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
Yazar: BÜŞRA AYTEN
Danışman: DOÇ. DR. NİDA KATI
Fırat Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Teknolojileri Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Hidrotermal sentez = Hydothermal synthesis ; Metal nanopartiküller = Metal nanoparticles ; Çinko oksit = Zinc oxide

Özet:
Bu tez çalışmasında, hidrotermal yöntem kullanılarak sentezlenen Bor (B) katkılı çinko oksit (ZnO) nanomalzemelerin yapısal ve optik özellikleri araştırılmıştır. ZnO'nun geniş bant aralığı, yüksek ısı iletkenliği ve yüksek eksiton bağlanma enerjisi gibi özellikleri, bu malzemenin optoelektronik cihazlar, sensörler ve fotokatalitik uygulamalarda yaygın kullanımını sağlamaktadır. Bu tezde B katkısının, ZnO'nun özelliklerini iyileştirmek ve yeni fonksiyonel özellikler kazandırmak amacıyla kullanılması hedeflenmiştir. 

Tezin hipotezleri, B katkısının ZnO'nun kristal yapısını, morfolojisini ve optik özelliklerini olumlu yönde etkileyeceğini öne sürmektedir. Bu kapsamda, hidrotermal yöntemle farklı konsantrasyon oranlarında B katkısı içeren ZnO nanomalzemeler sentezlenmiştir. Sentez işleminde, katkısız ZnO yanı sıra farklı ağırlık yüzdelerinde (%1, %2 ve %5) B içerik oranlarıyla karıştırılan ZnO nanomalzemeler üretilmiştir. Çalışmada X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), Ultraviyole-Görünür Spektroskopi (UV-Vis) gibi ileri karakterizasyon teknikleri kullanılarak, sentezlenen bu malzemelerin yapısal ve optik özellikleri incelenmiştir.

XRD analizleri, B katkısının ZnO'nun kristal yapısında önemli değişikliklere yol açmadığını, ancak kristal boyutunu ve kafes parametrelerini etkilediğini göstermiştir. SEM görüntüleri, bor katkısının ZnO'nun yüzey morfolojisini değiştirdiğini ortaya koymuştur. UV-Vis spektroskopisi sonuçları ise bor katkısının ZnO'nun yasak enerji aralığını 3,21 eV değerlerine düşürdüğü gözlenmiştir. Bulgular, B katkılı ZnO nanomalzemelerin güneş hücreleri, fotodetektörler ve diğer optoelektronik cihazlar için potansiyel olarak kullanılabilir olduğunu göstermektedir. Çalışmanın sonuçları, B katkısının ZnO'nun performansını ve fonksiyonel özelliklerini önemli ölçüde iyileştirebileceğini ortaya koymaktadır.

Abstract:
In this thesis, the structural and optical properties of Boron (B) doped zinc oxide (ZnO) nanomaterials synthesized using the hydrothermal method were investigated. ZnO's properties such as wide bandgap, high thermal conductivity, and high exciton binding energy enable its widespread use in optoelectronic devices, sensors, and photocatalytic applications. This thesis aimed to utilize B doping to enhance ZnO's properties and impart new functional characteristics.
The hypotheses of the thesis propose that B doping will positively affect the crystal structure, morphology, and optical properties of ZnO. In this context, ZnO nanomaterials with various B doping concentration ratios were synthesized using the hydrothermal method. During the synthesis process, undoped ZnO and ZnO nanomaterials mixed with different weight percentages (1%, 2%, and 5%) of B content were produced. Advanced characterization techniques such as X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and Ultraviolet–visible (UV-Vis) spectroscopy were employed to examine the structural and optical properties of these synthesized materials.
XRD analyses revealed that B doping did not cause significant changes in the crystal structure of ZnO but affected the crystal size and lattice parameters. SEM images demonstrated that boron doping altered the surface morphology of ZnO. UV-Vis spectroscopy results showed that boron doping reduced ZnO's bandgap to 3.21 eV. The findings indicate that B-doped ZnO nanomaterials have potential applications in solar cells, photodetectors, and other optoelectronic devices. The results of the study demonstrate that B doping can significantly improve the performance and functional properties of ZnO.