Karbon nanotüp tabanlı çinko oksit nanotellerin büyütülmesi ve optoelektronik özelliklerinin incelenmesi
Growth of carbon nanotube based zinc oxide nanowires and investigation of their optoelectronic properties
Yazar: MEHMET DURMAZ
Danışman: PROF. DR. BAYRAM KILIÇ
Yalova Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Enerji Sistemleri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Enerji = Energy
Dizin: Karbon nanotüp = Carbon nanotube ; Nanotel = Nanowire ; Çinko oksit = Zinc oxide

Özet:
Karbon nanotüplerin (KNT'ler) çinko oksit (ZnO) ile entegrasyonu, çeşitli uygulamalar için malzemelerin verimliliğini artırmada önemli bir umut vaat etmiştir. Bu tez, hidrotermal yöntem kullanılarak ZnO'nun KNT üzerinde büyütülmesi ile KNT/ZnO nanotellerin sentezini ve karakterizasyonunu sunmaktadır. Üretilen nanoteller, Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılım X ışını spektrometresi (EDX), Fourier Dönüşümlü Kızılötesi spektroskopisi (FTIR), Termogravimetrik Analiz (TGA) ve X Işınları Kırınımı (XRD) kullanılarak analiz edilmiştir. SEM görüntüleri, nanotellerin uzun ve ince olduklarını ve yüksek en-boy oranına sahip yoğun nanotel yapıların büyütüldüğünü göstermektedir. SEM sonuçları, ZnO nanotellerin KNT substrat üzerinde başarılı bir şekilde homojen olarak büyütüldüklerini göstermektedir. Nanoteller ortalama 20-50 nm çapında, 5-10 μm uzunluğundadır. ZnO'nun EDX spektrumu, çinko (Zn) ve oksijene (O) karşılık gelen belirgin pikler göstererek ZnO'nun varlığını doğrulamaktadır. Saf ZnO ve KNT/ZnO spektrumları karşılaştırıldığında, ilave karbon pikleri ve Zn ve O pik yoğunluklarındaki olası değişiklikler başarılı nanoyapıların oluşumuna işaret etmektedir. FTIR spektroskopisi, numunelerde bulunan kimyasal bağlar ve fonksiyonel gruplar hakkında bilgi sağlamıştır. Alkin (C≡C) ve aromatik (C=C) titreşimlerin varlığı grafitik yapı ve KNT'deki olası kusurlar veya fonksiyonel gruplarla tutarlıdır. Ayrıca, 971,12 cm-¹ ve 666,87 cm-¹'deki pikler Zn-O bağ titreşimlerinin karakteristiği olduğundan ZnO'nun varlığını doğrulamaktadır. Termal kararlılığı değerlendirmek için TGA/DTG kullanılmıştır. Yüksek sıcaklıklardaki önemli ağırlık kaybı, KNT'lerin tamamen oksidasyonunu ve ZnO'daki potansiyel değişiklikleri göstermiştir. XRD verileri sentezlenen nanoyapıların kristal yapısını ve fazlarını doğrulamıştır. XRD analizi sonucunda ortalama kristal boyutunun 25-30 nm olduğu saptanmıştır. Kırınım piklerinin keskinliği ZnO'nun yüksek kalitede ve homojen olarak büyütüldüğünü ifade etmektedir.

Abstract:
The integration of carbon nanotubes (CNTs) with zinc oxide (ZnO) has shown significant promise in improving the efficiency of materials for various applications. This thesis presents the synthesis and characterization of CNT/ZnO nanowires by growing ZnO on CNT using hydrothermal method. The fabricated nanowires were analyzed using Scanning Electron Microscopy (SEM), Energy Dispersive X-ray spectrometry (EDX), Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR), Thermogravimetric Analysis (TGA) and X-Ray Diffraction (XRD). SEM images show that the nanowires are long and thin and dense nanowire structures with high aspect ratio are grown. SEM results show that ZnO nanowires were successfully grown homogeneously on the CNT substrate. The nanowires have an average diameter of 20-50 nm and a length of 5-10 μm. The EDX spectrum of ZnO confirms the presence of ZnO by showing prominent peaks corresponding to zinc (Zn) and oxygen (O). Comparing the spectra of pure ZnO and CNT/ZnO, additional carbon peaks and possible changes in Zn and O peak intensities indicate the successful formation of nanostructures. FTIR spectroscopy provided information on the chemical bonds and functional groups present in the samples. The presence of alkyne (C≡C) and aromatic (C=C) vibrations is consistent with the graphitic structure and possible defects or functional groups in the CNT. Moreover, the peaks at 971.12 cm-¹ and 666.87 cm-¹ are characteristic of Zn-O bond vibrations, confirming the presence of ZnO. TGA/DTG was used to evaluate the thermal stability. The significant weight loss at high temperatures indicated the complete oxidation of CNTs and potential changes in ZnO. XRD data confirmed the crystal structure and phases of the synthesized nanostructures. XRD analysis revealed that the average crystal size was 25-30 nm. The sharpness of the diffraction peaks indicates that ZnO was grown in high quality and homogeneously.