Clathrate I compounds of barium with transition metal, silicon and germanium framework and contributions to TaNiSi

Son zamanlarda kafes bileşikleri (clathrate compounds) etkin iletim özelliklerindendolayı yoğun bir ilgi çekmekteler. Bu bileşikler süper iletkenlik, termoelektrik, elektro-optikve süper sert madde olma nitelikleri göstermektedir. Bunlar arasında deneysel realizasyonu enzor olan termoelektrik verimlilik özelliğidir. Termoelektrik verimliliği istenilen düzeyegetirebilmek için bu bileşiklerin kompozisyonları tam olarak belirlenmeli ve optimizeedilmelidir. Bu tez araştırmasında I-tipte (type I) kafes bileşiklerinin?Ba8(Tx(Ge,Si)yGz)(Ge,Si)40 (T = Ni, Pd, Pt; G = boşluk; x+y+z = 6)? kompozisyonlarıincelendi. Nikel içeren germanyumlu kafes bileşiklerinin kristal yapıları ve homojen fazaralıkları araştırıldı; fiziksel özellikleri diğer geçiş elementleri ve silikon içeren bileşiklerlekarşılaştırıldı. Farklı başlangıç kompozisyonlarıdan tek kristaller seçilip, bunların yapı vegerçek kompozisyonları tek kristal X-ışını kırınımı analizi ile belirlendi. Bu malzemelerinelektrik iletkenliği üzerine yapılan incelemeler sonucunda germanyumlu bileşiklerinyarıiletken-metal geçiş özelliği, silikonlu bileşiğin ise metalik özellik gösterdiği anlaşıldı.Germanyumlu bileşikler üzerine yapılan teorik hesaplamalar bu bulguları doğrulamaktadır.Süper illetken özelliği ise 2 K' e inildiği halde hiç bir bileşikte gözlemlenmedi. Gene, yapılanölçümler tüm bileşiklerin diyamanyetik özelliğe sahip olduğunu ortaya çıkardı. Bubileşiklerde gözlemlenen düşük termal iletkenlik, Ba2 atomlarının 24-atomlu kafesleriniçerisinde yaptıkları titreşimler (rattling) sonucu ısı taşıyan fononların dağılmasıylaaçıklanabilir. Ba2 atomlarının titreşim genliklerinin fazlalığı düşük sıcaklıklarda yapılan tekkristal X-ışını kırınımı analizi sonucunda belirgin bir şekilde görüldü. Silikon kafeslibileşikler sentezlenirken yan ürün olarak TaNiSi üçlü fazı bulundu. Buna paralel, tantal nikelsilikon bileşiğinin düşük sıcaklıkta sentezini sağlayacak yeni bir yöntem geliştirildi ve başarıile uygulandı. TaNiSi bileşiğin kristal yapısı tek kristal X-ışını kırınımı metodu ile belirlendi.Özdirenç, özgül ısı kapasitesi ve manyetik ölçümler yardımıyla TaNiSi' nin fizikselözellikleri saptandı. Yapılan ölçümler TaNiSi' nin kötü bir metal ve Pauli paramanyetiközelliği olduğunu ortaya çıkardı. Hesaplanan Debye sıcaklığı (434K) bu bileşiğin yüksekmekanik dayanıklılığa sahip olduğunu göstermektedir. DTA analizi ile bulunan 1852 ºC likergime noktası, bu maddenin yüksek sıcaklık gerektiren uygulamalarda kullanılabileceğinigösterdi. Buna ek olarak metal tellerinin üzerine tek kristal kaplamaların yapılabileceği biryöntem geliştirildi.