Gama radyasyon dozunun ZnO ve Cu katkılı TiO2 nanoyapıların metanol ve amonyak algılama özelliklerine etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of gamma radiation dose on methanol and ammonia sensing properties of ZnO and Cu doped TiO2  nanostructures
Yazar: YALÇIN URFA
Danışman: PROF. DR. AHMET ALTINDAL
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı / Fizik Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Gama radyasyonu = Gamma radiation ; Gaz sensörü = Gas sersor ; Metal oksitler = Metal oxides ; Yarı iletkenler = Semiconductors

Özet:
Endüstrideki hızlı gelişmelere bağlı olarak giderek artan bir şekilde üretilen zehirli ve boğucu gazlar, canlılar ve sağlıkları üzerinde olumsuz etkiler yaratmaktadır. Bu tür gazların yaşam alanlarında bulunması insanlarda çok kısa sürede koku kaybına neden olur. Koku kaybı sonucunda yanlış bir güven algısı oluşur. Bu, ölümcül veya geri dönüşü olmayan olaylara neden olabilir. Ayrıca, bu tür gazların büyük çoğunluğu renksiz (uçucu organik buharlar gibi) ve kokusuz olduklarından, duyularla tespit edilmeleri neredeyse imkansızdır.
Nüfusun yoğun olduğu bölgelerde çevredeki canlıların sağlığına olumsuz etki eden gazların tespiti ve takibi büyük önem taşımaktadır. Yoğun nüfuslu yaşam alanlarında, zenginleştirme veya numune toplama gerektirmeyen hızlı ve hassas yöntemlerle hava kalitesi düzenli olarak izlenmesi gereken önemli bir faktördür. Bu amaçla birçok analitik yöntem geliştirilmiştir. Mevcut yöntemlerin en temel sorunları, örnek toplama ve sahada kalifiye insan gücü gerektirmeleridir. Bu dezavantajlar, yerinde ve anında algılama sağlayan yeni tekniklerin ve sensörlerin geliştirilmesini zorunlu kılmaktadır. Bu amaçla optik, iletkenlik ve kütle duyarlılığı gibi çeşitli çalışma mekanizmalarına sahip gaz sensörleri geliştirilmiştir. Metal oksit yarı iletkenler bu sensörlerde en sık kullanılan algılama birimleridir. İlgili literatür analizi, algılama birimi olarak metal oksit yarı iletkenleri kullanan sensörlerin en temel sorunlarının seçici olmama ve yüksek çalışma sıcaklıkları olarak özetlenebileceğini göstermektedir. Sensörlerin bu dezavantajlarını ortadan kaldırmak için algılama ünitesinin farklı metallerle katkılanması, morfolojisinde modifikasyonlar yapılması ve farklı dönüştürücüler kullanılması gibi farklı yöntemlerin kullanılmasına rağmen, bu tür sensörlerin performansı hala beklentilerin çok altındadır.
Bu tez kapsamında algılama birimleri olarak metal oksit yarı iletkenler kullanılmış ve bu sensörlerin gaz algılama performansına radyasyonun etkisinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla Çinko oksit (ZnO) ve Bakır katkılı titanyum dioksit (Cu katkılı TiO2) gibi farklı sensörler kullanılmış ve gama radyasyon dozunun bu sensörlerin farklı metanol ve amonyak gaz konsantrasyonlarında algılama performansına etkisi araştırılmıştır. Analizler, bu gazların adsorpsiyon kinetiğinin radyasyon dozuna bağlı olarak değiştiğini göstermiştir.
Anahtar Kelimeler: Gama Radyasyonu, Metal-Oksit Yarıiletkenler, Gaz Sensörleri

Abstract:
The toxic and suffocating gases that are being increasingly produced due to rapid developments in industry have negative effects on living organisms and their health. The presence of such gases in living spaces causes odor loss in humans in a very short time. As a result of the loss of smell, a false perception of trust is formed. This can cause fatal or irreversible events. In addition, since the vast majority of such gases are colorless (such as volatile organic vapors) and odorless, they are almost impossible to detect by the senses.
It is of great importance to detect and monitor the gases that have a negative effect on the health of living things in the environment in populated areas. One important factor that should be monitored regularly is the air quality in highly populated living areas using a fast and sensitive methods that do not require enrichment or sample collection. Many analytical methods have been developed for this purpose. The most basic problems of the current methods are that they require sample collection and skilled manpower in the field. These disadvantages make it imperative to develop new techniques and sensors that provide on-site and instant detection.
For this purpose, gas sensors with a variety of operating mechanisms such as optics, conductivity, and mass sensitivity have been developed. Metal oxide semiconductors are the most commonly used sensing units in these sensors. The relevant literature analysis shows that the most basic problems of sensors using metal-oxide semiconductors as sensing units can be summarized as non-selectivity and high operating temperatures. Despite the use of different methods such as doping the sensing unit with different metals, making modifications in its morphology, and using different transducers to eliminate these disadvantages of sensors, the performance of such sensors is still far below expectations.
Within the scope of this thesis, metal-oxide semiconductors were used as sensing units, and it was aimed to determine the effect of radiation on the gas detection performance of these sensors. For this purpose, different sensors such as Zinc oxide (ZnO) and Copper doped titanium dioxide (Cu doped TiO2) were used and the effects of gamma radiation dose on the detection performance of these sensors at different concentrations of methanol and ammonia gases were investigated. The analysises showed that the adsorption kinetics of these gases changed depending on the radiation dose.
Keywords: Gamma Irradiation , Metal-Oxide Semiconductors , Gas Sensor