Silicon nanocrystal doped polymer nanowire array
Silikon nanokristal gömülü polimer nanotel diziler
- Tez No: 335636
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MEHMET BAYINDIR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2013
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 97
Özet
Bu tezde, silikon nanokristallerin sentezlenmesi ve yeni bir nano-üretim tekniğiyle silikon nanokristal katkılı mikro ve nanotellerin üretilmesi, incelenmiştir. Silikon kuantum noktalar ya da nanokristaller, UV ışık uyarımıyla görünür dalga boyunda parlak ışık yayan yapılardır. Bir çok nanokristal üretim metodu içinde, biz çok fazla son ürün vermesi ve üretim kolaylığı sebebiyle, kimyasal yolları tercih ettik. Polimere gömülmüş silikon nanokristaller, gömülmeyenlere nazaran bazı gelişmiş özellikler gösterebilirler. Örneğin; oda koşullarında ve 300 °C gibi yüksek sıcaklıklarda dahi uzun süre ışımalı kalma bunlardan bir tanesidir. Bu özelliklerinden yararlanılarak tekrarlamalı olarak ısıl fiber çekme işleminde kullanılmaları mümkün olmaktadır. Dolayısıyla, bu çalışma boyunca bir kaç farklı polimer film denenmiş ve optik ve ısıl özelliklerinden dolayı polikarbon filmde karar kılınmıştır. Bunlardan yola çıkarak görülüyor ki çalışma grubumuzda sıkça kullanılan tekrarlamalı ısıl fiber çekme yöntemiyle silikon nanokristal gömülmüş nanofiberler üretmek mümkündür ve sonuçlarımız ve ürünlerimiz bunu desteklemektedir. Literatürde silikon nanokristal gömülü ya da konjuge polimerle üretilen bazı çalışmalar bulunmakla birlikte bu çalışmaların hizalama, tekrarlanamama, üretim zorluğu gibi bazı dezavantajları bulunmaktadır. Bunlarla beraber bu çalışmadakine benzer şekilde ısıl yöntemlerle üretilen bazı çalışmalar da vardır ancak bizim çalışmamız nano boyuta inmesi ve üretim aşamalarının farklılığıyla bu çalışmalardan ayrılmakta hatta bazı avantajlarıyla bir kaç adım öne geçmektedir. Örneğin, tekrarlamalı yöntemle ürettiğimiz fiberlerin kolay hizalanabilme, yeknesanlık ve çok uzun boyluluk gibi avantajları vardır. Üretim yöntemimiz, nanokristal sentezi, ince film hazırlama, sarma ve katılaştırma ve fiber çekmeden oluşmaktadır. Ortaya çıkan ara ürünlerin karakterizasyonlarının takip edilebilmesi, çalışmanın gelişmesi açısından önemlidir. Dolayısıyla, her adımda elde edilen örnekler detaylı bir şekilde gerekli görülen ölçümlere tabi tutulmuşlardır. Bu ölçümler ışıma yoğunluğu ölçümü ve TEM/SEM resimleri olarak sayabiliriz. Ayrıca, gömülü filmler için sıcaklığa bağlı ışıma yoğunluğu değişimi ölçümü de yapılmıştır. Son olarak, elde edilen fiberlerin ara kesit resimleri ve ışımaları yoğunluk ölçümleriyle birlikte alınmıştır. Bu çalışma sonunda elde edilen silikon nanokristal gömülü fiberler, fiber kazanç ortamı, tek foton kaynağı, yönelimli yayıcı, ışık yayan diyotlar ve optik sensörler olarak kullanılabilirler. Ayrıca, yönlendirme özelliklerinden dolayı da belirli yönlerde ışıma yoğunluğunu artırma özelliği de gösterebilirler.
Özet (Çeviri)
In this thesis, we successfully produced silicon nanocrystal embedded polymer micro and nanowire arrays by using a new top-to-bottom nanofabrication approach. Silicon nanocrystal (Si-Nc) quantum dots are photoluminescent materials that give bright optical illumination under UV light excitation. Si-Ncs were used to fabricate large area luminescent thin polymer films before production of the fibers. Among many of Si-Nc fabrication methods that are available, we chose a chemical route which takes the advantage of high product yield and ease of production steps, although the resultant size distribution is not uniform as other methods such as electrochemical treatment of Si wafers. Dopant Si-Ncs in polymer sheets shows some improved properties compared to free standing silicon nanocrystals, like longer luminescent life time in normal atmospheric conditions and in high temperatures as high as 300 °C. With utilizing these properties, thermal drawing of Si-Nc doped polymer fibers is possible without harming the luminescence properties. Hence, throughout the work, different types of films were investigated and polycarbonate films were chosen for both their thermal and optical properties such as durable luminescence at high temperatures and low absorption at visible wavelengths. Consequently, with combining these properties with our iterative thermal size reduction method, we successfully produced silicon nanocrystal doped polymer micro and nanowire arrays. In literature, there are similar works treating the same idea of producing luminescent fibers, which were realized with different techniques and material sets, like dye/QD doped nanofibers or fibers produced with conjugated polymers. However, the methods used to produce these type of geometries lacks in some aspects such as limited length, uniformity, alignment, reproducibility, etc. On the other hand, our iterative thermal drawing method is very successful for producing indefinitely long, uniform and easily aligned fibers. Our production steps can be summed in five steps which are: Si-Nc synthesis, film preparation, film-rolling, consolidation, and two consecutive fiber drawing. Keeping the track of characterization of the product in each step is important. Hence, for silicon nanocrystals, we took photoluminescence (PL) intensity measurements, SEM/TEM images and temperature dependent PL measurements. Also for doped films, we performed temperature dependent PL measurements and for the resultant fibers we carried out cross-section SEM and PL characterizations. Silicon nanocrystal embedded micro and nanowires can be utilized as fiber gain medium, single photon source, directional emitter, light emitting diodes and optical sensing elements. Also, they increases light extraction efficiencies with guiding advantages and this can result to fluorescence enhancement for luminescent active material dopants.
Benzer Tezler
- Moleküler imprint sol-jel polimer kaplı kuantum noktaların sentezi ve optik sensör uygulaması
Synthesis of quantum dots coated with molecularly imprinted sol-gel polymer for application of optical sensor
TANER ARSLAN
- Molibden katkılı elmas-benzeri karbon filmlerin üretimi, karakterizasyonu ve tribolojik özellikleri
Production, characterization and tribological properties of molybdenum doped diamond-like carbon films
EMRE ALP
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. M. KÜRŞAT KAZMANLI
- Nanokristal katkılanmış yüksek termoelektrik verimli bixsbytez malzemelerinin SPS ile üretim süreçlerinin tasarlanması ve optimizasyonu
Design and optimization of manufacturing processes of nanocrystal doped high thermoelectric efficient bixsbytez materials with SPS
REYHAN BAŞAR BOZ
Doktora
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriEskişehir Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERVET TURAN
PROF. DR. CEM SEVİK
- Nanocrystal silicon based visible light emitting pin diodes
Nanokristal silisyum tabanlı görünür ışık yayan pin diyotlar
MUSTAFA ANUTGAN
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. BAYRAM KATIRCIOĞLU
- Silicon nanostructures for electro-optical and photovoltaic applications
Silisyum nanoyapıların opto-elektronik ve fotovoltaik uygulamaları
MUSTAFA KULAKCI
Doktora
İngilizce
2012
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Bölümü
PROF. DR. RAŞİT TURAN