Çözelti yanma senteziyle üretilen vanadyum oksitlerin ince film kaplanması ve optik ve elektrokimyasal karakterizasyonu

Vanadyum, +2'den +5'e kadar birden fazla değerlik alabilen ve bu sebeple farklı oksit bileşikleri oluşturabilen bir metaldir. Geçiş metalleri arasında oldukça sık olarak kullanılan vanadyum oksit, farklı değerlikte bileşikler oluşturabilmesi sebebiyle farklı özellikler kazanmaktadır. Ayrıca vanadyum oktahedral, tetrahedral, kare piramit gibi pek çok oksijen koordinasyon geometrisine sahiptir. Bu özellikleri sayesinde, vanadyum oksitler ileri malzeme uygulamalarında kendine geniş bir yer bulabilmektedir. En sık kullanılan bileşikleri VO2 ve V2O5'tir. Bu oksitler birçok teknolojik uygulamada kullanılabilmektedir. VO2 optik, elektriksel, elektrokimyasal, termokromik ve ısıl şalter malzemesi olarak kullanılabilmektedir. Düşük sıcaklıkta, 68 C, yarı iletken-iletken geçişi göstermesi en önemli özelliğidir. Ayrıca sıcaklık ve basınç gibi termodinamik koşullara bağlı olarak farklı polimorfik fazlara sahiptir. Bu farklı polimorfik fazlar kararlı ve yarı kararlı fazları ortaya çıkarmaktadır. Örneğin, monoklinik yapıdaki yarı kararlı fazlardan olan VO2 özellikle lityum iyon pillerinde katot malzemesi olarak kullanılmaktadır. Vanadyum pentoksit ise tabakalı yapısı sebebiyle interkalasyon için oldukça uygun bir malzemedir. Özellikle ince filmleri, elektrokromik ve termokromik cihazlarda, soğutmasız bolometrik detektörlerde, lazer korunumunda, güneş pillerinin pencerelerinde, yüksek kapasiteli lityum pillerinin elektrotlarında, elektrik ve optik anahtarlama cihazlarında, ışık modülatörlerinde kullanılmaktadır. Bu tez kapsamında vanadyum pentoksit üretimi çözelti yanma sentezi yöntemiyle gerçekleştirilmiştir. Yanma sentezi kendiliğinden ilerleyen bir yüksek sıcaklık sentezi olup, seramik, intermetalik, kompozit ve fonksiyonel malzemelerin toz ya da son ürüne yakın ürünleri içeren ileri malzemelerin üretiminde kullanılmaktadır. Yanma sentezi türlerinden biri olan çözelti yanma sentezi, birçok nano boyutlu malzemenin üretimine olanak veren kolay, basit ve hızlı bir yöntemdir. Bu yöntem farklı oksitleyici ile yakıtların homojen çözeltilerinin kendiliğinden ilerleyen reaksiyonunu içermektedir. Tez kapsamında, literatürde kullanılan yakıtlardan farklı olarak sitrik asit ve sitrik asit-glisin karışım yakıtı denenmiştir. Deneyler süresince farklı yakıtlar kullanılarak farklı fiziksel özelliklere sahip vanadyum pentoksit üretilmiştir. Ayrıca deney setlerinde farklı oksitleyici-yakıt karışım oranı denenerek farklı tane boyutunda vanadyum pentoksit üretilmiştir. Tezin ikinci aşamasında ise, çözelti yanma senteziyle üretilen vanadyum pentoksitlerin hammadde olarak kullanılarak ıslak kaplama tekniklerinden biri olan döndürmeli sol-jel kaplama metodu ile ince film kaplanması çalışılmıştır. Elde edilen farklı kalınlıktaki ince filmlerin karakterizasyonları gerçekleştirilerek optik ve elektrokimyasal özellikleri incelenmiştir. Çözelti yanma sentezi deneyleri sonucunda kullanılan tüm yakıtlar ve değişen tüm O/Y oranlarında saf V2O5 üretildiği görülmüştür. Elde edilen tozun morfolojisinin kullanılan yakıt türüyle değişiklik gösterdiği tespit edilmiştir. Glisin ve sitrik asit kullanılan çözelti yanma sentezi deneyleri sonucunda kolonsal morfoloji elde edilirken, karışım yakıt ile üretilen V2O5 tozlarının küresele yakın bir morfolojide olduğu görülmüştür. Elde edilen tozların sol-jel ile kaplanabilirliği tespit edilmiştir. İnce filmlerin karakterizasyonu ile elde edilen sonuçlar doğrultusunda kaplamaların fonksiyonelliğine bağlı olarak uygun kullanım alanları araştırılmıştır. Örneğin, çevrimsel voltametri analizi sonucunda ince film kaplaması gerçekleştirilen V2O5'in lityum iyon pillerinde karşıt elektrot olarak kullanılabileceği tespit edilmiştir.