Metal İyonu Katkılı TiO2 Nanoyapılar: Yapısal Ve Optik Karakteristiğinin Geliştirilmesi

Abstract

Metal oksit yarıiletkenler arasında titanyum dioksit (TiO2), fotokatalitik cihazlar, boya duyarlı güneş pilleri, bataryalar, sensörler gibi uygulamalarda vaat ettiği potansiyelden ötürü araştırmacıların ilgi odağı haline gelmiştir. TiO2’in geniş bant aralığı, yüksek kimyasal kararlığı, nispeten düşük maliyeti ile optik, mekanik ve elektriksel özellikleri birleşince bu malzemenin yüksek kristallikte ve kalitede sentezlenmesi araştırmacılar için önemli bir konu haline gelmiştir. TiO2 nanoparçacıklarını üretmek için hidrotermal, CVD, PLD, RF söktürme gibi pek çok yöntem bulunması karşın sol-jel ve hidrotermal gibi sulu kimyasal yöntemler düşük maliyeti, uygun reaksiyon koşulları, pratik ve hızlı olmasının yanında yüksek kristallik ve saflık sağlaması açısından en çok kullanılan yöntemlerden biri olmuştur. TiO2 anataz, rutile, brookite gibi birbirinden farklı pek çok kristal fazı bulunan polimorf bir kristaldir ve sıcaklık ile basınç gibi reaksiyon koşullarındaki değişimlerle farklı kristal formlarını üretmek mümkündür. Farklı kristal fazlarının arasında rutile fazı en kararlı ve en yoğun fazken anataz fazı yarı kararlı durumdadır. Buna rağmen kirstal yapısından dolayı pek çok pratik uygulamada anataz fazı kullanılmaktadır. TiO2 yarıiletkenini çeşitli uygulamalarda yüksek performans ile kullanabilmek için kristal olarak en uygun fazda üretip; morfolojik ve optik özelliklerinin optimum düzeye ayarlamak gerekmektedir. Bilindiği üzere bir yarıiletkenin fiziksel ve kimyasal özelliklerini geliştirmenin en etkili yollarından biri kristal yapıya atomik seviyede yabancı atomların kontrollü bir şekilde yerleştirilmesidir. ‘’Katkılama’’ adı verilen bu süreçlerle TiO2 kristal yapısına yapılacak olan nadir toprak elementi ve geçiş metali katkılarıyla bu malzemenin pratik uygulamalarda gösterdiği performansın kayda değer bir seviyede arttığı literatürdeki mevcut çalışmalarla kanıtlanmıştır. Mevcut projede TiO2 nin optik ve elektronik özellikleri, yapıya nadir toprak ve geçiş metalleri gibi yabancı atomlar yerleştirilerek geliştirilecektir.