Ultrasonic spray deposition of metal oxide thin films
Metal oksit ince filmlerinin ultrasonik sprey kaplama ile biriktirilmesi
- Tez No: 832261
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 225
Özet
İnce filmler uzun bir tarihe sahiptir ve insanlık uygarlığı boyunca çeşitli biçimlerde var olmuştur. İnce filmler günümüz modern teknolojisinin şekillenmesinde önemli bir rol oynarlar. Optik cihazlar, çevresel uygulamalar, mikro/nanoelektronik cihazlar ve enerji depolama cihazları dahil olmak üzere çeşitli alanlarda çok sayıda gelişmiş uygulama için çok önemli bir temel görevi görürler. İnce filmlerin bu uygulamalarda etkinliğini belirleyen anahtar faktör, morfolojileri ve ortam koşullarındaki kararlılıklarıdır. Ultrasonik sprey biriktirme yöntemi, basitliği ve maliyet etkinliği ile bilinen bir biriktirme tekniğidir. Yüksek kaliteli alt tabakalar veya kimyasallar gerektirmemesi ve işleme sırasında vakum ortamına ihtiyaç duymaması nedeniyle diğer biriktirme yöntemlerinden ayrılır. Aynı zamanda homojen ve yüksek kaliteli ince filmlerin geniş alanlarda biriktirilmesini sağlar. Geçiş metal oksitleri, oksijen atomlarının periyodik tablonun d bloğunda yer alan geçiş metali elementleriyle bağlandığı bileşiklerdir. Değişken oksidasyon durumları, yüksek erime/kaynama noktaları, katalitik aktivite, optik özellikler ve yapısal çeşitlilik gibi değerli özelliklerinden dolayı diğer malzemelerden ayrılırlar. Bu geçiş metali oksit ince filmlerin nanoyapılı doğası, uyarlanmış optik ve elektronik özellikler, gelişmiş yüzey alanı ve gelişmiş enerji depolama ve dönüştürme gibi çeşitli avantajlar sunar. Bu tez çalışmasında, muazzam elektrokromik ve algılama özelliklerinin yanı sıra mükemmel fiziksel ve kimyasal kararlılıkları nedeniyle vanadyum pentoksit, nikel oksit ve molibden trioksit fonksiyonel geçiş metali oksitler olarak seçilmiştir. İlk olarak, geniş alanlar (15 cm x 15 cm) üzerinde ultrasonik sprey biriktirme yöntemiyle biriktirilen vanadyum pentoksit ince filmlerin çoklu elektrokromik özellikleri incelenmiştir. Ultrasonik sprey biriktirme yönteminin, vanadyum tuzunu öncü bir çözelti olarak kullanarak geniş alanlar üzerinde tekrarlanabilir, homojen, yüksek kaliteli, çok renkli ve nanoyapılı vanadyum pentoksit filmler için son derece uygun bir teknik olduğu kanıtlanmıştır. Dahası, ultrasonik sprey biriktirme yönteminin seri üretim kapasitesi, nikel oksit ince filmlerin üretimi ile gösterildi. Tek bir biriktirme ile yaklaşık 300 sensör elektrot elde edilmiş ve bu fonksiyonel ince filmler, yüksek performanslı enzimatik olmayan glikoz ve hidrojen peroksit biyosensör elektrotları olarak kullanılmıştır. Nanometre kalınlığında kobalt katkılı nikel oksit film elektrotlarından yüksek hassasiyet, düşük algılama limiti ve hızlı tepki süresi elde edildi. Molibden trioksitin elektrokimyasal aktivitesini arttırmak için aynı biriktirme yöntemiyle üretilen kobalt katkılı molibden trioksit ince filmler elektrokromik akıllı pencere ve çift bantlı elektrokromik cihaz olarak kullanılmıştır. Kobalt katkılı molibden trioksit elektrodunun özgül kapasitansı, 5000 döngüde %92'lik bir kapasitans tutma ile büyük döngüsel kararlılık gösterdi. Çift bantlı elektrokromik cihaz, gerçek hayattaki bir uygulama olarak yaklaşık % 99'luk bir kapasitif tutma ile olağanüstü döngüsel kararlılık sergiledi.
Özet (Çeviri)
Thin films have a long history and have been present in various forms throughout human civilization. They play a significant role in shaping the modern technological landscape today. They serve as a crucial foundation for numerous advanced applications across various fields, including optical devices, environmental applications, micro/nanoelectronic devices, and energy storage devices. The key factor in determining the effectiveness of thin films in these applications is their morphology and environmental stability. The ultrasonic spray deposition method is known for its simplicity and cost-effectiveness. It differs from other deposition methods in that it does not require high-quality substrates or chemicals and does not rely on a vacuum environment during processing. It also enables the deposition of homogenous and high-quality thin films over large areas. Transition metal oxides are compounds in which oxygen atoms form bonds with transition metal elements found within the d block of the periodic table. They distinguish themselves from other materials through their valuable properties, including variable oxidation states, high melting/boiling points, catalytic activity, optical properties, and structural diversity. The nanostructured nature of these transition metal oxide thin films offers several advantages such as tailored optical and electronic properties, improved surface area and enhanced energy storage and conversion. In this thesis study, vanadium pentoxide, nickel oxide, and molybdenum trioxide were chosen as functional transition metal oxides because of their exceptional electrochromic and sensing properties, as well as their excellent physical and chemical stability. First, multi-electrochromic properties of vanadium pentoxide thin films deposited via ultrasonic spray deposition method over large areas (15 cm x 15 cm) were investigated. It was proved that ultrasonic spray deposition method is an extremely versatile technique for the reproducible deposition of uniform, high quality, multicolored and nanostructured vanadium pentoxide films over large areas using vanadium salt as a precursor solution. Moreover, the mass-production capability of the ultrasonic spray deposition method was exemplified through the fabrication of nickel oxide thin films. Approximately 300 sensor electrodes were obtained with a single deposition and this functional thin films were used as high performance non-enzymatic glucose and hydrogen peroxide biosensor electrodes. High sensitivity, a low detection limit, and a fast response time were obtained from nanometer-thick cobalt doped NiO film electrodes. To enhance the electrochemical activity of molybdenum trioxide, cobalt-doped molybdenum trioxide thin films, generated using the same deposition method, were employed in the fabrication of electrochromic smart windows and dual-band electrochromic devices. The specific capacitance of the cobalt-doped molybdenum trioxide electrodes showed great cyclic stability with a capacitance retention of 92 % over 5000 cycles. The dual-band electrochromic device demonstrated remarkable cyclic stability, exhibiting a capacitance retention of approximately 99% in a real-life application.
Benzer Tezler
- Ultrasonic spray coated inorganic thin films for electrochromic applications
Elektrokromik uygulama için ultrasonik sprey kaplanmış inorganik ince filmler
ONUR TÜREL
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN
- Fotoelektrokimyasal sistemler için ileri malzemeler geliştirilmesi: Üretim, karakterizasyon ve sistem entegrasyonu
Development of advanced materials for photoelectrochemical systems: Production, characterization and integration
ALİHAN KUMTEPE
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriTOBB Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiMikro ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET SANKIR
- Fabrication and electrical characterization of sonochemically grown nanostructured ZnO dye sensitized solar cells
Sonokimyasal metodla büyütülmüş ZnO nano yapılı boya duyarlı güneş pillerinin fabrikasyonu ve elektriksel karakterizasyonu
TELAT GÜLER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Bilim ve TeknolojiGediz ÜniversitesiNanoteknoloji Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. YAVUZ BAYAM
- Preparation of transparent and conductive thin films of single walled carbon nanotubes
Transparan ve iletken tek duvarlı karbon nanotüp ince filmlerin hazırlanması
İPEK ÇAKMAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN YAVUZ
- Ultrasonik sprey piroliz (USP) yöntemi ile nano yapılı kurşun oksit üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of nano structured lead oxide via ultrasonic spray pyrolysis (USP)
BURAK AŞIK
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEBAHATTİN GÜRMEN