Functionalization of graphene and stoichiometric graphene derivatives

Deneysel tekniklerdeki son gelişmeler nano boyutlu malzemelerin dizaynını ve üretimini mümkün kılmıştır. Özellikle grafin, yüksek hızlarda elektron taşınımı ve diğer üstün özellikleri dolayısıyla çeşitli araştırma alanlarının ilgi odağı olmuştur. Geçtiğimiz dört yıl boyunca yapılan deneysel çalışmalar grafinin hidrojenlenmesi, florlanması ve klorlanması yolu ile stokiyometrik türevlerine kimyasal dönüştürülebileceğini göstermiştir.Bu tez çalışmasının amacı olası grafin türevlerinin varlığını öngörerek bunların mekanik, elektronik ve manyetik özelliklerinin araştırılmasıdır. Ayrıca modifiye edilmiş fiziksel özelliklere sahip yeni malzemeler elde etmeye olanak sağlayan, grafin ve türevlerinin işlevselleştirilmesi mümkündür. Yeni kaplama malzemeleri olarak kullanılabilecek sağlam iki boyutlu malzemelerin varlığına işaret eden sonuçlarımız toplam enerji, fonon, geçiş durumu ve moleküler dinamik için üst seviyede temel ilkeler yoğunluk fonksiyoneli kuramı kapsamında yürütülen hesaplardan elde edilmiştir.Hidrojenlenmiş grafin (CnH), grafan olarak adlandırılan tümüyle hidrojenlenmiş grafin (CH) ve bunların bir boyutlu nanoşeritlerinin kapsamlı analizi yapılmıştır.Grafan üzerinde dehidrojene edilmiş bölgelerin geometrisine bağlı olarak ilginç manyetik etkileşmelere sahip olduğu gösterilmiştir.Grafan üzerinde H ve CH kusurlarının oluşturulması ve ayrıca geçiş metali atomlarının bağlanması yolu ile grafan nanoşeritlerde dikkate değer miktarda spin polarizasyonu sağlar. ayrıca grafinin tek ve çift yüzeyinin florlanması sonucu olarak çeşitli elektronik ve manyetik özelliklere sahip olan nanoyapıların elde edilebileceği gösterilmiştir.Florografin olarak bilinen, tümüyle florlanmış grafin, sağlam, gerilmelere karşı dayanıklı ve manyetik olmayan bir yarıiletken malzemedir. Florografin alkali, metal olmayan, metaloid ve geçiş metali ile işlevselleştirilmiştir. ve herbir atom grubu farklı bağlanma karakteristiklerine sahiptir.Klor atomunun grafine adsorbe olması hidrojen ve flor atomuna göre oldukça farklıdır. Klor atomunun grafine bağlanması çok güçlü olmasına rağmen, yüzey üzerindeki hareketi neredeyse bariyersizdir. Bu, grafin yüzeyinde enerji edilmesi için büyük öneme sahiptir. Enerji optimizasyonları ve fonon hesaplamaları, tümüyle klorlanmış grafinin (klorografin) chair halinin enerjetik olarak en tercih edilebilir ve sağlam yapı olduğunu göstermiştir. Klorografin, germe yoluyla değiştirilebilir olan 1.2 eV yasak band aralığına sahip ve manyetik olmayan yarıiletkendir.Grafin tek başına belli simetrilere uyan yapısal kusurlar ve adsorbe edilmiş atom grupları ile işlevselleştirilebilirdir. Bu yapılarda lineer olarak çakışan bantların varlığıda korunabilmektedir. Hatta belli durumlar için kütlesiz Dirac fermiyonu davranışı bile elde edilmektedir.Son olarak, çok tabakalı ve hatta tek tabakalı grafin malzemelerin, reaktif metal yüzeylerinin boyut ve diğer fiziksel özelliklerini değiştirmeksizin koruyan, mükemmel nano ölçek kaplama malzemeleri olduğu gösterilmiştir. Grafin düz metal yüzeylere yapışabilir ve serbest oksijen atomunun ve molekülünün metal yüzeye sızmasına engel olur. Tek tabaka florografin de benzer amaçlar için kullanılabilirdir.Özellikle biyolojik moleküller ve kompleksler gibi yeni malzemelerin kuantum teorisinden türeyen yoğunluk fonksiyoneli kuramı ile dizayn edilmesi teori açısından yeni br doğrultuya işaret etmektedir.