Katkılı-katkısız TiO2 nanoyapıların üretimi, fiziksel ve gaz algılama yöntemlerinin incelenmesi
Fabrication of undoped-doped TiO2 nanostructures and investigation of their physical and gas sensing properties
Yazar: ERDEM ŞENNİK
Danışman: PROF. DR. ZAFER ZİYA ÖZTÜRK
Gebze Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2015
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Anodizasyon = Anodization ; Gaz sensörü = Gas sersor ; Hidrotermal = Hydrothermal ; Nanotel = Nanowire ; Nanotüp = Nanotube

Özet:
Bu tez çalışmasında, farklı yöntemlerle üretilmiş katkılı- katkısız titanyum dioksit (TiO2) nanoyapıların, çeşitli ortam gazlarına karşı olan duyarlılıkları test edilmiştir. Gaz algılama özelliklerini geliştirmek için nano boyutta sentezlenen TiO2 yapılar, çeşitli malzemeler ile katkılanmıştır. TiO2 nanoyapılar; anodizasyon, kimyasal buhar depozisyon (CVD) veya hidrotermal yöntem yardımıyla nanotüp, nanotel ve nanoçubuk yapısında sentezlenmiştir. Üretilen TiO2 nanoyapılar Paladyum (Pd), Kobalt (Co), Nikel (Ni), Karbon (C) gibi maddeler ile katodizasyon, kimyasal buhar depozisyon (CVD) veya hidrotermal yöntem yardımıyla katkılandırılmıştır. Yapısal karakterizasyon işlemlerinde taramalı elektron mikroskobu (SEM), X ışınları kırınımı (XRD), enerji dağılım X ışını (EDX) ve X ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) yöntemleri kullanılmıştır. Bu yapıların elektriksel karakterizasyon işlemleri ve gaz algılama özellikleri, özel olarak tasarlanan ölçüm sisteminde sıcaklığın, gaz konsantrasyonlarının ve uygulanan potansiyelin fonksiyonu olarak incelenmiştir. TiO2 nanoyapılar yüksek çalışma sıcaklıklara rağmen düşük gaz algılama özellikleri gösterirken, katkılama sayesinde düşük sıcaklıklarda da algılayabilme özelliğine sahip olmuştur. Özellikle, Pd' un TiO2' ye katkılandırılması ile H2 gazına daha duyarlı sensörler imal edilmiştir. TiO2 nanoteller için 200o C' de H2 gazına olan duyarlılık, katkısız olana kıyasla 4 katlık bir artış göstermiştir. TiO2 nanoçubuklar için ise bu değer 250 kat olarak hesaplanmıştır. Pd katkısı ile VOC gazlarına karşı da duyarlı sensörler imal edilmiştir. İzopropanol gazına karşı olan duyarlılık bu grup ölçümlerin başında gelmektedir. Bunun sebebi, yapıya en fazla elektron transferini sağlayan gaz olmasındandır. Ni ve Co elementlerinin katkılanması ile de H2 gazına seçici sensörler imal edilmiştir.




Anahtar Kelimeler: TiO2, Nanotüp, Nanotel, Nanoçubuk, Anodizasyon, Hidrotermal, Katkılama, Gaz Sensörleri.

Abstract:
In this thesis, undoped-doped TiO2 nanostructures produced with different methodswere tested for sensing properties to various media gases. Synthesized nano-sized TiO2 structures were doped with different metals to improve gas sesnsing properties. TiO2 nanostructures were synthesized by anodization, chemical vapor deposition (CVD) and hydrothermal techqniques in the form of nanotubes, nanowires and nanorods. Produced TiO2 nanostructures were doped with Palladium (Pd), Cobalt (Co), Nickel (Ni) and Carbon (C) using cathodization, chemical vapor deposition (CVD) and hydrothermal techqniques. TiO2 nanomaterials were characterized with scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), and Energy-dispersive X-ray Spectroscopy (EDX) and X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) techniques. Electrical characterization and gas sensing properties of these structures were investigated in specially desingned measuring system depending on temperature, gas concentrations and application potentials. Although TiO2 nanomaterials show low sensing properties at high working temperature, they have high sensing properties even at low temperatures after doping process. Especially, after Pd doping, more sensitive sensors to H2 were obtained. H2 sensing of Pd doped TiO2 nanowires at 200 oC increased for 4 times than that of undoped TiO2 nanowires. This increment for TiO2 nanorods was measured as almost 250 times. Besides the sensitive sensors against VOC gases were also obtained. The best sensor response was measured for isopropanol gas which transferred the most electrons to the sensor. The selective sensors to H2 also were obtained after Ni and Co doping.




Key Words: TiO2, Nanotube, Nanowire, Nanorod, Anodization, Hydrothermal,
Doping, Gas Sensors.