulunmuştur. Sonuçlar: Elde edilen buldular ışığında büyütme süresinin malzemenin nano yapısını doğrudan etkilediği ve bu etki süperkapasitörün davranışını doğrudan etkilediği bulunmuştur. Düşük büyütme sürelerinde kristal yapının tam oluşmaması ve nano duvarların tam oluşmaması kapasite üzerinde olumsuz bir etki oluşturmaktadır. Büyütme süresinin optimum süre üzerine çıkması ile birlikte nano duvar yapılarının kıvrılarak iç içe geçmesi ve aktif yüzey alanının azalmasına neden olmakta ve bu da kapasiteyi düşürmektedir. Optimum sürede büyütülen filmin nano duvar yapıları, daha fazla aktif yüzey alanı sağladığı için iyonların tutunabileceği daha fazla alan oluşmaktadır. 10 dakikalık büyütmede kapasitenin düşmesi ve nano duvar yapısının karmaşıklaşması sebebi ile optimum büyütme süresini 9 dakika olarak belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Purpose: In this study, the two-dimensional (2D) material MoSe₂ was utilized. MoSe₂ films with a nanowall structure were grown at different deposition times in order to observe the behavior of the nanowall structure on the performance of supercapacitor electrode materials. For this purpose, MoSe₂ films were grown with high quality using the magnetron sputtering method. The physical and chemical characterizations of MoSe₂ grown at different thicknesses were carried out. Additionally, the performance of the fabricated supercapacitor—such as capacitance and charge/discharge cycling stability—was evaluated. Method: The 2D MoSe₂ TMDC (transition metal dichalcogenide) material was grown in a single step using the RF magnetron sputtering (Radio Frequency Magnetron Sputtering) technique at different thicknesses. To assess the suitability of the grown material for supercapacitor device fabrication, structural and morphological characterizations were performed using SEM, XPS, XRD, BET and Raman spectroscopy. Electrochemical behavior was analyzed through CV, GCD, and EIS measurements. Findings: In the study, MoSe₂ films were grown on nickel foam for 2, 5, 9, and 10 minutes, and their capacitance and cycle stabilities were examined. As a result, specific capacitance values of 172, 140.90, 429.50, and 252 mF/cm² were obtained for the 2, 5, 9, and 10-minute samples, respectively, under a current density of 3 mA/cm². The best performance was observed in the 9-minute sample. Morphological analysis of the 9-minute sample revealed the most uniform nanowall structure. It was observed that the 10-minute sample began to be affected by the adverse effects of overgrowth, leading to the curling of nanowalls and a reduction in active surface area, which caused a decrease in capacitance. A stability test on the 9-minute sample showed that even after 5000 cycles, 97.43% of its capacitance was retained. Conclusions: Based on the findings, it was determined that the deposition time directly affects the nanostructure of the material, which in turn has a direct impact on supercapacitor performance. At short deposition times, incomplete crystal formation and underdeveloped nanowalls negatively affect capacitance. When the deposition time exceeds the optimum value, the nanowall structures begin to fold and overlap, reducing the active surface area and thus decreasing capacitance. The nanowall structures of the film grown at the optimum duration provide a larger active surface area, offering more sites for ion adsorption. Due to the decrease in capacitance and structural complexity at 10 minutes, the optimum deposition time was determined to be 9 minutes.
Benzer Tezler
- The effect of bending cycles on optical and electrical properties of multilayer ZTO/AG/ZTO and ITO transparent conductive oxide thin films grown by magnetron sputtering
Bükülme döngülerinin mıknatıssal saçtırma ile büyütülmüş çok katmanlı ZTO/AG/ZTO ve ITO şeffaf iletken oksit ince filmlerin optik ve elektriksel özellikleri üzerindeki etkisi
CENKAY ÇELİKLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
DR. MEHTAP ÖZDEMİR
- Magnetron sputter grown metal doped vanadium oxide thin films for terahertz bolometers
Terahertz bolometreleri için manyetik saçtırma ile büyütülmüş metal katkılı vanadyum oksit ince filmleri
HAKAN ALABOZ
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLNUR AYGÜN ÖZYÜZER
- Planar perovskite solar cells with metal oxide transport layers by co-evaporation and hybrid vapor-solution sequential method
Birlikte buharlaştırma ve hibrit buhar çözeltisi sıralı yöntemi ile metal oksit delik (Hole) taşıma katmanlı düzlemsel perovskit güneş hücreleri
WIRIA SOLTANPOOR
Doktora
İngilizce
2020
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SELÇUK YERCİ
- Characterization of molybdenum oxide and magnesium doped zinc oxide charge transport layers deposited by sputtering for heterojunction solar cells
Heteroeklem güneş hücreleri için saçtırma yöntemi ile büyütülmüş molibden oksit ve magnezyum katkılı çinko oksit yük taşıyıcı tabakaların karakterizasyonu
GENCE BEKTAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SELÇUK YERCİ
DOÇ. DR. ALPAN BEK
- Dik mıknatıslanmaya sahip örnek sistemlerinde kaydırma etkisinin araştırılması
Sample which has perpendicular magnetic anisotropy research exchange bias properties
ERTUĞRUL KARACA
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SİNAN KAZAN