Synthesis and characterization of hexagonal boron nitride nanoplates

Abstract

Altıgen bor nitrür [h-BN ], öncelikle mükemmel termal iletkenlik, elektrik yalıtımı, düşük dielektrik sabiti ve kimyasal kararlılığın benzersiz kombinasyonu nedeniyle iki boyutlu bir malzeme olarak büyük ilgi görmüştür. İnce, az katmanlı h-BN nanoplakaların [h-BNN'ler] üretilmesi, hBN yapısı içindeki güçlü molekül içi ve moleküller arası etkileşimler nedeniyle zordur. Yaygn h-BNN üretimi teknikleri arasında kimyasal buhar biriktirme [CVD], katı faz eksfoliasyonu ve sıvı faz eksfoliasyonu [LPE] bulunmaktadır. Bu yöntemler arasında LPE, iki boyutlu nanoplakaları üretmek için en basit ve en yaygın kullanılan teknik olarak öne çıkmaktadır. Bu tez çalışması, nanometre kalınlığında duvarlara sahip h-BNN'ler elde etmek için ultrasonik pul pul dökülme sürecini etkili bir şekilde kontrol etmek amacıyla LPE işleme koşullarını araştırmaya odaklanmaktadır. Nihai hedefimiz, enerji depolama için kompozitlerin kullanımını içeren uygulamalar için prop ultrason yöntemi ile ince h-BNN'ler üretmenin uygulanabilirliliğini anlamaktır. Nanometre ölçeğinde ideal kalınlığa sahip h-BNN'ler, bu yaklaşım kullanılarak çeşitli çözücüler ve konsantrasyonları kullanılarak sentezlendi. Üretilen h-BNN'lerin şekli, boyutu, kalınlığı ve kimyasal bileşimi Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) gibi çeşitli karakterizasyon teknikleri kullanılarak incelenmiştir. h-BNN'lerin kalınlığının azalan ultrason süresi ile arttığı bulunmuştur

Hexagonal boron nitride [h-BN] has attracted great interest as a two-dimensional material due to its unique combination of excellent thermal conductivity, electrical insulation, low dielectric constant, and chemical stability. Fabricating tiny, few-layer h-BN nanoplates (h-BNNs) is challenging because of the strong intramolecular and intermolecular interactions within the hBN structure. Common h-BNN fabrication techniques include chemical vapor deposition, solid phase exfoliation, and liquid phase exfoliation (LPE). Among such methods, LPE stands out among these techniques as the simplest and most extensively employed method for manufacturing these two-dimensional nanoplates. This thesis aims to investigate in depth the LPE process conditions in an attempt to control the ultrasound exfoliation process in order to obtain h-BNNs with nanometer-thick walls. Our ultimate goal was to understand the viability of producing thin-layer h-BNNs via the probe ultrasound method, specifically for applications involving the fabrication of nanocomposites for energy storage. h-BNNs with ideal thickness at nanometer scale were synthesized using a variety of solvents and their concentrations using this approach. Shape, size, thickness, and chemical composition of as produced h-BNNs were examined using a variety of characterization techniques, namely, with Atomic Force Microscopy (AFM), Scanning Electron Microscopy (SEM), and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR).The thickness of h-BNNs was found to increase with decreasing ultrasound duration.