Değişik bileşimli camların hazırlanması, fiziksel ve optik özelliklerinin incelenmesi
Preparation of glasses having different constituents and investigation of their physical and optical properties
Yazar: GÖKHAN KILIÇ
Danışman: PROF. ERTUNÇ ARAL
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
DEĞ Ş K B LEŞ ML CAMLARIN HAZIRLANMASI,F Z KSEL VE OPT K ÖZELL KLER N N NCELENMESGökhan KILIÇÖZETCam, yüksek sıcaklıklarda inorganik maddelerden oluşturulan amorf seramikmateryallerdir. Camlar ve cam yapısı tarih boyunca insanoğlunun ilgisini çekmişkonulardır. Normal şartlarda sert, şeffaf, dış etkilere ve bozulmaya karşı dayanıklıolmasından ötürü yapı ve elektrik-elektronik gibi birçok mühendislik uygulamasındavazgeçilmez bir maddedir.Bilimsel öneminden ve yapısal özelliklerinden ötürü bu tez çalışmasında değişikbileşimlere sahip borat camlarının oluşturulması, yapı incelemesi ve optiksel özellikleriüzerine araştırmalar yapılarak literatürde yer almayan bu cam tiplerinin elektriksel veoptik özellikleri üzerinde durulmuştur.Temel olarak aşağıda verilen formüle uyacak biçimde üç grupta toplam on sekizcam numune oluşturulmuş, ilk grup taban grup olarak kabul edilmiş ve katkı maddesi(D) katılmamıştır.[%80 B2O3 + %15 Na2CO3 + %(5 â x) X + % xV2O5 ] + %0,5Dx = 1;0,5 X = Al2O3 , MgO, ZnO D = CuO, CoOBu hazırlanan cam numunelere ait yapı incelemelerinde tüm numunelerinkristalleşmeden uzak, amorf yapıda olduğu, homojenliğin yapıyı oluşturan bileşenleregöre değiştiği ve havayla etkileşmesi en az olan en dayanıklı cam numunelerin MgOkatkılı camlar olduğu gözlenmiştir.Aydınlık ortamda alınan akım-voltaj ölçümlerine dayanarak hesaplananiletkenliklerde 9,5467.10-9 (â¦cm)-1 lik değerle iletkenliği en yüksek, buna bağlı olarak1,0475.108 â¦cm lik değerle özdirenci en düşük BACU2 camı; 1,1072.10-9(â¦cm)-1 likdeğerle iletkenliği en düşük ve 9,0319.108 â¦cm lik değerle özdirenci en yüksekBMCU1 camı olarak gözlenmiştir. Karanlıkta alınan ölçümlerde ise iletkenliği enyüksek cam BA2, iletkenliği en düşük cam ise BZCO1' dir.Numunelere ait absorpsiyon, geçirgenlik ve yansıma spektrumları incelenmiş,taban camlarda literatürde yer alan 420 nm, 620 nm, 750 nm dalgaboylarına karşılıkgelen karakteristik vanadyum pikleri gözlenmemiştir. Bakır katkılı camlarda ?cupric?absorpsiyon bantları literatürle karşılaştırıldığında diğer camlara göre, camı oluşturanbileşenlerin değişimiyle kaymalar göstermiştir. Kobalt simetrik bant aralığına sahipdeğildir. Birincil, ikincil maksimumlara sahipken bu çalışmadaki kobalt katkılıcamlarda ikincil maksimum belirlenememiş, yaklaşık olarak simetrik bant aralığınasahip olduğu belirlenmiştir. Vanadyum oranının artışı camlarda geçirgenliği azaltmıştır.Cam numunelerin 587,6 nm'deki kırılma indislerinin, taban grubunda 1,64-1,925, CuO katkılı camlarda 3,5-4,35, CoO katkılı camlarda ise 3-6,925 aralığındadeğiştiği hesaplanmıştır.Hazırlanan cam numunenin kompozisyonuna göre direkt geçiş optik bantaralığının 2,77 eV ile 3,04 eV arasında değiştiği, dolaylı geçiş optik bant aralığının ise2,17 eV ile 2,68 eV arasında değiştiği görülmüştür.On sekiz cam numunenin renk ve filtre özellikleri incelendiğinde ise bu camyapılarında V2O5' in çok açık-sarı, CuO' nun değişik tonlarda yeşil, CoO' nun isemorun değişik tonlarında renklenme oluşturduğu, bunlar arasında sadece CuO' katkılıcamların bant-geçiren (band-pass) filtre özelliğine sahip olduğu gözlemlenmiştir.Sonuç olarak cam numunelerin optik ve elektriksel özelliklerinin camınyapısındaki maddelere, oranlarına ve ayrıca katkılanan katkı maddelerinin cinsine,oranlarına bağlı olduğu bulunmuştur.

Abstract:
PREPARATION OF GLASSES HAVING DIFFERENT CONSTITUENTS ANDINVESTIGATION OF THEIR PHYSICAL AND OPTICAL PROPERTIESGökhan KILIÇSUMMARYGlasses are amorphous ceramic materials obtained from inorganic materials athigh temperatures. Glasses and their structures have attracted attention all through thehistory of mankind. Since they are rigid, transparent and resistant to environmentaleffects and degradation, they are indispensable materials of many engineeringapplications such as construction and electric-electronics industry.In this thesis, because of their scientific importance and structural properties,formation of borate glasses having different constituents, structure analysis and theiroptical properties are investigated and electrical and optical properties of these glassesthat have not been investigated before are focused on.Eighteen glass samples were formed in three groups in accordance with the basicformula shown below; the first group has been accepted as the base group and noadditive (D) was added.[%80 B2O3 + %15 Na2CO3 + %(5 â x) X + % xV2O5 ] + %0,5Dx = 1;0,5 X = Al2O3 , MgO, ZnO D = CuO, CoOIn the structure analysis of these prepared glass samples, it has been observedthat all samples are far from crystallization, amorphous and their homogeneity differedaccording to the constituents forming the structure and the most resistive glass samplesthat have minimum interaction with air are the glasses that MgO is added.Based on the conductivities, calculated from the current-voltage measurements,taken in an illuminated environment, BACU2 glass was observed to have the highestconductivity with a value of 9.5467.10-9 (â¦cm)-1 and due to this, the lowest resistivitywith a value of 1.0475.108 â¦cm; BMCU1 glass was observed to be have the lowestconductivity with a value of 1.1072.10-9(â¦cm)-1 and the highest resistivity with a valueof 9.0319.108 â¦cm. In the measurements taken in darkness, the glass that has thehighest conductivity is BA2, and the lowest is BZCO1.The absorption, permeability and reflection spectra of the samples are examinedand characteristic vanadium peaks corresponding to the 420 nm, 620 nm and 750 nmwavelengths, found in the literature, were not be observed in the base glasses. In theglasses that copper was added, when ?cupric? absorption bands were compared with theliterature shifts were observed with the changes in the constituents of the glasses ifcompared to other glasses. Cobalt does not have a symmetrical band gap. While it hasprimary and secondary maxima, the secondary maximum was not be obtained in theglasses doped with cobalt in this study and were determined to have a nearlysymmetrical band gap. The increase in vanadium ratio decreased the transmittance inthe glass.The refractive indices of the glass samples at 587.6 nm are calculated to vary inthe range of 1.64-1.925 in base glasses, and in the range of 3.5-4.35 in CuO dopedglasses and in the range of 3-6.925 in CoO doped glasses.According to the composition of the prepared glass samples, the direct transitionoptical band gap was observed to change between 2.77 eV and 3.04 eV; indirecttransition optical band gap was observed to change between 2.17 eV and 2.68 eV.When the color and filtration properties of eighteen glass samples wereexamined, it has been observed that V2O5 produced a fairly light-yellowish, CuOproduced different shades of green and CoO produced different shades of purplecoloration, among these only CuO doped glasses had the property of band-pass filter.As a result, the optical and electrical properties of the glass samples are found todepend on the substances in the structure of the glass, their ratios and also the types andthe ratios of the additives.