Structural and optical properties of modified titanium dioxide based films prepared by sol-gel dip-coating

Bu çalışmada sol-gel dip-coating yöntemi ile çeşitli modifiye titaniyum dioksit tabanlı filmler hazırlanmış ve yapısal ve optik özellikleri karakterize edilmiştir. Modifiye titanyum dioksit olarak metal katkılı, ametal katkılı, metal-ametal katkılı, gümüş dekoreli ve kompozit filmler sol-jel yöntemi ile hazırlanmıştır. Moleküler ön başlatıcıların hidroliz ve kondenzasyonuna dayanan sol- jel sentezi, inorganik malzemeler hazırlamak için geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Sol- jel tekniği hem inorganik hem de organik-inorganik hibrit polimerlerin elde edilmesinde çok kullanışlı bir yöntemdir. Bu tekniğin temel avantajı tüm prosesin oldukça ılımlı koşullarda yürütülmesidir. Katı hal proseslerinin aksine sol- jel prosesi, son ürüne ön başlatıcı türlerinin dönüşümü sırasında reaksiyon yolunda moleküler seviyede kontrol imkânı sunmaktadır. Böylece sol- jel prosesi, çok yüksek saflık ve homojenlikte, uniform kristal morfolojisinde ve iyi tanımlanmış nanopartiküllerin sentezine olanak sağlar. Sol- jel kimyası, bir yandan suyun ligand oluşturma ve çözücü olarak çift rolü ve metal oksit ön başlatıcılarının suya karşı reaktivitesinden dolayı, ve diğer yandan sentez protokolünün iyi tekrarlanabilirliğini sağlamak için sıkı bir şekilde kontrol edilmesi gereken reaksiyon parametrelerinin çok sayısında olması (metal alkokst ön başlatıcılarının hidroliz ve kondenzasyon hızı, pH, sıcaklık, karıştırma yöntemi, oksidasyon hızı, vb.) nedeniyle oldukça karmaşık bir prosestir. Bu nedenle derlemenin ana hedefi sol-jel prosesinin temel prensibini anlatmak ve proseste etkili olan parametreleri irdelemektir. Bu yöntem atmosferik durumlarda ve kontrol altındaki sıcaklıklarda bir alt tabakanın belirlenmis bir hızda hazırlanan çözeltinin içine daldırılıp geri çekilmesiyle kaplama yapılan bir yöntemdir. Daldırma sırasında alt tabakanın sarsıntısız ve oldukça düzgün hareketi sağlanmalıdır. İnce ve düzgün kaplama akıcı bir yüzeye, alt tabakanın minimum titreşimine ve doğru hız kontrolüne bağlıdır. Kaplama kalınlığı esas olarak çekiş hızı, katının kalınlığı ve sıvının akışkanlıgına bağlı olarak tanımlanır. Alkol gibi çözücülerle yapılan kaplamalarda, süzülme safhasına gerek yoktur. Hareket halindeki taşıyıcı, sole daldırıldığı an akışkanlar mekaniği gereği kaplama alanı üzerinde sol ihtiva eden bir sınır tabaka olusur. Kaplama ve süzülme aşamasında sözü edilen sınır tabaka, iç tabaka ve dış tabaka olmak üzere ikiye ayrılır. İç tabaka tasıyıcı ile birlikte hareket ederken dış tabaka ters yöne dogru hareket ederek sole geri döner. Filmin kalınlığı aşağı ve yukarı hareket eden tabakaları ayıran ana akıntının şiddetine bağlıdır. Ametal katkılı titanyum dioksit olarak nitrojen katkılı TiO2 filmleri sol-jel yöntemi ile hazırlanmış ve titanyum diyoksitin yapısal ve optik özellikleri üzerinde nitrojen katkısı ve katkı konsantrasyonunun etkisi incelenmiştir. Nitrojen katkı konsantrasyonu arttıkça band-gap değerinin düşmediği gözlenmiştir. Ayrıca nitrojen katkısının kristal yapıya etkisi olmadığı görülmüştür. Metal katkılı titanyum dioksit olarak demir katkılı TiO2 filmleri sol-jel yöntemi ile hazırlanmış ve titanyum dioksitin yapısal ve optik özellikleri üzerinde demir katkısı ve katkı konsantrasyonunun etkisi incelenmiştir. Demir katkı konsantrasyonu arttıkça band-gap değerinin düşdüğü gözlenmiştir. Ayrıca demir katkısı kristal yapıya etkisi olmadığı görülmüştür. Metal katkılı titanyum dioksit olarak gümüş katkılı TiO2 filmleri sol-jel yöntemi ile hazırlanmış ve titanyum dioksitin yapısal ve optik özellikleri üzerinde gümüş katkısı ve katkı konsantrasyonunun etkisi incelenmiştir. Gümüş katkı konsantrasyonu arttıkça band-gap değerinin düşmedüğü gözlenmiştir. Metal ametal çift katkılı titanyum dioksit olarak nitrojen demir çift katkılı TiO2 filmleri sol-jel yöntemi ile hazırlanmış ve titanyum dioksitin yapısal ve optik özellikleri üzerinde katkısı ve katkı konsantrasyonunun etkisi incelenmiştir. Katkı oranlarının titanyum dioksitin yapısal ve optik özelliklerine etkili olduğu görünmüştür. Kompozit titanyum dioksit olarak TiO2 @ ZnO kompozit filmleri sol-jel yöntemi ile hazırlanmış ve titanyum/çinko oranının optik özellikleri üzerindeki etkisi incelenmiştir.