Grafen esaslı iletken desenlerin hazırlanması ve elektrokimyasal karakterizasyonu
Preparation of graphene based conductive patterns and their electrochemical characterization
Yazar: KÜBRA SOĞANCI
Danışman: DOÇ. DR. ERHAN ZOR
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Geleceğin "mucize materyali" olarak adlandırılan grafen, balmumu yapısında dizilmiş sp2-bağlı karbon atomlarının oluşturmuş olduğu iki boyutlu tek tabakalı bir karbon temelli nanomateryal olup çok ince ve çok dayanıklı bir malzemedir. Grafen, geniş yüzey alanı, göstermiş olduğu mükemmel elektron transfer performansı, yüksek mekanik mukavemet ve oldukça yüksek termal iletkenlik gibi özelliklerinden dolayı fizik, kimya, biyoloji, biyoteknoloji, mühendislik, tıp ve özellikle nanoteknoloji alanlarında transistörlerden pillere, elektronik cihazlardan tekstil ürünlerine, ilaç geliştirme sistemlerinden sensörler alanına önemli bir yer tutmaya başlamıştır.
Bu tez çalışmasında nanobilim ve nanoteknolojinin parlayan yıldızı olan grafen materyaline yakın özellik sergileyen grafen esaslı nanomateryalin (indirgenmiş grafen oksit) pratik ve ekonomik bir yöntem kullanılarak esnek ve şeffaf yüzeylere düzenli desenlenmesi gerçekleştirildi. Bu amaçla başlangıç maddesi olarak grafit kullanılarak kimyasal yükseltgenme metodu ile grafen oksit (GO) elde edildi. GO'nun yapısal karakterizasyonu Ultraviyole-Görünür bölge (UV˗Vis) spektroskopisi, Fourier dönüşümlü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi ve Raman spektroskopi teknikleri ile, morfolojik karakterizasyonu taramalı elektron mikroskopu (SEM), geçirimli elektron mikroskopu (TEM) ve atomik kuvvet mikroskopu (AFM) teknikleri ile gerçekleştirildi. Hazırlanan grafen oksit dispersiyonu katı mürekkep yazdırma cihazı ile desenlenmiş membran yüzeyine vakum filtrasyonu ile filtre edildi. GO tabaka kalınlığının kontrolünü sağlayan bu sistem sonrasında, elde edilen desen hidrofilik transfer metodu ile istenilen polietilen tereftalat (PET) yüzeyine transfer edildi. Elde edilen GO desenler iletkenlik kazandırmak amacıyla indirgenerek indirgenmiş grafen oksit (iGO) elde edildi. Elde edilen grafen esaslı iletken desenlerin elektrokimyasal davranışları dönüşümlü voltametri (CV) ve elektrokimyasal impedans spektroskopisi (EIS) teknikleri ile incelendi. Elektrokimyasal karakterizasyon sonucunda en uygun GO miktarı ile elde edilen iletken deseninin 16 µg/mL grafen oksit içeren orta boy elektrot deseni olduğu gözlendi.

Abstract:
Graphene defined as "miracle material of the future" is a very thin and strong carbon-based nanomaterial that is a one-atom-thick planar sheet of sp2-bonded carbon atoms which are arranged in a two-dimensional honeycomb lattice. Thanks to its features such as a large surface area, excellent electron transfer performance high mechanical strength and pretty high thermal conductivity features, graphene has taken an important place from the transistors to batteries, from electronic devices to textile products, from drug development to sensors in the fields of physics, chemistry, biology, biotechnology, engineering, medicine and especially in nanotechnology.
In this thesis, graphene-based material (reduced graphene oxide) which shows similar characteristics to graphene nanomaterial that is the shining star of nanoscience and nanotechnology, was patternedonto flexible and transparent surfaces using a practical and economical method. For this purpose, graphene oxide (GO) was obtained by chemical oxidation method using graphite as starting material. The structural characterization of GO was performed by Ultraviolet-Visible (UV-Vis) spectroscopy, Fourier Transform infrared (FTIR) spectroscopy and Raman spectroscopy techniques, and the morphological characterization by scanning electron microscope (SEM), transmission electron microscope (TEM) and atomic force microscope (AFM) techniques. The prepared graphene oxide dispersion was filtered by vacuum filtration to the patterned membrane surface with a solid printing device. After this system which provides control of the GO layer thickness, the obtained pattern was transferred onto the desired polyethylene terephthalate (PET) surface by hydrophilic transfer method. The GO patterns were reduced to provide conductivity and reduced graphene oxide (rGO) was obtained. The electrochemical behavior of the graphene based conductive patterns was investigated by using cyclic voltammetry (CV) and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) techniques. As a result of electrochemical characterization, it was observed that the most conductive pattern obtained with the optimum amount of GO was a medium-sized electrode pattern containing 16 µg/mL graphene oxide.