Investigation of structural lubricity on platinum nanoparticles under ambient conditions

"Yapısal kayganlık" terimi; atomik derecede düz, moleküler seviyede temiz ve yapısal olarak uyumsuz kristal yüzeylerinin birbirleri üzerinde kayarken sergiledikleri çok düşük sürtünme halini tanımlar. Yapısal kayganlık nicel olarak ilk defa ultra yüksek vakum (UHV) koşullarında gözlemlenmiştir. Yakın zamanda, grafit üzerine ısıl olarak buharlaştırılan altın nanoparçacıklar vasıtasıyla, yapısal kayganlığın ortam koşullarında da elde edilebileceği kanıtlanmıştır. Bu tezin cevaplamaya çalıştığı soru, yapısal kayganlığın ortam koşullarında sadece altın nano parçacıklara özgü olup olmadığıdır. Bu soruyu cevaplamak için grafit üzerinde yanal olarak manipüle edilen platin nanoparçacıkların sürtünme davranışları incelenmiştir. Bu amaçla, çok düşük miktarda platin, grafit yüzey üzerine elektron demeti ile buharlaştırma tekniği kullanılarak ince film olarak yerleştirilmiş, ardından tavlama işlemine maruz bırakılmıştır. Bu şekilde elde edilen nanoparçacıkların yapısal özellikleri geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) yardımıyla belirlenmiş ve kristal yapıda oldukları onaylanmıştır. X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ölçümleri, havaya maruz kalan platinin elektron spektrumunda yapısal bir değişiklik olmadığını açığa çıkarmış, bu şekilde platin nanoparçacıkların ortam koşullarında oksitlenmediği anlaşılmıştır. Kesit alan geçirimli elektron mikroskobu (X-TEM) ölçümlerinde parçacık yüzeylerinde herhangi bir oksit katmanına rastlanmaması da bu sonucu desteklemektedir. Mezoskopik boyutlara sahip (4000 – 75.000 nm2) platin nanoparçacıklar üzerinde ortam koşulları altında atomik kuvvet mikroskobu (AFM) vasıtasıyla yanal manipülasyon deneyleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar, altın nanoparçacıklarla karşılaştırıldığında daha yüksek sürtünme kuvvetlerine işaret etse de, platin nanoparçacıklar için de ortam koşulları altında yapısal kayganlığın gerçekleştiğini göstermektedir. Böylece, atomik derecede düz ve yapısal olarak uyumsuz kristal yüzeyleri için yapısal kayganlığın, teori tarafından belirtildiği şekilde, malzeme seçiminden bağımsız olarak gerçekleştiği onaylanmıştır. Son olarak, platin nanoparçacıkların kayan yüzünün yapısını ve kimyasını değiştirmek adına bir deneme yapılmıştır. Bu amaçla, platin nanoparçacıklar reaktif oksijen plazması atmosferine maruz bırakılmıştır. Bu parçacıklarda oksidasyonun varlığı XPS ölçümleriyle kanıtlanmış, SEM görüntüleri vasıtasıyla gerçekleştirilen yapısal karakterizasyonda parçacıkların morfolojisinde kayda değer bir fark görülmemiştir. Oksitlenmiş platin nanoparçacıklar üzerinde gerçekleştirilen yanal manipülasyon deneylerinde, bu parçacıkların platin nanoparçacıklara göre yaklaşık iki kat daha fazla sürtünme kuvveti deneyimledikleri gözlemlenmiştir. Bu gözlemin ardında yatan muhtemel sebepler tartışılmıştır.