Reduced graphene oxide/polyaniline ph sensor based on hybrid microfabrication and flexible electronics processes
Hibrit mikrofabrikasyon ve esnek elektronik proseslere dayalı indirgenmiş grafen oksit/polianilin ph sensörü
- Tez No: 831726
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MURAT KAYA YAPICI
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 84
Özet
Geçtiğimiz birkaç yıl içinde pH seviyelerinin ölçülmesi tarım, gıda güvenliği, endüstriyel süreçler, çevre ve sağlık hizmetleri gibi çeşitli alanlardaki kimyasal ve biyolojik etkileşimlerin anlaşılmasında kritik hale gelmiştir. Bununla birlikte, pH ölçümleri için geleneksel cam elektrot sensörlerinin stabilite ve boyut açısından sınırlamaları vardır. Bu durum, uygulamada esneklik gerektiren yerinde (in situ) pH ölçümleri için cam elektorotları uygun kılmamaktadır. Bu sorunu çözmek için, hibrit mikrofabrikasyon teknikleriyle minyatürleştirilmiş, esnek ve düşük maliyetli pH sensörlerinin yapımında hızla gelişen ilerlemeler kaydedilmiştir. Bu araştırmada, iç içe geçmiş elektrotlar (IDE'ler) biçiminde litografik olarak desenlenen grafen oksit (rGO) ve polianilin (PANI) kompozitinin, pH algılama uygulamaları için potansiyeli araştırılmıştır. Burada IDE yapısı, hem pH değişiklerine duyarlı olan algılama katmanını hem de elektriksel ölçümlerin toplanabileceği elektrotları oluşturmaktadır. Bu benzersiz tasarım, genellikle sensör maliyetini artıran gümüş gibi ilave kontak elektrotlarına olan gereksinimi potansiyel olarak ortadan kaldırır. Bu bağlamda, termal olarak indirgenmiş grafen oksit ve PANI kompozit algılama malzemesi, esnek bir polietilen tereftalat (PET) substrat üzerine kolay ve ölçeklenebilir bir daldırma kaplama yöntemiyle kaplanmış ve ardından indirgenmiş GO (rGO) / PANI filmleri elde etmek için termal indirgeme gerçekleştirilmiştir. Bu işlem sırasında malzemeyi optimize etmek için farklı konsantrasyonlarda rGO/PANI filmleri (%20'ye kadar PANI) hazırlanmıştır. Özellikle malzeme optimizasyonu için, rGO/PANI malzemesi üzerine mürekkep püskürtme ile gümüş (Ag) elektrotlar basılmış ve malzemenin farklı oranlarının pH değişikliklerine etkisini araştırmak için iletkenlik ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Malzemeyi optimize ettikten sonra sensör topolojisi değiştirilerek IDE yapısına geçilmiş, ve IDE'ler rGO/PANI/PET üzerinde fotolitografi ve oksijen plazma aşındırma yoluyla hassas bir boyut kontrolü ile ve dizi halinde oluşturulmuştur. Geliştirilen süreç teknolojisi, hem esnek rGO hem de rGO/PANI kompozit kaplı PET filmlerin, fotolitografi ve oksijen plazma aşındırma gibi yaygın mikrofabrikasyon işlemleriyle uyumlu olduğunu göstermektedir. Elektrot boyutunun sensörün performansı üzerindeki etkisini analiz etmek için seçilen kompozitle çeşitli IDE yapıları oluşturulmuş ve sensörün farklı pH çözeltilerine karşı davranışı I-V ölçümleriyle karakterize edilmiştir.
Özet (Çeviri)
Over the past few years, measuring pH levels has become essential in understanding chemical and biological interactions in various fields such as agriculture, food safety, industrial processes, the environment, and healthcare. However, traditional glass electrode sensors have limitations in terms of stability and size, making them unsuitable for in situ pH measurements that require flexibility in application. To address this issue, there has been rapid progress in making miniaturized, flexible, and low-cost pH sensors through hybrid microfabrication techniques. In this research, the potential of graphene oxide (rGO) and polyaniline (PANI) composite lithographically patterned in the form of interdigitated electrodes (IDEs) is investigated for pH sensing applications. Here the IDE structure acts both as the pH sensitive material and at the same time as electrodes through which electrical measurements can be recorded. This unique design potentially eliminates the requirement for additional contact electrodes such as silver which usually adds onto sensor cost. To this end, thermally reduced graphene oxide and PANI composite sensing material is deposited on a flexible polyethylene terephthalate (PET) substrate with a facile and scalable dip-coating method followed by thermal reduction to achieve reduced GO (rGO)/PANI films. During this process, different concentrations of rGO/PANI films (up to 20% PANI) are prepared to optimize the material. Specifically for material optimization, inkjet-printed silver (Ag) electrodes are deposited on the rGO/PANI material and a conductimetric measurement is performed to investigate the effect of different ratios of the material toward pH changes. After optimizing the material, the sensor topology is switched to IDE type, which is patterned on the rGO/PANI/PET by photolithography and oxygen plasma etching enabling precise geometry control in an arrayed format. The developed process technology demonstrates that both flexible rGO and rGO/PANI composite-coated PET films are compatible with common microfabrication processes such as photolithography and oxygen plasma etching. Diverse IDEs structures are created with the selected composite to analyze the impact of electrode size on the sensor's performance and sensor response to different pH solutions is characterized by I-V measurements.
Benzer Tezler
- Grafen temelli polianilin gümüş nanotanecik nanokompozitlerinin sentez ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of graphene based polyaniline, silver nanoparticle nanocomposites
ZAFER ÇIPLAK
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kimya MühendisliğiAnkara ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURAY YILDIZ
- Polianilin ve polidopamin kopolimerlerinin sentezi, PbI2 ile doplanması ve spektroskopik incelenmesi
Synthesis of polyaniline and polydopamine copolymers, doping with PbI2 and spectroscopic investigation
MERVE HERCAN MAMMAD
Doktora
Türkçe
2024
Polimer Bilim ve TeknolojisiSakarya ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA GÜLFEN
- Nanopartikül içerikli kompozit membran hazırlama ve uygulama alanları
Nanoparticle containing composite membrane preparation and application areas
İLKER AKIN
- Nanoyapılı malzemeler ile kompozit elektrot üretimi ve süperkapasitör özelliklerinin incelenmesi
Production of composite electrodes with nanostructured materials and investigation of supercapacitor properties
AGHASAN AGHAZADA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Kimyaİstanbul ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSA ŞAHİN
DOÇ. DR. MELİH BEŞİR ARVAS
- rGO/MIL-101/PANI kompozitlerinin hazırlanması ve elektrokimyasal özelliklerinin araştırılması
Preparation and electrochemical properties of rGO/MIL-101/PANI composites
KEVSER GÜNDUĞAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
EnerjiKırklareli ÜniversitesiEnerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH SEMERCİ