Al-katkılı ZnO fonksiyonel kaplamaların ultrasonik sprey piroliz yöntemi ile üretimi ve saydam ısıtıcı uygulamaları

Bu tez çalışması Al-katkılı ZnO (AZO) ince filmlerin, saydam ısıtıcı ve ısı kalkanı uygulamalarına yönelik, ultrasonik sprey piroliz yöntemiyle üretimlerinin optimizasyonu üzerine odaklanmaktadır. Bu amaca yönelik olarak, başlangıç bileşenlerinin türü ve konsantrasyonu, kritik Al-katkılama miktarı, altlık-nozül arası mesafe, çözelti akış hızı, taşıyıcı gaz basıncı, biriktirme sıcaklığı ve tavlama işlemi gibi üretim koşulları sistematik biçimde optimize edilmiştir. İnce filmler, belirlenen bu optimum koşullar kullanılarak 50x75 mm2 boyutlarında ticari pencere ve Flor-katkılı kalay oksit (FTO) camları üzerinde açık atmosfer ve 400 °C sıcaklıkta biriktirilmiştir. Biriktirme sonrası tavlama işlemi, sadece pencere camı üzerinde üretilen, tek tabakalı AZO ince filmlere uygulanmış ve kaplamalar hacimce %4 H2 içeren Ar atmosferinde 400 °C'de 90 dk. tavlanmıştır. Biriktirilmiş ve tavlanmış numuneler yapısal, morfolojik, elektriksel, optik ve ısıtma/buz giderme özellikleri bakımından karakterize edilmiştir. 750 nm kalınlığında ve tek tabaka halinde üretilen AZO ısıtıcıların düzlemsel direnci 38,7 Ω/□ ve özdirençleri 2,9x10-3 Ω cm, görünür bölge ortalama ışık geçirgenlikleri ise %83 olarak belirlenmiştir. Fakat, ısı kalkanı uygulamalarına yönelik olarak bu filmlerin yakın kızılötesi bölge yansıtıcılıkları çalışma hedeflerinin altında kalmıştır. Isıtma deneyleri, elde edilebilecek ortalama yüzey doyum sıcaklığının uygulanan elektriksel güce bağlı olarak değiştiğini ve 12 V uygulanması durumunda 76 °C'lik bir sıcaklığa ulaşılabildiğini göstermiştir. 32,5 cm2 aktif alana sahip ısıtıcının tepki zamanı, sıcaklık dağılım homojenliği, alansal güç yoğunluğu ve ısıl direnci sırası ile 88 sn., %17,7, 0,0989 W/cm2 ve 409 °C cm2 W-1 olarak belirlenmiştr. 12 V besleme ile gerçekleştirilen buz giderme denemeleri, -25 °C başlangıç sıcaklığından itibaren tüm buzun eritilmesi ve kalıntı suyun buharlaştırılması için gerekli zamanın 250 sn. olduğunu ortaya koymuştur. FTO-kaplı cam altlık üzerinde, çift tabaka halinde biriktirilen ve sırası ile 550 nm FTO ve 655 nm AZO tabakalara sahip FTO/AZO ısıtıcı hem görünür bölgede %87 gibi oldukça yüksek ortalama ışık geçirgenliği hem de 2500 nm dalga boyunda %55 gibi yeterli seviyede yansıtıcılık sergilemiştir. Bu kaplamanın düzlemsel direnci 14,85 Ω/□ ve özdirenci 1,78x10-3 Ω cm olarak ölçülmüştür. 9 V besleme ile 31,5 cm2 aktif alana sahip numune üzerinde gerçekleştirilen ısıtma deneyleri sonuçları tek tabakalı AZO ile karşılatırıldığında, çift tabakalı ısıtıcının daha uzun bir tepki zamanına (174 sn.) karşılık, çok daha yüksek (111 °C) yüzey sıcaklığına ulaştığını göstermiştir. Bu numunenin sıcaklık homojenliği, alansal güç yoğunluğu ve ısıl direnç değerleri sırasıyla %11,42, 0,299 W/cm2 ve 282,8 °C cm2 W-1 olarak belirlenmiştir. 12 V besleme ile yapılan buz giderme denemesinde, buzun eritilmesi ve kalıntı suyun buharlaştırılması için gerekli süre 130 sn. olarak belirlenmiştir. Bu süreçte, saydam sısıtıcının ısıtma hızı ̴ 43 °C/dk.'ya ulaşmıştır. Bu çalışmada ulaşılan sonuçlar, uygun bir optimizasyon ile AZO ince filmlerin ultrasonik sprey piroliz yöntemi ile saydam ısıtıcı ya da ısı kalkanı gibi pek çok akıllı cam uygulamasına yönelik şekilde üretilebileceğini göstermiştir.