Thesis (Ph.D)-Cairo University, 2025.

Bibliography: pages 107-126.

This thesis presents the synthesis, modification, and comprehensive
characterization of two advanced nanostructured systems: which the polymer-
supported zinc tin oxide (ZTO) nanocomposites (NPs) and also individual
graphene oxide (GO) thin films with a focus on tunable bandgap engineering for
potential optoelectronic and functional device applications. ZTO-NPs were
hydrothermally synthesized and embedded into a polyvinyl alcohol (PVA)
matrix to form flexible nanocomposite films with varying ZTO-NPs loadings
(5%, 8%, and 10%). Structural analysis via X-Ray Diffraction (XRD) confirmed
the formation of crystalline cubic-phase ZTO, which enhanced the crystallinity
of the PVA matrix. Fourier Transform Infrared (FT-IR) spectroscopy validates
interfacial interactions between nanoparticles and polymer chains, while Raman
analysis verified the retention of the inverse spinel structure. Scanning Electron
Microscopy (SEM) and Atomic Force Microscopy (AFM) demonstrate
concentration-dependent surface roughness due to nanoparticle aggregation and
dispersion. Optical investigations using UV/VIS/NIR Spectrophotometer
demonstrated a reduced optical bandgap and enhanced UV absorption,
particularly at 8% ZTO loading, while electrical measurements indicated
improved dielectric relaxation and AC conductivity due to defect-mediated
charge transport. The functionalized ZTO/PVA nanocomposites further exhibited high sensitivity in pH-dependent Quartz Crystal Microbalance QCM
sensing of arsenic ions, achieving a response of 113 Hz/ppm at pH 3.

Simultaneously, ultrathin graphene oxide (GO) thin films were fabricated
using a layer-by-layer spin coating technique from exfoliated graphite oxide via
a modified Hummer’s method. The films were analyzed to assess their structural
integrity, optical bandgap, and electronic properties. AFM and SEM analyses
demonstrated enhanced film homogeneity in optimized samples (notably GO8),
which correlated with improved optical properties and electronic coupling.
Optical and ellipsometric studies revealed that GO films, particularly the 8-layer
variant (GO8), displayed minimal interlayer defects and possessed a confined
semiconducting bandgap of 2.26 eV. This behavior is attributed to the
coexistence of sp² and sp³ hybridized carbon and the presence of oxygen-
containing groups. Additionally, the tunability of GO bandgap through
controlled oxidation and reduction underscores its adaptable functionality.

The studies indicate that both ZTO/PVA nanocomposites and GO thin films
provide complementary approaches to tailoring bandgaps and improving
material performance. This synergistic understanding of polymer-inorganic and
also carbon-based nanomaterials creates a promising foundation for developing
next-generation devices in optoelectronics, UV shielding, and flexible
electronics.

تركز على تطوير مواد نانوية متقدمة ذات خصائص فجوة طاقة قابلة للتحكم لتطبيقات الأجهزة الإلكترونية البصرية والوظيفية من الجيل القادم. يتضمن البحث تصنيع وتوصيف نظامين متكاملين: المركبات النانوية لأكسيد الزنك والقصدير المدعومة بالبوليمر (ZTO/PVA) وأغشية أكسيد الجرافين الرقيقة الفردية (GO). يقدم الفصل الأول خلفية علمية شاملة ومراجعة أدبية عن هندسة فجوة الطاقة للتطبيقات الإلكترونية البصرية، بينما يفصل الفصل الثاني الإجراءات التجريبية باستخدام تقنيات التوصيف المتقدمة بما في ذلك XRD وFTIR وطيف رامان وSEM وAFM وطيف UV-Vis-NIR. يعرض الفصل الثالث النتائج التي تُظهر أن المركبات النانوية ZTO/PVA تقدم بلورية ممتازة وفجوة طاقة قابلة للتحكم وقدرات مهمة لاستشعار أيونات الزرنيخ عبر QCM، بينما تُظهر أغشية GO سلوكاً بصرياً محكوماً بناءً على دورات الطلاء بالدوران. تُظهر النتائج تطبيقاً واعداً في هندسة فجوة الطاقة والاستشعار الكيميائي وتصميم المواد المتقدمة للأجهزة الضوئية وأجهزة الاستشعار. يوصي الفاحص د. أو.بي. تشيمانكار بقوة بمنح درجة الدكتوراه، مشيراً إلى البحث المخطط جيداً والمنشورات عالية الجودة في المجلات المحترمة.

تقرير الممتحن الثاني: أ.د. Prof. Dr. N.R. Pawar

Based on the Ph.D. thesis evaluation report:
This thesis by Ahmed Samir Abo El Ella El Sayed focuses on synthesizing and characterizing advanced nanomaterials, specifically Zn2SnO4/PVA nanocomposites and graphene oxide thin films for bandgap tuning applications. The research employs robust synthesis methods including hydrothermal synthesis and modified Hummers' method, with comprehensive characterization using XRD, FTIR, Raman spectroscopy, SEM, AFM, and other techniques. The thesis is well-structured across three chapters, covering literature review, synthesis protocols, critical analysis of structural and optical properties, future research directions, and synthesis of findings. A notable application includes arsenic ion sensing performance using quantum cutting methods (QCM). The candidate has published in reputable journals demonstrating scientific rigor and relevance. The work represents a substantial contribution to solid-state physics and materials science, bridging inorganic and carbon-based nanomaterials. The examiner strongly recommends awarding the Ph.D. degree, noting the work meets high standards for the field of Solid-State Physics and Nanomaterials.
تتناول هذه الرسالة المقدمة من الباحث أحمد سمير أبو العلا السيد موضوع تخليق ودراسة مواد نانوية متقدمة، وبالأخص متراكبات Zn₂SnO₄/PVA وأغشية أكسيد الجرافين الرقيقة بهدف ضبط فجوة الطاقة وتوظيفها في تطبيقات واعدة. وقد اعتمد الباحث على طرق تخليق متقدمة تشمل التخليق الحراري المائي وطريقة همرز المعدلة، مع إجراء توصيف متكامل للعينات باستخدام تقنيات حيود الأشعة السينية (XRD)، وقياسات الأشعة تحت الحمراء (FTIR)، والتحليل الطيفي رامان، والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM)، والمجهر القوة الذرية (AFM)، وغيرها من التقنيات التحليلية. جاءت الرسالة في إطار منهجي منظم من ثلاث فصول تضمنت مراجعة شاملة للأدبيات، وبروتوكولات التخليق، والتحليل النقدي للخصائص التركيبية والبصرية، فضلاً عن استعراض آفاق البحث المستقبلي وعرض النتائج المستخلصة. ومن بين التطبيقات المتميزة التي تناولتها الدراسة اختبار أداء المواد في استشعار أيونات الزرنيخ باستخدام تقنية الميزان البلوري الميكروي (QCM). وقد تمكن الباحث من نشر نتائجه في مجلات علمية محكّمة ومرموقة، مما يعكس أصالة العمل ودقته العلمية. وتشكل هذه الرسالة إسهاماً بارزاً في مجال فيزياء الحالة الصلبة وعلوم المواد، حيث تجمع بين المواد النانوية غير العضوية والمواد الكربونية. وبناءً على ما سبق، يوصي الممتحن بمنح درجة الدكتوراه للباحث، إذ يحقق العمل المعايير الأكاديمية والعلمية الرفيعة في تخصص فيزياء الحالة الصلبة والمواد النانوية.

Issues also as CD.

Text in English and abstract in Arabic & English.