Study of defect structure of zinc oxide and uncovering its importance for photocatalytic applications
Çinko oksitin kusurlu yapısının incelenmesi ve fotokatalitik uygulamalar için öneminin ortaya çıkarılması
- Tez No: 907348
- Danışmanlar: PROF. DR. MEHMET HİKMET YÜKSELİCİ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Fizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 133
Özet
Çinko oksidin (ZnO), son yirmi yılda çok sayıda araştırmanın ilgi odağında yer alan, yeni geliştirilecek teknolojik aygıtlarda kullanılma potansiyeli yüksek olan yarı-iletken maddedir. ZnO'in büyütülmesi/sentezlenmesi sürecinde ortaya çıkan kusurların anlaşılması ve bu kusurların kontrol edilerek optik ve foto-katalitik özelliklere etkisinin araştırılması güncelliğini koruyan bir konudur. ZnO'in büyütülmesi sürecinde ortaya çıkan oksijen boşluğu (VO), çinko boşluğu (VZn), örgü noktaları arasında bulunan bir çinko atomu (Zni) veya bir oksijen arayer atomu (Oi) türünden nokta kusurları optik ve foto-katalitik özelliklerin belirlenmesinde önemli yer tutar. Şu ana kadar yapılan çalışmalar ZnO'in görünür bölge foto-lüminesans ışımalarının hangi kusurdan kaynaklandığının tespit edilmesi üzerine yoğunlaşmıştır. Farklı araştırma grupları sentezleme yöntemine bağlı olarak farklı dalga-boylarında ışımalar tespit etmişlerdir. Ancak bu çalışmalarda hangi dalga-boyundaki ışımanın hangi kusurdan kaynaklandığı hususunda bir fikir birliğine varamamışlardır. Kusurların, sentezleme ve/veya sonrasında ısıl işlem esnasında oluştuğu, ortamdaki oksijen yüzdesinin kusur yapısını değiştirdiği araştırmacıların hemfikir olduğu bir noktadır. Bu çalışma ile; foto-katalitik uygulamalar için önem arz eden ancak henüz tam olarak literatürde bir fikir birliği sağlanamamış ZnO'in kusur yapısı ile yoğunluğugörünür bölge ışıması-foto-katalitik etkinlik arasındaki ilişkisinin anlaşılması için bir araştırma sunulmaktadır. Kusur yoğunluğu ile optik özellikler ve foto-katalitik verim arasında ilişkileri araştıran bu tezdeki gibi optik geçirgenlik, fotolüminesans, Raman, XRD, SEM, ve EPR sonuçlarının birlikte değerlendirildiği sistematik bir çalışmaların sayısı bilgimiz dahilinde literatürde çok sınırlıdır. Bu tezda yüksek vakum altında çinko rezistif ısıtma ile buharlaştırılarak cam altlıklar üzerine ince yaygı (film) şeklinde biriktirilecektir. Daha sonra ortamdaki oksijen yüzdesinin kontrol edileceği bir atmosferde, 300–600 oC sıcaklık aralığında ısıl işlem uygulanacaktır. Bunun sonucu oksitlenme ile farklı kusur yoğunluğuna ve yapısına sahip ince yaygı ZnO üretilecektir. Üretilen bu ince filmlerde, optik geçirgenlik, foto-lüminesans (PL), Raman saçılması, x-ışınları kırınımı (XRD), taramalı elektron mikroskopu (SEM) ve Elektron Paramanyetik Rezonans (EPR) spektroskopisi ile kusur yoğunluğuna bağlı olarak optik ve yapısal özelliklerinin değişiminin tanımlanması yapılacaktır. Numuneler hazırlanacak metilen mavisi ile bu numunelerin foto-katalitik verimi hesaplanacaktır.
Özet (Çeviri)
Zinc Oxide (ZnO) which is in the center of numerous researches' focus in the last two decades, is a semiconductor material with a high potential for usage in the new technological devices to be developed. An understanding of the defects occurring in the process of ZnO growth/synthesizing and the investigation of the effects of these defects on the photocatalytic properties is a current issue. Oxygen vacancy (VO), zinc vacancy (VZn), interstitial zinc (Zni), or interstitial oxygen (Oi) type native point defects that occur during the process of ZnO growth, have an important place in the determination of photo-catalytic properties. Studies have focused on identifying which defects are causing the photo-luminescence radiation of the visible region of ZnO. Different research groups have detected different wave-length radiations depending on the method of synthesis. However, these studies could not reach a consensus on which wave-length radiation is caused by which defect. It is a point where the researchers agree that defects occur during the synthesis and/or after heat treatment, the percentage of oxygen in the environment changes the defect structure. This thesis presented for understanding the relationship between the defect structure and the intensity-visible region radiation-photo-catalytic activity of ZnO, which is important for photo-catalytic applications but has not yet been fully established in the literature. A systematic study similar to this research which is investigating the relationship between defect density and photocatalytic yield does not exist in the literature to our knowledge. In this thesis, zinc will be vaporized with resistive heating under a high vacuum and deposited on glass substrates as a thin layer (film). Then, in an atmosphere where the percentage of oxygen in the environment will be controlled, heat treatment will be applied in the temperature range of 300 - 600oC. As a result of this, thin layers of ZnO with different defect density and structure will be produced by oxidation. The change in optical and structural properties related to defect density in these thin films will be identified with optical transmission, photo-luminescence (PL), Raman scattering, scanning electron microscopy (SEM), X-ray diffraction (XRD), and electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy. The samples will be prepared and with methylene blue, the photo-catalytic yield of these samples will be calculated.
Benzer Tezler
- Çinko oksit yarı iletkeninin yapısal, optik ve elektriksel karakterizasyon teknikleriyle incelenmesi
An investigation of semiconductor zinc oxide via structural, optical and electrical characterization techniques
EMRE GÜR
Doktora
Türkçe
2007
Fizik ve Fizik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF.DR. SEBAHATTİN TÜZEMEN
- Solution-processed thin film deposition and characterization of multinarychalcogenides: Towards highly efficient Cu2BaSn(S,Se)4 solar devices
Solüsyon yöntemiyle sentezlenmiş çok elementli kalkojenitlerin ince film kaplama ve karakterizasyonu: Yüksek verimli Cu2BaSn(S,Se)4 bazlı güneş soğuran cihazlara doğru
BETÜL TEYMUR
Doktora
İngilizce
2022
EnerjiDuke UniversityMalzeme Bilimi ve Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DAVİD B.MİTZİ
- Metal katkılı yarıiletken çinko oksit (ZnO) malzemelerin üretimi ve karakterizasyonu
Synthesis and characterization of metal doped semiconductor zinc oxide (ZnO) materials
NAZMİ SEDEFOĞLU
Doktora
Türkçe
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiÇukurova ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAMİDE KAVAK
- Growth and characterization of undoped and indium doped zinc oxide thin films grown by hydrothermal method
Katkısız ve indiyum katkılı çinko oksit ince filmlerin hidrotermal metot ile büyütülmesi ve karakterizasyonu
TUĞÇE BAYRAKTAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiMalzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTUNÇ ATEŞ
- Hidrojenlendirilmiş amorf silikon-kristal silikon heteroeklem güneş gözelerinin bilgisayar modellemesi
Computer modeling of hydrogenated amorphous silicon-crystal silicon heterojunction solar cells
MELİS BİLGİÇ AKSARI
Yüksek Lisans
Türkçe
2011
EnerjiHacettepe ÜniversitesiTemiz Tükenmez Enerjiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYNUR ERAY