Al, Ni, Er ve Tb elementleri katkılanmış 1 boyutlu ZnO nanoçubukların sentezlenmesi, karakterizasyonu ve CO2 gazı algılama özelliklerinin incelenmesi
Synthesis, characterization and the investigation of CO2 gas sensing properties of Al, Ni, Er and Tb doped 1 dimensional ZnO nanorods
Yazar: FATİH BULUT
Danışman: PROF. DR. ÖZGÜR ÖZTÜRK ; PROF. DR. SELİM ACAR
Kastamonu Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Gaz sensörü = Gas sersor ; Hidrotermal = Hydrothermal ; Karbon dioksit = Carbon dioxide ; Sensörler = Sensors ; Yarı iletkenler = Semiconductors ; Çinko oksit = Zinc oxide

Özet:
Sol-gel yöntemi kullanılarak elde edilen ZnO ince film çekirdekleyici tabaka olarak kullanılarak hidrotermal yöntemle 1D ZnO nanoyapılar elde edilmiştir. Elde edilen yapılara geçiş metali olarak alüminyum ve nikel, nadir toprak elementi olarak ise erbiyum ve terbiyum elementleri ağırlıkça %1, 3, 5 ve 7 oranlarında katkılanmıştır. Yapısal incelemelerde saf numuneye oranla katkılı numunelerin kristalografik yapılarında iyileşme görülmüştür. Numunelerin yüzey morfolojilerinin katkı ile değiştiği taramalı elektron mikroskobu ile belirlenmiştir. Yüzey morfolojilerinde katkı elementi ve oranına bağlı değişimler oluşması numunelerin farklı amaç ve uygulamalarda kullanılabilir hale getirebilmektedir. Optik özelliklerin incelenmesi için UV spektrofotometre ve PL analizleri kullanılmıştır. Üretilen numunelerin optik geçirgenliklerinin genellikle katkı ile azaldığı gözlenmiş olup buradan hesaplanan yasak enerji bant değerleri incelenmiştir. Tüm numunelerin CO2 gazı algılama özelliklerinin belirlenmesi için öncelikle sabit gaz konsantrasyonunda en uygun çalışma sıcaklıkları belirlenmiş ve dinamik gaz ölçümleri yapılmıştır. 1, 5, 10, 25, 50 ve 100 ppm CO2 gaz konsantrasyonlarında yapılan dinamik ölçümler sonucunda tüm numunelerin kabul edilebilir duyarlılık gösterdiği sonucuna varılmıştır. Yapılan ölçümlerde %5 katkılı AZ5, EZ5, NZ5 ve TZ5 numunelerinin diğerlerinden daha yüksek duyarlılık sergiledikleri görülmüştür. Dinamik ölçümlerden alınan veriler kullanılarak numunelerin yanıt ve geri dönüş süreleri hesaplanmıştır. Tüm numuneler içerisinde NZ5 numunesinin en yüksek duyarlılık ve en iyi yanıt-geri dönüş zamanlarına sahip olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
1D ZnO nanostructures were produced via the hydrothermal method by using the ZnO thin film obtained by the sol-gel method as the seed layer. Aluminum and nickel as transition metals and erbium and terbium elements as rare earth elements were doped 1, 3, 5, and 7% by weight to the samples produced. In the structural studies, an improvement was observed in the crystallographic structures of the doped samples compared to the pure samples. It was determined by scanning electron microscopy that the surface morphologies of the samples changed with the doping. Changes in surface morphologies depending on the doping element and its ratio can make the samples usable for different purposes and applications. UV-Vis spectrophotometer and PL were used to examine the optical properties of produced samples. It was observed that the optical transmittance of the produced samples generally decreased with the additive, and the forbidden energy band values calculated from here were examined. To determine the CO2 gas sensing properties of all samples, the optimum operating temperatures at constant gas concentration were determined. Dynamic gas measurements were made of the samples, most of which were found to exhibit the highest gas sensitivity at 500K temperature. As a result of dynamic measurements made at 1, 5, 10, 25, 50, and 100 ppm CO2 gas concentrations, it has been concluded that all samples show acceptable sensitivity. In the measurements made, it was observed that AZ5, EZ5, NZ5 and TZ5 samples with 5% doping exhibited higher sensitivity than others. The response and recovery times of the samples were calculated using the data obtained from the dynamic measurements. It was concluded that the NZ5 sample has the highest sensitivity and best response-recovery times among all samples.