Degenerately doped transparent semiconductor nanostructures for multispectral camouflage application
Dejenere katkılı saydam yarıiletken nanoyapılar ile çok spektrumlu kamuflaj uygulamaları
- Tez No: 1022795
- Danışmanlar: PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Termal kamuflaj, Thermal camouflage
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Çok spektrumlu kamuflaj, tek bir malzeme platformu içerisinde gerçekleştirilmesi zor olan optik davranışlar gerektirir: görünür (VIS) bölgede yüksek saydamlık, yansıyan güneş ışınımını ve aktif lazer güdümlü izleri bastırmak için kısa dalga kızılötesi (SWIR) bölgede güçlü soğurma ve orta dalga ile uzun dalga kızılötesi (MWIR-LWIR) atmosferik pencerelerinde azaltılmış termal emisyon. Bu tezde, dejenere katkılı indiyum kalay oksit (ITO) nanoyapılarına dayalı optik olarak saydam düşük kızılötesi imzalı (OTLIS) bir platform geliştirilmiş; platformun malzeme özellikleri, optik tasarım ilkeleri, üretim yöntemleri ve rijit ile esnek alttaşlar üzerindeki kamuflaj performansı incelenmiştir. Optik işlevsellik, ITO'nun serbest taşıyıcı yoğunluğunun forming gazı (%5 H2 ve %95 N2 gaz karışımı) tavlaması ile ayarlanması yoluyla elde edilmiştir. Tavlama işlemi, epsilon-near-zero (ENZ) cevabını SWIR bölgesine kaydırmakta ve plazma frekansını artırmaktadır. Böylece ITO, SWIR bölgesinde etkin soğurma sağlarken MWIR-LWIR bölgesinde metal-benzeri yansıtıcı bir cevap sergilemektedir. Bu spektral ayrışma, görünür bölge saydamlığından ödün vermeden yansıyan SWIR sinyallerinin zayıflatılmasını ve termal yayınımın azaltılmasını mümkün kılmaktadır. Taşıyıcı yoğunluğu artışıyla ilişkili davranış; Hall ölçümleri, elipsometrik analiz, X-ışını fotoelektron spektroskopisi, optik bant aralığı analizi ve yapısal karakterizasyon ile desteklenmiştir. SWIR ışık-madde etkileşimini artırmak amacıyla, eğik açılı biriktirme (OAD) yöntemi kullanılarak litografi gerektirmeyen bir ITO nanoteli mimarisi geliştirilmiştir. Elde edilen ITO nanoyapıları, termal kızılötesi bölgede düşük emisyon davranışını korurken geniş bantlı ve açıdan bağımsız SWIR soğurması sağlamaktadır. Bu yapı, yansıyan güneş ışınımına ve aktif lazer tabanlı algılamaya karşı geniş açılı bir karşı önlem sunmaktadır. Platform ayrıca ITO nanoparçacıklarının PDMS içerisine gömülmesiyle esnek uygulamalara genişletilmiş, böylece mekanik olarak dayanıklı optik işlevselliğe sahip uyumlu kaplamalar elde edilmiştir. Spektral ölçümler, hem rijit hem de esnek OTLIS yapılandırmalarının görünür bölge saydamlığını, SWIR bastırmasını ve azaltılmış MWIR-LWIR yayınımını bir arada sağlayabildiğini doğrulamaktadır. Kaplanmış hava araçları ve giyilebilir platformlar üzerinde gerçekleştirilen kızılötesi görüntüleme gösterimleri, geliştirilen yaklaşımın gerçekçi gözlem koşulları altındaki pratik önemini ortaya koymaktadır. Kaplanmış bölgeler, kaplanmamış referanslara kıyasla daha düşük görünür sıcaklık sergilerken, alttaki nesne veya arka plan ile görsel uyumluluğunu korumaktadır. Bu sonuçlar, dejenere katkılı yarıiletken nanoyapıların saydam çok spektrumlu kamuflaj için ölçeklenebilir ve modüler bir malzeme platformu sunduğunu göstermekte; aynı zamanda kızılötesi iz yönetimi, uyarlanabilir termofotonik yüzeyler ve gizlilik odaklı optik kaplamalar için daha geniş bir potansiyel taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
Multispectral camouflage requires optical responses that are difficult to realize within a single material platform: high transparency in the visible (VIS) range, strong absorption in the short-wave infrared (SWIR) to suppress reflected solar radiation and active laser-guided signatures, and reduced thermal emission in the mid-wave and long-wave infrared (MWIR-LWIR) atmospheric windows. This thesis develops an optically transparent low-infrared-signature (OTLIS) platform based on degenerately doped indium tin oxide (ITO) nanostructures and investigates its material properties, optical design principles, fabrication routes, and camouflage performance across rigid and flexible substrates. The optical functionality is achieved through carrier-concentration engineering of ITO by forming-gas annealing (FGA). Annealing shifts the epsilon-near-zero (ENZ) response toward the SWIR range and increases the plasma frequency, allowing ITO to absorb efficiently in the SWIR while maintaining a metallic-like reflective response in the MWIR-LWIR region. This spectral separation enables simultaneous attenuation of reflected SWIR signals and reduction of thermal emissivity without sacrificing visible transparency. The carrier-enhanced behavior is supported by Hall measurements, ellipsometric analysis, X-ray photoelectron spectroscopy, optical bandgap analysis, and structural characterization. To enhance SWIR light-matter interaction, a lithography-free ITO nanowire architecture is introduced using oblique-angle deposition (OAD). The resulting ITO nanostructures provide broadband and angle-insensitive SWIR absorption, offering a wide-angle countermeasure against reflected solar radiation and active laser-based detection while preserving low-emissivity behavior in the thermal infrared. The platform is further extended to flexible implementations by embedding ITO nanoparticles into PDMS, enabling conformal coatings with mechanically robust optical functionality. Spectral measurements confirm that both rigid and flexible OTLIS configurations combine visible transparency, SWIR suppression, and reduced MWIR-LWIR emissivity. Infrared imaging demonstrations on coated aerial and wearable platforms verify the practical relevance of the developed approach under realistic observation conditions. The coated regions show reduced apparent temperature compared with uncoated references while maintaining visual compatibility with the underlying object or background. These results establish degenerately doped semiconductor nanostructures as a scalable and modular material platform for transparent multispectral camouflage, with broader potential for adaptive thermophotonic surfaces, infrared signature management, and stealth-oriented optical coatings.
Benzer Tezler
- Development of ultra-high-q optical resonators with embedded diamond color centers
Başlık çevirisi yok
MUHAMMED KAAN YILDIZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Bilim ve TeknolojiKorea Advanced Instıtute Of Scıence And Technology (kaıst) - GaAs/Ga1-xAlxAs(x=0,3) çoklu kuantum kuyuların elektronik özellikleri ve sıcak elektron güç kaybı mekanizmalarının magnetotransport ölçümlerle incelenmesi
Investigation of electronic properties and hot electron power loss mechanisms in GaAs/Ga1-xAlxAs(x=0,3) multiple quantum wells by magnetotransport measurements
ENGİN ARSLAN
Doktora
Türkçe
2004
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF.DR. MEHMET CANKURTARAN
- Bor nitrür katkılı hidrojellerin özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the properties of boron nitride doubled hydrojels
YAĞMUR ŞENGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyoteknolojiEskişehir Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA MALKOÇ
DR. ÖĞR. ÜYESİ YAPINCAK GÖNCÜ
- In0,53Ga0,47As/In0,52Al0,48As heteroeklemlerin elektronik transport özellikleri ve iki-boyutlu elektronların güç kaybı mekanizmalarının Shubnikov -de Haas osilasyonları yöntemiyle araştırılması
Investigation of the electronic transport properties and power loss mechanisms of the two-dimensional electrons in In0,53Ga0,47As/In0,52Al0,48As heterojunctions by Shubnikov -de Haas oscillations technique
ENGİN TIRAŞ
Doktora
Türkçe
2002
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET CANKURTARAN
- Kuantum ölçek etkileri altında termoelektrik ve termoölçek potansiyeller
Başlık çevirisi yok
SEVAN KARABETOĞLU
Doktora
Türkçe
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiEnerji Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HACI OSMAN ALTUĞ ŞİŞMAN