Nano yapılarda kusurların ve safsızlıkların hesaplamalı yöntemlerle incelenmesi

Abstract

Bu tez çalışmasında seçilmiş karbon tabanlı nanoyapılarda katkı ve kusurlar üzerine yapılmış hesaplamalı çalışmalar yer almaktadır. İlk bölüm karbon nano yapıların hesaplamalı metotlarla incelenmeleri hakkında olup bu metotların teorik alt yapısından ve uygunluğundan bahsedilmiştir. Yine bu bölümde hesaplamalarda lazım olan karbon nanotüplerin atomlarının koordinatlarını bulmak için kullanılabilecek bir algoritma verilmiştir. Bu algoritmanın genelleştirilmiş hali de ek olarak teze dahil edilmiştir.İkinci bölümde klor elementi ile katkılanmış karbon nanotüplerin özellikleri incelenmiştir. İlk prensip yoğunluk fonksiyoneli teorisi kullanılarak klorlanmış nanotüplerin atomik yapıları, enerjetiği, elektronik yapıları ve ayrışma reaksiyonunun enerjetiği araştırılmış, klor atomlarının çiftler olarak soğrulmayı tercih edeceği anlaşıldığından dolayı çift klorlanmış nanotüpler üzerine yoğunlaşılmıştır. Klor atomu çifti başına hesapladığımız ayrışma bariyeri karbon nanotüpleri klorlama ile temizlemenin uzaklaştırılabilinen bir kalıntı bırakan daha az zararlı bir alternatif olduğunu göstermektedir.Bir sonraki bölümde kusurlu nanotüplerin klor ile katkılanılmasına odaklanılmıştır ve ilk soğrulma pozisyonları da dahil olmak üzere en aktif bölge olan kusurların etrafındaki ardışık soğrulmaların enerjetiği ve elektronik yapıya katkısı inclenmiştir. Elektronik yapıdaki kusur durumlarının bazı durumlarda klorla elimine edilebileceği gösterilmiştir.Son bölüm bor ve azot atomu ile katkılanmış diamondoidler hakkındadır. Katkılanma konumlarının enerjetiği ve elektronik yapıya etkisi incelenmiş ve katkılamanın bu yapıları etkin şekilde işlevselleşirebileceği gözlemlenmiştir.In this thesis I report theoretical results on selected nano structures possessing various kinds of defects and impurities. The first part is about the theoretical foundations and relevancy of computational methods for investigating these kind of structures. I also present the source code of an algorithm devised for calculating the atomic coordinates of nanotubes with its full working principles.In the following chapter, I investigate single walled carbon nanotubes doped with chlorine atoms. I report ab initio density functional theory calculations for chlorinated single-wall carbon nanotubes and investigate the atomic structure, energetics, and electronic structure of the chlorinated nanotubes, as well as the energetics of the desorption reaction. Our calculated desorption barrier per Cl atom pair indicates that the cleansing by chlorination is a less damaging alternative with removable residue.The next chapter is about the chlorination of defective nanotubes. I mainly focus on mono and divacancy type point defects. I investigate succesive adsorbtion of chlorine atoms around defect region and report energetical results as well as modifications in the electronic structure. In some cases the defect states are observed to be eliminated from the electronic structure.The last chapter is about boron and nitrogen doped diamondoids. I investigate the energetics of all possible substitution sites and calculate electronic structures of the preffered sites for doping. My results show that properties of diamondoids can be effectively tuned by this kind of substitution.