Platin nanotüp üretimi, karakterizasyonu ve gaz algılama özelliklerinin incelenmesi
Investigation of platin nanotubes production, characterization and gas detection properties
Yazar: ZEYNEP BOYRAZ
Danışman: DOÇ. DR. NECMETTİN KILINÇ
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Platin (Pt), iyi bir korozyon direnci ve katalitik ve elektriksel özellikleri sayesinde kimya, petrokimya, ilaç, elektronik ve otomotiv endüstrileri gibi alanlarda yaygın olarak kullanılmasını sağlamıştır. Ayrıca Pt tabanlı malzemeler son zamanlarda biyosensör, kimyasal sensör ve hidrojen gaz sensörü uygulamalarında oldukça ilgi görmektedir. Pahalı bir metal olan Pt' nin hızla yükselen fiyatı, teknolojik uygulamalarda kullanımında büyük bir sorun teşkil etmektedir. Bu nedenle, en son çalışmalar, üstün özelliklere sahip metallerden yararlanmak için şekil, kompozisyon ve geometrik konfigürasyonlar açısından tasarlanan nanoyapılı Pt bazlı malzemelerin yapımına odaklanmıştır. Bunlar arasında, dar gözenek boyutlarına ve yüksek derecede düzenli ağlara sahip gözenekli nanoyapılar, çok çeşitli katalitik uygulamalar için özellikle ilgi çekicidir.
Bu çalışmada Pt nanotüpler elde edilerek hidrojen gaz sensörü ölçümleri, XRD, EDX, duyarlılık- zaman ve direnç –zaman ölçümleri incelenmiştir. Bu deney iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada ZnO nanoçubuk kalıplar cam altlıklar üzerine hidrotermal yöntemle oluşturulmuştur. Bu nanoçubuklar üzerine saçtırma (sputter) yöntemiyle farklı kalınlıklarda Pt ince film kaplanmıştır. İkinci aşamasında ise oluşturulan ZnO nanoçubuk kalıplar üzerindeki Pt ince filmler, HCl yardımıyla ZnO' dan uzaklaştırılarak Pt nanotüp elde edilmiştir. Elde edilen Pt nanotüplerin elektriksel iletkenliği, kristal yapıları, duyarlılıkları ve hidrojen gaz sensörü ölçümleri yapılmıştır. Aynı zamanda elde edilen Pt nanotüplerin ise SEM ve FESEM görüntüleri alınmıştır.   
Elde edilen Pt nanotüplerin yapısal karakterizasyonlarından bölgesel tüpler elde edilmesine rağmen çoğunlukla poroz yapıda olduğu görülmüştür. Üretilen Pt nanotüplerin kristal yapısı (111) yönelimine sahip yüzey merkezli kübik (FCC) kristal yapıdadır. Deneyler sırasında 20 nm ve 50 nm boyutunda olmak üzere farklı boyutlarda kaplamalar yapılmış ve daha ince yapıdaki Pt nanotüplerin hidrojen duyarlılığının daha yüksek olduğu gözlemlenmiştir. Üretilen Pt nanotüp sensörlerin hidrojen algılama mekanizması yüzey elektronlarının saçılması olgusuyla açıklanabilir. Pt nanotüp sensörün duyarlılığın hidrojen konsantrasyonu arttıkça arttığı gözlemlenmiştir. Bu sonuçlar Pt nanotüp sensörlerin hidrojen sızıntı uygulama alanlarında kullanılabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Platinum (Pt) has made it widely used in fields such as chemical, petrochemical, pharmaceutical, electronic and automotive industries, thanks to its good corrosion resistance and catalytic and electrical properties. In addition, Pt-based materials have recently attracted a lot of attention in biosensors, chemical sensors and hydrogen gas sensor applications. The rapidly rising price of Pt, an expensive metal, poses a major problem in its use in technological applications. Therefore, the most recent work has focused on the construction of nanostructured Pt-based materials designed in terms of shape, composition and geometric configurations to take advantage of metals with superior properties. Among them, porous nanostructures with narrow pore sizes and highly ordered networks are of particular interest for a wide variety of catalytic applications.
In this study, hydrogen gas sensor measurements, XRD, EDX, sensitivity-time and resistance-time measurements were investigated by obtaining Pt nanotubes. This experiment consists of two stages. In the first stage, ZnO nanorod molds were formed on glass substrates by hydrothermal method. Pt thin film of different thicknesses was coated on these nanorods by sputtering method. In the second step, Pt thin films on the formed ZnO nanorod molds were removed from ZnO with the help of HCl and Pt nanotubes were obtained. The electrical conductivity, crystal structures, sensitivities and hydrogen gas sensor measurements of the obtained Pt nanotubes were made. At the same time, SEM and FESEM images of the obtained Pt nanotubes were taken.
Although regional tubes were obtained from the structural characterizations of the obtained Pt nanotubes, it was observed that they were mostly in porous structure. The crystal structure of the produced Pt nanotubes is face-centered cubic (FCC) crystal structure with (111) orientation. During the experiments, coatings of different sizes, 20 nm and 50 nm, were made and it was observed that the hydrogen sensitivity of thinner Pt nanotubes was higher. The hydrogen detection mechanism of the produced Pt nanotube sensors can be explained by the phenomenon of scattering of surface electrons. It has been observed that the sensitivity of the Pt nanotube sensor increases as the hydrogen concentration increases. These results showed that Pt nanotube sensors can be used in hydrogen leakage application areas.