İki boyutlu kristal yapıların termal özellikleri ve sensör olma potansiyelleri
Thermal properties of two-dimensional crystal structures and their potential as a sensor
Yazar: ÖZNUR DEMİRKOL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ İLKER DEMİROĞLU ; PROF. DR. CEM SEVİK
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Katıhal Fiziği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
İki boyutlu (2B) malzemelerin elektronik ve optoelektronik alanlarda kullanım 
potansiyellerinin artmasıyla, yüksek performanslı sensörlerin geliştirilmesi için uygun 2B 
malzemelerin seçimi daha önemli hale gelmiştir. Daha verimli ve kararlı malzemelerin 
kullanımı cihaz tasarımı için önemlidir. Bu çalışma kapsamında Geçiş Metali 
Dikalkojenitleri (GMD) ve MXen malzemelerin yapısal, dinamik ve termal özelliklerini 
içeren kararlılık hesaplamaları ile birlikte termal genleşme ve iş fonksiyonu hesaplamaları 
Yoğunluk Fonksiyonel Teorisi (YFT) yardımıyla yapılmıştır.  
GMD yapıların H, T, T', T'' gibi farklı fazları kullanılarak termal kararlılıkları 
belirlenmiş ve T fazı dışında yüksek sıcaklıklara kadar kararlı olduğu tespit edilmiştir. 
Saf ve yüzey sonlandırılması yapılmış Ti2C MXen yapıların yarı-harmonik yaklaşım ile 
fononları, durum yoğunlukları, termal genleşmeleri ve ısı kapasiteleri hesaplanmıştır. 
Oda sıcaklığında elde edilen en yüksek termal genleşme katsayısı 2,43x10-5 K-1 değeri ile 
oksijen atomlarıyla sonlandırılmış Ti2C yapısına ait olarak hesaplanırken, selenyum 
atomlarıyla sonlandırılmış Ti2C yapısı 0,95x10-5 K-1 değeri ile en düşük termal genleşme 
katsayısına sahip olduğu hesaplanmıştır. Bu çalışmanın son aşamasında ise GMD ve 
MXen yapılarına Cd, Hg ve  Pb gibi bazı metal atomları ve CO gibi bazı gaz 
moleküllerinin tutunma enerjisi ve iş fonksiyonu hesaplamaları yapılarak söz konusu 2B 
malzemelerin ilgili atom veya moleküller için sensör olma potansiyelleri irdelenmiştir.

Abstract:
With the growing potential of two-dimensional (2D) materials in electronics and 
optoelectronics, the selection of suitable 2D materials for the development of high
performance sensors has become more important. The use of more efficient and stable 
materials is important for device design. In this study, the stability calculations including 
structural, dynamical and thermal properties of transition metal dichalcogenides (TMD) 
and MXene materials as well as thermal expansion and work function calculations have 
been performed by using Density Functional Theory (DFT).  
The thermal stability of TMD structures were evaluated using different phases such 
as H, T, T', T'' and it was found that the calculated materials are stable up to high 
temperatures except for the T phase. Phonons, density of states, thermal expansion and 
heat capacities of pristine and surface-terminated Ti2C MXene structures were calculated 
by quasi-harmonic approximation. The highest thermal expansion coefficient obtained at 
room temperature belongs to the Ti2C structure terminated with oxygen atoms with a 
value of 2.43x10-5 K-1, while the Ti2C structure terminated with selenium atoms has the 
lowest thermal expansion coefficient with a value of 0.95x10-5 K-1. In the final section of 
this study, the adsorption energy and work function calculations of various metal atoms 
such as Cd, Hg and Pb and various gas molecules such as CO on TMD and MXene 
structures were performed to examine the potential of these 2D materials as sensors for 
the investigated atoms or molecules.