Structure and nanotribology of thermally deposited gold nanoparticles on graphite

Nanometre ve atomik ölçeklerde sürtünmeyi kontrol eden fiziksel mekanizmaların daha iyi anlaşılmasını sağlamak, çeşitli disiplinlerden gelen yüzey bilimcileri için süregelen bir çabadır. Atomik kuvvet mikroskobunun (AKM) farklı yüzeyler ile ilişkili nano-ölçekli sürtünme özelliklerinin karakterizasyonunda kullanımı oldukça değerli olduğu halde, prob ucu ile numune yüzeyi arasında oluşan temasın detaylı karakterizasyonu ile ilgili sorunlar büyük ölçüde çözülememiştir. Son yıllarda nanotriboloji deneyleri için AKM tekniği kullanılarak, numune yüzeylerinde konuşlanmış ve iyi karakterize edilmiş nano parçacıkların yanal manipülasyonu sırasında sürtünme kuvvetlerinin ölçümünü kapsayan alternatif bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bu fikir doğrultusunda, bu tezde, ortam koşulları altında, yüksek yönelimli pirolitik grafit (HOPG) üzerinde ısıl olarak biriktirilmiş altın nano parçacıkların (AuNP) yapısal ve tribolojik karakterizasyonu ile nano-manipülasyon deneylerini içeren çalışmalar sunulmuştur. Grafit üzerindeki altın nano parçacık oluşumunu karakterize edebilmek için depozisyon miktarının ince film morfolojisi üzerindeki etkisi incelenmiş; aynı zamanda farklı tavlama sıcaklığı ve sürelerinin ısıl biriktirme sonrası gerçekleştiren tavlama prosedürünün sonuçlarına etkisi incelenmiştir. Altın nano parçacıkların grafit üzerindeki dağılımı ve morfolojisi taramalı elektron mikroskopisi (SEM) yardımı ile incelenmiş, parçacıkların kristalin yapıda oldukları geçirimli elektron mikroskopisi (TEM) yardımı ile de doğrulanmış ve topografik karakterizasyonları da temaslı AKM tekniği ile gerçekleştirilmiştir. AuNP/Grafit malzeme sisteminde sürtünme kuvvetlerinin uygulanan normal kuvvete bağlılığı ölçülmüş, altın nano parçacık kenarlarında gerçekleşen ani sürtünme kuvveti artışlarının hem uygulanan normal kuvvete hem de nano parçacık yüksekliğine bağlılığı incelenmiştir. Altın/Grafit malzeme sisteminin bu kapsamlı yapısal ve nanotribolojik karakterizasyonunun ardından, grafit üzerinde konuşlanmış altın nano parçacıklar üzerinde gerçekleştirilen nano-manipülasyon deneylerinin sonuçları rapor edilmiş ve altın nano parçacıkların grafit üzerinde kayarken çok düşük sürtünme kuvvetlerine maruz kaldıkları gözlemlenmiştir. Bahsi geçen sürtünme kuvvetleri, temas alanına bağlı olarak detaylı bir şekilde incelendiğinde, bu malzeme sisteminin ortam koşullarında yapısal kayganlık gösterdiği kanıtlanmıştır. Bu sonuç, bilimsel literatürde ortam koşullarında farklı malzemeler arasında yapısal kayganlığın ilk olarak gözlemlenmesi anlamına gelmektedir. Anahtar Kelimeler: Atomik kuvvet mikroskopisi, Sürtünme kuvvet mikroskopisi, Sürtünme, Nanotriboloji, Nano parçacık, Süperkayganlık, Yapısal kayganlık