2D metal nanomateryal poli-organik nano kompozitlerde simülasyon hesaplamaları

Abstract

Bu tezde, iki boyutlu metalik nanomalzeme yüzeyleri ile iletken organik moleküllerin oluşturduğu nanokompozit malzemelerin elektronik özellikleri bilgisayar simülasyon yöntemleri ile incelendi. Bu amaçla farklı nano boyut, morfoloji ve atomik yapıya sahip altın, gümüş ve bakır metal yüzeyler ile iletken tiyofen, pirol ve anilin organik molekülleri ele alındı. Organik molekül ve 2D metal nanomateryal arasındaki arayüz etkileşimleri, moleküllerin metal yüzeylere adsorpsiyon mekanizması ve kuantum kimyasal hesaplamaları incelendi. Hesaplamalarda yoğunluk fonksiyonel teorisi (DFT) ve Gaussian-16W serisi program paketi kullanıldı. Optimize edilmiş yapılar elde edilerek, 2D metal nanomateryal ve iletken organik moleküllerin sınır orbital enerjileri (HOMO ve LUMO), iletkenlik özellikleri (bant aralığı enerjileri, iyonlaşma enerjileri, elektron ilgisi, elektronegatiflik, kimyasal sertlik vb.) hesaplandı. Mulliken atomik yük popülasyon analizi ve moleküler elektrostatik potansiyelleri (MEP) incelendi. Dipol momenti hesaplandı. Optimize edilmiş organik moleküller ve 2D metal nanoyüzeylerin özellikleri ele alınarak, nanokompozitin özellikleri ile onu tasarlamak için kullanılan malzemelerin özellikleri arasındaki farklar gözlemlendi. Böylece nanokompozitlerin özelliklerinin 2D metal nanoyüzeylerin yapısına, iletken organik moleküllerin sayısına ve cinsine bağlı olarak nasıl değiştiği araştırıldı. Sonuç olarak, yapılan simülasyon hesapları ile elektronik özellikleri belirlenen nanokompozitlerin teknolojide kullanımı hakkında önemli bilgiler elde edildi.

In this thesis, the electronic properties of nanocomposite materials formed by two-dimensional metallic nanomaterial surfaces and conductive organic molecules were investigated by computer simulation methods. For this purpose, gold, silver and copper metal surfaces with different nano size, morphology and atomic structure and conductive thiophene, pyrrole and aniline organic molecules were discussed. Interface interactions between organic molecule and 2D metal nanomaterial, mechanism of adsorption of molecules on metal surfaces and quantum chemical calculations were investigated. Density functional theory (DFT) and Gaussian-16W series program package were used in the calculations. By obtaining optimized structures, boundary orbital energies (HOMO and LUMO), conductivity properties (band gap energies, ionization energies, electron affinity, electronegativity, chemical hardness, etc.) of 2D metal nanomaterial and conductive organic molecules were calculated. Mulliken atomic charge population analysis and molecular electrostatic potentials (MEP) were examined. The dipole moment was calculated. By considering the properties of optimized organic molecules and 2D metal nanosurfaces, the differences between the properties of the nanocomposite and the materials used to design it were observed. Thus, it was investigated how the properties of nanocomposites change depending on the structure of 2D metal nanosurfaces, the number and type of conductive organic molecules. As a result, important information was obtained about the use of nanocomposites in technology, whose electronic properties were determined by simulation calculations