TiO2 İnce Filmlerin Yapısal, Elektriksel ve Triboelektrik Özelliklerinin İncelenmesi

Mikro veya nanosistemlerin büyümesi ve onları otonom hale getirme ihtiyacı gün geçtikçe artmaktadır. Bu artışla oluşan enerji ihtiyacını karşılamak için birçok çalışma yapılmaktadır. Özellikle elektrostatik mekanik enerji toplayıcılar (E-MET), nesnelerin internet (IOT) ve giyilebilir cihazlar için umut verici çözüm olarak kabul edilmektedir. Elektrostatik mekanik enerji toplayıcılar (E-MET) ailesine ait triboelektrik nanojeneratör (TENJ) olarak adlandırılan triboelektrik tabanlı elektret jeneratörü, uygulama alanı olarak orijinal enerji toplama cihazının çok ötesinde olup, kendi kendine çalışan nanosistemler, kendi kendine çalışan elektrokimya, insan-makine etkileşimi gibi çeşitli alanlara yayılmıştır. TENJ'lerin temel çalışma mekanizması, mekanik enerjinin elektrik enerjisine dönüştürülmesi sırasında temaslı elektrifikasyon ve elektrostatik indüksiyonun birleştirilmesini içermektedir. TENJ'ler düşük maliyet, çeşitli yapı, istikrarlı çıktı ve yüksek enerji dönüşüm verimliliği avantajlarına ek olarak, çevre dostu, geniş uygulama aralığı özellikleriyle de karakterize edilebilmektedir. Bu tez çalışmasında manyetik alan sıçratma yöntemiyle Si-alttaş üzerine TiO2 ince filmler; sıçratma gücü (50W, 75W ve 100W), sıçratma basıncı (5mTorr, 8mTorr, 10mTorr, 12mTorr, 15mTorr), kısmi O2 basıncı (%5, %10, %15) ve kalınlık (5nm, 10nm, 25nm, 50nm, 75nm ve 100nm) parametreleri kullanılarak büyütülmüştür. En iyi triboelektrik malzeme performansını, 75W gücünde, 10mTorr basıncında, %10 O2 kısmi basıncı altında 900°C tavlanmış 100nm kalınlıktaki TiO2 ince film göstermiştir. Bu tez çalışması ile son zamanlarda TENJ'ler için aktif katmanlar ve çalışma mekanizmalarını aydınlatmak için cihaz konfigürasyonları olarak yeni materyaller geliştirmeye yoluyla TiO2 yarıiletken malzemeye odaklanılmıştır. Temas ayırma moduyla verimli bir şekilde toplanması için TENJ'ler için pozitif tip bir sürtünme katmanı olarak bir polietilen tereftalat/indiyum kalay oksit (PET/ITO) filmi kullanmıştır. Farklı üretim parametreleri ile elde edilen TiO2 tabanlı temas ayırmalı kipte çalışan TENJ' den, mükemmel mekanik stabiliteye ve en yüksek tepe güç yoğunluğuna (27μW.m–2) sahip 55 V'luk bir çıkış voltajı elde edilmiştir.