ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ Abdullah YETİM ...

82 Pages·2011·0.88 MB·Turkish

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

Abdullah YETİM

KARBON NANO TÜPLER

FİZİK ANABİLİM DALI

ADANA, 2011
ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

KARBON NANO TÜPLER

Abdullah YETİM

YÜKSEK LİSANS TEZİ

FİZİK ANABİLİM DALI

Bu Tez /01/2011 Tarihinde A şağıdaki Jüri Üyeleri Taraf ından Oybirli ği ile
Kabul Edilmiştir.

……………….................... ....……….………………… .…………………………
Yrd.Doç.Dr.M. Zeki KURT Doç.Dr. Faruk KARADAĞ Doç.Dr.Ramazan BİLGİN
DANIŞMAN ÜYE ÜYE

Bu tez Enstitümüz Fizik Anabilim Dalında hazırlanmıştır.
Kod No:

Prof. Dr. İlhami YEĞİNGİL
Enstitü Müdürü

Bu Çalışma ÇÜ. Bilimsel Araştırma Projeleri Birimi Tarafından Desteklenmiştir.
Proje No:

Not: Bu tezde kullan ılan özgün ve ba şka kaynaktan yap ılan bildiri şlerin, çizelge, şekil ve
fotoğrafların kaynak gösterilmeden kullanımı, 5846 Sayılı Fikir ve sanat Eserleri Kanunundaki
hükümlere tabidir.
ÖZ

YÜKSEK LİSANS TEZİ

KARBON NANO TÜPLER

Abdullah YETİM

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ
FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
FİZİK ANABİLİM DALI

Dan ışman :Yrd.Doç.Dr. M. Zeki. KURT
Y ıl: 2011, Sayfa: 69
Jüri :Yrd.Doç.Dr. M. Zeki. KURT
:Doç. Dr. Faruk KARADA Ğ
:Doç. Dr. Mehmet KARAKILÇIK

Bu çalışmada; karbon nano tüpler, çe şitleri, üretim teknikleri uygulama
alanları ve dünyadaki kullanımları hakkında bilgi verilmiştir. Gelişen teknoloji ile
birlikte karbon nano tüplerin; Mikrosensörlerin, mikromakinaların, optoelektronik
elemanların imalatı ve uygun şekilde bir araya getirilmesinde, Medikal alan ında,
DNA modifikasyonunda, Kapasitör, transistör ve fotodiyot yap ımında, Güne ş
pillerinde, Yüksek çözünürlüğe sahip ölçü aletlerinin yapımındaki kullanımlarının
artması sonucunda üretim maliyetlerinin düşürülmesi ve büyük boyutta üretilmesi
incelenmiştir. Bu tezde, Tek Duvarlı Karbon Nanotüplerinlerin Elektronik yapıları
hakkında bilgi verilmi ştir. Siesta kullan ılarak Zigzag(5,0) ‘ın durum yo ğunluğu
(DOS) hesaplanmıştır.

Anahtar Kelimeler: Karbon nanotüp, Nano, Karbon, Elektronik özellikler.

I
ABSTRACT

MSc THESIS

CARBON NANOTUBES

Abdullah YETİM

ÇUKUROVA UNIVERSITY
INSTITUTE OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES
DEPARTMENT OF PHYSICS

Supervisor :Asst.Prof. Dr. M. Zeki KURT
Y ıl: 2011, Pages: 69
Jury :Asst.Prof. Dr. M. Zeki KURT
:Assoc. Prof. Dr. Faruk KARADA Ğ
:Assoc. Prof. Dr. Mehmet KARAKILÇIK

In this study, carbon nanotubes and their varieties, production techniques
and fields of application and their worldwide usage is explained. Reductions in
production costs due to the usage of carbon nanotubes are analyzed. Of particular
importance is the use of nanotubes in parallel with developed technology in
manufacturing and suitable installations of microsensors, micromachinery and
optoelectronic components. In addition, its use in the medical field, DNA
modification and production of capacitors, transistors and photodiodes, solar cells
and high-resolution measuring instruments, and production in large amounts are
analyzed. In this paper Information about electronic properties of SWCNT is
provided, also DOS of Zigzag(5,0) is calculated with Siesta.

Key words: Carbonnanotubes, Nano, Carbon, Electronic Properties

II
TEŞEKKÜR

Yüksek lisans e ğitimim boyunca, bilgilerini ve bilim alan ındaki
tecrübelerini benden esirgemeyen, ara ştırma ve tez konumun seçiminde ve
yürütülmesinde bilgi ve tecrübelerinden faydalandığım tez danışmanım Yrd. Doç.
Dr. M. Zeki KURT’a çok teşekkür ederim.
Yüksek lisans e ğitimim sırasında karbon nano tüpler ve uygulamalar ı
hakkında bilgi ve deste ğini aldığım Doç. Dr. Faruk KARADA Ğ’a çok te şekkür
ederim.

III
İÇİNDEKİLER SAYFA

ÖZ……………………………………….………………….…………………………I
ABSTRACT…………………………….……………………………………………II
TEŞEKKÜR…………………………….…………………………………………..III
İÇİNDEKİLER………………………….…………………………………….…….IV
ÇİZELGELER DİZİNİ………………….……………………………………....…..VI
ŞEKİLLER DİZİNİ……………………………………………………………..…VIII
SİMGELER VE KISALTMALAR…….………………….…………………..……..X
1. GİRİŞ………………………………………………………………………………1
1.1. Nanotüplerin Tarihçesi ………………………………….…………………….2
1.2. Nanotüp Çeşitleri……………………………………….……………………..3
1.2.1. Tek Katmanlı Nanotüpler (SWNT)…………….……………………….3
1.2.2. Çok Katmanlı Nanotüpler (MWNT) ……….…….…………………….4
2. ÖNCEKİ ÇALIŞMALAR…………………………………………………………7
2.1. Nanotüplerin Sentezlenmesi…………………………………………………..7
2.1.1. Ark Buharlaştırma………………………………………………………8
2.1.2. Kesikli Lazer Buharlaştırma……………………………………………9
2.1.3. Kimyasal Buhar Biriktirme……………………………………………10
3. MATERYAL VE METOD……………………………………………………….11
3.1. Schrödinger denklemi ................................................................................. 11
3.2.Taban durumu için varyasyon prensibi…………....…………………….……14
3.3.Hartree-Fock yaklaşımı………………………………………………….……16
3.4.Korelasyon enerjisi………………………..…………………………….…….25
3.5.Elektron yoğunluğu……………………………………………………..…….26
3.6. Hohenberg-Kohn teoremleri.……...…………………………………..……..32
3.7.Elektron yoğunluğunun v- ve N-temsil edilebilirliği …...……….……..…….36
4. ARAŞTIRMA VE BULGULAR…………………………………………………41
4.1. Karbon nanotüplerin elektronik yapısı ......................................................... 41
4.1.1. Grafen…………………………………………………………………42
4.1.2. Bölge Katlama yaklaşımı………..……………………………………43
IV
4.1.3. Durum yoğunluğu…………………………………………………….47
4.2. Siesta……………...……………………………....…………………….……49
4.2.1 Giriş ve Genel Bakış…………………………………………………...49
4.2.2.Çok gridli elektrostatik çözümleyici ……….………………………….52
4.2.3 3 B grid için Fourier Filtreleme ……………….……………………...53
4.2.4. Paralel hale getirmek…………………………………………………54
4.2.5. Fonon, polarizasyon, etkili yükler ve kızılötesi spektrumlar …………55
4.2.6. Balistik Taşıma ……………………………………………………….55
4.2.7. Temel veri setleri……………………………………………………...56
4.2.8. Uygulanabilirlik……………………………………………………….57
4.2.9. Sonuçlar ve Geleceğe Yönelik Beklentiler …………………………...58
4.3. Zigzag(5,0) için Deney Sonuçları………………......………………….……59
4. SONUÇLAR VE ÖNERİLER ……………………….…………………………..61
KAYNAKLAR ............................................................................................ ……. 63
ÖZGEÇMİŞ………….………………………………………………………………69

V
ÇİZELGELER DİZİNİ SAYFA

Çizelge 1.1 :Tek Katmanlı Nanotüplerin Özellikleri………………………….……...3
Çizelge 1.2. :Çok Katmanlı Nanotüplerin Özellikleri……………………….……….5

VI
VII
ŞEKİLLER DİZİNİ SAYFA

Şekil 1.1 :KarbaonNanotüplerinGörüntüsü………………………………………...1
Şekil 1.2. :Sarbonnanotüplerin katlanış şekillerine göre çeşitleri……………….....4
Şekil 1.3. :TEMmikroskobunda SWNT Görüntüsü………………………..……....4
Şekil 1.4 :Tek Katmanlı ve Çok Katmanlı Nanotüpler………….............................5
Şekil 1.5. :TEMmikroskobunda MWNT Görüntüsü……………………….……....6
Şekil 2.1.:Ark Buharlaştırma Tekniği……………………………….…..….……...9
Şekil 2.2.:Kesikli Lazer Buharlaştırma………………………………..……...…..10
Şekil 4.1 Grafenin Elektronik yapısı……………………………………………..42
Şekil 4.2 Grafenin Altıgen yapısı; a ve a örgü vektörleri………………………43
1 2
Şekil 4.3. (9,0) Karbon nano tüp için Durum Yoğunluğu…………………….….47
Şekil 4.4. A=0 Γ=0,391816 M=0,468910 K=0,513420 Γ =0,602439
A=0,994255 …………………………………………………………...60
Şekil 4.5. (5,0) KNT’ in Durum yoğunluğu; Metalik özelliği göstermektedir….60

VIII