Optical and electrical characterization of titanosilicate ets-10 thin films: Photochromism and ionic conductivity
Titanyumsilikat ets-10 ince filmlerinin optik ve elektriksel karakterizasyonu: Fotokromizm ve iyonik iletkenlik
- Tez No: 416665
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BURCU AKATA KURÇ, PROF. DR. AHMET MACİT ÖZENBAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Kimya, Physics and Physics Engineering, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 239
Özet
P25 ve titanyum (IV) isopropoksit titanyum kaynakları kullanılarak zeo-tip Engelhard titanyumsilikat (ETS-10) kristalleri sentezlenmiştir. Farklı titanyum kaynaklarının kullanılması farklı morfoloji ve parçacık boyutlarında ETS-10 elde edilmesine yol açmıştır. Titanyumsilikat ETS-10 kristallerinin incelenmesi Alan Emisyonlu İkincil Elektron Mikroskobu (FE-SEM), X-Işını Difraktometresi (XRD) and Raman spektroskopisi kullanılarak yapılmıştır. Yapılan analizler göstermiştir ki: örnekler sadece saf ETS-10 fazını içermekte, titanyumsilikat ETS-4 ya da kuartz fazlarını içermemektedir. P25 titanyum kaynağı kullanılarak mikronaltı ETS-10 parçacıkları, Ag+ iyonları ve Ag0 nanoparçacıkları ile katkılandırıldı ve İndüktif Eşleşmiş Plazma-Optik Emisyon Spektrometresi (ICP-OES), X-Işını Difraktometresi (XRD), X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Alan Emisyonlu İkincil Elektron Mikroskobu (FE-SEM), Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM), Yüksek Çözünürlüklü-Geçirimli Elektron Mikroskobu (HR-TEM), Ultraviyole ve Görünür Işık (UV-Vis) Absorpsiyon Spektroskopisi, Azot Adsorpsiyon-Disorpsiyon tekniği ve Raman Spektroskopisi gibi ileri analitik teknikleri kullanılarak karakterize edildi. Ayrıntılı Raman analizleri sonucunda, Ag+-ETS-10 örneklerinde konak malzemenin yapısal bütünlüğünün bozulmadığı fakat ETS-10'nun yapısındaki titanat kuantum zincirlerinde gümüş yükleme oranlarına bağlı olarak belirgin bir değişim olduğu gözlenmiştir. ETS-10 kristalleri içerisindeki 1D TiO32- kuantum zincirlerinin etkisini anlamak için, Ag+ iyonları ETS-10 matrisi içine, ana matrisin dışında bulunan katyonlarla (Na+ and K+) iyon değişimi yöntemi kullanılarak yerleştirilmiştir. Daha sonra, yarı geri dönüşümlü fotokromik davranış, Ag0 nanoparçacık katkılandırılmış ETS-10 filmlerinde ilk defa olarak elde edilmiştir. Elde edilen Ag0-ETS-10 filmleri ve aynı zamanda Ag+-ETS-10 krsitalleri, İndüktif Eşleşmiş Plazma-Optik Emisyon Spektrometresi (ICP-OES), X-Işını Difraktometresi (XRD), X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Alan Emisyonlu İkincil Elektron Mikroskobu (FE-SEM), Yüksek Çözünürlüklü-Geçirimli Elektron Mikroskobu (HR-TEM), Ultraviyole ve Görünür Işık (UV-Vis) Absorpsiyon Spektroskopisi kullanılarak karakterize edilmiştir. İkinci ısısal muameleden sonra rengin kısmi geri dönüşümü sağlanmıştır, bu da fotokromik prosesin geri dönüştürebilir olduğunu göstermiştir. Bu tezin ikinci aşamasında, elde edilen filmleri farklı uygulama alanlarında test etmek amacıyla, döndürerek kaplama ve ikincil büyütme metodları gibi farklı teknikler kullanılmış ve ayrıntısıyla incelenmiştir. Gümüş içeren ETS-10 parçacıklarını alltaşa tutturabilmek için, Ag+ iyon değişimi yapılmış ETS-10 kristalleri asetonun içerisinde süspansiyon haline getirilmiştir normal cam alttaşlar üzerinde döndürerek kaplama yöntemi kullanılarak kaplanmış ve fotokromik özellikleri incelenmiştir. İletken ITO cam ve iletken olmayan alfa alumina alttaşlarına sıkı tutunan ETS-10 filmleri elde etmek için, öncül (seed) kristallerin ikincil büyütülmesi metodu kullanılarak kapsamlı araştırmalar yapılmıştır. Daha sonra, ikincil büyütme yöntemi kullanılarak hazırlanan zeo-tip ETS-10 filmlerinin uzun-mesafe iyonik iletkenliği empedans spektroskopisi kullanılarak literatürde ilk defa olarak incelenmiştir. Katyon yerleşim yerlerinin iletkenlik üzerindeki etkilerini anlayabilmek için, sentezlendiğinde ETS-10 filmlerinin yapısında bulunan Na+ ve K+ iyonları, Li+, Ca2+, ve Zn2+ iyonlarıyla değiştirilmiştir. Bu çalışmalar, ikincil büyütme yöntemi ile hazırlanan titanyumsilikat ETS-10 filmlerinin uzun-mesafe iyonik iletkenliğini literatürde ilk defa olarak göstermiştir. Bu sonuçlar iyon-değişimi, yakıt-hücreleri ve sensor uygulamaları için yeni kapılar açabilir.
Özet (Çeviri)
Zeo-type Engelhard titanosilicate (ETS-10) crystals were synthesized by using Ti source of P25 and titanium (IV) isopropoxide. Using different Ti sources resulted in ETS-10 crystals with different particle morphology and particle size. The investigation of the titanosilicate ETS-10 crystals was done by FE-SEM, XRD and Raman analyses. The analyses showed that the samples contain only pure ETS-10 phase without any titanosilicate ETS-4 and quartz phases in our ETS-10 samples. Ag+ ions and Ag0 nanoparticles were incorporated to submicrometer-sized ETS-10 crystals that were synthesized by using Ti source of P25 and characterized by using advanced analytical methods including ICP-OES, XRD, XPS, FE-SEM, TEM, HR-TEM, DR-UV-vis, Raman spectroscopies and N2 adsorption-desorption technique. Although maintaining of structural integrity of host material had been monitored for Ag+-ETS-10, detailed Raman analyses of Ag0-ETS-10 samples showed significant changes in the titanate quantum wires of ETS-10 framework depending on the silver loading. To figure out the role of 1D TiO32- quantum wires in the ETS-10 crystals, Ag+ ions were incorporated into ETS-10 matrix by ion-exchange of extra framework cations (i.e., Na+ and K+) to form Ag+ ion-exchanged ETS-10. Afterwards, partially reversible photochromic behavior of Ag0 nanoparticle incorporated titanosilicate ETS-10 films was achieved for the first time. The resulting Ag0-ETS-10 films and also Ag+-ETS-10 crystals had been characterized by ICP-OES, XRD, XPS, FE-SEM, HR-TEM, UV-vis spectroscopies. Partial restoration of color was achieved after second thermal treatment, which implies reversibility of the photochromic process. In the second part of the current thesis study, different techniques to obtain ETS-10 thin films were deeply investigated by spin-coating and secondary growth methods for the purpose of testing the obtained films in different applications. To attach the silver incorporated ETS-10 particles to the substrate, Ag+ ion-exchanged ETS-10 crystals were suspended in acetone and coated on regular glass substrates by spin coating method in order to investigate its photochromic property. Further investigation was carried out to obtain firmly attached ETS-10 films on conducting ITO glass and non-conducting α-alumina substrates by using secondary growth of seed crystals. After that, long-range ionic conductivity properties of zeo-type ETS-10 films prepared via secondary growth method was investigated by using impedance spectroscopy for the first time at Central Laboratory, METU. The Na+ and K+ ions within the framework of as-synthesized ETS-10 films were ion-exchanged with Li+, Ca2+, and Zn2+ ions to figure out the effect of cation site occupancy on conduction. The current studies reveal the long-range ionic conductivity of titanosilicate ETS-10 films prepared by secondary growth method for the first time. These results might open new gateways for ion-exchange, fuel cells, and sensor applications.
Benzer Tezler
- InGaAs epitaksiyel tabakaların optik ve elektriksel karakterizasyonu
Optical and electrical characterization of InGaAs epitaxial layers
SALEH MOHAMMAD AMINI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE EROL
- Optical and electrical characterization of Ga0,75In0,25Se layered single crystals
Ga0,75In0,25Se katmanlı tek kristallerin optiksel ve elektriksel karakterizasyonu
MEHMET IŞIK
Doktora
İngilizce
2013
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİZAMİ HASANLİ
- GaAs/AlGaAs tabanlı kuantum kuyularının optiksel ve elektriksel karakterizasyonu
Optical and electrical characterization of GaAs/AlGaAs quantum wells
HÜLYA KURU
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnadolu ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. UĞUR SERİNCAN
- Lutesyum ftalosiyaninlerin yapısal ve elektriksel karakterizasyonu
Structural and electrical characterization of lutetium phthalocyanines
MURAT ERDEM
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Fizik ve Fizik MühendisliğiMarmara ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF.DR. ZİYA ÖZTÜRK
Y.DOÇ.DR. AHMET ALTINDAL
- Structural, optical and electrical characterization of CdSexTe1-x thin films
CdSexTe1-x ince filmlerin yapisal, optik ve elektriksel özelliklerinin karakterizastonu
MERVE DEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET PARLAK
PROF. DR. AYŞE ÇİĞDEM ERÇELEBİ