Theses supervised by Doç. Dr. Zarife Göknur Büke
20 theses · TOBB Economics and Technology University
Zirh uygulamalarina yönelik grafen katkili sic seramik kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Basınçsız sinterlenmiş SiC seramiklerin girinti kırılma tokluğunu artırmak için indirgenmiş grafen oksit (iGO) katkı malzemesi olarak kullanılmış; eklenen iGO oranının mekanik özelliklere (sertlik, mukavemet ve girinti kırılma tokluğu) ve mikroyapıya etkileri detaylı taramalı elektron mikroskop (SEM), X-Işını kırınımı (XRD) ve metalografik mikroskopi ile incelenmiştir. Çalışmalar, iGO ağırlıkça %2.5'a kadar arttıkça yoğunluk düşerken, girinti kırılma tokluğunun arttığını göstermiştir. Eğilme ve Brezilyan mukavemeti ise başlangıçta artmış ve ardından iGO içeriği ağırlıkça %1.5'den %2.5'a yükseldikçe azalmıştır. Mikro sertlik ise artan iGO oranıyla azalmıştır. Detaylı mikroyapı incelemeleri ile iGO katkılamanın tokluk arttırıcı mekanizmalara etkileri tartışılmış, grafen katkılı SiC kompozilerde yapı-balistik performans arasındaki ilişki irdelenmiştir.
Elektromanyetik kalkanlama uygulamalarına yönelik epoksi matrisli nanokompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
İkinci Dünya Savaşı süreci ve sonrasında gelişen teknoloji, elektronik cihazların kullanımı, artan radyo dalga yayınları, transistörler, mikroişlemci gibi sistem ve ekipmanlar frekans spektrumunu genişletmiş ve cihazların çalışmalarında beklenmedik problemler ortaya çıkmaya başlamıştır. Bu problemlerin istemli ve istem dışı olarak cihaz ve sistemlerden yayılan elektromanyetik alanların girişiminden kaynaklandığı öngörülmüştür. Bunlar üzerine Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), Elektromanyetik Girişim (EMG) problemi üzerinde çalışması için Uluslararası Radyo Girişimi Özel Komitesini (CISPR) görevlendirmiştir. 1979'da Federal İletişim Kurulu'nun (FCC) kurulmasıyla, Elektromanyetik Girişimin tanımlanması ve konu ile ilgili standartlar, regülasyonlar oluşmaya başlamış, Elektromanyetik Uyumluluk (EMU) ölçütlerinin belirlenmesi hızlanmıştır. Günümüzde ICNIRP, ANSI, IEEE, ASTM ve WHO gibi kuruluşların da üzerinde çalışmakta olduğu EMG Kalkanlama/EMU konusu hem cihaz ve ekipmanların servis süresi boyunca operasyonlarını başarılı bir şekilde yürütmesi açısından hem de insan ve diğer biyolojik türlerin sağlığının korunması açısından önem arz etmektedir. Bu sebeple, uluslararası standardizasyonlar ve yönetmeliklerle kontrol edilmektedir. Ülkemizde konu ile ilgili düzenlemeleri ve sınır değerleri Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu (BTİK) yönetmeliklerle ve Milli Monitör Sistemi (MMS) ile takip etmektedir. BTİK tanımına göre EMG terimi her türlü sistem/cihaz faaliyetini engelleyen, haberleşmede kesinti doğuran veya kalitesini bozan her türlü yayın veya elektromanyetik etkiyi ifade eder. EMU testleri ve testler sonucu cihazın ortamda herhangi bir girişime sebep olmaması konusunun belirlenmesi, CE sertifikasının bulunması gibi hususlar telekomünikasyon ürünleri başta olmak üzere cihaz, ekipmanlar ve sistemler için elzemdir. Havacılık, Uzay ve Savunma Sanayiinde ise Elektromanyetik Girişimi Kalkanlama hususu hayati önemdedir. Elektronik bileşenleri içeren ürünlerin, devrelerin, özellikle hassas güdüm sistemlerinin, algılayıcı ve eyleyicilerini doğal, yapay, dolaylı ya da uluslararası unsurlardan kaynaklanan kasti elektromanyetik etkileşimlere karşı korumak oldukça kritiktir. Bu kapsamda EMG Kalkanlama Etkinliği (EMG KE) yüksek kompozit malzemeler, katkı malzemeleri ve prosesler geliştirmek malzeme teknolojileri alanında temel hedeflerdendir. Bu tez çalışmasında Elektromanyetik Kalkanlama Uygulamalarına Yönelik Epoksi Matrisli Nanokompozitlerin Geliştirilmesi ve Karakterizasyonu üzerinde çalışılmıştır. Materyal ve yönteme gelince, Grafen kapsüllü Nikel (GNi) parçacıklar Plazma Destekli Döner Aksamlı Kimyasal Buhar Çöktürme (PDDAKBÇ) yöntemi ile sentezlenmiştir. Parçacıkların karakterizasyon süreçlerinden sonra, elde edilen GNi yapılar epoksi matrise katkılanmıştır. Nanokompozit yapı elde edilmiş ve test kuponları imal edilmiştir. Farklı katkılama yüzdelerinde hazırlanan test kuponlarının Kalkanlama Etkinlikleri (KE) ölçülmüştür. Grafen kapsülasyonu sayesinde nikel tozların kalkanlama etkinliği aynı katkılama yüzdelerinde iyileşmiştir. KE ölçümleri 1,5 Ghz-10 GHz frekans aralığı için ASTM D4935 Düzlemsel Malzemelerin Elektromanyetik Ekranlama Etkinliği test yöntemi ile yapılmıştır. GNi tozların Savunma Sanayi uygulamaları için epoksi matrisli nanokompozit malzemelerde EMG Kalkanlama uygulamalarında kullanım potansiyeline sahip olduğu gösterilmiştir. Bu tez çalışması TÜBİTAK 1003 programı kapsamında 118F491 kodlu proje ve 118F492 kodlu alt proje ile desteklenmiştir.
Plazma destekli kimyasal buhardan çöktürme metodu ile grafen kapsüle edilmiş metalik tozların sentezi ve karakterizasyonu
Grafen-Cu kompozitler, bakıra göre geliştirilmiş özelliklere sahip olmaları nedeniyle çeşitli endüstrilerde potansiyel uygulamalara sahiptir. Grafen-Cu kompozitlerin sentezlenmesi için yaygın olarak kullanılan yöntemler, Hummer metodu ve türevleriyle grafen yaprakçıklarının Cu tozlarıyla karıştırılması, presleme ve sinterleme işlemleridir. Ancak, bu yöntemlerde grafen yaprakçıklarının morfolojisinin kontrolü ve homojen dağılımın sağlanması zorluklar oluşturabilmektedir. Son zamanlarda, bakır tozlarının çeşitli yöntemlerle grafen ile kaplanması üzerine çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalar arasında, endüstriyel uygulamalara uygun bir yöntem olarak Kimyasal Buhar Biriktirme (KBÇ) yöntemi öne çıkmaktadır. Ancak, KBÇ yöntemiyle Cu tozlarının grafen ile kaplanması, yüksek sıcaklık gerektiren hidrokarbon parçalanması nedeniyle zorluklar içermektedir. Bu tez çalışması, düşük sıcaklıkta plazma destekli KBÇ (PDKBÇ) yöntemi kullanılarak grafen ile kaplanmış bakır (Grafen-Cu) tozlarının geliştirilmesi üzerine odaklanmaktadır. Bu kaplanmış tozlar kullanılarak Grafen-Cu kompozitlerin üretimi gerçekleştirilmiş ve bu kompozitlerin mekanik ve termal özellikleri araştırılmıştır. Oluşturulan Grafen-Cu kompozitlerin yapısal, mekanik ve termal özellikleri karakterizasyon yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Bu yöntemler, kompozitlerin mikroyapısını ve grafen dağılımını değerlendirmek amacıyla kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, düşük sıcaklıkta PDKBÇ yönteminin başarılı bir şekilde kullanılarak homojen Grafen-Cu kompozitlerinin üretilebildiğini göstermektedir. Grafen varlığının oluşan kompozit mikroyapısı üzerinde etkisi araştırılmış ve grafen varlığında elde edilen yapılarında daha küçük tane boyutları ve azalmış gözenek miktarı gözlemlenmiştir. Mekanik testler, grafen varlığının kompozitin akma dayanımını ve elastik özelliklerini artırdığını göstermiştir. Termal testlerde ise grafen kaplamasının kompozitin termal difüzivite değerlerini artırdığı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kompozitlerin mikroyapısıyla ilişkilendirilerek iyileşme mekanizmaları incelenmiştir. Bu çalışma, grafen takviyeli bakır kompozitlerin üretim yöntemlerinin geliştirilmesine ve bu kompozitlerin potansiyel uygulamalarda kullanılabilmesine katkı sağlamaktadır.
Plazma destekli kimyasal buhardan çöktürme metodu ile grafen kapsüle edilmiş metalik tozların sentezi ve karakterizasyonu
Grafen-Cu kompozitler, bakıra göre geliştirilmiş özelliklere sahip olmaları nedeniyle çeşitli endüstrilerde potansiyel uygulamalara sahiptir. Grafen-Cu kompozitlerin sentezlenmesi için yaygın olarak kullanılan yöntemler, Hummer metodu ve türevleriyle grafen yaprakçıklarının Cu tozlarıyla karıştırılması, presleme ve sinterleme işlemleridir. Ancak, bu yöntemlerde grafen yaprakçıklarının morfolojisinin kontrolü ve homojen dağılımın sağlanması zorluklar oluşturabilmektedir. Son zamanlarda, bakır tozlarının çeşitli yöntemlerle grafen ile kaplanması üzerine çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalar arasında, endüstriyel uygulamalara uygun bir yöntem olarak Kimyasal Buhar Biriktirme (KBÇ) yöntemi öne çıkmaktadır. Ancak, KBÇ yöntemiyle Cu tozlarının grafen ile kaplanması, yüksek sıcaklık gerektiren hidrokarbon parçalanması nedeniyle zorluklar içermektedir. Bu tez çalışması, düşük sıcaklıkta plazma destekli KBÇ (PDKBÇ) yöntemi kullanılarak grafen ile kaplanmış bakır (Grafen-Cu) tozlarının geliştirilmesi üzerine odaklanmaktadır. Bu kaplanmış tozlar kullanılarak Grafen-Cu kompozitlerin üretimi gerçekleştirilmiş ve bu kompozitlerin mekanik ve termal özellikleri araştırılmıştır. Oluşturulan Grafen-Cu kompozitlerin yapısal, mekanik ve termal özellikleri karakterizasyon yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Bu yöntemler, kompozitlerin mikroyapısını ve grafen dağılımını değerlendirmek amacıyla kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, düşük sıcaklıkta PDKBÇ yönteminin başarılı bir şekilde kullanılarak homojen Grafen-Cu kompozitlerinin üretilebildiğini göstermektedir. Grafen varlığının oluşan kompozit mikroyapısı üzerinde etkisi araştırılmış ve grafen varlığında elde edilen yapılarında daha küçük tane boyutları ve azalmış gözenek miktarı gözlemlenmiştir. Mekanik testler, grafen varlığının kompozitin akma dayanımını ve elastik özelliklerini artırdığını göstermiştir. Termal testlerde ise grafen kaplamasının kompozitin termal difüzivite değerlerini artırdığı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kompozitlerin mikroyapısıyla ilişkilendirilerek iyileşme mekanizmaları incelenmiştir. Bu çalışma, grafen takviyeli bakır kompozitlerin üretim yöntemlerinin geliştirilmesine ve bu kompozitlerin potansiyel uygulamalarda kullanılabilmesine katkı sağlamaktadır.
Elektromanyetik kalkanlama uygulamalarına yönelik epoksi matrisli nanokompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
İkinci Dünya Savaşı süreci ve sonrasında gelişen teknoloji, elektronik cihazların kullanımı, artan radyo dalga yayınları, transistörler, mikroişlemci gibi sistem ve ekipmanlar frekans spektrumunu genişletmiş ve cihazların çalışmalarında beklenmedik problemler ortaya çıkmaya başlamıştır. Bu problemlerin istemli ve istem dışı olarak cihaz ve sistemlerden yayılan elektromanyetik alanların girişiminden kaynaklandığı öngörülmüştür. Bunlar üzerine Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), Elektromanyetik Girişim (EMG) problemi üzerinde çalışması için Uluslararası Radyo Girişimi Özel Komitesini (CISPR) görevlendirmiştir. 1979'da Federal İletişim Kurulu'nun (FCC) kurulmasıyla, Elektromanyetik Girişimin tanımlanması ve konu ile ilgili standartlar, regülasyonlar oluşmaya başlamış, Elektromanyetik Uyumluluk (EMU) ölçütlerinin belirlenmesi hızlanmıştır. Günümüzde ICNIRP, ANSI, IEEE, ASTM ve WHO gibi kuruluşların da üzerinde çalışmakta olduğu EMG Kalkanlama/EMU konusu hem cihaz ve ekipmanların servis süresi boyunca operasyonlarını başarılı bir şekilde yürütmesi açısından hem de insan ve diğer biyolojik türlerin sağlığının korunması açısından önem arz etmektedir. Bu sebeple, uluslararası standardizasyonlar ve yönetmeliklerle kontrol edilmektedir. Ülkemizde konu ile ilgili düzenlemeleri ve sınır değerleri Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu (BTİK) yönetmeliklerle ve Milli Monitör Sistemi (MMS) ile takip etmektedir. BTİK tanımına göre EMG terimi her türlü sistem/cihaz faaliyetini engelleyen, haberleşmede kesinti doğuran veya kalitesini bozan her türlü yayın veya elektromanyetik etkiyi ifade eder. EMU testleri ve testler sonucu cihazın ortamda herhangi bir girişime sebep olmaması konusunun belirlenmesi, CE sertifikasının bulunması gibi hususlar telekomünikasyon ürünleri başta olmak üzere cihaz, ekipmanlar ve sistemler için elzemdir. Havacılık, Uzay ve Savunma Sanayiinde ise Elektromanyetik Girişimi Kalkanlama hususu hayati önemdedir. Elektronik bileşenleri içeren ürünlerin, devrelerin, özellikle hassas güdüm sistemlerinin, algılayıcı ve eyleyicilerini doğal, yapay, dolaylı ya da uluslararası unsurlardan kaynaklanan kasti elektromanyetik etkileşimlere karşı korumak oldukça kritiktir. Bu kapsamda EMG Kalkanlama Etkinliği (EMG KE) yüksek kompozit malzemeler, katkı malzemeleri ve prosesler geliştirmek malzeme teknolojileri alanında temel hedeflerdendir. Bu tez çalışmasında Elektromanyetik Kalkanlama Uygulamalarına Yönelik Epoksi Matrisli Nanokompozitlerin Geliştirilmesi ve Karakterizasyonu üzerinde çalışılmıştır. Materyal ve yönteme gelince, Grafen kapsüllü Nikel (GNi) parçacıklar Plazma Destekli Döner Aksamlı Kimyasal Buhar Çöktürme (PDDAKBÇ) yöntemi ile sentezlenmiştir. Parçacıkların karakterizasyon süreçlerinden sonra, elde edilen GNi yapılar epoksi matrise katkılanmıştır. Nanokompozit yapı elde edilmiş ve test kuponları imal edilmiştir. Farklı katkılama yüzdelerinde hazırlanan test kuponlarının Kalkanlama Etkinlikleri (KE) ölçülmüştür. Grafen kapsülasyonu sayesinde nikel tozların kalkanlama etkinliği aynı katkılama yüzdelerinde iyileşmiştir. KE ölçümleri 1,5 Ghz-10 GHz frekans aralığı için ASTM D4935 Düzlemsel Malzemelerin Elektromanyetik Ekranlama Etkinliği test yöntemi ile yapılmıştır. GNi tozların Savunma Sanayi uygulamaları için epoksi matrisli nanokompozit malzemelerde EMG Kalkanlama uygulamalarında kullanım potansiyeline sahip olduğu gösterilmiştir. Bu tez çalışması TÜBİTAK 1003 programı kapsamında 118F491 kodlu proje ve 118F492 kodlu alt proje ile desteklenmiştir.
İki boyutlu metal karbürlerin kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile farklı alttaşlar üzerinde sentezi ve karakterizasyonu
İki boyutlu (2B) Geçiş Metali Karbürler (GMK), sahip oldukları fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı ileri elektronikler başta olmak üzere birçok uygulamada dikkat çekmektedirler. Bu malzemelerin pratikte, uygulamalarda kullanılabilmesi için kontrollü ve tekrarlanabilir bir şekilde üretilebilir olmaları gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, 2B GMK'lerin, kontrollü, geniş yanal büyüklüğe sahip, yüksek kalitede üretilmesine yönelik, uygun maliyetli, ölçeklendirilebilir ve tekrarlanabilir kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) temelli süreç geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda reaksiyon sıcaklığı ve süresi; katalizör varlığı, tipi ve miktarı gibi KBÇ süreç parametrelerinin oluşan yapıya etkileri 2B Mo2C üzerine yoğunlaşarak, ayrıntılı karakterizasyon çalışmaları (Taramalı Elektron Mikroskop (SEM), Geçirimli Elektron Mikroskop (TEM), Raman spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Optik Mikroskop (OM), X-Işını spektroskopisi (XPS), X-Işınımı Kırınımı (XRD), Enerji Dağılımı Spektrometresi (EDS)) ile sistematik bir şekilde incelenmiştir. Böylece tamamlanan çalışmalar ile, proses parametrelerinin oluşan yapıya etkisi incelenmiş ve proses-yapı arasındaki ilişkinin kurulmasına yönelik çalışmaların yanı sıra; kontrollü senteze yönelik, kinetik ve aktivasyon enerji hesapları yapılmış; matematiksel modeller oluşturulmuş ve 2B Mo2C kristallerinin KBÇ yöntemi ile büyüme mekanizması tartışılmıştır. Bu kapsamda tamamlanan çalışmanın 2B GMK'lerin KBÇ yöntemi ile büyütülmesinin anlaşılmasında ve genel olarak 2B malzeme alanına önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
İki boyutlu metal karbürlerin kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile farklı alttaşlar üzerinde sentezi ve karakterizasyonu
İki boyutlu (2B) Geçiş Metali Karbürler (GMK), sahip oldukları fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı ileri elektronikler başta olmak üzere birçok uygulamada dikkat çekmektedirler. Bu malzemelerin pratikte, uygulamalarda kullanılabilmesi için kontrollü ve tekrarlanabilir bir şekilde üretilebilir olmaları gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, 2B GMK'lerin, kontrollü, geniş yanal büyüklüğe sahip, yüksek kalitede üretilmesine yönelik, uygun maliyetli, ölçeklendirilebilir ve tekrarlanabilir kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) temelli süreç geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda reaksiyon sıcaklığı ve süresi; katalizör varlığı, tipi ve miktarı gibi KBÇ süreç parametrelerinin oluşan yapıya etkileri 2B Mo2C üzerine yoğunlaşarak, ayrıntılı karakterizasyon çalışmaları (Taramalı Elektron Mikroskop (SEM), Geçirimli Elektron Mikroskop (TEM), Raman spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Optik Mikroskop (OM), X-Işını spektroskopisi (XPS), X-Işınımı Kırınımı (XRD), Enerji Dağılımı Spektrometresi (EDS)) ile sistematik bir şekilde incelenmiştir. Böylece tamamlanan çalışmalar ile, proses parametrelerinin oluşan yapıya etkisi incelenmiş ve proses-yapı arasındaki ilişkinin kurulmasına yönelik çalışmaların yanı sıra; kontrollü senteze yönelik, kinetik ve aktivasyon enerji hesapları yapılmış; matematiksel modeller oluşturulmuş ve 2B Mo2C kristallerinin KBÇ yöntemi ile büyüme mekanizması tartışılmıştır. Bu kapsamda tamamlanan çalışmanın 2B GMK'lerin KBÇ yöntemi ile büyütülmesinin anlaşılmasında ve genel olarak 2B malzeme alanına önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
İki boyutlu metal karbürlerin kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile farklı alttaşlar üzerinde sentezi ve karakterizasyonu
İki boyutlu (2B) Geçiş Metali Karbürler (GMK), sahip oldukları fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı ileri elektronikler başta olmak üzere birçok uygulamada dikkat çekmektedirler. Bu malzemelerin pratikte, uygulamalarda kullanılabilmesi için kontrollü ve tekrarlanabilir bir şekilde üretilebilir olmaları gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, 2B GMK'lerin, kontrollü, geniş yanal büyüklüğe sahip, yüksek kalitede üretilmesine yönelik, uygun maliyetli, ölçeklendirilebilir ve tekrarlanabilir kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) temelli süreç geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda reaksiyon sıcaklığı ve süresi; katalizör varlığı, tipi ve miktarı gibi KBÇ süreç parametrelerinin oluşan yapıya etkileri 2B Mo2C üzerine yoğunlaşarak, ayrıntılı karakterizasyon çalışmaları (Taramalı Elektron Mikroskop (SEM), Geçirimli Elektron Mikroskop (TEM), Raman spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Optik Mikroskop (OM), X-Işını spektroskopisi (XPS), X-Işınımı Kırınımı (XRD), Enerji Dağılımı Spektrometresi (EDS)) ile sistematik bir şekilde incelenmiştir. Böylece tamamlanan çalışmalar ile, proses parametrelerinin oluşan yapıya etkisi incelenmiş ve proses-yapı arasındaki ilişkinin kurulmasına yönelik çalışmaların yanı sıra; kontrollü senteze yönelik, kinetik ve aktivasyon enerji hesapları yapılmış; matematiksel modeller oluşturulmuş ve 2B Mo2C kristallerinin KBÇ yöntemi ile büyüme mekanizması tartışılmıştır. Bu kapsamda tamamlanan çalışmanın 2B GMK'lerin KBÇ yöntemi ile büyütülmesinin anlaşılmasında ve genel olarak 2B malzeme alanına önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
Bakır yüzeyinde kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile grafen büyütmede süreç parametrelerinin etkilerinin araştırılması
Tek karbon atomu kalınlığında iki boyutlu bir malzeme olan grafen, üstün özelliklerinden dolayı, dokunmatik ekranlar, fotodetektörler, esnek elektronikler, güneş pilleri, süperkapasitörler, yüksek frekanslı transistörler gibi birçok teknolojik uygulamada dikkat çekmektedir. Ancak grafen ile bu teknolojilerde gelişme sağlanması, grafenin kontrollü üretilebilmesini gerektirmektedir. Bu bağlamda, grafen üretim yöntemleri arasında, kontrollü grafen sentezi için, bakır folyo alttaş üzerinde kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) yöntemi en çok umut vaat eden ve ekonomik olarak ölçeklendirilebilecek bir üretim yöntemi olarak öne çıkmaktadır. Bu yöntemin potansiyeli yüksek olmakla birlikte halen bu yöntem ile üretilen grafenin kalitesinin ve sürecin tekrarlanabilirliğinin arttırılmasına yönelik çalışmalar gerekmektedir. Bakır alttaş üzerinde KBÇ yönteminde, yüksek sıcaklık (~1000-1100°C) ve vakum altında (~10 - 10-3 Torr) sistemden geçirilen hidrokarbon gazı bakırın yüzeyinde karbon ve hidrojene parçalanır ve karbon atomları alttaş yüzeyinde grafen çekirdeklenmelerini başlatır. Çekirdeklerin iki boyutlu yanal büyümeleri ile grafen taneleri ve taneler arası sınırlar oluşur. Bu tane sınırları, üç boyutlu malzemelerdeki tanecik sınırları gibi, oluşan yapının özelliklerini (termal, elektriksel ve mekanik gibi) belirlemede önemli rol oynar. Dolayısıyla, KBÇ yöntemi ile üretilen grafenin kalitesini iyileştirmek için alttaş yüzeyine ve üretim sürecine bağlı parametreleri optimize ederek grafen oluşumunu kontrol etmek gerekmektedir. Üretim sürecinde öne çıkan parametreler: sıcaklık, tavlama, gaz kompozisyonu, ve alttaş özellikleridir (safsızlık, kristallografik oryantasyon, kalınlık vb.). Literatürde bu parametreler ve etkileri ile ilgili birçok çelişkili bilgi bulunmaktadır. Bunun sebebi KBÇ yönteminin kullanılan fırın ve reaktöre bağlı olarak oldukça farklı sonuçlar göstermesidir. Dolayısıyla tüm bu parametrelerin gerçek etkilerinin anlaşılabilmesi için tek bir sistem kullanılarak çalışılması önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, KBÇ yöntemiyle bakır alttaş üzerinde grafen büyütülmesinde alttaş kalınlığı, alttaş yerleşimi, asit ile ön temizlik işlemi, sıcaklık, süre, gaz kompozisyonu, ve yüzey stresleri gibi parametrelerin oluşan grafen üzerindeki etkileri sistematik bir şekilde incelenmiştir. Bu tez kapsamında, özellikle literatürde eksik olduğu görülen yüzey empüriteleri ve alttaşın üzerindeki mekanik streslerin araştırılmasına odaklanılmıştır . Grafen büyüme mekanizmasının ve süreç parametrelerinin oluşan grafene etkilerinin anlaşılması için, bakır yüzeyinde gerçekleşen değişimler ve oluşan grafenin morfolojisi, Taramalı Elektron Mikroskop (SEM – EDX/EBSD), Raman Spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Elektron Geri Saçılım Kırınımı (EBSD), X-ışınları Kırınımı (XRD) ve Optik Mikroskop (OM) kullanılarak karakterize edilmiş ve sonuçlar karşılaştırılarak tartışılmıştır.
Bakır yüzeyinde kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile grafen büyütmede süreç parametrelerinin etkilerinin araştırılması
Tek karbon atomu kalınlığında iki boyutlu bir malzeme olan grafen, üstün özelliklerinden dolayı, dokunmatik ekranlar, fotodetektörler, esnek elektronikler, güneş pilleri, süperkapasitörler, yüksek frekanslı transistörler gibi birçok teknolojik uygulamada dikkat çekmektedir. Ancak grafen ile bu teknolojilerde gelişme sağlanması, grafenin kontrollü üretilebilmesini gerektirmektedir. Bu bağlamda, grafen üretim yöntemleri arasında, kontrollü grafen sentezi için, bakır folyo alttaş üzerinde kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) yöntemi en çok umut vaat eden ve ekonomik olarak ölçeklendirilebilecek bir üretim yöntemi olarak öne çıkmaktadır. Bu yöntemin potansiyeli yüksek olmakla birlikte halen bu yöntem ile üretilen grafenin kalitesinin ve sürecin tekrarlanabilirliğinin arttırılmasına yönelik çalışmalar gerekmektedir. Bakır alttaş üzerinde KBÇ yönteminde, yüksek sıcaklık (~1000-1100°C) ve vakum altında (~10 - 10-3 Torr) sistemden geçirilen hidrokarbon gazı bakırın yüzeyinde karbon ve hidrojene parçalanır ve karbon atomları alttaş yüzeyinde grafen çekirdeklenmelerini başlatır. Çekirdeklerin iki boyutlu yanal büyümeleri ile grafen taneleri ve taneler arası sınırlar oluşur. Bu tane sınırları, üç boyutlu malzemelerdeki tanecik sınırları gibi, oluşan yapının özelliklerini (termal, elektriksel ve mekanik gibi) belirlemede önemli rol oynar. Dolayısıyla, KBÇ yöntemi ile üretilen grafenin kalitesini iyileştirmek için alttaş yüzeyine ve üretim sürecine bağlı parametreleri optimize ederek grafen oluşumunu kontrol etmek gerekmektedir. Üretim sürecinde öne çıkan parametreler: sıcaklık, tavlama, gaz kompozisyonu, ve alttaş özellikleridir (safsızlık, kristallografik oryantasyon, kalınlık vb.). Literatürde bu parametreler ve etkileri ile ilgili birçok çelişkili bilgi bulunmaktadır. Bunun sebebi KBÇ yönteminin kullanılan fırın ve reaktöre bağlı olarak oldukça farklı sonuçlar göstermesidir. Dolayısıyla tüm bu parametrelerin gerçek etkilerinin anlaşılabilmesi için tek bir sistem kullanılarak çalışılması önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, KBÇ yöntemiyle bakır alttaş üzerinde grafen büyütülmesinde alttaş kalınlığı, alttaş yerleşimi, asit ile ön temizlik işlemi, sıcaklık, süre, gaz kompozisyonu, ve yüzey stresleri gibi parametrelerin oluşan grafen üzerindeki etkileri sistematik bir şekilde incelenmiştir. Bu tez kapsamında, özellikle literatürde eksik olduğu görülen yüzey empüriteleri ve alttaşın üzerindeki mekanik streslerin araştırılmasına odaklanılmıştır . Grafen büyüme mekanizmasının ve süreç parametrelerinin oluşan grafene etkilerinin anlaşılması için, bakır yüzeyinde gerçekleşen değişimler ve oluşan grafenin morfolojisi, Taramalı Elektron Mikroskop (SEM – EDX/EBSD), Raman Spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Elektron Geri Saçılım Kırınımı (EBSD), X-ışınları Kırınımı (XRD) ve Optik Mikroskop (OM) kullanılarak karakterize edilmiş ve sonuçlar karşılaştırılarak tartışılmıştır.
Bakır yüzeyinde kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile grafen büyütmede süreç parametrelerinin etkilerinin araştırılması
Tek karbon atomu kalınlığında iki boyutlu bir malzeme olan grafen, üstün özelliklerinden dolayı, dokunmatik ekranlar, fotodetektörler, esnek elektronikler, güneş pilleri, süperkapasitörler, yüksek frekanslı transistörler gibi birçok teknolojik uygulamada dikkat çekmektedir. Ancak grafen ile bu teknolojilerde gelişme sağlanması, grafenin kontrollü üretilebilmesini gerektirmektedir. Bu bağlamda, grafen üretim yöntemleri arasında, kontrollü grafen sentezi için, bakır folyo alttaş üzerinde kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) yöntemi en çok umut vaat eden ve ekonomik olarak ölçeklendirilebilecek bir üretim yöntemi olarak öne çıkmaktadır. Bu yöntemin potansiyeli yüksek olmakla birlikte halen bu yöntem ile üretilen grafenin kalitesinin ve sürecin tekrarlanabilirliğinin arttırılmasına yönelik çalışmalar gerekmektedir. Bakır alttaş üzerinde KBÇ yönteminde, yüksek sıcaklık (~1000-1100°C) ve vakum altında (~10 - 10-3 Torr) sistemden geçirilen hidrokarbon gazı bakırın yüzeyinde karbon ve hidrojene parçalanır ve karbon atomları alttaş yüzeyinde grafen çekirdeklenmelerini başlatır. Çekirdeklerin iki boyutlu yanal büyümeleri ile grafen taneleri ve taneler arası sınırlar oluşur. Bu tane sınırları, üç boyutlu malzemelerdeki tanecik sınırları gibi, oluşan yapının özelliklerini (termal, elektriksel ve mekanik gibi) belirlemede önemli rol oynar. Dolayısıyla, KBÇ yöntemi ile üretilen grafenin kalitesini iyileştirmek için alttaş yüzeyine ve üretim sürecine bağlı parametreleri optimize ederek grafen oluşumunu kontrol etmek gerekmektedir. Üretim sürecinde öne çıkan parametreler: sıcaklık, tavlama, gaz kompozisyonu, ve alttaş özellikleridir (safsızlık, kristallografik oryantasyon, kalınlık vb.). Literatürde bu parametreler ve etkileri ile ilgili birçok çelişkili bilgi bulunmaktadır. Bunun sebebi KBÇ yönteminin kullanılan fırın ve reaktöre bağlı olarak oldukça farklı sonuçlar göstermesidir. Dolayısıyla tüm bu parametrelerin gerçek etkilerinin anlaşılabilmesi için tek bir sistem kullanılarak çalışılması önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, KBÇ yöntemiyle bakır alttaş üzerinde grafen büyütülmesinde alttaş kalınlığı, alttaş yerleşimi, asit ile ön temizlik işlemi, sıcaklık, süre, gaz kompozisyonu, ve yüzey stresleri gibi parametrelerin oluşan grafen üzerindeki etkileri sistematik bir şekilde incelenmiştir. Bu tez kapsamında, özellikle literatürde eksik olduğu görülen yüzey empüriteleri ve alttaşın üzerindeki mekanik streslerin araştırılmasına odaklanılmıştır . Grafen büyüme mekanizmasının ve süreç parametrelerinin oluşan grafene etkilerinin anlaşılması için, bakır yüzeyinde gerçekleşen değişimler ve oluşan grafenin morfolojisi, Taramalı Elektron Mikroskop (SEM – EDX/EBSD), Raman Spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Elektron Geri Saçılım Kırınımı (EBSD), X-ışınları Kırınımı (XRD) ve Optik Mikroskop (OM) kullanılarak karakterize edilmiş ve sonuçlar karşılaştırılarak tartışılmıştır.
Grafen-bakır heteroyapıların üretimi, karakterizasyonu ve ısı dağıtım performanslarının incelenmesi
Günümüz mikroişlemci teknolojilerinde, işlemci bölgesinde oluşan ısıyı, bu alandan uzaklaştırmak için bakır gibi yüksek termal iletkenliğe sahip ısı dağıtıcı plakalar kullanılmaktadır; ancak bakırın, artan akım kaynaklı ısı yükleri karşısında giderek yetersiz kalması, bu kullanım alanında alternatif malzeme arayışını zorunlu kılmıştır. Bu yüksek lisans çalışması kapsamında, ısı dağıtmada tüm alanının efektif bir şekilde kullanımını sağlayacak, yenilikçi bir malzeme geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, grafen-bakır heteroyapı tasarımları önerilmiştir. Bunun için öncelikle bakır yüzeyinde grafen oluşumu üzerine çalışılmış, sentez ve karakterizasyon çalışmaları ile grafen büyümesinde baskın deneysel parametrelerin etkileri sistematik bir şekilde incelenmiş ve kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) yöntemi ile bakır folyo yüzeyinde olabildiğince sürekli ve kaliteli grafen sentezi için parametreler başarıyla optimize edilmiştir. Sonrasında farklı sayıda grafen-bakır folyo ve sadece bakır folyo katmanlarından oluşan lamine yapılar hazırlanmış ve bunların termal özellikleri hem deneysel hem de hesaplamalı yöntemler ile incelenmiştir. Bu çalışmalar sonucunda yapıdaki grafenin termal iletimde beklenen artışı sağlayamadığı görülmüş, bu durum grafen-bakır lamine yapısında grafenin sistemde bakır katmana göre çok ince kalması ile açıklanmıştır. Böylece çalışmalardan edinilen bilgilerin ışığında grafen-bakır gözenekli yapı tasarımı önerilmiş, grafen-bakır gözenekli yapı sentezi, karakterizasyonu ayrıntılı şekilde çalışılarak, termal ölçümleri gerçekleştirilmiş ve bu yapıda grafenin termal yayınım performansını arttırdığı gösterilmiştir. Grafenin termal özelliklere bu pozitif etkisi, grafenin yüksek termal yayınımının yanı sıra, bakırı oksitlenmeden koruması ile de açıklanmıştır. Üçüncü yapı olarak, bakır tozlarının sinterlenmesini kısıtlayarak grafen oluşum yüzey alanını arttırma amaçlı, Tour metodu ile sentezlenmiş grafen oksit (GO) katkılı grafen-bakır gözenekli yapılar da çalışılmış, ancak katkılama miktarları fazla olduğundan, yapıda bulunan bakırlar arasındaki mesafe açılmış ve termal difüziviteye katkıda bulunan grafen miktarı, bu mesafelerden kaynaklanan ısı iletimindeki kayıpları dengeleyememiş ve termal difüzivite düşmüştür.
Grafen-bakır heteroyapıların üretimi, karakterizasyonu ve ısı dağıtım performanslarının incelenmesi
Günümüz mikroişlemci teknolojilerinde, işlemci bölgesinde oluşan ısıyı, bu alandan uzaklaştırmak için bakır gibi yüksek termal iletkenliğe sahip ısı dağıtıcı plakalar kullanılmaktadır; ancak bakırın, artan akım kaynaklı ısı yükleri karşısında giderek yetersiz kalması, bu kullanım alanında alternatif malzeme arayışını zorunlu kılmıştır. Bu yüksek lisans çalışması kapsamında, ısı dağıtmada tüm alanının efektif bir şekilde kullanımını sağlayacak, yenilikçi bir malzeme geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, grafen-bakır heteroyapı tasarımları önerilmiştir. Bunun için öncelikle bakır yüzeyinde grafen oluşumu üzerine çalışılmış, sentez ve karakterizasyon çalışmaları ile grafen büyümesinde baskın deneysel parametrelerin etkileri sistematik bir şekilde incelenmiş ve kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) yöntemi ile bakır folyo yüzeyinde olabildiğince sürekli ve kaliteli grafen sentezi için parametreler başarıyla optimize edilmiştir. Sonrasında farklı sayıda grafen-bakır folyo ve sadece bakır folyo katmanlarından oluşan lamine yapılar hazırlanmış ve bunların termal özellikleri hem deneysel hem de hesaplamalı yöntemler ile incelenmiştir. Bu çalışmalar sonucunda yapıdaki grafenin termal iletimde beklenen artışı sağlayamadığı görülmüş, bu durum grafen-bakır lamine yapısında grafenin sistemde bakır katmana göre çok ince kalması ile açıklanmıştır. Böylece çalışmalardan edinilen bilgilerin ışığında grafen-bakır gözenekli yapı tasarımı önerilmiş, grafen-bakır gözenekli yapı sentezi, karakterizasyonu ayrıntılı şekilde çalışılarak, termal ölçümleri gerçekleştirilmiş ve bu yapıda grafenin termal yayınım performansını arttırdığı gösterilmiştir. Grafenin termal özelliklere bu pozitif etkisi, grafenin yüksek termal yayınımının yanı sıra, bakırı oksitlenmeden koruması ile de açıklanmıştır. Üçüncü yapı olarak, bakır tozlarının sinterlenmesini kısıtlayarak grafen oluşum yüzey alanını arttırma amaçlı, Tour metodu ile sentezlenmiş grafen oksit (GO) katkılı grafen-bakır gözenekli yapılar da çalışılmış, ancak katkılama miktarları fazla olduğundan, yapıda bulunan bakırlar arasındaki mesafe açılmış ve termal difüziviteye katkıda bulunan grafen miktarı, bu mesafelerden kaynaklanan ısı iletimindeki kayıpları dengeleyememiş ve termal difüzivite düşmüştür.
Grafen-bakır heteroyapıların üretimi, karakterizasyonu ve ısı dağıtım performanslarının incelenmesi
Günümüz mikroişlemci teknolojilerinde, işlemci bölgesinde oluşan ısıyı, bu alandan uzaklaştırmak için bakır gibi yüksek termal iletkenliğe sahip ısı dağıtıcı plakalar kullanılmaktadır; ancak bakırın, artan akım kaynaklı ısı yükleri karşısında giderek yetersiz kalması, bu kullanım alanında alternatif malzeme arayışını zorunlu kılmıştır. Bu yüksek lisans çalışması kapsamında, ısı dağıtmada tüm alanının efektif bir şekilde kullanımını sağlayacak, yenilikçi bir malzeme geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, grafen-bakır heteroyapı tasarımları önerilmiştir. Bunun için öncelikle bakır yüzeyinde grafen oluşumu üzerine çalışılmış, sentez ve karakterizasyon çalışmaları ile grafen büyümesinde baskın deneysel parametrelerin etkileri sistematik bir şekilde incelenmiş ve kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) yöntemi ile bakır folyo yüzeyinde olabildiğince sürekli ve kaliteli grafen sentezi için parametreler başarıyla optimize edilmiştir. Sonrasında farklı sayıda grafen-bakır folyo ve sadece bakır folyo katmanlarından oluşan lamine yapılar hazırlanmış ve bunların termal özellikleri hem deneysel hem de hesaplamalı yöntemler ile incelenmiştir. Bu çalışmalar sonucunda yapıdaki grafenin termal iletimde beklenen artışı sağlayamadığı görülmüş, bu durum grafen-bakır lamine yapısında grafenin sistemde bakır katmana göre çok ince kalması ile açıklanmıştır. Böylece çalışmalardan edinilen bilgilerin ışığında grafen-bakır gözenekli yapı tasarımı önerilmiş, grafen-bakır gözenekli yapı sentezi, karakterizasyonu ayrıntılı şekilde çalışılarak, termal ölçümleri gerçekleştirilmiş ve bu yapıda grafenin termal yayınım performansını arttırdığı gösterilmiştir. Grafenin termal özelliklere bu pozitif etkisi, grafenin yüksek termal yayınımının yanı sıra, bakırı oksitlenmeden koruması ile de açıklanmıştır. Üçüncü yapı olarak, bakır tozlarının sinterlenmesini kısıtlayarak grafen oluşum yüzey alanını arttırma amaçlı, Tour metodu ile sentezlenmiş grafen oksit (GO) katkılı grafen-bakır gözenekli yapılar da çalışılmış, ancak katkılama miktarları fazla olduğundan, yapıda bulunan bakırlar arasındaki mesafe açılmış ve termal difüziviteye katkıda bulunan grafen miktarı, bu mesafelerden kaynaklanan ısı iletimindeki kayıpları dengeleyememiş ve termal difüzivite düşmüştür.
Silisyum karbür tek kristalli alttaşın termal dekompozisyon ile yüzey grafitizasyonunda demirin etkisinin araştırılması
Bu çalışmada, tek kristalli silisyum karbür (SiC) alttaşın düşük sıcaklıklarda (1100oC) yüzey grafitizasyonu için bir metot sunulmuştur. SiC'in dekompozisyon sıcaklığını düşürmek için farklı kalınlıklarda Fe ince film elektron demeti yöntemiyle, farklı molaritelerdeki Fe solüsyonları solüsyon tekniğiyle SiC alttaş üzerine uygulanmıştır. Daha sonra numuneler önce hidrojen ortamında, sonrasında vakumda tavlamaya tabi tutulmuştur. Numunelerin, işlem öncesi ve sonrası, yüzey karakterizasyonu, SEM, EDX, XRD, XPS, Raman spektroskopisi gibi çeşitli görüntüleme ve spektroskopi teknikleri kullanılarak yapılmıştır. Katalizör uygulama metodunun ve katalizör kalınlığının etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Sonuçlar, Fe'nin düşük sıcaklıklarda SiC yüzey dekompozisyonu için etkili olarak, grafitik yapı oluşumuna imkan sağladığını göstermektedir. Sunulan yaklaşım, özellikle yarı iletken prosesleri için kritik olan grafenin sentez sıcaklığını düşürme konusunda fayda sağlayabilir.
Zirh uygulamalarina yönelik grafen katkili sic seramik kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Basınçsız sinterlenmiş SiC seramiklerin girinti kırılma tokluğunu artırmak için indirgenmiş grafen oksit (iGO) katkı malzemesi olarak kullanılmış; eklenen iGO oranının mekanik özelliklere (sertlik, mukavemet ve girinti kırılma tokluğu) ve mikroyapıya etkileri detaylı taramalı elektron mikroskop (SEM), X-Işını kırınımı (XRD) ve metalografik mikroskopi ile incelenmiştir. Çalışmalar, iGO ağırlıkça %2.5'a kadar arttıkça yoğunluk düşerken, girinti kırılma tokluğunun arttığını göstermiştir. Eğilme ve Brezilyan mukavemeti ise başlangıçta artmış ve ardından iGO içeriği ağırlıkça %1.5'den %2.5'a yükseldikçe azalmıştır. Mikro sertlik ise artan iGO oranıyla azalmıştır. Detaylı mikroyapı incelemeleri ile iGO katkılamanın tokluk arttırıcı mekanizmalara etkileri tartışılmış, grafen katkılı SiC kompozilerde yapı-balistik performans arasındaki ilişki irdelenmiştir.
2B Mo2C kristallerin ve 2B Mo2C/grafen heteroyapıların kimyasal buhardan çöktürme yöntemiyle bakır yüzeyinde sentezi ve karakterizasyonu
2 boyutlu (2B) malzemeler ilgi çekici özelliklere ve günümüz teknolojisinde devrim yaratabilecek potansiyele sahip olmasından dolayı son yıllarda yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Bu 2B malzemelere son katılan ailenin, 2B geçiş metal karbürleri (GMK), önemli bir üyesi olarak öne çıkan 2B Mo2C, süperiletken olmasından ve değerliğini değiştirebilme kabiliyetinden dolayı özellikle elektronik ve elektrokimyasal uygulamalarda büyük ilgi görmektedir. 2B Mo2C'nin bu uygulamal alanlarındaki kullanılabilirliği elverişli üretim yöntemlerinin geliştirilmesine bağlıdır. Bu noktada, ekonomik açıdan ölçeklendirilebilen kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) metodu geniş alanlı ve az kusurlu 2B Mo2C kristallerin sentezi için uygun bir yöntem olarak öne çıkmaktadır. Tez çalışması kapsamında, 2B Mo2C kristallerin oluşum mekanizmasını anlamak ve istenilen kristallerin sentezi için optimum KBÇ koşullarını belirlemek amacıyla 2B Mo2C kristallerinin ve 2B Mo2C/grafen heteroyapılarının KBÇ yöntemi ile bakır alttaş yüzeyinde sentezi sistematik bir şekilde çalışılmıştır. Bu bağlamda, proses parametrelerinin (bakır alttaş kalınlığı, büyütme sıcaklığı ve süresi, gaz kompozisyonu ve reaktör basıncı) üretilen yapılara etkisi (kalınlık, yanal boyut ve kompozisyon) Optik Mikroskop (OM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM, EDAX), Raman Spektroskopisi, X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Elektron Gerisaçılım Kırınımı (EBSD) ve X-ışını Kırınımı (XRD) analizleri ile belirlenmiştir.
2B Mo2C kristallerin ve 2B Mo2C/grafen heteroyapıların kimyasal buhardan çöktürme yöntemiyle bakır yüzeyinde sentezi ve karakterizasyonu
2 boyutlu (2B) malzemeler ilgi çekici özelliklere ve günümüz teknolojisinde devrim yaratabilecek potansiyele sahip olmasından dolayı son yıllarda yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Bu 2B malzemelere son katılan ailenin, 2B geçiş metal karbürleri (GMK), önemli bir üyesi olarak öne çıkan 2B Mo2C, süperiletken olmasından ve değerliğini değiştirebilme kabiliyetinden dolayı özellikle elektronik ve elektrokimyasal uygulamalarda büyük ilgi görmektedir. 2B Mo2C'nin bu uygulamal alanlarındaki kullanılabilirliği elverişli üretim yöntemlerinin geliştirilmesine bağlıdır. Bu noktada, ekonomik açıdan ölçeklendirilebilen kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) metodu geniş alanlı ve az kusurlu 2B Mo2C kristallerin sentezi için uygun bir yöntem olarak öne çıkmaktadır. Tez çalışması kapsamında, 2B Mo2C kristallerin oluşum mekanizmasını anlamak ve istenilen kristallerin sentezi için optimum KBÇ koşullarını belirlemek amacıyla 2B Mo2C kristallerinin ve 2B Mo2C/grafen heteroyapılarının KBÇ yöntemi ile bakır alttaş yüzeyinde sentezi sistematik bir şekilde çalışılmıştır. Bu bağlamda, proses parametrelerinin (bakır alttaş kalınlığı, büyütme sıcaklığı ve süresi, gaz kompozisyonu ve reaktör basıncı) üretilen yapılara etkisi (kalınlık, yanal boyut ve kompozisyon) Optik Mikroskop (OM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM, EDAX), Raman Spektroskopisi, X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Elektron Gerisaçılım Kırınımı (EBSD) ve X-ışını Kırınımı (XRD) analizleri ile belirlenmiştir.
2B Mo2C kristallerin ve 2B Mo2C/grafen heteroyapıların kimyasal buhardan çöktürme yöntemiyle bakır yüzeyinde sentezi ve karakterizasyonu
2 boyutlu (2B) malzemeler ilgi çekici özelliklere ve günümüz teknolojisinde devrim yaratabilecek potansiyele sahip olmasından dolayı son yıllarda yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Bu 2B malzemelere son katılan ailenin, 2B geçiş metal karbürleri (GMK), önemli bir üyesi olarak öne çıkan 2B Mo2C, süperiletken olmasından ve değerliğini değiştirebilme kabiliyetinden dolayı özellikle elektronik ve elektrokimyasal uygulamalarda büyük ilgi görmektedir. 2B Mo2C'nin bu uygulamal alanlarındaki kullanılabilirliği elverişli üretim yöntemlerinin geliştirilmesine bağlıdır. Bu noktada, ekonomik açıdan ölçeklendirilebilen kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) metodu geniş alanlı ve az kusurlu 2B Mo2C kristallerin sentezi için uygun bir yöntem olarak öne çıkmaktadır. Tez çalışması kapsamında, 2B Mo2C kristallerin oluşum mekanizmasını anlamak ve istenilen kristallerin sentezi için optimum KBÇ koşullarını belirlemek amacıyla 2B Mo2C kristallerinin ve 2B Mo2C/grafen heteroyapılarının KBÇ yöntemi ile bakır alttaş yüzeyinde sentezi sistematik bir şekilde çalışılmıştır. Bu bağlamda, proses parametrelerinin (bakır alttaş kalınlığı, büyütme sıcaklığı ve süresi, gaz kompozisyonu ve reaktör basıncı) üretilen yapılara etkisi (kalınlık, yanal boyut ve kompozisyon) Optik Mikroskop (OM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM, EDAX), Raman Spektroskopisi, X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Elektron Gerisaçılım Kırınımı (EBSD) ve X-ışını Kırınımı (XRD) analizleri ile belirlenmiştir.
Lityum-iyon pili uygulamaları için karbon esaslı elektrod malzemelerin geliştirilmesi
Lityum iyon bataryalar, günümüz taşınabilir elektronik cihazların ve ilerinin elektrikli arabalarının enerji kaynakları olarak büyük ilgi görmektedirler. Hızlı şarj edilebilme, yüksek enerji depolama kapasitesi gibi özellikleri, kullanılan anot malzemesiyle direk ilintili olup, üstün özellikli anot malzemelerin kolay ve ucuz sentezi, günümüz elektronik cihazların etkinliğini ve elektrikli arabalar gibi bir üst düzey enerji sınıfı araçlarında kullanılabilirliğini arttıracaktır. Anot malzemesi olarak günümüzde en yaygın kullanılan malzeme grafittir. Grafit, uzun kullanım ömrü ve elektriksel iletkenliği ile avantajlı durumda olsa da sınırlı yüzey alanı ve kapasitesinden dolayı istenilen enerji değerini yakalayabilmek ancak birçok sayıdaki pilin seri bağlanması ile elde edilebilmektedir. Maliyetin ve toplam hacmin büyümesini önlemek için yüksek yüzey alanı/hacim oranına sahip, Li tutma kapasitesi yüksek malzemeler tercih edilmektedir. Bu bağlamda grafitin tek katmanı olarak tanımlanan grafen, yüksek yüzey alanı/hacim oranı, mekanik ve kimyasal dayanıklılığı; silisyum ise, yüksek lityum depolama kapasitesi ile oldukça dikkat çekmektedir. Öte yandan depolama sırasındaki yüksek hacim değişimleri, şarj ve deşarj esnasında anot ile bataryanın diğer elemanları arasındaki bağlantının kopmasına ve bataryanın çalışamamasına yol açmaktadır. Bu çalışmada amaç, tek aşamada, içerisinde homojen olarak dağılmış Si atomları bulunduran grafen yapıları elde etmek için özgün bir metot geliştirmektir. Böylesi yapıları elde etmek için, süreç olarak SiC tozların vakum dekompozisyonu seçilmiştir. Fakat dekompozisyon için gerekli yüksek sıcaklık ve yüksek vakum değerleri toz parçacıkların topaklanmasına yol açmaktadır. Bu yüzden, çalışmada aşılması gereken engellerden biri de dekompozisyon için gerekli yüksek sıcaklık değerini düşürmektir. Bu sebeple, öncelikle SiC tek kristal alttaşları ile dekompozisyon mekanizmasının ayrıntılı olarak incelenebilmesi ve bu teknolojinin SiC tozlarına uygulanması amaçlanmaktadır. Nihai amaç, Li-iyon bataryaların anotlarında kullanılma potansiyeline sahip, Si / grafen yapıları oluşturmaktır. Bu amaçla, SiC tek kristal alttaşları ile farklı hidrojen ve vakum tavlama süreleri sistematik olarak çalışılmış, oluşturulan yapılar incelenmiştir. Daha sonra burada elde edilen bilgiler ışığında SiC tozları ile deneyler gerçekleştirilmiş, oluşturulan yapılar tartışılmıştır.