İki boyutlu mxene kristallerinin mekanik ve dinamik özelliklerinin temel prensiplere dayalı yöntemler ile incelenmesi ve araştırılması

Abstract

Mn+1Xn formülü ile ifade edilen MXene'ler, iki boyutlu malzeme ailesinin en yeni üyelerinden biridir. Kimyasal aşındırma işleminin doğası gereği, sentezlenmiş MXene bileşikleri, Mn+1Xn(Tm) formülü ile ifade edilen yeni ve gelişmiş işlevsellikler sağlayan fonksiyonel F ve O gruplarına sahiptir. Bu tez çalışmasında, MXene'lerin deneysel çalışmalarındaki son gelişmeler göz önünde bulundurularak, ilk prensipler hesaplamalarına dayanan dinamik ve mekanik kararlılıkları incelenerek kararlı MXene fazlarının belirlenmesini amaçlanmıştır. Sc, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta ve W elementlerini içeren farklı 20 adet saf MXene yapıları (n = 1) ile F ve O (m =2) ile fonksiyonalize olmuş 160 farklı MXene yapıları incelenerek deneysel çalışmalar için en iyi adaylar belirlenmeye çalışılmıştır. Bunun yanında, bu 180 yapının elektronik özellikleri de incelenmiştir. Sonuç olarak, tüm saf yapıların dinamik olarak kararlı olduğu ve deneysel çalışmalar için iyi adaylar olduğu belirlenmiştir. Diğer taraftan fonksiyonelleştirme, MXene'lerin dinamik ve mekanik kararlılığı konusunda çok yönlülük sağlamaktadır. Bu çalışmadan elde edilen sonuçlara göre hem metalik hem de yarı iletken kararlı MXene yapılarının deneysel olarak üretilebileceğinin olası olduğunu göstermektedir.

MXenes are the new members of two dimensional materials family given with a formula of Mn+1Xn. Due to the nature of liquid exfoliation process, synthesized MXene compounds possess functional groups of F and O, providing new and enhanced functionalities to these compounds, Mn+1Xn (Tm). In this thesis, we report on a systematic study aiming at identification of stable MXene phases using dynamical and mechanical stability investigation based on first principle calculations, which is of utmost importance considering the recent increase in experimental studies of these materials. We consider the different pristine MXene structures (n=1, m=2) with Sc, Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta and W their fully surface terminated forms with F and O with the motivation to determine the best candidates for experimental realization. We also predict the electronic properties of selected functionalized MXene structures. In conclusion, we identify that all the pristine structures are dynamically stable and good candidates for experimental realization. Functionalization on the other hand, provides large versatility on the dynamical and mechanical stability of the MXenes. Our analysis clearly shows the possible realization of both metallic and semiconductor stable MXenes structures.