1. BÖLÜM
2.1. Kullanılan Cihaz ve Ekipmanlar
2.1.5. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) Sistemi
Tez çalışması kapsamında, mikro yapısal, tanecik boyutları, porözlükler belirlenmesine yönelik çalışmalar, LEO 440 marka Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) sistemi ile yapıldı (Şekil 2.10). SEM görüntüleri tablet yüzeylerinden ölçümler alınarak elde edildi.
Şekil 2.10.Taramalı Elektron Mikroskobu(SEM) sisteminin görüntüsü.
3. BÖLÜM BULGULAR
3.1. (Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Tm2O3)y Üçlü Sistemi 3.1.1. XRD Ölçümlerinin Sonuçları
İlk olarak (Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Tm2O3)y üçlü sistemi çalışıldı (Tablo 3.1.). Üçlü sistemin x=15 mol ve y=5,10 mol ile x=20 mol ve y=5,10 mol katkı oranında örnek numuneler 100 saat süreyle 750oC’ de ısıl işleme tabi tutularak katı hal reaksiyonu ile hazırlandı.
Tablo 3.1. Ho2O3,Tm2O3 katkı maddelerinin ve Bi2O3 temel maddesinin mol cinsinden yüzdeleri.
Numune Ho2O3 Tm2O3 Bi2O3
A1 % 15 % 5 % 80
A2 % 15 % 10 % 75
A3 % 20 % 5 % 75
A4 % 20 % 10 % 70
I(cps)
0 100 200 300 400 500 600 700 800 900
10 20 30 40 50 60 70 80 90
a b
Şekil 3.1. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A1 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) A1 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) A1 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0,80(Ho2O3)0,15(Tm2O3)0,05 şeklinde katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda XRD spektrumunda (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.1.a). Elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumunda da (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.1.b).
I(cps)
0 100 200 300 400 500 600 700 800
11 20 30 40 50 60 70 80 90
a b
Şekil 3.2. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A2 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) A2 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) A2 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçüm alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0,75(Ho2O3)0,15(Tm2O3)0,10 şeklinde katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda XRD spektrumunda (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.2.a). Elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumunda da (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.2.b).
I(cps)
0 100 200 300 400 500 600 700 800
11 20 30 40 50 60 70 80 90
a b
Şekil 3.3. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A3 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) A3 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) A3 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0,75(Ho2O3)0,20(Tm2O3)0,05 şeklinde katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda XRD spektrumunda (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.3.a). Elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumunda da (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.3.b).
I(cps)
0 100 200 300 400
11 20 30 40 50 60 70 80 90
b
a
Şekil 3.4. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A4 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) A4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) A4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
Sonuç olarak, 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A1, A2, A3, A4 numunelerinin XRD spektrumları ve elektriksel iletkenlik ölçümleri sonucu XRD spektrumları Bi2O3’ün yüksek iletkenlik mertebesine sahip olan -Bi2O3 kararlı fazına aittir.
-7 elektriksel iletkenlik ölçüm sonuçları aşağıda verilmiştir.
Şekil 3.5. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A1 numunesine ait Elektriksel
iletkenlik ölçüm sonuçları; kontrollü olarak gerçekleştirildi. Isıtma grafiklerine bakıldığında XRD verileri ile elde edilen sonuçlar uyuşmaktadır (Şekil 3.1.).
-7 elektriksel iletkenlik ölçüm sonuçları aşağıda verilmiştir.
Şekil 3.6. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A2 numunesine ait Elektriksel iletkenlik ölçüm sonuçları; kontrollü olarak gerçekleştirildi. Isıtma grafiklerine bakıldığında XRD verileri ile elde edilen sonuçlar uyuşmaktadır (Şekil 3.2.).
-7 elektriksel iletkenlik ölçüm sonuçları aşağıda verilmiştir.
Şekil 3.7. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A3 numunesine ait Elektriksel iletkenlik ölçüm sonuçları; kontrollü olarak gerçekleştirildi. Isıtma grafiklerine bakıldığında XRD verileri ile elde edilen sonuçlar uyuşmaktadır (Şekil 3.3.).
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
1000/T (oC-1) logs (ohm.cm)-1
(Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Tm2O3)y sisteminin x=20 mol - y=10 mol katkılı numuneye ait elektriksel iletkenlik ölçüm sonuçları aşağıda verilmiştir.
(a)
Şekil 3.8. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A4 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
(Bi2O3)0,70(Ho2O3)0,20(Tm2O3)0,10sisteminin elektriksel iletkenlik ölçüm sonuçlarına ait grafikler yukarıda verilmiştir. Bu numune için elektriksel iletkenlik ölçümleri 1 kez ısıtma (Şekil 3.7.a) alındı. Isınma işlemleri kontrollü olarak gerçekleştirildi. Isıtma grafiklerine bakıldığında XRD verileri ile elde edilen sonuçlar uyuşmaktadır (Şekil 3.4.).
3.2. (Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Pr2O3)y Üçlü Sistemi 3.2.1. XRD Ölçümlerinin Sonuçları
İlk olarak (Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Pr2O3)y üçlü sistemi çalışıldı (Tablo 3.1.). Üçlü sistemin x=15 mol ve y=5,20 mol ile x=20 mol ve y=5,20 mol katkı oranında örnek numuneler 100 saat süreyle 750oC’ de ısıl işleme tabi tutularak katı hal reaksiyonu ile hazırlandı.
Tablo 3.2. Ho2O3,Pr2O3 katkı maddelerinin ve Bi2O3 temel maddesinin mol cinsinden yüzdeleri.
Numune Ho2O3 Pr2O3 Bi2O3
B1 % 15 % 5 % 80
B2 % 15 % 20 % 65
B3 % 20 % 5 % 75
B4 % 20 % 20 % 60
Şekil 3.9. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A4 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) A4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) A4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.80(Ho2O3)0.15(Pr2O3)0.05 şeklinde mol oranlarına sahip B1 numunesinde tek fazın dışında pikler gözükmektedir (Şekil 3.9.a). Bu katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda tek faz elde edilmemiştir. Fakat elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumu (kübik)-(Bi2O3) tek fazının XRD spektrumuna benzemektedir (Şekil 3.9.b).
I( cps )
0 100 200 300
11 20 30 40 50 60 70 80 90
a
b
.
Şekil 3.10. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan A4 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) A4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) A4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.65(Ho2O3)0.15(Pr2O3)0.20 şeklinde mol oranlarına sahip B2 numunesinde tek fazın dışında pikler gözükmektedir (Şekil 3.10.a). Bu katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda tek faz elde edilmemiştir. Fakat elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumu (kübik)-(Bi2O3) tek fazının XRD
Şekil 3.11. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan B3 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) B3 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) B3 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.75(Ho2O3)0.20(Pr2O3)0.05 şeklinde mol oranlarına sahip B3 numunesinde tek fazın dışında pikler gözükmektedir (Şekil 3.11.a). Bu katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda tek faz elde edilmemiştir. Fakat elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumunda (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.11.b).
I( cps )
0 100 200 300
11 20 30 40 50 60 70 80 90
a
b
I( cps )
(b) B4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.80(Ho2O3)0.20(Pr2O3)0.20 şeklinde mol oranlarına sahip B3 numunesinde tek fazın dışında pikler gözükmektedir (Şekil 3.12.a). Bu katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda tek faz elde edilmemiştir. Fakat elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumunda (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.12.b).
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
1000/T (oC-1) logs (ohm.cm)-1
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
1000/T (oC-1) logs (ohm.cm)-1
3.2.2. Elektriksel İletkenlik Ölçümlerinin Sonuçları
Şekil 3.13. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan B1 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
Şekil 3.14. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan B2 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
1000/T (oC-1) logs (ohm.cm)-1
-7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
1000/T (oC-1) logs (ohm.cm)-1
Şekil 3.15. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan B3 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
Şekil 3.16. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan B2 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
3.3. (Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Lu2O3)y Üçlü Sistemi 3.3.1. XRD Ölçümlerinin Sonuçları
İlk olarak (Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Lu2O3)y üçlü sistemi çalışıldı (Tablo 3.1.). Üçlü sistemin x=15 mol ve y=5,10 mol ile x=20 mol ve x=5,10 mol katkı oranında örnek numuneler 100 saat süreyle 750oC’ de ısıl işleme tabi tutularak katı hal reaksiyonu ile hazırlandı.
Tablo 3.3. Ho2O3,Lu2O3 katkı maddelerinin ve Bi2O3 temel maddesinin mol cinsinden yüzdeleri.
Numune Ho2O3 Lu2O3 Bi2O3
C1 % 15 % 5 % 80
C2 % 15 % 10 % 75
C3 % 20 % 5 % 70
C4 % 20 % 10 % 70
Şekil 3.17. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan C1 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) C1 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) C1 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.80(Ho2O3)0.15(Lu2O3)0.05 şeklinde mol oranlarına sahip C1 numunesinde elektriksel iletkenlik ölçümleri öncesi ve sonrası alınan XRD spektrumlarında (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.17.a ve Şekil 3.17.b).
a b
I( cps)
0 100 200 300 400 500 600 700 800
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Şekil 3.18. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan C2 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) C2 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) C2 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçüm alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.75(Ho2O3)0.15(Lu2O3)0.10 şeklinde mol oranlarına sahip C2 numunesinde elektriksel iletkenlik ölçümleri öncesi ve sonrası alınan XRD spektrumlarında (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir (Şekil 3.18.a ve Şekil 3.18.b).
I( cps)
0 100 200 300 400 500 600 700
10 20 30 40 50 60 70 80 90
a
b
Şekil 3.19. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan C3 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) C3 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) C3 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.75(Ho2O3)0.20(Lu2O3)0.05 şeklinde mol oranlarına sahip C3 numunesinde elektriksel iletkenlik ölçümleri öncesi ve sonrası alınan XRD spektrumlarında (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir (Şekil 3.19.a ve Şekil 3.19.b).
a b
I( cps)
0 100 200 300 400 500 600 700 800
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Şekil 3.20. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan C4 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) C4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) C4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.70(Ho2O3)0.20(Lu2O3)0.10 şeklinde mol oranlarına sahip C4 numunesinde elektriksel iletkenlik ölçümleri öncesi ve sonrası alınan XRD spektrumlarında (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir (Şekil 3.20.a ve Şekil 3.20.b).
I( cps)
0 100 200 300 400 500 600
10 20 30 40 50 60 70 80 90
a
b
3.3.2. Elektriksel İletkenlik Ölçümlerinin Sonuçları
Şekil 3.21. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan C1 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
Şekil 3.22. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan C2 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
Şekil 3.23. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan C3 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
Şekil 3.24. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan C4 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
3.3.3. SEM Ölçümlerinin Sonuçları
Elde edilen (Bi2O3)1-x-y(Eu2O3)x(Dy2O3)y üçlü-sistem örneklerinin yüzeysel yapılarını incelemek için SEM görüntüleri alınmış ve bu üçlü-sisteme ait bazı örneklerin SEM görüntüleri aşağıda verilmiştir.
Şekil 3.25. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan C1 numunesinin 3 kez ardı ardına elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki SEM görüntüleri.
Şekil 3.26. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan C2 numunesinin 3 kez ardı ardına elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki SEM görüntüleri.
3.4.(Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Nd2O3)y Üçlü Sistemi 3.4.1. XRD Ölçümlerinin Sonuçları
İkinci çalışmada (Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Nd2O3)y üçlü sistemi çalışıldı (Tablo 3.4.). Üçlü sistemin x=5 mol ve y=5,10,15,20 mol ile y=5 mol ve x=5,10,15,20 mol katkı oranında örnek numuneler 100 saat süreyle 750oC’ de ısıl işleme tabi tutularak katı hal reaksiyonu ile hazırlandı.
Tablo 3.4. Gd2O3,Dy2O3 katkı maddelerinin ve Bi2O3 temel maddesinin mol cinsinden yüzdeleri
Numune Gd2O3 Dy2O3 Bi2O3
D1 % 15 % 5 % 80
D2 % 15 % 20 % 65
D3 % 20 % 5 % 75
D4 % 20 % 20 % 60
Ho2O3 ve Nd2O3 katkılanarak elde edilmiş toz numunelerinin XRD toz desenleri ve elektriksel iletkenlik ölçümleri alındıktan sonraki XRD toz desenleri çakıştırılmıştır.
Şekil 3.27. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan D1 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) D1 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) D1 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.80(Ho2O3)0.15(Nd2O3)0.05 şeklinde mol oranlarına sahip D1 numunesinde tek fazın dışında pikler gözükmektedir (Şekil 3.27.a). Bu katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda tek faz elde edilmemiştir. Fakat elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumunda (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.27.b).
(b)
(a)
I( cps )
0 100 200 300 400
11 20 30 40 50 60 70 80 90
Şekil 3.28. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan D2 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) D2 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) D2 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.65(Ho2O3)0.15(Nd2O3)0.20 şeklinde mol oranlarına sahip D2 numunesinde tek fazın dışında pikler gözükmektedir (Şekil 3.28.a). Bu katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda tek faz elde edilmemiştir. Fakat elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumunda (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.28.b)
Şekil 3.29. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan D3 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) D3 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) D3 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.75(Ho2O3)0.20(Nd2O3)0.05 şeklinde mol oranlarına sahip D3 numunesinde tek fazın dışında pikler gözükmektedir (Şekil 3.29.a). Bu katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda tek faz elde edilmemiştir. Fakat elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumunda (kübik)-(Bi2O3) tek fazına ait pikler gözükmektedir(Şekil 3.29.b)
I( cps )
0 100 200 300 400 500
11 20 30 40 50 60 70 80 90
(a) (b)
Şekil 3.30. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan D4 numunesine ait XRD spektrumlarının karşılaştırılması;
(a) D4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alınmadan önceki XRD spektrumu,
(b) D4 numunesinin elektriksel iletkenlik ölçümü alındıktan sonraki XRD spektrumu.
(Bi2O3)0.60(Ho2O3)0.20(Nd2O3)0.20 şeklinde mol oranlarına sahip D4 numunesinde tek fazın dışında pikler gözükmektedir (Şekil 3.30.a). Bu katkılama ile 750 oC’ de 100 saat ısıl işlem sonucunda tek faz elde edilmemiştir. Fakat elektriksel iletkenlik ölçümlerinin tekrarlanması sonucu alınan XRD spektrumu (kübik)-(Bi2O3) tek fazının XRD
3.4.2. Elektriksel İletkenlik Ölçümlerinin Sonuçları
Şekil 3.31. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan D1 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
Şekil 3.32. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan D2 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
Şekil 3.33. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan D3 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
.
Şekil 3.34. 750 oC’ de 100 saat ısıl işleme tabi tutulan D4 numunesinin ısınmasına ait elektriksel iletkenlik grafiği.
4. BÖLÜM
TARTIŞMA VE SONUÇ
Bu proje çalışmasında elde edilen sonuçlar ve bu doğrultudaki sonuçları aşağıdaki gibi maddeler halinde özetleyebiliriz:
1. (Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Tm2O3)y, (Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Pr2O3)y, (Bi2O3)
1-x-y(Ho2O3)x(Lu2O3)y, (Bi2O3)1-x-y(Ho2O3)x(Nd2O3)y üçlü sistemleri üzerinde çalışılmış, oluşan tekli ve çoklu faz bölgeleri belirlenerek, kristallografik ve elektriksel iletkenlik özellikleri belirlenmiştir.
2. Üçlü sistemde baskın olarak kübik tipi katı çözelti üretilmiştir.
3. Kübik tipi katı çözelti kristallografik özellikleri bakımından karakterize edilmiştir.
4. Tüm ikili sistemlerde var olan kübik tipi katı çözeltilerin, O2- iyonu eksikliği içermelerinden dolayı (oksijen non stokiyometrisi), kusurlu kristal örgüye sahip oldukları anlaşılmıştır.
5. O2- iyonlarının kristal örgü noktalarına yerleşimlerinin büyük bir olasılıkla gelişigüzel (ortalama, disordered) olduğu tahmin edilmiştir.
6. Sentezlenen katı çözeltilerin, oksijen iyonik iletkenlik özelliğine sahip olduğu bulunmuştur.
7. Söz konusu üçlü sistemlerde en iyi elektriksel iletkenlik % 20 mol Ho2O3- % 5 mol Tm2O3 katkılı sisteminde gözlenmiştir.
8. Çalışılan üçlü sistemlerde elde edilen katı elektrolitlerin, diğer bilinen katı elektrolitler gibi endüstriyel uygulamalarda (SOFC) kullanılabileceği, bilinen katı elektrolitlere alternatif olabilecekleri sonucuna varılmıştır.
9. Literatürde bilinen diğer katı elektrolitlerden farklı olarak, bu çalışmada, iletkenlik derecesi ve çalışma verimi yükseltilmiş, iyileştirilmiş katı elektrolit sentezi gerçekleştirilmiş, karakterizasyonu yapılmıştır.
Yayınlanan makaleler;
1. Aytimur A., Taşçıoğlu İ., Ari M., Uslu İ., Dağdemir Y., Durmuş S., Altındal Ş., "Structural And Thermo-Electrical Properties Of Polymer-Derived Erbia Stabilized Bi2O3 Nanocrystalline Ceramic Powder", Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol.66, pp.317-323, 2013
2. Durmuş S., Çorumlu V., Çiftci T., Ermiş İ., Ari M., "Electrical, Structural And Thermal Properties Of Nanoceramic (Bi2o3)1-X-Y(Ho2o3)X(Tm2o3)Y Ternary System, ", Ceramics International, vol.39, pp.5241-5246, 2013
3. Taşçıoğlu İ., Ari M., Uslu İ., Koçyiğit S., Dağdemir Y., Çorumlu V., Altındal Ş., "Temperature Dependent Conductivity And Structural Properties Of Sol-Gel Prepared Holmium Doped Bi2o3 Nanoceramic Powder", Ceramics International, vol.38, pp.6455-6460, 2012
4. Ari M., Taşçıoğlu İ., Altındal Ş., Uslu İ., Aytimur A., Karaaslan T., Koçyiğit S., "Crystal Structure And Electrical Properties Of Gadolinia Doped Bismuth Oxide Nanoceramic Powders", Mater. Chem&Phys., vol.136, pp.942-946, 2012
KAYNAKÇALAR
1. Yamamoto, O., 2000.Solid oxide fuel cells: fundamental aspects and prospects.
Electrochimica Acta, 45:2423-2435
2. Steele, B. C. H., 2001.Materials for fuel-cell technologies. Journal of Materials Science, 36:1053-1068
3. Kharton, V. V., Marques, F. M. B. and Atkinson, A., 2004. Transport properties of solid oxide electrolyte ceramics:a brief review.Solid State Ionics, 174:135-149
4. Arachi, Y., Sakai, H., Yamamoto O., Takeda Y. and Imanishai, N., 1999.
Electrical conductivity of the ZrO2–Ln2O3 (Ln=lanthanides) system.
Solid State Ionics, 121:133-139
5. Skinner, S. J., and Kinler, J. A., 2003. Oxygen ion conductors.Materials Today 6:30.
6. Inaba, H. and Tagawa, H., 1996. Ceria-based solid electrolytes.Solid State Ionics, 83:1-16
7. Wang, Z. H., Sun, K. N., Shen, S. Y., Zhang, N. Q., Qiao, J. S. and Xu, P., 2008.
Improved SOFC performance with continuously graded anode functional layer. Journal of Membrane Science, 320:500-504
8. Souza, S. D., Visco, S. J. and Jonghe, L. C. D., 1997.Thin-film solid oxide fuel cell with high performance at low-temperature, Solid State Ionics 98:57-61
9. Schoonman, J., Dekker, J. P. J., Broers, W. and Kiwiet, N. J., 1991,Solid State Ionics ,46:299.
10. Minh, N. Q., 1993.Solid oxide fuel cell technology—features and applications.
Journal of the American Ceramic Society,76:563.
11. Azad, A. M., Larose, S. and Akbar, S. A., 1994 .Bismuth oxide-based solid electrolytes for fuel cells. Journal of Materials Science 29:4135-4151.
12. Wachsman E. D., 2004.The Electrolytes for Solid-Oxide Fuel Cells.Journal of the European Ceramic Society ,24:1281-1285
13. Jiang, N., Wachsman E. D. and Jung,S. 2002.A higher conductivity Bi2O3-based electrolyte.Solid State Ionics, 150:347-353
14. Boyapati, S., Wachsman, E. D. and Jiang, N., 2001. Effect of oxygen sublattice ordering on interstitial transport mechanism and conductivity activation energies in phase-stabilized cubic bismuth oxides. Solid State Ionics, 140-149.
15. Takahashi, T., Esaka, T. and Iwahara, H., 1977 .Conduction in Bi2O3-based oxide ion conductors under low oxygen pressure. I. Current blackening of the Bi2O3-Y2O3 electrolyte, Journal of Applied Electrochemistry 7 :299.
16. Park, J. Y., Yoon, H. and Wachsman, E. D., 2005 Stable and high conductivity ceria/bismuth oxide bilayer electrolytes for lower temperature solid oxide fuel cells, Journal of the American Ceramic Society,88:2402.
17. Acaroğlu, M., 2003. Alternatif Enerji Kaynakları, Atlas Yayın Dağıtım, İstanbul,Temmuz.
18. Tu, H., Stimming U., 2004. Advances, aging mechanisms and lifetime in solid- oxide fuel cell, Journal of Power Sources, 127 (1-2) :284–293.
19. Bove R., 2007. Solid oxide fuel cells: principles, designs and state-of-the-art in industries ,Recent Trends in Fuel Cell Science and Technology, 276-285.
20. Bozoklu, M., Turkoglu, O., Yılmaz, S., Arı, M., Belenli, I., 2010. Oxide ionic conductivity and crystallographic properties of tetragonal type Bi2O3 -based solid electrolyte doped with Ho2O3, Materials Science and Technology, 26, (10), 1239-1247.
21. Kharton, V.V., Marques F.M.B., Atkinson, A., 2004. Transport properties of solid oxide electrolyte ceramics: a brief review, Solid State Ionics, 174, (1-4) 135-149.
22. Molenda, J., Swierczek, K., Zajac, W.,2007. Functional materials for the IT- SOFC, Journal of Power Sources, 173, (2): 657-670.
23. Leontie, L., Caraman, M., Delibaş, M. and Rusu, G.I., 2001. Optical properties of bismuth trioxide thin films, Material Research .Bullettin, 36, (9):
1629-1637.
24. Takeyama, T., Takahashi, N., Nakamura, T. and Ito, S., 2004. Growth of the high reflectivity Bi2O3 glass films by atmospheric pressure halide CVD, Optical Materials, 26, (4): 413-415.
25. Basu, A., Brinkman, A.W. and Hashemi, T., 2001. NTC characteristics of bismuth based ceramic at high temperature, International Journal of Inorganic Materials, 3, (8) 1219-1221.
26. Leontie, L., Caraman, M., Visinoiu, A. and Rusu, G.I., 2005. On the optical properties of bismuth oxide thin films prepared by pulsed laser deposition, Thin Solid Films, 473,(2): 230-235.
27. Cabot, A., Marsal, A., Arbiol, J. and Morante, J.R., 2004. Bi2O3 as a selective sensing material for NO detection, Sensors and Actuators B:
Chemical., 99, (1): 74-89.
28. Kobayashi, K. and Tsunoda, T., 2004. Oxygen permeation and electrical
transport properties of 60 vol. % Bi1.6Y0.4O3 and 40 vol. % Ag composite prepared by the solgel method, Solid State Ionics, 175, (1-4):
405-408.
29. Sammes, N.M., Tompsett, G.A., Nafe, H. and Aldinger, F., 1999. Bismuth based oxide electrolytes-structure and ionic conductivity, Journal of European Ceramic Society,19, (10): 1801- 1826.
30. Löfberg, A., Boujmiai, S., Capoen, E., Steil, M.C., Pirovano, C., Vannier, R.N., Mairesse,G., Bordes-Richard, E., 2004. Oxygen permeation versus catalytic properties of bismuth-based oxide ion conductors used for propene oxidation in a catalytic dense membrane reactor, Catalysis Today, 91-92: 79-83.
31. Kharton, V.V., Marques, F.M.B., Tsipis, E.V., Viskup, A.P., Vyshatko, N.P., Patrakeev,M.V., Naumovich, E.N. and Frade, J.R., 2004. Interfacial effects in electrochemical cells for oxygen ionic conduction measurements, Solid State Ionics, 168, (1-2):137-151
32. Kharton, V.V. and Marques, F.M.B., 2001. Interfacial effects in electrochemical cells for oxygen ionic conduction measurements I. the e.m.f. method, Solid State Ionics, 140,(3-4): 381-394.
33. Fruth, V., Popa, M., Berger, D., Ionica, C.M. and Jitianu, M., 2004. Phases investigation in the antimony doped Bi2O3 system, Journal of European Ceramic Society, 24, (6):1295- 1299.
34. Harwig, H.A., 1978. On the structure of bismuthsesquioxide: the and
phase, Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie., 444, (1): 151-166.
35. Harwig, H.A. and Gerards, A.G., 1978. Electrical properties of the and phases of bismuth sesquioxide, Journal of Solid State Chemistry, 26, (3): 265-274.
36. Medernach, J.W. and Snyder, R.L., 1978. Powder diffraction patterns and structures of the bismuth oxides, Journal of American Ceramic Society, 61, (11-12): 494-497.
37. Chehab, S., Conflant, P., Drache, M., Boivin, J-C. and Mcdonald, G., 2003.
Solid-state reaction pathways of sillenite-phase formation studied by high-temperature X-ray diffractometry and differential thermal analysis, Material Research Bullettin, 38, (5):875-897.
38. Dos Santos, T.O., Carvalho, J.F. and Hernandes, A.C., 2004. Synthesis and crystal growth of sillenite phases in the Bi2O3-TiO2-Nb2O5 system, Crystal Research Technology, 39, (10): 868-872.
39. Turkoglu, O., Arı, M., Soylak, M. and Belenli, I., 2005. Synthesis and properties of type Bi(III)2-2x Dy(II)2xO3-solid solution, Journal of Material Science, 40, 2951-2957.
40. Crumpton, T.E., Francesconi, M.G. and Greaves, C., 2003. The structural chemistry of Bi14MO24 (M = Cr, Mo, W) phases: bismuth oxides containing discrete MO4 tetrahedral, Journal of Solid State Chemistry, 175, (2): 197-206.
41. Turkoglu, O. and Belenli, I., 2003. Electrical conductivity of -Bi2O3-V2O5
solid solution, Journal of Thermal Analaysis and Calorimetry, 73, (2):
1001-1012.
42. Drache, M., 2007. Structures, oxide mobility in Bi-Ln-O materials: heritage of Bi2O3,Chemical Reviews, 107, (1): 80-96.
43. Harwig, H. A., 1978. On the structure of Bismuthsesquioxide: the α, β, γ and δ- phase. Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, 444:
151-166.
44. Harwig, H. A., Gerards, A. G., 1978. Electrical properties of the α, β, γ and δ phases of Bismuth Sesquioxide. Journal of Solid State Chemistry, 26:
265-274.
45. Harwig, H. A., Weenk, J. W., 1978. Phase relations in Bismuthsesquioxide.
Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, 444: 167-177.
46. Blower, S. K., Greaves, C., 1988. The structure of β-Bi2O3 from powder neutron diffraction data. Acta Crystallographica, C44: 587-589.
47. Boivin, J. C., 2001. Structural and electrochemical features of fast oxide ion conductors. International Journal of Inorganic Materials, 3: 1261-1266.
48. Boyapati, S., Wachsman, E. D., Chakoumakos, B. C., 2001. Neutron diffraction study of occupancy and positional order of Oxygen ions in phase stabilized cubic Bismuth oxide. Solid State Ionics, 138: 293-304.
49. Boyapati, S., Wachsman, E. D., Jiang, N., 2001. Effect of oxygen sublattice ordering on intersitial transport mechanism and conductivity activation energies in phase-stabilized cubic Bismuth oxides. Solid State Ionics, 140: 149-160.
50. Miyayama, M., Katsuta, S., Suenaga, Y., Yanagida, H., 1983. Electrical
conduction in β-Bi2O3 doped with Sb2O3. Journal of the American Ceramic Society, 66: 585.
51. Medernach, J. W., Snyder, R. L., 1978. Powder diffraction patterns and
structures of the Bismuth Oxides. Journal of The American Ceramic Society, 61: 494-497.
52. Gattow, G., Schütze, D., 1964. Über Wismutoxide. VI. uberein Wismut (III)- oxid mit höherem sauerstoffgehalt (β-modifikation). Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, 328 (1-2): 44-68.
53. Hund, F., 1964. Fluoritmischphasen der dioxide von Uran, Thorium, Cer und Zirkonium mit Wismutoxid. Zeitschrift für Anorganische und Allgemeine Chemie, 333 (4-6): 248-255.
54. Shomaker, E. L., Kim, C., Vogt, M. C., 2005. CO2 sensing mechanism of an electrocatalytic sensor based on a Tungsten-stabilized Bismuth oxide solid electrolyte and cyclic voltammetry measurements techniques.
Sensors and Actuators B, 110: 89-100.
55. Yamashita, M., 1987. Resistivity correction factor for the four-probe method. J.
Physcis. E: Science Instrum. 20: 1454-1456.
56. Turkoglu, O., Ari, M., Yilmaz, S., Soylak, M., Belenli, I.,2005. Synthesis and crystallographics properties of the tetragonal type Bi(III)2-2xHo(II)2xO3-x x solid solution. The 10th European Conference on Solid State Chemistry, Sheffield, 70.
57. France, M. R., Buchanan, J. W., Robinson, J. C., Pullins, S. H., Tucker, J. L., King, R. B., Duncan, M. A.,1997. Antimony and Bismuth oxide clusters:
Growth and decomposition of new magic number clusters. Journal of Physical Chemistry, 101: 6214-6221.
58. Sammes, N. M., Tompestt, G. A., Nafe, H., Aldinger, F.,1999. Bismuth based
58. Sammes, N. M., Tompestt, G. A., Nafe, H., Aldinger, F.,1999. Bismuth based