Theses supervised by Prof. Dr. Ender Suvacı
22 theses · Anadolu University, Eskişehir Technical Üniversity
Farklı boyut ve şekillerdeki zno tozlarının emülsiyon içerisindeki davranışları ve güneş koruma performanslarının değerlendirilmesi
ZnO cildi zararlı UV ışınlarından geniş spektrumda özellikle de UVA bölgesinde koruyabilen aktif bir güneş kremi içeriğidir. Ancak mikron boyutlu ZnO görünür ışığı yansıtması ve saçması sebebi ile güneşten koruyucunun cilt üzerinde beyaz bir etki bırakmasına sebep olmaktadır. Araştırmacılara göre partikül boyutunun nanometre skalasına düşürülmesi ile görünür ışığın yansıtılması azaltılıp transparan bir görünüm elde edilebilmektedir. Ancak, nano partiküller deri altına penetre olabilirler ve aglomere olmaya eğilimlidirler bu sebeple kullanımında endişe ve çekinceler olmaktadır. Bu çalışmanın bilimsel amacı, ZnO nano partiküllerinin UV filtre özelliklerini korurken negatif etkilerini elimine etmek amacı ile tasarlanmış nano birincil tanelere sahip mikron boyutlu plaka şekilli MicNo olarak adlandırılan ZnO tozlarının üretimleri esnasında başlangıç kaynağı, sıcaklık gibi parametrelerin etkilerinin tespit edilmesidir. MicNo tozlarının üretimi T1-T15 sıcaklıkları arasında 1-8 saat süreyle kesikli deney grupları şeklinde iki farklı çinko kaynağı kullanılarak yapılmıştır. Bu deneyler sonucunda MicNo tozlarının oluşum mekanizmasına parametrelerin etkileri tespit edilmiştir. Bu çalışmanın teknolojik amacı ise bu tasarlanmış şekle sahip tozlar için önformülasyon çalışmaları yapılması ve uygun kıvamlaştırıcının tespit edilip MicNo tozları için özel bir formülasyon hazırlanmasıdır. Bu amaca paralel olarak son ürün haline getirilen MicNo tozlarının güneşten koruyucu bir formülasyon içerisinde ticari ZnO tozları ile performans karşılaştırılması yapılmıştır. MicNo tozlarının xanthan gum kıvamlaştırıcı ile reolojik olarak uyum sağladığı ve uzun süre çökmediği belirlenmiş ve böyle bir formülasyon hazırlanmıştır. %0-20 ZnO içerecek şekilde hazırlanan güneş kremi formülasyonlarına performans testleri bağımsız bir laboratuvarda uygulanmıştır. Özellikle ZnO oranının %20 olduğu formülasyonlarda MicNo tozlarının ticari tozlara göre 2,5 kata kadar daha iyi güneşten koruma sağlarken transparanlık anlamında da ticari ürünlerden üstün olduğu tespit edilmiştir.
Sert poliüretan köpük üretim süreç parametrelerinin mikroyapı gelişimi ve köpük özelliklerine etkilerinin incelenmesi
Günümüzde enerji tasarrufu konusu büyük önem taşımaktadır. Yüksek enerji tüketen ve en çok kullanılan beyaz eşyalardan biri buzdolabıdır. Buzdolaplarında enerji verimliliği ısıl yalıtımının iyileştirilmesiyle sağlanabilir. Isıl yalıtım ve destek malzemesi olarak buzdolaplarında sert poliüretan köpük kullanılmaktadır. Sert poliüretan köpük, kapalı hücre yapısında, esnek olmayan, kompakt ağ yapılı bir malzemedir. Sert poliüretan köpüğün oluşum reaksiyonu polizosiyanat ve poliolün katalizör, yüzey aktif madde ve şişirici ajan varlığında karıştırılmasına dayanır. Buzdolaplarının kapı ve gövdelerine reaksiyonlu enjeksiyon kalıplama makinası ile enjekte edilir. Bu tez çalışmasındaki temel amaçlar, sert poliüretan köpük üretimindeki süreç parametrelerinin nihai köpük yapısı üzerine etkilerinin incelenmesi ve mikro yapı ile ısıl iletkenlik ve basma mukavemeti özellikleri arasında ilişki kurmaktır. Çalışmada, belirlenen süreç parametreleri ile 6 Sigma yöntemine göre deney planı hazırlanmıştır. Ardından sert poliüretan köpükler reaksiyonlu enjeksiyon kalıplama makinası ile üretilmişlerdir. Çalışmanın çıktıları olarak köpüklerin ısıl iletkenlikleri ile beraber basma mukavemetleri değerlendirilmiştir. Ayrıca köpüklerin yoğunluğu, açık hücre oranı ölçülmüş ve hücrelere ait çeşitli ölçümler alınmıştır. Süreç-yapı ve yapı-özellik ilişkisine ait sonuçlar sunulmaktadır.
Bayer gibsiti ve aluminyum tuzlarından yüksek saflıkta alüminyum hidroksit ve alümina üretimi
Bu çalışmada, Bayer gibsiti (Al(OH)3) ve alüminyum tuzlarından (Al(NO3)3.9H2O, AlCl3.6H2O) çeşitli yöntemler ile yüksek saflıkta alümina üretimi için çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Çalışmalarda, hidrotermal sentez, yanma sentezi ve asit ile çözdürme-tekrardan çöktürme yöntemleri kullanılmıştır. Üç farklı yöntem ile sentezlenen alüminalarda farklı saflık dereceleri elde edilmesi amaçlanmıştır. Atritör değirmende öğütülen Bayer gibsitinden ve aynı zamanda Al(NO3)3.9H2O tuzundan saf su ortamında 200°C'de hidrotermal sentez ile böhmit fazı çöktürülmüş ve daha sonra da 1250°C'de kalsine ederek α-Al2O3 fazı elde edilmiştir. Yanma sentezinde Al(NO3)3.9H2O, üre ve sitrik asit gibi kimyasallar ile çözelti oluşturarak 600°C'de 20-30dk. da amorf alümina ve amorf alüminanın 1200°C'de kalsinasyonu ile α-Al2O3 elde edilmiştir. Son olarakta Bayer gibsitininin derişik HCl (%37) ile çözdürülmesi ve çözücü buharlaştırma ile elde edilen AlCl3 tuzunun 1200°C'de kalsinasyonu ile α-Al2O3 elde edilmiştir. Bu çalışmalar sonucunda elde edilen her bir alümina tozunun saflık derecesi analiz edilmiştir ve yukarıda bahsedilen yöntemler ile elde edilen alüminalar arasında saflık açısından farklılık gözlemlenmemiştir. Elde edilen saflık dereceleri ortalama %99.95 civarındadır. Elde edilen alümina tozları arasında ki farklılıklar daha çok morfoloji ve tane boyutları arasında olduğu belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Bayer gibsit, α-Al2O3, hidrotermal sentez, Al(NO3)3.9H2O, AlCl3, kalsinasyon, yanma sentezi, yüksek saflık
Alüminyum oksit partikül karakteristiklerinin parlatma süspansiyonlarının özelliklerine etkisi
Bu tezde Türkiye'de üretimi olmayan düşük tane boyutlu yüksek saflıkta alümina (Al2O3) üretimi, üretilen alüminadan kararlı bir süspansiyon oluşturulması ve elde edilen kararlı alümina süspansiyonlarının parlatma performanslarının incelenmesi ele alınmıştır. Bu sebeple, ortalama tane boyutu 91 µm olan metalürjik alüminyum trihidroksit [Al(OH)3], tekrar çözdürüp-çöktürme yöntemi ile tane boyutu kontrol edilerek ortalama tane boyutu yaklaşık 1 µm olan yüksek saflıkta (%99.94 ve üzeri) Al(OH)3 sentezi gerçekleştirilmiştir. Sentez sonrası elde edilen Al(OH)3 tozları kalsine edilerek α- alüminaya dönüştürülmüştür. Elde edilen alümina tozları karakterize edilmiş, yaklaşık özelliklere sahip ticari Al2O3 tozları tedarik edilerek ürün özellikleri karşılaştırılmıştır. Üretilen ve ticari alınan alümina tozları bir dispersiyon ortamı içerisinde dağıtılarak çökme davranışları incelenmiş, kararlı bir süspansiyon elde etmek için gerekli toz ve dispersiyon özellikleri belirlenmiştir. Partikülleri askıda tutmak için 0 ile 1.50 mg/m2 oranlarında polielektrolit (Darvan C-N) malzemesi kullanılmıştır. 0.001 mg/m2 polielektrolit ilavesinin üretilen alümina partikülleri askıda tutmaya yeterli olduğu görülmüştür. Oluşturulan kararlı süspansiyonlar alüminanın aşındırıcı özelliğinden ötürü metal yüzeylerin parlatılması amacıyla kullanılmıştır. Daha sonra parlatılan yüzeylerin yüzey pürüzlülük dereceleri karakterize edilerek, üretilen tozun parlatma performansı ticari ürünler ile karşılaştırılarak elde edilen sonuçlar sunulmuştur. Üretilen alümina partikülleri ile oluşturulan parlatma süspansiyonu boyalı metal yüzeylerde ortalama %76 iyileştirme sağlayarak, karşılaştırılan 3 ticari tozdan ortalama olarak daha iyi performans göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Heterojen çöktürme, Alümina, Süspansiyon, Sedimentasyon, Parlatma
İndüksiyon ocakları için nötr harçlarda MgAl2O4 oluşumu ve sinterleme davranışlarının incelenmesi
Alümina (Al2O3) sahip olduğu yüksek ergime sıcaklığı, mukavemeti, sertliği ve aşınma direnci gibi üstün özellikleri sayesinde demir çelik endüstrisinde indüksiyon ocaklarında en sık tercih edilen malzemeler arasındadır. İndüksiyon ocağı uygulamalarında Alümina esaslı refrakter malzemelerin kimyasal kararlılığı, ısıl şok direnci ve mekanik özellikleri dışarından spinel (MgAl2O4) katkısı ya da in situ olarak spinel oluşumu ile daha da geliştirilebilir. In situ spinel oluşturan alümina esaslı Al2O3-MgO nötr refrakter astar sistemlerinde yapı içerinse spinel oluşumun kinetiklerinin ve sinterleme kinetiklerinin kontrolü çok önemlidir. Bu doğrultuda bu tez çalışmasının bilimsel amacı alümina esaslı Al2O3-MgO refrakterlerin spinel oluşumu ve sinterleme davranışlarının pişirim sıcaklığı, süresi ve bileşenlerin tane boyutuna bağlı olarak incelenmesi olarak belirlenmiştir. Bu amaç doğrultusunda farklı tane boyutunda Al2O3 ve MgO'ya sahip dört farklı basit kompozisyon hazırlanmıştır. Hazırlanan bu kompozisyonlar 1350-1700°C aralığındaki sıcaklıklarda 4 saat ve 1550, 1650 ve 1700°C sıcaklıklarında 1-4 saat bekleme sürelerinde pişirilerek sıcaklık ve süreye bağlı olarak spinel oluşumu ve sinterlenme davranışları belirlenmiştir. Bu tez çalışmasının teknolojik amacı üstün özelliklere sahip alümina esaslı nötr indüksiyon ocağı harçlarının geliştirilmesi ve çelikhanelerdeki değişken uygulama koşullarına göre refrakter özelliklerini kontrol altında tutabilmektir. Bu amaç doğrultusunda standart refrakter kompozisyonu oluşturularak bu kompozisyonun 1250, 1450 ve 1700°C sıcaklıklarında pişrimleri gerçekleştirilmiş, spinel oluşumu ve sinterleme davranışları belirlenmiştir. Oluşturulan standart kompozisyonun bileşenlerinin tane boyutu, miktarları ve safsızlık miktarları değiştirilerek standart kompozisyona göre spinel oluşumu ve sinterleme davranışlarındaki değişiklikler gözlemlenmiştir.
Synthesis of designed Al- and Ga- doped zinc oxide (ZNO) particles and their application for antistatic coatings
Conductive polymer composites (CPCs) are generally used in products including floor coatings, antistatic-paints, ESD protecting packages, shoes and clothes where dissipation of electrostatic charges are desired. There are several polymeric materials and conductive fillers used in CPCs. In the literature, carbon-based materials or metal nano particles are added to these systems for obtaining desired conductivity. However, these filler materials exhibit some disadvantages such as uncontrolled agglomeration, aesthetically dark color and toxicity. The solution to these problems, developed by our research group, is utilization of Al and Ga doped ZnO particles with designed hexagonal platelet morphology synthesized by a modified solvothermal method. Such designed particles, denoted as Al and Ga doped MicNo (Micron + naNo) throughout the thesis, are composed of primary spherical nanoparticles agglomerated in a controlled manner to form micron sized hexagonal platelets. Accordingly, the research objectives of this study were to determine the role of Al and/or Ga doping on the structural and physicochemical properties of Al- and Ga-doped MicNo-ZnO particles and then to evaluate how the resulting properties affect the performance of antistatic resin in which such particles are used as fillers. The results showed that Al and Ga doped MicNo exhibit highly transparent characteristics in the visible range with low bulk resistivity values and they provide antistatic properties to polymer composites.
Şekil ve boyut kontrollü Fe ve Co katkılı çinko oksit tozların fotokatalitik özelliklerinin incelenmesi
Çinko oksit (ZnO) güneş kremi içeriklerinde kullanılan mineral esaslı inorganik 2 adaydan biridir. Bununla birlikte ZnO toksik değildir ve UV absorblama potansiyeli yüksektir. Fakat fotokatalitik karakteristik sergiler ve ZnO boyutu nano boyuta doğru gidildikçe fotokatalitik aktivite artar. Güneş kremi kompozisyonlarında yer alan fotokatalitik malzemelerin UV ışınları ile arasındaki etkileşimden dolayı cilt üzerinde oluşan serbest radikalleri azaltmak önemlidir. Bu tez çalışmasında, grubumuz tarafından geliştirilen solvotermal yöntem ile sentezlenen şekil ve boyut kontrollü hekzagonal şekile sahip nano birincil tanelerden oluşan MicNo® ZnO plakaların Fe ve Co katkısı ile yapısal ve performans özelliklerindeki değişikliklerin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışma bilimsel amaç bakımından i) Zn1-xMxO stokiometrisine sahip ağırlıkça %1, 2, 3 ve 4 Co katkılı ve ağırlıkça %0.5, 1, 1.5 ve 2 Fe katkılı MicNo® ZnO nanopartiküllerin sentezlenmesi sonucunda MicNo® ZnO yapısına etkilerinin araştırılması ve bu etkilerden özellikle optik özelliklerinden fotokatalitik aktivite davranışlarına odaklanılması, teknolojik amaç bakımından da ii) sentezlenen nanopartiküllerin optik uygulamalardan güneş kremleri içeriğinde belirli bir oranda yer alan fiziksel UV filtre olarak nano ve mikron boyutun avantajlarını birarada bulunduran MicNo® ZnO teknolojisinin nano birincil tanelerden oluşmasından kaynaklanabilecek olumsuz fotokatalitik aktivite etkileri azaltılarak farklı optik özelliklerde MicNo®ZnO ürünlerin geliştirilmesi olmak üzere 2 amaç üzerine yoğunlaşılmıştır. XRD analiz sonuçlarından %2'ye kadar Fe ve %4'e kadar Co katkılı ZnO tozların herhangi ikincil faz içermediği bulunmuştur. Rietveld analizi ve WD-XRF analizinden katkı elementlerinin ZnO kristal yapısına girdiği desteklenmiştir. SEM mikroyapılarından ve tane boyut analizinden ise Co ve Fe katkılamanın MicNo®ZnO şekil ve boyutunda herhangi bir değişikliğe neden olmadığı görülmüştür. Teknolojik amaç olarak belirlenen fotokatalitik aktivite UV-görünür spektrofotometre kullanılarak model kirletici olarak seçilen metilen mavisinin bozunumu ile belirlenmiştir. Referans MicNo®ZnO toz numunenin fotokatalitik aktivitesi %3 Co katkısı ile %85 oranında azaltılmıştır. %3 Co katkılı ZnO numunesinin tüm numunelerde en düşük değere sahip OH ve O2 serbest radikal üretme yeteneğine sahip olması ve böylelikle bu sonuçlar e- h+ rekombinasyonunda bir artışa neden olduğu XPS analizi ile açıklanmaya çalışılmıştır.
Nano katkılarla ve mikroyapı tasarımı ile sert poliüretan malzemenin ısıl iletkenliğinin azaltılması
Bu çalışmada, yerli kil hammaddesinden başlanarak modifikasyon ile nano kil eldesi çalışılmış ve modifiye edilen kilin sert poliüretan (PU) köpük üretiminde kullanımı ile hücre boyutu, hücre dağılımı gibi yapısal özellikler ve ısıl iletim ve basma mukavemeti özelliklerine etkileri değerlendirilmiştir. Ayrıca, atık PU malzemesinin geri dönüştürülerek toz halinde yeni PU üretiminde katkılanması ile hücre oluşumuna etkileri ve ısıl ve mekanik özelliklerdeki değişim incelenmiştir. Bunun yanında PU oluşumu esnasında akışın yönlendirilmesi ile hücre boyutlarında ve şeklinde değişim ve ısıl ve mekanik özelliklerdeki değişimler de incelenmiştir. Hidrofilik özellikteki kil hammaddesi Hegzadesiltrimetilamonyum bromit (CTAB) modifikasyon ajanı kullanılarak modifiye edilmiş ve hidrofobiklik seviyesi 13°'den 80°'ye çıkarılmıştır. Modifikasyon ile tabakalar arası mesafe 12,5 Å'dan 18,8 Å'a çıkarılmıştır. Modifiye edilen kil kullanılarak üretilen kompozitin hücre boyutu standarda göre %65 azaltılmış ve ısıl iletimde de %8'lik bir azalma sağlanmıştır. Atık PU tozu kullanılarak üretilen sert PU üründe ise hücre boyutu %15 oransal olarak indirilmiş ve ısıl iletim de %2,5 oranında azaltılmıştır. Yönlendirme ile hücre boyutları %35 oranında küçültülmüş ve buna bağlı olarak da ısıl iletkenlik %6,5 oranında azaltılabilmiştir. Tüm çalışmalarda basma mukavemeti de incelenmiş ve özellikle buzdolabı uygulamasında alt sınır olan 120 kPa seviyesinin altına düşmediği görülmüştür. Çalışmada elde edilen en düşük ısıl iletkenlik değeri 20,7 mW/mK olmuştur.
Tasarlanmış çinko oksit esaslı partiküllerin seramik sağlık gereçlerinin sırlarında kullanılabilirliğinin incelenmesi
Ülkemizin önemli ihracat kalemlerinden birisi olan seramik sağlık gereçleri sektörü, 2018 yılı verilerine göre 210,1 milyon $'lık ihracat hacmiyle yerli üretimin ekonomiye olan katma değerini ortaya koymaktadır. Evimizde mutfakta, banyoda ve tuvalette kullandığımız lavabo, hela taşı, klozet gibi seramik sağlık gereçleri sektörü ürünleri ile okullar, iş yerleri, alış-veriş merkezleri gibi ortak kullanım alanlarında da etkileşim içinde oluruz. Genellikle beyaz renkte olan bu ürünler estetik açıdan parlak ve düzgün yüzeylere sahip olması, ürünlerin kolay temizlenebilir olması ve aynı zamanda da gerekli hijyen koşullarını yerine getirebilmeleri için sırlama işlemine tabii tutulurlar. Seramik sağlık gereçleri ürünlerinin sırlarından beklenen bu özelliklerin sağlanabilmesi için sır reçetelerine farklı katkı malzemeleri eklenmektedir. Fakat, bu yardımcı ajan malzemelerin sır reçetesi ile uyumsuzluğu iğne deliği, çatlama, pullanma, toplanma, matlaşma ve lekelenme gibi hatalara neden olabilmektedir. Çinko oksit, sır reçetesi içerisinde ergime sıcaklığını düşürmektedir aynı zamanda sırın yüzey özelliklerini de olumlu yönde etkilemektedir. Bu tez çalışmasında da standart seramik sağlık gereçleri sır reçetesine ağırlıkça farklı oranlarda tasarlanmış çinko oksit esaslı partiküller eklenerek, seramik sağlık gereçleri sırlarında kullanılabilirliği incelenmiştir. Tasarlanmış çinko oksit esaslı partiküllerin eklendiği sır reçetelerinin ısıl genleşme katsayıları, sinterleme ve ergime sıcaklıkları analiz edilerek sır-bünye uyumu değerlendirilmiştir. Ayrıca son üründeki pürüzlülük ve renk ölçümleri de tamamlanarak tasarlanmış çinko oksit esaslı partiküllerin ürünlerin yüzey özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Yapılan bu çalışmada tasarlanmış çinko oksit esaslı partiküllerin seramik sağlık gereçleri sırlarında kullanılabilir olduğu sonucuna varılmıştır.
K0.5bi0.5tio3-batio3-na0.5bi0.5tio3 esaslı tozlarda kompozisyonun mikroyapı gelişimi ve elektriksel özelliklere etkisinin belirlenmesi
Piezoelektrikler sensörlerden tepkileyicilere, enerji depolayıcılardan ultrasonik motorlara kadar çok sayıda uygulama alanına sahip özel bir malzeme sınıfıdır. Fakat yaygın olarak kullanılan piezoelektrik seramikler kurşun içerikli olduğundan doğal yaşam için tehlike oluşturmaktadır ve bu yüzden çevre dostu kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin geliştirilmesi son derece önem kazanmıştır. Kurşunsuz Sodyum Bizmut Titanat (NBT) içerikli piezoelektrik malzemeler araştırmacılar tarafından, kurşun içerikli piezoelektrik malzemelerin yerine en iyi aday olarak gösterilmektedir. NBT içerikli kurşunsuz piezoseramikler arasından K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3 katı çözeltisi, yüksek piezoelektrik kat sayısı, yüksek eşleşme kat sayısı, düşük enerji kaybı ve yüksek depolarizasyon sıcaklığına sahip olması sebebiyle özellikle tepkliyeci uygulamalarına yönelik malzeme geliştirme çalışmalarında dikkat çekmektedir. Gerçekleştirilen bu çalışmamızda yüksek dielektrik, piezoelektrik ve ferroelektrik özelliklere sahip matris tozları (1-x)(K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3)-xNa0.5Bi0.5TiO3 (KBT:BT=2:1) sistemi, x=0,5, x=0,6, x=0,7, x=0,8 ve x=0,9 kompozisyonlarında geleneksel katı oksit karıştırma tekniği kullanılarak üretilmiştir. Üretilen tozlar TG-DTA ve XRD analiz sonuçlarına göre 880°C'de 3 saat kalsine edilmiştir. Daha sonra preslenerek pelet haline getirilen matris tozları TMA analiz sonuçlarına göre 1125°C'de 4 saat sinterlenmiştir. SEM ile morfoloji analizi yapılan seramiklerin homojen tane dağılımına ve kompakt yapıya sahip olduğu gözlenmiştir. Bu yapılan çalışmalar sonucunda x=0,8 kompozisyonunun öne çıktığı tespit edilmiştir. Bu kompozisyona ait numunenin elektriksel ölçüm sonuçlarından kalıcı polarizasyonun 8,1 µC/cm2, zorlayıcı alan 9,96 kV/cm, piezoelektrik kat sayısı (d33) değeri 133 pC/N ve depolarizasyon sıcaklığı (Td) ise 198°C'olarak olarak belirlenmiştir. Anahtar Sözcükler: Piezoelektriklik, Ferroelektriklik, Matris tozu, Sodyum bizmut titanat içerikli, Elektriksel özellikler.
Kurşunsuz piezoelektrik seramiklerin özelliklerinin mikroyapı tasarımı ile geliştirilmesi
Dünyada artan çevre dostu ve sürdürülebilir büyümeyi destekleyen malzemeler konusundaki bilinç, Türkiye'nin de içinde yer aldığı pek çok ülkede kurşun içeren piezoelektrik malzemelerin sınırlandırılmasına yönelik araştırmaları hızlandırmıştır. Bu tez çalışmasında pek çok farklı uygulama için yüksek potansiyel sergileyen NBT esaslı kurşunsuz yönlendirilmiş K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3-Na0.5Bi0.5TiO3 (KBT-BT-NBT) piezoelektrik seramiklerin özelliklerinin hem kimyasal modifikasyon hem de kristalografik yönlendirme yaklaşımıyla geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaca yönelik (1-x)(K0.5Bi0.5TiO3-BaTiO3)-xNa0.5Bi0.5TiO3, KBT:BT=2:1 ve x=0.8 olacak şekilde ara basamaklı ve tek basamaklı üretim yöntemiyle üretilmiştir. Yönlenmiş seramikler ise yönlendirilmiş çekirdekle kontrollü tane büyümesi (TGG) yöntemine göre ara basamaklı üretim yöntemiyle elde edilmiş matris içerisine ağırlıkça %5, 10, 15 oranında K0.5Bi0.5TiO3, BaTiO3, Na0.5Bi0.5TiO3 çekirdekler eklenerek ve şerit döküm tekniği kullanılarak şekillendirilip, 1150 ℃ ve 1175 ℃'de 48 saat sinterlendikten sonra başarıyla üretilmiştir. 1150℃'de 48 saat sinterlenmiş %10 BT çekirdekli seramiklerde en iyi yönlenme derecesi %74, ve piezoelektrik sabiti d33=188 pC/N değerleri elde edilirken, 36kV/cm elektrik alan altında %5 BT çekirdekli seramiklerde en yüksek polarizasyon Pr=~25 µC/cm2, %10 NBT çekirdekli seramiklerde ise en yüksek gerinim ~%0,3 ve geniş sinyal piezoelektrik katsayı d_33^*=777 pm/V değerleri elde edilmiştir. Elektriksel karakterizasyon sonuçları, matris kompozisyonuna göre yönlendirme ile hem piezoelektrik katsayının hem de polarizasyon yeteneğinin arttığını göstermiştir.
Çözelti esaslı seramik toz sentezinde boyut ve morfolojiyi etkileyen parametrelerin incelenmesi
Elektromanyetik spektrumun 100-400 nm dalga boyu aralığını kapsayan ultraviyole (UV) ışınlarının potansiyel zararlarından korunmak için koruyucu filtre kullanımı gerekmektedir. Kimyasal koruyucu filtrelerin cilt üzerindeki zararlı etkilerinden dolayı fiziksel filtrelere yönelim gün geçtikçe artmaktadır. Küresel olarak onaylanmış ve hem UVA hem de UVB'de koruma sağlayan tek fiziksel koruyucu olan çinko oksit (ZnO) iyi bir UV filtre görevi görmektedir. Fiziksel filtre olarak kullanılan çinko oksitin mikron boyutta kullanımı yüksek kırınım indisi sebebi ile beyazlık etkisi yaratarak estetik açıdan tercih edilmemesine sebep olmaktadır. Nano boyutta kullanılan çinko oksit şeffaflık etkisi sağlasa da hem deri altına nüfuz edip potansiyel sağlık riski endişesi yarattığından hem de yüksek aglomerasyon eğiliminden dolayı kullanım zorlukları yaratmaktadır. Mikron ve nano boyuttaki bu olumsuz durumları ortadan kaldırmak amacı ile MicNo® partikül teknolojisi geliştirilmiştir. Bu çalışmanın amacı, MicNo® partikül teknolojisi kullanılarak poliol sentezi ile üretilen çinko oksit tozlarının, üretim aşamasında boyutunu ve morfolojisini etkileyen proses parametrelerinin incelenmesidir. Çalışma kapsamında farklı sıcaklıklarda, sürelerde, karıştırma hızlarında ve çözelti-çinko iyon oranlarında oranlarında kesikli deneyler yapılarak süreç parametrelerinin final ürün yapısı ve boyutuna etkileri incelenmiştir. Yapılan tüm sentez denemeleri alkol ortamında yıkanıp ardından kurutularak 500oC sıcaklıkta sinterlenmiştir. Çinko oksit dönüşüm oranı, numuneler fırınlanmadan önce XRD cihazı ile analiz edilmiştir. Morfoloji görüntüleri SEM cihazı ile yapılmıştır. Partikül boyutları ise tane boyut cihazında yapılmıştır. Sıcaklık değişken parametresi çalışmasında, sıcaklığın artması ile birlikte çinko oksitin organometalik komplekse dönüşme oranının arttığı gözlenmiştir. Süre değişken parametresi ile yapılan deneylerde, sentez tepe sıcaklığında bekleme süresinin artması da dönüşüm oranını pozitif yönde etkilediği görülmüştür. Çinko oksit dönüşüm oranı, tane boyut dağılımı ve partikül şekli göz önünde bulundurularak uygun sentez karıştırma hızı belirlenmiştir. Ayrıca çözelti-çinko iyon oranı oranının arttırılması ile daha dar tane boyut dağılımının oluştuğu tespit edilmiştir.
Kurşunsuz piezoelektrik seramiklerde mikroyapı kontrolüyle özelliklerin geliştirilmesi
Tepkileyiciler, sensörler, dönüştürücü ve jeneratörlerde geçmişten günümüze kullanılan piezoelektrik malzemelerin büyük bir bölümünü, üstün piezoelektrik özelliklere sahip olan fakat doğaya ve insana zararlı olan, kurşun bazlı bileşimler bulunmaktadır. Türkiye'nin de içinde yer aldığı pek çok ülkede kurşun içeren piezoelektrik malzemelerin kullanımının sınırlandırılması ve bu zararlı içeriğin temiz içeriğe dönüştürülmesi yönünde pek çok yeni araştırma ve uygulamalar başlatılmıştır. Üstün performansı sağlamak için kurşunsuz piezoelektrik sistemleri geliştirilmesi günümüz malzeme bilimi dünyasında yoğun olarak devam etmektedir. Temel olarak kullanım yoğunluğunun göz önüne alındığı otomotiv sektörü gibi alanlardaki kullanım sıcaklığına uygun (100oC
BaTiO3 VE (K,Na)0.5Bi0.5TiO3 kurşunsuz ferroelektrik seramiklerde kristalografik yönlenmenin elektrokalorik özelliğe etkisinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında kurşunsuz ferroelektrik seramiklerde kompozisyon ve mikroyapı yönlenmesinin elektrokalorik özelliğe etkisi incelenmiştir. BaTiO3 ve 0.82(Na0.5Bi0.5TiO3)-0.18(K0.5Bi0.5TiO3) kurşunsuz ferroelektrik seramik sistemlere yönlendirilmiş çekirdekle kontrollü tane büyümesi (Templated Grain Growth-TGG) yöntemiyle yüksek kristalografik yönlenme kazandırılmıştır. Seramiklerin şekillendirilmesinde şerit döküm yöntemi kullanılmıştır. Seramiklerin üretiminde kullanılan matris tozları katı hal toz sentezi yöntemiyle üretilmiştir. Mikroyapı yönlenmesinde kullanılan plaka şekilli BT ve NBT tozları iki farklı sistem için kullanılmıştır. Her iki malzeme sistemi için de plaka miktarına bağlı olarak yönlenme derecelerinin elektrokalorik özelliğe etkileri araştırılmıştır. Ağırlıkça %10 plaka miktarına sahip olan numunelerde en yüksek yönlenme değerleri elde edilmiştir. BT seramik malzemesi için elektrokalorik sıcaklık değişimi 1.3K ve 0.82(Na0.5Bi0.5TiO3)-0.18(K0.5Bi0.5TiO3) seramik malzemesi için ise 1.68K olarak elde edilmiştir. Bu değerlerin literatürdeki aynı kompozisyonlara sahip seramik malzemeler ile kıyaslandığında yüksek oldukları görülmüştür. BT seramik malzemesinde kristalografik yönlenmenin elektrokalorik sıcaklık değişimine katkıda bulunduğu da görülmüştür.
Tasarlanmış ZnO tozların kitosan/polivinil alkol biyobozunur polimerlerin yapısına ve özelliklerine etkilerinin incelenmesi
Biyobozunur polimerler, küresel sürdürülebilirlik çözümünün kritik bir parçası olmak için büyük bir potansiyel sergiler; ancak zayıf bariyer özellikleri, zayıf UV direnci, düşük termal direnci, düşük mekanik mukavemeti ve yetersiz antibakteriyal özellikleri nedeniyle uygulama alanları sınırlıdır. Nano metal oksit tozları genellikle biyobozunur polimerlerin özelliklerini geliştirmek için kullanılsa da; toksisite ve fitotoksisite sergilerler ve bazen kontrolsüz aglomerasyon yoluyla işleme zorluklarına neden olabilirler. Polimerlerin özelliklerini iyileştirmek için hem mükemmel UV direnci hem de antibakteriyal etki sağlayan biyouyumlu olacak alternatif katkı formlarına ihtiyaç vardır. Son zamanlarda, biyouyumlu ve çevreye zarar vermeyen ince birincil parçacıklardan oluşan, tasarlanmış, MicNo® olarak adlandırılan mikron boyutunda altıgen plaka parçacıkları, nanoparçacıkların olumsuz etkilerini azaltırken hem mikron hem de nano boyutunun avantajlarından yararlanmak için geliştirilmiştir. Bu çalışmanın araştırma amacı, katkısız MicNo® ZnO, Ag ve bir geçiş metali katkılı MicNo® ZnO parçacıklarının yapı geliştirme ve dolayısıyla kitosan/PVA filmlerinin optik, mekanik ve antibakteriyal özellikleri üzerindeki etkilerini nano ZnO'ya göre literatürde ilk kez değerlendirmektir. XRD ve SEM sonuçları, MicNo® parçacıklarının herhangi bir kontrolsüz aglomerasyon göstermeden film boyunca homojen olarak dağılabileceğini gösterdi. Ek olarak, FTIR sonuçları, muhtemelen daha büyük yüzey alanı/hacim oranı nedeniyle, polimerik kısım ile nanopartiküllere göre daha güçlü moleküller arası bağlanma sergilediklerini ortaya koydu. Sonuç olarak, MicNo® içeren filmler, katkılı filmler arasında sırasıyla 1,41 MPa ve % 43,54 ile en yüksek ortalama çekme mukavemeti ve uzama sergilemiştir. Bu mukavemet değeri, saf ve nanoparçacık içeren filmlere göre sırasıyla % 206 ve % 115 iyileşme anlamına gelir. Ayrıca, hem katkısız MicNo® ZnO hem de Ag ve bir geçiş metali katkılı MicNo® ZnO içeren filmler, nano ZnO partikül içeren filmlerden daha yüksek UV absorbans değerleri sergilemiştir. Bu sonuçlar, filmlerin UV direncinin, nanopartiküllere göre MicNo® partikülleri tarafından çok daha etkili bir şekilde geliştirilebileceğini göstermektedir. Bu olağanüstü performans artışı, küresel nano parçacıklara göre MicNo® parçacıklarının benzersiz altıgen morfolojisinin çok daha etkili yüzey kaplama kabiliyetine bağlanabilir. Katkısız filmler düşük antibakteriyal aktivite sergilemesine rağmen, filmlere ZnO partiküllerinin dahil edilmesi antibakteriyal etkinin gelişmesine neden olmuştur. Hem S.Aureus hem de E.Coli bakterilerine karşı katkısız MicNo® ZnO, Ag ve bir geçiş metali katkılı MicNo® ZnO partikülleri çok yüksek antibakteriyal etki göstermiştir. Özellikle S.Aureus'a karşı nano ZnO içeren filmler 2,57 antibakteriyal R değeri gösterirken, katkısız MicNo® ZnO, Ag ve bir geçiş metali katkılı MicNo® ZnO içeren filmler için bu değer sırasıyla 6,91- 7,72 ve 6.91'dir. Sonuç olarak, MicNo® partikülleri nano partiküllere göre dolgu malzemesi olarak birçok avantaja sahip durumdadırlar ve bu nedenle biyobozunur polimerler için uygulama alanlarını genişletmek için yeni nesil katkı sistemleri olarak büyük bir potansiyel sergilemektedirler.
Low temperature sintering of zno-based ceramics and investigation of their varistor applications
Cold sintering process (CSP) is a promising ultra low-temperature sintering method that needs an aqueous solution for transition of atoms along with formation of dissolution-precipitation process under high pressures. In this thesis, technical and scientific investigations of the CSP were discussed by using ZnO as model material. ZnO bulk ceramics with >99.00 % theoretical density (T.D.) were obtained under 540 MPa pressure, at 140˚C temperature after 50 minutes dwell time and 7.00 wt % liquid with pH 5.5 via CSP. Change of liquid film thickness was evaluated during CSP. For detailed interactions of the sintering variables, responce surface methodology (RSM) using Minitab software was used with Cental Composite Design (CCD) method. pH was obtained as the most effective parameter of the CSP for the given experimental conditions and in the five experimental varibles of temperature, pressure, pH, liquid amount and the time. In the final part of the thesis, ZnO-Bi2O3 and ZnO-Bi2O3-Co2O3 varistor systems were produced by CSP method. Threshold voltage was expected to be increased for high voltage applications based on fine grains and higher amount of grain boundaries due to CSP. ZnO-Bi2O3-Co2O3 varistors with > 95.00 % T.D. were produced at 250˚C via CSP. α value obtained as 27 and thereshold voltage was 2200 V/mm, that are compatible with conventionally produced high voltage varistors.
Design and manufacturing of zno nanowire and nanowall structures for energy harvesting via flexible piezoelectric and hybrid nanogenerators in wearable textiles
The increasing demand for wearable technologies has highlighted the need for portable and sustainable energy sources. In this context, piezoelectric and triboelectric nanogenerators stand out due to their ability to convert ambient mechanical energy into electrical energy. Their potential to harvest energy from human body movements enables these devices to serve as sustainable power sources within the ecosystem of wearables. However, the performance of nanogenerators is influenced by factors such as module design, the structure of the active layer, and the electrode-active layer interface. In this thesis, ZnO nanowires and nanowalls synthesized via hydrothermal methods, were systematically investigated within the framework of the synthesis–structure relationship. ZnO nanowall structures providing homogeneous growth, reproducibility, and high electrical output were identified as the main focus of the study. The effects of 0.5–2 at. % doping on the ZnO nanowall structure and, consequently, on piezoelectric performance were evaluated according to structure–property–performance relationships. Furthermore, the crucial roles of module architecture, electrode-active layer interface, and contact type (Schottky/Ohmic) on electrical performance were demonstrated through different module designs. In hybrid nanogenerator designs, the contribution of the triboelectric effect enabled high power generation under low forces, successfully powering an LCD screen. The developed modules were also integrated into a glove, confirming their ability to harvest energy from hand movements. Overall, this study, covering the entire process from synthesis to application, demonstrates the feasibility of ZnO nanowall-based flexible nanogenerators in wearable electronics and presents significant potential for commercialization in the field of energy harvesting.
Processing of textured ZnO based materials and charaterizaton their anisotropic properties
Non-random distribution of orientations of the grains, which make up the polycrystalline materials, with respect to each other is called texture. This texture makes it possible to have the anisotropic properties of single crystals in the polycrystalline materials. Texture can be obtained by different processes. It is possible to control the material properties by controlling the texture. In this study, highly oriented pure ZnO materials were obtained by utilizing a strong magnetic field (12 Tesla). Microtructure and texture characteristics of the samples were characterized by x-ray and electron diffraction methods. First the process of alignment, under a magnetic field, was optimized. Then the problem of anisotropic sintering shrinkage, which emerges due to high texture, was investigated. By varying the application type of the magnetic field, the texture of the material could be controlled (Like 96 %, 75 %, 27 % and 0 % Lotgering factor). Then, the electrical resistivity (3-0.5 Ohm.cm), hardness (200-150 kgf/mm2), and thermal diffusivities (16.5-18.5 mm2/s) were measured as a function of direction and texture. These measurements showed that the symmetry of the applied magnetic field is transferred to the texture characteristic and thus symmetry of the properties of the polycrystalline material. Finally, polycrystalline ZnO specimens with the highest texture degree and quality were utilized as substrates in growth of ZnO nano-structures. It was observed that the basal and some pyramidal planes, let fabrication of individually grown, aligned nano rods, while the dense films formed on prismatic surfaces.
Şekil ve boyut kontrollü titanyum dioksit partiküllerinin üretimi
Bu çalışmada çözücü-kontrollü yaklaşım temel alınarak, solvotermal sentez yöntemi ile şekil ve boyut kontrollü anataz kristal formunda TiO2 tozları üretilmiştir. Gliserol organik çözücüsü ve üç farklı başlangıç titanyum kaynağı kullanılarak gerçekleştirilen bu çalışmalarda farklı tane morfolojilerine sahip TiO2 tozları sentezlenmiştir. Amorf yapıda TiO(OH)2 başlangıç tozunun 260°C'de gliserol ile kimyasal reaksiyonu sonucunda, bir metal-organik kompleksi olan titanyum gliserolat (TiGly) yapısı çözünme-tekrar çökelme mekanizması ile elde edilmiştir. TiOSO4.xH2O ve anataz kristal formunda TiO2 başlangıç tozları ise yüksek kristallik derecelerinden dolayı gliserol ile etkileşime girmemiştir. Şekil ve boyut kontrollü toz sentezinin sağlanabilmesi için hem gliserol organik çözücüsünün deprotone olması hem de kullanılan başlangıç titanyum kaynağının parçalanması gerekliliği ortaya konulmuştur. TiGly yapısının gelişimi ile 5-9 ?m uzunluğa, ~ 350 nm genişliğe ve nanometre seviyesinde de kalınlığa sahip şeffaf, çubuksu şekle sahip anataz tozları kontrollü olarak elde edilmiştir. Çubuksu morfolojideki bu tozların çok kristalli ve 30.8 nm birincil tane boyutuna sahip olduğu belirlenmiştir. Ayrıca sentez sıcaklığı, sentez süresi ve karıştırma hızı gibi süreç parametrelerinin çubuksu şekle sahip tozların sentezinde faz dönüşümü ve tane morfolojisi üzerindeki etkileri incelenmiştir.
Alkali niyobat piezoseramik tozlarının yüzey ve kolloid kimyasının incelenmesi
Bu çalışmada kurşunsuz, çevreye dost alkali niyobat piezoseramik sistem grubundan potasyum niyobat (KNbO3 - KN), sodyum niyobat (NaNbO3 ? NN) ve bu iki bileşenin x = 0,5 oranındaki morfotropik faz sınırına (MPB) sahip katı çözeltisi potasyum sodyum niyobat (KxNa1-xNbO3 - KNN) tozlarının sulu ortamdaki kararlılıkları yaşlandırma süresi, ortamın pH'ı, kompozisyonel farklılık ve tane boyutu parametreleriyle incelenmiştir. Her üç sistemde de zamana bağlı pH değişimleri, sistemin H+ ya da OH- iyonlarının reaksiyona bağlı olarak harcandığı ya da üretildiği yargısına varılmıştır. Genel profilde, ICP sonuçlarına göre ABO3 perovskit yapısına sahip tozlarda belirlenmiş pH ve süre parametrelerinde A pozisyonundaki katyonlardan iyonik potansiyeli düşük olan potasyum, sodyumdan daha fazla çözünmeye uğramıştır. İyonik potansiyeli en yüksek olan B pozisyonundaki, niyobyum için ise diğer katyonlara oranla daha az çözünme görülmüştür. Elde edilen bilgiler ile, KNN sistemi için çözünme mekanizmaları tartışılmıştır. Doğrusal regresyon yöntemi ve partikül yüzey alanı üzerinden normalizasyon metodları ile sistemin difüzyon kontrollü eş olmayan çözünmeye uğradığını sonucuna varılmıştır. Ayrıca, partikül yüzeyindeki reaktif tabaka kalınlığının deneysel verilerle hesaplanmış ve bu değerin geçirimli elektron mikroskobu görüntüsündeki yüzey amorf tabaka kalınlığı ile karşılaştırılmıştır. Yapılan değerlendirmede hesaplanan ve gözlenen reaktif tabaka kalınlıkları birbirlerine yakın sonuçlar vermiştir.
Şekil kontrollü nanbo3 ve srtio3 elektroseramik tozlarının ergimiş tuz yöntemiyle üretilmesi
Günümüzde zehirli kurşun oksit içeren piezoelektrik seramiklerin yerini kurşunsuz, insan ve çevre sağlığına dost seramik malzemelerin alması için dünyanın önemli araştırma laboratuarlarındaki çalışmalar hızla devam etmektedir. Bu çalışmalarda kurşunsuz niobat (KNN vb.) ve titanatların (SrTiO3, BaTiO3, Na0.5Bi0.5TiO3 vb.) kristalografik olarak yönlendirilmeleri ile kurşunlu sistemlere muadil elektriksel performansların elde edildiği tespit edilmiştir. Kristalografik yönlenme için ?yönlendirilmiş çekirdekle kontrollü tane büyümesi ? TGG? metodu uygulanmaktadır. Bu metotta yönlenmeyi sağlayan temel bileşen anizometrik seramik tozlardır(çekirdekler). Kurşunsuz, yüksek performanslı yönlenmiş, niobat ve titanat esaslı piezoelektrik seramiklerin üretiminde plaka şekilli NaNbO3 ve SrTiO3 tozların sıklıkla kullanıldıkları bilinmektedir. Bu çalışmada, plaka şekilli NaNbO3 ve SrTiO3 tozların oluşum şartları termodinamik ve kinetik bakış açıları ile belirlenerek, literatürdeki bilimsel anlayış eksikliği giderilmeye çalışılmıştır. Ayrıca plaka şekilli NaNbO3 ve SrTiO3 tozların üretilmesinde yeni yaklaşımlar da ortaya konmuştur. Çalışmada gerçekleştirilen bilimsel çalışmalar bu tozların endüstriye kazanılmasını ve istenen kimyasal ve fiziksel özelliklerde tekrarlı olarak üretilmelerini de sağlayacaktır.
Tasarlanmış şekle sahip çinko oksit (ZnO) partiküllerinin üretimi ve in-vitro toksisitesinin değerlendirilmesi
Nano partiküllerin, kozmetik sektöründe özellikle deri ile teması bulunan güneş kremi gibi ürünlerde kullanımı gittikçe artmaktadır. Nanopartiküllerin kullanımı getirdiği üstün özelliklerle beraber toksikoloji gibi dezavantajları da beraberinde getirmektedir. Çinko oksit partikülleri de sahip olduğu fiziksel UV koruma özelliğinden dolayı tercih edilmektedir. Bu çalışmada nano birincil tanelere sahip mikron boyutlu plaka şekilli çinko oksit tozlarının üretim yöntemi, sentez koşulları ve getirdiği nihai özellikleri detaylı olarak incelenmiştir. Yaklaşık 2-10µm boyutlara sahip nano kalınlığa sahip transparan Çinko Gliserolat kompleksi elde edilmiştir. Sentezlenen tozların tane boyut dağılımı ve sinterlenme davranışı incelenmiştir. Aynı zamanda üretim miktarını arttırma çalışması yapılmıştır. Plaka şekilli ZnO ile nano boyutlu ZnO tozları karşılaştırılmalı olarak TIG-114 (fibroblast) hücrelerinde in-vitro sitotoksisite (MTT) ve genotoksisite (KOMET) testleri uygulanmış ve plaka şekilli tozlarının nano boyutlu ZnO tozlarına göre daha az toksik olduğu görülmüştür. Plaka şekilli ZnO partikülleri mikroemülsiyon formülasyonuna dönüştürülmüş ve UV-görünür spektrumları incelenmiştir. Anahtar Kelimeler: Çinko Oksit, güneş kremi, plaka, toksisite