Piroelektrik tabanlı malzemelerin gaz sensörü uygulamaları
Gas sensor applications of pyroelectric based materials
- Tez No: 937769
- Danışmanlar: PROF. DR. MİRHASAN SEYİTSOY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Fizik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 99
Özet
Bu tez çalışmasında piroelektrik Lityum Tantalat (LiTaO3) ince filminin; 1,1,1,2-Tetrafloroetan (C2H2F4) ve 1,1,1,2,3,3,3-Heptafloropropan (C3F7H) gibi bileşik (soğutucu) gazların dağılımlı olmayan kızılötesi absorpsiyon spektroskopisi (Non-Dispersive Infrared Spectroscopy-NDIR) ile gaz sensörü olarak kullanılması ve gaz konsantrasyonlarının ölçümü üzerinde çalışılmıştır. Mikrofabrikasyon metotları kullanılarak ince film formunda üretilen LiTaO3 piroelektrik sensörün yüzeyleri, yüksek kalitede ve ince iletken olarak hassas elektrotlar ile kaplanarak sandviç yapıda sensör haline getirilmiştir. LiTaO3 piroelektrik yapısı ince film formunda üretilirken piroelektrik etkinin arttırılması adına polarlama işlemine tabi tutulmuştur. Geliştirilen sensörlerin kızılötesi absorpsiyonlarını arttırmak adına sensörün üst elektrotunda yaklaşık ~10-15 nm kalınlığında ZnO ve TiO2 olmak üzere iki farklı metal oksit yüzey ince tabaka şeklinde kaplanmıştır. Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ve Atomik Kuvvet Mikroskopu (AFM) kullanılarak elde edilen aygıt ve kaplamaların yapısal özellikleri incelenmiştir. Üretilen LiTaO3 yapısı, mekanik gaz hücresi tasarımı ve elektronik devre sistematiği ile gaz dedektörü haline getirilmiş ve C2H2F4 ve C3F7H moleküllerinin transmisyon spektrumu olan orta kızılötesi bantta yayınım yapan ışık kaynaklarına maruz bırakılarak çıkış sinyalleri elde edilmiştir. Sensörün taşınabilir bir gaz dedektörü haline getirilmesi sürecinde farklı optik filtreler ve elektronik sinyal ölçüm metotları kullanılarak ölçüm sonuçlarının doğruluğu geliştirilmiştir. Dedektör çıkış sinyalleri, kalibre edilmiş ticari sensörler ile konsantrasyonları bilinen endüstriyel gazların konsantrasyonlarının ölçümü için ticari sensörler ile karşılaştırılarak sensör performansları analiz edilmiştir. Bu çalışmada geliştirilen gaz sensörleri,“Kara Taşıtlarının Yangından Korunma Düzeylerinin Değerlendirilmesine İlişkin Prosedürleri”olarak bilinen“AEP-4317 NATO Standardı”kapsamında savunma sanayi uygulamalarına yönelik sistemlerin söndürücü konsantrasyon ölçümleri gerçekleştirilerek elde edilen sonuçların tutarlılığı değerlendirilmiştir. Bu çalışmada tasarlanan ve hazırlanan kızılötesi gaz sensörlerinin, son derece tehlikeli ve patlayıcı gazların temassız, hassas ve seçici tespiti için kullanılabileceği kanıtlanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis study, the use of a pyroelectric Lithium Tantalate (LiTaO₃) thin film as a gas sensor for measuring the concentrations of compound (refrigerant) gases such as 1,1,1,2-Tetrafluoroethane (C₂H₂F₄) and 1,1,1,2,3,3,3-Heptafluoropropane (C₃F₇H) using Non-Dispersive Infrared Spectroscopy (NDIR) has been investigated. Using microfabrication methods, the surface of the LiTaO₃ pyroelectric sensor produced in thin film form was coated with high-quality and fine conductive electrodes to create a sandwich-structured sensor. In order to enhance the pyroelectric effect, the LiTaO₃ pyroelectric structure was subjected to a polarization process during its production in thin film form. To increase the infrared absorption of the developed sensors, two different metal oxide thin films, ZnO and TiO₂, with a thickness of approximately 10–15 nm, were coated on the top electrode of the sensor. The structural properties of the fabricated devices and coatings were examined using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM). The produced LiTaO₃ structure was transformed into a gas detector through a mechanical gas cell design and an electronic circuit system. It was then exposed to light sources emitting in the mid-infrared band, where the transmission spectrum of C₂H₂F₄ and C₃F₇H molecules is located, and output signals were obtained. During the process of making the sensor a portable gas detector, different optical filters and electronic signal measurement methods were used to improve the accuracy of the measurement results. The output signals of the detector were compared with those from calibrated commercial sensors using industrial gases of known concentrations, and the performance of the sensor was analyzed. The gas sensors developed in this study were used to perform extinguishing concentration measurements for systems designed for defense industry applications within the scope of the“Procedures for the Evaluation of Fire Protection Levels of Land Vehicles,”also known as the“AEP-4317 NATO Standard”and the consistency of the results obtained was evaluated. It has been demonstrated that the infrared gas sensors designed and developed in this study can be used for the non-contact, sensitive, and selective detection of highly dangerous and explosive gases.
Benzer Tezler
- Characterization of zno based diluted magnetic semiconductor thi̇n fi̇lms and nano particles produced by sol-gel method
Sol-gel yöntemiyle üretilen zno tabanlı seyreltik manyetik yarıiletken ince filmlerin ve nano parçacıkların karakterizasyonu
ELİF AŞIKUZUN
Doktora
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiAbant İzzet Baysal ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. CABİR TERZİOĞLU
DOÇ. ÖZGÜR ÖZTÜRK
- Dielektrik uygulamalar için poliviniliden florür (PVDF) tabanlı nanokompozitlerin şekil hafıza özelliklerinin geliştirilmesi
Enhancement of shape memory properties of polyvinylidene fluoride (PVDF) based nanocomposites for dielectric applications
MELEK GÜNER
Doktora
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiFırat ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİYAZİ ÖZDEMİR
- Parilen-C tabanlı piezoelektrik malzemelerin diielektrik özelliklerinin incelenmesi
Dielectric properties of the parylene-C based doped piezoelectric materials
UTKU GÜDÜLOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKastamonu ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGÜR ÖZTÜRK
- Nano PVDF matrisli – piezo seramik kompozitlerin ivme – titreşim sensörü olarak kullanılabilirliğinin incelenmesi ve üretimi
Investigation and production of usability of nano PVDF matrix – piezo ceramic composites as acceleration – vibration sensors
AHMET BUĞRA BAŞER
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RAŞİT SEZER
- Development of multi-layer conductive polymer nanocomposites for electromagnetic shielding application
Elektromanyetik kalkanlama uygulamaları için katmanlı iletken polimer nano kompozitlerinin geliştirilmesi
FATMA ZEHRA ENGİN SAĞIRLI
Doktora
İngilizce
2017
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EYÜP SABRİ KAYALI
PROF. DR. ABDÜLKADİR SEZAİ SARAÇ