Sol-Jel Reaksiyonu ile Elde Edilen Tio2’in Akıllı Ambalajlarda Oksijen Sensörü Olarak Kullanılması

Abstract

Gıda ürünlerinde paketleme sonrası, son yıllardaki yenilikçi gelişmelerden biri de, farklı nanopartikül veya moleküler modifikasyon ile belirli bir matriks (etiket, kağıt, polimer malzeme) üzerine yerleştirilen sensörik yapıların gıdada meydana gelen değişimleri ve bozulmaları kolayca gözlenebilir hale getirmesidir. Bu yapılara içerdikleri nanomalzemelerin etkisi dolayısı ile akıllı malzemeler ya da akıllı ambalajlar (intelligent packaging) da denilebilir. Bu sayede paketlenmiş gıda yapısının asitliği, bazlığı, mikrobiyolojik aktivite ile meydana gelen değişiklikleri veya özel bir moleküle karşı aktivitesi gözlenebilir. Bu sensörik özellik, kontrollü bir şekilde elde edilen nanopartikülün yapısal, kristal boyutu, yüzey özellikleri, modifikasyonu, etkin yüzey alanı, kuantum karakterinin boyutu gibi parametrelerle kontrol edilebilir.

Bu çalışmada da benzer şekilde programlanmış başlangıç malzemelerinden çıkarak ve konsantrasyon, asitlik, yüzey ligantı gibi değişkenlerle istenen malzeme özelliklerine sahip olan TiO2 nanopartiküllerinin sentezi, karakterizasyonu ve moleküler fotokatalitik etkisi vasıtası ile oksijen sensörü olarak kullanılması amaçlanmıştır. İstenen boyut, yüzey özelliklerine sahip TiO2 nanoyapıları kontrollü ve modifiye sol-jel tekniği kullanılarak elde edilmiş, nanoboyuttaki partiküllerin kimyasal ve fiziksel özellikleri, termal karakterizasyonu, SEM tekniği, FT-IR gibi tekniklerle araştırılmış, UV-Vis ile band boşluk enerjisinin boyutu ve optik karakteri hakkında bilgi edinildikten sonra organik boya adsorpsiyonu yapılan yüzeylerden uzaklaştırılan moleküllerin kinetiği tayin edilerek nanoteknolojik oksijen sensörü olarak kullanılabilmesinin olumlu ve olumsuz yönleri modelleme ile araştırılmıştır. Akıllı yüzeyler ve ambalajlar, bir maddenin veya gıdanın depolama, taşıma, su ile teması, renk özellikleri, bozunma karakteristiği ve satış kısımlarına yaklaşırken muamele görüp görmediği konusu ve kalitesi hakkında araştırmacılara, kullananlara, üreticiye, perakendeciye ve alıcıya bilgi verdiğinden projede kullanılan nanopartiküllerin optik özelliklerine dayalı sensörik akıllı malzeme geliştirilmesi detaylıca incelenmiştir ve gelecekte endüstriyel olarak kullanılması amaçlanmaktadır.One of the innovative developments in recent years after packaging food products is that sensory structures placed on a certain matrix (label, paper, polymer material) with different nanoparticles or molecular modifications make the changes and deteriorations in the food easily observable. These structures can also be called smart materials or intelligent packaging due to the effect of the nanomaterials they contain. In this way, the acidity, alkalinity of the packaged food structure, changes occurring with microbiological activity or activity against a specific molecule can be observed. This sensory feature can be controlled by parameters such as structural, crystal size, surface properties, modification, effective surface area, and size of quantum character of the nanoparticle obtained in a controlled manner.

In this study, the synthesis, characterization and use of TiO2 nanoparticles, which have the desired material properties by starting from similarly programmed starting materials and having the desired material properties with variables such as concentration, acidity and surface ligand, and their use as oxygen sensors through their molecular photocatalytic effect, are described. TiO2 nanostructures with the desired size and surface properties were obtained using a controlled and modified sol-gel technique, the chemical and physical properties of the nano sized particles were investigated with techniques such as thermal, characterization, SEM technique, FT-IR, and the size and optical character of the band gap energy with UV-Vis. After obtaining information about it, the kinetics of the molecules removed from the organic dye adsorption surfaces were determined and the positive and negative aspects of using it as a nano technological oxygen sensor were investigated by modeling. Smart surfaces and packaging are based on the optical properties of the nanoparticles used in the project, as they provide information to researchers, users, manufacturers, retailers and buyers about the quality and storage of a substance or food, its contact with water, color properties, degradation characteristics and whether it is treated correctly during the sales stages. The development of sensoric smart materials has been studied in detail and is intended to be used industrially in the future.