Farklı uygulama alanları için nano boyutta bor esaslı malzemelerin sentez ve karakterizasyonu

Abstract

Günümüzde enerji kaynaklarına olan talep gün geçtikçe artmaktadır. Özellikle fosil yakıtların yerini alabilecek alternatif ve yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelik çalışmalar gerek bilimsel gerekse teknolojik açıdan ilgi görmektedir. Fosil yakıtların yerini alabilecek alternatif enerji kaynaklarına bakıldığında güneş; sahip olduğu sınırsız ve temelinde maliyetsiz bir enerji kaynağı olarak ön plana çıkmaktadır. Güneşte gerçekleşen reaksiyonlar sonucu muazzam büyüklükte enerji ortaya çıkmaktadır. Bunun getirisi olarak da yenilebilir enerji kaynakları arasında güneş en yüksek potansiyele sahip olan enerji kaynağıdır. Ülkemiz coğrafi konumu sebebi ile sahip olduğu güneş enerjisi potansiyeli bakımından birçok ülkeye nazaran daha şanslı bir durumdadır. Bu potansiyelden verimli olarak yararlanabilmek söz konusu olduğunda ise güneş pilleri ön plana çıkmaktadır. Güneş enerjisinin kullanımında, güneşten gelen enerjiyi doğrudan elektrik enerjisine çeviren fotovoltaik hücreler (güneş pilleri) mevcuttur. Günümüzde de en çok tercih edilen güneş pili çeşidi tek kristal ve/veya çok kristal silisyum güneş pilleridir. Bu durumun temel nedeni silisyumun doğada oldukça fazla olarak bulunmasıdır. Fakat elde edilme maliyetinin yüksek olması sebebiyle tek ve/veya çok kristal silisyum güneş pilleri yerini organik güneş pillerine bırakmaktadır. Özellikle son yıllarda kullanımı artan boya duyarlı güneş pillerinde(DSSC), yarı iletken TiO2'un, saf halde ve farklı malzemelerle katkılandırılmasıyla özelliklerinin geliştirilmesiyle kullanımı ilgi gören çalışmalar arasındadır. Diğer bir taraftan katkılandırılmış TiO2'in kullanımının en çok ilgi gördüğü alanlardan birisi de antimikrobiyal uygulamalardır. Özellikle virüs ve bakteriler günümüzde insan sağlığını tehdit etmekte ve gün geçtikte direnç kazanıp yeni türlerin oluşmasına sebebiyet vermektedir. TiO2, sahip olduğu antimikrobiyal özellik dolayısıyla mikroplara karşı uygulamalarda kendisine kullanım alanı bulabilmektedir. Ancak, TiO2'in sahip olduğu geniş yasak bant aralığı kullanımını kısıtlamaktadır. Sahip olduğu bant aralığı TiO2'in yalnızca UV ışınları altında aktive olmasına olanak sağlamaktadır. Bu sorunun üstesinden gelebilmek adına TiO2'in katkılandırılarak kullanımı ilgi görmektedir. Her iki uygulama alanı için de TiO2'in metaller yerine ametallerle katkılandırılması günümüzdeki ilgi çekici konu halini almaya başlamıştır. Özellikle sahip olduğu özelliklerden dolayı bor bu katkı malzemeleri arasında ön plana çıkmaktadır. Bor dünya çapında stratejik öneme sahip olan bir elementtir ve ülkemiz dünya bor rezervlerini yaklaşık %70'ine sahiptir. Özellikle savunma, havacılık, uzay sanayi gibi alanlarda özellikle bor esaslı ürünlerin tercih edilmesi gün geçtikçe artmaktadır. Bu doktora tez çalışmasında bor içeren TiO2 esaslı nano yapılar sentezlenmiştir. Bor kaynağı olarak öncelikle literatürde yaygın olarak kullanılan bor oksit seçilmiştir. Aynı zamanda daha önceden çalışılmamış olan amorf yapılı elementel bor da bor kaynağı olarak ilk defa kullanılmıştır. Başlangıç malzemesi olarak ülkemiz kaynaklarından üretilmiş olan elementel borun kullanımının seçimi; borun ileri teknolojik malzemeler olarak kullanımının yaygınlaştırılmasının sağlanması yönünden çok önemlidir. Ülkemiz bor kaynağı bakımından dünya sıralamasında ikinci sırada yer almaktadır. Doktora tez kapsamında başlangıç malzemesi olarak yine ülkemiz kaynakları ile desteklenmiş bir araştırma projesi ürünü olan amorf borun kullanılıyor olması da borun kullanım alanlarının geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması açısından çok önemlidir. Pavezyum Kimya San. Dış. Ticaret Ltd. Şti.; nano boyutta elementel bor üreten, ülkemizde ilk ve dünyada ise ikinci firmadır. Bor esaslı nano yapıların üretimiyle bor kaynakları ileri teknolojik uç ürünler olarak ülkemiz ekonomisine katkı sağlayacaktır. Farklı bor kaynakları ile katkılanarak sentezlenmiş bor içeren nanoyapılardan elde edilen özellikler karşılaştırmalı olarak tartışılmıştır. Bor esaslı TiO2 (B-TiO2) nanoparçacıkların yanı sıra nanotüpler de sentezlenmiştir. Sentezleme yöntemi olarak nanoparçacıkların eldesinde sol-jel yöntemi, nanotüplerin eldesinde ise hidrotermal yöntem kullanılmıştır. Elde edilen B-TiO2 nanoparçacıklar ve nanotüplerle kıyas yapabilmek adına saf TiO2 nanoparçacıkları ve nanotüpleri de sentezlenmiştir. Bu şekilde elde edilen B-TiO2 nano yapılar farklı karakterizasyon yöntemleri yardımıyla incelenmiştir. Yapıların morfolojik ve boyutsal özellikleri; SEM ve TEM analizleri yardımıyla incelenmiştir. Faz analizi XRD yardımıyla gerçekleştirilmiştir. Elde edilen nano yapıların fotovoltaik ölçümleri de gerçekleştirilmiştir. B-TiO2 nanoparçacıklar ve nanotüplerden kararlı kolloidal süspansiyonlar hazırlanmış ve elektrokinetik biriktirme yöntemiyle ITO (indiyum katkılı kalay oksit) kaplı camlar üzerine kaplamalar gerçekleştirilmiştir. Bu kaplamalar SEM yardımıyla incelenmiştir. En son olarak ise sentezlenen nano yapıların antimikrobiyal testleri gerçekleştirilmiştir.