Synthesis, characterization and pore size control of mesoporous Li4Ti5O12, CoTiO3 and MnTiO3 thin films
Mezogözenekli Li4Ti5O12, CoTiO3 ve MnTiO3 ince filmlerin sentezi, karakterizasyonu ve gözenek boyutu kontrolü
- Tez No: 360926
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Kimya, Science and Technology, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 114
Özet
Tuz:yüzeyaktif liyotropik sıvı kristal fazlar, optik geçirgenliği oldukça yüksek mezogözenekli metal titanat ince filmlerin üretiminde kullanılabilir. Bu çalışmada, tuz ve yüzeyaktiflerin kendi kendine oluşumunu esas alan eriyik tuz yardımlı kendiliğinden oluşma (EYKO) prosesi; yüksek yüzey alanlı, homojen gözenek boyutu dağılımlı CoTiO3, MnTiO3 ve Li4Ti5O12 ince filmlerinin üretimi için optimize edildi. Üretilen malzemeler x-ışını kırınımı (XRD), Raman ve UV-Görünür bölge soğurma spektroskopisi, geçirimli elektron mikroskopisi (TEM) ve azot adsorplama/desorplama teknikleriyle karakterize edildi. İki farklı yüzeyaktifin (C12H25(OCH2CH2)10OH, C12EO10, ve C16H33N(CH3)3Br, CTAB), ilgili metalin nitrat tuzunun ([Co(H2O)6](NO3)2 ya da [Mn(H2O)6](NO3)2 ya da LiNO3) ve titanya kaynağı olarak titanyum(IV)bütoksit'in (Ti(OC4H9)4, TTB) uygun bir pH'ta etil alkolde çözülmesiyle berrak çözelti oluşturuldu. Alttaşlar spin ya da sprey kaplama yöntemleriyle bu çözeltiyle kaplandı. Kaplama esnasında çözücünün ani buharlaşmasıyla bir sıvı kristal faz oluştu. Yüzeyaktiflerin hidrofilik bölgelerinin rehberlik etmesiyle eriyik tuz ve TTB hidrolize ürünleri film boyunca uzanan 3 boyutlu bir ağ oluşturdu. Sentez, 350 ve 550 oC arasında değişen sıcaklıklarda yürütülen 10-20 dakikalık bir hızlı kalsinasyon adımıyla da son buldu. Sentez koşulları ve kompozisyona bağlı olarak, elde edilen mezogözenekli CoTiO3, MnTiO3 ve Li4Ti5O12 ince filmler; 25 ile 55 Å arasında boyutlara sahip düzenli gözeneklere, 193 ile 445 m2/g arasında yüzey alanlarına ve 0.14 ile 0.43 cm3/g arasında gözenek hacimlerine sahip olduğu belirlendi. Mezogözenekli yapıyı bozmadan; malzemenin yüzey alanı, gözenek boyutu, gözenek duvarı kalınlığı, gözenek hacmi ve gözenek duvarlarının kristalliği basit kalsinasyon ya da tavlama adımlarıyla kontrol edildi. EYKO yaklaşımıyla üretilen ve optik olarak şeffaf filmler, genel olarak sık kullanılan her türlü alttaşa (cam, silicon, aluminyum vs.) uygulanabilirliği gösterildi. CoTiO3 ve MnTiO3'ın her ikisi de düşük sıcaklıkta yarı-kristal yapıda olup, 500 oC üstünde metal oksit ve titanya ayrışmasına uğradı. Fakat, Li4Ti5O12 350 oC'de bile nanokristalin yapıda olup 550 oC'ye kadar yapısını korudu. Üç titanat malzemesinde de kristal ve gözenek yapılarını kontrol etmede, ilk kalsinasyon sıcaklığı ve süresinin önemli parametreler olduğu gözlendi. Porozitenin ayarlanması ve değiştirilmesinde karşı anyonun da önemli bir role sahip olduğu ortaya çıkarıldı. Bu araştırmada, kobalt(II)'nin bromür tuzunun kullanımıyla yapıya grafitik karbonun da dahil edilebildiği saptandı. EYKO prosesinin sadece metal titanatlarla sınırlı olmadığı ve daha fazla genişletildiği bu ve eski çalışmalarımız da göstermiştir ki, bu yöntem LiCoO2, LiMn2O4 vs. gibi daha bir çok metal oksit tozların ve de ince filmlerin üretiminde yeni ve genel bir sentez yöntemidir.
Özet (Çeviri)
Salt-surfactant lyotropic liquid crystalline mesophases can be used to produce mesoporous highly transparent thin films of metal titanates. In this study, the salt-surfactant assembly is described as molten salt assisted self-assembly (MASA) process that was optimized for the synthesis of mesoporous CoTiO3, MnTiO3 and Li4Ti5O12 thin films with high specific surface area and narrow pore size distribution.The materials have been characterized using x-ray diffraction (XRD), Raman and UV-Visible absorption spectroscopy, Transmission Electron Microscopy (TEM), and nitrogen adsorption/desorption techniques. An initial clear solution containing two different surfactants (C12H25(OCH2CH2)10OH, C12EO10, and C16H33N(CH3)3Br, CTAB), nitrate salt ([Co(H2O)6](NO3)2 or [Mn(H2O)6](NO3)2 or LiNO3) of the convenient metal, titanium(IV)butoxide (Ti(OC4H9)4, TTB) as titania source and ethanol as solvent is prepared at an appropriate pH. Spin or spray coating methods was employed to coat the substrates using above solutions. During the coating process, a liquid crystalline mesophase is formed instantaneously upon the evaporation of the solvent. The hydrophilic surfactant domains guide the molten salt and hydrolysis products of TTB to form a three dimensional porous network throughout the film. The synthesis is completed with a fast calcination step (10-20 min) at temperatures ranging between 350 oC to 550 oC. Mesoporous CoTiO3, MnTiO3 and Li4Ti5O12 display uniform pores with a pore size of 25 to 55 Å, surface area of 193 to 445 m2/g and pore volume of 0.17 to 0.43 cm3/g depending on the composition and synthesis conditions. The surface area, pore-size, pore-wall thickness, pore volume and crystallinity of the pore-walls can be controlled by simply controlling the calcination or annealing steps of the process without damaging the mesoporous network. The films, produced by employing the MASA approach, are optically transparent and exhibit good adhesion on commonly used substrates (glass, silicon, aluminum… etc.). Both CoTiO3 and MnTiO3 are semi crystalline at low temperatures and undergo segregation into metal oxide and titania above 500 oC. However, Li4Ti5O12 is nanocrystalline even at 350 oC and stable up to 550 oC. The initial calcination temperature and duration are two important parameters to further control the pore and crystallinity related properties in all three titanates. The counter anion of the salt also plays an important role to adjust the porosity and to further modify. In this investigation, we also used the bromide salt of cobalt(II) and found out that one can incorporate graphitic carbon into mesoporous network. The MASA process, that is further expanded in this work, is not limited to metal titanates, investigated in this work and previous works; it is a general and new synthetic route to produce many other mesoporous metal oxides as powders, as well as thin films, such as LiCoO2, LiMn2O4, etc…
Benzer Tezler
- Synthesis & characterization of mesoporous LiCoO2 and LiMn2O4 thin films
Mezogözenekli LiCoO2 ve LiMn2O4 ince filmlerin sentezi ve karakterizasyonu
GÜLBAHAR SAAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Kimyaİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖMER DAĞ
- Mikro ve mezo gözenekli malzemelere salisilik asit ve steroid yüklenmesi ve salımı
Salicylic acid and steroid loading and release for micro and mesoporous materials
İBRAHİM AVNİ ALEV
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET SİRKECİOĞLU
- Mezogözenekli süperparamanyetik silika yapılarının sentezi ve ilaç salımında kullanımı
Synthesis of superparamagnetic mesoporous silica structure and drug release studies
NAZAN YILMAZ
Doktora
Türkçe
2016
Kimya MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. SERPİL EDEBALİ
DOÇ. DR. MEHMET GALİP İÇDUYGU
- Mikrodesenlenmiş polistiren-polikarbonat yüzeylerin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of micropatterned polystyrene-polycarbonate surfaces
YAVUZ ZENGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Polimer Bilim ve TeknolojisiDüzce ÜniversitesiKompozit Malzeme Teknolojileri Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İKRİME ORKAN UÇAR
- Kemik doku mühendisliği uygulamaları için saf ve klinoptilolit katkılı hidroksiapatit bileşiklerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of pure and clinoptilolite doped hydroxyapatite compounds for bone tissue engineering applications
ESMA DALDİKEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Bilim ve TeknolojiNevşehir Hacı Bektaş Veli ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA ZEHRA KOÇAK
DR. ÖĞR. ÜYESİ NİLÜFER KÜÇÜKDEVECİ