First-principles investigation of graphitic nanostructures

Bu tez çalışmasında çeşitli grafen tabanlı nanoyapıların özellikleri yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayanan ilk-prensip hesaplar ile incelendi. İlk olarak, birçok grafen nano-şeridin (bin ve üzeri atom sayılarına ulaşan), elektronik yapısı sıkı bağlanma yöntemi ile hesaplanarak sunulmuştur. Bu grafen nano-şeritler hem sıfır hem de bir boyutlu yapılar olmak üzere koltuk, zigzag ve kiral göz önüne alınarak olası tüm çeşitleri içermektedir. Bu hesaplara göre şeritlerin bant aralığının hem şeritlerin uzunluğuna hem de kiral açıya bağlı olduğu gözlemlenmiştir. İkinci olarak, fosfor ve sülfür atomlarının karbon nanotüpün büyümesi sırasındaki etkilerini anlamak üzere yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayalı hesaplar yapılmıştır. Bu amaçla fosfor ve sülfür atomlarının hem boşluk içeren ve içermeyen grafene hem de kıvrım oluşturan kusurlu bölgelere bağlanma kimyası incelenmiştir. Sonuçta büyümeye olan etkilerinin arkasındaki sebebi anlamak için bu iki atomun bağlanmaları arasındaki fark irdelenmiştir. Bunun ötesinde bu bağlanma kimyalarının incelenmesi karbon nanotüplerde oluşan Y-eklentilerini ve kıvrım bölgelerini anlamak açısından da oldukça önemlidir. üçüncü olarak, çift katmanlı grafen ve çok duvarlı karbon nanotüplerin Li atomu ile nasıl etkileşime girdikleri araştırılmıştır. Son yıllarda cep telefonu, MP3 çalar vb. elektronik aletlerin keşfi ile yüksek kapasiteye sahip tekrar doldurulabilen pil ihtiyacı müthiş oranda arttı. Böylece Li-iyon pillerinin üretimi ve geliştirilmesi için büyük çaba gösterilmeye başlandı. Bu yüzden pillerde elektrot olmak için ciddi aday olarak kabul edilen çift katmanlı grafen ve çok duvarlı karbon nanotüplerle lityumun etkileşimi ve interkalasyonu düzlemsel dalga sahte potansiyel hesaplarıyla araştırılmıştır. Son olarak, yoğunluk fonksiyoneli teorisi kullanarak taramalı tünelleme mikroskobu altında gözlemlenebilen süper peryodik grafen tabanlı yapılar incelenmiştir. Gözlemlenen ve gerçek peryodun farkı ve Moire şekillerinin oluşumu, geometrik hesaplar ve yük yoğunluğu cinsinden açıklanmıştır.