Nanogözenekli zeolit katotlu gaz boşalma sisteminde zeolitin dielektrik ve optik özelliklerine yeni yaklaşım
New approach for dielectric and optical properties of zeolite in a gas discharge system with nanoporous zeolite cathode
Yazar: SEVGÜL ÖZTÜRK
Danışman: PROF. DR. BAHTİYAR SALAMOV ; PROF. DR. ENVER BULUR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2016
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Dielektrik özellikler = Dielectric properties ; Gaz boşalmaları = Gas discharges ; Mikoplazma = Mycoplasma ; Plazma fiziği = Plasma physics ; Zeolitler = Zeolites

Özet:
Gaz boşalma sisteminde (GBS) geliştirilebilir ileri bir malzeme olan nanogözenekli yalıtkan zeolit malzemenin elektrik, dielektrik, optik ve yüzey özellikleri ile boşalma plazmasından elde edilen boşalma akımının kararlılığını ve davranışını etkileyen kritik süreçler incelenmiştir. Gözenekli zeolitin yük iletim mekanizması ile kırılma voltajı (UK) üzerine basınç ve β-radyasyonun (1-2 kGy β dozları) etkisi ilk defa hava mikroplazmalarında atmosferik basınca kadar geniş bir basınç aralığında (10-2 - 760 Torr) tartışılmıştır. Zeolit katodun β-radyasyonu ile ışınlanmasıyla ve malzemenin gözenekliliği nedeniyle UK' nın önemli derecede azaldığı, boşalma akımının ve iletkenliğin ise çarpıcı bir şekilde arttığı gözlenmiştir. Zeolit yapısındaki su ve zeolit kanallarında bulunan katyonların konumu, zeolitin iletim özelliklerinin anlaşılmasında belirleyici parametredir ve absorblanmış su molekülleri oda sıcaklığında zeolitin dielektrik davranışında önemli bir rol oynamaktadır. Bu açıdan, doğal zeolitin (yüksek yoğunluklu (doğal plaka) ve düşük yoğunluklu (toz pellet) klinoptilolit) dielektrik spektrumu, 10-2 Torr' dan atmosferik basınca kadar basınç aralığında incelenmiştir. Doğal ve β-ışınlamasıyla nanogözenekli zeolit yüzeyin ikincil elektron emisyon süreçleri (İEE), Townsend katsayısı yaklaşımlarıyla hava ortamında incelenmiştir. İEE süreçleriyle ilişkili olarak elde edilen sonuçlar, β-ışınlamasıyla zeolit yüzeyden daha fazla elektron salındığını göstermektedir. Zeolit örgülerinde katyonların yanı sıra polar moleküllerin varlığının zeolit malzemenin elektriksel davranışını etkilediği bulunmuştur. Bu açıdan, DC iletkenliğe sıcaklığın etkisi klinoptilolit plaka ile 28-800 K arasında gerçekleştirilmiştir. Nanogözenekli zeolit katotlu GBS' den elde edilen sonuçlar düşük uygulama voltajlarında çalışan ve homojen akım dağılımlı mikroboşalmalar oluşturmada önemli olmaktadır. β-radyasyonu ile ışınlanmış zeolit katot ile plazma ışık kaynağı, alan emisyonlu ekranlar, enerji depolama aygıtları ve düşük güç tüketen gaz boşalma sistemleri için uygun bir katot materyali olacağına inanıyoruz.

Abstract:
The electrical, dielectric, optical and surface properties of the nanoporous insulator zeolite material that is an advance developable material and the critical processes affecting the stability and the behavior of discharge current obtained from the discharge plasma were investigated in the gas discharge system (GDS). The influence of pressure (10-2 - 760 Torr) and β-radiation (1 - 2 kGy β doses) on the charge transport mechanism of porous zeolite  and breakdown voltage (UB) is discussed in air microplasmas in the wide ranges of pressure up to atmospheric pressures for the first time. Due to the irradiation of zeolite cathode to β-particle and the porosity of zeolite cathode it was observed that whereas UB values importantly decreases, the discharge current and conductivity importantly increase. Zeolite water and the position of the cations located in the zeolite channels are decisive parameters for understanding the conductivity properties of the zeolite and the absorbed H2O molecules play an important role in the dielectrical behaviour of zeolite at the room temperature. In this regard, the dielectric spectra of natural zeolite (the high density (natural plate) and the low density (powder pellet) clinoptilolite) is studied in a range of pressures from 10-2 Torr up to atmospheric pressure. Secondary electron emission (SEE) processes of natural and β-radiation nanoporous zeolite surface were studied in air environment with the Townsend coefficient approaches. The results obtained in relation to SEE processes indicated that the β-radiation nanoporous zeolite surface emits more electrons. It was found that the existence of polar molecules as well as the cations into the zeolite cages can affect the electrical behavior of zeolite material. In this way, the influence of temperature on the DC conductivity has been performed in the range of 28-800 K temperatures with the clinoptilolite plate. The results obtained from the GDS with nanoporous zeolite cathode become important to generate the microdischarges with the homogeneous current distribution and the microdischarges operating at low applied voltages. We believe that the β-irradiation zeolite is a suitable cathode material for the plasma light source, the field emission displays, the energy storage devices and the gas discharge systems consuming the low power.