Karışık metal katyonlu borat yapılarının sentezi, yapısal özelliklerinin incelenmesi ve fotodiyot uygulamaları
[ X ]
Tarih
2025
Yazarlar
Dergi Başlığı
Dergi ISSN
Cilt Başlığı
Yayıncı
Hitit Üniversitesi
Erişim Hakkı
info:eu-repo/semantics/openAccess
Özet
The borate structures with the general formula MMeR(BO₃)₂ (M: Na⁺, K⁺; Me: Sr²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺; R: La³⁺, Ce³⁺, Nd³⁺, Sm³⁺, Er³⁺), synthesized within the scope of this study, exhibit structural differences compared to borate compounds reported in the literature. In the synthesis of mixed-metal borates containing three different cations, the acetate salts of the cations were used, and the solid-state method was preferred. Mixed-metal borates are compounds formed by the combination of a borate group and two or more metal cations. In the structure of the synthesized mixed-metal borates, alkali metal cations are coordinated by six oxygen atoms, alkaline earth metal (AEM) cations by nine oxygen atoms, and rare earth metal (REM) cations by six oxygen atoms. In recent years, borate materials have increasingly attracted research attention due to their structural diversity and functional properties. Considering the importance of borate compounds in both industrial and scientific research fields, the primary aim of this study is to synthesize novel types of mixed-metal borate compounds and investigate their structural properties. Structures containing isolated boron groups (BO₃³⁻) and (BO₄⁴⁻) demonstrate strong potential for use across a wide spectral range, from the visible (VIS) to deep ultraviolet (UV) regions. Mixed-metal borates are considered promising candidates for improving performance characteristics such as luminescence efficiency, temporal stability, lifetime, and color purity in plasma display panels. The mixed-metal borate compounds synthesized in this study were characterized using various techniques, including powder X-ray diffraction (P-XRD), Fourier-transform infrared spectroscopy (FT-IR), inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), thermal analysis (TGA/DTA), scanning electron microscopy coupled with energy-dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDX), and photoluminescence (PL) spectroscopy. Some of the characterized materials (KCaLa(BO₃)₂, KCaNd(BO₃)₂, KSrSm(BO₃)₂, KCaSm(BO₃)₂ and NaSrEr(BO₃)₂) have been developed into devices to be investigated in the context of photodiode applications.
Bu çalışma kapsamında sentezlenen MMeR(BO₃)₂ (M: Na⁺, K⁺; Me: Sr²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺; R: La³⁺, Ce³⁺, Nd³⁺, Sm³⁺, Er³⁺) formülasyonuna sahip borat yapıları, literatürde bulunan borat bileşiklerinden farklılık göstermektedir. Üç farklı katyon içeren karışık metal boratların sentezinde, katyonların asetat tuzları kullanılarak katı hal yöntemi tercih edilmiştir. Karışık metal boratlar, bir borat molekülü ile iki veya daha fazla metal katyonunun birleşimiyle oluşan bileşiklerdir. Sentezlenen bu karışık metal borat yapılarında; alkali metal katyonları altı oksijen atomu ile, toprak alkali metal (AEM) katyonları dokuz oksijen atomu ile ve nadir toprak elementi (NTE) katyonları ise altı oksijen atomu ile koordine hâlde bulunmaktadır. Son yıllarda, borat malzemelerinin yapısal çeşitliliği ve fonksiyonel özellikleri nedeniyle araştırmalarda yoğun biçimde yer aldığı görülmektedir. Borat bileşiklerinin hem endüstriyel hem de bilimsel araştırma alanları açısından taşıdığı önem göz önünde bulundurulduğunda, bu çalışmanın temel amacı; yeni tip karışık metal borat bileşiklerinin sentezlenmesi ve bu bileşiklerin yapısal özelliklerinin araştırılmasıdır. İzole bor grupları (BO₃³⁻) ve (BO₄⁴⁻) içeren yapılar, görünür (VIS) bölgeden derin ultraviyole (UV) bölgesine kadar geniş bir kullanım potansiyeline sahiptir. Karışık metal boratlar, plazma ekran panellerinin lüminesans verimliliği, zaman kararlılığı, ömür süresi ve renk saflığı gibi performans özelliklerinin iyileştirilmesine yönelik potansiyel malzemeler olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışmada sentezlenen karışık metal borat bileşikleri; toz x-ışını kırınımı (P-XRD), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi (FT-IR), indüktif eşleşmeli plazma-kütle spektrometrisi (ICP-MS), termal analiz (TGA/DTA), taramalı elektron mikroskobu-enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (SEM-EDX) ve fotolüminesans (PL) spektroskopisi gibi çeşitli tekniklerle karakterize edilmiştir. Karakterize edilen malzemelerden bazıları (KCaLa(BO₃)₂, KCaNd(BO₃)₂, KSrSm(BO₃)₂, KCaSm(BO₃)₂ ve NaSrEr(BO₃)₂), fotodiyot uygulamaları kapsamında incelenmek üzere aygıt hâline getirilmiştir.
Bu çalışma kapsamında sentezlenen MMeR(BO₃)₂ (M: Na⁺, K⁺; Me: Sr²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺; R: La³⁺, Ce³⁺, Nd³⁺, Sm³⁺, Er³⁺) formülasyonuna sahip borat yapıları, literatürde bulunan borat bileşiklerinden farklılık göstermektedir. Üç farklı katyon içeren karışık metal boratların sentezinde, katyonların asetat tuzları kullanılarak katı hal yöntemi tercih edilmiştir. Karışık metal boratlar, bir borat molekülü ile iki veya daha fazla metal katyonunun birleşimiyle oluşan bileşiklerdir. Sentezlenen bu karışık metal borat yapılarında; alkali metal katyonları altı oksijen atomu ile, toprak alkali metal (AEM) katyonları dokuz oksijen atomu ile ve nadir toprak elementi (NTE) katyonları ise altı oksijen atomu ile koordine hâlde bulunmaktadır. Son yıllarda, borat malzemelerinin yapısal çeşitliliği ve fonksiyonel özellikleri nedeniyle araştırmalarda yoğun biçimde yer aldığı görülmektedir. Borat bileşiklerinin hem endüstriyel hem de bilimsel araştırma alanları açısından taşıdığı önem göz önünde bulundurulduğunda, bu çalışmanın temel amacı; yeni tip karışık metal borat bileşiklerinin sentezlenmesi ve bu bileşiklerin yapısal özelliklerinin araştırılmasıdır. İzole bor grupları (BO₃³⁻) ve (BO₄⁴⁻) içeren yapılar, görünür (VIS) bölgeden derin ultraviyole (UV) bölgesine kadar geniş bir kullanım potansiyeline sahiptir. Karışık metal boratlar, plazma ekran panellerinin lüminesans verimliliği, zaman kararlılığı, ömür süresi ve renk saflığı gibi performans özelliklerinin iyileştirilmesine yönelik potansiyel malzemeler olarak değerlendirilmektedir. Bu çalışmada sentezlenen karışık metal borat bileşikleri; toz x-ışını kırınımı (P-XRD), Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi (FT-IR), indüktif eşleşmeli plazma-kütle spektrometrisi (ICP-MS), termal analiz (TGA/DTA), taramalı elektron mikroskobu-enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (SEM-EDX) ve fotolüminesans (PL) spektroskopisi gibi çeşitli tekniklerle karakterize edilmiştir. Karakterize edilen malzemelerden bazıları (KCaLa(BO₃)₂, KCaNd(BO₃)₂, KSrSm(BO₃)₂, KCaSm(BO₃)₂ ve NaSrEr(BO₃)₂), fotodiyot uygulamaları kapsamında incelenmek üzere aygıt hâline getirilmiştir.
