FBE- Nano Bilim ve Nano Mühendislik

Bu topluluk için Kalıcı Uri

http://hdl.handle.net/11527/183
Nano Bilim ve Nano Mühendislik Ana Bilim Dalı altında bir lisansüstü programı olup, yüksek lisans ve doktora düzeyinde eğitim vermektedir.

Gözat

Yazar "10006232" ile FBE- Nano Bilim ve Nano Mühendislik'a göz atma
  • Öge
    Tungsten Oksit Tabanlı Kromojenik Sistemlerin Üretimi Ve Analizi
    (Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013-09-13) Mohsenı, Amin Tabatabaeı ; Zayim, Esra Özkan ; 10006232 ; Nanobilim ve Nanomühendislik ; Nanoscience and Nanoengineering
    Fotokromizm (PC) geri dönüşümlü renk değişimi olarak tanımlanır, ya da daha genel olarak morötesi veya görünür ışığın soğurulmasının bir sonucu olarak malzemenin renginin değişmesidir. Fotokromizm, optik cihazların aktif elmanı olarak, veri kaydı ve saklama işlemlerinde, çok renkli ekranlarda, optik bellek ve yüksek hızlı fotonik anahtarlarda, optik iletişim için polarizasyon cihazlarında ve ışık bölücülerde, görüntü işleme ve filtrelerde yüksek kullanım potansiyeline sahiptir. Bu nedenle bu tip malzemeler üzerindeki araştırmalar halen yoğun olarak devam etmektedir. Prensip olarak, hem inorganik hem de organik maddeler fotokromik özellik gösterebilir. Tungsten oksit, nispeten yüksek stabilitesi, dayanıklılığı, çok fonksiyonlu özelliklerinin yanı sıra yüksek renk verimliliği nedeniyle inorganik maddeler arasında kromojenik uygulamalar için en iyi aday olarak kabul edilmiştir. Üstün özelliklerinden ötürü tungsten oksidin hem fotokromik özellikleri hem de elektrokromik özellikleri Deb’in amorf WO3’ün fotokromik özelliklerini ile ilgili çalışmasından bu yana detaylı olarak incelenmiştir. Geleneksel olarak tungsten oksit, elektrodepozisyon, vakum biriktirme, termal buharlaştırma, püskürtme, sol-jel, moleküler ışın epitaksi (MBE), fiziksel buhar biriktirme (PVD), kimyasal buhar biriktirme (CVD) gibi çeşitli tekniklerle farklı şekillerde hazırlanabilir. Buna ek olarak, elektrospin ve damlacık çekme tekniklerinin gelişmesi, araştırmacılara sırasıyla tungsten oksit nanolifler ve mikrofiberler hazırlama imkânını sunmuştur. Tungsten oksit filmler (WO3) bugüne kadar üzerinde en çok çalışılan elektrokromik malzeme olmuştur. Tungsten oksit filmler gerilim uygulandığında tersinir olarak saydam halden mavi hale dönerler. Deb tarafından 1969’da ilk defa tungsten oksitin elektrokromik özellikleri rapor edildiğinden bu yana pek çok farklı elektrokromik malzeme farklı kaplama yöntemleri ile kaplanmıştır. Renklenme mekanizmasının esaslarını anlamak için tungsten oksit filmler en ideal malzemelerdir, çünkü; tungsten oksit filmler; termokromizm, fotokromizm ve elektrokromizm gibi çeşitli tiplerde renklenme özellikleri gösterirler; diğer elektrokromik malzemelerden çok daha detaylı çalışılmışlardır; bugüne kadar çalışılan çoğu elektrokromik cihazda en uygun optik fonksiyon gösteren tabaka olmuştur. Elektrokromik özellik gösteren diğer metal oksitlerin pek çoğunun fizik ve kimyası oldukça benzerdir; bu nedenlerle tungsten oksit filmler, optik olarak aktif tabakaların ana özelliklerini açıklıyabilmek için güvenilir bir modeldir. Bütün bu nedenlerden ötürü tungsten oksit filmlere olan ilgi hala sürmektedir. Tungsten oksidin elektrokromik özellikleri önemli ölçüde çalışılmasına rağmen, fotokromik özellikleri elektrokromizm kadar dikkat çekmemiştir. Bunun sebebi tungsten oksidin ışığın etkisi ile renk değişiminin tersinirliğinin uzun ömürlü olmamasıdır ve bu nedenle tungsten oksidin fotokromik alanında kullanımı sınırlıdır. Genel olarak, tungsten oksit tersinir renk değiştirme özelliğinden ötürü elektrokromik sistemler tercih edilmiştir. Elektrokromik sistemlerin en yaygın tasarımı yedi katmanlı olan yapısıdır (elektrot, elektrolit ve diğerleri). Ayrıca güç kaynağı gereksinimi bulunmaktadır. Geri dönüşü olmayan renk değişimine rağmen fotokromik sistemler daha az zahmetli olan iki katmanlı üretim şekilleri sebebiyle elektrokromik sistemlere göre daha uygun bulunmaktadır ve güç kaynağı gereksinimi bulunmamaktadır. Tungsten oksit filmler kaplama yöntemine ve kaplama parametrelerine bağlı olarak çok farklı elektriksel ve optik özellikler sergilemektedir. Bundan ötürü bu çalışmada farklı yöntemlerle filmler kaplanmış ve kaplama parametreleri değiştirilip tungsten oksit filmlerin yapısal, optik ve elektrokromik özellikleri araştırılmıştır. Deneysel kısmın ilk kısmında, tungsten oksit ince filmler WCl6, W metal tozu ve AIPTA olmak üzere farklı başlangıç malzemeleri kullanılarak elektrodepozisyon yöntemi ile ITO kaplı camlar üzerine kaplanmıştır. Filmlerin kalınlıkları mümkün olduğunda aynı tutulmaya çalışılmıştır. Elektrodepozisyon yöntemiyle elde edilen tungsten oksit filmlerin optik ve yapısal analizleri yapılmıştır. WCl6 başlangıç malzemesi ile tungsten oksit filmler hızlı, zahmetsiz ve az malzeme israfi ile düzgün şekilde kaplanmıştır. WCl6 başlangıç malzemesi ile tungsten oksit filmler çalışmanın ikinci bölümünde sol-jel yöntemiyle kaplanmıştır. Deneysel kısmı ikinci aşamasında filmler sol-jel yöntemlerinden olan daldırma yöntemi ile WCl6 başlangıç malzemesi ile Corning cam taşıyıcılar üzerine kaplanmıştır. Bu aşamada literatürde çok yaygın olarak kullanılan WCl6 ve etanol ile hazırlanan reçete kullanılmış ve SEM, XRD, EDS ve UV-Vis. Spektrofotometresi alınarak filmlerin optik, yapısal ve kimyasal analizleri yapılmıştır. Sol-gel yöntemi diğer kaplama yöntemlerine kıyasla daha basit, hızlı ve daha az malzeme kullanıldığı için ekonomiktir. Sol-gel yöntemi ile metal oksitleri ya da organik moleculeri birbirine karıştırarak kaplama yapmak mümkündür. Daha gözenekli filmler de kolaylıkla elde edilmektedir. Bu avantajlarından ötürü sol-gel yöntemi ile tungsten oksit filmler hem daldırma hem de döndürme yöntemleri ile kaplanmış ve karakterizasyonları yapılmıştır. Şimdiye kadar, tungsten oksit yapılar tungsten hekzaklorür, metalik tungsten tozu, WO3 tozu, tungsten (IV) izopropoksit, tungstik asit tozu, W metali gibi birçok farklı başlangıç malzemeleri kullanılarak sol-jel, elektrodepozisyon, vakum buharlaştırma, sıçratma vb gibi farklı kaplama yöntemleri ile elde edilmişlerdir. WCl6 başlangıç malzemesi kullanılarak hem elektrodepozisyonla hem de sol-jel yöntemi ile tungsten oksit filmler hazırlanmış ve detaylı olarak optik, yapısal karakterizasyonları yapılmıştır. Çalışmanın üçüncü aşamasında, tungsten hekzaklorür (WCl6) ve polivinilpirrolidon (PVP) organik/inorganik moleküllerin karışımı ile ince film ve mikroyapılar elde edilmiştir. Bu reçete literatürde daha önce bilinen yöntemler üzerine çeşitli avantajlar sağladığı gözlenmiştir. Bunlar şu şekilde özetlenebilir: İlk olarak, tersinir renk değişikliği gösteren filmler ve mikroyapıların elde edilmesine imkan vermektedir. İkincisi, ince filmden, mikro ve nanoliflere kadar farklı boyutlarda tungsten oksit yapıları elde etme imkanı vermektedir. Nanolifler, mikrolifler ve ince filmler farklı metotlar kullanılarak elde edilmiştir (elektrodepozisyon, döndürme ve daldırma kaplama, damlacık çizim ve elektrodöndürme gibi). Bu yapılar kağıt, cam, metal gibi pek çok farklı yüzeye uygulanabilmiştir. Bu reçete ile hazırlanan tungsten oksit yapıların optik ve elektrokimyasal analizleri, bu filmlerin ve liflerin büyük optik modülasyona ve yüksek tersinirliğe sahip olduğunu göstermiştir. Sonuç olarak, bu reçete ile hazırlanan tungsten oksit filmler ve mikrolifler tersinir fotokromik özellikler sergilemişlerdir. Deneysel bölümün son kısmında, tungten oksit nanolifler ve mikrolifler, WCl6 ve W metal tozu başlangıç malzemesi kullanılarak metal, cam, ITO kaplı cam taşıyıcılar üzerine elekrodöndürme yöntemiyle toplanmıştır. AIPTA başlangıç malzeme kullanılarak mikro ve nanolifler elde edilememiştir. Tungsten oksit mikro ve nanolif oluşturma parametreleri optimize edilmiştir. Daha sonra bu tungsten oksit liflerin altlıklara tuturulması ısıl işlem ile iyileştirilmiştir. Tungsten oksit lifleri elde etmek için 500oC’de kalsinasyon işlemi uygulanmış ve ortamdaki polimer uzaklaştırılmıştır. SEM, XRD, FTIR, XPS, UV-Vis. Spektrofotometre cihazları kullanılarak bu tungsten oksit yapıların, mikroyapısal, optik ve kimyasal analizleri detaylı olarak yapılmıştır. Özellikle WCl6 başlangıç malzemesi ile elde edilen tungsten oksit/PVP mikrolifler ve filmler üstün fotokromik özellikler sergilemiştir. UV aydınlatmaya maruz bırakılan bu tungsten oksit yapılardan, tersinir ve yüksek ömre sahip PC sistemler elde edilmiştir.