Bor nitrür kuantum noktaları ile katkılı polimer nanokompozitlerinin sentezi ve potansiyel uygulamaları

Abstract

Bor nitrür kuantum noktaları (BNQDs) biyouyumlu olmaları, benzersiz kimyasal, optik ve fiziksel özellikler göstermeleri sebebiyle özellikle biyoalgılama, sensör, fotokataliz, kemoterapi, biyolojik görüntüleme ve metal iyonlarının tespiti gibi alanlarda yaygın bir kullanım alanı bulmuşlardır. Bu tez çalışması, sıfır boyutlu (0D) BNQDs’lerin hidrotermal yöntem ile sentezlenmesini ve sentezlenen BNQDS’lerin polivinil bütiral (PVB) polimeri içerisine katılarak yeni bir nanokompozit malzemenin üretilmesini konu almaktadır. Aynı zamanda BNQDs katkısının üretilen bu yeni kompozit malzemenin optik özelliklerine etkisini de incelemektedir. Tez çalışmasında gelişmiş UV koruma ve yüksek fotolüminesans özelliklerine sahip polimer nanokompozit filmler basit bir çözelti oluşturma ve döküm yöntemi ile başarıyla sentezlenmiştir. BNQDs’ler polimere ağırlıkça farklı oranlarda (%0,025, %0,25, %0,4) eklenmiştir. Filmlerin UV koruma özelliklerini belirlemek amacıyla filmler farklı UV bozunma sürelerinde (24, 72, 170, 240 saat) bozundurulmuş ve UV koruyucu özellikleri geçirgenlik sonuçları ile test edilmiştir. Elde edilen nanokompozitlerin yapısal ve morfolojik özellikleri Taramalı elektron mikroskobu (SEM), Geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ile belirlenmiştir. Optik özellikleri ultraviyole ve görünür (UV-Vis) ve fotolüminesans (PL) analizleri ile gösterilirken fonksiyonel grupları ve kimyasal etkileşimi belirlemek için Fourier dönüşümlü kızılötesi spektrofotometresi (FTIR) ve mikro-Raman spektroskopisi kullanılmıştır. Morfolojik görüntüler üretilen BNQDs’lerin PVB polimeri içerisinde homojen bir şekilde dağıldığını göstermektedir. En yüksek UV koruma performansı %0,25 ve %0,4 oranında BNQDs ile katkılanmış nanokompozitlerde gözlenmiştir. Bu katkılama ile elde edilen nanokompozitler UV bölgesindeki geçirgenliği sırasıyla %69 ve %95 oranında azaltmıştır. BNQDs katkısı olmadan sentezlenen saf PVB filmlerinin PL emisyonu oldukça düşüktür. Polimer içerisine BNQDs eklendikçe PVB filminin PL emisyonu büyük miktarda artış göstermiştir ve fotolüminesans özellikleri iyileştirilmiştir.

Boron nitride quantum dots (BNQDs) have found widespread use in biosensing, sensors, photocatalysis, chemotherapy, biological imaging, and detection of metal ions due to their biocompatibility and unique chemical, optical, and physical properties. This thesis study deals with synthesizing zero-dimensional (0D) BNQDs by hydrothermal method and producing a new nanocomposite material by incorporating the synthesized BNQDs into a polyvinyl butyral (PVB) polymer. It also investigates the effect of BNQDs additive on the optical properties of this new composite material. The thesis study successfully synthesized polymer nanocomposite films with advanced UV protection and high photoluminescence properties by a simple solution formation and casting method. BNQDs were added to the polymer at different ratios by weight (0.025%, 0.25%, 0.4%). To determine the UV protection properties of the films, the films were degraded at different UV decomposition times (24, 72, 170, and 240 hours), and transmittance results tested their UV protective properties. Scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) determined the structural and morphological properties of the obtained nanocomposites. Optical properties were demonstrated by ultraviolet and visible (UV-Vis) and photoluminescence (PL) analyses, while Fourier transform infrared spectrometry (FTIR) and micro-Raman spectroscopy were used to determine functional groups and chemical interactions. Morphological images show that the produced BNQDs were homogeneously distributed in the PVB polymer. The highest UV protection performance was observed in the nanocomposites doped with 0.25% and 0.4% BNQDs. The nanocomposites obtained with this doping reduced the transmittance in the UV region by 69% and 95%, respectively. The PL emission of pure PVB films synthesized without BNQDs additive is quite low. As BNQDs are added to the polymer, the PL emission of PVB film is increased greatly, and the photoluminescence properties are improved.