Fabrication of one dimensional TiO2 nanostructures modified with organic materials for device applications

Abstract

Bu tez çalışmasında, organic/TiO2 hetero-yapılar gaz sensör uygulamaları için üretilmişlerdir. Bir boyutlu (1-D) TiO2 nanoçubuklar hidrotermal yöntem ile sentezlenmiştir. Üretilmiş nanoboyutlu TiO2 malzemeler organik/metal-oksit heteroyapılar oluşturmak amacı ile uygun organic malzemeler (farklı tipte ftalosiyanin ve polimer) ile kaplanmıştır. Üretilen örneklerin taramalı electron mikroskobu (SEM), X ışınları kırınımı (XRD), ve enerji dağılım X ışını (EDX) ile karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. Bu heteroyapılar gaz sensör uygulamaları iiçin test edilmişlerdir. Gaz sensör ölçümleri hidrojen gazı ve klorlu bileşikler, amin grupları, aromatikler ve alkol grupları gibi uçucu organic bileşiklere karşı farklı çalışma sıcaklıklarında yürütülmüştür. Seçilmiş organic bileşikler arasından, fullerene içeren polystyrene (C60-PS) ve TiO2 nanoçubukların kombinasyonu ile oluşturulan heteroyapı C60-PS ince film eve TiO2 nanoçubuklara kıyasla oda sıcaklığında bile hidrojen gazına karşı daha yüksek algılama ve temiz bir sensör cevabı göstermiştir. Bu heteroyapılı sensör uygulamarı için mükemmel bir sensor cevabı sergilemiştir. Elde edilen ölçüm sonuçlarına göre, organic/metal-oksit sensörün algılma mekanizması tartışılmıştır.

In this thesis, organic/TiO2 heterostructures were fabricated for gas sensor applications. The one-dimensional (1D) TiO2 nanorods were synthesized by the hydrothermal method. Synthesized nano-sized TiO2 structures were coated with suitable organic molecules (different types of polymers and phthalocyanines) to form organic/metal-oxide hetero-structures. Fabricated samples were characterized with scanning electron microscope (SEM), X-ray diffraction (XRD), and Energy-dispersive X-ray Spectroscopy (EDX). These hetero-structures were tested for gas-sensing applications. Gas sensor measurements were performed for hydrogen gas and volatile organic compounds such as chlorinated compounds, amines, aromatics and alcohols at different operation temperatures. Among the selected organic compounds, the heterostructures combined with fullerene containing polystyrene (C60-PS) and TiO2 nanorods (NRs) showed higher sensitivity, and clearer response against H2 even at the room temperature when comparing with the pristine TiO2 NRs and C60-PS thin film. The combination of TiO2 NRs and C60-PS as the heterostructure exhibited a great sensing behavior for applications. According to the results, the sensing mechanism of the organic/metal-oxide heterostructure sensor was discussed.