İki bileşenli metal oksit nanomalzemelerinin morfolojik ve elektriksel özelliklerinin karakterizasyonu
Characterization of morphological and electrical properties of two-component metal oxide nanomaterials
Yazar: BÜŞRA İNCE
Danışman: DOÇ. DR. TÜLAY YILDIZ
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında iki farklı metot kullanılarak iki bileşenli metal oksit nanomalzemeler üretilmiştir ve üretilen numunelerin yapısal, morfolojik, optik ve elektriksel özellikleri incelenmiştir. Bu amaçla katkısız CdO ve farklı oranlarda (%0,2, %0,5, %1 ve %2) CuO katkılanarak iki bileşenli metaloksit nanomalzemeler sol-jel döndürerek kaplama ve hidrotermal yöntemi kullanılarak başarılı bir şekilde ince film ve nanotoz olarak üretilmişlerdir. Üretilen ince filmlerin ve nanotozların yapısal analizleri için X ışını kırınımı (XRD), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X-Işını Spektroskopisi (EDX), optik analizleri için Enerji Dağılımlı Ultraviyole-Görünür Spektroskopi (UV–Vis), Fourier dönüşümü spektroskopisi (F-TIR) kullanılarak yapısal özellikleri karakterize edilmiş bu özellikler üzerine katkılamanın etkileri incelenmiştir. Ayrıca üretilen ince filmlerin ve nanotozların öz iletkenliklerini belirlemek için iki nokta prob metodu kullanılmıştır ve üretim optimizasyonu belirlenmiştir.
Elde edilen ince filmlerin ve nanotozların X-ışınları kırınım desenlerinden yapıların polikristal ve yüzey merkezli kübik yapıda oldukları belirlenmiştir. İnce filmlerin 10nm x 10nm mikron alanda 2 boyutlu ve 3 boyutlu Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) görüntülerinden  ince filmlerin, mikrometre ölçeğinde nispeten yoğun ve homojen çubuksu nano yapılar şeklinde olduğu görünmektedir. Nanotozların FESEM görüntülerinden yapının daha çok küresel nanopartiküllerden oluşan aglomerasyon yapılar olduğu ve EDX görüntülerinden yapının CdO ve CuO'dan oluştuğu görünmüştür. Sol-jel ve Hidrotermal yöntemi ile elde edilen  katkısız CdO ve CuO katkılı CdO yarıiletken ince filmlerin ve nanotozların optik özellikleri incelenmiş, direkt bant geçişine sahip oldukları saptanmış ve ayrıca yasak enerji aralığının 1.74 - 2.56 eV arasında değiştiği belirlenmiştir. Üretilen ince filmlerin ve nanotozların Fourier dönüşümü kızılötesi spektroskopisinden, germe titreşim modları CdO ve CuO yapısına dayanmaktadır. FTIR spektrumu, sırasıyla Cu-O ve Cd-O gerilme titreşimlerine atanan 505 ve 620 cm-1'de karakteristik titreşim frekanslarını ortaya çıkardı. İnce filmlerin ve nanotozların öz iletkenlik değerleri iki nokta prob metodu kullanılarak belirlenmiştir. Ölçüm sonucunda malzemenin yarıiletken olduğu sonucuna varılmıştır. Elde edilen sonuçlar, ince filmlerin ve nanotozların ve yapısal, morfolojik, optik ve elektriksel özelliklerinin, katkılama konsantrasyonuna bağlı olarak değiştiği görülmüştür. Amacımız iki farklı yöntem kullanarak CdO ve CuO katkılı iki bileşenli metal oksit nanomalzemelerin teknolojideki uygulamalara ışık tutmasıdır.

Abstract:
In this thesis study, two-component metal oxide nanomaterials were produced using two different methods and the structural, morphological,optical and electrical properties of the produced samples were investigated. For this purpose, two-component metaloxide nanomaterials sol-gel spin coating and hydrothermal method were used by doping undoped CdO and different ratios (0.2%, 0.5%, 1% and 2%) CuO. It has been successfully they are produced as thin film and nanopowder. X-ray diffraction (XRD), Atomic Force Microscopy (AFM), Scanning Electron Microscope (SEM), X-Ray Spectroscopy (EDX) for structural analysis of produced nanopowders and thin films, Energy Dispersive Ultraviolet-Visible Spectroscopy (UV-Vis) for optical analysis ), the structural properties were characterized using Fourier transform spectroscopy (F-TIR), and the effects of doping on these properties were investigated. In addition, the two-point probe method was used to determine the conductivity of the produced thin film and nanopowder, and the production optimization was determined. From the X-ray diffraction patterns of the thin films and nanopowders obtained, it was determined that the structures were polycrystalline and face-centered cubic. From the 2D and 3D Atomic Force Microscope (AFM) images of the thin films in the 10nm x10nm area, the thin films appear to be in the form of relatively dense and homogeneous rod-like nanostructures at the micrometer scale. From the FESEM images of the nanopowders, it was seen that the structure was mostly agglomeration structures consisting of spherical nanoparticles, and from the EDX images, the structure was composed of CdO and CuO. Optical properties of undoped CdO and CuO doped CdO semiconductor nanopowders and thin films obtained by sol-gel and hydrothermal methods were investigated, they were found to have a direct band transition, and it was also determined that the band gap was between 2.56 and 1.74 eV. From the Fourier transform infrared spectroscopy of the produced thin films and nanopowders, the stretch vibration modes are based on the CdO and CuO structure. The FTIR spectrum revealed characteristic vibrational frequencies at 505 and 620 cm-1, which were assigned to Cu-O and Cd-O stretching vibrations, respectively. The intrinsic conductivity values of nanopowder and thin films were determined using the two-point probe method. As a result of the measurement, it was concluded that the material is a semiconductor. The obtained results show that the structural, morphological, optical and electrical properties of thin films and nanopowders vary depending on the doping concentration. Our aim is to shed light on the applications in technology of two-component metal oxide nanomaterials doped with CdO and CuO by using two different methods.