Kimyasal buhar biriktirme tekniği kullanılarak sentezlenen grafen katmanların optik, yapısal ve elektrokimyasal özelliklerinin incelenmesi
Investigation of optical, structural and electrochemical properties of graphene layers synthesized by chemical vapor deposition technique
Yazar: AYBÜKE SENBANİ
Danışman: PROF. DR. ÖZLEM DUYAR COŞKUN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: CVD = CVD ; Optik özellikler = Optical properties

Özet:
Son yıllarda yapılan bilimsel ve teknolojik çalışmaların sonucu olarak pek çok üstün özellikleri ile birçok ileri teknolojinin alt yapısında alternatif olarak kullanılabileceği anlaşılan malzemelerden biri de grafendir. Yüksek optik geçirgenliği, mükemmel elektriksel iletkenliği ve mekanik dayanımı nedeni ile grafen katmanlar şeffaf iletken elektrot olarak kullanım için dikkat çekici bir adaydır. Bu nedenle, bu tez çalışması kapsamında, kimyasal buhar biriktirme (KBB) yöntemi ile 1000 °C'de ve plazma destekli kimyasal buhar biriktirme (PDKBB) yöntemi ile 850 °C'de sentezlenen grafen filmlerin optik, elektrokimyasal ve yapısal özellikleri incelenmiştir. Örneklerin çevrimsel voltametri (CV) eğrileri kullanılarak elektrokimyasal süreçler boyunca örnek yüzeyine giren ve çıkan yük miktarları ve kronoamperometri (CA) eğrilerinden de örnek üzerine uygulanan gerilim pulsları boyunca örnek yüzeyine giren ve çıkan yük miktarları hesaplanmıştır. 
Sentezlenen filmlerin optik geçirgenlikleri % 71 ile % 90 aralığında değiştiği gözlemlenmiştir. G1 nolu örneğin üzerine ±2,5 V uygulanarak elde edilen CV eğrisinden en yüksek giren ve çıkan yük miktarları sırası ile QC = 2138 µC/cm2 ve QA = 2788 µC/cm2 olarak hesaplanmıştır. PDKBB yöntemi ile sentezlenen grafen filmlerin optik geçirgenliklerinin de % 79 ile % 81 aralığında değiştiği gözlemlenmiştir. 50W güç altında sentezlenen P7 nolu örneğin CV eğrilerinden (±2,5V) en yüksek giren ve çıkan yük miktarları ise, QC = 419,20 µC/cm2 ve QA = 674,88 µC/cm2 olarak hesaplanmıştır. Bu tez çalışması kapsamında Hacettepe Üniversitesi Fizik Mühendisliği Bölümü İnce Film Hazırlama ve Karakterizasyon Laboratuvarı'nda PDKBB ve KBB tekniği kullanılarak sentezlenen örneklerin elektrokimyasal süreçler boyunca kararlı olduğu ve uzun çevrimler boyunca özelliklerini çok fazla değiştirmedikleri gözlenmiştir. Bu nedenle söz konusu grafen katmanların elektrokromik uygulamalarda şeffaf iletken tabaka olarak kullanılabileceği düşünülmektedir.

Abstract:
One of the materials that can be used as an alternative in the infrastructure of many advanced technologies due to its many superior properties, as a result of recent scientific and technological studies, is graphene. Due to their high optical transparency, excellent electrical conductivity, and mechanical strength, graphene layers are remarkable candidates for use as transparent conductive electrodes. Therefore, this thesis study examined the optical, electrochemical, and structural properties of graphene films synthesized at 1000 °C by chemical vapor deposition (CVD) and at 850 °C by plasma-enhanced chemical vapor deposition (PECVD). The amount of ions intercalated to and deintercalated from the sample surface during electrochemical processes was calculated using the cyclic voltammetry (CV) curves of the samples, and the amount of ions intercalated to and deintercalated from the sample surface during voltage pulses applied to the sample surface was calculated using chronoamperometry (CA) curves. 
The optical transmittances of the synthesized films were observed to vary between 71% and 90%. From the CV curve obtained by applying ±2.5 V to sample G1, the highest amounts of ions intercalated and deintercalated were calculated as QC = 2138 µC/cm2 and QA = 2788 µC/cm2, respectively. Additionally, the optical transmittances of the graphene films synthesized by PECVD were observed to vary between 79 % and 81 %. From the CV curves (±2.5 V) of sample P7 synthesized under 50W power, the highest amounts of ions intercalated and deintercalated were calculated as QC = 419.20 µC/cm2 and QA = 674.88 µC/cm2. Accordingly, it was noted in this thesis that the samples synthesized using PECVD and CVD methods in the Thin Film Preparation and Characterization Laboratory of the Department of Physics Engineering at Hacettepe University were stable during electrochemical processes and did not change their properties significantly over long cycles. Hence, it is thought that the aforementioned graphene layers can be used as transparent conductive layers in electrochromic applications.