Kriyojenik sıcaklıkta grafen oksit yapısının gümüş atomları ile katkılandırılması ve plazmonik özelliklerinin incelenmesi
Doping of graphene oxide structure with silver atoms at cryogenic temperature and investigation of its plasmonic properties
Yazar: ZELİHA KÜBRA ŞEŞEN
Danışman: PROF. DR. VAGİF NEVRUZOĞLU
Recep Tayyip Erdoğan Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Grafen oksit = Graphene oxide ; Gümüş nanopartiküller = Silver nanoparticles ; Yüzey plazmon rezonans teorisi = Surface plasmon resonance theory

Özet:
Bu tez çalışmasında grafen oksit (GO) yapısı ilk kez kriyojenik sıcaklıkta (200 K) gümüş (Ag) atomlarıyla katkılandırıldı ve elde edilen ikili yapıya (GO/Ag) plazmonik özellik kazandırıldı. Bu doğrultuda Modifiye Hummers yöntemi kullanılarak Sigma-Aldrich marka grafit tozundan grafen oksit (GO) üretimi gerçekleştirildi. Üretilen numunede GO yapısının tespiti için X-ışınları kırınımı 
difraktometresi (XRD) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleri yapıldı. Analiz sonuçları, üretilen numunelerin GO yapısında olduğu gösterdi. Daha sonra GO tozu pres makinesi yardımıyla tablet haline getirildi ve tabletlerin yüzeyleri soğuk altlık yöntemi kullanılarak Ag ile kaplandı. Elde edilen Ag katkılı (GO/Ag) ve katkısız (GO) yapıların optiksel ölçümleri yapıldı ve yasak enerji bant aralıkları (Eg) hesaplandı. Ag katkılı ve katkısız örneklerde yüzey plazmon rezonans (SPR) olayının 450 nm dalga boyunda gerçekleştiği optiksel ölçümlerle tespit edildi. XRD desenlerinde GO/Ag ikili yapısında gümüş oksit (Ag2O, Ag2O3) ve metalik gümüş (Ag) atomlarına ait yansıma piklerine rastlandı. SEM görüntülerinde GO/Ag yapısının katman sayısının GO'ya kıyasla daha fazla olduğu görüldü. FT-IR analizlerinden GO yapısına ait (karbon, oksijen, hidrojen) çeşitli bağlantı 
titreşimlerinin (3222,1719, 1619, 1407, 1155, 1035, 874 cm-1) olduğu tespit edildi. Bununla birlikte Raman analizlerinde GO/Ag yapısında kusur yoğunluğunun azaldığı ID/IG değerlerinden hesaplandı. Elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS) yöntemi ile farklı dalga boylarında aydınlatılan (oda, 366 nm ve 450 nm) numunelerin Nyquist eğrileri elde edildi ve yük transfer dirençleri hesaplandı. EIS sonuçları, GO/Ag'nin yük transfer direncinin dalga boyuna bağlı olarak değiştiğini gösterdi. Çalışmanın ikinci aşamasında Al/p-Si/GO/In ve Al/p-Si/GO+Ag/In diyotları oluşturuldu. Diyotların akım-gerilim (I-V) karakteristikleri karanlık ve aydınlık (93 mW/cm2) ortamlarda incelendi. Elde edilen sonuçlar gümüş katkılı Al/p-Si/GO+Ag/In diyotunun daha iyi elektriksel özellikler sergilediğini göstermiştir. Yapılan bu tez çalışması sonucunda yeni yöntemle elde edilen plazmonik özellikli GO/Ag yapılarının elektronik aygıt üretiminde kullanılmasının uygun olduğu görülmüştür.

Abstract:
In this thesis, graphene oxide (GO) structure was doped with silver (Ag)atoms at cryogenic temperature (200 K) for the first time and the obtained binary structure (GO/Ag) was given plasmonic properties. In this direction, graphene oxide (GO) production was carried out from Sigma-Aldrich brand graphite powder using the Modified Hummers method. X-ray diffraction diffractometer (XRD) and 
scanning electron microscope (SEM) analyses were performed to determine the GO structure in the produced sample. The analysis results showed that the produced samples had a GO structure. Then, GO powder was made into tablets with the help of a press machine and the surfaces of the tablets were coated with Ag using the cold substrate method. Optical measurements of the obtained Ag-doped (GO/Ag) and undoped (GO) structures were made and forbidden energy band gaps (Eg) were calculated. It was determined by optical measurements that the surface plasmon resonance (SPR) event occurred at a wavelength of 450 nm in the Ag-doped and undoped samples. In XRD patterns, reflection peaks belonging to silver oxide (Ag2O, Ag2O3) and metallic silver (Ag) atoms were observed in the GO/Ag binary structure. SEM images showed that the number of layers of the GO/Ag structure was higher 
than that of GO. From FT-IR analyses, it was determined that there were various bond vibrations (3222, 1719, 1619, 1407, 1155, 1035, 874 cm-1) belonging to the GO structure (carbon, oxygen, hydrogen). Moreover, in Raman analyses, it was calculated from the ID/IG values that the defect density in the GO/Ag structure decreased. Nyquist curves of the samples illuminated at different wavelengths (room,366 nm and 450 nm) were obtained by electrochemical impedance spectroscopy (EIS) method and their charge transfer resistances were calculated. EIS results showed that the charge transfer resistance of GO/Ag changed depending on the wavelength. In the second stage of the study, Al/p-Si/GO/In and Al/p-Si/GO+Ag/In diodes were created. The current-voltage (I-V) characteristics of the diodes were examined in dark and bright (93 mW/cm2) environments. The results obtained showed that the silver-doped Al/p-Si/GO+Ag/In diode exhibited better electrical properties. As a result of this thesis study, it was seen that the plasmonic GO/Ag structures obtained with the new method were suitable for use in electronic device production.