Synthesis of zinc oxide nanoparticles by aqueous methods and effect of metal incorporation on the structural/functional properties of nanoparticles
Su bazlı metotlarla çinko oksit nano parçacıkların sentezi ve metal katkısının nano parçacıkların yapısal/fonksiyonel özelliklere etkisi
- Tez No: 381019
- Danışmanlar: PROF. DR. CANER DURUCAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 200
Özet
Çinko oksit (ZnO) nano yapılar geniş bant aralığı ve yüksek elektron-hol bağ enerjilerinden kaynaklı özelliklerinden dolayı elektriksel, optik ve manyetik uygulamalarda yaygın bir kullanıma sahiptir. ZnO nano yapıların yapısal, optik ve manyetik özellikleri çoğunlukla bu parçacık boyut ve morfolojisine bağlıdır. Bu nedenle kontrollü ve tekrarlanabilir olarak ZnO nano yapıların sentezlenmesi büyük önem taşımaktadır. Söz konusu sentez yöntemlerinin, oluşturulan ZnO nano parçacıkların boyut ve şekil kontrolüne imkan vermesinin yanında, sofistike ekipman ve altyapı gerektirmeden uygulanabilir olması ekonomik olarak verimli ve yüksek miktarda üretim sağlanması açısından önemli diğer bir husustur. Bu çalışmada temelde konu edilen bu tür sentez süreçleridir. Çalışma genel olarak iki ana konuya odaklanmıştır; (i) boyut ve şekil kontrollü ZnO nano parçacıkların çözelti bazlı yöntemlerle sentezlenmesi, ve (ii) gümüş (Ag) ve bakır (Cu) katkılı ZnO nano parçacıkların sentezlenerek fonksiyonel özelliklerinin belirlenmesi. Saf ZnO nano yapıların sentezlenmesi çözelti-esaslı farklı yöntemler kullanılarak gerçekleştirilmiştir; mikro emülsiyon ve çökeltme tekniği. Mikro emülsiyon tekniğinde ZnO nano parçacıklar sodyum bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate: gliserol:n-heptan sistemi kullanılarak üretilmiştir. ZnO nano parçacıkların oluşumu ısıl işlem görmemiş mikro emülsiyon ürününün hava ortamında farklı sıcaklıklarda kalsine edilmesiyle sağlanmıştır. Nano parçacıkların boyut ve şekilleri farklı miktarda bileşen içeren mikro emülsiyon formulasyonları ve kalsinasyon sıcaklıkları uygulanarak kontrol edilebilmiştir. Mikro emülsiyon tekniğinin miktarsal anlamda verimsizliğinden dolayı ZnO nano parçacıklar, alternatif olarak çökeltme yöntemi kullanılarak da elde edilmiştir. Çökeltme sisteminde çinko asetat dehidrat çinko kaynağı, etilen glikol çözücü ve polivinil prolidon (PVP) ise şelatlama malzemesi olarak kullanılmıştır. ZnO nano parçacıkların boyut ve şekilleri çökeltme sıcaklığının seçimi, PVP miktarı ve kullanılan çözücü tipi ile kontrol edilmiştir. Bu değişkenlerin temel olarak çökeltme sırasında oluşmakta olan ZnO kristalleri ve organik moleküller arasındaki adsorpsiyon farklılaşmalara neden olduğu ve bunun sonucunda gerçekleşen farklı çekirdeklenme ve büyüme olayları sonucunda çökelen ZnO parçacıklar için boyutsal ve şekilsel değişimlerin sağlanabileceği ortaya konulmuştur. Bu tezde ayrıca, çökeltme tekniği kullanılarak ZnO nano yapılar için bazı kimyasal modifikasyonların sağlanarak fonksiyonel özelliklerin değiştirilmesi yönünde çalışmalar yapılmıştır. Bu bağlamda, herhangi ek bir ısıl işlem uygulamadan oda sıcaklığında çökeltme yöntemi kullanılarak ZnO yapılara gümüş (ZnO:Ag) ve bakır (ZnO:Cu) katkılaması gerçekleştirilmiştir. Rietveld ve elektron mikroskop yöntemleri kullanılarak yapılan kapsamlı yapısal analizlerle her iki metal iyonunun ZnO kristal yapısına yerleşme mekanizması ve kristal yapıda oluşturdukları değişimler belirlenmiştir. Ek olarak, metalik iyon ilavelerinin ZnO'in foto katalitik aktivitesi (gümüş-katkılı durumda) ve oda sıcaklığında ferro manyetik (bakır-katkılı durumda) davranımı gibi fonksiyonel özelliklere etkisi gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
Zinc oxide (ZnO) nanostructures have attracted considerable attention in many electrical, optoelectronic and magnetic applications due to their unique properties originating form characteristic wide band gap and large exciton binding energy of ZnO. Electrical, optical and magnetic properties of ZnO nanostructures strongly depend on their size and morphology. Therefore, there has been a strong interest in the synthesis of ZnO nanostructures with well-controlled size and shape. These synthesis approaches should allow morphological control and size modification for the resultant ZnO nanostructures. Meanwhile, simple experimental conditions without any sophisticate equipment requirements are critical for achieving economically feasible and large-scale production. The main objective of this study was to establish such synthesis routes for obtaining ZnO nanostructures. This study focuses on two main topics: (i) investigation of solution based synthesis methods for size and morphology controlled ZnO nanostructures and (ii) investigation of functional properties of ZnO nanostructures with silver (Ag) and copper (Cu) incorporation. Synthesis of pure ZnO nanostructures was carried out using two different generic aqueous routes; microemulsion and precipitation. In microemulsion technique, ZnO nanoparticles were synthesized by using sodium bis(2-ethylhexyl) sulfosuccinate:glycerol:n-heptane microemulsion system. The formation of ZnO nanoparticles was achieved after calcination of microemulsion products in air at various temperatures. Size and morphology of the nanostructures were controlled with applying different microemulsion formulations and calcination temperatures. Synthesis of ZnO nanoparticles was also achieved by low temperature precipitation method due to intrinsic yield problem of microemulsion approach. The precipitation system was formed using zinc acetate dihydrate as zinc source, ethylene glycol or water as solvent, and polyvinyl pyrrolidone as chelating agent. The size and shape of the ZnO nanoparticles were manipulated by the choice of precipitation temperature, amount of the chelating agent and type of the solvent, which essentially change the nature of adsorption events between ZnO crystals and organic molecules leading to changes in nucleation and growth events during precipitation. The precipitation method was further expanded in order to realize chemical modifications of ZnO nanostructures for tailoring their functional properties. Both Ag and Cu doped ZnO (ZnO:Ag and ZnO:Cu) nanoparticles were synthesized by room temperature precipitation method without any subsequent thermal treatment. A rigorous structural analyses Rietveld and electron microscopy techniques have been performed on these chemically modified particles to explain the nature and mechanism of metal doping in ZnO crystal lattice. In addition, the effect of metal ion doping on the functional properties, such as photocatalytic activity (for ZnO:Ag) and room temperature ferromagnetism (for ZnO:Cu) have been demonstrated.
Benzer Tezler
- Sanayi atıklarından çinko oksit nanopartiküllerin biyosentezi, karakterizasyonu ve uygulama alanları
Biosynthesis, characterization and application areas of zinc oxide nanoparticles from industrial wastes
KAAN ŞENDAL
- Çinko nanotanecik içeren polimer nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu
Fabrication and characterization of polymer nanocomposite materials incorporated zno nanoparticles
ALEV AKBAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SADRİYE KÜÇÜKBAYRAK OSKAY
- Metal/ametal katkılı ZnO nano taneciklerin sentezleri, fotokatalitik aktivitedeki ve boya duyarlı güneş hücrelerindeki performansları
Synthesis of metal/nonmetal doped ZnO nanoparticles, their performances in photocatalytic activity and in dye sensitized solar cells
MOHAMMAD SUTAIF
- Centaurea babylonıca L. özütü kullanılarak çinko oksit nanoparçacık eldesi ve antimikrobiyal etkilerinin araştırılması
Investigation of zinc oxide nanoparticle synthesis and antimicrobial affects utilizing Centaurea babylonica L. extract
İREM YAVUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
BiyolojiHatay Mustafa Kemal ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EBRU ŞEBNEM YILMAZ
PROF. DR. BÜNYAMİN ŞAHİN
- Köpeklerde çay ağacı yağı ve karanfil yağının birlikte kullanımının demodektik uyuza karşı akarisidal etkinliğinin değerlendirilmesi
Evaluation of the acaricidal efficacy of the combined use of tea tree oil and clove oil against demodectic mange in dogs
LEMAN AYDINLIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Veteriner HekimliğiBurdur Mehmet Akif Ersoy ÜniversitesiFarmakoloji ve Toksikoloji (Veterinerlik) Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HİDAYET TUTUN