MXOY(M=Ti, Si, Zn, Al) kaplanmış VO2 nanoçubukların sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of MXOY(M=Ti, Si, Zn, Al) coated VO2 nanorods
Yazar: MUHAMMED CİHAD KÜÇÜKARSLAN
Danışman: DOÇ. DR. ÖZLEM DUYAR COŞKUN
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Dünyadaki mevcut enerji kaynakları 21.Yüzyıl'ın başından bu yana hızla azalmaktadır. Enerji tasarrufu, bu enerji kıtlığını çözmenin etkili yollarından biridir. Vanadyum Dioksit (VO2) Tc = 68 °C'de yarıiletken monoklinik bir fazdan metalik rutil faza geri dönüşümlü şekilde geçen ve bu özelliği sayesinde ilgi çeken ve yaygın bir şekilde kullanılan inorganik bir malzemedir. Metalik fazdaki kızılötesi geçirgenliğin ani düşüşü, VO2'i binalardaki enerji tüketimini azaltmak için yapılan termokromik akıllı camların yapımında kullanılabilir adaylardan biri yapmaktadır. Ancak uygulamada, bazı kısıtlamalardan dolayı problemlere karşılaşılmaktadır. Bunların arasında yüksek geçiş sıcaklığı, düşük optik geçirgenlik, çevresel etkenlere karşı kararsızlık ve istenmeyen güneş enerjisi modülasyonu sayılabilir. Bu problemleri çözebilmek için elementel katkılama, yüzey kaplama gibi birçok yöntem önerilmiştir. Bunların arasında önerilen kaplanmış nanoparçacık yapısı, bu problemlerin birçoğuna çözüm önerdiği için en etkili yöntemlerden biridir. Bu çalışmanın ilk aşamasında VO2 nanoçubuklar en yaygın sentezleme yöntemlerinden biri olan hidrotermal yöntem kullanılarak sentezlenip, uygun tavlama şartlarında sentezlenen malzemenin monoklinik faza geçmesi sağlanmıştır. Ardından VO2 nanoçubuklar çeşitli metal oksitlerle kaplanarak önerilen çekirdek@kabuk yapılar (VO2@SiO2, VO2@TiO2, VO2@Al2O3, VO2@ZnO) hazırlanmıştır. 
Metal oksitlerle kaplanan VO2 nanoçubuklar DMF içerisinde çözünerek hazırlanan çözelti, PVB içerisine belirli oranlarda yayılarak cam alttaşlar üzerinde filmler hazırlanmış, yapısal, morfolojik ve optik özellikleri karakterize edilmiştir. Bu çekirdek@kabuk yapılarının faz geçiş sıcaklığı M-VO2'in faz geçiş sıcaklığına göre bir miktar düşmekle birlikte M-VO2'in zayıf olan çevresel kararlılığı da iyileştirilmiştir. Bu yapıların termokromik uygulamalar için umut vaat ettiği düşünülmektedir.

Abstract:
The world's available energy resources have been diminishing since the beginning of the 21th century. Saving enerygy is one of the best way to solve this problem. Vanadium Dioxide (VO2) is a widely studied inorganic phase change material, which has a reversible phase transition from semiconducting monoclinic to metallic rutile phase at a critical tempreture of Tc=68 C. The abrupt decrease of infrared transmittance in the metallic phase makes VO2 a potential candidate for thermochromic smart windows to cut down building energy consumption. But in applications, due to some limitations, researchers face with some issues like high Tc, low luminious transmittance, undesirable solar modulation ability and instability for enviromental effects. In order to tackle these issues, many approaches such as elementary doping and coating have been proposed. Among them, coated nanostructure is one the most effective methods for offering solutions to many of these issues. In the first stage of this study, VO2 nanostructures were synthesized by one of the most common methods, hydrothermal method then their phase was changed to to monoclinic phase under appropriate annealing conditions. Then, proposed core@shell structures (VO2@SiO2, VO2@TiO2, VO2@Al2O3, VO2@ZnO) were prepared by coating VO2 nanorods with various metal oxides.
The coated structures were dissolved in DMF and added to the solution of PVB to prepare thermochromic films. Results indicated that the coated structure of VO2 made improvements in the phase transition temperature and optical properties and stability of VO2 nanorods. These structures are thought to be promising for thermochromic applications.