Elektro Eğirme Tekniği ile Elde Edilmiş Tco İnce Filmlerde Nanoparçacık İlavesinin Elektriksel Özelliklere Etkisi

Abstract

Bu çalışmada elektro eğirme yöntemiyle üretilen ve saydam iletken oksit bir cam olan indiyum kalay oksitin (ITO) yüzeyine kaplananan fiberlerde nano parçacık katkılamanın fiberlerin yapısı ve elde edilen ince film elektrik özelliklerine etkisi araştırılmıştır. Bu amaçla, Polivinil Alkol (PVA) sulu çözeltisi hazırlanmış ve manyetik karıştırma yöntemiyle ağırlıkça % 3, 5, 10 and 20 oranında gümüş, çinko oksit ve titanyum oksit katkılaması yapılmıştır. Daha sonra nanoparçacık takviye edilmiş PVA çözeltileri ITO camın üstüne bir saat süreyle elektro eğirme yöntemiyle kaplanlanmıştır. Elde edilen filmlerdeki nanoparçacık takviyeli fiberlerin yapıları taramalı electron mikroskobu ile incelenmiş ve elde edilen ince fimlerin direnç ve özdirençleri değerleri belirlenmiştir. PVA fiberlerin içinde bulunan nano parçacıkların topaklandığı ve topaklanan bölgelerin büyüklüğünün kullanılan çözelti içindeki nanoparçacık miktarının artmasıyla birlikte arttığı görülmüştür. En az topaklanma TiO2 takviyeli fiberlerde görülmüş olup, en düşük topaklanma büyüklüğü olan 643.7 ± 85.5 nm ağırlıkça %3 TiO2 eklenen fiberlerde tespit edilmiştir. Benzer şekilde, en küçük fiber çapı ve homojen fiber büyüklük dağılımı TiO2 katkılı fiberlerde görülmüştür. Örneğin, ağırlıkça %3 TiO2, ZnO ve Ag nanoparçacık içeren fiberlerde fiber çapları sırasıyla 370, 376 and 380 nm olarak ölçülmüştür. TiO2 katkılı fiberlerdeki daha az topaklanma ve homojen fiber büyüklük dağılımı ITO cam üzerinde oluşturulan ince filmin elektriksel iletkenliğini de olumlu yönde etkilemiştir. Farklı miktarda nanoparçacık içeren tüm filmlerde nanoparçacık miktarının düşüşüyle birlikte film direnç ve özdirenci de düşmüştür. TiO2 içeren ince filmlerde, film direnci ITO camın direncine (34 ohm) nanoparçacık takviyesi ağırlıkça %10'a düşürüldüğünde ulaşmıştır ve daha az miktarda TiO2 ince filmler hedeflendiği şekilde ITO cama göre daha düşük direnç sergilemişlerdir. Diğer yandan, ZnO ve Ag takviyeli ince filmlerde ITO cam direncine ancak nanoparçacık miktarı ağırlıkça %5'e düşürüldüğünde ulaşılabilmiştir.

In this study, the effect of nanoparticle addition on morphology and electrical properties electrospun nanofibers coated on transparent conductive oxide glass, namely, Indium Tin Oxide (ITO) has been investigated. For this purpose, an aqueous solution of Polyvinyl Alcohol (PVA) was prepared and nanoparticles of silver, zinc oxide, and titanium dioxide were added in the range of 3, 5, 10 and 20 wt.% under the magnetic stirring action. Then, prepared nanoparticle doped PVA solutions were electrospun and coated on ITO glass for 1 h. Morhological characteristics of nanoparticle containing fibers in films were investigated using scanning electron microscope and the resistance and resistivity values of obtained thin films were measured. It has been observed that the nanoparticles displayed agglomeration in PVA fibers and the size of the agglomerated regions increased as the content of nanoparticle in solution increased. The smallest size of the agglomerated region in all type of solutions was seen in TiO2 added fibers. As low as 643.7 ± 85.5 nm agglomerate size was detected in 3 wt.% TiO2 added PVA solutions. Likewise, the smallest fiber diameter size and more homogenous fiber size distribution was observed in TiO2 added fibers. For example, the average fiber diameter were found to be around 370, 376 and 380 nm for TiO2, ZnO and Ag nanoparticle doped fibers by 3 wt.%, respectively. Less agglomeration and homogenous fiber size distribution in TiO2 doped fibers influencedthe electrical conductivity of thin film deposited on ITO glasses positively as well. In all of the thin films containing fibers doped with different amounts of nanoparticles, the resistance and the resistivity values decreased by decreasing the content of nanoparticles. For the TiO2 doped fiber containing film, the resistance became equilivalent to resistance of ITO glass (34 ohm) at 10 wt.% TiO2 addition, below which the resistance of the thin film decreased well beyond the resistance of ITO glass as targeted. On the other hand, for the thin films containing fiber doped with ZnO and Ag nanoparticles, ITO resistance value was reached when the nanoparticle content decreased down to 5 wt.%.