Katkılı grafen sentezi ve karakterizasyonu

Abstract

Grafen grafit tabakasının en ince halidir ve bu malzeme yüksek dayanım, yüksek ışık geçirgenliği, yüksek elektriksel iletkenlik gibi birçok üstün özelliğe sahiptir. Üstün özelliklere sahip bu malzeme tabaka direnci gibi bazı istenmeyen özelliklere sahiptir. Katkılama ile bu istenmeyen özelliklerin üstesinden gelinebilmektedir, bu nedenle piridin, amonyak gibi nitrojen kaynağı kullanılarak kalıcı katkılama işlemi bu tez kapsamında gerçekleştirilmiştir. Yapılan deneyler sonucunda, nitrojen katkılı grafen başarıyla sentezlenmiş ve Raman spektroskopisi, EDS ve XPS analizi ile doğrulanmıştır. Grafen tabakasının n tipi ve p tipi katkılamasının, sadece amonyak ile yapılan katkılı grafen sentezi ile karşılaştırıldığında hem karbon hem de azot kaynağı kullanılan piridinin tabakadaki nitrojen miktarı açısından çok daha başarılı olduğu belirlenmiştir. Bununla birlikte nitrojen katkılı tek katmanlı grafen az miktarda metan ile birlikte piridin kullanılarak başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Grafen filmin tabaka direncinin, katkısız grafene kıyasla azaldığı belirlenmiştir. Tabaka direncini azaltmak, optoelektronik cihazlarda, özellikle güneş hücrelerinde kullanılacak grafen için önemli bir gelişmedir.

Graphene, a single sheet of graphite and it has high conductivity, high durability and high transparency but that has some handicaps such as high sheet resistance. Doping can be overcome this issue so, in situ doping was performed using nitrogen sources like ammonia and pyridin. Based on the conducted experiments that nitrogen doped graphene was successfully synthesized and this was confirmed by Raman spectroscopy, EDS and XPS analysis. n-type and p-type doping of the graphene layer was found to be much more successful in terms of nitrogen amount in the sheet by using pyridine that was used both carbon and nitrogen source in comparison to the doping with only ammonia. However, nitrogen-doped single layer graphene was only successfully synthesized using pyridine along with small amount of methane. It was found that the sheet resistance of the graphene film was decreased with the doping in comparison to the pristine graphene. Reducing the sheet resistance is a quiet important development for the graphene to be employed in the optoelectronic devices, in particular in solar cells.