ZnS:Mn+2, CdTe AND CdTe/ZnS:Mn+2 esaslı nanoparçacıkların hazırlanması, optik ve nükleer dedeksiyon sistemlerindeki uygulama potansiyellerinin araştırılması

Abstract

Son on yıl içerisinde nanoteknolojide yaşanan buluşlar, birçok uygulama alanında önemli gelişmeler meydana getirmiştir. Büyüklükleri 20 nm nin altında ayarlanabilir parçacık boyutu ve kolay yüzey kimyasına sahip kuantum nokta özellikli nanoparçacıklar, kanser hücrelerinin hedeflenmesi, biyolojik ve biyomedikal uygulamalar gibi birçok uygulama alanı için nano ölçekte algılama ve görüntüleme olanağı sağlamaktadır.Bu tezin amacı, ZnS:Mn+2, CdTe ve CdTe/ZnS:Mn+2 esaslı nanoparçacıkların hazırlanması, optik ve nükleer dedeksiyon sistemlerindeki uygulama potansiyellerinin araştırılmasıdır. Bu amaçla, ZnS:Mn+2, CdTe ve CdTe/ZnS:Mn+2 nanoparçacıkları ıslak kimya yolu ile sentezlenmişlerdir. İlk olarak l-sistein kaplı ZnS:Mn+2 nanoparçacıkları yüzey aktif madde varlığında sulu çözeltiden sülfürün çöktürülmesi ile hazırlanmıştır. Oluşan beyaz çökelek 60 0C de 30 dakika bekletildikten sonra yeniden çözülerek oluşan ZnS:Mn+2 nanoparçacıkları 4 gün oda sıcaklığında suda diyaliz edilmiş daha sonra da toz şeklinde ayırmak için dondurarak kurutma tekniği ile kurutulmuştur. ZnS:Mn+2 nanoparçacıklarını silika ile kaplamak için ise tetraetilortosilikat (TEOS) kullanılmıştır. CdTe nanoparçacıklarının sentezi için, Cd asetat, tri-n-oktilfosfin oksit (TOPO), tetradesilfosfonik asit (TDPA) ve sodyumborhidrür (NaBH4) azot atmosferinde üç boyunlu bir balonda birleştirilmiştir. Kırmızımsı renkli Cd asetat tozu, yaklaşık 120 0C de çözünmüş ve renksiz homojen bir çözelti haline gelmiştir. Bu sıcaklıkta tellür stok çözeltisinin eklenmesi ile CdTe nanoparçacıkları elde edilmiştir. Son olarak ZnS:Mn+2 ve CdTe nanoparçacıkları üç boyunlu bir balonda birleştirilmiş ve çözeltiye sırası ile TDPA, toluen, metanol ve kloroform eklenmiş ve CdTe/ZnS:Mn+2 nanoparçacıkları sentezlenmiştir.Sentezlenen nanoparçacıklar taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), x-ışın kırınımı (XRD), floresans ve termolüminesans (TL) ölçümleri ile karakterize edilmiştir. Buna ek olarak elektriksel özelliklerin belirlenmesi amacıyla, nanoparçacıkların UVB ve 137Cs radyasyonu altında zamana bağlı ve zamana bağlı olmayan elektriksel direnç ölçümleri yapılmıştır. Deneylerden ve analizlerden elde edilen sonuçlar ZnS:Mn+2 (UVB ve 137Cs), CdTe (UVB ve 137Cs) ve CdTe/ZnS:Mn+2 (137Cs) nanoparçacıklarının radyasyona duyarlı olduklarını göstermektedir. Sonuç olarak bu çalışma, sentezlenen nanoparçacıkların nükleer dedeksiyon sistemlerinde uygulanabilme potansiyeli olduğunu göstermektedir.

The discoveries of nanotechnology in the last decade constituted important developments in many application fields. Quantum dots nanoparticles which has adjustable particle size under 20 nm and easy surface chemistry provide nanoscale imaging and sensing for many application areas like cancer cell targeting, biological and biomedical applications.The aim of this thesis is preperation of ZnS:Mn+2, CdTe and CdTe/ZnS:Mn+2 nanoparticles and the investigation of their potentials in optical and nuclear detection systems. For this purpose, ZnS:Mn+2, CdTe and CdTe/ZnS:Mn+2 nanoparticles were synthesized by a wet chemical route. First, l-cysteine coated ZnS:Mn+2 nanoparticles were prepared by precipitation of the sulfide from aqueous solution in the presence of the surfactant. After waiting the white precipitate formed, for 30 min at 60 0C, ZnS:Mn+2 nanoparticles which was formed by re-dissolvation were dialysed in water for 4 days and then these particles were dryed using freeze-drying method to dissolve in powder form. Tetraethylorthosilicate (TEOS) was used to coat the ZnS:Mn+2 nanoparticles. Cd acetate, tri-n-octylphosphine oxide (TOPO), tetradecylphosphonic acid (TDPA) and NaBH4 were loaded in a three-neck flask under a flow of nitrogen for preparing CdTe nanoparticles. Reddish Cd acetate powder was dissolved at about 120 0C and it became a colorless homogeneous solution. Introducing tellurium stock solution in this temperature yields CdTe nanoparticles. Lastly ZnS:Mn+2 and CdTe nanoparticles were loaded in a three-neck flask and than were respectively injected TDPA, toluene, methanol ve chloroform into this solution and CdTe/ZnS:Mn+2 nanoparticles were synthesized.The resulting particles were characterized by means of scanning electron microscopy (SEM), fluorescence measurements, x-ray diffraction (XRD), atomic force microscopy (AFM), thermoluminescence (TL) measurements. In addition, in order to determine the electrical properties, time dependent and non-time dependent electrical resistivities of nanoparticles were measured under UVB and 137Cs radiation sources. Results obtained from the experiments and analysis demonstrates that ZnS:Mn+2 (both UVB and 137Cs), CdTe (both UVB and 137Cs) and CdTe/ZnS:Mn+2 (137Cs) nanoparticles are sensitive to radiation. As a result, this study shows that nanoparticles synthesized in this thesis have an application potential in nuclear detection systems.