Katı ve nano- platin karbürün ilk prensiplere dayalı yöntemlerle modellenerek elastik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of elastic and mechanical properties of bulk and nano PtC by modeling based on first principles
Yazar: ABDULKADİR KIZILASLAN
Danışman: DOÇ. DR. ÇETİN KILIÇ
Gebze Yüksek Teknoloji Enstitüsü / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Geçiş metallerinin karbon?la oluşturdukları alaşımlar, sahip oldukları ekstra
sert yapıları sebebiyle endüstriyel alanda sert malzemelerin şekillendirilmelerinde ve
korozyona karşı dirençli kaplama olarak kullanılmaktadır. Bununla beraber PtC
alaşımı, ancak son on yıl içinde, yüksek basınç ve sıcaklık altında lazer ile ısıtılan
elmas örs hücre kullanılarak sentezlenebilmiştir. Alaşımın 2005 yılındaki x-ray
kırınım teknikleriyle yapılan ilk karakterizasyonu yapının kayatuzu (B1) fazda
olduğunu göstermiştir.Fakat PtC alaşımının mekanik kararlılığını anlamaya yönelik
yapılan, artan sayıdaki ilk prensiplere dayalı hesaplamalar bu fazın göreceli
kararsızlığını ortaya koymuştur. Bununla beraber PtC alaşımına ait zincblende (B3)
fazın kayatuzu fazına göre daha düşük enerjiye sahip olduğu belirlenmiştir. İlk
prensiplere dayalı hesaplamaların karbür'lü sistemlerin atomik yapısını
belirlemekteki güvenilirliği göz önüne alındığında, PtC alaşımının atomik yapısı
belirsizliğini korumaktadır.
Bu tez çalışmasında bu belirsizliğe çözüm aranmıştır. PtC alaşımının yüksek
basınç ve sıcaklık altında sıkıştırılan platin ve karbon tozlarının (powder) kontakt
bölgelerinde lokal olarak oluştuğu hipotezi ortaya konmuş ve ilk prensiplere dayalı
hesaplamalar kullanılarak incelenmiştir. Bu bağlamda katı (bulk) ve nano boyutlu
kayatuzu ve zincblende fazdaki parçacıkların enerjetik ve mekanik kararlılıklarına
yönelik hesaplamalar yapılmıştır. Kayatuzu fazının nano boyutta zincblende fazına
göre, katı boyutun aksine, daha düşük enerjili olduğu bulunmuştur. Ayrıca kayatuzu
fazdaki nanoparçacıkların, katı boyutta kayatuzu fazı kararsız olmasına rağmen,
mekanik olarak kararlı olduğu belirlenmiştir. Bunun yanında PtC alaşımında farklı
fazlar belirlenmeye çalışılmış ve daha önce bu yapıya ait literatürde belirtilmemiş
yeni bir ortorombik (B62) fazın varlığı bulunmuş ve mekanik olarakta kararlı olduğu
tespit edilmiştir.

Abstract:
Transition-metal carbides have been widely used in industrial applications such
as cutting tools for hard materials and coating against corrosion thanks to their ultra-
hard properties. Nonetheless platinum carbide (PtC) was synthesized for the first
time only in the last decade via a high-pressure and high-temperature method in a
diamond anvil cell with laser heating. Initial characterization of PtC in 2005 via x-
ray diffraction techniques indicated PtC to possess rocksalt structure. However, an
increasing number of first-principles studies on the mechanical stability of the
rocksalt phase of PtC point out the relative instability of this phase. Moreover the
zincblende (B3) phase of PtC has been found energetically favorable in comparison
to the rocksalt (B1) phase. Given the reliability of first-principles methods in
determining the crystal structure of carbides the case of PtC remains elusive
In this thesis, a resolution to this controversy has been pursued. The hypothesis 
that PtC forms locally in the contact region of platinum and diamond
(powder) particles, which are pressed towards each other in high-pressure synthesis,
has been explored by performing first-principles calculations. Energetic and
mechanical stability of rocksalt and zincblende phases of PtC bulk solid and
nanoparticles has been studied. It is found that rocksalt phase is energetically more
favorable than zincblende phase in nano scale contrary to the case of bulk phases. It
is also found that the rocksalt PtC nanoparticles are mechanically stable despite the
instability of bulk PtC rocksalt phase. Furthermore other phases of PtC have been
searched for and a new orthorhombic phase that has never been reported before has
also been identified as a stable PtC phase.