Bazı kuazikristal yapıların X-ışını saçılma ve X-ışını kırınım yöntemleri ile incelenmesi
Structural investigation of some quasicrystals by X-ray scattering and X-ray diffraction methods
Yazar: CANER TÜKEL
Danışman: PROF. DR. SEMRA İDE
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2012
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
1982 yılında ilk kez Shechtman ve arkadaşları tarafından keşfedilen ve keşfinden 29 yıl sonra, 2011 Nobel Kimya Ödülünün kazanılmasına neden olan kuazikristal yapılar Türkiye'de bu tez kapsamında, ilk kez SWAXS ( Küçük ve geniş açı X-Işını saçılma) analizleri yapılarak incelenmiştir. Metal alaşım kristalografisinin günümüzde en dikkat çekici örnekleri olan kuazikristaler, mekanik, manyetik, optik, elektrik, termal v.b. pek çok farklı fiziksel özellikler gösterdikleri için, hem teknolojik hem de endüstriyel açıdan önemli görülmektedir.Bu tez çalışmasında Al-Co-Cu, Al-Co-Ni ve Al-Pd-Mn kuazikristal yapılar SWAXS (SAXS ve WAXS), XRPD (X-ışını Toz Kırınımı) ve SEM (Taramalı elektron mikroskopisi) yöntemleri ile incelenerek, örneklerin karakterizasyonları yapılmıştır. Alışılagelmiş kristal yapılardan farklı olarak, elektron yoğunlukları kısa erimlerde düzensiz, uzun erimlerde düzenli dağılan, farklı nano-oluşum bölgeleri içeren bu yapılardaki oluşumların boyutları, şekilleri ve dağılımları belirlenmiştir. Özellikle, Al-Co-Cu ve Al-Co-Ni örneklerinin iki boyutlu kuazikristal simetriye, Al-Pd-Mn örneğinin ise, üç boyutlu kuazikristal simetriye sahip oldukları bilgisine, SAXS analizleri ile (oluşumların uzaklık dağılım fonksiyonlarından yararlanılarak) ulaşılmıştır. Saçılma verileri üzerine, Beaucage yapı modeli kurularak yapılan uyum analizleri sonucunda, kuazikristal yapılardaki en küçük oluşumlardan, deney sisteminin ölçüm sınırları içinde belirlenebilen en büyük oluşumlara kadar, üçlü boyut analizleri yapılmıştır.Karakterizasyon çalışmasında, XRPD (X-ışını Toz Kırınım) ve WAXS analizleri ile iki boyutlu kuazikristal simetriye sahip olan örneklerin, altı tane Miller indisi ile tanımlanabilen düzlemlerinden kaynaklanan kırınım pikleri indislenmiştir.SEM çalışması sonucunda kuazikristal örneklerde mikrometre boyutunda, tek kristal oluşumu ve farklı kuazikristal bölgelerin varlığı belirlenmiştir.Al-Co-Cu örneğinin kristalografik tabakalı yapısı ve her bir tabakanın kendi içinde kuazikristal düzenleniminin etkin olarak kaydedilebilirliği sonucu, bu örneğin Sinkrotron Işın merkezlerinde ileri analizler yapmak üzere kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Quasicrystal structures have been discovered by Shechtman and his collegues in 1982. Twenty nine years later, quasicrystal structures had caused a Nobel Prize (the 2011 Nobel Prize for chemistry). SWAXS (Small and wide angle scattering) analyses of these type samples have been firstly investigaed in the scope of this thesis. Quasicrystals, which are the most noteworthy examples of crystallography of metal alloys, have different physical (mechanical, magnetical, optical, electrical, thermal, etc.) properties. Because of these properties they are used in industrial and technological applicationsIn this thesis, Al-Co-Cu, Al-Co-Ni and Al-Pd-Mn quasi crystalline structures have been examined by SWAXS (SAXS and WAXS) , XRPD (X-ray Powder Diffraction) and SEM (Scanning Electron Microscopy) and characterizations of the samples have been carried out. Unlike conventional crystal structures, their electron density is disordered in short range but they have ordered structure in long range. Sizes, shapes and distributions of aggregates in the content of structures have been determined. Structural information (especially, pair distance distribution) has been obtained by SAXS analysis. It is well known that while Al-Co-Cu and Al-Co-Ni samples have two-dimensional symmetry and Al-Pd-Mn has three dimensional symmetry. This result has been also verified by the analysis. After collecting the scattering data, fitting process of the experimental data with the theoretically calculated data which were determined by Becauge Structure Model has been completed for each sample. At the end of this phase, the smallest and the largest aggregations have been obtained.Diffraction peaks result from two dimensional quasi symmetrical planes which can be identified by using six Miller indices have been indexed in XRPD and WAXS profiles. So the studied quasicyristalline samples have been characterized.As a results of SEM analysis, different microsize quasicrystalline regions and a single quasicrystal aggregation have been determined.The sample of Al-Co-Cu has crystallographic terraces which occur by quasicrystal arrangement and this sample may be effectively investigated in Synchrotron Beam Centers for advanced research.