Uçucu organik gazlar ile fosfat içeren kalikseren ince filmlerin difüzyon etkileşiminin incelenmesi
Investigation of the diffusion interaction of the volatile organic gases and phosphate containing calixarene thin films
Yazar: TUBA İLBİ
Danışman: PROF. DR. İNCİ ÇAPAN
Balıkesir Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Difüzyon katsayısı = Diffusion coefficient ; Gaz sensörü = Gas sersor ; Kaliksarenler = Calixarenes ; Uçucu organik bileşikler = Volatile organic compound

Özet:
Bu çalışmada, uçucu organik gazlar ile etkileşen ince filmlerin difüzyon etkileşimi araştırılmıştır. İncelenmek üzere fosfor içeren kalikseren maddeler seçilmiştir. Çalışmada uçucu organik gaz moleküllerinin etkileşmesi için kalikseren maddeler Langmuir-Blodgett ince film üretim tekniği ile nano boyutlarda üretilmiştir. Üretilen ince filmlerin karakterizasyonu Yüzey Plazmon Rezonans Tekniği ve UV-Görünür Bölge Spektroskopisi ile yapılmıştır. Üretilen ince filmlerinin uçucu organik gazlar ile etkileşim özellikleri Yüzey Plazmon Rezonansı tekniği kullanılarak incelenmiştir. İnce filmlerin kinetik süreçleri modellenerek difüzyon katsayıları hesaplanmıştır. Difüzyon modeli yüzeyde hızlı etkileşim bölgesi olan 1. Bölge ve ince filmin içerisine nüfuz etme şeklinde gerçekleşen yavaş etkileşme bölgesi olan 2. Bölge olmak üzere sınıflandırılmıştır. Fosfor içeren iki farklı kalikseren malzeme kullanılarak üretilen ince filmlerin difüzyon katsayıları Fick'in 2. Yasası kullanılarak her iki bölge için de hesaplanmıştır ve difüzyon katsayıları birinci bölge etkileşimi için 0,31x10-22 (cm2 s-1) - 73,62x10-22 (cm2 s-1) aralığında iken, ikinci etkileşme bölgesi için 0,10x10-24 (cm2 s-1) - 301,30x10-24 (cm2 s-1) aralığında belirlenmiştir. İkinci etkileşme bölgesi için daha düşük difüzyon katsayısı değerleri bu bölge için etkileşimin ilk bölgeye göre daha yavaş olduğunu göstermektedir. En yüksek difüzyon katsayısına sahip olan uçucu organik gazlar iki farklı etkileşme bölgesi için ayrı ayrı tespit edilmiş ve gaz etkileşme mekanizması bakımından incelenmiştir. Gaz etkileşme mekanizmasında yüzey etkileşimi bakımından gaz moleküllerinin dipol momentleri; ince filmin içine nüfuz etme etkileşimi bakımından gaz moleküllerinin kırılma indislerinin etkili olduğu sonucuna varılmıştır.

Abstract:
This study exhibits the diffusion of thin films interacting with volatile organic gases. Phosphorus-containing calixarene materials were used and produced in nano sizes by using Langmuir-Blodgett thin film fabrication technique. Surface Plasmon Resonance Technique and UV-Visible Spectroscopy were used to produce thin films. The interaction properties of the produced thin films with volatile organic gases were investigated by the Surface Plasmon Resonance technique. Diffusion coefficients were calculated by modelling the kinetic responses of the films. The diffusion model is classified as Region 1, which is the fast interaction region with the surface. Region 2 is the slow interaction region to influence into the thin film. Diffusion coefficients of the films prepared using phosphate containing two different calixarene molecules were calculated for both regions using Ficks' 2nd law and the diffusion coefficients for the first region of the interaction were found to be between 0,31x10-22 (cm2 s-1) - 73,62x10-22 (cm2 s-1) while the diffusion coefficients for the second region of the interaction were between 0,10x10-24 (cm2 s-1) - 301,30x10-24 (cm2 s-1). Lower diffusion coefficient values for the second interaction region indicate that the interaction is slower than for the first region. The volatile organic gases with the highest diffusion coefficient were determined for both two different interaction regions and investigated in terms of gas interaction mechanism. Dipole moments of the gas molecules are effective in terms of the surface interaction while the refractive indexes of the gas molecules were effective in terms of the penetrating interaction into the thin film structure.