Production of multilayer sio2/tio2 films with durable and antireflective properties on glass surfaces
Dayanıklı ve yansıma önleyici özelliklere sahip çok katmanlı sio2/tio2 filmlerinin cam yüzeyler üzerinde üretimi
- Tez No: 883961
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ BERRİN İKİZLER
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ege Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Temel İşlemler ve Termodinamik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 167
Özet
Bu tez çalışmasında, cam yüzeylerin ışık geçirgenliğini arttıran ve aynı zamanda çizilmeye karşı direnç gösterebilen kaplamaların üretilmesi amaçlanmıştır. Camlara yansıma önleyici (antireflektif) özellikler, SiO2 filmi kaplanarak sağlanmış; antireflektif kaplamaların dayanıklılığı için ise en üst tabakaya son bir TiO2 filmi kaplanmıştır. Filmler, sol-jel ve daldırma kaplama yöntemleri kullanılarak üretilmiştir. Silika ve titanyum çözeltileri, asit katalizörü eşliğinde hazırlanarak yoğun (sıkı) yerleşimli ve dolayısıyla dayanıklı kaplamaların eldesi hedeflenmiştir. Ancak, ışık geçirgenliğini artırmak için kaplama çözeltilerine çeşitli yüzey aktif madde (Tween20, Tween80, SDS) ve polimer katkıları (PEG300, PEG400, PEG1500, PEG6000, Pluronic F-127) eklenmiş ve kalsinasyon işlemi sonrası gözenekli antireflektif kaplamalar elde edilmiştir. Çalışmanın ilk aşamasında tek katmanlı SiO2 filminin ışık geçirgenliğini arttıracak birçok parametre incelenerek optimizasyon çalışmaları yapılmıştır. Silika konsantrasyonu, yüzey aktif madde ilavesi, polimer ilavesi, katkı maddesi konsantrasyonu parametreleri, 30-200 mm/dk olacak şekilde tüm çekme hızları için incelenmiştir. Benzer şekilde, yüksek geçirgenlik elde etmek için tek katmanlı TiO2 filmi, şu parametreler incelenerek optimize edilmiştir: titanyum konsantrasyonu, yüzey aktif madde katkısı, polimer katkısı, katkı maddesi konsantrasyonları ve çekme hızları. Elde edilen optimum koşullar daha sonra çok katmanlı kaplamaların üretiminde kullanılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında, çok katmanlı SiO2 kaplamaları, her katmanda gözenek hacmini alttan üste doğru artırarak üretilmiştir. Son adımda, çok katmanlı SiO2 kaplamalar, dayanıklılıklarını artırmak amacıyla optimize edilmiş TiO2 filmi ile kaplanmıştır. Kaplamaların optik özellikleri, 300-1400 nm dalga boyu aralığında geçirgenlik ve yansıma ölçümleri ile tayin edilmiştir. Kaplamaların dayanıklılığı, kurşun kalem sertlik testi ile belirlenmiştir. Camın ışık geçirgenliği yaklaşık %91,5'tir. Cam, tek katmanlı yoğun (gözeneksiz) silika filmler ile kaplandığında en ideal Si konsantrasyonu 0,6 M olarak belirlenmiş ve 300-1400 nm dalga boyu aralığında yaklaşık %94 ışık geçirgenliği elde edilmiştir. Katkı maddelerinin ilavesi ile elde edilen gözenekli filmler için, Tween80 ilavesinin en iyi sonuç verdiği bulunmuştur. [Tween80]/[Si]=0,2 mol oranında 380-1400 nm dalga boyu aralığında %96-97 ışık geçirgenliğine ulaşılmış ve çok katmanlı silika kaplamaları için uygun katkı maddesi olduğu belirlenmiştir. Polimer katkı maddelerinde ise özellikle PEG6000 içeren polimer kaplamalar, yüzey gözenekleri aracılığıyla yüksek ışık geçirgenliği göstermiştir. Ancak Tween80 ile yapılan denemeler daha başarılı olmuştur. Tek tabaka olarak üretilen TiO2 kaplamalar, bütün çekme hızlarında camın ışık geçirgenliğini düşürmüştür. Ayrıca, farklı mol oranlarında Tween80 yüzey aktif maddesi eklenerek ışık geçirgenliğini arttırmaya yönelik kaplamalarla da önemli bir değişiklik elde edilememiştir. Gözenek boyutunun üst katmana doğru arttığı, yoğun silika ve Tween80 içeren kaplamaların üst üste eklenmesiyle farklı bir çok katmanlı kaplama denemelerinde 380-1400 nm dalga boyu aralığında %98,5'lik çok yüksek ışık geçirgenliği sağlanmıştır. 4 katmandan oluşan bu çoklu SiO2 kaplamalarda, kaplama kalınlıkları çekme hızları değiştirilerek ayarlanmıştır. Çok katmanlı kaplama yaklaşımı umut verici sonuçlar sergileyerek %2'lik yansıma değerine düşülmüştür. Antireflektif filmlere hidrofobik özellik kazandırmak için çok tabakalı bu filmler HMDS (Hekzametildisilazan) çözeltisi ile kaplanmıştır ve HMDS kaplama sonrası ışık geçirgenliği neredeyse değişmemiştir. Çok katmanlı filmlerin dayanıklılığını arttırmak için en üst tabakaya gözenekli TiO2 filmi kaplandığında ise geçirgenliğin sadece %0,5 değerinde düştüğü görülmüş ve çizilme dayanımı artmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the aim was to produce coatings that increase the light transmittance of glass surfaces while also providing resistance against scratching. Antireflective properties on glass were achieved by coating with a SiO2 film, and for durability of the antireflective coatings, a layer of TiO2 film was applied. Films were produced using sol-gel and dip coating methods. Silica and titanium solutions were prepared with acid catalysts to obtain dense coatings aimed at durability. However, various surfactants (Tween20, Tween80, SDS) and polymer additives (PEG300, PEG400, PEG1500, PEG6000, Pluronic F-127) were added to coating solutions to increase light transmittance, resulting in porous antireflective coatings after the calcination process. In the first stage of the study, optimization was conducted by examining various parameters to enhance the light transmittance of single layer SiO2 film. Silica concentration, surfactant addition, polymer addition, and additive concentration parameters were investigated for all withdrawal speeds ranging from 30-200 mm/min. Similarly, to achieve high transmittance, single layer TiO2 film was optimized by examining parameters such as titanium concentration, surfactant addition, polymer addition, additive concentrations, and withdrawal speeds. The obtained optimum conditions were then used in the production of multilayer coatings. In the second stage of the study, multilayer SiO2 coatings were produced by increasing pore volume in each layer from bottom to top. In the final step, multilayer SiO2 coatings were coated with optimized TiO2 film to enhance their durability. The optical properties of coatings were determined by transmittance and reflectance measurements in the 300-1400 nm wavelength range. The durability of coatings was determined by the pencil hardness test. The light transmittance of glass is approximately 91.5%. When glass was coated with single layer dense (non-porous) silica films, the ideal Si concentration was determined to be 0.6 M, achieving approximately 94% light transmittance in the 300-1400 nm wavelength range. For porous films obtained by using additives, Tween80 addition showed the best results. At a [Tween80]/[Si] ratio of 0.2 M, a transmittance of 96-97% was achieved in the 380-1400 nm wavelength range, indicating that Tween80 is a suitable additive for multilayer silica coatings. Among polymer additives, coatings containing PEG6000 showed high light transmittance through surface pores. However, experiments with Tween80 were more successful. Single-layer TiO2 coatings reduced the light transmittance of glass at all withdrawal speeds. Additionally, coatings aimed at increasing light transmittance by adding Tween80 surfactant at different molar ratios did not show significant changes. By increasing pore size towards the upper layer and stacking dense silica and Tween80-containing coatings, a very high light transmittance of 98.5% was achieved in the 380-1400 nm wavelength range in different multi-layer coating experiments consisting of 4 layers, where coating thicknesses were adjusted by changing the withdrawal speeds. The multilayer coating approach showed promising results, reducing the reflectance value to 2%. To impart hydrophobic properties to the antireflective films, these multilayer films were coated with HMDS (hexamethyldisilazane) solution, and the light transmittance remained almost the same after HMDS coating. When a porous TiO2 film was coated on the top layer to increase the durability of multilayer films, the transmittance only decreased by 0.5%, and scratch resistance was increased.
Benzer Tezler
- Langmuir Blodgett assembly of peptide functionalized nanoparticles onto silicatebased surfaces and their characterization
Peptit ile fonksiyonlandırılmış nanoparçacıkların Langmuir Blodgett yöntemi ile silika tabanlı yüzey üzerine kaplanması ve karakterizasyonu
NUR MUSTAFAOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Biyolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ÜRGEN
- Optik filtre uygulamaları için katmanlı ve katkılı metal oksit filmlerin oluşturulması
Production of layered and doped metal oxide films for optical filter applications
DURŞEN SAYGIN HİNCZEWSKİ
Doktora
Türkçe
2008
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA ZEHRA TEPEHAN
- III-V grubu uzay kalifiye güneş hücrelerinin geliştirilmesi
Development of III-V group space qualified solar cells
TUNÇ SERTEL
Doktora
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiGazi Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SÜLEYMAN ÖZÇELİK
- Çok tabakalı (LBL)kaplama yöntemi kullanılarak süperhidrofob pamuklu kumaş üretimi
Production of superhydrofob cotton fabric by using multi-layer (LBL) method
SOLOMON TILAHUN DESISA
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiEge ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EYLEN SEMA DALBAŞI
- Düşük sıcaklıkta beraber sinterlenen seramikler (LTCC) uygulamalarında kullanılan çok katmanlı seramiklerin üretim ve özelliklerinin araştırılması
A study on the production and the properties of multilayer ceramic substrates for low-temperature cofired ceramic (LTCC)
AYŞEN KILIÇ
Doktora
Türkçe
2011
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. VOLKAN GÜNAY
PROF. DR. A. OKAN ADDEMİR