UV ışını yansıtıcı fonksiyonel yüzey geliştirilmesi
Improvement of functional surface to reflect UV lights
Yazar: GÖKHAN GÖZLEKÇİ
Danışman: PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology
Dizin: Bragg yansıması = Bragg reflection ; Kuş dostu camlar = Bird friendly glasses ; Morötesi ışınlar = Ultraviolet rays ; Optik parametrik yükseltme = Optical parametric amplification

Özet:
Mimari uygulamalarda; yapıya estetik görünüm açısından değer katması, aydınlatmaya katkı sunması ve güneş enerjisinden daha fazla faydalanılarak yakıt tüketiminin azaltılması gibi avantajlara sahip olmasından dolayı, günümüzde dış cephesi tamamen cam ile kaplı yapıların yaygınlaştığı görülmektedir. Gökdelen ve plaza gibi yüksek binaların dış cephesinde kullanılan bu camlar, her sene milyonlarca kuşun camlara çarparak ölmesine neden olmaktadır. Kuşlar, özellikle göç mevsiminde ve göç yollarında yüksek yapılardaki camları fark etmeyerek, camlara çarparak ölmektedirler. İnsanlar sahip olduğu görme pigmentleri sayesinde spektrumun 400 nm ila 700 nm arasını görebiliyorken, kuşlar insanlardan farklı olarak sahip oldukları bir görme pigmenti sayesinde UVA bölgesindeki ışınları da görebilmektedirler. İnsanlar ile kuşların görme kabiliyetleri arasındaki farktan faydalanılarak bu problemi aşmak mümkün olabilmektedir.400-700 nm arasında geçirgenliği, UVA bölgede ise yansıtıcılığı yüksek ince filmler geliştirerek mimari açıdan estetik bir kayba uğramadan cam yüzeyinde kuşlar için uyarıcı bir film geliştirilmesi mümkündür. Bu tez çalışmasında, sırasıyla düşük ve yüksek kırılma indisine sahip SiO2 ve TiO2 ince filmlerin cam üzerine kaplanmasıyla UV yansıtıcılığı yüksek fonksiyonel yüzey geliştirilmiştir. Sıçratma tekniği ile kaplanan bu ince filmler, öncelikle farklı Ar gaz akışları altında kaplanmıştır ve TiO2 ve SiO2 için en uygun gaz akışına karar verilmiştir. Tek katman filmlerin optimizasyonu ve kalibrasyonu tamamlandıktan sonra çok katlı yapılar elde edilmiştir. Üç farklı seride 3, 5 ve 7 katmanlı yapılar elde edilerek; hem seriler birbiri arasında kıyaslanmış ve kalınlık değişiminin geçirgenlik ve yansıtıcılık üzerindeki etkisi gözlenmiştir hem de aynı seri içerisindeki numuneler birbiri ile kıyaslanarak katman sayısındaki değişimin optik performans üzerindeki etkisi incelenmiştir. Üç farklı seride elde edilen dokuz numunenin performansları incelendikten sonra, bu tez çalışması için en uygun tercihin 7 katmanlı yapı elde etmek olduğuna karar verilmiş ve bu serideki numunelere kıyasla daha ince filmler geliştirilerek görünür bölgede geçirgenliği daha yüksek bir numune elde etmek amacıyla 7 katmanlı onuncu bir numune hazırlanmıştır. Optik performans açısından hedeflerimize en uygun olan bu onuncu numunenin görünür bölgede geçirgenliği ortalama %89,5 iken, yansıtıcılığın en yüksek olduğu dalga boyu olan 350 nm'de ise yansıtıcılığı %81,2'dir. Ayrıca mimari camlarda camın mekanik ve özelliklerini iyileştirmek için ısıl işlem uygulanmaktadır. Elde ettiğimiz bu nihai numunenin tavlama sonrasındaki optik performansını incelemek için 660 santigrat dereceede 6 dakikalık bir tavlama işlemi gerçekleştirilmiştir. Bu tavlama işleminden sonra camın görünür bölgedeki geçirgenliği %90,5'e çıkarken; 350 nm'deki yansıtıcılığı ise %81,2'den %86,5'e çıkmıştır.

Abstract:
In architectural applications, it is seen that number of buildings whose exteriors are completely covered with glass has increased at the present time, due to advantages such as enriching the aesthetic appearance of buildings, contributing to lightning and reducing energy consumption by more utilizing solar energy. These glasses which are used on the exterior of high-rise buildings such as skyscrapers and plazas, cause millions of birds to die every year due to window collisions. Especially bird migration sessions and migration routes, birds are killed in window collisions because of not noticing the window in high-rise buildings. Between 400 nm and 700 nm of the spectrum is visible for humans thanks to the visual pigments they have. Unlike humans, birds have visual pigment which is sensitive in the UVA region, thanks to this pigment they also see the rays in the UVA region. It is possible to overcome this problem by using the difference between visual perception in humans and birds. By developing thin films on glass with a high transmittance between 400 nm-700 nm and high reflectance in the UVA region, birds can be awakened for the obstacle without suffering an aesthetic loss. In this thesis, a functional surface with high UV reflectivity was developed by coating SiO2 and TiO2 films with low and high refractive indexes respectively. Firstly, these films were coated by sputtering under different Ar gas flows and then the most suitable gas flow rate was decided for TiO2 and SiO2 films. After the optimization and calibration of single layers, multi-layer structures were obtained. By obtaining 3, 5 and 7 layered structures in three different serials; serial were compared between each other and the effect of thickness on the transmittance and reflectance was observed. Also, the effect of the number of layers on optical performance was examined by comparing the samples in the same serial. After the investigation of the performance of nine samples which are obtained in three different serials, it was decided that the most suitable choice for this study was to obtain a 7 layered structure. Moreover, the tenth sample with 7 layers was prepared to get a sample with higher transmittance compared to samples in three serials. The tenth sample which is the best for our goals in terms of optical performance has an average transmittance of 89,5% in the visible region, also its reflectivity is 81,2% at 350 nm that the wavelength with the highest reflectivity. In addition, heat treatment is applied in architectural glasses to improve the mechanical and optical properties of the glass. In order to examine the effect of annealing on the optical performance of this final sample, the annealing process was carried out at 660 degree celsius in 6 minutes. After this annealing process, the transmittance of the glass in the visible region increases to 90.5%; Its reflectivity at 350 nm increased from 81.2% to 86.5%.