Geri Dön

Production of graphene based materials and their potential applications

Grafen esaslı malzemelerin üretimi ve potansiyel uygulamaları

PDF İndir

  1. Tez No: 392210
  2. Yazar: YASEMİN ÇELİK
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ENDER SUVACI, DR. EMMANUEL FLAHAUT
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2015
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Anadolu Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Seramik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Grafen benzersiz özellikleri sayesinde pek çok uygulama alanı için umut vadeden bir malzemedir. Bununla birlikte, grafen-esaslı malzemelerin özellikleri ve miktarı hangi üretim yöntemi ile üretildiğine bağlı olarak farklılık gösterir. Bu nedenle, grafen-esaslı malzemelerin, kullanılacağı uygulama alanının gereksinimlerine bağlı olarak uygun bir üretim yöntemi ile üretilmesi gerekmektedir. Bu tez çalışmasında, grafen esaslı malzemeler kalite, verim, maliyet ve elde edilen malzemenin uygulanabilirliği açılarından en avantajlı yöntemler olan sıvı faz eksfoliasyonu (tabakalara ayırma) ve kimyasal buharla biriktirme yöntemleri kullanılarak başarıyla üretilmiş ve grafen üretimi üzerine temel bir anlayış kazanılmıştır. Sıvı faz eksfoliasyonu, nanokompozit uygulamaları için yüksek miktarda grafen-esaslı malzeme üretimine imkan sağlamaktadır. Bu yöntemde aşılması gereken sorun, kaliteyi koruyarak grafen konsantrasyonunu mümkün olduğunca artırabilmektir. Bu amaçla, izopropil alkol (IPA) içerisinde etkin bir eksfoliasyon elde edebilmek için üç farklı grafit-esaslı tozun başlangıç malzemesi olarak kullanıldığı karşılaştırmalı bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Yüksek konsantrasyona sahip (1.1 mg/ml), birkaç tabakalı (küçük 5 tabaka) grafen levhalardan oluşan dispersiyonlar, yüksek yüzey alanına sahip bir nano-grafit tozunun IPA içerisinde 90 dk sonikasyon işlemine maruz bırakılması ile üretilmiştir. Bu malzeme daha sonra Al2O3 matris nanokompozitlerde takviye faz olarak kullanılmış; sonuç olarak, anizotropik mekanik, ısıl ve elektriksel özellik gösteren seramik matris nanokompozitler spark plazma sinterleme yöntemi ile başarıyla üretilmiştir. Diğer taraftan, elektronik uygulamalar için gelecek vadeden, geniş alana sahip grafen filmler düşük-basınç kimyasal buharla biriktirme yöntemi ile Cu folyolar üzerinde sentezlenmiştir. Isıtma atmosferinin ve Cu folyo özelliklerinin sentezlenen grafen filmlerin kalitesi, kalınlığı ve safsızlık miktarı üzerine olan etkileri incelenmiştir. Hata oranı önemli ölçüde azaltılmış kaliteli grafen filmleri aygıt üretiminde kullanılmıştır. Bu aygıtların oda sıcaklığındaki elektriksel direnç ve Quantum Hall Etkisi rejimindeki (düşük sıcaklık ve yüksek manyetik alan) taşınım özellikleri ölçülmüştür. Ön sonuçlar, oda sıcaklığında yüksek elektronik hareketliliğe sahip (46500 cm2/Vs) tek tabakalı grafenin başarıyla üretildiğini göstermiştir.

Özet (Çeviri)

Graphene is a promising material for many applications due to its unique properties. However, properties and yield of graphene-based materials show variations depending on which production route is used. Therefore, an appropriate production method has to be preferred according to the requirements of a specific application. In this thesis study, graphene-based materials have been successfully produced by liquid phase exfoliation (LPE) and chemical vapor deposition (CVD), which are promising graphene production methods in terms of quality, scalability, cost and applicability of the produced material to relevant applications, and a fundamental understanding on graphene production has been developed. LPE route allows one to produce graphene-based materials at a large-scale for applications such as nanocomposites. The challenge of this method is to increase graphene concentration as much as possible while maintaining the quality of the graphene flakes. Therefore, a comparative study, at which three different graphite-based powders were investigated as starting materials for an effective exfoliation process in isopropyl alcohol (IPA), was performed. High concentration (1.1 mg/ml), few-layer (smaller than 5 layers) graphene-based dispersions were prepared by sonication in IPA within 90 min by utilizing a high surface area graphite nano-powder. This graphene-based material was then incorporated into Al2O3 matrix nanocomposites as a reinforcing/filler phase. Ceramic matrix nanocomposites which exhibit anisotropic mechanical, thermal and electrical properties have been successfully prepared by spark plasma sintering. On the other hand, large-area graphene films, which are promising for electronic applications, were synthesized via low-pressure CVD method over Cu-foils. The influence of ramping atmosphere and Cu foil characteristics on the impurity level, quality of the synthesized graphene films and their thickness uniformity was investigated. High quality CVD-grown graphene films with a significantly reduced disorder level were used for device fabrication and characterized in terms of their electrical resistance at room temperature as a function of gate voltage and transport property measurements in Quantum Hall Effect (QHE) regime (at low temperature and high magnetic field) by pulsed magnetic field experiments. The preliminary results confirmed that single layer graphene with a relatively high electronic mobility reaching up to 46500 cm2/Vs at room temperature was successfully produced.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    676030

    Nd-Fe-B manyetik nanopartiküllerinin katı-halreaksiyonları ile üretimi, grafen tabakası ile kapsüllenmesi ve ilişkin karakterizasyon çalışmaları

    Production of nd-fe-b magnetic nanoparticles by solid- state reactions, encapsulation with graphene layer and related characterization studies

    MUSTAFA BELLEK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DUYGU AĞAOĞULLARI

  2. Tez No

    639613

    İlaç taşıyıcı sistem uygulamaları için grafen esaslı malzemeler üretilmesi

    Production of graphene based materials for drug delivery applications

    KİBAR DEMİRHAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    KimyaMarmara Üniversitesi

    Eczacılık Temel Bilimleri Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. ELİF ÇALIŞKAN SALİHİ

  3. Tez No

    737004

    Yerli grafen nano plakalarla takviye edilmiş Al-Cu esaslı alaşım matrisli kompozitlerin toz metalurjisi yöntemi ile üretimi, ısıl işlemi ve karakterizasyonu

    Production of native graphene nano platelets reinforced Al-Cu alloy based composi̇tes wi̇th powder metallurgy, heat treatment and characterization

    KÜBRA ÇANKAYA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Metalurji MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesi

    İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. NAZLI AKÇAMLI

  4. Tez No

    802179

    Savunma sanayii uygulamalarına yönelik grafen takviyeli bor karbür yapıların SPS yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu

    Production and characterization of graphene reinforced boron carbide structures for defense industry applications by SPS method

    YİĞİT ORKUN AYDOĞAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Savunma Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER

  5. Tez No

    831983

    Çeşitli katkı malzemelerinin sinerjitik etkisi ile epoksi esaslı polimer kompozit kaplamanın üretimi ve tribolojik özelliklerinin incelenmesi

    Production of epoxy based polymer composite coating with synergistic effect of various additives and investigation of its tribological properties

    MERVE YILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Metalurji MühendisliğiSakarya Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ŞADUMAN ŞEN

Geri Dön