Geçirimli elektron mikroskopi (TEM) teknikleri ile SiAlON esaslı malzemelerin atomik ölçekte karakterizasyonu

Abstract

Bu tez çalışmasının amacı, çeşitli geçirimli elektron mikroskobu (TEM) teknikleri ile SiAlON esaslı malzemeleri atomik ölçekte karakterize etmektir. Literatürde ilk defa, sonuçlar göstermiştir ki: (i) Yb ve Ce atomları kendilerine özgü olan ara-yer kafes pozisyonlarında tercihli olarak β-SiAlON kristal yapısı içerisine girmişlerdir. Ayrıca Yb'un bu özel ara-yer boşluklarında Ce'dan daha fazla çözünülürlüğe sahip olduğu belirlenmiştir; (ii) Daha açıklayıcı olarak, Yb atomları iki hegzagonal halka arasında yer alırken, Ce atomlarının çoğunluğu ise hegzagonların içerisinde bulunmaktadır; (iii) Bu gözlem aynı zamanda Yb-Ce ikili katyon sisteminde de doğrulanmıştır; (iv) Herhangi bir yardımcı katyon ilavesi olmaksızın Ce atomları α-SiAlON birim hücresinin üçgensel şekilli ara-yer sitelerinde bulunmaktadır; (v) Yb ve Ce atomları kalınlığı yalnızca 1 nanometreden daha az olan tanelerarası filmlerin (IGFs) yapısında tamamıyla amorf olmayan ve yarı-kristalin bir yapı oluşumuna karşılık gelen düzenli ve farklı bir şekilde sıralanmışlardır; (vi) Yb ve Ce atomları aynı zamanda kristalin/amorf (α-β SiAlON'lar/üçlü noktalar) arasındaki ara-yüzeylerde atomların bir küme haline gelerek sıralandığı geçiş bölgesi oluşturmuşlardır; (vii) Fe, Cr ve Ti atomları temel (Si,Al)(O,N)₄ tetrahedronlarında bir yer değiştirme mekanizması yardımıyla β-SiAlON kristal yapısı içerisine girmişlerdir ve (viii) Yb ve Ce katkılı β-SiAlON kafeslerinde yüksek lüminesans karakterin belirlenmesi güçlü bir şekilde β-SiAlON:Yb+2 ve β:SiAlON:Ce+3 fosforlarının sentezlenmesini önermektedir. Kısaca, burada sunulan ileri TEM bulguları bireysel nadir toprak ve geçiş metal atomlarının α- ve β-SiAlON kafesleri, IGF'ler ve ara-yüzeylerde açık bir şekilde görüntülenmesi ve belirlenmesini göstermektedir. Bu kapasite SiAlON esaslı yeni nesil yapısal ve optik malzemelerin her ikisinin tasarımında nasıl uygun katkı atomları ve ana SiAlON polimorflarının seçilmesi gerektiği hakkında yeni atomik seviye mühendislik yaklaşımları sunmaktadır. Bu tez çalışmasında elde edilen sonuçların, aynı zamanda farklı uygulama alanlarında kullanılan nadir toprak ve geçiş metal atomları ile katkılanmış malzemelere öncülük etmesi beklenmektedir.