Nadir toprak element katkılı ekonomik Beta-SiAlON fosfor tozlarının sentezi ve karakterizasyonu
The synthesis and characterization of rare-earth doped cost effective Beta-SiAlON phosphor powders
Yazar: PELİN ÇAĞIM TOKAT
Danışman: YRD. DOÇ. DR. HİLMİ YURDAKUL ; PROF. DR. SERVET TURAN
Dumlupınar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Seramik Mühendisliği = Ceramic Engineering

Özet:
Işık yayan diyotlar (LED'ler) katı hal aydınlatma sistemlerinin bir türü olup, düşük enerji tüketimi, uzun servis ömrü, ısı ve titreşim şoklara dayanıklı, kızılötesi ve ultraviyole radyasyon içermemesi, çevre dostu olması gibi üstün özellikleri nedeniyle yeni nesil aydınlatma sistemleri olarak adlandırılır. Son yıllarda LED uygulama alanlarında SiAlON fosfor tozları da tercih edilmeye başlanmıştır. Bunun nedeni, yer değiştirmiş Al ve O atomlarının sayesinde Eu, Yb, Ce ve Pr gibi çeşitli nadir toprak (RE) element atomları -SiAlON kristal yapılarında farklı türde ara-yer atomik boşluklarına yerleşebilmesidir. Bu sayede, kafes içerisinde yer alan RE element atomlarının ultraviyole (UV) ve mavi ışık ile uyarılmaları sonucunda, RE atomlarının elektronik yapılandırma geçişlerine (4f5d gibi) bağlı olarak elektromanyetik spektrumun çok geniş dalga boyu aralığında (400–700 nm) mükemmel bir yayınım sergiledikleri keşfedilmiştir. Fakat üretimlerinde, Si3N4, AlN, SiO2 ve Al2O3 gibi yüksek saflıkta hammaddeler kullanılmasının yanı sıra, gaz basınçlı sinterleme (GPS), izostatik sıcak presleme (HP) gibi üretim metodları kullanılarak yüksek sıcaklıkta üretilmesinden dolayı maliyeti oldukça yüksektir. 
Bu tezin amacı, LED uygulamalarında kullanılmak üzere farklı dalga boyu aralıklarında yayınım gösterebilecek farklı RE elementleri (Yb+2, Sm+2 ve Ce+3) ile aktive edilmiş -SiAlON fosfor tozlarını doğal kaolen hammaddesinden CRN tekniğini kullanarak düşük maliyetle sentezlemek ve elde edilecek ürünleri karakterize etmektir. Bu amaç doğrultusunda numuneler farklı kompozisyonlar, katkı miktarları, sinterleme sıcaklıkları ve süreleri denenerek üretilmiştir. Üretilen -SiAlON fosfor tozlarının faz içeriği ve yüzde miktarları X-Işını kırınım (XRD) tekniği ve Rietveld analizi ile belirlenmiştir. Başarılı tozların hızlandırma ve yayınım dalga boylarını içeren fotolüminesans (PL) ölçümleri bir flüoresan spektrometresi, mikroyapı incelemeleri ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) esaslı analitik (enerji saçınımlı X-Işını (EDX)) teknikleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler değerlendirildiğinde, her katkılanan toz için  tek faz Yb+2, Sm+2 ve Ce+3 katkılı 
-SiAlON elde edilmiş, β-SiAlON: Yb+2 tozu 520-570 nm arasında yeşil ve yeşilimsi sarı renklere karşılık gelen geniş bir yayınım spektrumu sergilerken, β-SiAlON: Sm+2 tozu 645-700 nm arasında geniş bir kırmızı yayınım spektrumu sergilemiş, β-SiAlON: Ce+3 tozu ise 460-510 nm arasında geniş bir mavi yayınım spektrumu sergilemiştir.

Abstract:
The light emitting diodes (LEDs), which are a kind of solid-state lighting systems, are called next generation lighting systems due to their oustanding properties that are low energy consumption, long service life, high impact and vibration resistance, infrared and ultraviolet radiation-free, eco friendly. Recently, SiAlON phosphor powders has been begun to preferred in the LED application areas. Because of that, various rare earth (RE) elements' atoms, such as Eu, Yb, Ce, Tb, Sm and Pr can be incorporated into a number of interstitial sites existing in β-SiAlON crystal structures due to Al and O substitution. In this way, it was discovered that, RE elements' atoms, located within the lattice structure, show excellent emission between a wide wavelength range of the electromagnetic spectrum (400-700nm) depending on electronic transition (4f5d) as a result of ultraviolet and/or blue light excitation. However, because of it is produced at high temperature by utilizing such methods GPS (Gas Pressure Sintering), HP (Hot Pressing), in addition to using high quality raw metarials. The aim of this thesis, is to synthesize, for the first time in the literature, RE activated β-SiAlON phosphor powders, having a broad wavelength emission to be used in LED applications as a low-cost high-technology materials, derived from naturally occurring kaolin raw materials via CRN technique. phase composition and quantitative analysis of β-SiAlON phosphor powders were been determined by XRD and Rietveld methods. The photoluminescence properties of synthesized SiAlON phosphors were been performed by florescence spectrometer using excitation and emission wavelength coming from samples. Also, microstructural examinations were been carried out with a scanning electron microscope (SEM) and transmission electron microscopy (TEM)-based analytical (energy dispersive X-ray (EDX)) techniques. When the obtained data were evaluated for each doping powder, single phase Yb+2, Sm+2 and Ce+3 doped β-SiAlON been attained, 
β-SiAlON:Yb+2 powder exhibited a wide range of broadcast spectrum between 520-570 nm corresponding to green and greenish yellow, β-SiAlON:Sm+2 exhibited red powder wide range of  broadcast spectrum between 645-700 nm, lastly β-SiAlON:Ce+3 powder showed a large blue broadcast spectrum between 460-510 nm.