Titanyum yüzeyinde anodizasyon yöntemi ile TiO2 nanotüp eldesi ve nanotüplere Ag katkısı

Abstract

Anahtar Kelimeler: Anodizasyon, elektrolit, TiO2 nanotüp, Ag katkılandırma. Ti ve alaşımlarının yüzeyi, muhtelif yüzey modifikasyon teknikleri yardımıyla; biouyumluluk, elektronik, iyonik vb gibi yüzey özellikleri açısından iyileştirilebilir ve kullanım alanları genişletilebilir. Bu yüzey modifikasyon işlemleri arasında mekaniksel metodlar (kumlama, taşlama, parlatma vb), kimyasal metodlar (CVD, sol-jel, anodizasyon), fiziksel metodlar (termal sprey, PVD, iyon implantasyon vb), sayılabilir. Elektrolit çözeltileri içerisinde gerçekleştirilen anodizasyon işlemi, bu teknikler arasında en ucuz olanıdır. Anodizasyon, elektrokimyasal bir ortamda metal yüzey üzerinde koruyucu veya dekoratif amaçlı oksit film oluşturulması işlemidir. Elektrolit içerisinde malzemeye uygulanan bir gerilim ile çözeltide bulunan iyonlar vasıtası ile malzeme yüzeyinde bir oksit tabakası oluşturur. Uygulanan gerilim ve akıma bağlı olarak oksit tabakası morfolojik farklılıklar göstermektedir Titanyum ve titanyum alaşımlarına uygulanan bu işlemde kullanılan elektrolitin cinsine bağlı olarak titanyum diğer metallere göre farklı morfolojiye sahip oksit tabakaları oluşturmaktadır. Ortamda bulunan ve flor kaynağı olarak kullanılan HF gibi güçlü asitlerin varlığında, yüzey üzerinde oluşturulan oksit tabakanın çözünmesi sonucu küçük porların/çukurların oluşumuyla nanotüp tabakası elde edilir. Uygulanan anodizasyon potansiyeli (voltaj), akım, süre, elektrolitin cinsi ve sıcaklığı gibi anodizasyon parametreleri ile nanotüplerin çapı, uzunluğu ve morfolojisi kontrol edilebilmektedir. Bu çalışmada, ticari saflıkta titanyumun (Cp Ti) yüzeyinde anodizasyon yöntemiyle TiO2 nanotüp tabakası elde edilmiş ve nanotüplere gümüş (Ag) katkılandırması yapılmıştır. Deneyler, farklı anodizasyon potansiyellerinde (10V, 20V, 30V, 40V) ve farklı sürelerde (10dk, 20dk, 30dk, 40 dk) yapılmış olup, optimum parametre olarak 20V ve 30dk işlem süresi tespit edilmiştir. Ag katkılandırmasında amaç, malzemeye antibakteriyel özellik kazandırmaktır. Katkılandırma için, anodizasyon işlemi safhasında elektrolite gümüş nitrat (AgNO3) ilavesiyle, AgNO3 içeren solüsyonlar hazırlanarak anodizasyon sonrası sulu çözelti içine daldırma ve manyetik alanda sıçratma (sputtering) yöntemleriyle nanotüplerin içi Ag ile doldurulmaya çalışılmıştır. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalarla, titanyum yüzeyinde oluşturulan nanotüplere gümüş katkısı her üç yöntemle başarıyla gerçekleştirilmiştir.

Keywords: Anodization, electrolyte, TiO2 nanotube, Ag doping. Ti and its alloys surface properties in terms of biocompability, electronic properties etc can be improved by various surface modification techniques and its usage area could be widen by these techniques. These modification techniques consist of mechanical methods (grit blasting, grinding, polishing etc) chemical methods (CVD, Sol-Gel, anodizing) physical methods (thermal spraying, PVD, Ion implantation etc.) Anodizing which is carried out in an electrolytic is the cheapest method. Anodizing is a method of producing a protective film coating on metal surface in an electrolytic medium. Applying a voltage in an electrolytic medium, ions in consisting of electrolytic produce a thin oxide film on metallic surface of material. Oxide film?s morphology varies depending on the applied voltage and current values. Titanium metal and its alloys shows different oxide film morphologies by using different electrolytic beside the other metallic materials. In an electrolytic solution consisting such as a strong HF acid as a flor source, by decomposing oxide film several small porosities occur on anodised metallic surface. By this process mechanism titanium oxide nanotubes is produced. Nanotubes diameters lengths and morphologies could be controlled by applied anodizing potential (voltage) current (milliampere) time and electrolyte composition and electrolyte temperature. In this study, TiO2 nanotubes obtained by anodizing methods on commercial pure titanium and silver doping was carried out on the nanotubes. Experiments were carried out by using different anodizing voltages (10V, 20V, 30V, 40V) and different process time (10m, 20m, 30m, 40m) and optimum parameters were chosen as 20V and 30m. The aim of silver doping is to gain antibacterial properties to the titanium metal. In order to silver doping, AgNO3 containing solutions were prepared some of the samples were anodised in AgNO3 containing solutions and after anodizing process in acidic electrolytic anodised materials immerged into AgNO3 solutions. Magnetic sputtering is also used to silver doping into nanotubes as well. In these experiments, silver doping into titanium oxides were carried out succesufully by these three methods.