Spin kaplama yöntemi ile üretilen bakır katkılı ftalosiyanin organik ince filmlerinin gaz etkileşimi ve optik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of gas interaction and optical properties of copper phthalocyanine organic thin films produced by spin coating method
Yazar: NUR ELMAS DURAN
Danışman: DOÇ. DR. İNCİ ÇAPAN
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada incelenmek üzere Copper(II) 1,4,8,11,15,18,22,25-octabutoxy-29H,31H-phthalocyanine (CuPc I), Copper (II) 5,9,14,18,23,27,32,36-octabutoxy-2,3-naphthalocyanine (CuPc II) ve Copper(II) 2,3,9,10,16,17,23,24-octakis(octyloxy)-29H,31H-phthalocyanine (CuPc III) maddeleri seçilmiştir. Çalışmada incelenen ince filmler spin kaplama tekniği ile nano boyutlarda üretilmiştir. Üretilen ince filmlerin karakterizasyonu UV-görünür bölge spektroskopisi, yüzey plazmon rezonans (YPR) spektroskopisi, Atomik kuvvet mikroskobu (AKM) ile yapılmıştır. CuPc maddelerinin diklorometan, kloroform ve toluen gazları için uygun bir sensör maddesi olduğu belirlenerek, CuPc'lerdeki pirol halka sayısı fazlalığının gaz etkileşimlerinde olumlu bir etki oluşturduğu gözlenmiştir. Tüm CuPc ince filmler arasında en yüksek etkileşim diklorometan gazında gözlenmiştir. Bu ince filmlerin farklı dönüş hızlarında üretilmeleri sonucu elde edilen kalınlıkları, kırılma indisleri, sönüm katsayıları ile ince filmlerin diklorometan, kloroform ve toluen gazlarına maruz bırakılması nedeniyle ince filmlerin kalınlıklarında meydan gelen değişimler winspall modelleme programı yardımıyla hesaplanmıştır. Film kalınlıkları 2 nm ile 9 nm aralığında değişmektedir. Bu hesaplamalarda pirol halka sayısı daha fazla olan maddeye ait ince filmler daha kalın ve gaz etkileşimlerinde meydana gelen kalınlık değişiminin de daha büyük olduğu bulunmuştur. Çalışmada daha farklı ve daha üstün özellikler elde edebilmek için CuPc maddeleri birbiri ile 5 farklı oranda karıştırılarak spin kaplama tekniği ile ince filmler üretilmiş ve gaz etkileşim özellikleri incelenmiştir. Bu ince filmlerde pirol halka sayısı fazla ve alkil zinciri uzun olan maddelerin karışım içindeki oranının artmasıyla gaz etkileşim özelliklerinde iyileşme gözlenmiştir. Ayrıca CuPc II-CuPc III karışım ince filmlerin gaz hassasiyetlerinin aynı şartlarda üretilen CuPc II ve CuPc III ince filmlere göre daha yüksek olduğu bulunmuştur. CuPc ince filmlerin UV-görünür bölge spektrumlarından yararlanılarak geçirgenlikleri (T), absorbsiyon katsayıları (α), optiksel iletkenlikleri (σ), kırılma indisleri (n), sönüm katsayıları (k) ve bant aralıkları (Eg) hesaplanmıştır. 212 nm ve 833 nm dalga boyu aralığında kırılma indisleri 1.5- 2.5 ve sönüm katsayıları 0.1-4.5 aralığında değişmektedir. İzinli bant aralıkları CuPc I için 1.5 eV, 3 eV, CuPc II için 2.4 eV, 3.2 eV, 3.65 eV ve CuPc III için 1.55 eV, 2.55 eV, 2.9 eV olarak hesaplanmıştır.

Abstract:
Copper(II) 1,4,8,11,15,18,22,25-octabutoxy-29H,31H-phthalocyanine (CuPc I), Copper (II) 5,9,14,18,23,27,32,36-octabutoxy-2,3-naphthalocyanine (CuPc II) and Copper(II) 2,3,9,10,16,17,23,24-octakis(octyloxy)-29H,31H-phthalocyanine (CuPc III) were chosen for investigation in this study. Thin films investigated in the study were produced with nano size using spin coating technique. Characterization of the produced thin films was carried out by UV-Visible Spectroscopy, Surface Plasmon Resonance Spectroscopy (SPR) and Atomic Force Microscopy (AFM). It was observed that CuPcs were a suitable sensor material for dichloromethane, chloroform and toluene gases and that the redundancy of the number of pyrrole rings in CuPc had a positive effect on gas interactions. The highest interaction among all CuPc thin films was observed with dichloromethane gas. The changes in the thicknesses of the thin films due to the thicknesses, refractive indices and extinction coefficients of these thin films produced at different rotational speeds and exposure of the thin films to dichloromethane, chloroform and toluene gases was calculated by Winspall modeling program. Film thicknesses vary between 2 nm and 9 nm. In these calculations, it is found that the thin films belonging to the material having a higher number of pyrrole rings are thicker and the thickness variation occurring in the gas interactions is also larger for these thin films. In order to obtain different and more superior properties in the study, CuPc materials were mixed with each other at 5 different ratios, thin films were produced with spin coating technique and gas interaction properties were investigated. In these thin films, the improvement of the gas interaction properties was observed when the proportion of the materials with longer pyrrole rings and longer alkyl chains in the mixture was increased. It was also found that the gas sensitivities of CuPc II-CuPc III thin films were higher than CuPc II and CuPc III thin films produced under the same conditions. The transmittance (T), absorption coefficients (α), optical conductivities (σ), refractive indices (n), extinction coefficients (k) and band gaps (Eg) of CuPc thin films were calculated by using UV-visible spectra. At wavelengths of 212 nm and 833 nm, the refractive indices vary between 1.5-2.5 and the extinction coefficients range from 0.1 to 4.5. The allowed band gaps were calculated as 1.5 eV, 3 eV for CuPc I, 2.4 eV, 3.2 eV, 3.65 eV for CuPc II and 1.55 eV, 2.55 eV, 2.9 eV for CuPc III.