Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu

Recep Yiğit; Muhammed Hasan Aslan; Erdal Çelik

doi:10.17341/gazimmfd.1329331

Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu

Öz

Havacılık ve uzay uygulamalarında zehirli gazların insanlarla temas noktalarındaki etkisinin belirlenmesinde sensörler çok önemli bir etkiye sahiptir. Bu nedenle bu çalışmada, havacılık ve uzay alanında birçok farklı gazın etkilerinin insanlara zarar vermeden anlaşılabilmesi için ZnO filmlerin gaz sensörü uygulamaları önerilmektedir. Bu çalışma havacılık uygulamalarında kullanılacak gaz sensörleri için cam alt tabaka üzerinde ZnO yarı iletken filmlerin sentezini ve karakterizasyonunu sistematik olarak açıklamaktadır. Bu kaplamalar sol-jel tekniği kullanılarak cam altlıklar üzerinde başarılı bir şekilde sentezlenmiştir. Bu süreçte, farklı konsantrasyonlarda Zn asetat, metanol ve glasiyel asetik asit kullanılarak şeffaf çözeltiler hazırlanmıştır. Termal ve yapısal özelliklere ek olarak, düşük konsantrasyonlu Zn içeren çözeltiden hazırlanan filmin çatlaksız, iğne deliği içermeyen ve sürekli bir yüzeye sahip olduğu ve filmlerde yüzey pürüzlülüğü ve çatlakların artan katman sayısı ile arttığı bulunmuştur. ZnO tabanlı gaz sensörlerinin uçak içinde zehirli gazlara maruz kalınabilecek oda sıcaklığında ve termal yönetim ve kaza önleme açısından önemli olabilecek motor alanına yakın yüksek sıcaklıklarda kullanılması önerilmektedir. Bu çalışmaların dikkat çekici bir sonucu olarak, yenilikçi çalışmalar olarak çözelti koşulları ile film kalitesi arasında sistematik korelasyonlar kurulmuş ve sol-jel yöntemi ile yüksek kaliteli ZnO film üretilerek havacılık uygulamalarında gaz sensörlerinde kullanılmasına katkı sağladığı tespit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler

Kaynakça

1. Sunil S., Naveen, P., Porkodi., Kottiyatil A.J., Madhavan K., Ghosh P., Polymer composite sensors for automotive, aerospace, and other engineering applications, Polymeric Nanocomposite Materials for Sensor Applications, 479-500, 2023.
2. Demirbilek N., Kaya M., Yakuphanoğlu F., Investigation of structural and optical properties of pure ZnO and co-doped ZnO: Al: Mnx (x=1%, 2%, 3%, 5% at.) semiconductor thin films and electrical properties of produced diodes, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (1), 163-174, 2023.
3. Lang K., Liu T., Padilla D.J., Nelson M., Landorf C.W., Patel RJ., Ballentine M.L, Kennedy A.J., Shih W.S., Scotch A., Zhu J., Nanofibers enabled advanced gas sensors: A review, Advanced Sensor and Energy Materials, 3, 2024.
4. Yıldız B. M., Kalenderli Ö., Alta, Ö., Multi-Physical analysis of the effect of cable layout, distance between ables and ambient temperature on cable current carrying capacity in air vehicle wiring with finite element ethod, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 38 (4), 2147-2154, 2023.
5. Yaman N., Atmaca E., Flight delay prediction with machine learning algorithms in airline disruption management, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 39 (4), 2031-2040, 2024.
6. Nihal, R., Sharma, N., Kaur, B.C., Choudhary and J.K. Goswamy, DFT based comparative study of pristine gCN and gCN-ZnO composite as a sensor for CO and CO2 gases, Materials Letters, 324, 2022.
7. Ghosh A., Zhang C., Shi S., Zhang H., High temperature CO2 sensing and its cross-sensitivity towards H2 and CO gas using calcium doped ZnO thin film coated langasite SAW sensor, Sensors and Actuators B: Chemical, 301, 2019.
8. Radhakrishnan J.K., Geetika M.K., Effect of temperature modulation, on the gas sensing characteristics of ZnO nanostructures, for gases O2, CO and CO2, Sensors International, 2, 2021.

9. Ananthi S., Kavitha M., Ranjith Kumar E., Prakash T., Vandamar R., Ranjithkumar B., Balamurugan A., Srinivas Ch., Sastry D.L., Investigation of physicochemical properties of ZnO nanoparticles for gas sensor applications, Inorganic Chemistry Communications, 146, 2022.
10. Ohyama M., Kozuka H., Yoko T., Sol-gel preparation of ZnO films with extremely preferred orientation along (002) plane from zinc acetate solution, Thin Solid Films, 306, 78-85, 1997.
11. Ding J., Dai H., Chen H., Jin Y., Fu H., Xiao B., Highly sensitive ethylene glycol gas sensor based on ZnO/rGO nanosheets, Sensors and Actuators B: Chemical, 37, 2022.
12. Choi J.D., Choi G.M., Electrical and CO gas sensing properties of layered ZnO–CuO sensor, Sensors and Actuators B, 69, 120-126, 2000.
13. Moulson A.J., Herbert J.M., Electroseramics, Chapman and Hall, New York, 166-176,1990.
14. Bandyopadhyay S., Paul G.K., Roy R., Sen S.K., Sen S., Study of structural and electrical properties of grain-boundary modified ZnO films prepared by sol–gel technique, Materials Chemistry and Physics, 74, 83-91, 2002.
15. Kumawat A., Chattopadhyay S, Misra K.P., Misra R.D.K., Kumari P., Micro-strain governed photoluminescence emission intensity of sol-gel spin coated Eu doped ZnO thin films, Thin Solid Films, 761, 2022.
16. Pierre A.C., Introduction to Sol-gel processing, Kluwer Academic Publisher, Boston, 6-7, 1998.
17. Ning W., Shen H., Liu H., Study of the effect of preparation method on CuO-ZnO-Al2O3 catalyst, Applied Catalysis A: General, 211, 153-157, 2001.
18. Celik E., Yigit R., Yildirim S., Avci E., Hascicek Y.S., A systematic study in synthesis of CeO2 films on Ni tapes from different precursors using sol-gel process, Journal of the Australian Ceramic Society, 56, (4), 1515-1529, 2020.
19. Frascio M., Mandolfino C., Moroni F., Jilich M., Lagazzo A., Pizzorni M., Bergonzi L., Morano C., Alfano M., Avalle M., Appraisal of surface preparation in adhesive bonding of additive manufactured substrates, International Journal of Adhesion and Adhesives, 106, 2021.
20. Al-Yaseri A, Abbasi G.R., Yekeen N., Al-Shajalee F., Giwelli A., Xie Q., Effects of cleaning process using toluene and acetone on water-wet-quartz/CO2 and oil-wet-quartz/CO2 wettability, Journal of Petroleum Science and Engineering, 208, 2022.
21. Conceicao L.da., Souza M.M.V.M., Synthesis of La0.7Sr0.3MnO3 thin films supported on Fe–Cr alloy by sol–gel/dip-coating process: Evaluation of deposition parameters, Thin Solid Films, 534, 218-225, 2013.
22. Aksoy S., Physical characterization of nano-structured metal oxide films obtained by sol gel spin coating method. PhD Thesis, Anadolu University, Institute of Science and Technology, Eskisehir, 2017.
23. Kittel C., Introduction to solid state physics. (8th Edition). United States of America: John Wiley and Sons, Inc. 2005.
24. Kaelble E., Handbook of X-rays for diffraction, emission, absorption and microscopy, 6th Edition, New York: McGraw-Hill, 1967.
25. Chen B., Yang R., Dong J., Wang S., Wang J., Huan Y., Development of in-situ SEM torsion tester for microscale materials, Measurement, 139, 421-425, 2019.
26. Lostao A., Lim K.S., Pallares M.C., Ptak A., Marcuello C., Recent advances in sensing the inter-biomolecular interactions at the nanoscale – A comprehensive review of AFM-based force spectroscopy, International Journal of Biological Macromolecules, 238, 2023.
27. Shimadzu Co., Scanning Scratch Tester SST-W101 Instruction Manual, 4–5, Shimadzu, 2003.
28. Celik E., Culha O., Uyulgan B., Ak Azem N.F., Ozdemir I., Turk A., Assessment of microstructural and mechanical properties of HVOF sprayed WC-based cermet coatings for a roller cylinder, Surface & Coatings Technology, 200, 4320–4328, 2006.
29. Jubu P.R., Obaseki O.S., Nathan-Abutu A., Yam F.K., Yusof Y., Ochang M.B., Dispensability of the conventional Tauc’s plot for accurate bandgap determination from UV–vis optical diffuse reflectance data, Results in Optics, 9, 2022.
30. Pierre A.C., Introduction to Sol–Gel Processing, Springer US, Boston, 1998.
31. Brinker C.J., Scherer G.W., Sol–Gel Science: The Physics and Chemistry of Sol–Gel Processing, Academic Press, San Diego, 25–30, 1990.
32. Jodati H., Tezcaner A, Evis Z, Alshemary A.Z., Çelik E, Synthesis of baghdadite using modified sol–gel route and investigation of its properties for bone treatment applications, Journal of the Korean Ceramic Society, 60, 381–398, 2023.
33. Waghchaure R.H., Adole V.A., Kushare S.S., Shinde R.A., Jagdale B.S., Visible light prompted and modified ZnO catalyzed rapid and efficient removal of hazardous crystal violet dye from aqueous solution: A systematic experimental study, Results in Chemistry, 5, 2023.
34. Hsueh T.J., Hsu C.L., Chang S.J., Chen I.C., Laterally grown ZnO nanowire ethanol gas sensors, Sensors and Actuators B, 126, 473–477, 2007.
35. Pierre A.C., Introduction to Sol-gel Processing, Kluwer Academic Publishers, 36, Boston, 1998.
36. Celik E., Avci E., Hascicek Y.S., Growth characteristic of ZrO2 insulation coatings on Ag/AgMg sheathed Bi-2212 superconducting tapes, Materials Science and Engineering B, 110, 213-220, 2004 .
37. Phonthammachai N., Rumruangwong M., Gulari E., Jamieson A.M., Jitkarnka S., Wongkasemjit S., Synthesis and rheological properties of mesoporous nanocrystalline CeO2 via sol–gel process, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 247, 61-68, 2004.
38. Knoth K., Hühne R., Oswald S., Schultz L., Holzapfel B., Highly textured La2Zr2O7 buffer layers for YBCO coated conductors prepared by chemical solution deposition, Supercond. Sci. Technol., 18, 334-339, 2005. 39. Tahar R.B.H., Structural and electrical properties of aluminum-doped zinc oxide films by sol-gel process, J. the European Ceramic Society, 25, 3301-3306, 2005.
40. Kakani S.L., Kakani A., Material Science, ISBN (13), 978-81, 2004.
41. Zang Y., Lin B., Fu Z., Lui C., Han W., Rectifying behavior of nanocrystalline ZnO films, Optical Materials, 28, 1192-1196, 2006.
42. Bura M., Singh G., Gupta D., Malik N., Salim A., Kumar A., Singhal R., Kumar S., Aggarwal S., Transition in the preferred orientation of RF sputtered ZnO/Si thin films by thermal annealing: Structural, morphological, and optical characteristics, Optical Materials, 133, 2022.
43. Li Y., Fei Y, Xie A., Li Y., Sun D., Investigation of properties of ZnO and MgxZn1-xO films prepared by sol-gel method, Journal of Molecular Structure, 1261, 2022.
44. Sen F., Celik E., Toparli M., Transient thermal stress analysis of CeO2 thin films on Ni substrates using finite element methods for YBCO coated conductor, Materials and Design, 28, 710-714, 2007.
45. Al Hassan M.R., Fuzzaman A., Islam M.A., Salam K., Amin K.F, Hasan M.K., Synthesis of spray deposited transition metals doped (Cr, Mn, Fe, Ni, and Cu) compositionally complex ZnO thin films with enhanced band gap and magnetism, Results in Materials, 13, 2022.
46. Wang S., Xia G., Shao J., Fan Z., Structure and UV emission of nanocrystal ZnO films by thermal oxidation, J. Alloys and Compounds, 424, 304-306, 2006.
47. Asar N., Synthesis of zinc oxide (ZnO) nanostructures and investigation of sensor properties, MSc Thesis, Istanbul University, Institute of Science, Istanbul, 2011.

Ayrıntılar

Birincil Dil

Türkçe

Konular

Malzeme Bilimi ve Teknolojileri

Bölüm

Araştırma Makalesi

Yazarlar

Recep Yiğit ^*
0000-0002-6263-0636
Türkiye

Muhammed Hasan Aslan
0000-0002-1615-152X
Türkiye

Erdal Çelik
0000-0002-5922-5488
Türkiye

Erken Görünüm Tarihi

18 Kasım 2024

Yayımlanma Tarihi

3 Şubat 2025

Gönderilme Tarihi

18 Temmuz 2023

Kabul Tarihi

26 Temmuz 2024

Yayımlandığı Sayı

Yıl 2025 Cilt: 40 Sayı: 2

DOI

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1329331

IZ

https://izlik.org/JA79BP92NR

Kaynak Göster

RIS / Bibtex

APA

Yiğit, R., Aslan, M. H., & Çelik, E. (2025). Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 40(2), 1011-1026. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1329331

AMA

1.Yiğit R, Aslan MH, Çelik E. Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu. GUMMFD. 2025;40(2):1011-1026. doi:10.17341/gazimmfd.1329331

Chicago

Yiğit, Recep, Muhammed Hasan Aslan, ve Erdal Çelik. 2025. “Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 40 (2): 1011-26. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1329331.

EndNote

Yiğit R, Aslan MH, Çelik E (01 Şubat 2025) Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 40 2 1011–1026.

IEEE

[1]R. Yiğit, M. H. Aslan, ve E. Çelik, “Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu”, GUMMFD, c. 40, sy 2, ss. 1011–1026, Şub. 2025, doi: 10.17341/gazimmfd.1329331.

ISNAD

Yiğit, Recep - Aslan, Muhammed Hasan - Çelik, Erdal. “Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 40/2 (01 Şubat 2025): 1011-1026. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.1329331.

JAMA

1.Yiğit R, Aslan MH, Çelik E. Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu. GUMMFD. 2025;40:1011–1026.

MLA

Yiğit, Recep, vd. “Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu”. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, c. 40, sy 2, Şubat 2025, ss. 1011-26, doi:10.17341/gazimmfd.1329331.

Vancouver

1.Recep Yiğit, Muhammed Hasan Aslan, Erdal Çelik. Havacılık ve uzay uygulamalarında gaz sensörleri için sol-jel tekniği ile cam altlık üzerine ZnO yarıiletken filmlerin sentezi ve karakterizasyonu. GUMMFD. 01 Şubat 2025;40(2):1011-26. doi:10.17341/gazimmfd.1329331

Cited By

Evaluation of ultrasonic probe and bath sonication methods for the dispersion of TiO 2 nanoparticles in PLA-based nanocomposites

Journal of Composite Materials

https://doi.org/10.1177/00219983251396647