• Sonuç bulunamadı

bursa teknik üniversitesi ❖ fen bilimleri enstitüsü

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2024

Share "bursa teknik üniversitesi ❖ fen bilimleri enstitüsü"

Copied!
173
0
0

Yükleniyor.... (view fulltext now)

Tam metin

Thus, the properties of the newly formed graphene are very different and can be used for many different purposes. However, it is very difficult to determine experimentally why these properties of newly formed graphene change, and therefore quantum chemical methods are used for this purpose. The aim of this study is to determine the basic properties of graphene surfaces doped with Ga, Ge, P, Si, Al using DFT (Density Functional Theory), one of the quantum chemical calculation methods highly valued by many universities and organizations industrial surrounding. world.

GİRİŞ…

Bu araştırmanın amacı, yaygın olarak kullanılan kuantum kimyasal hesaplama yöntemlerinden biri olan DFT (Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi) kullanılarak Al, Si, P, Ga ve Ge yüklü grafen yüzeylerinin temel özelliklerini belirlemek ve araştırmaktır. Dünyadaki birçok üniversite ve sanayi kuruluşunun önemi. WB97XD/6-31G(d,p) yöntemi ile bu tez kapsamındaki grafen yapılar için elde edilecek yapısal, elektriksel, kimyasal ve optik özellikler kuantum kimyasal hesaplamalar kullanılarak elde edilecektir. Böylece deneysel olarak belirlenmesi zor olan element yüklemesine bağlı olarak grafenin yapısındaki değişimin nedeni kuantum kimyasal yöntemlerle belirlenecektir.

GENEL BİLGİLER

Grafen

  • Karbon ve benzeri yapılar
  • Grafen hakkında
    • Grafenin keşfi
    • Grafen kristal yapısı
    • Grafenin özellikleri
    • Grafenin üretim yöntemleri
    • Grafenin uygulama alanları
    • Grafen yapısına element yüklenmesi

Karbon, Şekil 2.2'de gösterildiği gibi sp, sp2 ve sp3 olmak üzere üç farklı hibridizasyonda bulunabilmesi nedeniyle çeşitli kristal ve düzensiz yapılar oluşturabilir [8,9]. CVD işlemi, Şekil 2.12'de gösterildiği gibi dört adımdan oluşur: (i) gaz fazındaki öncüllerin adsorpsiyonu ve katalitik ayrışması, (ii) ayrışmış karbon türlerinin dökme metale difüzyonu ve çözünmesi, (iii) çözünmüş karbon atomlarının metal üzerinde ayrılması. metal yüzeyi ve (iv) yüzey çekirdeklenmesi ve grafenin büyümesi. Grafen, Şekil 2.17'de gösterilen mekanizma sayesinde hafif, dayanıklı ve yüksek performanslı enerji depolamaya uygun piller üretebilir ve şarj sürelerini kısaltabilir.

Literatür Araştırması

Aynı zamanda yüksek depolama kapasitesinin artırılmasına yönelik çalışmalar da yürütülmektedir. (2017) tarafından yapılan çalışmada Ge elementi grafen üzerine yüklenmiştir. Deneysel depolama kapasitesi, yüksek performans, anot malzemeleri Ne ve ark. 2017) Tek şarj: Ge Teorik: DFT Electronics, Optics. Tek yükleme: B,N deneysel sentezi, yapısal ve elektronik özellikler Qu ve diğerleri 2019) İkili atama: NS Deneysel duyarlı Perceptron,.

Hesaplamalı Kimya

  • Moleküler mekanik yöntem
  • Moleküler dinamik yöntemler
  • Kuantum mekaniği
    • Ab-İnitio yöntemler
    • Yarı deneysel yöntemler
    • Yoğunluk fonksiyoneli teorisi

Schrödinger denkleminin farklı yaklaşımlar kullanılarak çözülmesi sonucunda ortaya çıkan üç farklı program, Şekil 2.20'de gösterildiği gibi Moleküler Mekanik, Moleküler Dinamik ve Kuantum Mekaniğidir. Parçacıkların sistem içindeki etkileşimleri, moleküler mekanik kuvvet alanları tarafından tanımlanan potansiyel enerji ve kuvvetler tarafından belirlenir. Bu ilkeleri kullanan hesaplama yöntemleri, moleküler mekanikteki yöntemlere göre çok daha karmaşık ve daha uzun hesaplamalar gerçekleştirir.

Ab initio kelimesi moleküler yörünge teorisinin ilkelerinin doğrudan uygulanması anlamına gelir, ancak bu tamamen doğru değildir. Ab initio yöntemlerde denklemler tamamen kuantum teorisinin ilkelerine göre türetilir ve hiçbir deneysel veri içermez. Ancak diğer moleküler yörünge yöntemleriyle karşılaştırıldığında Moleküler Orbital Teorisi prensiplerinin neredeyse tamamen uygulandığı ve en hassas hesaplamaların yapılabildiği en güvenilir yöntemdir.

Orta ve küçük boyutlu moleküller için yüksek düzeyde ab initio yöntemlerle doğru sonuçlar elde edilebilir. Ab Initio yönteminde kullanılan enerji ifadesini hesaplamaları karmaşıklaştırmayacak şekilde biraz değiştirerek HF yönteminin eksikliklerini gidermeye çalışır. 1964'te Hohenberh ve Kohn, bir sistemin temel durum enerjisinin ve diğer özelliklerinin elektron yoğunluğuyla tanımlanabileceğini gösterdi.

Hibrit fonksiyoneller, değişim fonksiyonellerini RF, yerel ve gradyanla düzeltilmiş değişim terimlerinin doğrusal kombinasyonları olarak tanımlar.

YÜZEY MODELİ VE YÖNTEM

Molekülün oluşturulması için üniversitemiz tarafından lisanslanan Gaussview yazılımı (Gauss yazılımı için yardımcı yazılım) kullanılarak grafen yapısı ve element yüklü grafen yapıları yapılmıştır. Verilerin elde edilmesi için gerekli hesaplamalar üniversitemizin lisanslı yazılımı olan Gaussian 09 kullanılarak yapılmıştır. Bu geometriler için enerji değerleri hesaplanırken bu değerleri etkileyen ve deneysel verilerle daha uyumlu hale getiren Sıfır Noktası Enerji Düzeltmesi (ZPE) değerleri (frekans hesaplamasıyla elde edilen) kullanılmıştır. Kuantum mekaniksel bir sistemin temel durumu onun en düşük enerji durumudur; Temel durumun enerjisine sistemin sıfır noktası enerjisi denir.

Bu tür kuantum kimyasal hesaplamalarda ZPE ile düzeltilmiş enerji değerlerinin deneysel verilerle oldukça uyumlu olduğu bilinmektedir. Termal entalpi, salınım frekansı, Gibbs serbest enerjisi ve enerji değerleri standart koşullar altında Gaussian yazılımında SPE hesaplamaları ile hesaplanmıştır [101]. HOMO (En Yüksek İşgal Edilmiş Moleküler Orbital), işgal edilmiş en yüksek moleküler yörüngedir, LUMO (En Düşük İşgal Edilmemiş Moleküler Orbital), boş bir moleküler yörüngenin en düşük değeridir.

Bazı formüllerde HOMO LUMO değerleri kullanılarak optimize edilmiş yapılar hakkında bilgi edinmek amacıyla kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlara göre sistemlerin en düşük enerjili durumu en kararlı durum olarak kabul edildiğinden en düşük enerjiyi veren SM değeri sistem için gerekli olan SM olarak kabul edilmiştir. ΔE = EYüklü Grafen – ESpure 𝐺𝑟𝑎𝑓𝑒𝑛 + 3 ∗ ECarbon − EYüklü Elemanlar (3.10) Kuantum kimyasal hesaplamalar kullanılarak elde edilen grafen yapıları için.

Tez kapsamındaki tüm kuantum kimyasal hesaplamalar, üniversitemiz tarafından sağlanan Gaussian 09 (Frisch ve ark. 2009) kuantum kimya yazılımının Linux versiyonu kullanılarak yapılmıştır, TÜBİTAK ULAKBİM, Yüksek Performans ve Bilgi İşlem Merkezi (TRUBA kaynakları) lisanslıdır. . ) ve laboratuvarımızda yüksek kapasiteli sunucu bilgisayarları bulunmaktadır.

BULGULAR VE TARTIŞMA

Tek Tip Atom Yüklü Grafen

  • Ga-Ga-Ga üçlü yüklenmiş grafen
  • Ge-Ge-Ge üçlü yüklenmiş grafen
  • P-P-P üçlü yüklenmiş grafen
  • Si-Si-Si üçlü yüklenmiş grafen
  • Al-Al-Al üçlü yüklenmiş grafen

Çift yönlü dönüşe sahip Ga yüklü grafenin yapısı, tek yönlü dönüşe sahip saf grafenin yapısıyla karşılaştırıldı. Bu sonucun Ga yüklü grafen yapısının ESP gösterimindeki kırmızı alanların oluşumuyla uyumlu olduğu görülebilir. Ge yüklü grafen yapısının tek yönlü spin değerine sahip olması, tek yönlü spin değerine sahip olan saf grafen yapısıyla karşılaştırılmasını kolaylaştırmaktadır.

Dolayısıyla Ge yüklü grafen yapısına ait HLG değeri Tablo 4.2'de görüldüğü gibi 4.191 eV olarak elde edilmiştir. Çift yönlü dönüşe sahip P yüklü grafenin yapısı, tek yönlü dönüşe sahip saf grafen yapısıyla karşılaştırıldı. Si yüklü grafen yapısının tek yönlü spin değerine sahip olması, tek yönlü spin değerine sahip olan saf grafen yapısıyla karşılaştırılmasını kolaylaştırmaktadır.

Bu nedenle Si yüklü grafen yapısının HLG değeri Tablo 4.5'te gösterildiği gibi 4.264 eV olarak alınmıştır. Bu sonucun Si yüklü grafen yapısının ESP gösteriminde kırmızı bölgelerin oluşmasıyla uyumlu olduğu görüldü. Çift yönlü dönüşe sahip Al yüklü grafen yapısı, tek yönlü dönüşe sahip saf grafen yapısıyla karşılaştırıldı.

Bu sonuç, Al yüklü grafen yapısının ESP gösterimindeki kırmızı alanların oluşumuyla uyumlu olarak görülebilir.

İki Tip Atom Yüklü Grafen

  • Ga-Ga-Ge üçlü yüklenmiş grafen
  • Ga-P-Ga üçlü yüklenmiş grafen
  • Ga-Ga-Si üçlü yüklenmiş grafen
  • Ga-Al-Ga üçlü yüklenmiş grafen
  • Ge-Ga-Ge üçlü yüklenmiş grafen
  • Ge-P-Ge üçlü yüklenmiş grafen
  • Ge-Ge-Si üçlü yüklenmiş grafen
  • Ge-Ge-Al üçlü yüklenmiş grafen
  • P-P-Ga üçlü yüklenmiş grafen
  • P-P-Ge üçlü yüklenmiş grafen
  • P-P-Si üçlü yüklenmiş grafen
  • P-P-Al üçlü yüklenmiş grafen
  • Si-Si-Ga üçlü yüklenmiş grafen
  • Si-Ge-Si üçlü yüklenmiş grafen
  • Si-P-Si üçlü yüklenmiş grafen
  • Si-Si-Al üçlü yüklenmiş grafen
  • Al-Al-Ga üçlü yüklenmiş grafen
  • Al-Al-Ge üçlü yüklenmiş grafen
  • Al-Al-P üçlü yüklenmiş grafen
  • Al-Al-Si üçlü yüklenmiş grafen

Üç Tip Atom Yüklü Grafen

  • Ga-P-Ge üçlü yüklenmiş grafen
  • Ga-Ge-Si üçlü yüklenmiş grafen
  • Ge-Ga-Al üçlü yüklenmiş grafen
  • Ga-P-Si üçlü yüklenmiş grafen
  • P-Ga-Al üçlü yüklenmiş grafen
  • Ga-Al-Si üçlü yüklenmiş grafen
  • Ge-P-Si üçlü yüklenmiş grafen
  • Ge-P-Al üçlü yüklenmiş grafen
  • Si-Ge-Al üçlü yüklenmiş grafen
  • Si-P-Al üçlü yüklenmiş grafen

Çift yönlü spinli Ga-Ge-Si yüklü grafenin yapısı, tek yönlü spinli saf grafen yapısıyla karşılaştırıldı. Bu sonucun Ga-Ge-Si yüklü grafen yapısının ESP gösterimindeki kırmızı alanların oluşumuyla uyumlu olduğu görülebilir. Bu sonucun Ge-Ga-Al yüklü grafen yapısının ESP gösterimindeki kırmızı alanların oluşumuyla uyumlu olduğu görülebilir.

Çift yönlü spinli P-Ga-Al yüklü grafen yapısı, tek yönlü spinli saf grafen yapısıyla karşılaştırıldı. Bu sonucun P-Ga-Al yüklü grafen yapısının ESP gösteriminde kırmızı bölgelerin oluşmasıyla uyumlu olduğu görüldü. Bu sonucun Ga-Al-Si yüklü grafen yapısının ESP gösteriminde kırmızı bölgelerin oluşmasıyla uyumlu olduğu görüldü.

Bu sonuç, Ge-P-Si yüklü grafen yapısının ESP gösterimindeki kırmızı alanların oluşumuyla uyumlu olarak görülebilir. Bu sonuç, Ge-P-Al yüklü grafen yapısının ESP gösterimindeki kırmızı alanların oluşumuyla uyumlu olarak görülebilir. Bu sonuç, Si-Ge-Al yüklü grafen yapısının ESP gösterimindeki kırmızı alanların oluşumuyla uyumlu olarak görülebilir.

Bu sonucun Si-P-Al yüklü grafen yapısının ESP gösteriminde kırmızı bölgelerin oluşmasıyla uyumlu olduğu görüldü.

SONUÇ VE ÖNERİLER

Sonuçlar

Elementlerin toplam Mulliken atom yükü pozitif olduğunda yüklü kısmın parlak ve çevresindeki alanın kırmızı olduğunu, elementlerin toplam Mulliken atom yükü negatif olduğunda ise yüklü kısmın kırmızı olduğunu görebiliriz. Geleneksel geçiş durumları teorisine dayanarak, adsorpsiyon enerjisini azaltarak daha kısa bir iyileşme süresi elde edilir. Elde edilen yapıların elektronik cihazlara uygun olabilmesi için listelenen tüm özelliklerin dikkate alınarak HLG değeri 4,644 eV ve Fermi seviyesi -3,69 eV olan saf grafenin yapısıyla karşılaştırılması gerekmektedir.

Çok küçük bir alanda bile küçük cihazlara elektrik iletimi sağlayabilen grafenin HLG değeri arttıkça grafenin elektriksel iletkenliği de artıyor. Yüklü grafen yapılarında sertlikte artış, sistemin daha kararlı bir konfigürasyona doğru hareketinde artış, elektronik yapının daha yüksek kararlılığı, daha yüksek kimyasal reaktivite, daha yüksek kimyasal potansiyel, daha düşük elektronegatiflik değeri ve daha yüksek elektriksel iletkenlik gözlendi. Si-Si-Si, Ga-Ga-Ge, Ga-Ga-Si, Ge-Ge-Si, P-P-Ga, P-P-Ge, P-P-Si, P-P-Al, Si-Ge -Si, Si-P- Si, Si-Si-Al, Al-Al-Ge, Ga-Ge-Si, Ge-Ga-Al, Ga-Al-Si, Ge-P-Si, Si-Ge-Al kombinasyonlarında görüyoruz.

Ancak kimyasal sertlik ve elektronegatiflik değerlerinin düşük olması, elektrotlar hariç transistörler, enerji depolama cihazları, iletkenler ve sensörlerde kullanımını artırmaktadır. Geri kazanım süresi düşük adsorpsiyon enerjisiyle ters orantılıdır. Bu durum oluşum enerjisine sahip olan Ga-Al-Si yüklü grafen yapısında görülmektedir. Düşük bağıl oluşum enerjisi, molekül yapıya adsorbe edildiğinde düşük adsorpsiyon enerjisine katkıda bulunacaktır ve hızlı geri dönüşüm süresi sensör için kullanılabilir.

Ga-P-Ga dolgulu grafen yapısının HLG değeri saf grafen yapısına göre daha yüksek olduğundan cihaz kullanımına uygun görülmemektedir.

Öneriler

In: Proceedings of the Fifth Conference on Carbon (PDF). 2008).Graphene, a newly isolated form of carbon, provides a rich source of new fundamental physics and practical applications, Carbon wonderland, Scientific American. Electronic properties of monolayer and bilayer graphene, Cond-mat.mes-hall, May 22. 2014) Chemical potential and quantum Hall ferromagnetism in bilayer graphene, Science. -Quality graphene thin films from rapid electrochemical exfoliation, ACS nanopowder, single-layer graphene paper and foam, prepared in high yield by electrochemical intercalation-exfoliation of expanded graphite.

-the synthesis yield of few-layer graphene flakes through the electrochemical expansion of graphite in propylene carbonate electrolyte. A review of applications of graphene-based materials in supercapacitors, Small, 8, No. Controlling thickness and grain size uniformity in graphene films for transparent conducting electrodes, Nanotechnology. Preliminary study on the gas sensing properties of group III (B, Al and Ga) doped graphene, Computational Condensed Matter, 9, 40-55.

Structural Stability and Electronic, Magnetic Properties of Ge Adsorption on Defective Graphene: A First-Principles Investigation, Physica E. Theoretical Study of the Catalytic CO Oxidation by Pt Catalyst Supported on Ge-Doped Graphene, Journal of Nanoscience and Nanotechnology. Three-dimensional macroporous graphene-coated zero-valent copper nanoparticles as efficient microelectrolysis-promoted Fenton-like catalysts for metronidazole removal, Science of The Total Environment.

Use, reproduction, and disclosure by the US Government is subject to the restrictions set forth in subparagraphs (a) and (c) of the Commercial Computer Software - Restricted Rights clause in FAR 52.227-19.

Referanslar

Benzer Belgeler

KISALTMALAR AFOSM : Geliştirilmiş birinci-derece ikinci moment AMV : Geliştirilmiş ortalama değer CC : Kaos kontrol CDF : Kümülatif dağılım fonksiyonu CGA : Eşlenik gradyan

Topoloji optimizasyonu, katı ve boşluklu malzemeyi sabit bir tasarım alanı üzerinde en uygun şekilde dağıtan bir malzeme dağılımı problemi olarak formüle edilebilir Bendsoe, 1989...

Gerçekleştirilen tez çalışması ile N-[3-Dimetilaminopropil]metakrilamid monomerinin polimerleştirilerek kuaterner amonyum ve N-halamin bileşiği olarak modifiye edilmesi ve nihai

Hidroliz olmuş nanoliflerin nitril gruplarının kısmi hidrolizi ile elde edilen amid gruplarının klorlama yoluyla bir N-halamin prekürsoru olarak kullanılabileceği gösterilmiştir.. Ham

Bu çalışmada, PLA matrisli, bazalt/odun lifi takviyeli biyokompozitlerin üretilmesi ve performans testlerinin yapılarak analiz edilmesi, bazalt taşından elde edilen bazalt liflerinin

84 EK B Şekil B.1 : Mısır samanının iki basamaklı dönüşümünde kör deneme sonuçlarına ait 5-HMF içeriğini gösteren HPLC kromatogramı.. Şekil B.2 : Mısır samanının S-MWCNT-Fe3O4

Bu tezde mini ve mikro kanallarda kontrollü ve tam Taylor akışı sağlayarak; Taylor akış rejimindeki kabarcıklar arasında kalan sıvı slug içindeki girdap oluşumu sayesinde Fischer

Sitokiometrik 2:1 fenol:aseton molar oranda yürütülen kesikli reaktör deneylerinden elde edilen sonuçların yarı kesikli reaktörde yürütülen deneylere göre daha fazla safsızlık içerdiği