Tungsten Katkılı VO2 Esaslı Termokromik İnce Film Kaplamalı Camların Geliştirilmesi ve Karakterizasyonu
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2017
Tezin Dili: Türkçe
Öğrenci: Muhammed Berkay Güven
Danışman: Ali Erçin Ersundu
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Günümüzde artan enerji ihtiyacı ve tükenen doğal kaynaklar ile enerjinin daha verimli kullanılması önem kazanmıştır. Enerjinin verimli kullanılmasının bir yolu da enerji kayıplarını önlemekten geçmektedir. Yapılan araştırmalar Dünya'da tüketilen enerjinin büyük bir kısmın bina dış cephelerinden kaybedildiğini ve bu enerji kaybının yarısından fazlasının pencerelerden kaynaklandığını göstermektedir. Pencerelerden enerji kayıplarını azaltmak için cam üzerine ince film uygulamaları konusu günümüzde yoğun olarak araştırılmakta ve değişen dış etkilere otomatik tepki veren dinamik cam sistemler geliştirilmeye çalışılmaktadır. Akıllı camlar olarak da adlandırılan dinamik camlar ışık, sıcaklık, elektrik akımı gibi farklı dış uyaranlara bağlı olarak optik özelliklerini değiştirmektedir. Değişen sıcaklıkla optik özelliklerini değiştirerek sağladıkları ısı ve ışık kontrolü ile enerji tasarrufu sağlayan camlar arasında büyük bir öneme sahip olan termokromik camlar konusunda yapılan çalışmalar son yıllarda büyük hız kazanmıştır. Termokromik özellik gösteren malzemeler arasında, oda sıcaklığına yakın termokromik dönüşüm sıcaklığı nedeniyle vanadyum dioksit (VO2) ön plana çıkmaktadır. Oda sıcaklığında monoklinik yapıdaki VO2 termokromik dönüşüm sıcaklığının üzerindeki sıcaklıklarda tetragonal (rutil) yapısına dönüşmektedir. Bu dönüşüm sonrasında kızılötesi bölgedeki geçirgenlik değerlerinde meydana gelen azalma sayesinde ısı kontrolü sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, enerji tasarrufu uygulamalarına yönelik olarak akıllı camlarda yüksek kullanım potansiyeline sahip VO2 esaslı termokromik ince film kaplamalı camların geliştirilmesi hedeflenmiştir. Bu amaçla, VO2'nin termokromik dönüşüm sıcaklığının düşürülmesi için molce %0,5, 1, 3 ve 5 W+6 iyonu katkılı VO2 esaslı ince film kaplamalar SiO2 ara katmanlı soda kireç camlar üzerine kaplanmıştır. Vanadyum triisopropoksit (Vtip) ve vanadyum oksiasetilaseton (VO(acac)2) kullanılarak iki farklı başlangıç malzemesi ile vanadyum oksit esaslı sol çözeltileri hazırlanmış ve daldırmalı kaplama yöntemi ile altlık malzeme üzerine kaplanmıştır. +5 değerlikli vanadyum kaynağı olan Vtip başlangıç malzemesi ile hazırlanan numuneler Ar/H2 (%95/%5 hacimce) redüktif gaz atmosferinde 2,5 saat 525 °C'de ısıl işleme tabi tutulmuştur. +4 değerlikli vanadyum kaynağı olan VO(acac)2 başlangıç malzemesi ile hazırlanan numunelere inert (N2) gaz atmosferinde kontrollü ısıtma ve soğutma ile 550 °C'de ısıl işlem yapılmıştır. Düşük görünür bölge geçirgenliğine sahip Vtip başlangıç malzemesi ile elde edilen filmlerin görünür bölge geçirgenliğinin iyileştirilmesi için SiO2 esaslı anti-reflektif (AR) kaplama, seçilen molce %1 W katkılı VO2 esaslı ince film üzerine yapılmıştır. İnce film kaplamalı camların sıcaklığa bağlı optik analizleri dahili ısıtma üniteli UV-Vis spektrofotometresi ile gerçekleştirilerek elde edilen VO2 esaslı termokromik ince film kaplamalı camların termokromik akıllı cam uygulamalarında kullanım potansiyelleri değerlendirilmiştir. Faz analizi XRD tekniği kullanılarak ince film ve sol çözeltilerinin kurutulması sonucu elde edilen toz numunelerle gerçekleştirilmiştir. Mikroyapı analizi ince film numunelerin SEM görüntüleri üzerinden yapılmıştır. Termokromik dönüşüm sıcaklıkları toz numuneler kullanılarak DSC tekniğiyle tespit edilmiştir. İki farklı başlangıç malzemesi ile elde edilen tüm ince film kaplamalı cam numunelerin sıcaklığa bağlı yapılan optik analizleri sonucu termokromik dönüşüm gösterdiği belirlenmiştir. VO(acac)2 başlangıç malzemesi ile elde edilen ince filmlerin görünür bölge geçirgenlikleri Vtip kullanılan numunelere göre daha yüksek değerlerde tespit edilmiş, ancak termokromik dönüşüm verimleri Vtip numunelere kıyasla daha düşük değerlerde kalmıştır. Bunun sebebi, Vtip ince film numunelerin VO(acac)2 numunelere göre daha homojen olarak kaplanması olarak tespit edilmiştir. En yüksek görünür bölge geçirgenliği %84,6 ile VO(acac)2-1W numunesinde elde edilmiş, en yüksek termokromik dönüşüm verimi ise 1100 nm'de %6,8 ile katkısız Vtip numunesinde elde edilmiştir. Tespit edilebilen en düşük termokromik dönüşüm sıcaklığı ise yaklaşık 47 °C ile Vtip-1W numunesine aittir. Vtip başlangıç malzemesi ile elde edilen ince filmlerin düşük görünür bölge geçirgenliğinin iyileştirilmesi için, en düşük termokromik dönüşüm sıcaklığına sahip Vtip-1W numunesi üzerine SiO2 esaslı anti-reflektif kaplama yapılmıştır. SiO2 esaslı anti-reflektif kaplama sonucu görünür bölge geçirgenliğinin yaklaşık %3 mertebesinde arttığı belirlenmiştir.