Nano seramik fotonik kristallerin üretimi ve uygulamada geometrik tasarımların araştırılması
Production of nano ceramic photonic crystals and investigation of geometrical design application
Yazar: FATEMEH NASIRPOUR
Danışman: PROF. DR. ERDAL ÇELİK
Dokuz Eylül Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Bu çalışma kapsamında silika esaslı fotonik kristal üretimi ve geometrik tasarımın araştırılması gerçekleştirilmiştir. Üretim prosesinin ilk aşamasında PMMA (Polimetilmetakrilat) küreleri sentezi yapılmıştır. SEM analizi sonuçlarına göre kürelerin oluştuğu gözlemlenmiştir. Oluşan küreler polimer şablon olarak kullanılmak üzere hazır hale gelmiştir. 

Üretim prosesinin aşamasında vakum ile sol-jel infiltrasyon yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemde silika esaslı solüsyon oluşturularak PMMA küreleri etrafında silika biriktirmesi sağlanmıştır. 

Kuruma sonrası tozlara 550 Santigrad Derece' de kalsinasyon işlemi uygulanarak polimer şablonun uzaklaştırılması sağlanmıştır. Elde edilen tozlar SEM, XRD ve PSD analizleri ile nicel olarak incelenmiştir. Yapılan analizler sonrası opal yapının üretildiği gözlemlenmiştir. Üretimin ikinci aşamasında kürelerin ve aralıkların boyutu değiştirerek incelenmiştir. 

Çalışmanın bir sonraki aşamasında ise üretilen silika esasli fotonik kristalin özellikleri ve elde edilen analizlere dayanarak, simülasyon yapılmış ve onun geometrisine bakmak için RSOFT (Robinson Yöntem) yazılımı  kullanılmıştır. Fotonik kristalin 3D (3 boyutlu) ve amorf olduğuna göre, kürelerin aralıkları10 nm, 30 nm ve 100 nm ve tane boyutları 200 nm, 800nm, 1000 nm ve 1200 nm olması gerekliği analizlerden elde edilmiştir. Bu yazılım da ilk başta üretilen silika esaslı fotonik kristal tasarımı yapılmış daha sonra  ilk birillouin bölgesi ve domain yapısı ve son aşamasında da enerji aralığı elde edilmiştir. Sonuçlara dayanarak üretilen fotonik kristalin özellikleri gereken hesaplamalardan sonra optimize edilmiştir. 

Anahtar kelimeler: Nano seramik fotonik kristal, RSOFT, Simülasyon

Abstract:
In this work, production and characterization of silicabased photonic crystal and investigation of geometrical designs in application were carried out. In the first step of the production process, synthesis  of PMMA (Polymethylmethacrylate) spheres was performed. After the resulting solution was centrifuged at different times and speed, it was allowed to dry for 1 week. After drying obtained PMMA powders were made to SEM analysis and thus process optimization was achieved. According to SEM analysis results, occuerence of spheres was observed. The resulting spheres were made ready to be used as template. 

In the second step of the production process, sol-gel infiltration method was used by vacuum. In this method, silica-based solution was created. It was dropped to the distributed polymer powders over the filter paper in the funnel. Thus, silica was allowed to accumulate around the PMMA spheres. 

After drying, removal of the polymer template was provided by applying calcination at 550 Degrees Celsius. Obtained the powders examined by SEM, XRD and PSD analysis methods quantitatively. After the analysises were made, opal structure produced was observed. The second sphere beyond the experimental stages and was examined by changing the size of the range production. 

In the last stage of the study, theproduced photonic crystal based on silica, that wasgotten itsanalaliz, has been simulatedby usiing the RSOFTsoftware (Robinson Software) to look at its geometry. Accordingto the photonic crystal, sphere of intervals is10, 30, 100 nm and the particle size is 200, 800, 1200 nm which resulted from the analysis. By application at first, produced silica based photonic crystal have been simulated, secondly birilloun region and the domains have been observed, and finally stages of the band gap range was obtained. After the calculations required to produce photonic crystal properties were studied based on the results to be optimized. 

Keywords: Nano ceramic photonic crystal, RSOFT, Simulation