Optik biyosensörlerde altlık olarak kullanmak amacıyla ZnO:TiO2 nanoporlu filmlerin sol-jel tekniğiyle üretilmesi ve karakterizasyonu
Production and characterization of ZnO:TiO2 nanoporous films by sol-gel method for use as a base in optical biosensors
Yazar: ONUR ALP AKSAN
Danışman: PROF. DR. AHMET YAVUZ ORAL
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, optik biyosensörlerde altlık olarak kullanılmak amacıyla yüksek yüzey alanına sahip ZnO:TiO2 ince filmlerin üretimi amaçlanmıştır. Çinko kaynağı olarak çinko asetat dihidrat ((CH₃COO)₂Zn.2H₂O), titanyum kaynağı olarak ise titanyum izopropoksit (C12H28O4Ti) tercih edilmiştir. Kaplama işlemi için farklı derişimlerde ve yaşlandırma sürelerinde 4 farklı çözelti hazırlanmıştır. Hazırlanan çözeltiler, ultrasonik banyo içerisinde temizlenen cam altlıklar üzerine Sol-jel daldırarak kaplama yöntemi ile 150mm/dk çekme hızıyla kaplanmıştır. Elde edilen filmlere 550°C 10dk ara tavlama işlemi uygulanmış ve son kat kaplama işleminden sonra ise 550°C de 30dk tavlama işlemi uygulanmıştır. Üretilen ince filmlerin faz analizleri X-ışını kırınımı (XRD), mikroyapıları Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve elementel analizleri Enerji dağılım spektroskopisi (EDS) ile yapılmıştır. Filmlerin kırılma indisi ve kalınlıkları prizma çiftleyici cihazı ile ölçülmüştür. Ölçüm sonrasında elde edilen kırılma indisleri, filmlerin teorik kırılma indisleri ile karşılaştırılarak ortalama porozite hesabı yapılmıştır. Bulunan porozite miktarı, ImageJ yazılımı ile SEM yüzey görüntülerinden hesaplanan porozite oranları ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, çinko oksit ince filmlerin mikroyapı ve faz analizlerinin titanyum oksit katkısı ile önemli ölçüde etkilendiğini ve ZnO:TiO2 ince filmlerin biyoalgılayıcı cihazlar için potansiyel bir aday olduğunu göstermiştir.

Abstract:
In this study, it was aimed to produce ZnO:TiO2 thin films with high porosity for potential uses in biosensor applications. Zinc acetate dihydrate ((CH₃COO) ₂Zn.2H₂O) and titanium isopropoxide (C12H28O4Ti) were chosen as zinc and ti sources, respectively. For the coating process, 4 different solutions were prepared at different concentrations and aging times. The prepared solutions were coated using the Sol-gel dip coating method with a withdrawing speed of 150 mm/min on glass substrates, which had cleaned in an ultrasonic bath. The resulting films were annealed for 10 minutes at 550°C, and then for 30 minutes at 550°C after the final layer coating. After the deposition process, the thin films were characterized by X-ray diffraction (XRD), Energy dispersion spectroscopy (EDS), and Scanning electron microscopy (SEM). The refractive index and thickness of the films were measured with a prism coupler device. Average porosity was calculated by comparing the measured refractive indices to the theoretical refractive indices of the films. In addition, surface porosity was calculated using ImageJ software from scanning electron microscope images. The obtained results were compared to the porosity results from the prism coupler. The results indicated that titanium oxide doping has a significant impact on the microstructure and crystal structure of zinc oxide thin films, and ZnO:TiO2 thin films can be a strong candidate for biosensing devices.