Galyum nitrür nanoyapıların lazer ablasyonu yöntemiyle üretimi, yapısal ve optik karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasında, toz haldeki yığın Galyum Nitrür kullanılarak nanosaniye darbeli lazer ablasyonu ile 3 farklı sıvı ortam -deiyonize su, etanol ve polimer matris- içerisinde ve femtosaniye darbeli lazer ablasyonu ile sadece etanol içerisinde oda sıcaklığında nanoyapılar üretilmiştir. Oluşan nanoyapıların yapısal ve optik özelliklerini tespit etmek için Taramalı Elektron Mikroskopi (SEM), Geçişli Elektron Mikroskopi (TEM), Seçilmiş Alan Elektron Kırınımı (SAED), Enerji Dağılımlı X–ışını (EDX), X-ışını Kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), UV-VIS emilimi ve fotoışıma (PL) gibi teknikler kullanılmıştır. Farklı sıvılarda nanosaniye darbeli lazer ablasyonu kullanılarak üretilen nanoparçacıkların amorf olduğu gözlenmiştir. Etanol ve polimer matris içerisinde üretilen nanoyapıların boyutlarının sırasıyla 12.4 ± 7.0 nm ve 6.4 ± 2.3 nm ortalama değer ve standart sapmaya sahip olduğu tespit edilmiştir. Boyutlara bağlı olarak kuantum kısıtlama etkilerini destekleyen emilim ve fotoışıma spektrumlarında kısa dalgaboylarına doğru kaymalar gözlenmiştir. Etanol içerisinde femtosaniye lazer ablasyonu yoluyla üretilen nanoparçacıklar hegzagonal kristal yapıda ve boyut dağılımı 4.2 ± 1.9 nm ortalama değer ve standart sapmaya sahiptir. UV bölgede, 290 nm dalgaboyundan başlayarak kısa dalgaboylarına doğru görülen emilim ve kısa dalgaboylarına doğru yaklaşık 0.67 eV kaymış fotoışıma spektrumu güçlü kuantum kısıtlama etkilerini desteklemiştir. Nanosaniye darbeli lazerle deiyonize su içerisinde üretilen parçacıkların üretim veriminin çok düşük olduğu görülmüştür.

In this thesis study, using bulk Gallium Nitride powder, nanostructures were generated through nanosecond pulsed laser ablation in 3 different liquid medium -deionized water, ethanol and polymer matrix- and through femtosecond pulsed laser ablation only in ethanol at room temperature. To obtain structural and optical properties of the generated nanostructures, techniques such as Scanning Electron Microscopy (SEM), Transmission Electron Microscope (TEM), Selected Area Electron Diffraction (SAED), Energy Dispersive X-ray (EDX), X-ray Diffraction (XRD), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), UV-VIS Spectroscopy and Photoluminescence (PL) were used. The generated nanoparticles through nanosecond pulsed laser ablation in different liquids were observed in amorphous structure. Sizes of synthesized nanostructures through nanosecond pulsed laser ablation were 12.4 ± 7.0 nm and 6.4 ± 2.3 nm with the mean value and standard deviation, respectively. Some shifts were observed towards the short wavelengths in absorption and photoluminescence spectra due to the sizes which support strong quantum confinement effects. Synthesized nanoparticles through femtosecond laser ablation in ethanol were in hexagonal crystal structure with sizes of the mean value and standard deviation of 4.2 ± 1.9 nm. At UV region, strong quantum confinement effects were supported by an increasing absorbance which was starting from 290 nm towards the short wavelengths and photoluminescence spectrum that was shifted approximately 0.67eV towards the short wavelengths. The synthesized particles through nanosecond pulsed laser in deionized water was found to have very low production efficiency.