Yenilikçi Bir Nano-Imalat Teknolojisinin Genis Alan Grafen Transfer Yöntemi Olarak Gelistirilmesi

Abstract

Sahip oldugu üstün özellikleri ile grafen son yılların en ilgi çekici malzemelerinden birisi olmustur. Ticari uygulamalar için gerekli genis alanda yüksek kaliteli grafen üretimi için gelistirilen en önemli yöntemlerden birisi kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemidir. CVD ile üretilen grafenin nano-imalat teknolojilerinde kullanımı için sentezlendigi katalizör yüzeyinden uygulamada kullanılacagı yüzeye transferi zorunlu olup, asıl zorlayıcı kısmı bu islem olusturmaktadır. Bu projede kimyasal buhar biriktirme teknigi ile sentezlenen grafenin farklı potansiyel uygulama yüzeylerine transferi basınca duyarlı yapıstırıcı (PSA) nanokaplamalar aracılıgı ile gerçeklestirilmistir. Etilheksil akrilat (EHA) ve akrilik asit (AA) temelli p(EHA-AA) kopolimer PSA nanokaplamalar buhar fazında baslatıcılı CVD (iCVD) teknigi ile farklı yüzeylere kaplanmıslardır. Bu sayede PSA ile kaplanan yüzeyler grafenin yapısma esaslı transferine uygun hale getirilmislerdir. iCVD tekniginde baslatıcı olarak tert bütil peroksit kullanılmıs olup, bu sayede çok düsük sıcaklıklarda 225 nm/dak. gibi yüksek kaplama hızlarına ulasılmıstır. Düsük sıcaklıklarda, çözücü ya da plazma gibi bozucu etkiler içermeyen bir kaplama teknigi olan iCVD ile seffaf ve fonksiyonel grup korunumu yüksek kaplamalar konformal bir sekilde narin yüzeylere bile basarıyla kaplanmıslardır. Kaplamaların kimyasal yapıları FTIR ve XPS teknikleri ile açıga çıkarılmıstır. Kaplanan filmlerin proje hedefine uygun olarak grafen transferine olanak verecek sekilde yüksek yapısma kuvveti gösterdigi mekanik testler ile kanıtlanmıstır. Filmlerin yapısma kuvvetinin film kimyasal kompozüsyonuna baglı oldugu gösterilmis olup en yüksek yapısma kuvveti olan 0.9 N/25 mm, en düsük AA oranında gözlemlenmistir. Proje kapsamında PSA ile transfer çalısmalarında kullanılmak üzere, LPCVD teknigi ile bakır katalizör yüzeyinde genis alanda grafen sentezi gerçeklestirilmistir. Grafen sentezinde heksan karbon kaynagı olarak, hidrojen ve argon ise tasıyıcı gazlar olarak kullanılmıslardır. Yapılan deneysel çalısmalarda toplam gaz akıs hızının ve sıcaklıgın kaplama kalitesine ve üniformitesine etkileri Raman analizi ile incelenmistir. Buna göre en yüksek kalitede (tek tabakalı ve kusursuz) ve genis alanda (15 x 20 cm) üniform grafen 50 sccm toplam tasıyıcı gaz akıs hızı ve 870 oC sıcaklık kosullarında elde edilmistir. Proje kapsamında gelistirilen PSA tekniginde, bakır folyo üzerindeki grafen ile üzerinde iCVD-PSA kaplaması olan alttas yüzeyleri temas ettirilerek düsük degerde belirli bir kuvvet ile ısı kullanmadan sıkıstırılmıslardır. Alttas üzerindeki PSA?nın uygun yapısma özelligi sayesinde grafenin bakır folyodan sıyrılarak alttas yüzeyine basarılı bir sekilde transferi Raman analizi ile kanıtlanmıstır. Yapılan elektriksel ve optik ölçümler de PSA teknigi ile transfre edilen grafenin bir çok açıdan klasik teknige göre daha üstün özelliklere sahip oldugunu göstermektedir. Optik analizlerde yeni yöntemle transfer edilen grafenin keskin sogurma piki vermesi, yapının daha homojen oldugunu, daha az kusur ve safsızlık içerdigini göstermektedir. Projede gelistirilen CVD teknikleri ve ilgili kaplamalar ölçeklendirilebilir ve sanayiye entegrasyonları mümkündür. Bu nedenle bu proje kapsamında gelistirilen yöntem ve ileri malzemeler önemli bir iki boyutlu nanoyapı olan CVD-grafenin ülkemizde seri imalatının ve daha büyük ölçekli sistem üretimlerine entegrasyonunun yolunu açar niteliktedir.