ZnO Nanoparçacıklarının Hidrotermal Sentezi ve Karakterizasyonu

Abstract

Bu tezde hidrotermal yöntemle sentezlenen ZnO nanoparçacıkları, sentez süresinin yapısal, morfolojik, optik ve kolloidal özelliklere etkisi açısından incelenmiştir. ZnO nanoparçacıkları 5, 15, 25 ve 35 saatlik sürelerle sentezlenmiştir. Elde edilen örnekler, X-Işını Kırınımı (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Raman Spektroskopisi, Fotolüminesans (PL) Spektroskopisi ve Zeta Potansiyeli analizleri ile kapsamlı olarak karakterize edilmiştir. XRD analizleri tüm örneklerin hekzagonal wurtzite ZnO yapısına sahip olduğunu ve kristalitenin sentez süresiyle arttığını doğrulamıştır. SEM görüntüleri, morfolojinin 5 saatlik sentezde yoğun ve çiçek benzeri agregalardan, 35 saatlik sentezde daha ayrık çubuksu yapılara dönüştüğünü ortaya koymuş, reaksiyon süresinin morfolojiyi belirleyici temel faktör olduğunu göstermiştir. Raman spektroskopisi, yüksek kristaliniteyi ve wurtzite yapısını doğrularken, yaklaşık -25 mV değerindeki zeta potansiyeli sonuçları, sentez süresinden bağımsız olarak nanoparçacıkların kararlı kolloidal davranış sergilediğini ortaya koymuştur. Fotolüminesans analizi, yakın kızılötesi bölgede (~740-745 nm) kuvvetli kusur kaynaklı emisyonu belirlemiş ve 25 saatlik örnekte emisyon şiddetinin maksimuma ulaştığını göstererek kristal kalitesi ve radyatif kusur yoğunluğu arasında optimal bir dengeye işaret etmiştir.

This thesis examines the hydrothermal synthesis of ZnO nanoparticles, emphasizing the effect of reaction duration on their structural, morphological, optical, and colloidal properties. ZnO nanoparticles were synthesized over different time periods—5, 15, 25, and 35 hours. The synthesized materials were comprehensively characterized using X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM), Raman Spectroscopy, Photoluminescence (PL) Spectroscopy, and Zeta Potential analysis. XRD analysis confirmed the successful formation of the hexagonal wurtzite ZnO phase in all samples, with crystallinity increasing with synthesis time. SEM images showed morphology evolving from dense flower-like aggregates at 5 hours to dispersed rod-like particles at 35 hours, highlighting reaction time as a key factor. Raman spectroscopy confirmed high crystallinity and wurtzite structure, while zeta potentials (~ -25 mV) indicated stable colloidal behavior, independent of synthesis duration. Photoluminescence analysis identified a strong, defect-related emission in the near-infrared region (~740-745 nm), with the emission intensity peaking for the 25-hour sample, suggesting an optimal balance between crystal quality and radiative defect density.