Synthesis and characterization of microporous titano/vanadosilicate zeotype films for humidity sensing applications
Nem sensörü uygulamaları ı̇çı̇n mı̇kro gözeneklı̇ tı̇tano/vanadosı̇lı̇kat zeotı̇p fı̇lmlerı̇n sentezı̇ ve karakterı̇zasyonu
- Tez No: 776708
- Danışmanlar: PROF. DR. BURCU AKATA KURÇ, PROF. DR. NECATİ ÖZKAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilim ve Teknoloji, Kimya Mühendisliği, Science and Technology, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- 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: 138
Özet
Çeşitli kimyasal moleküller için çevresel kontrole yönelik artan talep, sensör cihazları için yeni malzemeler geliştirmeye yönelik araştırmalara büyük ilgi duyulmasına yol açmıştır. Nem çevremizde yaygın bir unsur olduğundan, nemin ölçülmesi ve kontrolü insan konforu ve geniş bir endüstri ve teknoloji yelpazesi için gereklidir. İyi bir nem sensörünün geliştirici tasarımı, doğrusal tepki, yüksek hassasiyet, hızlı tepki süresi, kimyasal ve fiziksel kararlılık, geniş çalışma nem aralığı ve düşük maliyet gibi gereksinimleri nedeniyle oldukça karmaşık bir konudur. Ayrıca sensör performansı, geliştirilen sensörün kimyasal yapısı ve yüzey morfolojisi gibi suyun adsorpsiyon/desorpsiyon sürecini içeren parametrelerle sıkı sıkıya ilişkilidir. Bu tezde, -V-O-V- ve -Ti-O-Ti- tellerinin nem algılama davranışı üzerindeki etkisini gözlemlemek için toz ve film formlarında titanosilikat ETS-10 ve vanadosilikat AM-6 zeotip malzemeleri sentezlenmiştir. Malzeme hazırlama seçimi, farklı parametrelerin nem algılama üzerindeki etkisinin araştırılmasına olanak sağlamıştır. Bunlar film kalınlığı, kristalografik yönelim, tohum kristallerinin türü, kuantum telleri içindeki farklı kusur oluşumları ve son olarak ETS-10 yapısındaki vanadyum katkısının etkisi olarak özetlenebilir. Tüm numuneler FE-SEM, XRD, Raman ve XPS analizleri ile karakterize edilmiştir. Nem algılama için, farklı bağıl nem değerlerine sahip on bir doymuş tuz çözeltisi ile bir bağıl nem deney düzeneği tasarlanmıştır. Doymuş tuz çözeltileri kullanılarak sabit nem ortamlarında sensör hassasiyeti ve tepki süresi gibi nem sensörü parametrelerinin belirlenmesi empedans analizörü aracılığıyla gerçekleştirilmiştir. Nem sensörlerinin bağıl nem değerlerindeki değişimlere karşı hassasiyeti, belirli frekanslarda ölçülen empedans verilerine göre belirlenmiştir. Bu çalışmanın ilk bölümünde titanosilikat ETS-10 ve vanadosilikat AM-6 zeotip tozları sentezlenmiş ve döndürmeli kaplama yöntemiyle ince filmler hazırlanmıştır. Bu iki izoyapılı zeotipin nem algılama davranışı orta ve yüksek bağıl nem seviyelerinde yüksek hassasiyet göstermiştir. Bu tezin ikinci bölümünde, kuantum tellerinin ve yönelimlerinin nem algılama davranışı üzerindeki etkisini daha iyi anlamak için, ETS-10 ve AM-6 filmleri ikincil büyüme yöntemiyle hazırlanmıştır. Bu amaçla, tohum katmanı olarak ETS-10 tozu kullanılmıştır. Bu filmlerin nem algılama performansı, vanadyum kaynağı olarak vanadil sülfat ile hazırlanan AM-6 filmlerinin tüm bağıl nem aralığında hazırlanan tüm filmlerden daha iyi performans gösterdiğini ortaya koydu. Bu tezin son bölümünde, kuantum telinde hem vanadyum hem de titanyum atomlarının farklı koordinasyonlara sahip olduğu bir yapı araştırılmıştır. Bu, titanosilikat ETS-10 yapısına vanadyum eklenerek modifiye edilmesiyle gerçekleştirilmiştir. Sensörler döndürmeli kaplama metodolojisi ile hazırlanmıştır. V/Ti+V=0.2 miktarına sahip vanadyum katkılı örnekler, düşük bağıl nem seviyelerinde diğer katkılı örneklere göre daha iyi hassasiyet göstermiştir.
Özet (Çeviri)
The growing demand for environmental control for various chemical molecules has led to considerable interest in the research devoted to developing new materials for sensor devices. Since humidity is a prevalent component in our environment, measurements and control of humidity are essential for human comfort and a broad spectrum of industries and technologies. The constructive design of a good humidity sensor is a rather complicated topic due to its requirements, such as linear response, high sensitivity, fast response time, chemical and physical stability, wide operating humidity range, and low cost. Moreover, the sensor performance is strictly related to parameters like the chemical structure and the surface morphology of the developed sensor, which involve the adsorption/desorption process of water. In this thesis, titanosilicate ETS-10 and vanadosilicate AM-6 zeotype materials in powder and film forms were synthesized to observe the effect of -V-O-V- and -Ti-O-Ti- wires on the humidity sensing behavior. The choice of material preparation allowed one to investigate the effect of different parameters on humidity sensing. These can be summarized as the effect of film thickness, crystallographic orientation, type of seed crystals, different defect formations within the quantum wires, and lastly, vanadium doping in the ETS-10 structure. All samples were characterized by FE-SEM, XRD, Raman, and XPS analyses. For humidity sensing, a relative humidity experiment setup was designed with eleven saturated salt solutions with different relative humidity values. The determination of such humidity sensor parameters as sensor sensitivity and response time in constant humidity environments using saturated salt solutions was carried out via the impedance analyzer. The humidity sensors' sensitivity to variations in relative humidity values was determined according to the impedance data measured at certain frequencies. In the first part of this study, titanosilicate ETS-10 and vanadosilicate AM-6 zeotypes powders were synthesized, and thin films were prepared by the spin coating method. The humidity sensing behavior of these two isostructural zeotypes shows high sensitivity at medium and high relative humidity levels. In the second part of this thesis, to better understand the effect of the quantum wires and their orientation on humidity sensing behavior, ETS-10 and AM-6 films were prepared by the secondary growth method. For this purpose, ETS-10 powder was used as the seed layer. The humidity sensing performance of these films revealed that AM-6 films prepared by vanadyl sulfate as a vanadium source performed better than all prepared films at the whole relative humidity range. In the last part of this thesis, to better understand the sensing mechanism, especially at low relative humidity levels, a structure with both vanadium and titanium atoms of differing coordinations in the quantum wire was investigated. This was accomplished by modifying titanosilicate ETS-10 by substituting vanadium into the structure. Sensors were prepared by spin coating methodology. Vanadium-doped samples with a V/Ti+V ratio of 0.2 showed better sensitivity at low relative humidity levels than other doped samples.
Benzer Tezler
- Synthesis and characterization of porous macromolecular materials, and their applications
Gözenekli makromoleküler malzemelerin sentezi, karakterizasyonu ve uygulamaları
ÖMER SUAT TAŞKIN
- Borosilikat ve boro-alüminosilikat zeolitlerinin sentezi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of brosilicate and alumino silicate zolites
E.BERNA BİROL
- Synthesis and characterization of titanosilicate ETS-10 for potential photovoltaic applications
Titanyumsilikat ETS-10' lerin olası fotovoltaik uygulamalar için sentezlenmesi ve karakterize edilmesi
SEZİN GALİOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2010
KimyaOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET PARLAK
YRD. DOÇ. DR. BURCU AKATA KURÇ
- Hedef kimyasala duyarlı floresan malzemelerin sentezi ve kimyasal sensörlerde kullanımı
Synthesis of fluorescent materials sensitive to target chemicals and usage in chemical sensors
FEHMİ KARAGÖZ
- İyon seçici sol-jel film sentezi ve optik sensör olarak kullanmı
Ion selective sol-gel film synthesis and usage as optical sensor
MERVE UMUTLU
