YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ŞİŞECAM. YTÜ Fen-Edebiyat Fakültesi ve Şişecam Fabrikaları A.Ş. Tanışma Çalıştayı

Transkript

1 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ŞİŞECAM YTÜ Fen-Edebiyat Fakültesi ve Şişecam Fabrikaları A.Ş. Tanışma Çalıştayı Konuşmacılar: Prof. Dr. Metin Subaşı, YTÜ) Prof. Dr. Kubilay Kutlu, YTÜ Prof. Dr. Ulvi Avcıata, YTÜ Prof. Dr. Ahmet Ekerim, YTÜ Proje Müh. Nilay Ataktürk, Şişe Cam Araştırma Müh. Dadal Aruburnu, Şişe Cam Araştırma. Müh. Ateş Parlar, Şişecam Prof. Dr. Nergis Arsu,YTÜ Doç. Dr. Nilgün Kuşkonmaz, YTÜ Araş. Gör. Beyhan Tatar, YTÜ Doç. Dr. Hikmet Yükselici, YTÜ Yrd. Doç. Dr. Rıza Demirbilek, YTÜ Prof. Dr. Ulvi Avcıata, YTÜ Prof. Dr. Hüseyin Yıldırım, YTÜ Araş. Gör. Ümit Alkan, YTÜ Yrd. Doç. Dr. Çiğdem Oruç Luş, YTÜ Yrd. Doç. Dr. Serço Serkis Yeşilkaya, YTÜ Dr. Serap Güneş, YTÜ

2 YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ ŞİŞECAM YTÜ Fen-Edebiyat Fakültesi ve Şişecam Fabrikaları A.Ş. Tanışma Çalıştayı Tarih: 24 Ocak 2007, Çarşamba Zaman: 09:30 16:30 Yer: Y.T.Ü. Davutpaşa Kampüsü Fen Edebiyat Fakültesi, Konferans salonu Çalıştay düzenleme: Yrd. Doç. Dr. Rıza Demirbilek, Yrd. Doç. Dr. Serap Güneş ve Prof. Dr. Metin Subaşı

3 Sunuş Sanayi kuruluşları ile üniversitelerin araştırma ve geliştirme konularında işbirliği yapmaları, üretime; modern ürünler, yüksek kalite ve sürdürülebilirlik sağlaması açısından çok önemlidir. Bu sayede toplumların doğal yaşamla uyumlu çözümler üreterek dünya ekonomik ortamında ayakta kalmaları bir ölçüde kolaylaşabilir. Bu anlamda, Davutpaşa da komşu Şişecam Fabrikaları A.Ş. ve YTÜ Fen Edebiyat Fakültesi verimli bir işbirliği içerisinde bulunabilirler. Bu düşünceden hareket ederek iki kurum çalışanlarının tanışması ve ortak çalışma alanlarının araştırılması amacıyla bu çalıştay düzenlenmiştir tarihinde YTÜ Fen Edebiyat Fakültesi konferans salonunda yaklaşık 50 kişinin katılımı ile gerçekleştirilen bu çalıştayda, ilk önce Fizik ve Kimya Bölümleri ile Kimya Metalurji Fakültesi nden Malzeme Mühendisliği Bölümü ve Şişecam daki Ar-Ge faaliyetleri tanıtılmıştır. Akabinde, konuşmacılar kendi çalışma alanlarından birer sunum yapmışlardır. Bu çalıştayın gerçekleşmesinde katkıları olan Şişecam Ar-Ge Müdürü sayın Dr. Eşref Aydın a, YTÜ Fen Edebiyat Fakültesi Dekanı sayın Prof. Dr. Metin Subaşı na ve tüm katılanlara çok teşekkür ederim. Bu kitapçığın hazırlanması sırasında gönderilen metinleri tek tek gözden geçirerek göze çarpan düzeltmeleri yaptığı için sayın Yrd. Doç. Dr. Yeşim Lenger Özcanlı ya ve kapak düzeninin oluşturulmasındaki katkılarından dolayı eşim, sayın Melahat Demirbilek e ayrıca teşekkürlerimi belirtmek isterim. Rıza Demirbilek II

4 İçindekiler Açılış Konuşması Metin Subaşı YTÜ Fen-Edebiyat Fakültesi ve Şişecam Tanışma Çalıştayı, 24 Ocak 2007 Anıl (Levent) Özen Cam Teknolojisi ve AR-GE Dadal Arıburnu Kaplamalı Camlar Yüzey İşlemleri Hüseyin Ateş Parlar UV ile Kürleştirme Nergis Arsu Seramik Kalıba Döküm Yöntemi ile Desenli Cam Kalıbı Üretimi Nilgün Kuşkonmaz CeO 2 Filmlerin Yapısal Özellikleri Beyhan. Tatar Malzeme Karakterizasyonunda Optik Spektroskopik Yöntemler M. Hikmet Yükselici Lantanit iyonlarının Yük aktarımı ve 4f-5d Geçişleri, Barındırıcı İçerisinde Elektronik Enerji Eeviyeleri ve 4f-5d Geçişlerinin Camların Bazlık Özelliklerinin Belirlenmesinde Kullanılması Rıza Demirbilek Nanotoz sentezi ve Kullanım Alanları Ulvi AVCIATA Statik Elektriklenmeyi Gideren Yüzey Aktif Maddelerin Sentezi ve Karakterizasyonu Hüseyin YILDIRIM Özellikleri Geliştirilmiş Polimerik Esaslı Kompozit Malzemelerinin Yıpratıcı Koşullar Altında Yıpranma Süreçlerinin Kinetik Doğası Ümit Alkan Gözenekli Silisyum Nem Sensöru Çiğdem Oruç Luş Organik ve Hibrid Güneş Pilleri Serap Güneş CdS/CdTe Güneş Pilleri S. Serkis Yeşilkaya III

5 Lantanit iyonlarının yük aktarımı ve 4f-5d geçişleri, barındırıcı içerisinde elektronik enerji seviyeleri ve 4f-5d geçişlerinin camların bazlık özelliklerinin belirlenmesinde kullanılması Rıza Demirbilek YTÜ Fen Edebiyat Fakültesi Fizik Bölümü Özet Lantanit iyonları optik spektroskopide sonda olarak kullanılmaktadırlar. Bu iyonlar bir barındırıcı içerisine yerleştirildiklerinde bunların yük aktarımı ve 4f-5d geçişleri yardımı ile barındırcı içerisine temel durumlarının enerjilerinin barındırıcının enerji durumlarına göre nerede olduğu belirlenebilr. Bu, malzeme dizaynı ve karekterizasyonunda önemli bir yardım olmaktadır. 1. Giriş Lantanit iyonları dış yörüngeleri tarafından perdelenen 4f yörüngesinin tam dolmamış olması nedeniyle hemen hemen serbest atomlara yakın ışıma çizgilerine sahip olmaları nedeniyle pek çok fiziksel etkilerin araştırılmasında sonda görevi görürler. Ayrıca bu çizgisel darlık onları pek çok lazer ve floresans malzemesinde katkı iyonu olarak kullanılmalarına neden olmaktadır. Nd:YAG lazer kristali ve televizyon ekranları bunlara birer örnektir. Lantanit iyonlarının önemli bir özelliği de lantanit serisi içerisinde (Ce-Yb) çoğu özelliklerinin bir sistematiklik göstermesidir. Örneğin reduksiyon veya oksidasyonlarına bağlı özellikler bu iyonların temel durumları açısal momentumlarının bir fonksiyonudur [1]. Şekil 1 de bu özellik açıkça görülmektedir. α n 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb α O n, (Oxidasyon) α R n, (Reduksiyon) 0, n (4f-orbitalindeki elektron sayisi) Şekil-1: 3+ değerlikli lantanit iyonlarının 4f orbitalindeki elektronların sayısına bağlı olarak bir oksidasyon veya reduksiyona bağlı özelliklerin değişimi Şekil-1 de görüldüğü üzere 4f orbitali yarısından az dolu iken oksidasyona bağlı özellikler gittikçe büyüyen değer alırken reduksiyona bağlı özellikler gittikçe küçülen değerler almaktadır. Eğer 4f orbitali yarısından daha fazla elektronlarla doluysa bu bağlılıklar tam tersi durum sergilemektedir. Bu simetrik durum, nitel olarak bir iki tane iyonun herhangi bir oksidasyona veya reduksiyona bağlı özelliğini tespit edilebilmesi halinde diğer iyonlar için bir kestirmede bulunabilmemize olanak verir. 2. Lantanitlerde 4f-5d geçişleri Genel olarak bir Lantanit iyonunun 4f-5d geçiş enerjisi şu şekilde gösterilebilir: E fd ( n, i+, B ) Burada; B, barındırıcı ortamı, n, 4f orbitalinde bulunan elektron sayısını, i+ ise söz konusu lantanitin değerliliğini göstermektedir. Buna göre 2+ değerlikli europium için bu gösterim şöyle olur: E fd (7, 2+, B) Genel olarak bir barındırıcı ortamda bir katkı iyonunun enerji seviyelerini belirleyen etkenler iki grup halinde dikkate alaınabilir. Birincisi; elektronik etkileşim, spin yörünge etkileşimi ve değiş-tokuş etkileşiminde oluşan iyonun kendi içindeki etkileşimleri ve ikincisi; kristal alan yarılması, aniyonlarla kovalentlik ve anyonların kutuplanmasından oluşan iyonun çevresi ile etkileşimidir. Bu bilgiler ve literatürde verilen çok sayıdaki spektroskopik veriler sonucu bir barındırıcı içerisinde 2+ değerlikli bir lantanit iyonunun 4f-5d geçişi enerjisi şu şekilde verilir [2, 3]: E fd (n, 2+, B ) = E serb (n, 2+ ) D( 2+, B) (1) Bu eşitliğin sağ tarafındaki birinci terim, serbest 2+ değerlikli Lantanit iyonunu 4f-5d geçişi enerjisidir. Bu terim sabit ve barındırıcı ortamdan bağımsızdır. İkinci terim ise kristal alan tarafından düşürülen enerji miktarıdır. Bazı iki değerlikli lantanit 17

6 iyonlarının CsCdBr 3 kristalinde ölçülmüş 4f-5d geçişleri şekil-2 de verilmiştir. 3. Lantanitlerde Yük Aktarımı Geçişleri Yük aktarımı (YA, charge transfer) geçişi, dikkate alınan bir komplexin elektron dağılımının başlangıç durumuna göre farklı olduğu uyarma durumu olarak tanımlanır [4]. Lantanit iyonu katkılandırılmış bir barındırıcı içerisinde bu durum, bir elektronun ligand aniyonlardan lantanit iyonuna aktarılarak onu reduksiyona uğratmasıdır, şekil-1. Bir elektron barındırıcının valens bandından 3+ değerlikli lantanite geçer. Geride valens bandında bir deşik bırakırken 3+ değerlikli lantanit iyonu da 2+ değerlikli olur. Bu, valens bandı üst seviyesinden 2+ değerli lantanit iyonunun 4f temel durumu arasındaki enerjiye denk gelir. Buradan 2+ değerlikli bir iyonun yasak band aralığında mutlak enerji seviyesi belirlenebilir. Genel olarak bir Lantanitin YA geçiş enerjisi şu şekilde gösterilebilir: E Vf (n, i+, B ) Burada; B, barındırıcı ortamı, n, 4f n düzeni, 4f orbitalinde bulunan elektron sayısını, i+ ise söz konusu lantanitin değerliliğini göstermektedir. Herhangi bir üç değerlikli lantanit iyonunun yük aktarımı geçişi şu şekilde hesaplanabilir: E Vf (n+1,2+,b) = E YA (6,3+,B) + ΔE YA (n,6,3+) (2) Bu eşitliğin sağ tarafındaki birinci terim Eu 3+ iyonunun B barındırıcısındaki yük aktarımı geçişi enerjisidir. Bu enerji bir ölçüm ile belirlenebilir. İkinci terim ise 4f orbitalinde n elektron bulunan bir lantanit iyonunun europiyum iyonuna göre şekil-1 de belirtilen sistematik gereği olan farkı. Bu fark da artık deneysel olarak bilinmektedir [2]. Energy [1000 cm -1 ] band edge undoped 4f-5d 3 P 2 3 P 0 4f - 4f transitions CsCdBr 2 : Pr 3+ Sm Eu 3+ Tm 3+ Yb 3+ Şekil-2: CsCdBr 3 kristalinde katkılandırılmış bazı lantanit iyonlarının ölçülmüş yük aktarımı ve 4f-5d geçişleri [3] 5 D 2 3 P 2 1 D 2 1 G 4 4. CsCdBr 3 kristalinde katkılandırılmış lantanit iyonlarının temel durumlarının enerji konumları Önceki kesimlerde belirtilenler ışığında ölçülmüş değerler dikkate alınarak CsCdBr 3 içine katkılandırılmış lantanit iyonlarının temel durum enerji seviyeleri şekil-3 te gösterilmiştir. Europium ve Pr için ölçülen 4f-5d geçişleri lantanitlerin 5d seviyesinin iletkenlik bandının hemen altında ve kısmen de iletkenlik bandı ile çakıştıği anlaşılmaktadır. Bu 5d-4f emisyonlarını gözlemlemeyi engellemektedir. Energy, ev Ce 3+ Sm 2+ Rare Earths in CsCdBr 3 Eu 2+ Tb 3+ Tm 2+ Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Rare Earths Şekil-3: CsCdBr 3 kristalinde katkılandıklarında lantanit iyonlarının temel durumlarının enerjik konumları 5. 4f-5d geçişlerinin optik bazlık ölçeği olarak kullanılması Optik bazlık, katı maddelerin, özellikle de camların bazlık derecesini bir ölçüsü olarak kullanılır. Tl +, Pb 2+, Bi 3+ gibi iyonların optik geçiş enerjileri içinde bulundukları ortama bağlı olarak değişirler. Bu değişim CaO içindeki geçiş enerji ile karşılaştırılarak bir ölçek oluşuturulmuştur [5] Bu ölçeğe göre yukarıda değinilen iyonlardan birinin elektronik geçişi bazlık derecesi bilinmek istenen madde içinde spektroskopik olarak ölçülür. Böylece sözkonusu maddenin bazlık özelliği CaO ile karşılaştırılmış olarak tespit edilmiş olur. Önceki kesimlerde değinildiği gibi Ce 3+ iyonunun 4f-5d geçişleri de ortama bağlı olarak değişmektedir. Bu değişim dikkate alınarak da bir ölçekleme mümkündür [6]. 6. Kaynaklar [1] Ionova G. et al., (1995), New J. Chem. 19, (5-6), p. 677 [2] Dorenbos P., Journal of Luminescence 108 (2004) p. 301 [3] Demirbilek R. et al. SPIE Vol. 4766, p.47 [4] Struck & Fonger, (1992), Optical Properties of Excited States in Solids ed. By Di Bartolo p. 479 [5] Duffy J A et al., J. Phys. Chem. B 1997, 101, 4188 Yb 2+ [6] Dorenbos P, J. Non-Cryst. Solids 324 (2003)

7 Kitapçık hazırlama: Rıza Demirbilek Basım: YTÜ Fen Edebiyat Fakültesi