ZnO nanohetero yapılı malzemelerin üretimi, karakterizasyonu ve uygulama alanlarının incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada çinko oksit (ZnO) nanoyapıların farklı üretim yöntemleri ile üretilmesi ve ZnO nanoyapı esaslı heteroyapıların üretimi, karakterizasyonları ve gaz algılama özellikleri incelenmiştir. ZnO nanoyapılar bir boyutlu nanoyapılar ailesinden olan nanoçubuk ve nanotüp yapısında üretilmişlerdir. Bir boyutlu nanoyapılar hidrotermal ve elektrokimyasal üretim yöntemi ile üretilmekle birlikte nanotüpler ise nanoçubukların dik eksenleri boyunca aşındırılmaları ile elde edilmişlerdir. Tekrarlanabilir ürünlerin elde edilebilmesi için bir boyutlu nanoyapıların altlık üzerindeki dağılımının homojen olmasına özen gösterilmiştir. Ayrıca elde edilen ürünlerin boy ve çap gibi yapısal özellikleri, sıcaklık, zaman, konsantrasyon ve elektriksel potansiyel gibi çeşitli deneysel koşullar değiştirilerek nanoyapı üretimi konusunda yetkinlik kazanılmıştır. Metal ya da metal oksit malzemeler, ZnO nanoyapılar üzerinde nanoparçacık ya da nanomalzeme esaslı heteroyapılar üretilmiştir. Yapısal karakterizasyon işlemlerinde taramalı elektron mikroskobu (SEM), X ışınları kırınımı (XRD) ve EDX yöntemleri kullanılmıştır. Elektriksel karakterizasyon işlemleri ve gaz algılama özellikleri özel olarak tasarlanan ölçüm sisteminde sıcaklığın, gaz konsantrasyonlarının ve uygulanan potansiyelin fonksiyonu olarak incelenmiştir. ZnO sahip olduğu fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı düşük olan seçicilik özelliği ve yüksek sıcaklıkta çalışma özelliği heteroyapıların kullanılması ile iyileştirilmiştir. Paladyum kullanılarak elde edilen ZnO esaslı heteroyapılar oda sıcaklığında hidrojen gazına karşı oldukça yüksek algılama gösterdiği tespit edilmiştir. Öte yandan kobalt (Co), krom (Cr) gibi malzemeler ile elde edilen heteroyapılar, kullanılan metallerin katalitik özelliklerinden dolayı gazlara karşı olan duyarlılıkları büyük farklılık göstermişlerdir.

In this study, different fabrication methods of zinc oxide nanostructures, fabrication process of heterostructures based on ZnO nanostructure, their characterizations and gas sensing properties were investagated. 1D ZnO nanostructures were synthesized as nanorods and nanotubes. Hydrothermal and electrochemical fabrication methods were used for fabrication of nanorods. Also, nanotubes were synthesized with etching through the perpendicular axis of nanorods. Attention was showed for homogeneity of 1D nanostructures on substrate to get reproducible samples. Besides, physical properties of samples like length and diameter were determined with changing experimental variables such temperature, time, concentration and electrical potential which shows competency in fabrication of nanostructures. Heterostructures are fabricated with using different metal and metal oxide nanoparticles on ZnO nanostructures. Scanning Electron Microscope (SEM), X-ray Diffraction (XRD) and Energy-dispersive X-ray methods were used for characterization. Electrical and gas sensing properties were investigated as a function of temperature, applied potential and gas concentration in special designed measurement system. Low selectivity and high working temperature features of ZnO were enhanced with using heterostructures. Synthesized heterostructures with ZnO-Paladyum showed high sensivity to hydrogen gas at room temperature. On the other hand, fabricated heterostructures with other metals like Cobalt (Co), Chrome (Cr) showed different sensivity to gases because of the catalytic properties of used metals.