Sürfaktan destekli sıvı faz eksfoliasyon yöntemi ile grafen üretimi
Graphene production by surfact supported liquid phase exfoliation method
Yazar: ALİ SÖNMEZ
Danışman: DOÇ. DR. ÖMER GÜLER
Mersin Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Grafen, Geim ve arkadaşları tarafından keşfedildikten sonra, pek çok araştırmacının ilgisini çekmiştir ve son birkaç yıldır üzerinde çok fazla çalışma yapılan bir malzemedir. Grafen, üst üste dizilmiş hegzagonal yapıya sahip grafitin tek bir tabakasına denir. Grafen, sahip olduğu hegzagonal latiste sp2 bağı, iki boyutlu tek atom kalınlığındaki yapısı ve sıra dışı elektriksel, elektrokimyasal, optik, termal, mekanik özellikler ve hafifliğinden dolayı üst düzey bir malzemedir. Grafen odaklı uygulamaların ticarileşmesi kaçınılmazdır fakat uygun maliyetli ve kaliteli seri üretime ihtiyaç duyulmaktadır. Bulunduğu ve uygulandığı ilk günden itibaren doğrudan sıvı faz eksfoliasyonu (LPE), solvent dispersiyon formlarında, yüksek kaliteli tek veya az katmanlı grafen tabakaları üretmek için, grafen araştırmalarının en ümit verici yöntemi olarak ortaya konulmaktadır. Sıvı faz eksfoliasyon Yöntemi nispeten kolay ve ucuz bir yöntem olmakla beraber, üretilen ürünlerin kalitesi diğer yöntemler ile üretilen ürünlere kıyasla daha yüksektir. Sıvı faz eksfoliasyon yöntemiyle grafen üretiminde çok sayıda solvent sistemi ve uygun sürfaktanlar kullanılarak bugüne kadar büyük başarılar elde edilmiştir. Sıvı faz eksfoliasyon yöntemi, grafen araştırması yapılmaya başlandığından itibaren, grafen için en çok tercih edilen seri üretim yöntemi olarak öngörülmüştür. Bu çalışmada yüklü miktarda grafen üretimi için sürfaktanların eksfoliasyon verimine etkileri araştırılmıştır. Başlangıç malzemesi olarak hegzagonal grafit tozu kullanılmıştır ve bir takım işlemler uygulanarak tabakaları genişletilmiş grafit haline getirilmiştir. Her üretim için başlangıçta 0,7 mg/ml oranında tabakaları genişletilmiş grafit tozu/solvent solüsyonları hazırlanmıştır. 0,7 mg/ml konsantrasyonlarında sırasıyla; DMF+tabakaları genişletilmiş grafit, DMF+SDS+tabakaları genişletilmiş grafit, DMF+naftalin+tabakaları genişletilmiş grafit, NMP+ tabakaları genişletilmiş grafit, NMP+ SDS+ tabakaları genişletilmiş grafit ve NMP+naftalin+tabakaları genişletilmiş grafit eksfoliasyon prosesine tabi tutulmuştur. Üretimler  % 50 P-120 dk olarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen numuneler, içerisinde asit kalmaması amacıyla, 5000 dev/dak' da etanol içerisinde santrifüj işlemine tabii tutulmuştur. Santrifüj işleminden sonra grafen nano tabakalar, manyetik karıştırıcı kullanılarak etanolden ayırılmıştır. Sentezlenen grafen nano tabakalar sedimantasyon gözlemi ve TEM, RAMAN, XPS analizlerine tabi tutulmuştur.

Abstract:
After Graphene was discovered by Geim and his friends, Graphene has attracted the attention of many researchers. Graphene is a material that has been extensively studied over the last few years. Graphite is stacked layers of hexagonal structures and graphene is a single layer of it. Graphene is a high level material due to sp2 bonds on its hexagonal latise, its two dimensional single atom thick structure and also highly electrical, electrochemical, optical, thermal, mechanical properties and lightness. With the low cost and high quality mass production, the commercialization of graphene is inevitable. Since the first day it was found and applied, liquid phase exfoliation method (LPE) is a promising method for producing high quality single or low layered graphene sheets in solvent dispersion forms. Although the Liquid Phase Exfoliation Method is relatively easy and inexpensive, the quality of the products produced is higher compared to the products produced by other methods. Many successes have been achieved in the production of graphene by liquid phase exfoliation method by using numerous solvent systems and suitable surfactants. The liquid phase exfoliation method has been envisaged as the most preferred mass production method for graphene since graphene research has begun. In this study, the effects of surfactants on exfoliation efficiency were investigated for the production of large amounts of graphene. Hexagonal graphite powder was used as starting material and expanded graphite was applied by useing some processes. 0,7 mg/ml expanded graphite powder/solvent solutions were initially prepared for each synthesis. At concentrations of 0,7 mg/ml; DMF+expanded graphite, DMF+SDS+expanded graphite, DMF+naphthalene+ expanded graphite, NMP+expanded graphite, NMP+SDS+expanded graphite and NMP+ naphthalene+expanded graphite were subjected to exfoliation process. Productions were realized as 50 % P-120 min. The samples were centrifuged in ethanol at 5000 rpm to avoid acid. After centrifugation, the graphene nano layers were separated from ethanol using a magnetic stirrer. The synthesized graphene nano layers were subjected to sedimentation observation and TEM, RAMAN, XPS analysis.