Neodiyum (nd+3) İyonu İle Katkılı Silisyum Oksit (sio2 ) Camlarının Mikro-yapı Ve Optik Özelliklerine Znse Kuantum Noktalarının Etkisi

(1)

ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ _{FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ}

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ

HAZĐRAN 2012

NEODĐYUM (Nd+3) ĐYONU ĐLE KATKILI SiO2 CAMLARININ MĐKRO-YAPI

VE OPTĐK ÖZELLĐKLERĐNE ZnSe KUANTUM NOKTALARININ ETKĐSĐ

Thami ELBOUKHARĐ

Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Fizik Mühendisliği Programı

(2)

(3)

HAZĐRAN 2012

ĐSTANBUL TEKNĐK ÜNĐVERSĐTESĐ _{FEN BĐLĐMLERĐ ENSTĐTÜSÜ}

NEODĐYUM (Nd+3) ĐYONU ĐLE KATKILI SĐLĐSYUM OKSĐT (SiO2 )

CAMLARININ MĐKRO-YAPI VE OPTĐK ÖZELLĐKLERĐNE ZnSe KUANTUM NOKTALARININ ETKĐSĐ

YÜKSEK LĐSANS TEZĐ Öğrenci Thami ELBOUKHARĐ

(509091120)

Fizik Mühendisliği Anabilim Dalı Fizik Mühendisliği Programı

(4)

(5)

ĐTÜ, Fen Bilimleri Enstitüsü’nün 509091120 numaralı Yüksek Lisans Öğrencisi Thami ELBOUKHARĐ, ilgili yönetmeliklerin belirlediği gerekli tüm şartları yerine getirdikten sonra hazırladığı “NEODĐYUM (Nd+3) ĐYONU ĐLE KATKILI SĐLĐSYUM OKSĐT (SiO2) CAMLARININ MĐKRO-YAPI VE OPTĐK

ÖZELLĐKLERĐNE ZnSe KUANTUM NOKTALARININ ETKĐSĐ” başlıklı tezini aşağıda imzaları olan jüri önünde başarı ile sunmuştur.

Tez Danışmanı : Prof. Dr. Gönül ÖZEN ... Đstanbul Teknik Üniversitesi

Jüri Üyeleri : Prof. Dr. Ayhan MERGEN ... Marmara Üniversitesi

Yrd.Doç.Dr. Hakkı Tuncay ÖZER ... Đstanbul Teknik Üniversitesi

Teslim Tarihi : 04 Mayıs 2012 Savunma Tarihi: 13 Haziran 2012

(6)

(7)

(8)

(9)

ÖNSÖZ

Lisans üstü eğitimim boyunca ilminden ve bilgisinden faydalandığım,yanında çalışmaktan onur duyduğum, tecrübelerinden yararlanırken sabrını esirgemeyen değerli hocam Prof. Dr. Gönül ÖZEN’e teşekkürü bir borç bilirim.

Birlikte çalışmaktan zevk aldığım Dr. Murat ERDEM ve Gökhan BĐLĐR, arkadaşlarım Hakan KAYGUSUZ, Kerem TURHAN, Ahmet DURMAZ ve Özgür BAYEZĐD’e, Bayrampaşa Bilim Merkezi Genel Koordinatörü Hasip GÖNÜLKIRMAZ ve Bayrampaşa Bilim Merkezi Müdürü Halil ŞENGÜN’e ve öğretmen arkadaşlarıma, eğitimim boyunca derslerine katıldığım tüm hocalarıma ve bu süreçte benden manevi desteğini esirgemeyen sevgili eşim ve annesinin karnındaki minik kızıma sonsuz teşekkürlerimi sunarım, iyi ki yanımdasınız.

Mayıs 2012 Thami ELBOUKHARĐ

(10)

(11)

ĐÇĐNDEKĐLER Sayfa ÖNSÖZ ...vii ĐÇĐNDEKĐLER ... ix KISALTMALAR ... xiii ÇĐZELGE LĐSTESĐ ... xv

ŞEKĐL LĐSTESĐ ... xvii

ÖZET ... xxi SUMMARY...xxiii 1. GĐRĐŞ ... 1 1.1 Tezin Amacı ... 1 1.2 Literatür Araştırması ... 1 2. TEORĐK KISIM ... 3

2.1 Malzemelerin Genel Özellikleri ... 3

2.1.1 Amorf kristal ... 3

2.1.2 Kuantum noktaları (QD) ... 4

2.1.3 Yarı iletken ve yalıtkanlar ... 5

2.2 Malzemelerin Optik Özellikler ... 9

2.2.1 Soğurma spektrumunun ölçümü ... 9

2.2.2 Lüminesans ... 11

2.2.3 Fotolüminesansın ölçümü ... 12

2.2.3.1 Temel soğurma kenarı spektral biçimi ... 13

2.3 Sol-jel Yöntemi ... 15

2.3.1 Sol jel yönteminin avantajları ... 15

2.3.2 Sol-jel yönteminin dezavantajları ... 16

3. X-RAY DIFFRACTION (XRD) VE BRAGG KIRINIMI ... 17

4. KUANTUM NOKTALARININ BOYUTUNUN BELĐRLENMESĐ ... 19

4.1 FW 15/45 Metodu ... 19

4.1.1 FW 15/45 Metodu için teorik yaklaşım ... 20

4.1.2 FW 15/45 Metodu Pearson fonksyonu ... 22

4.2 Scherrer Denklemi... 22

5. JUDD-OFLET TEORĐSĐ ... 27

5.1 Klasik Osilatör Şiddeti ... 27

5.2 Kuantum Osilatör Şiddeti ... 27

6. DENEYSEL ÇALIŞMALAR ... 29

6.1 Deneysel Prosedür ... 29

6.2 Numunelerin miktarının hesaplanması ... 30

6.2.1 TEOS + EtOH + H2O + HCl ... 30

6.2.2 Çinko selenyum (ZnSe) ... 32

6.2.3 Neodyum iyonu (Nd3+) ... 34

7. BULGULAR VE TARTIŞMA ... 37

7.1 410 0C’te Tavlanmış numuneler ... 37

(12)

7.1.1.1 Geçirme (Transmitans) ölçümü ... 37

7.1.1.2 Đndirekt bant aralığı ... 37

7.1.1.3 Direkt enerji bant aralığı ... 38

7.1.1.4 Urbach enerjisi ... 38

7.1.2 %1 ZnSeO4-%99 SiO2 ... 39

7.1.2.1 X-ışınları Kırınımı (XRD) ölçümü ... 39

7.1.2.2 Boyut belirlenmesi ... 39

7.1.2.4 Đndirekt enerji bant aralığı ... 45

7.1.2.5 Direkt Enerji Bant aralığı ... 45

7.1.3 %2 ZnSeO4 - %98 SiO2 ... 46

7.1.3.1 X-ışınları kırınımı (XRD) ölçümü ... 46

7.1.3.3 Pikin FWHM genişliğinin (∆R) hesaplanması ... 49

7.1.4 %2 ZnSe - %1 Nd+3 -%97 SiO2 ... 53

7.1.4.1 X-ışınları Kırınımı (XRD) ölçümü ... 53

7.1.4.2 Boyut Belirlenmesi ... 53

7.1.4.3 Pikin FWHW genişliğinin (∆R) hesaplanması ... 56

7.1.4.8 Farklı örneklerin pikleri ... 60

7.2 600 0C’de Tavlanmış Numuneler ... 61

7.2.1 %100 SiO2 ... 61

7.2.1.1 Geçirme (Transmistans) ölçümü ... 61

7.2.1.2 Direkt bant aralığı ... 62

7.2.2 %1 ZnSeO4 - % 99 SiO2 ... 63

7.2.2.1 X-ışınları kırınımı (XRD) ölçümü ... 63

7.2.2.3 Pikin FWHM genişliği (∆R) hesaplanması ... 66

7.2.3 %2 ZnSeO4-% 98 SiO2 ... 69

7.2.3.1 X-ışınları kırınım (XRD) ölçümü ... 69

(13)

7.2.4.1 XRD Ölçümü... 77

7.2.4.3 Geçirme (Transmistans) Ölçümü ... 83

7.2.4.4 Direkt Enerji Bant Aralığı ... 83

7.2.4.7 Farklı Örneklerin Pikleri ... 85

8. OSĐLATÖR ŞĐDDETĐNĐN HESAPLANMASI ... 87

8.1 450 0C Sıcaklığında osilatör şiddetinin hesaplanması ... 88

8.2 600 0C Sıcaklığında osilatörün şiddetinin hesaplanması ... 90

9. SONUÇ VE ÖNERĐLER ... 93

KAYNAKLAR ... 95

(14)

(15)

KISALTMALAR

QD : Kuantum Dots

XRD : X-ray Diffraction GSD : Grain Size Distribution FWHM : Full Width At Half Maximum

(16)

(17)

ÇĐZELGE LĐSTESĐ

Sayfa

Çizelge 2.1 : Çeşitli malzemlerin aralik (gap) enerjisi (eg) ve aralik dalgaboyu λg...2

Çizelge 6.1 : Hazırlanan Çözeltiler...35

Çizelge 7.1 : Direkt ve indirekt gap bantı 410 0_C...60

Çizelge 7.2 : 600 0_{C Sıcaklığında direkt ve indirekt enerji geçişleri...85}

Çizelge 7.3 : Farklı metotlardaki boyut ortalaması...86

Çizelge 8.1 : Nd+3_f ölçülen Osilatörün şiddetleri...92

(18)

(19)

ŞEKĐL LĐSTESĐ

Sayfa

Şekil 2.1 : (a) Kristal (b) cam iki boyutlu atomik düzelnmesi ... 4

Şekil 2.2 : Metal’da (sodyum) ve yalıtkanda (sodyum klorür) Enerji dolum bantı. .... 6

Şekil 2.3 : Enerji Bant aralığı diyagramı ... 8

Şekil 2.4 : Si Soğurması oda sıcaklığında ... 8

Şekil 2.5 : Tek ve Çift demetli spectrofotometere şematik Diyagramı ... 9

Şekil 2.6 : Üçüncü seviye ideal fosfor için olası lüminesans spektrum ve enerji seviyesi geçiş şeması. ... 11

Şekil 2.7 : Eg, enerji band aralığı (a) Direkt enerji bant aralığı (b) Đnderekt enerji bant aralığı. ... 14

Şekil 3.1 : Bragg yasası şeması………...16

Şekil 3.2 : XRD spektrometresi şeması……….…...16

Şekil 4.1 : Kristale gelen kırınım...20

Şekil 4.2 : Kristal kırınımı...23

Şekil 4.3 : (a) Sonlu kalınlığı kristal gelen kırınım (b) sonsuz kalınlığı kristal gelen kırınım...24

Şekil 6.1 : Deneysel Prosedür akışı...30

Şekil 7.1 : %100 Silisyum oksit (SiO2 ) geçirgenlik grafiği...37

Şekil 7.2 : %100 Silisyum oksit (SiO2 ) indirekt Enerji Bant Aralığı grafiği...37

Şekil 7.3 : %100 Silisyum oksit (SiO2 ) direkt enerji aralığı...38

Şekil 7.4 : %100 Silisyum oksit (SiO2 ) Urbach Enerjisi Aralığı...38

Şekil 7.5 : %1 ZnSeO4 - %99 SiO2 XRD grafiği...39

Şekil 7.6 : %1 ZnSeo4-%99 sio2 için pik saçılma profili...39

Şekil 7.7 : %1 ZnSeO4-%99 SiO2 1.pik boyut dağılımı...40

Şekil 7.8 : %1 ZnSeO4 - %99 SiO2 2.pik boyut dağılımı...41

Şekil 7.9 : %1 ZnSeO4-%99 SiO2 3.Pik Boyut Dağılımı...42

Şekil 7.10 : %1 ZnSeO4-%99 SiO2 3 pikin boyut dağılımı...43

Şekil 7.11 : %1 ZnSeO4-%99 SiO2 fitlenmiş XRD grafiği...43

Şekil 7.12 : %1 ZnSeO4-%99 SiO2 geçirgenlik grafiği...45

Şekil 7.13 : %1 ZnSeO4-%99 SiO2 indirekt enerji grafiği...45

Şekil 7.14 : %1 ZnSeO4-%99 SiO2 direkt enerji grafiği...45

Şekil 7.15 : %1 ZnSeO4-%99 SiO2 Urbach enerjisi grafiği...46

Şekil 7.16 : %2 ZnSeO4 - %98 SiO2 XRD grafiği...46

Şekil 7.17 : %2 ZnSeO4-%99 SiO2 pik saçılma profili...47

Şekil 7.19 : %2 ZnSeO4-%98 SiO2 2.pik boyut dağılımı...48

Şekil 7.21 : %2 ZnSeO4-%98 SiO2 3 piklerin boyut dağılımı...50

(20)

Şekil 7.23 : %2 ZnSeO4 - %98 SiO2 Geçirme Grafiği...51

Şekil 7.24 : %2 ZnSeO4 - %98 SiO2 indirekt Enerji Grafiği...52

Şekil 7.25 : %2 ZnSeO4 - %98 SiO2 direkt Enerji Grafiği...52

Şekil 7.26 : %2 ZnSeO4 - %98 SiO2 Urbach enerjisi grafiği...52

Şekil 7.27 : %2 ZnSeO4 - %1 Nd+3 -%97 SiO2 XRD Grafiği...53

Şekil 7.29 : %2 ZnSeO4 - %1Nd3+ _{- %97 SiO2 Đçin Pik Saçılma Profili...53}

Şekil 7.30 : %2 ZnSeO4 - %1 Nd3+ - %98 SiO2 1.Pik Boyut Dağılımı...54

Şekil 7.33 : %2 ZnSeO4 - %1Nd3+ _{- %97 SiO} 2 3 Pikin Boyut Dağılımı...57

Şekil 7.35 : %2 ZnSeO4-%1Nd3+ -%97 SiO2 geçirgenlik grafiği...58

Şekil 7.36 : %2 ZnSeO4-%1Nd3+ -%97 SiO2 Direkt enerji bant aralığı garfiği...59

Şekil 7.37 : %2 ZnSeO4-%1Nd3+ -%97 SiO2 7.1.9.4 Direkt enerji bant aralığı grafiği...59

Şekil 7.38 : %2 ZnSeO4-%1Nd3+ -%97 SiO2 Urbach enerjisi grafiği...59

Şekil 7.39 : Farklı Örneklerin 1. Piklerin Boyut Dağılımı...60

Şekil 7.42 : %100 SiO2 geçirgenlik grafiği...61

Şekil 7.43 : %100 SiO2 Direkt enerji bant aralığı...62

Şekil 7.44 : %100 SiO2 indirekt enerji bant aralığı...62

Şekil 7.45 : %100 SiO2 Urbach enerjisi...62

Şekil 7.46 : %1 ZnSeO4 - %99 SiO2 XRD Ölçümü...63

Şekil 7.47 : %1 ZnSeO4 - %99 SiO2 Đçin Pik Saçılma Profili...63

Şekil 7.47 : 1.Pikin Boyut Boyut Dağılımı (GSD)...64

Şekil 7.50 : %1 ZnSeO4-%99 SiO2 Aynı Örneğin Pikleri (GSD)...66

Şekil 7.52 : %1 ZnSeO4 - %99 SiO2 geçirgenlik grafiği...68

Şekil 7.53 : %1 ZnSe-% 99 SiO2 Direkt Enerji bant Aralığı...68

Şekil 7.54 : %1 ZnSe-% 99 SiO2 direkt enerji bant aralığı...69

Şekil 7.55 : %1 ZnSe-% 99 SiO2 Urbach enerjisi...69

Şekil 7.57 : %2 ZnSeO4 - %98 SiO2 için Pik Saçılma Profili...70

Şekil 7.58 : 1. Pikin Boyut Dağılımı (GSD)...71

Şekil 7.61 : %2 ZnSeO4-%98 SiO2 Aynı Örneğin Pikleri (GSD)...74

Şekil 7.63 : %2 ZnSeO4-%98 SiO2 geçirgenlik grafiği...76

Şekil 7.64 : %2 ZnSeO4-%98 SiO2 direkt energi bant aralığı...76

Şekil 7.65 : %2 ZnSeO4-%98 SiO2 indirekt enerji bant aralığı...76

Şekil 7.66 : %2 ZnSeO4-%98 SiO2 Urbach enerjisi...77

Şekil 7.67 : %2 ZnSeO4-%98 SiO2 XRD grafiği...77

Şekil 7.68 : %2 ZnSeO4 -%1 Nd+3 - %98 SiO2 Đçin Pik Saçılma Profili...78

Şekil 7.72 : Aynı Örneğin Boyut Dağılımı (GSD)...81

(21)

Şekil 7.74 : %2 ZnSeO4 -%1 Nd+3 - %98 SiO2 geçirgenlik grafiği...83

Şekil 7.75 : %2 ZnSeO4 -%1 Nd+3 - %98 SiO2 direkt enerji bant aralığı...83

Şekil 7.76 : %2 ZnSeO4 -%1 Nd+3 - %98 SiO2 direkt enerji bant aralığı...84

Şekil 7.77 : %2 ZnSeO4 -%1 Nd+3 - %98 SiO2 direkt enerji bant aralığı ...84

Şekil 8.1 : %2 ZnSeO4-%1 Nd3+ -%97 SiO2 410 0C sıcaklığında soğurma spektrumu...88

Şekil 8.2 : %2 ZnSeO4-%1 Nd3+ -%97 SiO2 600 0C sıcaklığında soğurma spektrumu...90

(22)

(23)

NEODĐYUM (Nd+3) ĐYONU ĐLE KATKILI SĐLĐSYUM OKSĐT (SiO2 )

CAMLARININ MĐKRO-YAPI VE OPTĐK ÖZELLĐKLERĐNE ZnSe KUANTUM NOKTALARININ ETKĐSĐ

ÖZET

Günümüzde nanoteknoloji bilimi hızla gelişmekte ve uygulama alanları artmaktadır. Örneğin aldığımız ilaçta, yediğimiz yemekte, kullandığımız kimyasalda, kullandığımız araçlarda ve daha fazlasında nanoteknoloji ürünlerini görmek mümkündür. Fiziksel etkiler nanokristallerin kuantum boyut etkisi ile ilgilidir ve bu materyallerin elektronik yapıları radikal olarak değiştirilebilir. Nanokompozit yapıları elde etmek için pek çok yöntem geliştilmiştir. Sol-jel, supersaturated glass sol, RF-sputtering gibi. Bunların hepsi düzgün yayılmış nanoparçacıkların, kuantum boyut etkilerini anlamada etkilidir.

Yarı iletken nanokristaller elektronik, optik ve manyetik alan uygulamalarında sıklıkla kullanılmaktadır. Özellikle üzerinde durulması gereken alanların başında lazer uygulamaları gelmektedir. Bu yarı iletkenlerin en önemli özelliği, bant-gap aralığında barındırdığı kuantum noktaları olup, yarıiletkenin yapıldığı maddeye bağlı olarak farklı özellikler göstermesidir. Nd+3 iyonu ile katkılı SO2 camlarının

mikroyapı ve optik özelliklerine ZnSe kuantum noktalarının etkisi inceleyebilmek için, dört farklı şekilde hazırlanan örnekler, sol-jel yöntemi ile hazırlanmaktadır. Örnekleme aşamasında, neodimyum(III) nitrat kullanılmakta ve bu katkı maddesinin kuantum noktalarına girmesi araştırılmaktadır. ZnSe nano kristaller, sol-jel yöntemi ile hazırlanmaktadır. Malzemenin içerisinde kalan kalıntıları (Su) gidermek için hazırlanan numune laboratuvar ortamında 24 0C’de bir saat kadar bekletildikten sonra, 60 0C sıcaklıktaki fırında 7-10 gün bekletilmektedir. Bir haftalık bu sürenin ardından, numuneler iki farklı tavlama işlemine tabi tutulur. Birisinde 410 0C’de bir saat bırakılır, diğerinde ise 600 0C’ de bir saat tavlama yapılır. Bu işlemlerden sonra numune ölçüm için hazırdır.

Numunelerin XRD ölçümleri yapılmıştır. Alınan grafiklerdeki piklerden kuantum noktaları oluştuğu görülmektedir. Kantum noktaları boyutları hesaplamak için alınan datalar fit edilerek, FW/ M ve Scherrer yöntemleri ile hesaplamaları yapılmıştır. Sonuçlarımız 4-10 nm aralığında bulunmuştur ve bu sonuçlar, örneklerimizin kuantum noktalarına sahip olduğunu göstermiştir.

Elde ettiğimiz örneklerin absorpsiyonlarını ölçmek için spektrometrik ölçümleri yapılmıştır. Bu ölçümlerde enerji bant aralıkları gözlemlenmiştir. Bu veriler doğrultusunda, direkt ve indirekt, optik bant aralığı, Urbach enerjileri, Tauc yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır.

(24)

Nd+3 için enerji geçişlerindeki osilatör şiddeti, hem 410 0C’deki, hem de 600

0_{C’deki tavlanmış örnekler için hesaplanmıştır. 600}0_{C’de tavlanmış olan örneğin}

(25)

THE EFFECT OF NEODYMIUM ION (Nd3+_{) DOPED SILISYUM DIOKSIT}

(SiO2) GLASSES ON THE MICRO-STRUCTURE AND OPTICAL

PROPERTIES OF ZnSe KUANTUM DOTS SUMMARY

Nowadays nanotechnology has been fastly improved and its application fields has increased. For example it is used in medicine, food products, the chemicals we use, vehicles and in other areas. Physical effects are related to the quantum size effect and the quantum size effect can radically change the materials electronic structures. There have been generated many methods for instance sol-gel, supersaturated glass sol, RF sputtering to obtain the cosmosit structures. All of these methods are effective to understand homogenically dispersed nanoparticles quantum size effects. Semi-conductor nano-crystals are frequently used in electronics, optics and magnetic field applications areas.

Most importantly laser applications is necessarily need to be investigated in this manner. These semi-conductors’ most important feature is the quantum dots which they host in the bant gap and the quantum dots different features when the semi-conductor’s material change. To observe the kuantum dot effects to the micro structure and optic features of Nd3+ added SiO2 glasses, four different samples are

prepared with sol-gel method.

Sol-gel method has been used oftenly for about 40 years by scientists working on the material technology. The reason of the often usage of sol-gel method is not just because of its chemical and physical properties, but because of its colloid feature which provides the wide range of opportunities to synthesize different materials. Sol-gel methods are based on inorganic polymerization reactions. In this method, with the expension of the metal oxo polymers in a solvent, the macromolecules are obtained. Starting from a molecular precursor, and auditable with the chemical design and by the hydroxylation - condensation reactions, macromolecular oxide network can be synthesized . In this way, transparent metal oxide sols and gels can be easily produced.

Semiconductor nanoparticles such as CdSe, CdS, ZnO and ZnSe are widely used due to their high quantum efficiency. These substances frequently used in the fields of physics, chemistry, spectroscopy, biology, medicine and even security and other industrial applications.

(26)

X-ray wavelengths are electromagnetic waves ranging from 0.1 to 0.001 nm. X-rays are more energetic than ultraviolet (UV) rays but weaker than gamma rays. When the phenomenon of penetration of the X-rays into low density solid matter, scientists started to use X-rays to study the skeletal system of the animals and humans.

Bragg used X-rays to understand the properties of the crystals and their structures. The 2d.sin(θ) = nλ formula gives the particle size (d) of the crystalline layers. Here, n is an integer (Takes 1,2,3 ...) and is the diffraction degree. Lambda is the wavelength of the incident light. Theta is the diffraction angle. Lately, Scherrer developed another formula, known as Debye-Scherrer equation, which gives the radius of the crytalline nano- and micro-particles.

The aim of this work is to synthesize SiO2-ZnSe-Nd3+_{optical glass system and to}

investigate the effects of luminescent neodymium(III) on luminescence properties of ZnSe quantum dots.

Samples were synthesized using chemical sol-gel method. Particle size analyses were performed by Scherrer and Pielazsek calculations based on X-Ray diffraction datas. Finally, in order to investigate the optical properties of the samples, absorption studies were performed.

In the sampling phase, neodymium(III) nitrate was used and this matter’s entering to the quantum dots is explored. ZnSe nano crystals prepared by the sol-gel method. In order to remove the remained residue (Water and organic substances), the sample held in the laboratory at 24 0C for one hour, then at the oven temperature of 600 0C held for 7-10 days. After this period of one week, two different annealing processes are applied.The samples are left for an hour, one of them at 410 0C, and the other at 600 0C. After that the sample is ready for measurement.

In literature, it is reported that the samples must be left in oven for 6 weeks. Our novel method decreased this time dramatically, to 1 week. Our experimental results show that 1 week annealing gave the same results.

XRD measurings were made for the samples. The peaks at the charts which we obtained are the evidence of exince of kuantum dots. After the datas were fitted with the P7 function, with the FW1/5-4/5M and Scherrer methods calculations done. The calculations which is made by the method of Pielazsek, for the same sample, virtually the same quantum size of the dots is found. Standard deviation is very small. Angle increases in the share equation using the Scherrer equation, has also increased the size of quantum dots and the other method, the larger the standard deviation was calculated. The results of XRD graph shows that quantum dots (ZnSe) successfully settled in SiO2. In the example of Nd+3, the size distribution width is

smaller than the width of the size distribution of the other samples. This observation shows that for the size distribution of ZnSe to occur in a most suitable way during formation of the reaction,there is a neccesity for the Nd3+.

Our results are found in the range of 4-10 nm. These results have shown that our samples have quantum dots.

(27)

Spectrometric measurements were performed to measure the absorptions of the samples. Bandgap energies are observed in these measurements. Based on these data, direkt and indirekt optical bant gap, Urbach energies, calculated using the Tauc method.

Nd(III) oscillator strength for energy crossing at 410 0C and at 600 0C annealed samples were calculated. the oscillator strength of the sample which is annealed at 600 0C, gave higher results than the sample annealed at 410 0C.

(28)

(29)

1. GĐRĐŞ

Son yıllarda II-VI nano-yarıiletkenler, lineer olmayan optiksel özellikleri ve optiksel hafızalardaki fast response fotolüminesans ve elektrolüminesans cihazların uygulama alanlarının geniş olması nedeniyle üzerinde yoğun çalışmalar yapılan bir alan haline gelmiştir [1-2]. Kuantum hapsetme etkisine gore kuantum noktaların boyutlarının kontrolüyle, onların optiksel özellikleri uyarlanabilir. Geçtiğimiz yıllarda ZnSe/SiO2 alanında yapılan çalışmaların ZnSe/SiO2 jel-camları örneklerinin hazırlanmasındaki

zorluk ve ZnSe nanokristallerinin kararsız olmasından dolayı, CdS, CdSe ve ZnS gibi nanokompozit yarıiletkenler üzerinde yapılan çalışmaların daha yaygın olduğu görülmüştür. Fakat II-VI bileşik yarıiletken olarak ZnSe kızılötesi lazer, mavi lazer ve diğer optoelektronik aygıtlardaki başarılı uygulamalarıyla önemli hale gelmiştir.

1.1 Tezin Amacı

ZnSe ve Nd3+ katkılı SiO2 camlarının yapısal ve optik özelliklerinin incelenmesi

hedeflenmektedir.

1.2 Literatür Araştırması

Neodimyum (Nd3+) iyonu katkılı Silisyum Oksit (SiO2) ya da çinko selenyum katkılı

silisyum oksit (SiO2) ikili sistemi üzerindeki çalışmalar sınırlıdır. Fakat bu ikili hem

(Nd3+) hem de ZnSe katklı camlar üzerinde çalışmalar literatürde yer almamaktadır. Bundan dolayı, Nd3+ iyonu ile katkılı SiO2 camlarının mikro-yapı ve optik

özelliklerine ZnSe kuantum noktalarının etkisi, sol-jel yöntemiyle hazırlanarak literatüre bu çalışmayla kazandırılmıştır.

Bu çalışmada;

(i). Đlk defa kuantum ZnSe Katkılı camlar SiO2 FW-1/5-4/5 metodu ile hem boyut

(30)

(31)

2. TEORĐK KISIM

2.1 Malzemelerin Genel Özellikleri 2.1.1 Amorf kristal

Bir katı madde atomlarını belli bir düzende bir arada tutan bir yapıdadır. Fakat amorf katıların yapısında atomların yerleri uzun mesafede periyodik bir düzende değildir. Amorf yapılara cam, kum, toprak, kar ve bazı plastik türleri örnek olarak verilebilir.

Bir cam ASTM kristalleşme olmaksızın bir katı durum inorganik erime ürününün soğutulması ile ifade edilir [3]. Bu tanıma göre cam erime-söndürme yöntemiyle elde edilen kristal olmayan maddedir.

Bugünlerde, kristal olmayan materyaller CVD, sol-jel yöntemi vb. çeşitli teknikler kullanılarak elde edilmektedir. Yani, çoğu cam bilimcisi tarafından cam terimi hazırlanma metoduna göre cam geçişi gösteren tüm kristal olmayan katıları içerdiğini ifade edilir.

“Kristal olmayan katılar” ve “cam geçişi” kelimeleri camın; kuvars, safir benzeri kristalize madde kategorisinde ya da bundan farklı olarak sıvı kategorisinde olduğunu ileri sürer.

Bir camın atomik yerleşimi onun kristalize materyallerden farklılığını gösterir ve onun düzenli uzun mesafeden yoksunluğu şematik olarak aşağıdaki şekilde gösterilmiştir. Bu oldukça yakın atomik yerleşim sıvıdadır. Burada ne kristal kafes ne de kafes noktaları cam yapısındadır ve yani hale (Halo) sapma tepeleri yerine camdaki X-ray sapma örneklerinde görülür [3].

Camların kristal yapılarının aydınlatılmasında modenr çalışmalar X-ışını kırınımı gibi yöntemlerin kullanılmasını gerektirmektedir. Bu yöntemler, Scherrer denklemi, Bragg kırınım yasası gibi temel eşitlikler esas alınarak manalı sonuçlara dönüştürülebileceği gibi; son zamanlarda bildirilen Pielazsek yöntemi ile de sonuçlandırılabilmektedir.

(32)

Şekil 2.1 : (a) Kristal (b) cam iki boyutlu atomik düzenlenmesi.

Atomik yerleşimli kristalize olmayan katılardan oluşturulabilenler Şekil 2.1’de gösterilmiştir. ve uygun bir büyüklükte oksit, halide ve bakır içerikli sistemler olarak oluşturulurlar. Güçlü bağların üç boyutlu rastgele ağı, 'ağ yapısı' olarak adlandırılan yapılar tarafından oluşturulur. Ağ geliştirici olarak adlandırılan bazı bileşenler aynı zamanda cam yapısında cam özelliklerini değiştirici role de katılırlar. Şekil 2.1’de gösterilen bu bileşenler ağ oluşturmazlar fakat termodinamiksel denge konumu işgal eder ya da bağ yapısının bir parçası için yer değiştirici görevindedirler.[5]

Şekilde gösterilen değiştirici iyonların lokal çevresi yapıdaki düzen eksikliğinden dolayı konumdan konuma farklılık gösterir. Çünkü benzer konumların işgal ettiği camdaki değiştirici iyon katkılı aktif bir iyonda, soğurma ve yayılma spektrumu bunların şekilde gösterilen kristalize materyallerinin katkılı aktif iyonlarından daha geniştir. Bu yapı özel cam hazırlamada çoğu zaman avantajlıdır. Camın optiksel geçiş ve soğurma, ışığın yansıma, termal genişleme gibi makroskopik özellikleri tüm yönlerde eşit olarak gözlenir. Yani cam bir izotropik materyaldir, oysa kristalize materyaller genellikle anizotropiktir.

2.1.2 Kuantum noktaları (QD)

Kuantum noktaları üç boyutta çok küçük yarıiletken maddelerdir. Buradaki boyutlar genellikle 1 ila 10 nanometredir. Ancak kimi zaman mikrometre boyutuna da çıkabilirler. Küp, küre, piramit gibi çeşitli biçimlerde olabilirler.

(33)

Kütlesel (Bulk) maddelerden farklı olarak, küçük boyutları sayesinde yapay atomlar gibi davranırlar ve atomlarda ve moleküllerdeki gibi enerji seviyeleri kesiklidir. Buradaki enerji bant genişlikleri oldukça açıktır.

2.1.3 Yarı iletken ve yalıtkanlar

Metallerden farklı olarak yarı iletkenler ve yalıtkanlar valans elektron bantlarına sahiptirler. Bu durum, bant aralığı geçişlerine sebep olur. Đlk olarak, bir katıda bant yapısının fiziksel anlamını hatırlayacak olursak, izole edilmiş atomlarda geçiş enerji seviyelerinin kesikliliğindeki serilerden kaynaklanır. Bu seviyelerdeki optiksel geçiş soğurmasına neden olur ve spesifik foton rezonans frekansındaki ışıma çizgisine sebep olur.

Bu spektrumlar bireysel atomlardan ya da geniş olarak ayrılmış atomlardan (Sonsuz uzunlukta) kaynaklanmaktadır.

Atomlar arası mesafe azalırsa, bireysel atomik yük dağılımı etkileşmeye başlar. Bunun sonucu olarak, her bir atomik enerji seviyesi yer değiştirir ve (2l+1)N moleküler enerji seviyesine ayrılır, N atomların (Ya da iyonların) sayısıdır ve bağ yapımına girer ve (2l+1) atomik enerji seviyesinin orbital dejenerasyonu olmaktadır. Katılarda çoğunlukla iyonik, kovalent, veya metalik kuvvetlerden kaynaklanan atomlar kısa denge mesafesinde bir arada tutulurlar [6].

Burada N Avogadro sayısıdır. Sonuç olarak, sürekli banttan kaynaklanan her enerji seviyesi oldukça yakın seviye aralıklarıyla ikiye ayrılır. Şekil 2.2’de bir katının metalik ya da yalıtkan olmasını iyi bir şekilde açıklamaktadır [7].

Atomik (gaz) sodyum (Na) için, 1s22s22p63s1 elektronik konfigürasyonda 3s seviyesi yarı doluyken 1s, 2s ve 2p enerji seviyelerini doldurmaya meyillidir. Diğer uyarılmış seviyeler, 3p, 4s, boştur. Katı durumda (Şeklin sol tarafında) bu atomik enerji seviyeleri yer değiştirir ve enerji bantında ikiye ayrılır: 1s, 2s ve 2p bantları tamamen dolu iken 3s (l=0) bantı, iletim bantı, yarı-doludur.

Sonuç olarak, elektronlar elektrik alan uygulanarak boş enerji seviyelerine kolayca uyarılırlar ve böylece serbest elektron olurlar. Bu durum, katı sodyumda tipik metalik karakteri tercih eder. Buradaki metalik yapıdan kastın iletkenlik olduğu aşikardır.

(34)

Şekil 2.2 : Metalde (sodyum) ve yalıtkanda (sodyum klorür) enerji dolum bandı. Sodyum klorür durumu (NaCl) (Şekil 2.2’de sağ taraftaki), tipik yalıtkandan oldukça farklıdır. 1s2_2s2_2p6_3s2_3p5_{Cl atomların elektronik konfegerasyonudur.Buna rağmen,}

sodyum klorür bir iyonik kristaldir ve onun kristal yapısı Na+ ve Cl- iyonlarından oluşmaktadır. Bunun sebebi, NaCl katısında eşit kısa mesafelerinde her Na atomu 3s elektronunu Cl atomunun 3p seviyesine transfer etmeyi tercih eder. Bu yöntemde Cl -iyonlarının 3p bantı tamamen doluyken, Na+ boş -iyonlarının 3s bantından ayrılır. 3s 3p (Cl-) bantının tepesi (Valans bantı) ile 3s (Na+) bantının (Đletim bantı) arasındaki enerji farkı yaklaşık 8 elektronvolttur ve bant-gap enerji olarak bilinir.

(35)

Sonuç olarak, elektronik iletimli elektriksel iletkenlik NaCl de elektrik alan uygulandığında meydana gelmez. Optik bakış açısında, bu enerji aralığının görünümü NaCl kristali için yaklaşık olarak 8eV’dan daha yüksek enerjiler için bir sürekli soğurma spektrumundan kaynaklanmaktadır. Bu spektrum 3s 3p (Cl-) durumundan 3s (Na+) bantının uyarılmış durumuna ve diğer yüksek enerji bantları durumuna bantlar arası geçişin sebebidir. Yaklaşık 8eV’dan daha düşük enerji seviyeleri için sodyum klorür soğurmaz, bunun için bu materyal görünür bölgede transparan ve ultraviyolet üzerinde dalga boyu aralığı 100 nm ile 380 nm (UV vakum özel bölgesinde) [7].

Yani enerji aralığı, metal olmayan katılar için saydamlık bölgesini verir. Şekil tipik yarı iletkenler ve yalıtkanlar için Eg enerji aralığı değerini (Ve dalga boyuyla ilişkisini) göstermektedir. Ge, Si, ve AsGa için düşük enerji aralığı değerleri böylece katıların oda sıcaklığında yarı iletken karakter gösterdiklerini açıklar. Bu düşük enerji aralığı değerleri ayni zamanda görünür spekral bölgede onların opaklık durumunu da açıklar.

Çizelge 2.1 : Çeşitli malzemlerin aralik(gap) enerjisi (eg) ve aralik dalgaboyu λg.

Malzeme Eg (eV) λg Ge 0,67 1851 Si 1,14 1088 GaAs 1,50 827 ZnO 3,20 387 Diamond 5,33 233 LiF 13,7 90

Diğer yönden, ZnO’nun geniş enerji aralığı değeri, elmas ve LIF görünür bölgede bu kristallerin yüksek saydamlıklı yapar.

Şekil (2.3)’te enerji aralığı Eg=1.14 eV civarında olan silikonun bant yapısını göstermektedir. Bölge bu materyalin aralığıyla uyumu olacak şekilde valans bantı (VB) den iletim bantı (IB)’na kadar ayrılmıştır. Bu bant yapısı valanstan iletim bantı spektrasına kadar çeşitli özelliklere cevap verir. Örneğin, Şekil (2.4) oda sıcaklığında silikon spektrumunun soğurmasını gösterir. Burada proton enerjileri yaklaşık 1.14 eV’de oldukça zayıf bir yükselme vardır. Şekilde ok işaretiyle gösterilen E1 ve E2

deki iki tepe geçişle ilişkilidir. Bu yüzden, bu iki soğurma tepesindeki gerçek yerleşimi, durum yoğunluğu fonksiyonu da hesaba katılırsa, düzenli bir şekilde açıklar. Đlk başta boş (iletim) banttaki geçişleri içeren soğurma spektrumu genellikle

(36)

fundamental soğurma spektrumu olarak adlandırılır. Bu spektrum birçok kristal için optiksel uzunluğu da içine alır [8].

.

Şekil 2.3 : Enerji bant aralığı diyagramı.

(37)

2.2 Malzemelerin Optik Özellikleri 2.2.1 Soğurma spektrumunun ölçümü

Soğurma spektrumu genellikle spektrofotometre adı verilen cihazlarla ölçülür.

Şekil 1, en basit spektrofotometrenin ana elemanlarını şematik olarak göstermektedir. Temel olarak, şu elemanları içerir : (i) girişe odaklanmış bir ışık kaynağı (UV spektrum aralığı için genellikle döteryum lamba ve VIS ve IR spektrum aralığı için tungsten lamba), (ii) tek frekansı seçmede kullanılan bir monokromatör, bunların hepsi lamba kaynağı ile sağlanır ve istenilen frekans aralığının hepsini tarar. (iii) bir örnek tutucu, (iv) örnekten geçtikten sonra her monokromatik ışının yoğunluğunu ölçmek için bir ışık detektörü (UV-VIS aralığı için genellikle bir fotomultipler ve IR aralığı için bir SPb hücre) ve son olarak (v) soğurma spektrumunu kaydetmek ve göstermek için bir bilgisayar sisteme dahil edilir [8].

(38)

Optik fotometreler, optik yoğunluk, soğurma ya da geçirgenlik ölçümü için farklı modlarda çalışmaktadır.Optiksel yoğunluk OD= log(I0/I) olarak ifade edilir, yani

I=I0e-ax Lambert- Beer yasasına göre soğurma katsayısı şöyle açıklanır: a = (OD)

Yani, optiksel yoğunluk ve örnek kalınlığı ölçülerek soğurma katsayısı hesaplanabilir. Bu katsayı (α(ν) = σ(ν)N) ‘ya göre eğer yoğunluk merkezi bilinirse soğurma kesit alanı hesaplanabilir. Bunun anlamı, basit soğurma spektrumu ile bizim kuantum sistemimizin matriks elemanı hakkında bilgi edinebiliriz. Diğer bir açıdan eğer / biliniyorsa soğurma merkezinin konsantrasyonu, N, tahmin edilebilir. Optiksel yoğunluk geçirgenlik gibi spektrofotometre ile direkt ölçülebilen diğer iyi-bilinen optiksel büyüklükler ile kolayca ilişkilendirilebilir [10].

T= I/I0 ve soğurma A= 1- I/I0 : T=10-OD A= 1-10-OD

Buna rağmen, optiksel yoğunluk spektrumunun soğurma spektrumu ya da geçirgenlik ölçümü üzerinden ölçülebileceğini burada vurgulamak önemlidir. Optik yoğunluk spektrumu soğurma veya geçirgenlik spektrumu daha yüksek çözünürlükte elde edildiğinden oldukça duyarlıdır. Böylece soğurma spektrumu optik yoğunluk olarak aynı şekli gösterir. Yüksek optik yoğunluklar için tipik olarak 0,2’den daha yüksek, soğurma spektrumu oldukça farklı sekil verir.

Şekildeki gibi tek-ışınlı spektrofotometre, çeşitli sorunlar barındırır, çünkü spektra, aydınlatma yoğunluğunda spektral ve geçici varyasyonlardan etkilenir. Spektral varyasyon lamba spektrumu ve monokromator cevabinin etkilerinin birleşiminden kaynaklanır. Bu etkileri azaltmak için, şekilde ana elemanlarıyla görülen ikili-ışın spektrofotometresi kullanılmaktadır.

Aydınlatma ışını eşit yoğunlukta iki ışına girer, bunlar bir referans kanalı ve bir örnek kanalı olarak iki farklı kanalda yönlendirilir. Çıkan yoğunluk, benzer iki dedektör (D1 ve D2) tarafından sayılarak elde edilen I0 ve I ile uyumludur. Son olarak

aydınlatma ışığının spektral ve geçici yoğunluk varyasyonları, referans ve örnek ışınları ayni yolla etkilenir ve bu etkiler soğurma spektrumunun sonuçlarında minimize edilir. D1 ve D2 gibi iki dedektör yerine tek bir dedektör kullanılması

açısından sistem hala geliştirilmektedir. Bu yolla, genelde bu dedektörlerden elde edilen eşit spektral karşılıklardaki hatalar azaltılmaktadır. Bu, her zaman ayni dedektöre gönderilen I0 ve I yoğunluklarında, hızlı dönebilen aynalar ile

(39)

2.2.2 Lüminesans

Lüminesans soğurmanın yönteminin tersidir. Đki atomlu basit bir sistemde uyarılmış duruma çıkarak sonrasında fotonun uygun frekansta soğurulması esas alınır. Bu atomik sistem fotonların rastgele ışımasıyla taban durumuna geri dönebilir. Bu yönteme lüminesans denir. Lüminesans enerjinin bazı formlarının uyarıldığı bir sistemden ışığın ışımasıdır. Şekildeki liste uyarılma mekanizmalarına göre en önemli luminesans tiplerini göstermektedir.

Şekil 2.6 : Üçüncü seviye ideal fosfor için olası lüminesans spektrum ve enerji seviyesi geçiş şeması...

(40)

(a) Absorbsiyon spektrumu. (b,c) foton enerjileri ışık ile uyarılması altında emisyon spektrumları, hν1ve hν2 , (d,e) uyarma spektrum izleme emisyon enerjileri h(ν2 − ν1)

ve hν1 Fotoluminesans ışığının uyarılmasından sonra meydana gelir(örneğin optik

optiksel aralıkta radyasyon ile). Lüminesans uyarılma altındaki elektron ışınlarıyla da elde edilebilir ve bu durumda katodolüminesans adını alır. Genelde bu yöntemle örgü kusurları, kristal bozulmalarını gibi örnek karakteristikleri belirlenir. Yüksek elektromanyetik ışıma ile (Bazen iyonlaşma ışıması da denir) fotolüminesansın çeşitleri olan X- ışınları radyolüminesans adını alır. Bir kristal radyoaktif ışıma ile uyarılır ve fotoçoğaltıcı ile sayılan luminesans üretir. Termolüminesans örneğin termal ısıtma ile tuzaklanan biriken enerjisinin salınması sonucu meydana gelir. Bu mekanizma siyah cisim ışımasından farklıdır. Termolüminesans taeski mineraller ya da eski seramikler kullanılır. Elektrolüminesans materyaldeki elektrik akımının hareketinden meydana gelir. Tribolüminesans mekanik tedirgeme ışığın üretiminden meydana gelir. Akustik dalgalar (Ses) sıvıdan geçerken sonoluminesans üretirler. Kemiluminesans kimyasal reaksiyon sonucunda gözlenir. Örneğin bu, NO2 ve NO

gibi atmosferin bazı bileşimlerinin sayım ve konsantrasyonu için kullanılır. Kemiluminesansın Özel bir sınıfı olarak biyolüminesans, organizmada kimyasal reaksiyonların sonucu olarak meydana gelir. Bakteriler, jeller, algler, balık ve kalamar gibi diğer organizmalar, vücutlarında muhafaza ettikleri kimyasallar ile ışık üretebilirler. Biyoluminesans derin okyanuslarda ışığın ana kaynağıdır.

2.2.3 Fotolüminesansın ölçümü

Şekilde fotoluminesans spektrumunun şeması görülmektedir. Fotoluminesans spektrumu spektroflorometre adı verilen sıkıştırılmış ekipmanların ölçümünde de kullanılır. Bunların ana elemanları da aşağıdaki şekilde görülmektedir. Örnek bir lazer ışını ya da monokromatör (Uyarıcı monokromator) takip edilen bir lamba ile uyarılır. Yayılan ışın odaklama lensi ile toplanır ve ikinci monokromator yardımıyla analiz edilir ve bilgisayara bağlı uygun bir detektör ile takip edilir. Spektrumun iki tipi, (i) ışıma spektrumu ve (ii) uyarılma spektrumu olarak ölçülür.

(i) Işıma spektrumunda, uyarılma dalga boyu sabitlenmiştir ve ışıma monokromatorunun taraması ile farklı dalga boylarında ölçüm yapılır.

(ii) Uyarılma spektrumunda, Belirli bir spektral aralıkta uyarılma dalga boyu taranırken, herhangi bir ışıma dagaboyunda ışıma monokromatörü sabitlenmiştir

(41)

[11]. Lüminesans, ölçüm yapılacak örneğin üzerine gönderilen ışığın saçılmasıyla, bu saçılan ışığın ölçümüdür. Burada emilim yapılan enerjiye göre bir spektrum oluşur. Örneğe gelen ışık yoğunluğu I0 ve yansıyan ışığın yoğunluğu I , Iem ise

örneğin yaydığı ışığın yoğunluğu ve Iem∝ I0 − I olarak yazılır. Bu denklem

aşağıdaki gibi formüle edilir;

Iem = η(I0 − I ) (1.13)

Burada, η lüminesans verimliliği; I, I0 ve Iem saniye başına fotonların yoğunluğudur.

2.2.3.1 Temel soğurma kenarı spektral biçimi

Temel soğurma kenarı enerji aralığındaki band yapısı hakkında çok yararlı bilgiler sağlar.Bu bölümde temel soğurma kenarı spectral biçimini ve onun band yapısıyla ilişkisini incelenemektedir.

Eğer bir cisimin üzerine ω≥ωg (Eg=ħωg) frekanslı bir radyasyon(radiation)

gönderilirse,radyasyon kısmi olarak emilir.Bu frekanstaki emilme katsayısı aşağıdakilerle orantılıdır:

-i başlangıç durumundan f bitiş durumuna geçiş olasılığı olan Pif

-ħω enerjisiyle sınırlandırılan bütün durumlar dahil olmak üzere;ni başlangıç durumundaki elektronların yoğunluğu ve nf mümkün bitiş durumlarının yoğunluğu, Bundan dolayı ; A, emme katsayısı birimlerini uyumlamak için bir faktör olmak üzere

= ∑_, !! (2.2)

denklemini yazabiliriz.

'nun spectral shape i ile ilgilenmeden önce,momentum korunumu sebebiyle oluşan seleksiyon kuralını tanımlayalım.Verilen bir geçiş için;

Kp+Ki=Kf. (2.3)

Burada Ki ve Kf elektronların başlangıç ve bitiş durumlarının dalga vektörleridir. Kp ise gelen fotonun dalga vektörüdür. "# =$%_& ≈ 10 cm+ (λ=600 nm için)

(42)

Bu önemli kural band arası geçişlerde dalga vektörünün sabit kalması gerektiğini belirtir.

Dalga vektörünün sabit kaldığı geçişlere doğrusal geçişler denir.Şekil 4.7 bir doğrusal geçiş gösterilmiştir.Valans bandındaki zirve noktasıylai conduction bandının en alt noktasının aynı dalga vektörü değerini aldığı maddelerde doğrusal geçiş olmuştur.

Şekil 2.7 : Eg, enerji band aralığı (a) direkt enerji bant aralığı (b) inderekt enerji bant aralığı... Şekil 4.8’deki gibi band aralığına sahip maddelerd ise iletim bandının en alt noktasıyla valans bandının zirve noktasındaki dalga vektörleri farklı değere sahiptir.Bunlar dolaylı aralıklı maddeler olarak adlandırılır. Ki =Kf kuralı gereğince aralık foton enerjilerindeki geçişlere izin verilmez ama örgü phononlarının katılımıyla bu geçiş mümkündür.Bu geçişlere dolaylı geçişler denir.Dolaylı geçişler için momentum korunumu kuralı şöyle yazılabilir [17] .

Ki ± KΩ = Kf (2.4)

KΩ: ilgili fotonların dalga vektörü gösterir. (2.4) deklemindeki ± işareti.

(43)

2.3 Sol-jel Yöntemi

Malzeme teknolojisi ile uğraşan bilim adamları özellikle son 30-40 yıldan beri, sol-jel yöntemi üzerinde yoğun olarak çalışmaktadırlar [66]. Sol-sol-jel malzemelerine duyulan ilgi sadece onların fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı değil aynı zamanda, kolloit durumunun malzeme üretmede ve geliştirmede geniş olasılıkları sunmasındandır. CdS, CdSe, ZnS, ZnSe ve ZnO gibi yarıiletken nanoparçacıkların kuantum verimliliğinin yüksek olması bu maddelerin kullanılma nedenidir. Güvenlik ile biyoloji alanlarında bu maddeler sıkça kullanılmaktadır [66].

Sol-jel yönteminin temeli anorganik polimerizasyon reaksiyonları üzerine kurulmuştur. Bu yöntem bir çözücüde bulunan metal okso polimerlerin büyüyüp gelişmesinden faydalanarak makro moleküller elde edebilen bir yöntemdir. Moleküler bir öncüden başlayarak, bu öncünün kimyasal dizaynı ile kontrol edilebilen hidroksilasyon - kondensasyon reaksiyonları üzerinden makro moleküler bir oksit ağı elde edilebilmektedir. Böylelikle, saydam metal oksit sol ve jelleri sentezlenebilmektedir.Bu yöntemin çalışma prensibi birkaç basamaktan oluşmaktadır. Bunlar;

1) Çok saf olan çıkış maddelerinin homojen çözeltilerini hazırlamak, 2) Gerekli maddeler eklenerek bu çözeltiyi sol durumuna getirmek,

3) Sol üzerinde kondensasyon reaksiyonları oluşturularak karışımın jel durumuna geçmesini sağlamak,

4)_{Bu jelin uygun işlemlerden geçirilmesiyle (Isı gibi) tasarlanan malzemeye (Cam /} seramik) ulaşmaktır.

5) Görüldüğü gibi uygulaması son derece kolay olan bir tekniktir. Kolay olması yanında malzeme biliminde yeni ufuklar açan, birçok olasılığı sunabilen birçok avantajı vardır.

2.3.1 Sol jel yönteminin avantajları

Sol-jel yöntemini diğer yöntemlerden üstün kılan özelliklerden bazıları şunlardır; • Kimyayı temel alması, düşük sıcaklıkta çalışabilmesi. Gelişmiş ve karmaşık

fabrikasyon teknolojileri cam, seramik, cam-seramik gibi malzemelerin hazırlanmasında genellikle yüksek sıcaklık kullanırlar ki, bu da onların hazırlanmalarına sınırlamalar getirmektedir. Yüksek sıcaklık kullanımı ile

(44)

malzemelerin hazırlandığı sırasında onların fiziksel ve kimyasal özelliklerinde meydana gelen değişiklikler kontrol altında tutulamamaktadır. Bu da onların istenen teorik yapısal değerlere ulaşmalarını zorlaştırmaktadır. • Saf maddelerin sıvı çözeltileri kullanılmaktadır. Böylelikle homojenleşmenin

moleküler seviyede sağlanması başarılmaktadır. Başlangıç maddelerinin basitçe saflaştırılınasından sonra, ürün büyük bir saflıkta elde edilebilmektedir.

• Düşük sıcaklığın kullanılması, yüksek sıcaklıkta buharlaşmadan doğacak kayıpları önlemektedir. Böylece meydana gelebilecek faz değişmelerini ortadan kaldırarak normalde hazırlanamayan seramiklerin geliştirilmesine olanak tanımaktadır.

• Çalışma yöntemi için basit kaplar ve ortam için atmosferik şartlar yeterli olabilmektedir.

• Organik çözücüler kullanılabilmektedir. Düşük sıcaklık uygulaması dolayısıyla organik moleküller ya da boyar maddeler kolaylıkla oksit jel ağına sokulabilmektedirler. Kullanılan organik grup jelleşmeden sonra değişmeden kaldığı için, metal organik biriminin modifikasyonu sonucu eşsiz, çok yeni polimerleri verebilmektedir.

• Sollerin viskozitelerinin düşük olması ince kaplama filmlerinin hazırlanmasını oldukça kolaylaştırmaktadır.

2.3.2 Sol-jel yönteminin dezavantajları

Bu kadar çok avantajın yanında, kuşkusuz bu yöntemin çok fazla olmamakla beraber, dezavantajları da vardır. Bunlar;

Jelleşme sırasında ya da jellerin kurutulması sırasında büyük bir büzülmenin meydana gelmesi,

• Oksit ağında çok fazla miktarda gözeneğin bulunması, bunların kontrol edilemediği durumlarda problemlere sebep olabilmeleri,

• Đstenmeyen, fakat ortamda oluşabilen hidroksil ve organik kalıntıların ayrılmasının zorluğu,

• Çıkış maddelerinin pahalılığıdır. Ancak bunların çoğu bertaraf edilebilmektedir.

(45)

3. X-RAY DIFFRACTION (XRD) VE BRAGG KIRINIMI

X- ışınları dalgaboyları 0.1 ila 0.001 nm aralığında değişen elektromagnetik dalgalardır. X-ışınları, Ultraviyole ışınlarından daha kuvvetli fakat Gama ışınlarından daha zayıf enerjilidirler.X-ışınlarının hafif yoğunlukta katılara kolayca nüfuz edebildiği anlaşılınca,birkaç ay sonra tıp alanında kullanılmaya başlandılar.X-ışınları kırınımında kristallerin kullanımı Bragg tarafından gerçekleştirilmiştir.Farklı dizilişteki atomların yapısını anlamak için x-ışınları gönderilip,x-ışınlarının 21 sin5 = !6 formülüne ulaşırız.Burada n=1,2,3.. tamsayısı kırınım maksimumunun derecesi olup n>1 değeri için maksimumlar çok zayıftır.Bundan dolayı n=1 alınır.

.

Şekil 3.1 : Bragg yasası şeması.

Ölçüm alınacak ürün, X-Işını demetine maruz bırakılarak, bu ışınların malzeme üzerindeki saçılım ve yayılımından elde edilen veriler doğrultusunda hesaplamalar

(46)

yapılarak bir veri seti elde edilir.Bragg tarafından kullanılan basit bir x-ışını spektrometresi şekil 4.7 de gösterilmiştir.Đncelenen x-ışınları kolimatör denilen bir aralıktan geçirilerek doğrultıları belirginleştirilir,sonra düzlem aralığı bilinen(d) bir kristal yüzeyine gönderilir.Yansıyan ışınların şiddeti(örneğin bir iyonlaşma odası)’’i’’ ile ölçülür.Đyonlaşma odasında x-ışınları farklı potansiyelde iki levha arasındaki bir gaz ortamından geçirilir.X-ışınlarının gaz moleküllerini iyonlaştırması sonucu oluşan elektrik akımı x-ışını şiddetiyle orantılıdır.Kristal ve dedektörü döndürerek I şiddeti teta açısının fonksiyonu olarak ölçülür.d uzaklığı bilinerek I’nın lambdaya bağlı olmak üzere fonksiyonu bulunabilir [12].

(47)

4. KUANTUM NOKTALARININ BOYUTUNUN BELĐRLENMESĐ

4.1 78 9_:/;_: < =>?@AB

FW / metodunun oluşturulma sebebi nano materyal bilimindeki kristal boyutlarındaki dağılımının önemindendir. Nano yapılı materyallerin yeni fonksiyonu temel olarak nano yapılı materyallerin boyut bağlılığından gelmektedir. Örneğin geniş spesifik yüzey alanı (Yakıt tutma), yığından (Bulk) daha büyük, farklı koordinasyonda bulunan atom bölükleri. Genel olarak bu boyut bağlılıklarının eğimi büyüktür. Oldukça sık olarak 1/R formundadır. Kristalit boyutlarındaki dağılım dağılgan tozdaki fiziksel özelliklerin parçacıktan parçacığa müthiş şekilde değişmesini sağlar. GSD’nin hesaplanması yeni materyallerin tasarlanmasında önemli rol üstlenmekte ve bu sebepten ötürü nano materyal biliminde kilit önem taşımaktadır [13].

Sunulan metot dağılgan tozlar için olan Scherrer metodunun uzantısıdır. Bundan dolayı kristalin tozlarına uygulanabilir ve Scherrer metodunun sınırlamalarını taşır. Sadece kırınım zirvesinde boyut genişlemesinin olduğu yerlerde kullanılmalıdır. Bu metod çoğul dağılımlı kristalin tozu kırınım çizgisi için olan ifadeden türetilmiştir. Çoğul dağılımlı toz için kırınım zirvesi profili aşağıdaki formülle ifade edilebilir;

< DE;GH, / > = JKL M _N_OM _PQRSTM √$%LVNOWXX+X+$Y{3J1 + E $_G H$P RST M _{J2 + E}$_G H$P/ − 1/ − 2 − 6J1 + E$_G H$P W M_{._`a/ − 2 bc.db!EG} He − 6EGHJ1 + E$GH$P/ −

2 − 6EGHJ1 + E$GH$P/ − 2 `!a/ − 1 bc.db!EGHe} (4.1)

E =%gh i_& (4.2) q: Saçılma vektörü

RHve σ < G >’ye bağlıdır:

G_H= mM

(48)

/ = mM

nNoM− 1 (4.4) (4.1) denklemi gama fonksyonu uyduğunu varsayarak:

Euler Gama fonksyonu: _p_q₌r∞_dq−1

0 t−d1d Şekil’1.5 GSD R0=8 ve m=21/4 için uvwG; G_H, / = NOQRQT xXKGXt Qy yO (4.4)

Şekil 4.1 : Kristale gelen kırınım. (a) Sonlu kalınlığı kristal gelen kırınım (b) sonsuz

(a) GSD dağılımı ve (b) difraksiyon pik profili

(4.1) denkleminden E → 0 Maksimum şiddet kırınımı (4.5) denklemi gibi olur. limL→H < DE;GH, / > =|XKN_√$% O=_√$%| < G > (4.5)

Analitik formdaki kırınım zirve profili herhangi bir fraksiyondaki maksimumun zirve genişliğinin doğrudan belirlenmesini sağlar. Sonraki bölümde h fraksiyonundaki herhangi bir zirve genişliği için bir denklem yazılmıştır ve h=1/5,h=4/5 için çözülmüştür.

4.1.1 78 9_:/;_: < =>?@AB Đçin Teorik Yaklaşım

Scherrer eşitliği <R> kristalit ortalama boyutunun kırınım çizgisinin FWHM’ inden bulunmasını sağlar. GSD eğrisinin R ve ‘sinin bulunması için çizgi profilinden iki örneğin alınması gerekir. Nedensiz olarak çizgi maksimumunun 1/5 ve 4/5 genişlikte olanını seçilir. Nümerik kesinlik açısından mümkün olduğunca farklı genişliklerin seçilmesi tavsiye edilir. Öteki taraftan zirvenin altındaki yüksek gürültü seviyesi ve data noktalarının azlığı deneysel verilerdeki hatayı artırabilir.

(49)

Doğrulanmıştır ki, alınan maksimum zirvenin 1/5 ve 4/5 ‘inde ölçülmüş genişlikler birçok veri için iyi sonuçlar vermektedir [13].

(4.1) denklemindeki kırınım pik profili ile h maksimum parçası eşitlendiğnde :

JKLM_N_OM_PQRST/M

√$%LVNOWXX+X+$× ~31 + E

$_G

H$XK$ × J2 + E$GH$/ − 1/ − 2P −

61 + E$_G_H$| $_{× cosa/ − 2 tan}+_EG_H_{e − 6EG}_H_{1 + E}$_G_H$_{/ − 2 ×}

sina/ − 1 tan+_EG_H_{e = ℎ}|XKNO

√$% (4.6)

5 denklemi h ile çarpılır ve 1 denklemine eşitlenir. Đşlem kolaylığı sağlamak için, x=qR0 olsun.

JKM_PQRSTM

V_XKXX+X+$× ~1 + Y$XK/$× a8 − Y$ℎY$// + 1 − 4/ − 2e − 81 + Y$| $ _{cosa/ − 2 tan}+_{Ye − 8Y1 + Y}$_{/ − 2sina/ − 1 tan}+_{Ye =}

0 (4.7) 1 + Y$+XK_$_{0’den farklı olduğundan (4.7) denkelmi (4.8) denklemine dönüşür}

1 + Y$XK_$_{a8 − Y}$_ℎY$_{// + 1 − 4/ − 1/ − 2e − 81 +}

Y$| $_{cosa/ − 2tan}+_{Ye = 0 (4.8)}

Denklem 4.8 analitik olarak çözülemez. Çünkü x ve y bilinmeyenlerini içeren ve çözümü x(m) eğrisi olan bir denklemdir. Ancak boyut dağılımının genişliği m parametresi kullanarak x fonksiyonunun değerleri üzerinden çizilir.

8 denkleminin çözüm serileri h=1/5 ve h=4/5 için x(m) monoton eğrilerini üretir. Deneysel olarak kotanjan fonksiyonu x(m) monoton eğrilerini en iyi şekilde fit ettiği için burada kullanılmıştır. x(m) aşağıdaki gibi yazılır.

Y

/ ≅ −0.0081 + 0.0208 × cot0.0044238 + 0.003675 × / (4.9)

Y_X≅ 0.001555 + 0.00884 × cot0.00972 + 0.00453 × / (4.10) X=qR0 olarak tanımlandı,x1/5(m) ve x4/5(m) 9 ve 10’deki çözümleri ve FW1/5 ve

(50)

_YY XLN O X= EGH = Y_X T MT×yO Y_X =T_MV_×yO (4.11) < G >=$V (4.12) =2√

A,B ve C sabitler olmak üzere:

A = tan+_{277069 − 105723}

B = 0.001555 + 0.00884 × cot0.002237 − 2101 × = −0.6515 − 463695 ×

4.1.2 78 9_:/;_: < =>?@AB Pearson Fonksyonu 7E, bH, b, b$, b| = _KL+, ,O

T ,⁄ MMJ$T W⁄ +P¡ W (4.13) Ölçülen deneysel verilerin grafiği fit edilerek analik bir grafiğe dönüşebilir ve

Pearson7 fit için fonksyon olarak kullanılabilir: a0 çizgi şiddeti, a1 – çizgi pozisyonu, a2 ve a3 çizgi genişliği. a0 = 1 ve a1 =

h = (1/5) ve h = (4/5) olur K∆£ ¤⁄ M MJ$T ¥W⁄ +P¡¥W = ℎ T ,M,,W= 2∆E = 2 ,M¦+KT W⁄ ¦+K$MST W⁄ (4.14) V ,M,,W= 2∆E = 2 ,M§+K ⁄ T W⁄ ¦+K$MST W⁄ (4.15) 4.2 Scherrer Denklemi

Scherrer parçacık boyutunda yaptığı çalışmalarla bilinmiştir. Denklemin uygulanması genel olarak kısıtlılık içerse de belirgin sayıda uygulama alanları vardır. Kristal parçaları ideal olup,pik genişliği sadece kristal parçalarının boyutuna bağlıdır. A,D ve M ışınları ile kırınımlı düzlemler tam Bragg açısı yapmaktadırlar böylece

(51)

- θ1 açısı ile gelen ışınlar dikkate alınsın (B ve L). θ1 açı olarak seçilirse B-B’ ile L-L’arasında (m+1)λ kadarlık fark oluşur. Aynı zamanda kristal ortasında öyle bir düzlem olur ki, B-B’ yörüngesinde x-ışınları yıkıcı girişim yaparak (m+1)λ/2 yol farkı ile saçılırlar.

θ1: elde edilen tam yıkıcı girişim oluşmadan önceki, en büyük açıyı temsil eder.

- θ2 açısı ile gelen ışınların dikkate alınsın (C ve N). θ2 açı olarak seçilirse C-C’ ile

N-N’ (m-1)λ kadarlık fark oluşur. Aynı zamanda kristal ortasında öyle bir düzlem olur ki, B-B’ yörüngesinde x-ışınları yıkıcı girişim yaparak (m-1)λ/2 yol farkı ile saçılırlar [14].

Şekil 4.2 : Kristal kırınımı.

θ2: elde edilen tam yıkıcı girişim oluşmadan önceki, en küçük açıyı temsil eder.

(52)

Şekil 4.3 : (a) Sonlu kalınlığı kristal gelen kırınım (b) sonsuz kalınlığı kristal gelen kırınım...

Şekil (4.5) ‘de piki üçgen şekli olarak kabul edersek, tüm genişliği de pik yarısı maksimum B = (2θ1 - 2θ2) / 2 = θ1- θ2 olur.

Kristalin ön ve arka düzlemlerinden saçılmış x-ışınların yol farkları dikkate alınırsa 2d`!5 = / + 16 (4.16) 2d`!5_$ = / − 16 (4.17) (4.16) denklemi (4.17) denkleminden çıkarılırsa

tsinθ– sinθ_$ = λ (4.18) sinθ– sinθ$ = 2cosiTKi_$ MsiniT+i_$ M (4.19)

2tcosiTKi_$ MsiniT+i_$ M = λ (4.20) Yaklaşım yapılırsa (θ1+ θ2)/2 = θB olur.

(4.20) denklemi 2t_a«T+ «M

$ ecosθ¬= λ olarak değişir.

d =_{¬®¯° i}

± (4.21) Daha özenli bir yaklaşım yapılırsa (4.21) verir k=0,89 kristal için

d =_{¬®¯° i}²

(53)

t:kristalın çapıdır.

K = kristal şekline bağlı olarak sabit (0.89) λ = x ışınları dalga boyu

B = FWHM (Full width at half maximum) θB = Bragg açısı

(54)

(55)

5. JUDD-OFLET TEORĐSĐ

5.1 Klasik Osilatör Şiddeti

Klasik E&M Osilatör şiddeti (ƒj), istatistiksel bir ağırlık olarak kullanılan her bir Rezonans frekansına (νj) bağlı olan göreli osilatör sayısını ifade eder.

Üç değerlikli lantanit iyonlarının soğurma spektrumunda görülen geçişlerin f-f geçişleri olduğu bildirilmiştir. Bunların çoğu indüklenmiş dipol geçişleri olmakla birlikte, bazı magnetik dipol geçişleri de olabilir. Buradaki geçişlerin şiddetleri osilatör şiddetiyle (f) ifade edilir. f, soğurma spektrumundan aşağıdaki eşitlik vasıtasıyla elde edilir:

a|av, De´ >, |avµ_{, D}µ_e´µ_{>e =} X¶

%·M_¸r ¹1¹ (5.1) . = ¹6

a|av, De´ >, |avµ_{, D}µ_e´µ _{>e =} X¶M

%·M_¸r 616 (5.2) Burada m elektron kütlesi, N nadir toprak iyonlarının örnekteki konsantrasyonu, α(ν) frekansa bağlı soğurma şiddetidir. Đntegral, spektrumdaki frekans aralığında alınır [15,16].

5.2 Kuantum Osilatör Şiddeti

Kuantum mekaniğinde osilatör şiddeti, atomik ve moleküler sistemler içinde elektronik geçişlerin göreli şiddeti bir ölçü olarak kullanılmaktadır. Özellikle kuantum mekanik sistemlerin arasındaki geçişleri kıyaslamak için kullanılır. Bir nadir toprak iyonunun 4fn geçişleri Judd-Ofelt teorisi tarafından analiz edilebilir. Bir latisteki iyonun temel halden olan geçişine ait osilatör şiddeti (fcal):

(56)

¶,º´ → ´µ = -%

M_X¶

|$»K&¼ hM_K$M

½h Y ∑Â$,,Ã¾d|< v, D´ ¿ÀÁÂÀ¿ vµ,Dµ´µ > | (5.3)

Burada 6̅ ortalama geçiş dalgaboyu, m electron kütlesi, n kırılma indisi, c ışık hızı, Ω(t) (t =2, 4, 6), Judd-Ofelt parametresi ve U(t) (t = 2, 4, 6); hosttan bağımsız geçişe ait matris elemanıdır [15,16].

(57)

6. DENEYSEL ÇALIŞMALAR

6.1 Deneysel Prosedür

Örnekler sol-jel yöntemi ile hazırlandı. Đlk önce TEOS (Si(OC2H5)4) ve etanol

(C2H5OH, EtOH) oda sıcaklığında karıştırıldı. Karıştırma sırasında çözeltiye damla

damla su eklendi ve HCl katalizör olarak kullanıldı. Belli damla oranında çinko selenat ve selenic asitten çıkan ZnSeO4 çözeltisi hidrolize edildi ve çözeltiye

eklendi. TEOS, EtOH, H2O, HCl mol oranları 1:2:4:0,25’tir.Camda bulunan ZnSe

konsantrasyonunun kontrol edilmesi için ZnSeO4 ve TEOS mol oranları

değiştirilebilir. Bir saat boyunca karıştırıldıktan sonra, sol sonuçları Petri kaplarına koyarak 7 gün oda sıcaklığında bırakıldı.Sonuç olarak elde edilen saydam renksiz kuru jel içine gömülü ZnSeO4 oldu. H2O monokristaller ile birlikte elde edildi. Kuru

jelin içinde bulunan az su ve organik maddeleri gidermek için oksijenli ortamda ısıtılmalıdır. Ayrıca, camda bulunan ZNSO4 monokristalleri ZnSe’ye çevirmek için

redaktif havada işlenmesi gerekir .Sonuç olarak ZnSe katkılı silika jel camlar hazırlamak için iki adet termal adım işlemi kullanıldı [17].

1. Silika jeli 60 dakika boyunca oda sıcaklığından 410 dereceye çıkarılarak hava atmosferinde ısıtılmıştır ve ardından renksiz saydam gel yaklaşık 0,5 mm kalınlığında elde edilmiştir.

2. Silika jeli 60 dakika boyunca oda sıcaklığından 600 dereceye çıkarılarak hava atmosferinde ısıtılmıştır ve ardından renksiz saydam jel yaklaşık 0,5 mm kalınlığında elde edilmiştir.

Yukarıdaki prosedüre uygun olarak ısıtıldıktan sonra, örnek sarı renge dönmüş ve silika jel camlarında homojen olarak dağılmış ZnSe mono kristalleri oluşturulmuştur. ZnSe/Sio2 molar oranı değişebilir, ZnSe nanokristallerin boyutları kontrol edilebilir. ZnSe QD-katkılı camlar UV-VIS ve XRD ile karakterize edildi. JASCO V-570 marka spektrometre kullanılarak, oda sıcaklığında 300-800 nm arasında ölçüldü.

(58)

Şekil 6.1 : Deneysel prosedür akışı. 6.2 Numunelerin Miktarının Hesaplanması

6.2.1 TEOS + EtOH + H2O + HCl

Silikon alkoksitler su ile çok yavaş tepkimeye girerler, susuz ortamımında tamamen stabal değillerdir. Bunun için silika jel sentezi hidrolize edilmesi gerekir. En popüler ticari öncüleri tetrametoksi ve tetraetoksisilan (TMOS ve TEOS) bulunmaktadır.

(59)

Reaksiyonu gerçekleştirilebilmesi için su ile karışmayan olmanın silikon alkoksitler, bir ortak çözücü (Genellikle üst alkol) kullanılmaktadır. Normalde Hidroliz işlemi saf su ile çok yavaş ilerlediği için bir katalizör kullanılmaktadır bir asit veya bir baz olabilir (Örneğin HCl).

Örneğin, bir silikon alkoksit Si-(OR) 4 kullanılarak silis camı sentezi, aşağıdaki gibidir:

Hidroliz: Si-OR + H2O => Si-OH + ROH Örnek:

Si(OC2H5)4 + 4 H2O Si(OH)4 + 4 C2H5OH

SiCl4 + 4 ROH → Si(OR)4 + 4 HCl

Katılaşma ya da jellleşme : Si-OH + RO-Si => Si-O-Si + ROH yada Si-OH + HO-Si => Si-O-Si + H2O TEOS+EtOH+diSu+HCL 1 : 2 : 4 : 0.025 Molekül ağırlığı: M Yoğunluk: d Konsantrasyon: C

MTEOS=208.33g/mol , dTEOS=0.936g/cm3 , %CTEOS= %99.999

MEtOH=46.07g/mol, dEtOH=0.789g/cm3 , %CETOH=%99.8

MH2O=18.015g/mol ,dH2O=1g/cm3 , %CH2O=%100

MHCL=36.461g/mol ,dHCL=1.189g/cm3 , %CHCL= %37.5

Malzeme Miktarı azaltmak için molar oranları sabit kalacak şekilde hepsini sabit sayıya bölersek

TEOS: ETOH: diSU: HCL 0.05; 0.1; 0.2; 1.25X10-3

Sıvı maddeden molar çözelti hazırlama

(60)

Örnek olarak:

1litre (L) sıvıda kaç mol TEOS var sorusunun cevabı,

(1L x % konsantrasyon x yoğunluk) / Moleküler ağırlık = (1x99.99x0.936)/208,33=4.493x10-3 TEOS olur.

1L 4.493x10-3 α 0.05 mol α=11.12 mL

TEOS: EtOH: diSU: HCL 0.05;0.1;0.2;1.25X10-3 TEOS; ÙÚÛÜ=0.05X208.33X1L_0.999Y0.936 = 11.13 /D EtOH; ÚÂÛß =0.1X46.07X1L_{0.998Y0.789 = 5.85 /D} diSU; àÜá=0.2X18.0153X1L_1Y1 = 3.6 /D HCl; ßâ =1.25X10 +|_X36.461X1L 1.18Y0.375 = 0.1 /D

6.2.2 Çinko selenyum (ZnSe)

Zinc selenat çözelti için çinko asetat + selenic asit çözeltisi oluştulur. Gerçekleşen tepkime;

Zn(Ac)2+H2SeO4 ZnSeO4 + 2HAC

Molerküler ağırlık ZnSeO4 = 208.34g/mol

Zn(Ac)2.2H2O + H2SeO4