Copper nanowire network based transparent thin film heaters
Bakır nanotel ağlar esaslı şeffaf ince film ısıtıcılar
- Tez No: 520172
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN, YRD. DOÇ. DR. MUHSİNE BİLGE İMER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- 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: 123
Özet
Metalik nanotel rasgele ağlar, önemli optoelektronik performansları ve termal iletkenlikleri nedeniyle şeffaf ince film ısıtıcılar olarak oldukça ümit vericidir. Tipik olarak gümüş nanoteller şeffaf ince film ısıtıcı olarak kullanılmakta, ancak son yıllarda, bakır nanoteller ekonomik bir alternatif olarak şeffaf ince film ısıtıcı olarak gümüş nanotellerin yerini almıştır. Bakırın elektrik iletkenliği neredeyse gümüşünkine eşittir ve gümüşten çok daha ucuzdur. Bununla birlikte, bakır nanotellerin stabilitesi, hava ile temasında oksidasyon kolaylığı nedeniyle gümüş nanotellere kıyasla çok zayıftır. Şeffaf ince film ısıtıcılar göz önüne alındığında bu sorun yüksek sıcaklıklarda daha da kötüleşir. Bu nedenle, bakır nanotel ağlarına biriktirilecek bir koruma katmanı, şeffaf ince film ısıtıcı olarak büyük ölçekli kullanımlar için gereklidir. Bu çalışmada, alüminyum oksit (Al2O3) ve çinko oksit (ZnO) kabukları, bakır nanotel ağlarına atomik katman biriktirme yöntemi ile çökeltilmiştir. 10 Ω/sq'lik bir levha direncine sahip bakır nanotel ağları, oksidasyona bağlı olarak ancak 100 °C'lik bir sıcaklığa ulaşıldıktan sonra başarısız olmuştur. Diğer yandan, sadece 5 nm bakır nanotel ağları üzerine Al2O3 ve ZnO kabuk tabaka kaplamaları (10 Ω/sq levha direnci %80.8 şeffaflık ve 15 levha direnci %84.4 şeffaflık) maksimum ulaşılabilir sıcaklıkları sırası ile 153 °C ve 139 °C'ye çıkarmıştır. Bu, kabuk katmanının bakır nanotel ağlarına çökeltilmesiyle oksidasyon korumasının açık bir göstergesidir. Ayrıca, koruma seviyesini daha da artırmak için, oksit kabuk kalınlığının etkisi, şeffaflık uğrunda araştırılmıştır. Elde edilen maksimum sıcaklıklar sırasıyla bakır nanotel ağlarında 50 nm kalınlığındaki Al2O3 ve ZnO kabuk tabakaları için 309 °C ve 237 °C'ye yükselmiştir. Ayrıca, bu çekirdek kabuk ağlarından Al2O3 ve ZnO kabuk tabakaları için sırasıyla 14 °C/s ve 12 °C/s 'lik belirgin ısıtma oranı elde edilmiştir. Son olarak ağların optoelektronik özelliklerine göre nanotel yoğunluğu, metal oksit kabuklarının tipi ve kalınlığı üzerine yapılan kapsamlı bir parametrik çalışma ve bunların termal tepkisi rapor edilmiştir. Burada bildirilen ağların performansı, bakır nanotel ağları esaslı şeffaf ince film ısıtıcılar için elde edilen en yüksek oranlar arasında yer almaktadır. Gerçek bir yaşam uygulamasında bu ağların şeffaf ince film ısıtıcılar olarak uygulanabilirliğini göstermek için, buz çözücü olarak kullanılmıştır.
Özet (Çeviri)
Metallic nanowire random networks are highly promising as transparent thin film heaters (TTFHs) due to their significant optoelectronic performance and thermal conductivity. Typically silver nanowires (Ag NWs) are utilized as TTFHs but in recent years, copper nanowires (Cu NWs) started to replace them in many applications as an economic alternative. The electrical conductivity of Cu is almost equal to that of Ag and it is much cheaper than Ag at least in bulk form. However, stability of Cu NWs is a lot poor compared to that of Ag NWs due to ease of oxidation upon air exposure. The problem gets even worse at elevated temperatures considering TTFH applications. Therefore, a protection layer to be deposited onto Cu NW networks is necessary for their large scale utilization in TTFHs. In this study, aluminum oxide (Al2O3) and zinc oxide (ZnO) shells were deposited onto Cu NW networks by atomic layer deposition (ALD) method. Cu NW networks with a sheet resistance of 10 Ω/sq failed only after attaining a temperature of 100 °C due to oxidation. On the other hand, deposition of only 5 nm Al2O3 and ZnO shell layers onto Cu NW networks (10 Ω/sq sheet resistance at 80.8% transmittance and 15 Ω/sq sheet resistance at 84.4% transmittance) increased the maximum attainable temperatures to 153 °C and 139 °C, respectively. This was a clear indication of oxidation protection by the deposition of the shell layer onto Cu NW networks. Moreover, in order to further increase the protection level, the effect of oxide shell thickness was investigated in sacrifice of network transmittance. Attained maximum temperatures were increased up to 309 °C and 237 °C for 50 nm thick Al2O3 and ZnO shell layers on Cu NW networks, respectively. Moreover, prominent heating rates of 14 °C/s and 12 °C/s were obtained from these core shell networks with Al2O3 and ZnO shells, respectively. Finally, an extensive parametric study on NW density, type and thickness of metal oxide shells in comparison to optoelectronic properties of networks and their thermal response is reported. The performance of the networks reported herein lie among the highest achieved for Cu NW TTFHs. In order to demonstrate the feasibility of these networks as TTFHs in a real life application, they were utilized as defrosters.
Benzer Tezler
- Ti3C2Tx MXene in transparent thin film heaters and iontronic pressure sensors
Şeffaf ince film ısıtıcılarda ve iyontronik basınç sensörlerinde Ti3C2Tx MXene
ÖYKÜ ÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF KELEŞTEMUR
- Foto-'click' tepkimesiyle hazırlanan gümüş nanopartikül içeren termoset polimerlerin endüstriyel uygulamaları
Industrial applications of silver nanoparticle containing thermoset polymers prepared by photo--CuAAC click reaction
ELİF ÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET ATİLLA TAŞDELEN
- Transparent and conducting copper nanowire networks with improved oxidation stability
Oksidasyon kararlılığı arttırılmış şeffaf ve iletken bakır nanotel ağları
SEVİM POLAT GENLİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Bilim ve TeknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Bakır nanotellerin anodik alüminyum oksit nanokalıplar (AAO) kullanılarak sentezlenmesi ve optik özelliklerinin incelenmesi
Synthesis of copper nanowires using anodic aluminum oxide nanotemplates and investigation of their optical properties
ALPER ÇETİNEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2010
Fizik ve Fizik MühendisliğiEge ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAİM SELVİ
- Thermal conductivity of single wall carbon nanotube and copper coaxial nanocomposite
Tek cidarlı karbon nanotüp ve bakır koaksiyel nanokompozitin termal iletkenliği
KASIM TOPRAK
Doktora
İngilizce
2013
Makine MühendisliğiRice UniversityMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YILDIZ BAYAZITOGLU