A study of the relation of piezoelectric properties and nano structures through methods in computational physics
Tezin Türü: Doktora
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, FİZİK ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2016
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: BERNA AKGENÇ
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Çetin Taşseven
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Yakıt kaynaklarının giderek azalması ile birlikte enerji gereksinimin artması alternatif yenilenebilir enerji kaynakları arayışına sebep olmuştur. Bu alternatif enerji türlerinden piezoelektrik son yıllarda popülerlik kazanmıştır. Bu çalışmada, genelleştirilmiş gradyent yaklaşımı, yoğunluk fonksiyonel teorisi ve yoğunluk fonksiyonel pertürbasyon teorisi içerisinde kullanılmıştır. Bu teoriler sayesinde sırası ile ABO3 ve onların {AxA'(1-x)}BO3 and A{BxB'(1-x)}O3 tipindeki alaşımların temel durum yapı ve elastik özellikleri ile dielektrik ve piezoelektrik özellikleri elde edilmiştir. Alaşım perovskitini temsil etmek için, A, A'=Ba, Sr, Pb; B, B'=Ti, Zr türleri kullanılarak süper hücre elde edilmiştir. Örgü yapısı, termodinamik, elastik sabitler ve dielektrik özellikler üzerindeki kompozisyon ve atomik konfigürasyon/düzen etkileri değerlendirilmiştir. Hesaplamalarda ise, lineer tepki ve homojen alan yöntemleri kullanılmış olup; söz konusu özelliklerin belirlenmesine yönelik bu yaklaşımların performans değerlendirmesi sağlanmıştır. A/B konumlarindaki kompleks perovskitlerin hesaplama sonuçları alaşım perovskitlerinin mekaniksel ve termodinamik olarak karışabileceğini göstermiştir. Tezin ilk hedefi olarak, alaşım perovskitlerinin kübik formunda dielektrik ve piezoelektrik özellikler gözlemlenmiştir. Alaşım perovskitlerinin kübik formlarının herhangi bir piezoelektrik özellik göstermemesine rağmen, kristolografik konum farklı türdeki atomlar tarafından işgal edilmiş olduğu için ter simetri bozulur ve yapılar küçük tetragonalite geliştirir. Bu sayede piezoelektrik davranışın ortaya çıkması beklenir. BaZr_((1-x)) Ti_x O_3 için sıfır olmayan piezoelektrik katsayısı 0.554 x 〖10〗^(-15) C/N büyüklüğünde elde edilmiştir. Alaşım perovskitlerinin yakın gelecekte piezoelektrik malzeme adayı olması muhtemeldir. Bu sayede, yeni merkezi simetriye sahip olmayan perovskitlerin bulunması ve tasarlanmasına olanak sağlanacaktır. Piezoelektrik katsayısı 〖∽10〗^(-12) C/N ya da daha büyük olan piezolektrik alaşım perovskitlerinin elde edilmesi umulmaktadır. Tezin ikinci hedefi sıfır hidrostatik basınç altında tetragonal formda olan ABO3 alaşım perovskit yapılarının elastik ve piezoelektrik özellikleri ile ilgilidir. ABO3 tipi perovskitlerin piezoelektrik özellikleri ve bunların A- konumu ve B- konumlarının piezoelektriklik üzerine etkileri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlar piezoelektrik katsayılarının normal değerinin iki ila üç katı büyüklükte olduğunu göstermiştir. Bu tezin asıl hedefi, piezoelektrik olgusu üzerine kapsamlı bir çalışma yapmak ve daha önceden bilinmeyen çok büyük piezoelektrik katsayılı ABO3 tipi perovskit yapılarını tasarlamaktır.