Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı Tez Koleksiyonu

Permanent URI for this collectionhttps://hdl.handle.net/20.500.12573/422

Browse

Now showing 1 - 8 of 8

Amorf Bor Malzemelerin Simülasyonu
(Abdullah Gül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2023) Yıldız, Tevhide Ayça; Durandurdu, Murat; AGÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı; 01. Abdullah Gül University; 02.07. Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği; 02. Mühendislik Fakültesi
Boron-based materials and their technological applications have great interests in many scientific and technological areas from materials science to medicine. This doctorate thesis was prepared for the purpose of investigating the atomic structure, electrical and mechanical properties of different boron based amorphous materials by using an ab-initio molecular dynamics technique. The results obtained via a computational method were presented in three main chapters. In the Chapter 3, the influence of hydrogenation on the atomic structure and the electronic properties of amorphous boron nitride (ɑ-BN) was examined. The structural evaluation of ɑ-BN and the hydrogenated (ɑ-BN:H) models revealed that their short-range order was mainly similar to each other. Hydrogenation suppressed the formation of twofold coordinated chain-like structures and tetragonal-like rings and leaded to more sp2 and even sp3 bonding. Furthermore, hydrogenation was found to have an insignificant impact on the electronic structure of ɑ-BN. Secondly, in the Chapter 4, an amorphous boron carbide (a-B4C) model was generated. The pentagonal pyramid-like motifs were found to be the main building units of B atoms in a-B4C and some of which yielded the development of B12 icosahedra. On the other hand, the fourfold-coordinated units were the leading configurations for C atoms. a-B4C was a semiconducting material and categorized as a hard material. In the Chapter 5, amorphous boron carbides (BxC1-x, 0.50x0.95) were systematically created. With increasing B/C ratio, more closed packed materials having pentagonal pyramid motifs form. All models were semiconducting materials. Some amorphous compositions were proposed to be hard materials. Keywords: Amorphous, Hydrogenation, Boron Nitride, Boron Carbide, Ab-initio molecular dynamics technique
Amorf Malzemelerin Modellenmesi ve İncelenmesi
(Abdullah Gül Üniversitesi, 2019) ERKARTAL, MUSTAFA; Erkartal, Mustafa; Durandurdu, Murat; AGÜ, Mühendislik Fakültesi, Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü; ERKARTAL, MUSTAFA; 01. Abdullah Gül University; 02.07. Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği; 02. Mühendislik Fakültesi
Bu doktora tezinin amacı ab-initio moleküler dinamiği simülasyonları (AIMD) yoluyla, metal-organik çerçeve yapılardaki (MOF) basınca bağlı amorfizasyonu (PIA) ve ayrıca diğer faz geçişlerini araştırmaktır. Hesaplardan elde edilen sonuçlar üç ana bölümde rapor edilmiştir. Birinci bölümde, MOF-5'in yüksek basınç davranışını araştırmak için ab initio simülasyonları yapıldı. Önceki deneysel bulgulara benzer şekilde, simülasyonlar sırasında 2 GPa'da bir PIA gözlendi. Bu faz geçişi, tersinir olmayan bir birinci dereceden bir dönüşüm olup, geçişe yaklaşık% 68'lik bir hacim çöküşü gözlenmektedir. Dikkat çekici bir şekilde, geçiş yerel bozulmalardan kaynaklanmaktadır ve önceki önerilerin aksine, bu faz geçişi boyunca herhangi bir bağ kırınımı ve oluşumu gözlenmemektedir. Ayrıca, amorf durum çerçeve yapının elektronik bant aralığı kayda değer bir ölçüde daralmaktadır. Bu projenin ikinci kısmı için, ZIF-8'in geniş bir basınç aralığında yüksek basınç davranışını araştırmak için AIMD simülasyonları yapıldı. Sıkıştırma altında, ZnN4 tetrahedral ünitelerindeki büyük deformasyonlar, 3GPa civarında kristal-amorf bir faz geçişine yol açar. Amorflaşma süreci boyunca, Zn-N koordinasyonu korunur. Çalışılan basınç aralığında başka bir faz değişikliği bulunmadı, ancak sistemin olası tahrip oluşu 10GPa'nın üzerinde bulundu. Uygulanan basınç, amorfizasyondan hemen önce kaldırıldığında, imidazolat ligandlarının dönüşleri (salınım hareketi), bir kristal-kristal faz geçişine neden olmaktadır. Gerilme rejiminde ise -2.75GPa'a kadar herhangi bir faz geçişi tespit edilmezken, bu basınç üzerinde yapı tahrip olmaktadır. Bu araştırma projesinin son bölümünde, ZIF polimorflarının (ZIF-1, ZIF-2 ve ZIF-3) basınç altında geçişleri kapsamlı bir şekilde simüle edildi. ZIF-1, -2 GPa (gerilme bölgesi) ve 10 GPa (sıkıştırma bölgesi) arasında ardışık bazı kristal-kristal ve kristal-amorf faz geçişleri gösterir. Öte yandan, ZIF-2 ve ZIF-3, nispeten düşük sıkıştırma rejiminde hızlı kristal- amorf ve büyük olasılıkla amorf-amorf geçişler gösterirken, bütün ZIF'ler gerilme bölgesinde -3 GPa civarında tahrip olmaktadır.
Bor Esaslı Nano Yapıların Modellenmesi ve İncelenmesi
(Abdullah Gül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2022) Tahaoğlu, Duygu; Durandurdu, Murat; Alkan, Fahri; AGÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı; 01. Abdullah Gül University; 02.07. Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği; 02. Mühendislik Fakültesi
Polyhedral boron clusters and their applications have been subject to research in many fields such as medicine, materials science, catalytic applications, energy studies, etc. These molecules owe their popularity to their exceptional 3D stable structures, as well as their various sought-after properties in many applications. This doctoral thesis was prepared within the focus of a computational investigation of different polyhedral borane and carborane clusters by using DFT methods. The results of our studies were reported in two main chapters (Chapters 3 and 4). In the first part (Chapter 3), theoretical evaluation of relative stabilities and electronic structure for [BnXn]2− clusters were provided. The structural and electronic characteristics of [BnXn]2− clusters were examined by comparison with the [B12X12]2− counterparts with a focus on the substituent effects (X = H, F, Cl, Br, CN, BO, OH, NH2). The effects of the substituents were discussed in relation to their mesomeric (±M) and inductive (±I) effects. The results showed that the icosahedral barrier can be reduced through substitution by destabilizing the [B12X12]2−cluster with symmetry-reducing ligands or ligands with +M effects rather than stabilizing the larger clusters. In the second part (Chapter 4), the investigation of the photophysical properties of carborane-containing luminescent systems was presented. The o-CB-Anth system is known to exhibit a dual-emission property by radiating in the visible region from two low energy conformations with local excited (LE) and hybridized local and charge transfer (HLCT) characters, however, it shows a very low emission quantum yield in solution state similar to many other CB-luminescent systems. In this section, the excited-state potential energy surface (PES) of o-CB-Anth and o-CB-Pent were investigated in detail and the effect of a low-lying CT on the low quantum yield was discussed.
Development of Novel Functional Organic Materials for Optoelectronic Applications
(2024) Deneme, İbrahim; Usta, Hakan; 01. Abdullah Gül University; 02.07. Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği; 02. Mühendislik Fakültesi; 10. Rektörlük
İlk bölümde, organik yarı iletkenlerin tasarımı ve uygulanmasındaki ve bunların (opto)elektronik uygulamalarındaki tarihsel ve güncel gelişmeleri gözden geçiriyoruz. Bu tezin ikinci bölümünde, π-elektron eksikliği olan düşük LUMO'lu bir BTBT molekülü olan 1,10-(benzo[b]benzo[4,5]thieno[2, 3-d]tiyofen-2,7-diil)bis(oktan-1-on) (D(C7CO)-BTBT), ki bu, n-heptil (-n-C7H15) süpstitüe edicileri ile birlikte 2,7-dikarbonil fonksiyonel grupları içeren bu molekül, herhangi bir yüksek maliyetli geçiş metali katalizörü ve uğraştırıcı kromatografik/süblimasyon bazlı saflaştırma gerektirmeden, kolay Friedel-Crafts asilasyonu ve çökeltme/çözücü yıkama yoluyla, hava ortamında gram ölçeğinde hazırlanmıştır. Bu tezin üçüncü bölümünde, ortam kararlı bir n-tipi yarı iletken olan 2,2'-(2,8-bis(3-dodesiltiofen-2-il)indeno[1,2-b]floren-6,12-diyliden)dimalononitrilin (β,β'-C12-TIFDMT) çözünürlük davranışını incelemek ve ince film işleme için potansiyel yeşil çözücüleri analiz etmek için Hansen çözünürlük yaklaşımını gösterdik. Bu tezin dördüncü bölümünde, bir heksil (n-C6H13) sübstitüenti ile mono-(aril)karbonil fonksiyonelleştirmesi kullanılarak BTBT π-sistemi üzerinde benzersiz bir moleküler mühendislik sunulmuş ve yeni bir asimetrik BTBT yarı iletkeni olan m-C6PhCO-BTBT'nin tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu gösterilmiştir. Yeni molekül, iki aşamalı geçiş metali içermeyen bir sentez yoluyla gram ölçeğinde üretildi ve (opto) elektronik karakterizasyonlar gerçekleştirildi.
Kuantum Nokta Işık Saçan Diyotlar için Kuantum Nokta Mimarisi ve Ara Katmanların Mühendisliği
(2024) Yazıcı, Ahmet Faruk; Mutlugün, Evren; Erdem, Talha; 01. Abdullah Gül University; 02. Mühendislik Fakültesi; 02.05. Elektrik & Elektronik Mühendisliği; 02.07. Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği
Bu tez kapsamında kuantum nokta mimarilerinin optimizasyonu ve ara katmanların kullanımıyla kuantum nokta ışık yayan diyotların(QLED) cihaz performansını artırmak için yeni stratejileri ortaya konmuştur. Bu kapsamda iki temel strateji kullanılmıştır: İlk çalışma, evrik QLED'lerde kuantum nokta (QD) kabuk kalınlığının ve polietilenimin (PEI) ara katmanlarının etkisini incelemektedir. İkinci çalışma, oktantiyol kaplı çekirdek-kabuk-kabuk kuantum noktalarının geliştirilmesini ve uygulanmasını açıklamaktadır. İlk bölümde, ağırlıkça %0,025 konsantrasyondaki PEI ara katmanlarına sahip kalın kabuklu kuantum noktaların kullanıldığı (10,3 nm) QLED'lerde %17'lik maksimum dış kuantum verimine (EQE) ve 91.174 cd/m²'lik bir tepe parlaklığına ulaşılmıştır. Zaman çözünürlüklü fotolüminesans (TRPL) ölçümlerinin sonuçları, PEI'nin kuantum noktaların pasivasyonundaki ve eksitonların sönümlenmesinin bastırılmasındaki rolünü açıklamaktadır. İkinci çalışma, çekirdek/kabuk/kabuk kuantum noktaların optik özelliğini iyileştirmek için hem kükürt kaynağı hem de ligand olarak görev yapan oktantiyol ile yeni bir sentez yöntemini içermektedir. %88,7'lik bir PLQY ve 20,8 nm'lik bir ışıma genişliği elde edilmiştir. Bu kuantum noktalar QLED uygulamalarında %4,1 maksimum EQE ve 85.000 cd/m²'lik maksimum parlaklık performansına sahiptir. Bu sonuçlar, QLED cihaz performansında kuantum nokta yüzey mühendisliğinin, katmanlar arası optimizasyonun ve yük taşıma katmanlarının dikkatli seçiminin önemini kritik bir şekilde vurgulamaktadır. Bu çalışmalar ile verimli, parlak ve renk açısından saf kuantum nokta ekranlarının geliştirilmesine yönelik önemli adımlar atılmıştır.
Optoelektronik Uygulamalar için Fonksiyonel Organik Malzemelerin Dizaynı, Sentezi ve Karakterizasyonu
(Abdullah Gül Üniversitesi, 2018) ÖZDEMİR, MEHMET; Özdemir, Mehmet; Usta, Hakan; AGÜ, Mühendislik Fakültesi, Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği Bölümü; ÖZDEMİR, MEHMET; 01. Abdullah Gül University; 02.07. Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği; 02. Mühendislik Fakültesi
π-konjuge yarıiletken küçük molekül ve polimerlerin fonksiyonel organik malzemeler olarak geliştirilmesi optoelektronikte ortaya çıkan ve aralıksız büyümeye devam eden bir araştırma alanıdır. Gelecek nesil optoelektronik teknolojisinde mantık devreleri, esnek ekranlar, bükülebilir güneş panellerinde ve elektronik derilerde, yarı iletken küçük moleküller ve polimerler, yüksek performanslı organik ince-film transistörler (OTFT) ve fotovoltaiklerin (OPV) ana öğesi olarak öngörülmektedir. Ana motivasyon, son birkaç on yıldır devam eden yeni π-sistemlerin tasarlanıp sentezlenmesi sadece yük-taşımayı iyileştirmek, cihaz karakteristiği ve yeni fonksiyonelleri keşfetmeyi içermez aynı zamanda belirlenen molekülün optoelektronik özelliği ve elektrik performansı arasındaki ilişkiyi daha iyi anlamaktır. Bu tezde, OTFT ve OPV uygulamalar için, yeni π-konjuge yarıiletkenlerin teorik tasarım, sentez ve karakterizasyonuyla birlikte farklı kimyasal yapıları çalışılmış ve araştırılmıştır. Birinci bölümde π-konjuge yarıiletken malzemeler ve organik elektronik aygıtların genel konsepti ve temel kavramlar üzerinde durulmuş ve kapsamlı bir literatür taramasıyla bu alandaki en güncel sonuçlara erişilmiştir. OTFT'lerin sınıflandırılması yarıiletken malzemenin π yapısına bağlı olarak belirlenen n-kanal, p-kanal ve çift kanallı olmak üzere ana yük taşıyıcı tipine göre yapılmaktadır. Ayrıca, OPV'lerin çalışma mekanizması kullanılan yarıiletkenin π yapısının elektronik/yapısal özelliklere etkisi üzerinden incelenmiştir. İkinci bölümde yeni indeno[1,2-b]fluorene-6,12-dione-thiophene temelli yüksek π-konjuge donor-akseptör moleküler mimariye sahip DD-TIFDKT, 2EH-TIFDKT ve 2OD-TIFDKT küçük molekülleri tasarlanmış, sentezlenmiş ve karakterize edilmiştir. Indeno[1,2-b]fluorene-6,12-dione akseptör olarak tiyofen de donor olarak kullanılmıştır. Yarı iletken yapıları lineer –n-C12H25 veya 2-ethylhexyl-/2-octyldodecyl dallanmış α,ω-son fonksiyonel gruplu alkil zincirlerine sahip olup 1.7–1.8 eV düzeyinde düşük enerji bant aralığına sahiptir. Yeni yarıiletkenlerin alkil zincir boyutu ve yöneliminin optoelektronik özellikler, moleküller arası kohezif kuvveti, ince-film yapısı ve yük taşınım performansı üzerindeki etkisinin araştırılması yapı-özellik-fonksiyonellik bağıntısını ortaya koymuştur. 2EH-TIFDKT ve 2OD-TIFDKT yarı iletken malzemelerin çözücü ile proses edildiği yarı iletken OTFT cihazlar elektronlar için 0.04–0.12 cm2/V·s ve deşikler için 0.0003–0.02 cm2/V·s taşınım değerleri ve 105 - 106 düzeyindeki Ion/Ioff oranı ile mükemmel çift yönlü davranış göstermekte; çözücü ile proses edilebilen β-pozisyonundakine oranla taşıyıcı iletkenliğinde 2-3 kat artış sağlamıştır. β-pozisyonundaki değişim önemli biçimde π-yapı düzlemselliğini arttırmışken çözünürlük daha iyi hale gelmiş ve yük taşınım karakteristiği artmıştır. Üçüncü bölümde, 3 farklı yeni solüsyondan proses edilebilen BODIPY temelli yarıiletken malzemeler (BDY-3T-BDY, BDY-4T-BDY ve BDY-PhAc-BDY) sentelenmiş. Tüm malzemeler n-karakterli OTFT cihazda çalıştı. BDY-4T-BDY temelli alt kapı/üst kontak cihazda Ion/Ioff >108 electron hareketliliği ise 0.01 cm2/V·s den yüksek çıkmıştır. Bu sonuç bugüne kadar ki literatürde bilinen BODIPY temelli malzemelerde yüksek yük-taşıma hareketliliği ne sahiptir. BDY-3T-BDY ise elektron hareketliliği 2.7×10-4 cm2/V·s ve 9.6×105 Ion/Ioff oranına sahiptir. BDY- PhAc –BDY ise elektron hareketliliği 0.004 cm2/V·s ve Ion/Ioff105-106'dur. Bu moleküllerin kimyasal yapıları, optik/elektrokimyasal özellikleri ve ince-film yapıları 1H/13C NMR, kütle spektrometresi, siklik voltametri, UV-Vis absorbsiyon spektroskopisi, termogravimetrik , atomik kuvvet misroskopisi (AFM) ve X-ray kırılım(XRD) analizi ile karakterize edilmiştir. Dördüncü bölümde, Boron içeren P(2OD-TBDY-T) ve P(2OD-TBDY-TT) polimerleri sentezlenmiş ve OTFT ile OPV'de ki optoelektronik özellikleri araştırılmıştır. P(2OD-TBDY-T) temelli polimer, alt kapı/üst kontak OTFT cihazda Ion/Ioff oranı >108 ve deşik hareketliliği 0.005 cm2/V·s sergilemiştir. Ters çevrilmiş BHJ-Güneş pillerinin aktif tabakasında (P(2OD-TBDY-T):PC71BM kullanımı ile % 6,2 güneş enerjisi çevirme verimi (PCE) ve 16.6 mA/cm2 kısa devre akımı ile harika sonuçlar elde edilmiştir. Bu sonuçlar mantıklı tasarımlarla BODIPY temelli donor kopolimerlerin yüksek performanslı OPV'ler için kullanılabileceğini göstermektedir. Bu tez kapsamında yapılan çalışmaların bulguları matematiksel modelleme ışığında gerçekleştirilen sentez dizaynları ile moleküler ve polimerik yarıiletkenlerin fizyokimyasal/optoelektronik özelliklerinin yanında elektron/deşik taşınım karakteristiklerinin de büyük ölçüde geliştirilerek yeni fonksiyonlar kazandırılabileceğini ortaya koymaktadır. Elde ettiğimiz sonuçların yüksek performanslı optoelektronik uygulamalarında kullanılacak farklı yapılardaki yarıiletken malzemelerin araştırılması ve optimize edilmesi için önemli bilgiler ve motivasyon sağlayacağını düşünmekteyiz.
Yeni benzothieno[3,2-b]benzothiophene (BTBT)-Temelli Moleküler Yarıiletkenler ve Organik Alan Etkili Transistör Uygulamaları
(2021) Özdemir, Resul; Usta, Hakan; 01. Abdullah Gül University; 02.07. Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği; 02. Mühendislik Fakültesi
Son on yılda yüksek mobilite veren p-tipi moleküler yarı iletkenlerin geliştirilmesinde mükemmel bir π-çerçevesi olan DAcTTs'ler baş rolü oynamıştır. Bununla birlikte, n-tipi DAcTT'ler literatürde son derece nadirdir ve elektron taşıma özellikleri büyük ölçüde keşfedilmemiştir. Bu tezin ikinci bölümünde, literatürdeki ilk N-tipi BTBT tabanlı yarıiletken olan D(PhFCO)-BTBT, iki aşamada geçiş metali ve kromatografik saflaştırma kullanılmadan elde edilmiştir. Organik alan etkili transistör cihazları μe (max) = ~ 0.6 cm2/V.s ve Ion/Ioff = 107-108 oranı göstermiştir. Bu sonuçlar, geniş bant aralıklı BTBT π-çerçevesinin yüksek yük taşıma kabiliyetine sahip n-tipi organik yarı iletkenlerin geliştirilmesi için ümit verici bir aday olduğunu göstermiştir. Bu yarıiletkenin sunduğu yüksek yük taşıma kapasitesi ile optik şeffaflığın birleşimi, (opto) elektronik uygulamalara yeni bir bakış açısı getirebilir. Bu tezin üçüncü bölümünde bir dizi BTBT-temelli küçük molekül, D(C7CO)-BTBT, C7CO-BTBT-CC(CN)2C7 ve D(C7CC(CN)2)-BTBT, 'S-F-BTBT-F-S (F/S: fonksiyonel grup/sübstitünet)' moleküler mimarisinde dizayn edildi ve sentezlendi. D(PhFCO)-BTBT ile birleştirildiğinde, düşük LUMO'lu DAcTT'ler için sistematik olarak çeşitli kimyasal yapılara sahip bir moleküler kitaplık burada ilk kez geliştirildi ve temel ilişkiler açıklığa çıkarıldı. Bu çalışmada sunulan moleküler mühendislik perspektifleri, optoelektronikler için yeni elektron taşıyan tiyenoasenlerin tasarımına benzersiz bir bakış açısı sağlayabilir.
Yüksek Performanslı Organik Transistörler ve Güneş Pilleri Uygulamaları için Yeni Yarı İletken Malzemeler
(Abdullah Gül Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2022) Can, Ayşe; Usta, Hakan; AGÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü, Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı; 01. Abdullah Gül University; 02.07. Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Mühendisliği; 02. Mühendislik Fakültesi
In the first chapter, we review the historical and recent advances in the design and implementation of indenofluorene (IF)-based semiconductors in organic transistor and solar cell devices. In the second chapter, a series of n-type ambient-stable and solution- processable TIFDMT-based semiconducting molecules, β,β'-C8-TIFDMT, β,β'-C12- TIFDMT, and β,β'-C16-TIFDMT are reported. By utilizing alkyl chain engineering in TIFDMT-based molecules and semiconductor-dielectric interface engineering through PS-brush treatment onto the dielectric surface in their OFET devices, we optimize the semiconductors' morphologies and thin-film molecular packing motifs to attain high- performance OFETs. The PS-brush treated OFETs demonstrate high device performance with μe = 0.9 cm2/V.s and Ion/Ioff ratio = 107-108. In the third chapter, we demonstrate the design, synthesis, and characterizations of two novel meso-π-extended/-deficient BODIPY building blocks (2OD-T2BDY and 2OD-TTzBDY), a library of low band gap (Eg = 1.30-1.35 eV) donor-acceptor copolymers based on these building blocks, and the utilization of the D-A copolymers as donor materials in the bulk heterojunction organic photovoltaics. Power conversion efficiencies of up to 4.4% with a short-circuit current of 12.07 mA cm-2 are achieved. The findings of this thesis on molecular engineering and optoelectronic properties are unique and may provide critical insights into the future development of high performance materials for unconventional optoelectronics.

Browse

Browsing Malzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı Tez Koleksiyonu by Subject "Chemistry"