Katkılanmamış ve Demir Katkılanmış Titanyum Dioksit İnce Filmlerin Sol Gel Spin

KATKILANMAMIŞ VE DEMİR KATKILANMIŞ

TiO2 İNCE FİLMLERİN

SOL-GEL SPİN KAPLAMA YÖNTEMİ İLE

BÜYÜTÜLMESİ VE ANALİZLERİ

ÇAĞRI ERTÜRK

1

2

TiO2 ’NİN ÖZELLİKLERİ VE UYGULAMALARI

TiO2 İNCE FİLM BÜYÜTME YÖNTEMLERİ

SOL – GEL SPIN KAPLAMA İLE İNCE FİLM BÜYÜTME YÖNTEMLERİ

ANALİZLER

TiO2, titanyumun doğal

oksiti dir.

Titanyumun oksijenle yüksek bir birleşme

eğilimi vardır.

Bu oksit titanyumun daha fazla kimyasal

reaksiyona girmesini engeller.

Böylece TiO2 korozyona karşı

Dayanıklı hale gelir.

nitrik asit, kromik asit, asetik asit, kalsiyum

klorid, amonyum klorid, kostik soda, deniz

suyu, sülfür dioksit vb.

TiO2 üç farklı kristal yapıda bulunabilir.

3

Titanyum

Yer kabuğunda bol

bulunur

Metalik

Gümüşi parlak renk

Hafif

esnek

Aşınmaya dayanıklı

Korozyona karşı

dayanıklı 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d2

Titanyum dioksit

Parlak Beyaz

Yarı iletken

Hidrofobik

fotokatalizör

TiO2

(Titanyum Dioksit)

4 Ref. : [1-7]

TiO2’nin Kristal Yapıları

5 Ref. : [8]

Yarı iletken

n-tipi

Yüksek Kırılma indisi (2.08- 2.13)

Geniş Bant Aralığı (~3.2eV)

Yüksek Erime Noktası (~1843oC)

Toksik Değil

Fotokatalizör

TiO2’nin Özellikleri

6

Gıda Sanayi

Optik devreler

Elektronik veri depolama

Hava ve suyun arındırılmasında

Kaplama malzemesi

Elektrokromik cihazlar

Güneş gözeleri

Gaz sensörleri

TiO2’nin Kullanım Alanları

TiO2’ye Yabancı Malzemeler Katkılanarak,

Elektriksel, Optik ve Fiziksel, Yapısında

Değişiklik Yapılabilir

Metal

Lantan

Potasyum

Krom

Vanadyum

Demir

Kobalt

Alüminyum

Metal olmayan

Azot

Sülfür

Karbon

7 Ref. : [9-15]

Katkılama sonucunda TiO2 filmlerin

bant enerjisi morötesi bölgeden,

görünür bölgeye doğru kaymaktadır;

böylece görünür bölgedeki hassasiyeti

modifiye edilebilmektedir.

8

370nm 410nm 617nm

%6,25 Fe katkılı TiO2

(2.0eV)

Ref. : [16-18]

Buhar Biriktirme

Sıçratma

İyon Demeti Ekme

Sol-Gel Spin Kaplama

9

TiO2 İNCE FİLM

BÜYÜTME YÖNTEMLERİ

SOL GEL SPİN KAPLAMA İLE

İNCE FİLM BÜYÜTME YÖNTEMİ

10

11

Spin kaplama cihazı genel olarak 3

kısımdan oluşur.

• Spin Kaplama Bölümü

• Vakum pompası

• Hava Motoru

Maximum Devir: 10.000

Alttaş Büyüklüğü: 7mm – 150mm

1) Kimyasal Damlatma Penceresi

2) Kontrol Paneli

3) Alttaşın Tutturulduğu Yüzey

Spin Kaplama Cihazı

12

SOL-GEL SPİN KAPLAMA

YÖNTEMİ

AVANTAJLARI DEZAVANTAJLARI

Yüksek Sıcaklık ve Vakum

Gerektirmez

Kullanılan Kimyasallar Çevre

ve İnsan Sağlığına Zararlı

Olabilir Kullanılan Sarf Malzemeleri

Diğer Yöntemlerde

Kullanılanlara Göre Daha Az

Tüketilir

Elde Edilen İnce Filmlerde

Karbon ve Hidroksil

Kalıntıları Oluşabilir

Homojen Kalınlıkta Film Elde

Edilebilir

Yüzey Pürüzlülüğü ve

Gözeneklilik Kontrol

Edilebilir Çözeltinin Ömrü

Kısadır Süreçler Dinamik Olarak

Kontrol Edilebilir

13

X – Işını Kırınım Analizi

Ref. : [19]

ANALİZLER

Cam alttaş üzerine biriktirilmiş 450o

de 3 saat ısıtılmış katkısız ve Fe

katkılı TiO2 örnekleri

25.3o , 37.8o , 48.0o lere karşılık

gelen kırınım pikleri sırası ile

(101) , (004) ve (200) dir.

Bu kırınım tepeleri ANATAZ

yapıya aittir.

14

Tüm örnekler ANATAZ yapıya

sahiptir.

Demir oranı arttıkça, pikler zayıflayıp

genişlemektedir.

Piklerin genişlemesi, demir iyonlarının

TiO2’nin kristal örgüsünün içine

girdiğini gösterir.

Kristal örgünün içine giren demir

iyonları, Ti-O bağlarının kırılmasına

ve Fe-O bağlarının oluşmasına neden

olur.

Fe-O bağları Ti-O bağlarından daha

kısadır. Bu durum kristal yapının

hacminin küçülmesine yol açar ve

daha küçük kristal parçacıklarının

oluşmasını sağlar.

Ref. : [19]

a) Katkısız TiO2 b) %10 Fe - TiO2

Ref. [20] 15

Atomik Kuvvet Ölçümü

Ref. : [20] 16

Uv-Vis Ölçümü

Alttaş: Cam

Örneklerin sıcaklığı: 400oC

Fe katkılama sonucunda

380-800 nm arasındaki soğurma özelliği

güçlendirilmiştir

Bunun nedeni Fe iyonlarının TiO2’nin İB

ile DB arasındaki boşluğu işgal ederek

bant aralığının azalmasına yol açar.

Bu sonuçlar göz önünde bulundurulduğunda TiO2 tabanlı, güneş

pillerinde ve foto-kataliz uygulamaların görünür bölgedeki verimi

artırılmış olunur.

Planlanan Çalışma

Sol-Gel Spin Kaplama

Yöntemini Kullanarak

Katkısız ve Fe Katkılı TiO2

İnce Film Büyütmeyi

Ve

Büyüttüğümüz Filmlerin Analizlerini Yapmayı

Hedefliyoruz.

17

KAYNAKLAR 1. Pascual J, Camassel J and Mathieu H 1978 Phys. Rev. B 18 6842

2. Amtout A and Leonelli R 1995 Phys. Rev. B 51 6842

3. Tang H, Lévy F, Berger H and Schmid P E 1995 Phys. Rev. B 52 7771

4. Mattsson A and Österlund L 2010 J. Phys. Chem. C 114

5. Wyckoff R W G 1963 Crystal Structures vol 1 (New York: Wiley)

6. Horn M, Schwerdtfeger C F and Meagher E P 1972 Z. Kristallogr. 136 273–81

7. Hermann C, Lohrmann O and Philipp H 1937 Strukturbericht Band II 19281932 (Leipzig: Akademische Verlagsgesellschaft MBH)

8. sol-jel yöntemi ile hazırlanan TiO2 ince filmlerin optik özelliklerinin belirlenmesi

9. Zhang, X. W.; Lei, L. C. Mater. Lett. 2008, 62, 895.

10. Niishiro, R.; Kato, H.; Kudo, A. Phys. Chem. Chem. Phys. 2005,7, 2241.

11. Iketani, K.; Sun, R. D.; Toki, M.; Hirota, K.; Yamaguchi, O. Mater. Sci. Eng., B 2004, 108, 187.

12. Borgarello, E.; Kiwi, J.; Gratzel, M.; Pelizzetti, E.; Visca, M. J. Am. Chem. Soc. 1982, 104, 2996

13. Asahi, R.; Morikawa, T.; Ohwaki, T.; Aoki, K.; Taga, Y. Science 2001, 293, 269.

14. Umebayashi, T.; Yamaki, T.; Tanaka, S.; Asai, K. Chem. Lett. 2003, 32, 330.

15. Yang, X.; Cao, C.; Hohn, K.; Erickson, L.; Maghirang, R.; Hamal, D.; Klabunde, K. J. Catal. 2007, 252, 296.

16. D. Singh, S.D. Sharma, K.K. Saini, C. Kant, N. Singh, S.C Jain, C.P Sharma, “Dielectric and Structural Properties of Iron Doped Titanate Nano composites, IEEE International Workshop on the Physics of Semiconductor Devices (IWPSD), pp. 870-871, 2007.

17. C.L. Luu,Q.T. Nguyen, S.T. Ho, Advances in Natural Science: Nanoscience and Nanotechnology, pp. 1-5, 2010.

18. M. Kumar, D.Kumar, microelectronics Engineering, Vol. 87, pp. 447-450, 2010.

19. Preparation of Fe3+-doped TiO2 nanoparticles and its photocatalytic activity under UV light.

20. Preparation and photocatalytic properties of Fe-doped TiO2 nanoparticles.

18

19