Novel honeycomb nanostructures for energy storage and nanoscale device design

Bu tez çalışması, çeşitli yeni iki boyutlu balpeteği yapıların elektronik, manyetik, mekanik ve optik özelliklerini ortaya koyarak bu yapıların nano ölçekte yeni cihaz tasarımı için kullanılabilirliklerinin yoğunluk fonksiyoneli teorisi ile incelenmesini kapsamaktadır. Ayrıca, kuantum mekaniksel moleküler dinamik simülasyonları ve fonon analizleri yardımıyla yeni iki boyutlu malzeme öngörüleri ve mevcut iki boyutlu malzemelerin muhtemel yeni kararlı fazları detaylı olarak incelenmiştir. İlk olarak, yoğunluk fonksiyoneli teorisiyle geliştirilen hesaplama yöntemleriyle iki boyutlu grafen ve boron nitrat kompozit malzemeleri incelenerek, dikey ve yatay grafen / boron nitrat kompozitlerinin büyüme adımları gösterilmiştir. Daha sonra, bu kompozit malzemelere dışardan elektrik alan uygulanarak, bu sistemlerde depolanan enerji ve elektriksel yük değerleri hesaplanmıştır. Dolayısıyla, grafen / boron nitrat kompozit malzemelerin yüksek performaslı nanokapasitör olarak kullanılabiliecekleri gösterilmiştir. Bu nanokapasitörler, geniş boyutlarda klasik kapasitörler gibi davranmalarına karşın, boyutları nano ölçeğe indirilidiğinde kuantum mekaniksel davranışlar sergilemektedirler. Tezin daha sonraki bölümünde, düzlemsel olarak büyütülen grafen / boron nitrat kompozit malzemelerinin çeşitli özelliklerinin, kompozit içinde bulunan grafen veya boron nitrat miktarına göre nasıl değiştiği incelenmiştir. Farklı kombinasyonlar kullanılarak alaşımlar, çizgisel kompozitler ve ince katkılama tarzı malzemeler elde edilerek bunların atom inceliğinde devrelerde kullanım için özellikleri hesaplanmıştır. Ayrıca, karbon / boron nitrat nano kompozitlerinin kısa atomik zinciler şeklinde büyümeleri incenerek, bu zincirlerin yüksek sıcaklıklarda bozulmadan kararlı olarak kalabildikleri gösterilmiştir. Zincirlerin elektronik ve manyetik özelliklerinin zincirdeki atom sayısına göre çift / tek disparitesi gösterdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca, bu zincirlerin düzlemsel olarak birleştirilmesi sonucu elde edilen ve yeni bir iki boyutlu malzeme olan alfa-grafen yapısının kararlılığı fonon analizleriyle ispatlanmıştır. Tezin son iki bölümünde grafenin silikon, germanyum, azot ve antimon benzerleri incelenmiştir. İki boyutlu silikon ve germanyum yapılarında oluşan kafes tarzı yeni geometrik yapılar ortaya konularak, bu kafes yapısının tabakalı silikon ve germanyum elde edilmesinde temel unsur olduğu gösterilmiştir. Tezin son bölümünde, yeni malzeme tasarımı ve öngörüleri üzerinde durularak, iki boyutlu silika, iki boyutlu azot ve antimon bal peteği benzeri yapılarının kararlı geometrileri ve bu yapıların özellikleri açıklanmıştır.