Tio2 Yarıiletkeninin Sol-Gel Yöntemiyle Sentezlenmesi Ve Mekanik Özelliklerinin Vickers Ve Knoop Mikrosertlik Ölçeriyle Karakterize Edilmesi

Abstract

Periyodik tabloda IV-VI yarıiletken grubuna ait olan titanyum dioksit (TiO2); optik, elektronik, fotokimya gibi alanlarda gösterdiği eşsiz ve üstün özelliklerinden dolayı son yıllarda en çok çalışılan malzemelerden biri olmuştur. Fotovoltaik aygıtlarda, enerji depolama sistemlerinde, çeşitli sensörlerde ve kanser tedavisi gibi pek çok alanda kullanılmaktadır. Ayrıca, bilimsel uygulamalarının yanında plastiklerde, boyalarda, kâğıt tekstilinde, anti-bakteriyel maddelerde, mürekkeplerde, su ve hava temizleme sistemlerinde, gıda katkı maddelerinde, kendi kendini temizleyen yüzeylerde, kozmetik ürünlerde ultraviyole absorblayıcı gibi birçok ticari uygulaması da bulunmaktadır. TiO2 yarıiletkeni tıpkı diğer yarıiletken yapılarda olduğu gibi üstün optik özellikler sergilemektedir. Görünür bölgede yüksek geçirgenliğe sahip olması, yüksek kırılma indisine sahip olması nedeniyle optoelektronik teknolojisinde, optik kaplama süreçlerinde, optik dalga kılavuzlarında ve güneş panellerinde yaygın kullanım alanına sahiptir. Tüm bunlara ilaveten, TiO2,; araştırmacıların mekanik özelliklerini geliştirmek amacıyla yoğun çaba sarf ettikleri implant yapıları için ideal bir materyaldir. Titanyum ve farklı formları, yüzeyi korozyona karşı koruyan ve iyon açığa çıkmasını önleyen kendiliğinden organize olmuş oksit tabakaları sayesinde biyouyumlu metal implantlar olarak kabul edilmektedir. TiO2 farklı yüzeylerde korozyona dayanıklı kaplama malzemesi olarak da kullanılmaktadır. TiO2 in mekanik özelliklerinin kullanıldığı diğer alanlar ise piezolektrik sensör uygulamalardır. Çağımız teknolojik uygulamalarında artık malzemeler hibrit formda multifonksiyonel olarak kullanıldığı için bir malzemeyi ele alırken yüksek performans gösterebilecek birçok özelliğinin aynı anda incelenebilmesi ve geliştirilebilmesi önem arz etmektedir. . Literatürde TiO2‟nin optik özelliklerinin incelendiği sayısız çalışma bulunmasına karşın bu malzemenin mevcut mekanik davranışının tam olarak detaylı bir şekilde incelendiğini söylemek zordur. Literatürdeki bu açığın kapanmasına elimizdeki imkânlarla katkı sağlamak adına bu projede 2 TiO2 yarıiletkeninin mevcut mekanik özelliklerinin farklı yöntemlerle belirlenmesi hususuna odaklandık. Buradan yola çıkarak bu projede öncelikli amacımız; ucuz, hızlı ve pratik bir yöntem olan sol-gel yöntemiyle TiO2 yarıiletkenini başarılı bir şekilde sentezlemek. Ardından üretilen TiO2 malzemelerinin mekanik davranışları indentasyon yöntemiyle belirlenecektir. Bu yöntem, malzemelerin sertlik, elastik modulus, kırılma dayanımı, gerilme-gerinim davranışı gibi mekanik özelliklerinin belirlenmesinde kullanılan en yaygın ve en doğru sonucu veren yöntemlerin başında gelmektedir. İndentasyon yönteminde Vickers, Knoop, Berkovich ve Rockwell gibi farklı uçlar kullanılarak numune yüzeyine önceden belirlenmiş bir kuvvet uygulanır ve malzemenin yük altındaki davranışı incelenir. Biz de bu çalışmada en yaygın olarak kullanılan uçlardan olan Vickers ve Knoop uçlarıyla üretilen malzemelerin mekanik özelliklerini hassas bir şekilde belirlemeyi hedefliyoruz. Literatür tarama çalışmalarımıza dayanarak TiO2 yarıiletkenin mekanik özelliklerinin bu 2 farklı yöntem kullanılarak belirlendiği detaylı bir çalışma bulunamamaktadır. Çalışma kapsamında gerçekleştirilecek aşamalar ise şöyle sıralanabilir; numunelerin sol-gel ile üretilmesi, TiO2 kristal yapısının oluşup oluşmadığının belirlenmesi için X-ışını kırınım (XRD) ölçümlerinin gerçekleştirilmesi, numunelerin yüzeylerinin mekanik testlerden önce ve sonra morfolojisini incelemek için taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile görüntülenmesi, numunelerin 3 boyutlu yüzey karakterizasyonu için atomik kuvvet mikroskobu (AFM) görüntülerinin çekilmesi ve mekanik testler için universal mekanik test cihazı (UMT) ile indentasyon testlerinin gerçekleştirilmesi.