Zinc (Zn) doped carbon (C) based quantum dot (QD) synthesis & characterization
Çinko (Zn) katkılı karbon (C) bazlı kuantum nokta (KN) sentezi ve karakterizasyonu
- Tez No: 673591
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ CANER ÜNLÜ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Kimya, Mühendislik Bilimleri, Science and Technology, Chemistry, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanomühendislik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 65
Özet
Günümüzde nanoteknolojinin, bilim ve mühendislik ile ilgili hemen her alanda disiplinler arası birleştirici bir katman olarak yer aldığı gözlemlenmektedir. Maddenin fiziksel yapısı kristal yapıdadır. Bu kristal yapı, maddenin tüm özellikleriyle ilgili olarak bizlere hesaplama ve öngörü imkanı sunmaktadır. Hangi şartlar altında maddenin nasıl etkileneceği, ya da koşulların değişimine nasıl tepki verebileceği ile ilgili soruların cevaplarına, maddenin kristal yapısından elde edilen bilgilerle ulaşmak mümkündür. Kristal yapının, maddeler hakkında bizlere sunduğu bilgi dağarcığından yararlanmak ve hatta daha fazla bilgi edinmek üzere maddenin krsital yapısında değişiklik yapılmasıyla ilgili çalışmalar da literatürde mevcuttur. Maddenin kristal yapısında gerçekleştirilen değişiklikler ile birlikte, ilgi alanına göre gerekli özellikleri kazanan maddeleri üretmek için yapılan araştırma ve çalışmalar hızla devam etmektedir. Maddelerin kristal yapısında değişiklik yapabilme yeteneği nano boyutlarda mümkün olup farklı malzeme ve tekniklerle gerekli değişiklikler yapılabilmektedir. Bu anlamda literatürde ve uygulamada çok önemli bir yere sahip olan bir cihaz ve yöntem olarak karşımıza AKM (Atomik Kuvvet Mikroskobu) çıkmaktadır. Atomik kuvvet mikroskobu ile maddenin yapısında bir atom hassasiyetinde değişiklik yapabilmek mümkün hale gelmiştir. Nanomalzemeler sentez yöntemleri, optik, mekanik, elektronik vb özellikleri açısından farklılık göstermektedir. Nano malzemelerin üretiminde, top-down ya da bottom-up metodları kullanılabilir. Nanomalzemeler, seçilen metoda göre belirli koşullar altında sentezlenebilir. İlgili nanomalzemenin sentez aşaması tamamlandıktan sonra, karakterizasyon testleri ile, bu nano malzemelerin yapıları hakkında detaylı bilgiler edinilmektedir. Malzemenin yapısına ve özelliklerine bağlı olarak karakterizasyon testleri de çeşitlenmekte olup, doğru malzeme için doğru karakterizasyon yönteminin seçimi de son derece önemli olmaktadır. Elektronik ve yarıiletken endüstrileri nano malzemelerden yüksek oranda yararlanmaktadır. Bu sektörler, hız ve verimlilik temeli üzerine kurulmuştur. Moore yasasına göre de ürünlerin performansının her iki yılda bir ikiye katlanması beklenmektedir. Ancak nanometre ölçeğinde tasarımların üretimi ve çalışma prensipleri klasik fizik kurallarının ötesine geçmektedir. Boyut ve performans açısından daha verimli malzemelerle çalışılmadıkça, teknolojideki ilerlemenin moore yasası tahminlerine ulaşamayacağı açıktır. Bu nedenle ihtiyaca uygun yeni nano malzemelerin sentezlenmesi ve bunlarla çalışılması hedeflenmektedir. Bu alanda çeşitli yapılarda kullanılmaya başlanan kuantum noktalar da önemli bir yer edinmeye başlamıştır. Optik ve elektronik özellikleriyle gelecek vaadeden bir nano malzeme olan kuantum noktalar en verimli ve fonksiyonel ürünlerin üretilmesinde yapı taşı olacak düzeyde büyük potansiyele sahiptir. Bu malzemeler, yalnızca yarı iletken endüstrisinde değil, kimya, tıp, fizik ve biyoloji gibi alanlarda da birçok kullanım fırsatı bulduğundan, farklı uzmanlık alanlarının disiplinler arası çalışmalarda işbirliği yapabileceği ortak bir platform olma potansiyeline sahiptir. Bu çalışmamın odak noktası kuantum noktalarıdır. Kuantum noktalar optik ve elektronik özellikleriyle teknolojinin gelişiminde önemli bir yere sahiptir. Bu nano materyallerin, TV'ler, güneş pilleri, boyalar, vb. çeşitli kullanım alanları mevcuttur. Yıllar geçtikçe kuantum noktaların kullanım alanları artmaktadır. Ayrıca, birçok farklı alanda yapılan araştırmalar dolayısıyla bu artışın yakın zamanda üstel olarak hızlanması beklenmektedir. Kuantum noktaların farklı alanlarda kullanımı mümkündür. Tıp alanında da önemli bir potansiyele sahiptir. Yapısında kullanılan baz malzemeye bağlı olarak, biyouyumlu kuantum noktaları sentezlenebilir veya biyouyumluluğu olmayan kuantum noktaları, polimerler aracılığı ile işlevselleştirilerek biyouyumlu olacak şekilde tasarlanabilir. Elektronik özellikler açısından metal katkılı olarak sentezlenen kuantum noktaları öne çıkmaktadır. Bu kuantum noktalarının, elektron hareketliliği ve optik özellikleri açısından, kararlı ve dayanıklı olması beklenmektedir. Bu sebeple; optik ve morfolojik özellikleri açısından karbon bazlı metal katkılı kuantum noktaların sentezi karakterizasyonu üzerine odaklanılmıştır. Karbon kaynağı olarak Sitrik Asit Monohidrat (𝐶6𝐻8𝑂7·𝐻2𝑂) ile birlikte metal katkısı için Çinko kaynağı olarak Çinko Klorür (𝑍𝑛𝐶𝑙2 ) kullanılmıştır. Literatürde çoğunlukla çinko kaynağı olarak Çinko Oksit (ZnO) kullanılmış olduğu gözlemlenmektedir. Bu anlamda literatürde öncü çalışmalar arasında olma potansiyeline de sahiptir. Sentez aşamasında, öncelikle referans olarak yalnız sitrik asit kullanılmış ve diğer örnekler bununla karşılaştırılmıştır. Diğer örneklerde de sitrik asite ilave olarak çinko klorür, 1:1 ve 1:10 oranlarında eklenmiştir (Sitrik Asit : Çinko Klorür). Sentez işleminde mikrodalga tekniği kullanılmıştır. Sentez için maksimum gücü 800 W olan mutfak tipi bir mikrodalga fırın kullanılmıştır. Malzemeler ultra saf su içinde çözülerek mikrodalga fırına verilmiştir. Daha sonra çözeltinin hızla buharlaştığı gözlemlenmiştir. Bu sebeple örnekler mikrodalga fırına katı halde eklenerek sentez gerçekleştirilmiştir. Örnek isimleri de Zn(1):CQD, Zn(10):CQD and CQD olarak verilmiştir. Zn(1):CQD örneği için, sitrik asit ve çinko klorür bileşikleri, karbon ve çinkonun element oranı 1:1 olacak şekilde tartılmıştır. Zn(10):CQD örneği için, sitrik asit ve çinko klorür bileşikleri karbon ve çinkonun element oranı sırasıyla 1:10 olacak şekilde tartılmıştır. CQD örneğinde ise referans olarak kullanılmak üzere yalnız sitrik asit tartılmıştır. CQD sentezinde örnek tartıldıktan sonra behere katı halde kondu ve 20 dakika süreyle 800W kademesinde mikrodalga fırında bekletildi. Sonuç olarak, ürün jel formuna geldiğinde bir örnek kabına alınarak soğumaya bırakıldı. Son olarak oluşan ürünün parlak sarımsı renkli ve jel formunda olduğu gözlemlendi. Zn(1):CQD ve Zn(10):CQD sentezinde ise ürünler tartıldıktan sonra 20 dakika süreyle 800W kademesinde mikrodalga fırında bekletildi. Ürün istenen jel formuna geldiğinde örnek kabına alınarak soğumaya bırakıldı. Son olarak oluşan ürünlerin sıcak iken jel formunda ve saydam olduğu gözlemlendi. Soğuduktan sonra ise Zn(1):CQD jel formunda ve saydam olup, Zn(10):CQD ise jel formunda ancak opak beyaz renkli olduğu gözlemlendi. Daha sonra bu örneklerin, FTIR, XPS, TEM ve Florasan Spektroskopi ile karakterizasyon testleri yapıldı. Optik özelliklerin analizi için UV-VIS Spektrofotometre ve Florasan Spektrofotometre kullanıldı. Yapısal analiz için Fourier Dönüşümü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) kullanıldı. Kimyasal analiz için ise X ışını Fotoelektron Spektroskopi (XPS) kullanıldı. Son olarak da sentezlenen örneklerin boyut analizi için Transmisyon Elektron Mikroskobu (TEM) kullanıldı. Bu testlerden elde edilen sonuçlar ve ilgili yorumlar tezin içeriğine eklenmiştir. Yapılan hesaplarla birlikte sonuçların tutarlılığı ve bu malzemeyle yapılabileceklere dair fikirler paylaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
Today, Nanotechnology takes place as an interdisciplinary unifying layer in almost every field related to science and engineering. The physical structure of the matter is crystalline. This crystal structure offers us the opportunity to calculate and predict all the properties of matter. It is possible to reach the answers of the questions about how the matter will be affected under different conditions, or how it can react to the changes in conditions, with the information obtained from the crystal structure of the substance. There are also studies in the literature on making changes in the crystal structure of matter in order to benefit from the knowledge that the crystal structure offers us about matter and even to obtain more information. Along with the changes made in the crystal structure of the matter, the research and studies to produce the materials that have the necessary properties according to the area of interest are continuing rapidly. The ability to make specific changes in the crystal structure of materials is possible in nano dimensions, and necessary changes could be made with different materials and techniques. In this sense, AFM (Atomic Force Microscopy) emerges as a device and method that has a very important place in the literature and applications. Through the atomic force microscopy, it has become possible to make changes in the structure of matter with the precision of an atom. Nanomaterials vary in terms of synthesis methods, optical, mechanical, electronic properties, etc. Top-down or bottom-up methods can be used to synthesize nanomaterials. Nanomaterials can be synthesized under specific conditions according to the selected method. After the synthesis phase of the relevant nanomaterial is completed, detailed information about the structures of these nanomaterials is obtained through the characterization tests. Characterization tests also vary depending on the structure and properties of the material, and choosing the right characterization method for the right material is also extremely important. The electronics and semiconductor industries are taken the advantage of nanomaterials at a high rate. These fields have been constituted on the basis of speed and efficiency. According to Moore's law, the performance of products is expected to be doubled every two years. However, at the nanometer scale, the production and working principles of designs go beyond the classical laws of physics. Unless we are worked with more efficient materials in terms of size and performance, it is clear that the advancement of technology will not reach the predictions of Moore's law. Therefore, it is aimed to synthesize and work with new nanomaterials according to the needs. Quantum dots, which are used in various structures in this field, have also started to gain an important place. With their optical and electronic properties, quantum dots are considered to be promising materials and, have great potential to become a building block for the production of efficient and functional products. These materials have the potential to be a common platform where different areas of expertise can cooperate in interdisciplinary studies, as these materials find many usage opportunities not only in the semiconductor industry but also in areas such as chemistry, medicine, physics and biology as well. The focus of this work is the quantum dots. Quantum dots have an important place in the development of technology with their optical and electronic features. These nanomaterials have various application areas such as TVs, solar cells, paints, etc. Over the years, the uses of quantum dots have been increasing. In addition, this increase is expected to accelerate exponentially in the near future due to researches in many different fields. Quantum dots can be used in different fields. They also have an important potential in the field of medicine. Depending on the base material used in its structure, biocompatible quantum dots can be synthesized or quantum dots without biocompatibility can be designed to be biocompatible by functionalizing through polymers. In terms of electronic properties, metal-doped quantum dots stand out. These quantum dots are expected to be stable and durable in terms of electron mobility and optical properties. Therefore; Focus is on the synthesis and characterization of carbon-based metal-doped quantum dots in terms of optical and morphological properties. The Citric Acid Monohydrate (𝐶6𝐻8𝑂7·𝐻2𝑂) as carbon source, Zinc Chloride (𝑍𝑛𝐶𝑙2) as zinc source for metal doping, has been used. It is observed in the literature that Zinc Oxide (𝑍𝑛𝑂) is mostly used as a source of zinc. In this sense, it has the potential to be among the pioneering studies in the literature. In the synthesis phase, only Citric Acid was used as a reference first and other samples were compared with it. In other examples, in addition to citric acid, zinc chloride was added in a ratio of 1:1 and 1:10 (Citric acid:ZnCl2). The microwave-assisted synthesis technique was used in the synthesis process. Kitchen type microwave oven with a maximum power of 800W was used for synthesis. We dissolved the materials in ultra-pure water and put them in the microwave oven. Then it was observed that the solution evaporated quickly. For this reason, the synthesis was carried out by adding the samples to the microwave oven in solid form. Sample names were also given as Zn(1):CQD, Zn(10):CQD and CQD. For the Zn(1):CQD sample, the citric acid and zinc chloride compounds were weighed as the elemental ratio of carbon and zinc to be 1:1. For the Zn(10):CQD sample, the citric acid and zinc chloride compounds were weighed as the elemental ratio of carbon and zinc to be 1:10, respectively. For the CQD sample, only the citric acid was weighed to be used as a reference. In the synthesis of CQD, after the sample was weighed, it was placed in the beaker in solid form and kept in the microwave oven at 800W power for 20 minutes. As a result, when the product reached the gel form, it was taken into a sample cup and allowed to cool. The final product had a bright yellowish color and gel form. In the synthesis of Zn(1):CQD and Zn(10):CQD, the reactants were kept in the microwave oven for 20 minutes at 800 W after weighing. The product reached the desired gel form, it was taken into the sample container and left to cool. The final products were in gel form and transparent while they were hot. After cooling, Zn(1):CQD was in gel form and transparent, whereas Zn(10):CQD became in gel form but opaque white in color. Afterward, characterization tests of these samples were performed through FTIR, XPS, TEM and Fluorescent Spectroscopy. UV-VIS (Ultraviolet-Visible Spectrophotometer) and Fluorescent Spectrophotometer were used for the analysis of optical properties. Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR) was used for structural analysis. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) was used for chemical analysis. Finally, Transmission Electron Microscopy (TEM) was used for dimensional analysis of the synthesized samples. The results obtained from these tests and related comments have been added to the content of the thesis. Along with the calculations, the consistency of the results and ideas about what can be done with this material were shared.
Benzer Tezler
- Anyon değişim membran yakıt hücrelerinde kullanılmak üzere katot katalizörlerinin sentezi ve aktivitesinin belirlenmesi
Synthesis and determination of the activity of cathode catalysts for use in anion exchange membrane fuel cells
ALI TAMBWE AMIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimya MühendisliğiGazi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA ÇİĞDEM GÜLDÜR
ÖĞR. GÖR. SİLVER GÜNEŞ
- Fischer-Tropsch sentezi̇ i̇le hafi̇f olefi̇n üreti̇mi̇ i̇çi̇n azot ve bor doplu akti̇f karbon destekli̇ demi̇r katali̇zörleri̇ni̇n geli̇şti̇ri̇lmesi̇
Development of nitrogen and boron doped activated carbon supported iron catalysts for light olefin production by Fischer-Tropsch synthesis
PINAR ŞAKOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALPER SARIOĞLAN
DR. OSMAN OKUR
- Development of selective iron-based fischer-tropsch catalysts to light olefins
Hafif olefinler için seçici demir bazli fischer-tropsch katalizörlerinin geliştirilmesi
YASEMİN FATİH AGHDAEI
Doktora
İngilizce
2023
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSNÜ ATAKÜL
DOÇ. DR. ALPER SARIOĞLAN
- Design of anode active materials from hot dip galvanizing waste for lithium ion batteries
Lityum iyon piller için sıcak daldırma galvaniz atıklarından anot aktif malzemelerin tasarımı
ORHUN OĞUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BİLLUR DENİZ KARAHAN
- ZnO katkılı hidroksiapatitin sentezi ve elektroanalitik uygulaması
Synthesis of ZnO doped hydroxyapatite and its electroanalytical application
AYŞE GÖREN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
KimyaMersin ÜniversitesiNanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ERSAN TURUNÇ