FBE- Fizik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/38

Gözat

Yazar "Çelebioğlu, Nesrin" ile FBE- Fizik Mühendisliği Lisansüstü Programı - Doktora'a göz atma
  • Öge
    Polimer yapı içerisinde sentezlenen ZnO nanoparçacıklarının spektroskopik ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2016) Çelebioğlu, Nesrin ; Yılmaz, Yaşar ; 444239 ; Fizik Mühendisliği ; Physics Engineering
    Malzemeler nanometre boyutlarına indiğinde, kuantum sınırlama etkisi nedeniyle bulk malzemelerden farklı özellikler göstermektedir. Nano boyutta elde edilen yarı iletken parçacıkların optik ve elektronik davranışlarında da çok önemli değişiklikler meydana gelmektedir. Bu ilginç kuantum doğaları nedeniyle, yarıiletken nanoparçacıklar uzun süredir bilimsel ilgiye sahip olmaktadırlar. Çinko oksit (ZnO), şeffaf elektrotlar, ince film transistörleri, ışık yayan diyotlar (ledler), ince film gaz sensörleri, güneş hücreleri, lüminesans malzeme ve biyolojik floresans etiketleme gibi bir çok alanda umut verici uygulamaları olması nedeniyle, nano ölçekte en çok çalışılan yarıiletken oksitlerden biridir. ZnO nanoyapıların düşük maliyetli olmaları, yarıiletken karaktere sahip olmaları ve diğer yarıiletkenlere göre zehirli olmamaları, antibakteriyel etkinlikleri, kolay hazırlanmaları, floresans özellik göstermeleri ve geniş enerji bant aralıkları gibi özellikleri bulunmaktadır. ZnO nanoparçacığın yaydığı ışığın dalgaboyu, parçacığın boyutu ile ayarlanabilmektedir. Bundan dolayı, sentez sırasında nanoparçacıkların boyutunun kontrolü, farklı floresans özelliklere sahip parçacık elde edebilmek için önemli bir parametre haline gelmektedir. ZnO nanoparçacıklarınının kümeleşme eğiliminini azaltmak, çeşitli özelliklerini iyileştirmek ve kullanım alanını genişletmek için polimer yapılar ile birlikte nanokompozitler üretilmektedir. Genellikle polimer çalışmalarında, nanoparçacıklar polimerden ayrı sentezlenip polimer matrisine gömülmekte ya da polimerler nanoparçacık çözeltisine eklenmektedir. Literatürde yapılan çalışmalardan farklı olarak bu çalışmamızda, ZnO nanoparçacıkları polimerik jel içerisinde sentezlenmiştir. Bu yol ile hem sentezlenen ZnO boyutu istenilen aralıkta tutulabilmekte hem de nanokompozitlere bazı yeni özellikler kazandırılmaktadır. Çalışmamızın temel amacı ZnO nanoparçacıklarının polimerik jel içerisinde sentezlenmesi ve jelin morfolojisini değiştirerek boyut kontrolünün ve dağılımının ayarlanabilmesidir. Çalışmamızda, insan vücut sıcaklığına yakın sıcaklıkta faz geçişi ile bilinen ve kullanılan sıcaklığa duyarlı polimerik yapı olan Poli(N-izopropilakrilamid) (PNIPAm) polimer malzeme olarak kullanılmıştır. İlk olarak ZnO nanoparçacıkları çözelti içerisinde sentezlenmiş ve optik özellikleri incelenmiştir. ZnO'ya ait emisyon piklerinin hangilerinin derin-tuzaklanmış (yüzeylerdeki kusurlarda olan uyarılmalar) geçişlerden hangilerinin bantlar arası geçişlerden (valans ve iletkenlik bandları arasındaki geçişler) kaynaklandığı belirlenmiştir. Ayrıca parçacıkların kaplanmasının ve sentez sıcaklığı değişiminin boyuta ve optik özelliklere etkisi TEM, SEM, XRD analizi ve floresans, absorbans ölçümleri yapılarak incelenmiştir. Jel içerisinde sentez deneylerine ön bilgi vermesi için ZnO nanoparçacıkları lineer (çapraz bağlayıcı içermeyen ağ yapısına sahip olmayan) polimer içerisinde sentezlenmiştir ve optik özellikleri incelenmiştir. Elde edilen spektrumlarda monomer (NIPA) molaritesi arttıkça ZnO'nun yeşil emisyon pikinin maksimumunun kısa dalga boyuna doğru kaydığı görülmüştür. (NIPA molaritesi arttıkça yeşil emisyon maksimumu 521 nm'den 510 nm'ye değişmiştir.) Yapılan deneyler jel içerisinde sentez yapılabileceği ve jelin iç morfolojisine bağlı olarak parçacıkların spektrumlarının değiştirilebileceği konusunda bize bilgi vermiştir. Çalışmanın sonraki bölümlerinde ZnO nanoparçacıkları silindirik PNIPAm jel matrisi içerisinde başarıyla sentezlenmiştir. Silindirik jel boyunca konumun fonksiyonu olarak parçacık boyut değişimi elde edilmiştir ve jelin şişip büzülmesi ile spektroskopik davranışların ayarlanabileceği gösterilmiştir. Bu yolla, ZnO'nun görünür ışık emisyonunun tamamen sönümlendirilebilir ya da şişirme derecesi ve çözücü tipi değiştirilerek güçlendirilebilebir olduğu görülmüştür. Bu sentez yönteminin avantajı, aynı sentezde farklı dağılımlar elde edilmesidir. Ayrıca kuru halde sadece UV, şişmiş halde ise yeşil emisyona da sahip olması farklı kullanım alanlarına göre ayarlanabilmesi açısından önemlidir. Literatürde yapılan bazı çalışmalarda ZnO'nun UV emisyonu kullanılırken diğerlerinde ise yeşil emisyon ön plana çıkmaktadır. Ayrıca jeldeki gözenekli yapıya bağlı olarak ZnO nanoparçacıklarının boyutu değiştirilebilmektedir. Farklı morfolojideki PNIPAm jellerinin iç yapısı incelendiğinde çapraz bağlayıcı konsantrasyonu arttıkça jelin gözeneklerinin daha dar ve daha homojen olduğu görülmüştür. Çapraz bağlayıcı konsantrasyonu değiştirilerek jelin morfolojisi (iç yapıdaki gözenek yapısı) değiştirilmiş ve ZnO nanoparçacıkları bu gözeneklerde sentezlenmiştir. Çapraz bağlayıcı miktarı arttıkça nanoparçacıkların boyutunun azaldığı ve buna bağlı olarak da floresans spektrumlarının değiştiği görülmüştür. Çalışmamızda önerdiğimiz sentez yöntemlerinin nanoparçacıkların boyut kontrolü yöntemi olarak umut verici olduğunu düşünmekteyiz. Son olarak, ZnO nanoparçacıklarının PNIPAm jelinin özelliklerine etkisini görmek için elde edilen farklı morfolojideki ZnO/PNIPAm nanokompozit yapılarının optik, mekanik ve termal özellikleri ayrıntılı olarak incelenmiştir. Saf ve kompozit örneklerin termal özellikleri incelendiğinde, TGA eğrilerinden kompozit örneklerin bozunmaya başlama sıcaklıklarının saf örneklere göre daha düşük olduğu görülmüştür. Mekanik ölçüm değerlerini incelediğimizde ise çapraz bağlayıcı konsantrasyonu her iki örnek grubunda da (saf ve kompozit jel örnekleri) basınç dayanımını önemli derecede etkilemiştir. Çapraz bağlayıcı konsantrasyonu azaldıkça saf jellerde basınç dayanımı 78 kPa'dan 354 kPa'ya, kompozit jellerde ise 343 kPa'dan 517 kPa'ya artmıştır. Kompozit jellerin saf jellere göre daha yüksek basınç dayanımına sahip oldukları görülmüştür. Çapraz bağlayıcı konsantrasyonu arttıkça saf jellerde elastik modülü değeri 36.5 kPa'dan 212 kPa'ya, kompozit jellerde ise 97.5 kPa'dan 314 kPa'ya artmıştır. Jel içerisinde sentezlenen ZnO nanoparçacıklarının PNIPAm jellerinin mekanik özelliklerini iyileştirdiği sonucuna varılmıştır.