Investigation, design and characterization of luminescence properties of rare earth elements on glass-ceramic coatings
Nadir toprak elementlerinin cam-seramik kaplamalar üzerindeki lüminesans özelliklerinin araştırılması, tasarımı ve karakterizasyonu
- Tez No: 810996
- Danışmanlar: DOÇ. DR. BUĞRA ÇİÇEK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Malzeme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 124
Özet
Cam-seramik malzemeler, cam matris içerisinde kontrollü kristalizasyon yöntemi ile oluşturulan seramik kristaller içeren bir inorganik kompozit malzemedir. Cam seramik kompozit malzemeler, yüksek darbe dayanımı, yüksek kimyasal kararlılık, yüksek termal şok dayanımı, ayarlanabilir optik özellikleri gibi birçok özelliklere sahiptir. Cam-seramik kaplama teknolojisi, metal altlığın korunması ve cam-seramik kaplamanın vitröz yapısı sayesinde kaplanan metale estetik bir görünüm kazandırmaktadır. Özellikle elektrik ile aydınlatma gerektiren alanlar, yüksek enerji tüketimi ve buna bağlı olarak artan karbon ayak izi küresel bir sorun teşkil etmektedir. Bu alanlarda çevre dostu malzemelerin kullanımı oldukça önemlidir. Bu nedenle yüksek kimyasal kararlılık, yüksek darbe direnci ve estetik görünüme sahip olan cam-seramik kaplamalar kazandırılan lüminesans özellik ile enerji tasarrufu ve düşük karbon salınımına katkı sağlamaktadır. Bu araştırma, SrAl2Si2O8:Pr3+, Dy3+ ve SrAl2Si2O8:Er3+, Dy3+ cam-seramik sistemlerinin cam-seramik kaplamaya dahil edilmesiyle cam-seramik kaplamalara lüminesans özellikleri kazandırmayı amaçlamaktadır. Erbiyum, praseodim ve disprosyum, elektronik geçişlerden kaynaklanan güçlü emisyon özelliklerinden dolayı, lüminesans merkezleri oluşturmak için SrAl2Si2O8 matrisine dahil edilmiştir. 1550°C'de 1 saat eritildikten sonra eriterek söndürme yöntemiyle SrAl2Si2O8:Pr3+, Dy3+ ve SrAl2Si2O8:Er3+, Dy3+ cam-seramik sistemler üretilmiştir. Metal altlık numunelerin üzerine astar kat ve ara kat uygulaması yapılarak üst kat uygulamaya hazır hale getirilmiştir. Elde edilen bu malzemeler, transparan cam-seramik kaplama içerisine ağırlıkça %5, %10, %20 ve %40 oranlarda değirmen katkısı olarak eklenmiş ve sulu sprey uygulama yöntemi ile ara kat üzerine uygulanmıştır. SrAl2Si2O8: Pr3+, Dy3+ ve SrAl2Si2O8: Er3+, Dy3+ cam-seramik partikülleri XRF, XRD, DTA ve raman gibi çeşitli analizlere tabi tutulmuştur. Kaplanmış numune yüzeylerinin incelemesi için SEM, spektroflorometre ve 3D yüzey haritalaması için optik mikroskop gibi çeşitli araçlar kullanıldı. Spektroflorometre analizleri yapılan numuneler için, katkılanmamış transparan cam-seramik kaplama numunesi herhangi bir emisyon pikine sahip olmamasına rağmen, katkılanmış numunelerin ağırlıkça katkı yüzdesi arttıkça belirli dalgaboylarında emisyon pikleri oluştuğu ve bu piklerin giderek yoğunlaştığı gözlemlenmiştir. Bu emisyonlar, SrAl2Si2O8:Pr3+, Dy3+ katkısı yapılmış kaplamalar için 485 nm ve 575 nm dalgaboylarında gerçekleşmiştir ve bu emisyonlar sırasıyla Pr3+(3P0→3H4), Dy3+(4F9/2 → 6H15/2) ve Dy3+(4F9/2 → 6H15/2) enerji band geçişlerini temsil eder. SrAl2Si2O8:Er3+, Dy3+ katkısı yapılmış kaplamalar için ise 450nm, 480nm, 500nm, 550nm, 570nm, ve 660nm dalgaboylarında emisyon gerçekleşmiştir ve Bu emisyonlar sırasıyla Dy3+(4I15/2 → 6H15/2), Dy3+(4F9/2 → 6H15/2), Er3+(2H11/2 → 4I15/2), Er3+(4S3/2 → 4I15/2), Dy3+(4F9/2→6H13/2), ve Dy3+(4F9/2 - 6H11/2) enerji band geçişlerini temsil etmektedir. Bu çalışma, cam-seramik kaplamalara lüminesans özellik kazandırılması ile özellikle reklam ve aydınlatma endüstrisi gibi enerji sarfiyatının yüksek olduğu alanlara çözüm olacağı düşünülmektedir. Ayrıca enerji verimliliği, düşük karbon salınımı, kolay üretilebilir olması, yüksek kimyasal kararlılığı ve yüksek darbe dayanımı ile çevre dostu ve uzun ömürlüdür.
Özet (Çeviri)
Glass-ceramic materials are inorganic composites made of ceramic crystals produced in a glass matrix by controlled crystallization. Glass-ceramic composites are impact-resistant, chemically stable, thermally shock-resistant, and optically adjustable. Due to its vitreous composition, glass-ceramic coating technique protects metal substrates and improves their appearance. The global issue of areas requiring electric illumination, especially those with high energy consumption and the resulting increase in carbon footprint, as billboards, signboards, etc., is cause for concern. It is crucial to employ ecologically sustainable materials in these fields. Glass-ceramic coatings that exhibit luminescent properties are known for their advantageous attributes, including superior chemical stability, notable impact resistance, and attractive appearance. These features render them a valuable asset in promoting energy efficiency and mitigating carbon emissions. The objective of this investigation is to gain luminescent characteristics to glass-ceramic coatings through the incorporation of SrAl2Si2O8: Pr3+, Dy3+ and SrAl2Si2O8: Er3+, Dy3+ glass-ceramic systems into the glass-ceramic coating. Erbium, praseodymium, and dysprosium were incorporated into the SrAl2Si2O8 matrix to generate luminescent centers, owing to their strong emission characteristics arising from electronic transitions. After melting at 1550°C for 1 hour, the glass-ceramic systems SrAl2Si2O8:Pr3+, Dy3+ and SrAl2Si2O8:Er3+, Dy3+ were produced via melt-quenching method. The metal substrate samples were prepared for the top coat application by applying ground and intermediate coat. The aforementioned substances were incorporated into the SiO2-B2O3-Na2O-ZnO-based transparent glass-ceramic coating in proportions of 5%wt, 10%wt, 20%wt, and 40%wt as a milling additive, and subsequently administered to the intermediate coat through the aqueous spray application technique. The glass-ceramic particles of SrAl2Si2O8:Pr3+, Dy3+ and SrAl2Si2O8:Er3+, Dy3+ underwent multiple analyses including X-ray fluorescence (XRF), X-ray diffraction (XRD), differential thermal analysis (DTA), and Raman spectroscopy. The instruments, including SEM, spectrofluorometry, and optic microscope for 3D surface mapping, were employed to examine the coated sample surfaces. Upon conducting spectrofluorometric analysis on the samples, it was observed that the transparent glass-ceramic coating sample that remained unmodified did not demonstrate any discernible emission peaks. As the number of doping substances was elevated in the doped specimens, various emission peaks were observed at particular wavelengths, and their intensities progressively amplified. The coatings doped with SrAl2Si2O8:Pr3+, Dy3+ exhibited emissions at 485 nm and 575 nm, which corresponded to the Pr3+(3P0→3H4), Dy3+(4F9/2 → 6H15/2), and Dy3+(4F9/2 → 6H15/2) energy band transitions, respectively. The coatings that were doped with SrAl2Si2O8: Er3+, Dy3+ exhibited emissions at distinct wavelengths, namely 450 nm, 480 nm, 500 nm, 550 nm, 570 nm, and 660 nm, which corresponded to the Dy3+(4I15/2 → 6H15/2), Dy3+(4F9/2 → 6H15/2), Er3+(2H11/2 → 4I15/2), Er3+(4S3/2 → 4I15/2), Dy3+(4F9/2→6H13/2), and Dy3+(4F9/2→6H11/2) energy band transitions. This research has proposed a resolution, specifically for sectors that consume high levels of energy, such as the advertising and lighting industries, through the integration of luminescent characteristics into glass-ceramic coatings. Furthermore, the aforementioned solution exhibits characteristics that are both environmentally sustainable and durable, including energy efficiency, low carbon emissions, ease of production, high chemical stability, and high impact resistance.
Benzer Tezler
- ZnO nanopartikül katkılı yeni kalamitik sıvı kristallerin sentezi ve mesomorfik incelemeleri
Synthesis and mesomorphic investigation of new calamitic liquid crystals doped with ZnO nanoparticles
YAĞMUR BİNGÖL
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
KimyaYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALE OCAK
DOÇ. DR. HATİCE HANDE MERT
- Synthesis of organic energy materials; investigation of their properties and device applications
Enerji tabanlı organik materyallerin sentezi, özelliklerinin incelenmesi ve cihaz uygulamaları
RECEP İŞÇİ
- Bor içeren donör-akseptör (D-A) organik materyallerin sentezi ve özelliklerinin incelenmesi
Syntheses of boron containing donor-acceptor (D-A) organic materials and investigation of their properties
ONUR ŞAHİN
- Investigation of phase evolution during crystallization of long afterglow strontium aluminate phosphor (Sr4Al14O25): The B2O3 effect
Uzun fosfor ışıma süreli stronsiyum alüminat fosforun kristilizasyonu sırasında faz evriminin incelenmesi (Sr4Al14O25): B2O3 etkisi
SIROUS KHABBAZ ABKENAR
- Design and microfabrication of a strain-gauge array on polymer substrate for tactile neuroprosthesis in rats
Sıçanlarda dokunsal nöroprotez uygulaması için polimer tabanlı gerinim-ölçer dizisi tasarımı ve mikrofabrikasyonu
MOHAMMAD BEYGI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞENOL MUTLU
DOÇ. DR. BURAK GÜÇLÜ