Nadir Toprak Elementi (Gd) Katkılı ZnO Nanoparçacıkların Sol-Jel Yöntemi ile Sentezlenmesi ve Karakteristik Özelliklerinin İncelenmesi

Abstract

Bu çalışmada yarı iletken çinko oksit (ZnO) malzemesine nadir toprak elementlerinden biri olan gadolinyum (Gd) elementi molce %10 oranında katkılanarak sol-jel yöntemine göre nanoboyutta sentezlendi. Elde edilen gadolinyum katkılı çinko oksit (Gd/ZnO) nanoparçacıkların morfolojik-kimyasal özellikleri taramalı elektron mikroskobu/enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (SEM/EDX), yapısal özellikleri X-ışını kırınımı (XRD), optik bant özellikleri ultraviyole görünür (UV-Vis) spektroskopisi ve fiziksel özellikleri parçacık boyutu analiziyle karakterize edildi. Çalışmada Gd katkılamanın ZnO üzerine etkisi ve Gd/ZnO nanoparçacığının yarı iletken teknolojisinde kullanımının araştırılması amaçlandı. Yapısal çalışma Gd/ZnO nanoparçacıklarının wurtzite oluşumunu XRD çalışması ile doğruladı. XRD analizinden kristalit boyutu, dislokasyon yoğunluğu ve mikro gerinim değerleri hesaplandı. SEM/EDX analizi Gd katkılamanın başarılı bir şekilde sentezlendiğini gösterdi. Tauc Plot metodu ile direkt ve indirekt bant aralığı değerleri sırasıyla 3.06 eV ve 2.89 eV olarak hesaplanarak Gd katkı maddesinin bant aralığı üzerindeki etkisi incelendi. Gd3+ iyonlarının ZnO yapısına katkılanmasıyla kırmızıya kayma gözlendi. Gd/ZnO örneğinin ortalama parçacık boyutu dağılımı 209.4 nm olarak elde edildi. Elde edilen sonuçlar literatürdeki katkısız ZnO ile karşılaştırıldı. Sonuç olarak, sentezlenen Gd/ZnO nanoparçacıkların yarıiletken endüstrisinde nanomalzeme olarak, özellikle de güneş pillerinde kullanım alanı bulabileceğini gösterdi.