Bor katkılı çinko oksit nanoyapılı ince filmlerin üretimi ve nem algılama performanslarının incelenmesi
Production and investigation of humidity sensing performance of boron doped zinc oxide nanostructured thin films
- Tez No: 829916
- Danışmanlar: DOÇ. DR. GÖKHAN ALGÜN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Nem oranı, Nem sensörleri, Humidity, Humidity sensors
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: İstanbul Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Katıhal Fiziği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, katkısız çinko oksit (ZnO) ve farklı konsantrasyonlarda bor (B) katkılı çinko oksit (BZO) nanoyapılı ince filmler üretilmiş ve bu filmlerin nem algılama performansı üzerinde B katkı konsantrasyonunun etkisi araştırılmıştır. Çalışmada, katkısız çinko oksit (ZnO) ve B katkılı ZnO nanoparçacıkları sol-jel yöntemi kullanılarak sentezlenmiştir. ZnO örgü içerisindeki B katkı konsantrasyonu %1 mol, %3 mol, %4 mol, %5 mol ve %10 mol B olacak şekilde değiştirilmiştir. BZO nanoyapılı ince filmler cam alttaş üzerinde döndürerek kaplama tekniği kullanılarak üretilmiştir. Yapısal, morfolojik ve elementel analizler sırasıyla, X-ışınları kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve enerji dağılımlı x-ışını spektroskopisi (EDS) ile gerçekleştirilmiştir. XRD analizine göre tüm filmler altıgen wurtzite yapıya sahiptir. ZnO örgü içerisine B katkılandığında, tercihli yönelim (002) düzleminden (101) düzlemine değişmiştir. SEM mikrografları, tüm nanoyapılı ince filmlerin nano boyutlu taneler ve kılcal-nanoporlar içeren bir yapıya sahip olduğunu ve nano boyutlu tanelerin filmlerin yüzeyinde homojen ve düzgün bir şekilde dağıldığını göstermiştir. EDS spektrumları, nanoyapılı ince filmlerdeki çinko, oksijen ve bor elementlerinin varlığını kanıtlanmıştır. Katkısız ZnO ve BZO nanoyapılı ince filmlerin bağıl nem algılama performansları, oda sıcaklığında %45–90 bağıl nem aralığında elektriksel direnç ölçümleriyle test edilmiştir. BZO nanoyapılı ince filmlerin nem algılama karakterizasyonunun, yüksek nem duyarlılığına, mükemmel kararlılığa, güvenilir ve tekrarlanabilir karaktere ve hızlı tepki ve iyileşme sürelerine sahip olduğu tespit edilmiştir. Çalışma elde edilen verilere göre, en yüksek nem duyarlılığına (438.44x) ve en hızlı yanıt (2 s) ve geri kazanım (14.2 s) sürelerine sahip olması bakımından en iyi yapının BZO5 olduğu kabul edilmiştir. Bundan dolayı, bu tez çalışması kapsamında yüksek performanslı nem sensörü için optimum B katkı konsantrasyonu %5 mol olarak değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışması, BZO nanoyapılı ince filmlerin, yüksek ve hızlı nem algılama performanslarından dolayı nem sensörü uygulamaları için büyük bir potansiyele sahip olduğunu açıkça ortaya koymuştur.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, undoped zinc oxide (ZnO) and boron (B) doped zinc oxide (BZO) nanostructured thin films at different concentrations were produced and the effect of B doping concentration on the humidity sensing performance of these films was investigated. In the study, undoped zinc oxide (ZnO) and B-doped ZnO nanoparticles were synthesized using the sol-gel method. B doping concentration in ZnO lattice was changed to be 1 mol%, 3 mol%, 4 mol%, 5 mol%, and 10 mol% B. BZO nanostructured thin films were produced on glass substrate using spin coating technique. Structural, morphological and elemental analyzes were performed by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive x-ray spectroscopy (EDS), respectively. According to XRD analysis, all films have a hexagonal wurtzite structure. When B doped into the ZnO lattice, the preferential orientation changed from (002) plane to (101) plane. SEM micrographs showed that all nanostructured thin films have a structure containing nano-sized grains and capillary-nanopores, and nano-sized grains are homogeneously and uniformly distributed on the surface of the films. EDS spectra have proven the presence of zinc (Zn), oxygen (O) and boron (B) elements in nanostructured thin films. The relative humidity sensing performances of undoped ZnO and BZO nanostructured thin films were tested by electrical resistance measurements in the range of 45–90% relative humidity at room temperature. The humidity sensing characterization of BZO nanostructured thin films has been found to have high humidity sensitivity, excellent stability, reliable and reproducible character, and fast response and recovery times. According to the data obtained from the study, BZO5 was accepted as the best structure in terms of having the highest humidity sensitivity (438.44x) and the fastest response (2 s) and recovery (14.2 s) times. Therefore, within the scope of this thesis, the optimum B doping concentration for the high performance humidity sensor was evaluated as 5 mol%. In conclusion, this thesis study clearly revealed that BZO nanostructured thin films have great potential for humidity sensor applications due to their high and fast humidity sensing performance.
Benzer Tezler
- Farklı bor bileşikleri kullanarak bor katkılı çinko oksit (BZO) filmlerin hazırlanması ve fiziksel özelliklerinin incelenmesi
Preparation and physical investigation of boron doped zinc oxide (BZO) films using different boron precursors
SONGÜL DEMİRÖZÜ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiHarran ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERHAT ASLAN
- Hidrotermal yöntem ile üretilmiş bor katkılı ZnO nanomalzemelerin yapısal ve optik özelliklerinin araştırılması
Investigation of structural and optical properties of boron doped ZnO nanomaterials produced by hydrothermal method
BÜŞRA AYTEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiFırat ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NİDA KATI
- Bor oksit katkısının çinko oksit'in mikroyapı ve elektriksel özelliklerine etkisi
The effect of boron oxide addition to the microstructure and electrical properties of zinc oxide
BERAT YÜKSEL
Doktora
Türkçe
2009
Metalurji Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TEVFİK OSMAN ÖZKAN
- Katkılı çinko oksit nanoparçacıkların elektriksel, optik ve fotokatalitik özelliklerinin incelenmesi
Electrical, optical and photocatalytic properties of doped ZnO nanoparticles
ALİ CAN GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiEge ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BİRCAN DİNDAR
- Hidrotermal yöntemle üretilen indirgenmiş grafen oksit/bor katkılı ZnO kompozit maddesinin süper kondansatör performansı
Hydrothermal method generated reduced graphene oxide/boron doped ZnO composite of super capacitor performance
AYÇA TANRIVERDİ
Doktora
Türkçe
2015
Fizik ve Fizik MühendisliğiKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÜMİT ALVER
YRD. DOÇ. DR. SÜLEYMAN KERLİ