Synthesis and Characterization of Single and Multilayer Graphene by Chemical Vapor Deposition Method

Year 2023, Volume: 15 Issue: 1, 277 - 285, 31.01.2023

Erhan Özkan

Abstract

In this study, detailed information about the synthesis and characterization of graphene, which has been able to change the direction of the industry around the world thanks to its superior properties since its discovery in recent years, and has therefore become a very interesting material, has been shared. Graphene, which is a two-dimensional form at the nanoscale in which carbon atoms are arranged hexagonally; when the cost-benefit, investment and time parameters are taken into consideration, it is synthesized by chemical vapor deposition method, which is the most suitable production method so far; many parameters such as growth temperature, substrate material, annealing time, pressure, quality of the gases used, and flow rates are effective. Graphene structure differs according to the combinations of these parameters. In this study, the details of synthesizing single-layer and multi-layer graphene were investigated. Raman Spectroscopy was used in the characterization of monolayer and multilayer graphene films. The structures of the films were checked by Scanning Electron Microscopy (SEM). The necessary parameters for the producing and characterization of single-layer and multi-layer graphene film layers were determined.

Keywords

Grafen, CVD, Tek Katmanlı Grafen, Çok Katmanlı Grafen, Raman, SEM, Graphene, Single Layer Graphene, Multilayer Graphene

Kimyasal Buhar Biriktirme Yöntemi ile Tek ve Çok Katmanlı Grafen Sentezi ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu çalışmada son yılların keşfedildiği zamandan itibaren üstün özellikleri sayesinde dünya çapında endüstrinin yönünü değiştirmeyi başaran ve bu sebeple oldukça ilgi çeken malzeme durumuna gelen grafenin sentezlenmesi ve karakterizasyonuna ait detaylı bilgiler paylaşılmıştır. Karbon atomlarının hekzagonal şekilde dizildiği nano ölçekte iki boyutlu bir formu olan grafenin; fayda-maliyet, yatırım ve zaman parametreleri ele alındığında şu ana kadar gerçekleştirilen en uygun üretim yöntemi olan kimyasal buhar biriktirme yöntemi ile sentezlenesinde; büyüme sıcaklığı, altlık malzeme, tavlama süresi, basınç, kullanılan gazların kalitesi ve akış miktarları gibi birçok parametre etkilidir. Bu parametrelerin kombinasyonlarına göre grafen yapısı farklılıklar göstermektedir. Bu çalışma kapsamında tek katmanlı ve çok katmanlı grafen sentezlenmesinin detayları araştırılmıştır. Tek katmanlı ve çok katmanlı üretilen grafen filmlerin karakterizasyonunda Raman Spektroskopisi kullanılmıştır. Filmlerin yapı kontrolü Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirilmiştir. Tek katmanlı ve çok katmanlı grafen film tabakalarının üretimi ve karakterizasyonu için gerekli olan parametreler tespit edilmiştir.

Keywords

Grafen, CVD, Tek Katmanlı Grafen, Çok Katmanlı Grafen, Raman, SEM, Graphene, Single Layer Graphene, Multilayer Graphene

References

• Abdelkader, M. R., Al-Salaymeh A., Al-Hamamre, Z. And Sharaf F.” A Comparative Analysis of The Performance of Monocrystalline and Multiycrystalline PV Cells in Semi-Arid Climate Conditions: The Case of Jordan “, Jordan Journal Of Mechanical And Industrial Engineering, Volume 4 Number 5, Pages 543-552, 2010.
• Al Badwawi, R., Issa, W. R., Mallick, T. K., &Abusara, M. (2019). Supervisory control for power management of an islanded AC microgrid using a frequency signaling-based Fuzzy Logic Controller. IEEE Transactions on Sustainable Energy, 10(1), 94-104.
• Arcos-Aviles, D. et al. "Battery management fuzzy control for a grid-tied microgrid with renewable generation." IECON 2012-38th Annual Conference on IEEE Industrial Electronics Society. IEEE, 2012.
• Arcos-Aviles, D., Pascual, J., Marroyo, L., Sanchis, P., Guinjoan, F., "Fuzzy Logic-Based Energy Management System Design for Residential Grid-Connected Microgrids," in IEEE Transactions on Smart Grid, vol. PP, no.99, pp.1-1 doi: 10.1109/TSG.2016. 2555245.
• Bergmann, R.B., Berge, C., Rinke, T.J., Schmidt, J., Werner, J.H. “Advances In Monocrystalline Si Thin Film Solar Cells by Layer Transfer “Solar Energy Materials &Solar Cells, Volume 74 Issues 1-4, Pages 213-218, 2002.
• Copeland, B.J., (2017), Artificial intelligence (AI), Encyclopedia Britannica, Erişim tarihi: 12.Kasım.2022.
• Erkul, A., “Monokristal, Polikristal ve Amorf-Silisyum Güneş Panellerinin Verimliliğinin İncelenmesi ve Aydınlatma Sistemi Uygulaması”, Yüksek Lisans Tezi, Gazi Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye, (2010).
• Ghazali, A., Rahman, A.M. “The Performance of Three Different Solar Panels for Solar Electricity Applying Solar Tracking Device Under the Malaysian Climate Condition “Energy and Environment Research, Volume 2 Number 1, Pages 235-243, 2012.
• Kıyanciçek. E., “Fotovoltaik Sistemlerin Boyutlandırılması İçin PSV2 Paket Programının Gerçekleştirilmesi” Yüksek Lisans Tezi, Selçuk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Anabilim Dalı, Konya, Türkiye, (2013).
• Kiam Heong, A., Chong, G., and Li, Y. "PID control system analysis, design, and technology." IEEE transactions on control systems technology 13.4 (2005): 559-576.
• Özsoy., M.F., “Hibrit Rüzgâr-Güneş Enerji Üretim Sistemi ile Bir Elektrik Laboratuvarının Genel Aydınlatma Tasarımı” Yüksek Lisans Tezi, Afyon Kocatepe Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elektrik Eğitimi Anabilim Dalı, Afyonkarahisar, Türkiye, (2011).
• Russel S., Norvig P., Artificial Intelligence, A Modern Approach, Prentice Hall, 2nd Edition, 2003.
• T. Butz, Fourier Transformation for Pedestrians. Cham, New York, NY, USA: Springer, 2015.
• Tektaş M. vd., Yapay Zekâ Tekniklerinin Trafik Kontrolünde Kullanılması Üzerine Bir İnceleme, Marmara Üniversitesi, Teknik Bilimler MYO, 2002.
• Zhou, Haihua, et al. "Composite energy storage system involving battery and ultra-capacitor with dynamic energy management in micro grid applications." IEEE transactions on power electronics 26.3 (2010): 923-930.