Metal Oksit/Organik Nano-Heteroyapıların Üretilmesi, Karakterizasyonu, Elektronik ve Gaz Algılama Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Gaz sensörleri endrüstride (petrol-kimya, madencilik, kozmetik-parfüm, otomotiv, gıda vs), sağlıkta, tarımda, çevrede, savunmada ve güvenlikte kullanım alanı bulduğundan çokça araştırılan bir konudur. Genelde sensörler algılanacak analit, algılayıcı malzeme ve transduser olmak üzere üç ana birimden oluşmaktadır. Gaz sensörleri için en çok kullanılan algılayıcı malzemeler, metal oksit bileşikler, organik bileşikler, katalitik malzemeler ve yeni çalışılmaya başlanan organik-inorganik heteroyapılardır. Projenin amacı, düşük maliyetli, seçici, düşük güç tüketimli gaz sensörü elde etmek için 1 boyutlu (1D) metal oksit/organik nano-heteroyapıların araştırılması ve geliştirilmesidir. Ayrıca metal oksit/organik heteroyapısının arayüzeyi incelenmesi ve arayüzeyin mikroskobik ayrıntıları araştırılmasıdır. Bu proje kapsamında inorganik malzeme olarak 1D titanyum oksit (TiO2), çinko oksit (ZnO) ve bakır (I veya II) oksit (Cu2O veya CuO) nanoyapılı malzemeleri anodizasyon, elektodepozisyon, hidrotermal, kimyasal buhar biriktirme (CVD) gibi ucuz ve basit yöntemlerle sentezlendi. Üretilen bir boyutlu metal oksit nanotüp, nanotel ve nanoçubukların çapı 100nm?nin altında ve uzunluğu birkaç mikrometre olarak elde edildi. Sonra metal oksit-organik heteroyapıları oluşturmak için uygun organik moleküller (farklı tip polimer ve ftalosiyanin) püskürtme (jet spray), döndürme (spin coating), elektrodepozisyon ve ısıl buharlaştırma gibi farklı yöntemlerle nanoyapılı TiO2, ZnO ve Cu2O - CuO malzemeleri üzerine kaplandı. İnce filmlerin, nanoyapıların ve heteroyapıların yapısal, elektriksel ve optik özellikleri karakterize edildi. 1D metal oksitler, organik ince filmler ve 1D metal oksit/organik heteroyapılar rezistif ve kütle duyarlıklı transdüserler üzerine kaplanarak sensör aygıtları elde edildi. Sensör aygıtların gaz algılama özellikleri sıcaklığa ve konsantrasyona bağlı olarak incelendi. Örnek olarak oda sıcaklığında dahi TiO2 nanorod / P(S-co-CMS-C60) heteroyapısı, sadece nanorod ve (P(S-co-CMS-C60)) ince filmi ile karşılaştırıldığında daha iyi sensör cevabı bulundu. Diğer taraftan yine proje kapsamında deneysel olarak kolaylıkla sentezlenen sistemler için yoğunluk fonksiyoneli teorisine dayalı (DFT) teorik hesaplamaları yapıldı ve metal oksit yüzey ile organik sistem arasında etkileşmenin mikroskobik ayrıntıları elde edildi. Bu ilk hesaplamalar, aynı zamanda teorinin daha ileriki safhalarda öngörü için hangi ölçüde kullanılabileceğine ışık tutacaktır.