Kompakt zeolit modifiyeli gaz sensörünün tasarımı üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of compact zeolite modified gas sensor
Yazar: IRMAK KARADUMAN
Danışman: PROF. DR. SELİM ACAR
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, astım hastalığının teşhisinde kullanılan elektronik burun sistemleri için sensör olarak kullanılacak Zn1-xSnxO serisi (0>x>1; x=0,25 adımlarla) metal oksit yapılar Successive Ionic Layer Adsorption ve Reaction (SILAR) metodu ile büyütüldü, yapısal ve elektriksel karakterizasyonu yapıldı. Farklı katkı oranlarında ve döngü sayıların da (20, 30 ve 40) büyütülen numunelerin karakterizasyonu X-ışını Kırınım Cihazı (XRD), Optik Soğurma, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile gerçekleştirildi. Üretilen yapıların gaz sensörü olarak çalışma sıcaklığının belirlenmesi için 30-135C sıcaklık aralığında gaz algılama ölçümleri yapıldı. Katkılama oranına ve döngü sayısına bağlı olarak NO gaz algılama özellikleri incelendi. 40 döngü olarak üretilen sensörlerde 50 ppb NO gazı için maksimum duyarlılık gösterdiği belirlendi. 40 döngü olarak üretilen sensörler 300 ˚C sıcaklıkta azot gazı ortamında tavlandı. Böylelikle tavlamanın NO gaz algılama özellikleri üzerindeki etkileri incelendi. Yapılan ölçümler sonucunda 20 ppb NO gazı için maksimum duyarlılık Zn0,75Sn0,25O numunesinde elde edildi. Elde edilen tüm veriler Temel Bileşen Analizi ile istatistiksel olarak analiz edildi. Zn0,75Sn0,25O sensöründe NO gazına karşı yüksek duyarlılık gösterirken CO ve NH3 gazları için de kabul edilebilir duyarlılıklar gözlenmiştir. Seçiciliği arttırmak için Zn0,75Sn0,25O numunesi nanogözenekli zeolit A filtre ile kaplandı. Oda sıcaklığında, 20 ppb NO gazı için % 31 duyarlılık elde edilirken CO ve NH3 gazları için duyarlılık gözlenmedi. Zeolit A filtre kaplanarak yüksek seçicilik kazanan Zn0,75Sn0,25O sensörünün astım hastalığının tayininde algılayıcı yüzey olarak kullanılabileceği belirlendi.

Abstract:
In this thesis, Zn1-xSnxO (x = 0.25 steps) metal oxide structures used as sensors for the electronic nasal systems used in the diagnosis of asthmatic disease were grown by the Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR) method; and structural and electrical characterization of metal oxide structures were performed. The samples grown by different addition ratios and number of cycles (20, 30 and 40) were examined by X-ray diffraction (XRD), Optical Absorption, Scanning Electron Microscope (SEM). Gas detection measurements were made at 30-135C temperature range to determine the working temperature of the produced structures as gas sensors. NO gas detection was examined depending on the rate of addition and the number of cycles. It was observed that the maximum sensitivity for 50 ppb NO gas was obtained in the sensors produced in 40 cycles. Sensors produced for 40 cycles annealed in a nitrogen gas environment at 300 ˚C. Thus, the effects of annealing on NO gas sensing properties were investigated. The maximum sensitivity for 20 ppb NO gas at the end of the optimization was obtained at ZnO,75Sn0,25O. Principal Componant Analysis analyzed all the data obtained statistically. While the Zn0,75Sn0,25O sample showed high sensitivity to NO gas, acceptable sensitivities were also observed for CO and NH3 gases. In order to increase selectivity, the Zn0,75Sn0,25O sample was coated with a nano porous zeolite A filter. Sensitivity to CO and NH3 gases was not observed at ambient temperature when 31% sensitivity was obtained for 20 ppb NO gas. It has been determined that Zn0,75Sn0,25O sensor, which acquires high selectivity by coating with zeolite filter, can be used as sensor surface in determination of asthma disease.