Hummers yöntemi ile  elde edilen grafenin karekteristik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the characteristic properties of graphene obtained by Hummers method
Yazar: AYSUN SAYAR
Danışman: PROF. DR. NALAN ÇİÇEK BEZİR
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tezde, bir atom kalındığına sahip ince yapısına rağmen yüksek mekanik mukavemetiyle, üstün, benzersiz elektronik ve termal özellikleriyle  son yıllarda  merak ve araştırma konusu olan grafen ve grafenin sentezi üzerinde bir çalışma yapılmıştır. 2010 yılında Novoselov ve Geim'in grafen ile yaptıkları çalışmanın Nobel ödülüne layık görülmesi ile grafen ve grafen sentezine yönelik ilgi oldukça artmıştır. Grafen sentezleme konusunda pek çok yöntem geliştirilmiş olup, bu sentezleme ve grafenin kullanım alanlarının genişletilmesine yönelik çalışmalar hala devam etmektedir.1958 de William S. Hummers ve Richard E. Offeman, önceki üretim yöntemlerinin tehlikelerine ve çevreye zararlarına dikkat çekerek Hummers yöntemini öne sürdüler. Diğer grafen elde etme yöntemlerine  bakıldığında  Hummers yöntemi, toksitite miktarı olarak daha az, daha çevre dostu, maaliyet açısından ve üretim miktarı olarak daha avantajlıdır. 
Çalışmanın ilk bölümünde, Hummers yöntemi ile grafit tozundan, grafen oksit sentezlenmiş daha sonra da grafen oksit hidrazin ile indirgenerek grafen elde edilmiştir. Deneyin ilk aşaması olan, Hummers metodu ile elde ettiğimiz grafen oksitin  
 sentez işleminin sonrasında  XRD analizi ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile incelemeleri yapılmıştır. XRD analizinde 2ϴ aralığında, literatüre uygun  grafen oksite ait pik izlenmiştir. EDS/SEM analizinde, SEM cihazı ile 100 µm ve 10 µm yakınlaştırma ile grafit ve  GO için katmanlı yapıların görüntüleri elde edilmiş, EDS sonuçlarında, GO için karbon (C) oranı  %61,38 ve oksijen(O) oranı ise %36,53 olarak bulunmuştur. Deneyin ikinci aşaması olan grafen oksitin hidrazin ile grafene indirgeme işlemi sonrasında ise SEM, XRD, Raman ve FT-IR analizleri yapılmıştır. Sonuç olarak FT-IR spektrumunda beklenen hidroksil grupları, karboksilik asit grupları, epoksi ve alkoksi grupları GO için gözlenmiş, grafene indirgeme işlemi sonrasında FT-IR da oksijenin uzaklaştığı ve grafiğin gerilme titreşimlerinin kaybolduğu görülmüştür. Raman spektrumunda ~1342 cm-1 de D bandını, ~ 1593cm-1 de G bandını gerilmiş olarak ortaya koymaktadır. Raman spektroskopisinde D bandı kusurların kapsamını gösterirken, G bandı sırasıyla grafit yapıyı göstermektedir. Sonuçlara göre raman spektroskopisinde kristal yapıda grafenin varlığını gözlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, a study has been carried out on the synthesis of graphene and graphene synthesis, which has been the subject of curiosity and research in recent years with its high mechanical strength, superior, unique electronic and thermal properties despite its thin structure with a thickness of one atom. In 2010, Novoselov and Geim's work with graphene was awarded the Nobel Prize and interest in graphene and graphene synthesis has increased considerably. Many methods have been developed to synthesize graphene, and studies to synthesize and expand the uses of graphene are still ongoing. In 1958, William S. Hummers and Richard E. Offeman proposed the Hummers method by drawing attention to the dangers and environmental hazards of previous production methods. Looking at other methods of obtaining graphene, the Hummers method is less toxic, more environmentally friendly, and more advantageous in terms of cost and production quantity.
In the first part of the study, graphene oxide was synthesized from graphite powder by Hummers method and then graphene oxide was reduced with hydrazine to obtain graphene. In the first stage of the experiment, the graphene oxide obtained by the Hummers method.After the synthesis process, XRD analysis and scanning electron microscopy (SEM) were performed. In XRD analysis, a peak of graphene oxide in the 2ϴ range was observed in accordance with the literature. In the EDS/SEM analysis, images of layered structures for graphite and GO were obtained with a zoom of 100 µm and 10 µm with the SEM device. In the EDS results, the carbon (C) ratio for GO was 61.38% and the oxygen (O) ratio was 36.53%.
 SEM, XRD, Raman and FT-IR analyses were performed after the reduction of graphene oxide to graphene with hydrazine. As a result, the expected hydroxyl groups, carboxylic acid groups, epoxy and alkoxy groups were observed for GO in the FT-IR spectrum, and it was observed that oxygen was removed in FT-IR after the graphene reduction process and the stress vibrations of the graph disappeared. In the Raman spectrum, the D band at ~1342 cm-1 and the G band at ~1593 cm-1 were observed as stretched. In Raman spectroscopy, the D band shows the extent of defects, while the G band shows the graphite structure, respectively. According to the results, the presence of graphene in the crystal structure was observed in Raman spectroscopy