Synthesize and characterization of ZnSe based type I and type II heterostructure nanostructures
ZnSe tabanlı tür I ve tür II heteroyapı nanokristallerin sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 485236
- Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Nanoyapı malzemeler, (örneğin elektronik, optoelektronik ve biyolojik) kütle ve moleküler seviyeler arasındaki boşluğun doldurması ve uygulamalar için ilgi çekmeye başlamışlardır. Bir parçacık, <100 nm boyutundayken optik ve elektronik özellikler bakımından farklı bir davraniş sergiler, nanoyapı olarak adlandırılır ve şu şekilde kategorize edilir: (1) iki boyutlu, örneğin ince filimler veya kuantum kuyuları, (2) bir-boyutlu, örneğin kuantum teli (3) sıfır-boyutlu, örneğin kuantum noktaları. Kuantum noktalarının geleneksel çalışma ilkesi, yayılan ışığın rengini parçacığın büyüklüğünün belirlediği sözde kuantum kısıtlama etkisine dayalıdır. Bu yeni yöntem ise baştan aşağı farklı bir fiziksel mekanizmaya yöneliyor: Kuantum noktalarının içerisinde gerilme yoluyla tetiklenen bir elektriksel alan. Bu alan, noktaların etrafında kalınca birer kabuk oluşturulmasıyla elde ediliyor. Böylece iç çekirdek basınca uğruyor ve yoğun bir dahili elektriksel alan yaratılmış oluyor. Bu sayede renklerin belirleyicisi bu alan oluyor. Yarıiletken kuantum noktaları (QDs), benzersiz optik ve elektronik nitelikleri nedeniyle biyoloji ve tıp alanında yoğun ilgi görmektedirler. Bu nitelikler, özellikle de fotoağarma'ya eğilimlerinin az oluşu ve floresan dalgaboylarının, büyüklüklerine bağlı oluşu; onları kanser biyoişaretlerinin in vitro ve in vivo hücre/doku/tüm vücutta floresan araştırılmasında uygun kılmaktadır. Araştırmacılar arasında QD teknolojisindeki son gelişmelere yönelik yoğun bir ilgi bulunmaktadır. QDler amfifilik polimerlerle enkapsüle edilmekte ve tümör hedefleyici ligandları bağlamakta ve tümör hücrelerinin hedeflenmesi, görüntülenmesi, tedavi edilmesi için ilaç taşıyan keselere dönüşmektedir. Şimdiki çalışmalar QD'lerin özelliklerini, bir kan analizinde ya da kanser doku biyopsilerinde çok sayıda kanser biyoişaretini eşzamanlı tespit edebilecek şekilde geliştirmeye odaklanmıştır. QD teknolojisindeki bu ilerlemeler, tümör hücrelerindeki moleküler olaylar hakkındaki bilgilerin artışı ve kanserin erken tanısıyla el ele gidecektir. Pek çok tümör ancak milyonlarca hücreden oluşan bir büyüklüğe eriştiğinde ve çoktan metastaz yapmış haldeyken tespit edilebildiğinden, kanserin erken tanısı çok istenen bir şeydir. Şimdiki tıbbi görüntüleme, doku biyopsisi ve vücut sıvılarının biyokimyasal analizi (ELISA yöntemiyle) pek çok kanserin erken evrede tanısı için yeterli duyarlılık ve özgüllükte değildir. Ayrıca bu analizler yoğun işgücü gerektirmekte, zaman almakta, pahalı olmakta ve çok sayıda analizi bir arada yapamamaktadır. Diğer taraftan, QD temelli tanı hızlı, kolay ve ucuz olacaktır. QD'ler tümörleri tespit etmek için ideal olmalarını sağlayan benzersiz özelliklere sahiptir. Güçlü ve devamlı floresan ışımaları, fotoağarmaya dirençleri, ışığı emip yaymalarının çok etkili olmasına bağlı yüksek sensitiviteleri bu özelliklerinden bazılarıdır. Hacimlerine göre geniş yüzey alanları olması sayesinde tek bir QD değişik moleküllerle konjuge edilebilir ve böylece xxii karmaşık çok işlevli nanoyapılar oluşturulabilir. Proteinler, özgül DNA ve mRNA dizileri gibi farklı tipte biyoişaretleri serum örneklerinde tanıyabilirler. Bu nedenlerle QD'lere dayalı yaklaşım, çok sayıda biyoişaretin eşzamanlı tanınması ile daha etkili kanser tanı yöntemleri geliştirilmesine öncülük edecektir. QD'ler floresan prob uygulaması için antikor, peptit, nükleik asit gibi değişik biyomoleküllere kovalent olarak bağlanabilirler. QDlerin biyolojideki bazı uygulamaları, in vivo moleküler görüntülemedeki mükemmel potansiyelleri gibi, halihazırda keşfedilmekte. Kuantum noktalar çekirdek veya çekirdek/kabuk biçiminde sentezlenebilir ve genellikle periyodik tablodaki III-V ve II-VI ailesinden veya yarı iletkenlerden üretilirler. Kuantum noktalarının küçük boyutu, kuantum sınırlandırıcı etkisine sebep olur. Bu etki, band aralığının genişlenmesı ve enerji seviyelerinin ayrılması demektir. Bu etki şarj taşıyıcıları arasındaki coulomb etkileşiminin bir yükselişi ile birlikte verilir. Bir foton emilimiyle bir elektron-delik çifti oluşturulduktan sonra, elektron-delik çiftleri,“exciton”olarak adlandırılan yarı parçacığı oluşturan karşı yükler vasıtasıyla birbirleriyle etkileşime girer. Cep telefonundan kanser tanı sistemlerine kadar çok geniş bir alanda kullanımı bulunan“ kuantum noktaların”kilogram ölçeğinde üretimi için İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü'nde (İYTE) çalışma başlatıldı. Bir günde gram ölçeğinde üretimi başaran laboratuvar, yıl sonunda bir günde kilogram ölçeğindekuantum nokta üretmeyi planlıyor. Çalışmanın ana amacı, özel sektörün dikkatini çekmek. LED televizyonlar ve cep telefonlardaki canlı renkleri, saç kılının 20 binde biri boyutundaki yarı iletken nano kristallere borçluyuz.“Kuantum nokta”adı verilen ve farklı işlevler yüklenebilen parçalar, sıvı ya da toz halde üretilebiliyor. Halen tamamı ithal edilen kuantum noktaların yerli imkanlarla üretimi için Kalkınma Bakanlığı desteğiyle kurulan İYTE Fen Fakültesi laboratuvarlarında bir TÜBİTAK projesi başlatıldı. Kuantum noktaların ticarileşmesi için büyük ölçekte üretim yapabilmenin en kritik aşama olduğunu vurgulayan Özçelik, dünyada özellikle yeni nesil ekranlarda kuantum noktaların kullanıldığına işaret etti. Bir eksitonun toplam enerjisi, kuantum sistemleri tarafından yayılan ışığın rengiyle (dalga boyu) tanımlanır. Eğer bu eksitonlar çekirdeğin içinde sınırlanmış durumdaysarlar, bunlar Tür-I olarak adlandırılır. Eksitonlardan biri çekirdeğin içinde ve diğeri kabuğun etrafında ayrı hareket etmeleri halinde Tür-II yarı iletkenleri olarak adlandırılırlar. Bir yük taşıyıcı maddenin çekirdeğe lokalize edildiği ve diğeri yapının her tarafında delokalize olduğu durumda, tip-I1/2 veya yarı tip-II olarak adlanır. ZnSe tabanlı çekirdek/kabuk QD'larını, deneysel ve pıratik açıdan çekici hale getiren, yeni özellikler keşf edilmektedir. Yarı-iletken kuantum noktaları, özellikle çekirdek/kabuk nano kıristaller, gerilimli malzemeler sınıfında yer almaktalar ve yeni özelliklere sahipler. Çekirdek/kabuk kuantum noktalarında, çekirdek ve kabuk arasındaki örgü uyuşmazlığı yapısal, elektronik ve optik özellikleri etkiliye bilir. Bu tez çalışmasında ZnSe çekirdeği ve ZnSe/Cd(Zn)S çekirdek/kabuk ZnSe/CdxZn1-xS çekirdek/üçlü kabuk ve ZnSe/Cd(Zn)S/Zn(Cd)S çekirdek/çok kabuklu nano kıristalleri sentezi amaçlanmıştır ve kuantum noktalar, UV-Vis spektrofotometre, PL, HRTEM ve XRD ile karakterize edilmiştir ve arayüzey katmanında gerginlik miktarı elde edilmiştir; çekirdeğin çapı, sıkıştırıcı ve ya çekici kabukla kaplantıktan sonra, teorik olarak hesaplanmıştır. ZnSe çıplak çekirdek ve diğer çekirdek/kabuk heteroyapilar, nanosem laboratuvarımızda, makalelerde belirtilen en yeni tekniklerle sentezlenmiştir. Üretilen kuantum noktalarin kıristal yapısı ve optik özelliklerinin karakterizasyonu için XRD, UV-Vis spektrofotometre ve PL analizi yapılmıştır. Çekirdek ve kabuk arasındaki örgü uyumşuzluğundan kaynaklanan ara yüzey gerilimi, kontinyum elastisite teorisinden hesaplanmıştır ve kaplanmış çekirdek çapı etkin kütle yaklaşımı yontemiyle uygulanmıştır. TEM'den alınan çıplak çekirdeğin çapı, hesaplanmış olan gerilmli kabukla kaplanmış çekirdek iyle karşilaştırılmıştır. Kaplanmış çekirdeğin gerilim ve ya sıkılım miktarı, çekirdek/kabuk yapısındaki örgü uyuşmazlığı miktarı ile orantılı olarak bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Nanostructured materials are of interest because they can bridge the gap between the bulk and molecular levels and leads to entirely new avenues for applications, especially in electronics, optoelectronics and biology. When a solid exhibits a distinct variation of optical and electronic properties with a variation of particle size <100 nm, it can be called a nanostructure, and is categorized as (1) two dimensional, e.g., thin films or quantum wells, (2) one dimensional, e.g., quantum wires, or(3) zero dimensional e.g., quantum dots. QDs can be sytnhesized in core or core/shell forms due to interest and generally are made from III-V and II-VI family or semiconductors in the periodic table. The small size of quantum dots (QDs) result in an observable quantum confinement effect, defined by an increasing bandgap accompanied by the quantization of the energy levels to discrete values. This effect is accompanied by an exaltation of the coulomb interaction between the charge carriers. Once an electron-hole pair is created by the absorption of a photon, they interact with each other by means of their opposite charges, forming a quasi-particle called“exciton”. The total energy of an exciton indicates the color (wavelength) of the light emitted by the quantum systems. If these excitons are confined in the core, they are called Type I and if they seperetly move around core and shell they are called Type II semiconductors. The intermediate case, in which one charge carrier is localized to the core and the other is delocalized over the whole structure, is known as type-I1/2 or quasi type-II. ZnSe based core/shell QDs exhibit novel properties, making them attractive from both experimental and practical point of view. Semiconductor QDs, typically prepared as core/shell NCs, are a class of strained materials with novel properties. In core/shell NCs, lattice mismatch induced stress between core and shell affects the structural, electronic and optical properties such as core diameter, band offsets and exciton energy. In this thesis, the synthesis of ZnSe core and ZnSe/Cd(Zn)S core/shellZnSe/CdxZn1-xS core/ternary shell and ZnSe/Cd(Zn)S/Zn(Cd)S core/multishell NCs was aimed and the NCs characterized by UV-Vis, PL, HRTEM and XRD along with obtaining strain amount in interfacial layer and calculating capped core diameter theoretically after the compressive and tensile shell deposition. The ZnSe core and the other core/shell heterostructurs were synthezed in our nanosemlab with our equipments according to the latest techniques referenced in articles. The XRD analysis used for determining the atomic and molecular structure of the produced QDs and for characterization of optical properties UV-Vis, PL analysis were done. The induced interface strain from lattice mismatch between core and shell was calculated from continuum elastic theory and applied in effective mass approximation method to obtain the corresponding capped core diameter. The calculated results were compared with diameter of bare core TEM images to obtain the amount the core stretched or squeezed after deposition of tensile or compressive shells. The stretched and squeezed amount of the capped core found to be in proportion with lattice mismatch amount in the core/shell structure.
Benzer Tezler
- Sivas'ta kadınların işgücüne katılım farklılıkları
Başlık çevirisi yok
BİNNUR ERCEM
Yüksek Lisans
Türkçe
1984
SosyolojiCumhuriyet ÜniversitesiKurumlar Sosyolojisi Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. FARUK KOCACIK
- 1,3-difenil-4,5-bis(hidroksiimino)-imidazolidin ve Ni(II), Cu(II), Pd(II), UO2(VI) komplekslerinin sentezi
Başlık çevirisi yok
VEFA AHSEN
Doktora
Türkçe
1984
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZER BEKAROĞLU
- A-ve B- naftalinsulfonik asit sentezleri üzerine çalışmalar
A Study on the synthesis of A-;B- naphtalenesulphanic acid
YILMAZ YILDIRIR
- Buca yerleşme merkezinde ekoloji yönünden önemli biyotoplar üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
KEMAL TULUHAN YILMAZ
- Isı değiştirgeç ağlarının optimum sentezi
Başlık çevirisi yok
SERAP CESUR
Yüksek Lisans
Türkçe
1987
Kimya MühendisliğiEge ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BENO KURYEL