Yüksek Saflıkta Birkaç Tabakalı Grafenin Elektrik Ark Yöntemiyle Sentezlenmesi ve Karakterizasyonu - Uzunsoy, Deniz; Parmak, Ebru Devrim Şam (My University, 2017)
Grafen, karbon atomunun bal peteği örgülü yapılarından birine verilen isimdir. Karbonun grafit ve elmas gibi allotroplarının yanında nanotüp ve fulleren gibi yeni sentezlenen formları da mevcuttur. Özellikle karbon nanotüp ve C60 (fulleren) molekülleri ilk sentezlendikleri yıllardan günümüze kadar katı hal fiziğinin önemli araştırma alanları arasında yer almıştır. Bal peteği kristal yapısında, sp2 melezleşmesi yapan; grafit ve nanotüpün ana yapısını oluşturan grafen ile ilgili çalışmalar ise ancak 2004 yılında yoğunlaşmıştır (Novoselov 2011)(Novoselov et al. 2005). Karbon atomlarının iki boyutlu altıgen dizilimde olması grafene olağanüstü özelliklerini kazandırmaktadır (Novoselov et al. 2005)(Boehm, Setton, and Stumpp 1994). Bu çalışmada, elektrik ark oluşturma (EAO) yöntemi ile saflığı yüksek birkaç tabakalı grafenin üretimi gerçekleştirilmiştir. EAO yönteminin diğer yöntemlere kıyasla; daha az kusura sahip ve kaliteli grafen üretimine olanak sağlaması yazılabilecek önemli avantajlarındandır. Ayrıca EAO yöntemi toksit gazlar ya da zararlı kimyasal bileşenler içermediği için çevre dostu bir yöntemdir. Yöntemin basit ve ucuz olmasının yanısıra daha kaliteli ürüne de olanak sağlaması EAO?yu diğer yöntemlerin içerisinde bir adım öne çıkartmaktadır (Chen et al. 2012) (N. Li et al. 2010). EAO yöntemi temel olarak elektrotlar arasında sağlanan sabit bir akım ve bu akımın yüksek saflıktaki grafit elektrotları buharlaştırması prensibine dayanmaktadır. Arklama sonucu oluşan nano tozlar reaktörün iç yüzeyinde birikmektedir. Akım için gerilim dengeleyicili doğru akım (DC) güç sağlayıcı kullanılmaktadır ve boşalım genellikle 20-60V aralığında gerçekleşmektedir. Akım ise çubukların çaplarına, aralarındaki mesafeye, gaz basıncına göre değişebilmektedir ancak genellikle 100-150A aralığında gerçekleşmektedir (Chen et al. 2012) (N. Li et al. 2010) (Subrahmanyam et al. 2009). Grafene yapılan bor katkısı, onun enerji depolayabilme kapasitesini artırmaktadır (Xu et al. 2015).Bu kapasite artışıyla grafen süperkapasitör olarak kullanılabilmektedir (Thirumal et al. 2016). Bu sebeple optimum deney koşullarında üretimi gerçekleştirilen grafen numunelerine kimyasal yöntemle bor doplaması yapılmıştır. EAO yöntemi ile sentezi gerçekleştirilen grafen partiküllerinin incelenmesi ve karakterize edilebilmesi için Raman spektroskopisi, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) teknikleri kullanılmıştır.
01.03.2017
Keywords: Grafen; Nanoteknoloji; Karakterizasyon; Elektrik Ark Yöntemi; Grafen Sentezi; Nano Partikül Üretimi