Farklı sıcaklıklarda üretilen katkılı ve katkısız titanyum dioksit'in kristal yapılarının ve özelliklerinin incelenmesi
Investigation of crystal structures and properties of doped and undoped titanium dioxide produced at different temperatures
Yazar: CEMRE SÜZGÜN
Danışman: PROF. DR. MEHMET BURÇİN PİŞKİN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı / Biyomühendislik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering

Özet:
Son yıllarda, TiO2'in fotokatalitik özellikleri üzerinde yoğun çalışmalar yapılmıştır. Titanyum dioksit'in üç farklı kristal yapısı vardır bunlar  anataz, rutil, brokittir. Kristal yapıları içerisinde anataz kristal yapısının yüksek redükleme gücü ve yüksek fotokatalitik aktivite göstermektedir. Bu çalışmada, borik asit katkılı titanyum dioksit numuneler ve katkısız titanyum dioksit numuneler iki farklı yöntem ile üretilmiştir. Üretilen tüm numuneler üç farklı sıcaklıklarda sinterlenmiştir. Üretilen bor katkılı titanyum dioksit numunelere yapısal analiz yapılmış olup anataz kristal yapısının ve homojen dağılım gösterdiği saptanmıştır. Üretilen örnekler farklı parametrelerde XRD analizi, SEM analizi FT-IR analizi, nem tutma kapasitesi ve temas açısı ölçümleri yapılarak karşılaştırılmıştır. Titanyum dioksitin XRD analizleri 450oC, 600oC ve 750oC sinterleme sıcaklıklarında üretilmiş numuneler için gerçekleştirilmiş olup kristal yapıları karşılaştırılmıştır. Boron katkılı numunelerin yüksek sıcaklıklarda bile anataz kristal yapısını koruduğu görülmüştür. En yüksek XRD Skor değeri 750oC 'de 73 ve 78 olarak bulunmuştur. Bu sonuçlar boron katkılı numunelerde gözlemlenmiştir. Nem tutma kapasitesi incelendiğinde borik asit katkısının nem tutma kapasitesini arttırdığı gözlemlenmiştir. Temas açıları incelendiğinde, tüm numunelerde karanlıkta ve aydınlıkta yapılan analizler sonucunda süperhidrofilik yapısı gözlemlenmiştir. FTIR analizi incelendiğinde, bor katkılı titanyum dioksitlerde bor ile titanyum dioksit arasında oluşan bağlar gösterilmiştir.
Sonuçlar, boron katkılı titanyum dioksitin yüksek sıcaklıklarda anataz kristal fazını koruduğu gözlenmiştir. Ayrıca nem tutma kapasitesi ile nem tutucu akıllı malzeme olması konusunda önemli bir aday olduğu görülmüştür.

Abstract:
In recent years, intensive studies have been conducted on the photocatalytic properties of TiO2. Titanium dioxide has three different crystal structure which are anatase, rutile, brookite. Within titanium dioxides crytal structure, the anatase crystal structure has high reducion power and high photocatalytic activity. In this study, boric acid doped titanium dioxide samples and non-doped titanium dioxide samples were produced by two different methods. All samples were sintered at three different temperature. Structural anaysis of boron-doped titanium dioxide samples were occured anatase crystal structure and homegeneous distribution. The samples were compared with XRD analysis, SEM analysis, FT-IR analysis, moisture holding capacity and contact angle measurements in different parameters. XRD analysis of titanium dioxide were performed for samples at sintering temperatures of 450oC, 600oC, 750oC, and their crystal structure was compared.  The boron added samples has been shown to maintain anatase crystal structure at high temperatures. The highest XRD score of anatase phase values were achieved as 73 and 78 at 750oC degrees. These results were observed in boron-based samples. When the moisture holding capacity was examined, boric acid contribution has been seen to increase this capacity. When the contact angles are examined, the superhydrophilic structure is observed as a result of the contact angle measurement analysis conducted in darkness and UV light in all samples. When the FTIR analysis was examined, boron-doped titanium dioxide samples were showed bonds formed between boron and titanium dioxide were shown.
The results demonstrated that these boron-based titanium dioxides with maintain anatase crystal structure in high temperatures, and promise moisture-holding capacity are prominent candidates for smart materials.