Uğur ÇALIGÜLÜ, Ayhan ORHAN, Zafer BARLAS, Nida DARCAN

Döndürerek Kaplama Yöntemi ile Hazırlanan Ca katkılı $TiO_2$ İnce Filmlerin Optik ve Morfolojik Özellikleri

Bu çalışmada, $TiO_2$ esaslı ince filmler %1, %3, %5 ve %10 Ca eklenerek hazırlanmış ve numuneler sol jel döndürerek kaplama yöntemiyle üretilmiştir. Numuneler üretilirken, 1000 rpm’lik bir dönme hızı ve 30 saniyelik bir dönme süresi kullanılarak kaplama işlemi gerçekleştirilmiştir. Kaplama işlemi 3 kez tekrarlanmıştır. Üretilen filmlerin UV-VIS spektroskopisi ile geçirgenlik, soğurma ve yansıma grafikleri çizilmiş ve optik bant aralığı hesaplanmıştır. En düşük yasak enerji aralığına sahip numunenin katkısız$TiO_2$ (3.59 eV) olduğu görülmüştür. Numunelerin yasak enerji aralığı %1, 3, 5 ve 10 oranlarında Ca katkısı için sırasıyla 3.68, 3.76, 3.74 ve 3.77 olarak hesaplanmıştır. Numunelere ait geçirgenlik grafikleri incelenmiş ve geçirgenlik değerlerinin %70 ile %90 arasında olduğu tespit edilmiştir. Soğurma grafiği incelendiğinde ise numunelerin yüksek şeffaflığa sahip olmasından dolayı görünür bölgedeki ortalama soğurmanın yaklaşık %0,75 ile %4,5 aralığında olduğu görülmüştür. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) kullanılarak üretilen filmlerin iki boyutlu ve üç boyutlu görüntüleri analiz edilmiştir. AFM analizleri incelendiğinde nano boyutta tanelerin olduğu görülmüştür. Sol-jel yöntemiyle üretilen ince filmlerin yüzey özellikleri, yansıma, geçirgenlik ve soğurma eğrileri incelenmiş ve yapılan bu incelemeler sonunda, ince filmlerin Ca katkı oranına bağlı olarak yüzey morfolojisinin ve optik özelliklerinin değiştiği tespit edilmiştir.

Optical and Morphological Properties of Ca Doped $TiO_2$ Thin Films Prepared by Spin Coating Method

In this study, $TiO_2$ based thin films were prepared by adding 1%, 3%, 5% and 10% Ca and samples were produced by sol gel spin coating method. While the samples were being produced, coating was carried out using a rotation speed of 1000 rpm and a rotation time of 30 seconds. The coating process was repeated 3 times. Transmittance, absorption and reflection graphs of films were drawn by UV-VIS spectroscopy and optical band gap was calculated. The sample with the lowest forbidden energy range was found to have undoped $TiO_2$ (3.59 eV). The forbidden energy range of the samples was calculated as 3.68, 3.76, 3.74 and 3.77 for Ca contribution at 1, 3, 5 and 10%, respectively. The permeability graphs of the samples were examined and it was determined that the permeability values were between 70% and 90%. When the absorption graph was examined, it was seen that the average absorption in the visible region was in the range of approximately 0.75% to 4.5% due to the high transparency of the samples. Two-dimensional and three-dimensional images of films produced using Atomic Force Microscope (AFM) were analyzed. When the AFM analyzes were examined, it was seen that there were nano-sized grains. Surface properties, reflection, permeability and absorption curves of thin films produced by sol-gel method were examined and at the end of these investigations, it was determined that the surface morphology and optical properties of thin films changed depending on the Ca additive ratio.

PDF

___

[1] S. Çulhaoğlu, Bor ve Azot Katkılı TiO2 İnce Filmlerin Fotokatalitik Aktivitelerinin İncelenmesi. Yüksek lisans Tezi, Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Anabilim Dalı Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Mayıs 2015.
[2] E. D. Şam, Saf ve Katkılı TiO2 Filmlerin Optik, Yapısal ve Fotoaktivite Özellikleri. Doktora Tezi, İleri Teknolojiler Anabilim Dalı Malzeme Bilimi ve Mühendisliği, Şubat 2007.
[3] V. Ataş, Döndürerek Kaplama Yöntemiyle Elde Edilen TiO2 Filmlerinin Bazı Fiziksel Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek lisans Tezi, Fizik Anabilim Dalı Katı Hal Fiziği Bilim Dalı, Mart 2014.
[4] S. Yaşar, Titanyum Oksit Yarıiletken Filminin Elde Edilmesi, Optik ve Kristal Özelliklerinin İncelenmesi. Yüksek Lisans Tezi, Fizik Anabilim Dalı, Temmuz 2012.
[5] D. Ş. Özden Dinç, Yüzeylerin Titanyum Nanoçubuklar ve Onların Altın/Gümüş ile Modifiye Formları İle Nanodesenlenmesi Ve Farklı Alanlarda Kullanılabilirliklerinin İncelenmesi. Doktora Tezi, Biyomühendislik Anabilim Dalı, Haziran 2018.
[6] N. Kati, Investigation of Optical and Morphological Properties of Co Doped ZnO Nanomaterials. Turkish Journal of Science and Technology, 14: 1 (2019) 41-48.
[7] M. İlhan, Dört Bileşenli Fonksiyonel Yarıiletken İnfrared Fotodedektörlerinin Üretilmesi Ve Elektronik Özelliklerinin Belirlenmesi. Doktora Tezi, Fizik Anabilim Dalı, 2019.
[8] M. Streckova, T. Sopcak, R. Stulajterova, M. Giretova, L. Medvecky, A. Kovalcikova, K. Balazsi, Needle-less electrospinning employed for calcium and magnesium phosphate coatings on titanium substrates. Surface and Coatings Technology, 340 (2018)177-189.
[9] L. E. Pérez-Jiménez, J. C. Solis-Cortazar, L. Rojas-Blanco, G. Perez-Hernandez, O. S. Martinez, R. C. Palomera, E. R. Morales, Enhancement of optoelectronic properties of TiO2 films containing Pt nanoparticles. Results in Physics, 12 (2019) 1680-1685.
[10] M. Biglar, F. Stachowicz, T. Trzepieciński, M. Gromada, Modelling of Barium Titanate Microstructure Based on Both the Boundary Element Method and a Homogenization Technique. Procedia Structural Integrity, 5 (2017) 562-568.
[11] M. Singh, B. C. Yadav, A. Ranjan, M. Kaur, S. K. Gupta, Synthesis and characterization of perovskite barium titanate thin film and its application as LPG sensor. Sensors and actuators b: chemical, 241 (2017) 1170-1178.
[12] N. D. Patel, M. H. Mangrola, K. G. Soni, V. G. Joshi, Structural and electrical properties of nanocrystalline barium strontium titanate. Materials Today: Proceedings, 4: 2 (2017) 3842-3851.
[13] K. D. Lakshmi, T. S. Rao, J. S. Padmaja, I. M. Raju, S. A. Alim, P. Kalyani, Visible light driven mesoporous Mn and S co-doped TiO2 nano material: Characterization and applications in photocatalytic degradation of indigocarmine dye and antibacterial activity. Environmental nanotechnology, monitoring & management, 10 (2018) 494-504.
[14] URL-1 https://yusufbilgen.wordpress.com/2015/01/16/ince-film-teknikleri/
[15] F. Ersan, H. Derin, Effect of substrate temperature on structural and optical properties of copper sulphide thin films, balkan physics letters, 2013, 21, 211025, pp. 234-244.
[16] H. Sarıgül, İ. Sorar, Sol-Jel Yöntemiyle Hazırlanan TiO2 Filmlerin Optik ve Elektrokromik Özellikleri, Marmara Fen Bilimleri Dergisi 2016, 2: 81-88 DOI:10.7240/mufbed.14319.
[17] C. Aydın, Farklı Molar Oranlarında, Eşit Miktarlarda Mn-Ni Katkılandırılmış ZnO Esaslı Nano Yapılı İnce Filmlerin Yüzey Morfolojisi, Optik Sabitleri ve Dispersiyon Enerji Parametreleri, Fırat Üniv. Müh. Bil. Dergisi, 29 (2), 221-232, 2018.