Doktora TeziBu tezde, metal oksit bir malzeme olan TiO2 (titanya)'nın, doğada en yaygın olarak bulunan polymorfları anataz ve rutil yapılarının hacimsel ve bunlara dayanan küresel nanoparçacıkları ile kare kesitli nanotellerinin yapısal ve dinamik özellikleri sıcaklığa bağlı olarak moleküler dinamik simülasyon (MD) yöntemi kullanılarak incelenmiştir. Hacimsel yapıların simülasyonlarında sabit parçacık sayısı, basınç ve sıcaklıklı (NPT) toplulukları ile tek ve çift fazlı simülasyon tekniği, nanoparçacık simülasyonlarında ise sabit parçacık sayısı, hacim ve sıcaklıklı (NVT) toplulukları ile tek fazlı simülasyon tekniği kullanılmıştır. MD simülasyonlarında atomlar arası etkileşmeleri tanımlamak için Matsui Akaogi kuvvet alanı potansiyeli kullanılmıştır. Çalışılan tüm sistemlerin erime noktaları, enerji hacim, enerji sıcaklık, entalpi sıcaklık, ısı sığası sıcaklık, değişim eğrileri, lindemann erime kriteri ve yapısal olarak çiftler dağılım fonksiyonlarının (PDF), difüzyon, gibi sıvı karakteristik özellikleri incelenerek belirlenmiştir. Hacimsel ve nanoparçacık yapıların erime sıcaklıkları birbirleri ile karşılaştırıldıkların da, hesaplanan erime sıcaklıklarının NP boyutuna bağlı olarak değiştiği gözlenmiştir. NP boyutu artıkça erime sıcaklığı da artmaktadır. Bu değişim çeşitli termodinamik modeller ile karşılaştırılarak incelenmiştir. Kare kesitli anataz ve rutil nanotellerde telin kesitinin artmasıyla orantılı olarak erime sıcaklığıda artmaktadır. 2.25nm çaplı rutil nanotelin erime sürecini tamamladıktan sonra koparak küresel NP haline geldiği gözlenmiştir.AbstractIn this thesis, two most common phases, anatase and rutile structures, of TiO2 (titania) have been investigated by using the molecular dynamics (MD) simulation method. The temperature dependent structural and dynamic properties of bulk phases, and spherical nanoparticles and nanowires with square cross-section have been studied. Size effect on the physical properties of TiO2 (titania) nanomaterials have been also presented. Two phase simulation technique with a fixed particle number, pressure and temperature (NPT) ensemble in bulk simulations, fixed particle volume and temperature (NVT) ensembles in NP simulations have been used during the MD simulations. In MD calculations, Matsui Akaogi (MA) force field potential is used to describe the interactions between atoms. In order to determine the melting temperatures of the systems, the liquid characteristic properties including energy volume, energy temperature, enthalpy temperature, heat capacity temperature, Lindemann index, pair distribution functions and diffusion curves have been invastigated and compared. When the bulk and NP melting temperatures are compared with each other, it has been observed that the calculated melting temperatures are related to the size of NP. The melting temperature of NP increases as the size of NP increases. The melting temperature of spherical anatase nanoparticles is lower than that of bulk melting temperature. Several thermodynamical models are employed and compared with the calculated melting temperatures of different size nanoparticles on order to understand the melting process. The melting temperatures of anatase and rutile nanowires with square cross-section are also increasing with the increasing size. Moreover, the rutile nanowire with an approximate diameter of 2.25nm collapes to a spherical nanoparticle after completing the melting process
