Ordered colloidal-mask applications in light management
Işık yönetiminde dizilmiş kolloidal-maskeuygulamalar
- Tez No: 684297
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ALPAN BEK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- 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: 124
Özet
Dielektrik kolloidal mikro-/nanoküreler (CMNS), farklı uygulamalar için umut vadeden adaylardır. Bu tezde, kolloidal küreler, güneş pilleri gibi fotonik cihazlarda veya yüzey artırımlı Raman saçılması (SERS) alttaşlarında ışık yönetimi için kullanılmıştır. CMNS dizileri, geniş gelen radyasyonu, daha yüksek dönüşüm verimliliği sağlayarak ışık şiddetinin önemli ölçüde yoğunlaştığı bir dizi sıkı odak noktalarına yönlendirebilir.. Ayrıca, cihaz yüzeyinde etkili bir ortam görevi gören CMNS dizileri, yansımayı azaltabilir ve artırılmış ileri saçılımı ve dolayısıyla cihaz içinde ışığın kullanımını kolaylaştırabilir. Bu nedenle, fotonik cihazların üzerinde yer alan tek tip CMNS dizileri, yansıma önleyici kaplamalar veya konsantre fotovoltaikler (CPV) çerçevesinde yüzeyde dağıtılmış bir yoğunlaştırıcı olarak kabul edilebilen mikro lensler gibi davranabilir. Böyle bir ışık tutucu yapının üretimi, düşük maliyetli ve vakumla buharlaştırılan çok katmanlı yansıma önleyici kaplamalar gibi yaygın alternatiflerden daha az karmaşıktır. Bu tezde, bu tür CMNS dizilerinin en uygun boyut ve şeklinin deneysel gösterimi ve hesaplamalı desteği gösterilmiştir. Ayrıca,viii ince metalik film kaplıdielektrik nanokürelerin, uygun maliyetli SERS alttaşlarının üretimi için yüksek bir potansiyele sahip olduğu gösterilmiştir. Nanokürelerin yüksek yoğunluklu sıcak noktalar elde etmek için sunduğu morfolojik avantajlara ek olarak, karmaşık olmayan ısıl işlemle şekil ayarlanabilirliğine sahip olmaları, onları ayarlanabilir SERS alttaşları için çekici bir platform haline getirmektedir. Ayrıca, eğik açılı metal bırakım tekniği ile birleştirildiğinde, nanoküreler üzerinde ayarlanabilir şekildeki gümüş (Ag) filmler gibi metal filmler ve yüksek yoğunlukta ayarlanabilir boşluklar elde edilebilir. Kaplanma açısında küçük değişiklikler uygulamak, SERS artırım faktörünün (EF) ince ayarı için araçlar sağlayabilir ve bu, bir Raman analiti olarak kristal mor boya molekülü kullanılarak ölçülen EF'nin 108'e kadar çıkmasıyla sonuçlanır. Bu uygulama, yüksek EF değerine sahip SERS alttaşlarının, kendi kendini organize eden bir nanoküre deseninin tek tabakasını kullanarak makul bir maliyetle üretilmesinin yolunu açmaktadır. 5o eğimde kaplanmış ultra ince Ag filmin, 0o'de iki katı kalınlıkta kaplanmış olanlar için mükemmel bir alternatif olduğu gösterilmiştir. 5o eğim açısında 109'a kadar beklenen alan artırımlarını gösteren sonlu elemanlar metoduna dayalı simülasyonlar ile deneysel sonuçlar arasında güçlü bir uyum vardır. Özetle, bu tezde fotonik cihazlar için ışık yönetiminde çeşitli dizilmiş kolloidal maske uygulamalarının gösterilmesi amaçlanmaktadır
Özet (Çeviri)
Dielectric colloidal micro-/nanospheres (CMNS) are promising candidates for different applications. In this thesis, colloidal spheres are either used for light management in photonic devices such as solar cells or surface enhanced Raman scattering (SERS) substrates. CMNS arrays can direct the broad incident radiation into a set of tighter foci, at which light intensity becomes considerably concentrated, enabling higher conversion efficiency. Furthermore, the CMNS arrays acting as an effective medium on the device surface can reduce reflection and facilitate improved forward scattering and hence the utilization of light within the device. Therefore, uniform arrays of CMNS located on top of the photonic devices can behave as antireflection coatings or as micro-lenses which can be regarded as a surface distributed concentrator within the framework of concentrated photovoltaics (CPV). Fabrication of such a lighttrapping structure is low-cost and less complicated than common alternatives such as vacuum evaporated multilayer antireflection coatings. In this thesis, experimentalvi demonstration and computational support of the optimal size and shape of such CMNS arrays are illustrated. Besides, thin metallic film coated dielectric nanospheres are demonstrated to have a high potential for fabrication of cost-effective SERS substrates. In addition to the morphological advantages that nanospheres offer for attaining a high density of hotspots, possessing shape adjustability by uncomplicated thermal treatment make them an attractive platform for tuneable SERS substrates. Furthermore, when combined with oblique angle metal deposition technique, adjustable gaps at a high density and adjustable shape of metal films, such as silver (Ag) films, can be achieved on nanospheres. Applying small changes in deposition angle can provide means for fine adjustment of the SERS enhancement factor (EF), resulting in EF up to 108 measured using crystal violet dye molecule as a Raman analyte. This practice paves the way for the fabrication of high EF SERS substrates at a reasonable cost using a monolayer of self-organized nanosphere pattern. An ultra-thin Ag film coated at 5o tilt is shown to be an excellent substitute for a film deposited at 0o with double the thickness. There is a strong agreement between the experimental results and finite element method based simulations exhibiting expected field enhancements up to 109 at a tilt angle of 5o. In summary, the demonstration of several ordered colloidal mask applications in light management for photonic devices is aimed at this thesis.
Benzer Tezler
- Recognition mediated fabrication and tailoring of polymeric and colloidal microstructures
Polimerik ve kolloidimsi mikroyapıların tanıma yoluyla fabrikasyonu ve işlevselleştirilmesi
GÜLEN YEŞİLBAĞ
- Photo-responsive microcapsule systems via supramolecular chemistry
Supramoleküler kimya yoluyla kurulan ışıl ayrılabilir mikrokapsüller
KADER MERVE TÜRKSOY
- Üç boyutlu düzenli makrogözenekli malzeme destekli nikel içeren katalizörlerin sentezi, karakterizasyonu ve katalitik aktivitelerinin incelenmesi
The synthesis, characterization and catalytic activity studies over the three dimensionally ordered macroporous material supported nickel catalysts
İKBAL AY
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
KimyaGazi Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ DEREKAYA
- Constructing peptide (GEPI)-protein molecular hybrids by using genetic engineering methods for materials and medical applications.
Malzeme ve medikal uygulamalar için gen mühendisliği yoluyla peptid (GEPI)-protein hibritlerin oluşması.
DENİZ ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2011
Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANDAN TAMERLER
PROF. DR. MEHMET SARIKAYA
- Theoretical characterization of colloid-polymer nano-composites
Kolloid-polimer nano-bileşiklerin teorik karakterizasyonu
EKİN KÜÇÜKSÖNMEZ
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEM SERVANTIE