Kolloidal kuantum noktaların fonksiyonel mimarilere düzenlenmesi
Assembly of colloidal quantum dots into functional architectures
Yazar: İLKER TÖRÜN
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA SERDAR ÖNSES
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Baskı altı malzemeleri = Printing substrates ; Baskı malzemeleri = Printing materials ; Kuantum noktaları = Quantum dots ; Polimerler = Polymers

Özet:
Yeni nesil aygıtlar ve yüksek teknolojili uygulamalar için kolloidal nanomalzemelerin fonksiyonel mimariler oluşturacak şekilde düzenlenmesi gerekmektedir. Bu tez çalışması kolloidal kuantum noktaların (QD'lerin) yüksek çözünürlüklü elektrohidrodinamik püskürtmeli (E-JET) yazıcı kullanılarak hazırlanmış mikroskobik ve nanoskopik polimer desenleri üzerinde kendiliğinden düzenlenmesi ile fonksiyonel mimarilerin oluşturulması üzerine yeni yaklaşımlar geliştirmiştir. Bu yaklaşımlarda su fazındaki QD'lerin etrafındaki 3-merkaptopropiyonik asit ligandı ile baskılanmış poli(2-vinilpiridin) (P2VP) desenleri arasındaki elektrostatik etkileşimlerden faydalanılmıştır. İlk yaklaşımda kolloidal QD'lerin pH ayarlı olarak deterministik ve stokastik mimarilere düzenlenmesi gösterilmiştir. Kolloidal dispersiyonun pH değeri ile iki seviyede kontrol sağlanmaktadır. pH>4 için QD'lerin yüzeye adsorpsiyon yoğunluğu ve desenlerin floresansı pH ile belirlenmektedir. Düşük pH'da ise desenlerin gösterdikleri eşsiz parçalanma sonucu yazıcı ile belirlenen alanlarda rastgele yapılar elde edilmiştir. İkinci yaklaşımda ise, baskılanmış polimer damlacıklarında kalınlığa bağlı ıslatmama modları keşfedilmiş ve QD'ler özgün mimarilere düzenlenmiştir. Baskılanmış P2VP desenlerinin kalınlık ve yükseklik profiline bağlı olarak iki farklı mod ile yüzeyde moleküler taşınım gösterdiği bulunmuştur. Mod I durumunda kenarlarda büyük, merkezde küçük boyutlarda rastgele konumlanmış damlacıklar oluşmakta iken, Mod II'de ise kenarlardan merkeze doğru kayda değer bir moleküler taşınım ile yarı küremsi yapılar oluşmaktadır. Her iki yaklaşımın genellenebilirliği, kırmızı, yeşil ve mavi ışık yayan QD'ler ile teyit edilmiştir. Geliştirilen deterministik ve stokasitk fotolüminesan mimarilerin sahteciliğe karşı güvenlik etiketlerinde uygulanması, görüntü analizleri ve öznitelik eşleştirme algoritmaları ile sergilenmiştir.

Abstract:
The organization of colloidal nanomaterials into functional architectures is a necessity for the development of next-generation devices and high-tech applications. This thesis presents novel approaches to functional architectures prepared through the self-assembly of colloidal quantum dots (QDs) on microscopic and nanoscopic polymer patterns fabricated by a high-resolution electrohydrodynamic jet (E-JET) printer. These approaches benefited from electrostatic interactions between 3-mercaptopropionic acid ligands around QDs in the aqueous phase and E-JET-printed poly(2-vinylpyridine) (P2VP) patterns. In the first approach, pH-tunable assembly of colloidal QDs into deterministic and stochastic architectures was demonstrated. The pH of the colloidal dispersion offers control at two levels. For pH>4, the adsorption density of QDs on the surface and the fluorescence of the patterns are determined by the pH. At low pH, the unique disintegration of the patterns resulted in random structures in regions defined by the E-JET printer. In the second approach, thickness-dependent dewetting modes were discovered in the printed polymer droplets, and the assembly of QDs into unique architectures was demonstrated. Printed P2VP patterns were found to exhibit molecular transport on the surface with two distinct modes depending on the thickness and height profile. In the case of Mode I, randomly positioned droplets were formed with large sizes at the edges and small sizes in the center. In Mode II, hemispherical structures were formed with significant molecular transport from the edges to the center. The generalizability of both approaches was validated with red, green and blue light emitting QDs. The applicability of the developed deterministic and stochastic photoluminescent architectures in anti-counterfeiting security labels was demonstrated by image analysis and feature matching algorithms.