Ultrasonik sprey piroliz yöntemi ile biriktirilmiş titanyum dioksit (TiO2) ince filmlerin üretimi ve karakterizasyonu
Deposition and characterization of titanium dioxide (TiO2) thin films by ultrasonic spray pyrolysis method
Yazar: AHMET BUĞRAHAN BAYRAM
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MURAT KALELİ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada, TiO2 ince filmler ultrasonik sprey piroliz (USP) yöntemi ile hazırlandı. Başlangıç solüsyonu 0.1 M titanyum (IV)-bis(acetylacetonat)-diisopropoxide (TiAcAc) ile çözücü olarak etanol (%96) (C2H5OH) ve Ph azaltıcı olarak HCl asit ile hazırlandı. Hazırlanan çözeltiler cam altlıklar üzerine alttaş sıcaklığı 215 °C' de ve 0.35 µm – 3.80 µm kalınlıkta ince film formunda biriktirildi. Nozül frekansı 120 kHz ve akış oranı 0.5 ml / dk olarak ayarlandı. Üretilen TiO2 ince filmler kristalliğini arttırmak için atmosfer koşulları altında 30 dakika boyunca 500 °C' de ve 550  °C' de tavlandı. Biriktirilen ince filmlerin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri X-ışını difraksiyonu (XRD), taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), elementel analizi (EDS) ve UV-Vis Spektrofotometresi ile araştırıldı. XRD sonuçları spektrumun ana pik noktasının 2Ɵ = 25.3 ° olduğunu ve bu pikin TiO2' in anataz yapısına karşılık geldiğini göstermektedir. SEM görüntüleri ile ince filmlerin yüzeyinin homojen olmadığını ve farklı boyutlarda taneli yapıda olduğu belirlendi. SEM görüntüleri de gösterdi ki; üretilen ince filmlerin kalınlıkları 0.35 μm – 3.80 μm idi. AFM sonuçlarıyla ince filmlerin yüzey pürüzlülüğünün 1 nm - 190 nm arasında olduğu bulundu. İnce filmlerin absorbans değerleri 200 - 800 nm dalga boyu aralığında UV-Vis spektrofotometre ile ölçüldü ve TiO2 ince filmlerin bant aralığının 2.97 - 3.70 eV arasında olduğu hesaplandı. Elde edilen sonuçlar yorumlandı ve ultrasonik sprey piroliz yöntemi için TiO2 ince filmlerin seri üretim parametreleri belirlendi.

Abstract:
In this study, TiO2 thin films were prepared by ultrasonic spray pyrolysis (USP) method. Precursor solutions were prepared by 0.1 M titanium (IV) -bis (acetylacetonate) -diisopropoxide (TiAcAc) with ethanol (%96) (C2H5OH) as a solvent and HCl acid as Ph reducer. The prepared solutions were deposited as thin film form with a thickness of 0.35 µm – 3.80 µm on glass substrates at a substrate temperature of 215 ° C. The frequency of the spraying nozzle was 120 kHz and the flow rate of solution was 0.5 ml / min. Produced TiO2 thin films were annealed at 500 ° C and 550 ° C for 30 minutes under atmospheric conditions to increase the crystallinity. The structural, morphological and optical properties of the deposited thin films were investigated by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), atomic force microscopy (AFM), elemental analysis (EDS) and UV-Vis spectrophotometer. The XRD results show that the main peak of the spectrum at 2Ɵ = 25.3 ° and this peak corresponds to anatase structure of the TiO2. By SEM images, it was determined that the surface of the thin films was not homogeneous and there are granular structures with different sizes. SEM images also showed that; the thicknesses of the produced thin films were 0.35 µm – 3.80 µm. The surface roughness of thin films was found to be between 1 and 190 nm by AFM results. The absorbance values of thin films were measured with UV-Vis spectrophotometer for the wavelength range of 200 - 800 nm and it was calculated that the band gap range of TiO2 thin films are between 2.97 - 3.70 eV. The obtained results were interpreted and mass production parameters of TiO2 thin films were determined for Ultrasonic Spray Pyrolysis method.