Tez özetleri Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı

METALURJİ VE MALZEME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
  

SARI Mehmet Çağan

Tez Adı : AL₂O₃ Katkısının Çinko Oksit’in Elektriksel İletkenliğine Ve Mikroyapısına Etkisi

Danışman : Yard. Doç. Dr. Berat YÜKSEL

Anabilim Dalı : Metalurji ve Malzeme Mühendisliği

Programı : -

Mezuniyet Yılı : 2013

Tez Savunma Jürisi : Yard. Doç. Dr. Berat YÜKSEL

Prof. Dr. İbrahim YUSUFOĞLU

Prof. Dr. Enver OKTAY

Prof. Dr. Suat YILMAZ

Prof. Dr. Ercan AÇMA

AL₂O₃ Katkısının Çinko Oksit’in Elektriksel İletkenliğine Ve

Mikroyapısına Etkisi
Teknolojik uygulamalarda önemli bir yere sahip olan ZnO seramikler üzerine geçmişten günümüze kadar birçok bilimsel çalışma yapılmaktadır. ZnO stokiometrik olmayan n - tipi yarı iletken bir bileşiktir. ZnO’in elektriksel iletkenliğini arttırmak amacıyla donor olarak adlandırılan ve en yaygın kullanılan elementler Al, Ga ve In’dur. Bu katkılar içerisinde alüminyumun avantajı kolay temin edilebilmesi ve ucuz olmasıdır. ZnO seramiklerin elektriksel özellikleri; sinterleme koşullarına, mikroyapısına, yüksek sinterleme sıcaklıklarında kristal yapısındaki intrinsik hataların konsantrasyonuna ve yapılan donor katkısının çeşidine ve oranına bağlı olarak değişmektedir.
Bu çalışmada molce % 0 - 2 Al₂O₃ katkısının ZnO seramiklerin elektriksel iletkenliğine ve mikroyapısına etkisi incelenmiştir. Bu numuneler 1200, 1300 ve 1400 ^oC’de 1, 3 ve 5 saat süreyle sinterlenmiştir. Numunelerin bulk yoğunlukları kütle/hacim ölçümlerinden hesaplanmıştır. Sinterlenen numunelerde oluşan fazları belirlemek amacıyla X-ışınları difraksiyon (XRD) analizi yapılmıştır. Numunelerin mikroyapıları optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiş ve elektriksel dirençleri oda sıcaklığında ölçülerek elektriksel iletkenlikleri hesaplanmıştır. Artan sıcaklıkla numunelerin elektriksel davranışını incelemek amacıyla oda sıcaklığı ile 150 ^oC aralığında alınan ölçümlerden aktivasyon enerjileri hesaplanmıştır.
XRD ile ZnAl₂O₄ fazının % molce 0.5 - 2 Al₂O₃ katkılı karışımların numunelerinde oluştuğu belirlenmiştir. Bu fazın molce % 0.5’ten daha düşük Al₂O₃ katkılı karışımlarda oluşmaması ZnO ile Al₂O₃ arasında sınırlı katı çözünürlük olduğunu göstermiştir.
Artan sıcaklıkla birlikte tüm numunelerin bulk yoğunluklarının arttığı görülmüştür. Ancak Al₂O₃ katkısının artmasıyla birlikte ZnO numunelerin bulk yoğunluklarının azaldığı saptanmıştır.
Mikroyapı incelemeleri sonucunda artan sinterleme sıcaklığı ve süresi ile birlikte tane boyutunun ve iri tanelerin sayısının arttığı saptanmıştır. Bunun yanısıra artan sinterleme sıcaklığı ve süresi numunelerin gözeneklilik değerlerinin azalmasına katkıda bulunmuştur. Katı çözünürlük sınırının üzerinde yapılan Al₂O₃ katkısının tane boyutlarını ve iri tanelerin sayısını azalttığı görülmüştür. Ayrıca ZnO’e yapılan Al₂O₃ katkısının artması numunelerin gözenek oranını arttırmıştır.
Katı çözünürlük sınır değeri altında Al₂O₃ katkılı numunelerin özdirenç değerlerinin saf ZnO’e göre daha düşük olduğu belirlenmiştir. Ancak % molce 0.5 Al₂O₃ katkılı numunelerde oluşan yalıtkan ZnAl₂O₄ fazı sebebiyle özdirenç değerlerinin arttığı görülmüştür.
% 0 - 0.5 mol Al₂O₃ katkılı ZnO numunelerin elektriksel direnç değerleri oda sıcaklığından 150 ^oC’ye kadar 1 ^oC aralıklarla ölçülmüştür. Elde edilen sonuçlardan hesaplanan elektriksel iletkenlik değerleri ile sıcaklık arasında çizilen grafikteki doğruların eğiminden numunelerin aktivasyon enerjisi değerleri hesaplanmıştır. Sıcaklığın artması ile birlikte saf ZnO numunesinin yapı hataları elektriksel iletkenliğin artmasına katkı sağlamıştır. Bu nedenle saf ZnO numunelerinin elektriksel direnç ve aktivasyon enerjisi değerlerinin düştüğü belirlenmiştir. Katı çözünürlük sınırı altında yapılan Al₂O₃ katkısı numunenin serbest taşıyıcı şarj konsantrasyonunu arttırmıştır. Böylece numunelerin elektriksel direnç değerleri azalmıştır.