Theses supervised by Prof. Dr. Ayşe Bedeloğlu
11 theses · Bursa Technical University
Grafen ve iletken polimerler (PEDOT:PSS, PANI) ile modifiye edilmiş karbon nanolif süperkapasitör elektrotların geliştirilmesi ve özelliklerinin incelenmesi
Yenilenebilir enerjinin etkili kullanılabilmesi için enerji depolama teknolojileri ile birlikte kullanımı önem arz etmektedir. Süperkapasitörler, güç ve enerji yoğunluğu açısından Li-iyon pil teknolojisi ve konvansiyonel kapasitörler arasındaki boşluğu dolduran enerji depolama teknolojileridir. Bu tez kapsamında, karbon nanolif elektrot malzemesi, çeşitli malzemeler (grafen, PEDOT:PSS ve PANI) ve yöntemler (elektroüretim, elektrosprey, daldırarak kaplama ve nanolif iplik üretimi) ile modifiye edilerek elektrokimyasal performansın arttırılması amaçlanmıştır. Bu amaçla öncellikle, PAN nanolif üretim prosesi optimize edilerek düzgün, homojen, sürekli, hızlı ve ince nanolif üretim için parametreler tespit edilmiş ve bu şartlar altında, ortalama 233±32 nm çapta nanolifler üretilmiştir. Stabilizasyon ve karbonizasyon işleminden sonra nanolif çapları sırasıyla 209±16 nm ve 140±17 nm olarak ölçülmüştür. Sonraki çalışmada, farklı oranlarda PAN/PVA hibrit nanolif yapıları üretilmiş ve üretim sırasında yapıdan PVA uzaklaştırılarak gözenekli karbon nanolif elektrotlar elde edilmiştir. Yüzey alanı arttırılan gözenekli karbon nanolif elektrotların kimyasal, morfolojik ve elektrokimyasal performansı incelenmiştir. %33 PVA içeren hibrit nanoliften üretilen EK5 elektrodunun 5 mV/s tarama hızındaki spesifik kapasitans değerinin ham karbon nanolife kıyasla %64 geliştirildiği tespit edilmiş ve spesifik kapasitans değeri 268 F/g olarak ölçülmüştür. Ayrıca gözenekli karbon nanolif elektrotlar, 2500 test döngüsü boyunca spesifik kapasitansın yaklaşık %100'ü korunmuş ve üstün döngüsel stabilite sergilemiştir. Bir sonraki çalışmada, suda çözünebilen bir iletken polimer olan PEDOT:PSS polimeri kolay, hızlı ve ölçeklendirilebilir bir yöntem olan daldırarak kaplama yöntemi kullanılarak farklı kalınlıklarda karbon nanolif yüzeyine kaplanmış ve PEDOT:PSS kaplama işleminin karbon nanolifin elektrokimyasal performansına etkisi incelenmiştir. 155,44 nm olan ham karbon nanolif çapı, 9 kat PEDOT:PSS kaplanması sonrasında, 194,45 nm olarak ölçülmüştür. 9 kat PEDOT:PSS kaplama sonrasında (9P-KNF) ile 10 mV/s tarama hızında, en yüksek spesifik kapasitans 175 F/g olarak elde edilmiştir. Bu değer ham karbon nanolifin spesifik kapasitans değerinden yaklaşık %75,9 fazla olmuştur. 2500 döngü sonrasında ise %80'lik bir kapasitans korunumu göstermiştir. Diğer çalışmada, elektroüretim öncesinde PAN çözeltisi içerisine %1, 2, 5, 10 ve 20 gibi farklı oranlarda grafen oksit ilave edilerek, grafen oksit katkılı PAN nanolifler üretilmiş ve elde edilen yapılar stabilize ve karbonize edilmiştir, böylece farklı xx oranlarda grafen katkılı karbon nanolif yapılar elde edilmiştir. Sonrasında en iyi elektrokimyasal performans gösteren %10 GO katkılı karbon nanolif (KPGO10 elektrodunun spesifik kapasitans değeri 5 mV/s tarama hızında 164 F/g olarak hesaplanmıştır) yüzeyine hiyerarşik yapıda sentezlenen polianilin (PANI) iletken polimeri vakum destekli süzme yöntemi ile yapıya entegre edilmiş ve PANI ile modifiye edilmiş grafen katkılı karbon nanolif elektrot performansı incelenmiş ve spesifik kapasitans değerinin yaklaşık %20 geliştirildiği görülmüştür. Sonraki çalışmada, grafen oksit dispersiyonu %4, 8, 20 gibi farklı oranlarda PAN nanolif yüzeyine elektrosprey yöntemi ile kaplanmıştır. GO kaplı PAN nanolif yüzey, stabilize ve karbonize edilerek grafen kaplı karbon nanolif yüzeyler elde edilmiştir. Elde edilen süperkapasitör elektrotların elektrokimyasal performansları incelenmiş ve en iyi sonuçların %8 GO elektrosprey edilmiş karbon nanolif elektrotlar ile elde edildiği görülmüştür. Son çalışmada ise, elektroüretim ile elde edilmiş PAN nanolif yapısından, şeritler ve sonrasında büküm işlemi uygulanarak PAN nanolif iplikler elde edilmiştir. Elde edilen PAN nanolif iplikler, stabilize ve karbonize edilerek karbon nanolif iplikler elde edilmiş sonrasında morfolojik ve elektrokimyasal performansları incelenmiştir. KNF iplik elektrodun spesifik kapasitans değeri 0,2 A/g akım yoğunluğunda 145 F/g olarak ölçülmüştür ve spesifik kapasitans değerinin 500 döngüye kadar yaklaşık %20 arttığı, sonrasında 1000 döngüye kadar yaklaşık sabit kaldığı tespit edilmiştir.
Fe3O4/ZnO/CNT ve Fe3O4/ZnO/grafen katkılı epoksi kompozit üretimi ve karakterizasyonu
Bu tez çalışması kapsamında, nano boyutlu Fe3O4 (manyetit), nano boyutlu ZnO (çinko oksit), CNT (karbon nanotüp) ve grafen katkılı epoksi nanokompozit üretilmiştir. Kompozitlerin ilk aşamasında gerekli nanometaryallerden demir oksit birlikte çöktürme yöntemi ile sentezlenmiştir. Demir oksit, grafen ve CNT'nin aglomerasyonunu önleyerek epoksi reçine içerisinde homojen olarak dağılmasını sağlamak için, APTES (3-Aminopropil trietoksi silan) ile yüzey modifikasyonları gerçekleştirilmiştir. Epoksi reçine içerisine belirlenen miktarlarda tartılarak eklenen grafen, demir oksit ve çinko oksit'in reçine içerisinde iyi bir şekilde dağılması sağlandıktan sonra, sertleştirici ilave edilerek kürlenmeye bırakılmış ve kompozitler karakterizasyona hazır hale getirilmiştir. Hazırlanan kompozitlerin özellikleri, fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FT-IR) analizi, mekanik testler ve elektriksel iletkenlik ölçümleri yapılarak incelenmiştir. FT-IR analizi sonuçlarına göre hem grafen hem de demir oksitin yüzey modifikasyonunun uygun bir şekilde gerçekleştiği görülmüştür. Yapılan mekanik testler sonucunda, kompozitlerin kopma mukavemeti, elastisisite modülü ve kopma uzaması değerlerinde epoksi reçineye göre artış gözlemlenmiştir. Kopma mukavemeti grafen/demir oksit/çinko oksit grubunda K4, maksimum 43,41 Mpa ile katkısız epoksiye göre, %14 artış gösterirken; CNT/ demir oksit/ çinko oksit grubunda, K6 41Mpa'a ulaşarak katkısız epoksiye göre, %8,5 artış göstermiştir. Elastisisite modülü değerlerinde ise grafen/demir oksit/çinko oksit grubunda K1 1579 Mpa ile %19 ve CNT/ demir oksit/ çinko oksit grubunda, K6, 1415,5 Mpa ile %7,5'lik bir artış oluşturmuştur. Uzama değerlerine gelindiğinde ise çok iyi sonuçlar elde edilmiştir. Katkısız epoksi ile karşılaştırıldığında uzama değeri %80 (K4) ve % 87 (K3) oranlarında artış göstermiştir. UV-Visible spektrometresi analizlerine göre oluşturulan kompozitlerde nanoparçacıkların homojen bir şekilde dağılması kaynaklı absorbans değerleri yüksek çıkmıştır. Elektriksel direnç ölçüm sonuçlarına göre, katkı oranları çok düşük olduğu için, katkılardaki farklılığın direnç sonuçlarına olan etkisi kısıtlı kalmıştır. En yüksek direnç değerinin (3,2036 1012 Ω. cm) sadece CNT içeren (K1) numunesine ait olduğu görülmektedir. CNT ve ZnO içeren K5'in hacimsel direnci en düşük (2,4662 1012 Ω. cm) bulunmuştur.
Kendi-kendini onaran karbon elyaf takviyeli polimer matrisli kompozit geliştirilmesi
Bu doktora tezinin temel amacı, EMAA (poli (etilen-metakrilik asit)), EVA (etilen vinil asetat) ve ABS (akrilonitril bütadiyen stiren) filamentleri ile dikiş prosesi uygulanarak üç boyutlu kendi kendini onarabilen karbon elyaf takviyeli kompozit malzeme geliştirilmesidir. Bu amaçla, önce EMAA, EVA ve ABS termoplastik polimelerinden 0,6, 0,8mm ve 1 mm çaplarında, filamentler üretilmiştir. Daha sonra karbon elyaf prepreg, bu filamentlerle dikilmiş ve ardından, basınçlı kalıplama yöntemi ile kompozit üretimleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen kompozitlerin mekanik özellikleri çekme, eğilme ve Mod-I katmanlar arası kırılma tokluğu testleri ile, yapısal analizi FT-IR analizi ile ve morfolojik analizleri optik mikroskop ve taramalı elektron mikroskobu ile yapılmıştır. Ayrıca kompozitlerin kendi kendini onarma verimliliği hesaplanmıştır. Bu tezde elyaf takviyeli kompozit malzemelerin yapısı, önemi, karbon elyaflı kompozit malzemelerin üretim yöntemleri ve dikiş prosesinin kompozit malzemeler üzerindeki etkisinden bahsedilmiştir. Ayrıca kendi kendini onarabilen polimerlerin yapısı, proses parametreleri ve çeşitleri de detaylı olarak incelenmiştir. Mod-I katmanlar arası test sonuçları incelendiğinde, dikiş prosesinde filamentlerin çapları arttıkça kırılma tokluklarının artttığı gözlenmiştir. Onarma verimliliği en fazla, EMAA06 (%189), EMAA08 (%141) ve EMAA1 (%124) numunelerinde elde edilmiştir. Ayrıca EVA06 (%133), EVA08 (%115) ve EVA1 (%110) numunelerinde de onarma verimliliği sağlanmıştır. Fakat ABS06( %-53), ABS08 (%-64) ve ABS1 (%-67) numunelerinde, elde edilen sonuçlar gözönüne alındığında, ABS filamentleri ile onarmanın gerçekleşmediği sonucuna varılmıştır.
Designing and manufacturing superamphiphobic flexible sensors
Rapidly developing technology necessitates materials with different functional properties instead of single-functional materials used in traditional production. There are many methods to improve biocompatibility, antibacterial, antistatic, conductive properties and functions in textile materials, fibers and polymers. With the development of multifunctional textile materials, new application areas have emerged. Smart textiles are used in various fields such as medical, defense, industrial and environmental. Smart textiles are also used in the development of sensors and wearable electronics. Recent advances in technology have necessitated the development of flexible and stretchable sensors, and there is a great deal of research completed and ongoing on increasing the flexibility of sensors without losing their sensitivity. Flexible materials provide a wide variety of applications for wearable sensors. Their ability to conform to non-linear surfaces, their elasticity, durability under stress and strain forces, and bending resistance are some of the reasons why flexible materials are preferred as sensor substrates. Flexible substrates for wearable flexible sensors must be compatible with applications on human skin. In this thesis, it is foreseen to design flexible sensors with water and oil repellent properties on textile and polymer surfaces. It is aimed to increase the resistance of the sensors against external factors such as rain, oil leakage and corrosion by giving them a superamphiphobic feature, thus providing durability and long life span without reducing the sensitivity. In this study, researches were conducted on the design and production of flexible sensors on different surfaces and the water and oil repellent properties of the produced sensors. For optimal flexibility, cotton and TPU-based substrate materials were used, carbon-based (graphite, graphene, cathode waste material) and polymer-based (PEDOT:PSS) conductive inks were prepared in different concentrations, inks were applied to the substrate surfaces with doctor blade and spray coating methods, The results were analyzed by coating the electrode with water and oil repellent dispersions. The produced electrodes were characterized in terms of their morphological and electrical properties. Cotton and TPU-based substrate materials were used for optimal flexibility, carbon-based (graphite, graphene, cathode waste material) and polymer-based (PEDOT:PSS) conductive inks were prepared in different concentrations. Inks were applied to the substrate surfaces as 1, 2 and 3 layers of coating by using doctor blade and spray coating methods, the obtained electrode was coated with water and oil repellent fluorocarbon and zinc stearate, silicon dioxide dispersions and the results were analyzed. The produced electrodes were characterized in terms of their morphological and electrical properties. The results showed that graphene had the best conductivity among the inks applied and the results improved as the concentration of carbon-based materials in the ink dispersion and the number of applied layers increased. Tubiguard, a fluorocarbon dispersion used in textile applications hydrophobic and oleophobic coatings was mixed with ZnSt and SiO2 and the results showed that hydrophobic properties were greatly improved and oleophobic properties also showed some improvement. Cotton substrate, a hydrophilic material in its pure form, showed better amphiphobic characteristics after the coatings were applied compared to TPU substrate. The staple fibers of cotton fabric acted as microhiearchical structures with the application of coatings which helped improve their amphiphobic properties. Overall the materials used and methods applied in this study are aimed to keep the costs at an optimal level and allow mass production of electrodes for commercial applications and the results show that the goal is achievable.
Elektromanyetik kalkanlama özelliğine sahip termoplastik kompozitlerin üretilmesi
21. yüzyılın teknolojisindeki gelişmeler ile hayatımıza girerek vazgeçilmez olan akıllı cep telefonları, elektronik aletler, elektrikli araçlar, kablosuz internet ağları, uydu, radar, iletişim veya sensör sistemleri insan yaşamını kolaylaştırırken, bu cihazların yaydığı elektromanyetik (EM) radyasyonların insan sağlığına olumsuz etkileri giderek artmaktadır. Ayrıca elektromanyetik girişim olayı da cihazların sağlıklı çalışmasını engellemektedir. Son yıllarda, toplumun bu konuda bilinçlenmesi ve ilgili kurumların EM girişimi önleme ve elektromanyetik alana maruz kalma sınırları üzerine yönerge ve standartlar yayınlamasıyla elektromanyetik kalkanlama yapan malzemelerin önemi artmıştır. Elektronik cihazlar, sistemler ve araçlarda yaygın olarak kullanılan termoplastik malzemelerin hem geri dönüştürülebilir hem de EM kalkanlama (EMK) özelliğine sahip olması, çevre problemlerinin azaltılması, insan sağlığı ve cihaz güvenliği açısından kritik bir önem kazanmıştır. Bu tezin amacı, geri dönüştürülebilir termoplastik bir polimer olan poli(bütilen teraftalat) (PBT) matris ile nikel kaplı karbon elyaf ve titanyum dioksit-nikel kaplı karbon elyaf takviyeler ile matriste TiO2 nanopartiküllerinin katkı olarak kullanıldığı, elektronik cihazlarda, otomotiv, havacılık, savunma sektörlerinde kullanım alanı bulabilecek, EMK özelliğine sahip kompozitler geliştirilmesidir. Bu tez çalışmasında, öncelikle, elektrodepozisyon yöntemi ile karbon elyafa nikel ve TiO2-Nikel kaplaması yapılması için optimum kaplama parametreleri belirlenmiştir ve kaplanan karbon elyafların elektriksel, morfolojik, yapısal özellikleri incelenmiştir. Sonrasında, nikel ve TiO2 nanopartikülleri ile kaplanmış kesikli karbon elyaflar, PBT polimeriyle çift vidalı ekstrüder kullanılarak karıştırılmış ve enjeksiyon kalıplama yöntemi ile kompozit test plakaları üretilmiştir. Katkı tiplerinin ve oranlarının, geliştirilen kompozitlerin termal, mekanik, elektriksel özellikleri ve EMK etkinliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Son kısımda ise, matrise eklenen TiO2 nanopartiküllerinin etkisini inceleyebilmek için; PBT granüllere TiO2 nanopartikülleri kaplanmış, sonrasında nikel kaplanmış karbon elyaflar ile çift vidalı ekstrüder kullanılarak karıştırılmış ve enjeksiyon kalıplama yöntemi ile kompozit test plakaları üretilmiştir. TiO2 nanopartikül miktarının ve katkı tiplerinin, üretilen kompozitlerin termal, mekanik, elektriksel özellikleri ve EMK etkinliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Sonuç olarak, 3 mm kalınlığa sahip, ağırlıkça %30 oranında TiO2-Nikel kaplanmış karbon elyaf içeren PBT kompozitleri ile 8 - 13 GHz frekans aralığında, ortalama 55,1 xxi dB (%99,9997) EMK etkinliği elde edilirken; 500 MHz - 4 GHz frekans aralığında ortalama 18,4 dB (%98,4151) EMK etkinliği elde edilmiştir. TiO2 nanopartiküllerinin, karbon elyaflara nikel ile birlikte kaplanması yerine, matriste dağılmış halde kullanılmasının hem düşük frekans (500 MHz - 4 GHz) hem de yüksek frekans aralığında (8 - 13 GHz) EMK özelliğine daha fazla katkısı olduğu sonucuna varılmıştır. 3 mm kalınlığa sahip, ağırlıkça %20 oranında nikel kaplanmış karbon elyaf içeren PBT kompozitine, ağırlıkça %3 oranında TiO2 eklenmesiyle, 8 - 13 GHz frekans aralığındaki ortalama EMK değeri, %18,2 oranında artış göstererek, 44,1 dB (%99,9961)'den 51,7 dB'e (%99,9994) yükselmiştir. Ayrıca, %30 oranında nikel kaplanmış karbon elyaf içeren PBT kompozitinin EMK değerine (56,0 dB, %99,9997) yakın bir etkinlik elde edilmiştir. TiO2 nanopartiküllerinin katkısıyla, daha düşük ağırlığa ve yoğunluğa sahip kompozit ile 8-13 GHz frekans aralığında yüksek EMK etkinliği sağlanmıştır. Elektriksel iletkenlik ve manyetik özelliğe sahip nikel kaplanmış karbon elyaflar ve dielektrik özelliğe sahip TiO2 nanopartikülleri arasında sinerjik bir etki olduğu sonucuna varılmıştır. Geliştirilen kompozitler, elektrik-elektronik, otomotiv, havacılık, savunma sanayinde elektromanyetik kalkanlama uygulamalarında kullanılabilecektir.
Giyilebilir elektronikler için nanolif esaslı esnek ve hibrit nanojeneratörlerin geliştirilmesi
Bu projede, çift etki kullanarak mekanik/biyomekanik enerji dönüşümü sağlayan hibrit nanojeneratörler geliştirilmiştir. Literatürde piezoelektrik, triboelektrik ve her ikisinin kullanıldığı hibrit nanojeneratörler üzerine oldukça fazla çalışma yayınlanmıştır. Fakat bu çalışmalarda hibrit nanojeneratörlerin elde edilişi, bağımsız üretilmiş iki bileşenin makro düzeyde ve herhangi bir yolla birleştirilmesi temeline dayanmaktadır. Bu çalışmada tek bir aşamada piezoelektrik, triboelektrik ve iletken bileşenler birlikte üretime alınarak kompakt bir sistem ortaya çıkartılmıştır. Burada elektro-üretim metodunun piezoelektrik nanojeneratörlerde sık kullanılan bir metot olması ve triboelektrik nanojeneratörler için mikro-nano yapının büyük önem arz etmesi nano ölçekte kontrollü bir üretimi mümkün kılmıştır. Piezoelektrik bir polimer olan Poli(viniliden florür) (PVDF) ile termoplastik poliüretan (TPU) nanoliflerin, elektroüretim metodu kullanılarak birlikte üretimleri sonucu hibrit nanolifler elde edilmiştir. Hibrit nanolif üretimi esnasında ayrı bir dispersiyondan ise grafen oksit (GO) beslemesi yapılarak nanolifli yapının içerisinde üretilen elektriksel enerjinin nanojeneratör elektrotlarına daha verimli ulaştırılması sağlanmıştır. Bu aşamaya kadar, elektro-üretim parametre optimizasyonu ve GO takviye oranının optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu projenin özgün yanı, hibrit nanolifli yapı ile oluşturulacak hibrit nanojeneratör sistemdir. Sonraki adımda, belirlenen optimum GO takviye oranı ile PVDF/TPU hibrit nanoliflerin gözenekli olarak üretilmesi ile çıkış performansı yükseltilmiştir. Çalışmanın son aşamasında ise nanojeneratör performansının nanoliflerin yüzeyinde hidrotermal yolla çinko oksit (ZnO) nanoteller büyütülerek artırılması hedeflenmiştir. Nanoliflerin yüzeyinde dikey yönlenmiş ZnO nanotel büyütülmesi, hem nanotel-ormanının yüzey pürüzlülüğü katması ile hem temas yüzey alanının artması hem de ZnO kullanımına bağlı olarak piezoelektrik etkinin güçlendirileceği değerlendirilmiştir. Bu aşamada da optimum GO takviyesi ve optimum gözenek miktarı içeren nanolifli yapılar kullanılmıştır. Elde edilen nihai nanojeneratörler 16,47 mW/m2 çıkış güç yoğunluğuna ulaşılmıştır. Ayrıca elde edilen nanojeneratörler ile farklı kapasitelerde ticari kondansatörlerin şarj edilebilirliği ve depolanan enerjinin sürekli bir şekilde bazı elektronik cihazlarda kullanılabilirliği kanıtlanmıştır. Bunun da ötesinde, nanojeneratörler tekstil yüzeyine uygulanarak sensör uygulamaları için uygunluğu da kanıtlanmıştır.
Alev geciktiricili termoset kompozitlerin UP ve UV reçine ile tamir edilmesi sonrası mekanik özellikleri ve karakterizasyonu
Kompozit malzemeler iki veya daha fazla bileşenin bir araya gelmesi ile oluşan malzemelerdir. Polimer matrisli kompozitler hafiflik, yüksek özgül mukavemet ve modül gibi avantajlar sağlarlar. Sektörde çoğunlukla kullanılan matris polyester (UP) reçinedir. Fakat fotokürlenen (UV) reçineler de son zamanlarda kullanılan ürünler arasındadır. Geleneksel reçinelere göre uygulama kolaylığı, kısa çevrim süresi, kolay ekipman temizliği sağlarlar. Kompozit malzemelere alev geciktirici özellik kazandırmak için bazı katkılar kullanılabilmektedir. Alüminyum Trihidrat (ATH), Amonyum Polifosfat (APP) ve Çinko Borat (ZB) bu katkılardan bazılarıdır. Kompozitler hasar aldıklarında tamir edilebilen ürünlerdir. Özellikle montaj veya yapısal birleştirme işlemlerinde bağlantı elemanları için kompozit yapılara delik açılabilmektedir. Bakım ve üretim esnasında eksik bağlantı elemanları, kötü veya yanlış montajdan kaynaklanan problemler yaşanabilir. Böyle durumlarda parçayı en baştan üretmek hem zaman hem de maliyet açısından kayıp oluşturmaktadır. Bu sebeple kompozitler için geliştirilen birçok tamir yöntemi mevcuttur. Kıyılmış lifler ile onarım ve yama ile onarım bu yöntemlerden birkaçıdır. Gerçekleştirilen tez çalışmasında, cam elyaf takviyeli polyester kompozitler üretilmiş, kompozitlerin içerisine reçine ağırlığına göre %10, %15 ve %20 oranlarında alev geciktirici katkılar olan ATH, APP ve ZB eklenmiştir. Üretilen kompozit numunelerin orta noktalarına 5 mm çapta delikler açılmıştır. Açılan bu delikler UV reçine ve UP reçine kullanılarak tamir edilmiştir. Tamir aşamasında ilk önce delik öğütülmüş cam elyaf içeren reçine ile doldurulmuş akabinde de delikli yüzeyin ön ve arkalarına birer kat elyaf yamalanmıştır. Katların birbirine konsolidasyonunun sağlanması için vakum torbalama yönteminden yardım alınmıştır. Tamir öncesi ve sonrası mekanik özelliklerin yanında cam elyaf oranı ve kompozitin yanma davranışı incelenmiştir. Yapılan çalışmanın sonucunda çekme testlerine göre %10 miktarında ATH ilavesi ile mekanik özelliklerde nominal kompozite göre artış olduğu gözlenmiştir. Çekme testlerinde hasarsız ve katkı ihtiva eden gruplar içinde en yüksek sonucu 182 MPa ile N10ATH grubu, tamir edilmiş malzemeler içinde ise 134,48 MPa ile N10UV grubu vermiştir. Eğme testlerinde ise tüm gruplarda %15 APP içeren kompozitlerin en yüksek değere ulaştığı görülmektedir. Hasarsız gruplar arasında nominal kompozite göre 33,09 MPa artış sağlamıştır. Tamir edilmiş gruplarda ise yine en yüksek değer %15 APP ilaveli yapılardan elde edilmiştir. Cam elyaf içeriği sonuçlarına göre tamir sonrası elde edilen oran yine %10 APP ilaveli kompozitte görülmüştür. Yatay yanma sonuçlarında ise içinde APP bulunduran gruplardan hiçbirinde alev ilerlememiş ve kendi kendine sönmüştür. UP ve UV tamirat sonuçları kıyaslandığında, UP reçine yerine UV kürlenen reçine kullanıldığında mekanik ve yanma davranışı özelliklerinden zafiyet vermeden zaman tasarrufu yapılarak sürecin ilerletilebildiği soncuna ulaşılmıştır. Alev geciktirici katkıların ilavesi ile mekanik özelliklerde bir miktar artış olduğu sonucuna ulaşılmıştır. Belirli bir oranda kullanılan alev geciktirici katkılar ile hem mekanik özellikler hem de yanma davranışı özellikleri iyileştirilebilmektedir.
Oksetik (auxetıc) kompozit malzemelerin geliştirilmesi
Son yıllarda eklemeli imalat (Eİ) olarak hayatımızda yer alan üç boyutlu yazıcı teknolojisi hızla yaygınlaşmakta ve gelişmektedir. Uzay, savunma, havacılık, spor, otomotiv, gıda, biyomedikal, inşaat ve tıp gibi alanlarda hızlı bir şekilde yer bularak son zamanların en yaygın kullanılan teknolojileri arasındadır. Üç boyutlu yazıcıların farklı tipleri ve çalışılabilecek geniş malzeme yelpazesiyle metal ve seramik malzemelerin yanısıra termoplastik malzemelerinde yaygın kullanımıyla bilimsel araştırmalarda farklı konuların ele alınması mümkün olmuştur. Üç boyutlu yazıcılarda PLA (Polilaktik Asit) malzemesi yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. PLA termoplastik polimerler olduğu için geri dönüştürülebilir malzemedir. PLA, biyo çözünür özelliği ile medikal ve ambalaj alanında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışma kapsamında, sandviç kompozitlerde yenilikçi çekirdek yapı tasarımı ve üretimi gerçekleştirmek için eklemeli imalat yöntemi kullanılmıştır. Pozitif Poisson oranına sahip oksetik olmayan geleneksel Bal Peteği yapısı ile negatif Poisson oranına sahip Yeniden Girintili ve tasarımda modifikasyon gerçekleştirilerek Geliştirilmiş Yeniden Girintili çekirdek tasarımı üretilmiştir. Üç farklı tasarıma sahip yapılar için eklemeli imalat yöntemi ile katmanlı üretim gerçekleştirilmiştir. Çekme, üç nokta eğme ve basma testi için ASTM standartlarına uygun numuneler üretilmiştir. 3B baskı ile üretilen basma ve üç nokta eğme numunelerinin karbon elyaf ve epoksi malzemeleriyle çekirdek yapının alt ve üst yüzeyleri kaplanması sağlanmıştır. Böylece sandviç kompozit yapı oluşturulmuştur. Gerçekleştirilen testlere göre numunelerin mekanik özellikleri ve farklı tasarıma sahip çekirdek hücrelerin Poisson oranları incelenmiştir. Literatürde gerçekleştirilen çalışmalara göre negatif Poisson oranına sahip oksetik özellikteki Yeniden Girintili tasarımların geleneksel pozitif Poisson oranına sahip oksetik olmayan Bal Peteği tasarımına göre daha üstün üç nokta eğme ve basma dayanım değeri olduğu tespit edilmiştir. Yapılan bu çalışmanın sonucunda üç nokta eğme testine göre Geliştirilmiş Yeniden Girintili sandviç yapıda geleneksel Bal Peteği ve Yeniden Girintili sandviç yapıya göre daha yüksek mukamevete sahip olduğu gözlemlenmiştir. Üç nokta eğme testinde Bal Peteği sandviç yapı 142,15 MPa, Yeniden Girintili sandviç yapı 150,68 MPa ve Geliştirilmiş Yeniden Girintili sandviç yapı 160,83 MPa değerlerine ulaştığı görülmektedir. Gerçekleştirilen basma testine göre Geliştirilmiş Yeniden Girintili sandviç yapıda geleneksel Bal Peteği ve Yeniden Girintili sandviç yapıya göre daha yüksek mukavemete sahip olduğu gözlemlenmiştir. Basma testinde Bal Peteği sandviç yapı 88,7 MPa, Yeniden Girintili sandviç yapı 114,66 MPa ve Geliştirilmiş Yeniden Girintili sandviç yapı 125 MPa değerlerine ulaştığı görülmektedir. Gerçekleştirilen bu çalışma kapsamında en yüksek üç nokta eğme ve basma dayanımına sahip Geliştirilmiş Yeniden Girintili sandviç yapı olduğu hem deneysel, hem de analiz verilerine göre doğrulanmıştır. En düşük üç nokta eğme ve basma dayanımına sahip tasarım ise geleneksel Bal Peteği sandviç kompozit yapısına ait olduğu tespit edilmiştir.
Grafen oksit katkılı iplik geliştirilmesi
Bu tezin amacı, giyilebilir elektroniklerde kullanılabilecek, grafen oksit esaslı ipliklerin geliştirilmesidir. Bu amaçla, grafitten, geliştirilmiş Hummers metoduyla sentezlenen grafen oksit, termoplastik üretan (TPU) ile birleştirilerek yaş çekim yöntemiyle, grafen oksit katkılı iplikler üretilmiştir. Grafen, yüksek yüzey alanı, üstün termal iletkenlik, yüksek elektron hareketliliği, yüksek Young modülü, mükemmel ışık geçirgenliği ve kimyasal stabilite gibi mükemmel mekanik, elektronik, termal, bariyer, optik ve kimyasal özelliklere sahip akıllı bir malzemedir. Literatürde, eksfoliasyon metodu ve kimyasal buhar biriktirme metodu (CVD) başta olmak üzere pekçok yöntemle üretilebilmektedir. Grafen oksit (GO), grafen tabakalarının oksijen içeren fonksiyonel gruplarla modifiye edilmiş bir formudur. Geliştirilmiş Hummers metodu, işlem kolaylığı, düşük maliyeti ve ölçeklendirilebilirliği nedeniyle, grafitten grafen oksit eldesi için en yaygın olarak kullanılan metotlardan birisidir. Tez çalışmasında, bağlayıcı polimer oranının, iğne çapının ve koagülasyon banyosunun, iplik üretimi ve özellikleri üzerine etkisi incelenmiştir. Bu amaçla, FT-IR analizi, kalınlık ölçümü, elektriksel iletkenlik ölçümü ve optik mikroskop analizleri gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, geliştirilen grafen oksit katkılı ipliklerin, elektriksel ve fiziksel özellikleri incelendiğinde, TPU oranı arttıkça, daha iyi iplik oluşumu gözlenmesine rağmen, TPU yalıtkan bir polimer olduğu için, elektriksel iletkenlik değerlerinde azalma olduğu görülmüştür. En yüksek iletkenlik değeri 3. Denemede elde edilmiştir (0,62 x 10-4 ±0,098 S/m). 5.Deneme'ye ait elektriksel iletkenlik değeri, en düşük olarak ölçülmüştür ve 0,42 x 10-4 S/m olarak elde edilmiştir. Elde edilen grafen oksit katkılı iplikler, uygun maliyetli, esnek, çevre dostu olması ve iletkenlikleri sayesinde, ileride, elektronik tekstillerle birleştirerek esnek/giyilebilir ürünlerin geliştirilmesinde, enerji üreten veya depolayan cihazlarda ve teknik tekstillerde kullanım alanı bulacaktır.
Tez adı otomotiv plastik parça üretiminde taguchı ile moldflow kalıplama sürecinin optimizasyonu
Plastik enjeksiyon kalıplama yöntemi, otomotiv sektöründe hafiflik, düşük maliyet ve tasarım esnekliği gibi avantajları sayesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemde, parçanın geometrik doğruluğunu etkileyen çarpılma ve hacimsel çekme gibi istenmeyen deformasyonlar sıkça gözlemlenmektedir. Bu tür boyutsal sapmalar, parçanın montaj uyumunu ve işlevselliğini olumsuz etkileyebilmektedir. Bu bağlamda, üretim öncesinde gerçekleştirilen bilgisayar destekli simülasyon analizleri, hataların erken aşamada tespiti ve giderilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Moldflow yazılımı, enjeksiyon sürecini sanal ortamda modelleyerek süreç parametrelerinin optimize edilmesine olanak tanımakta, böylece zaman ve maliyet tasarrufu sağlamaktadır. Öte yandan, bu tür süreçlerde çok sayıda faktör ve seviye kombinasyonu bulunduğundan, deney sayısını azaltarak optimum koşullara ulaşmayı amaçlayan Taguchi deney tasarım yöntemi de etkin bir araç olarak öne çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında, otomotiv aydınlatma sistemlerinde kullanılan dış trim parçalarının boyutsal kararlılığını artırmak amacıyla malzeme ve proses parametrelerinin birlikte optimize edilmesi hedeflenmiştir. Çalışma iki aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada, farklı dolgu türleri (talk, cam elyafı, karbon elyafı, kalsiyum karbonat, wollastonit) ve katkı oranları (%10, %20, %30) kullanılarak oluşturulan 15 farklı polipropilen (PP) kompozit yapı için Moldflow simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Elde edilen çarpılma ve hacimsel çekme değerleri, Taguchi L16 deney dizisi kapsamında değerlendirilmiş; "daha küçük daha iyidir" (Smaller-is-Better) kriterine göre S/N (Sinyal/Gürültü) oranları hesaplanmıştır. Yapılan analizler sonucunda, %30 talk dolgulu PP bileşimi, her iki çıktı açısından en dengeli ve kararlı sonuçları vermiştir. İkinci aşamada, seçilen bu optimum malzeme için dört temel proses parametresi (erime sıcaklığı, kalıp sıcaklığı, enjeksiyon süresi ve soğuma süresi) üç seviyede tanımlanarak L27 ortogonal Taguchi deney tasarımı uygulanmıştır. Moldflow simülasyonları sonucunda, her kombinasyona ait çarpılma ve hacimsel çekme değerleri için ortalama S/N oranları hesaplanmış ve çoklu çıktı optimizasyonu yapılmıştır. Elde edilen bulgulara göre, Deney 18 (erime sıcaklığı: 220 °C, kalıp sıcaklığı: 50 °C, enjeksiyon süresi: 4 s, soğuma süresi: 40 s) tüm kombinasyonlar içerisinde en iyi genel performansı sunmuştur. Bu deneyde çarpılma değeri 0,25 mm ile minimum, hacimsel çekme değeri ise %0,73 ile kabul edilebilir seviyede bulunmuştur. Ayrıca, +7,30'lik ortalama S/N oranı ile de en yüksek toplam kalite puanı elde edilmiştir. Optimum koşullara ait Moldflow analiz görselleri, malzemenin kalıp içinde homojen dağıldığını, iç gerilmelerin dengeli yayıldığını ve çarpılma yönlerinin merkezden çevreye simetrik dağıldığını göstermektedir. Bu sonuçlar, literatürde yer alan dengeli soğuma, yüksek kalıp sıcaklığı ve uygun erime viskozitesinin kalite üzerindeki etkilerini desteklemektedir. Ayrıca, tüm analizlerin fiziksel üretim yapılmadan yalnızca simülasyon ortamında gerçekleştirilmiş olması, çalışmanın zaman ve maliyet açısından önemli bir endüstriyel katkı sunduğunu göstermektedir. Sonuç olarak bu tez, malzeme seçimi ile proses parametresi optimizasyonunun bir arada değerlendirilmesini sağlayan bütüncül bir yaklaşım sunmaktadır. Literatürde sınırlı sayıda yer alan bu tür entegre analizlerin, üretim öncesi karar süreçlerine sistematik bir katkı sunduğu ve gelecekteki mühendislik uygulamaları için tekrarlanabilir bir model oluşturduğu düşünülmektedir.
Multifonksiyonel örme kumaş geliştirilmesi ve lignin esasli tekstil kaplamasinin kaliciliğinin araştirilmasi
Tez çalışması, multifonksiyonel örme kumaş geliştirilmesi amacı ile lignin esaslı tekstil kaplaması'nın kalıcılığının araştırılması amacıyla yürütülmüştür. Tekstil sektöründe artan çevresel kaygılar ve sürdürülebilirlik hedefleri, fosil yakıt türevli kimyasallar yerine doğal kaynaklı ve toksik olmayan kaplama ajanlarının kullanımını gerekli kılmaktadır. Ayrıca, artan tüketici bilinci ve uluslararası regülasyonlar, üreticileri çevre dostu alternatiflere yönelmeyi zorunlu kılmıştır. Son yıllarda yapılan çalışmalar, tekstil yüzeylerinde biyo bazlı kaplamaların kalıcılığını artırmanın, ürün performansı ve kullanıcı sağlığı açısından kritik olduğunu göstermektedir. Bu bağlamda, sodyum lignosülfonat ve tannik asit gibi doğal çapraz bağlayıcılar, örme kumaş yüzeyine uygulanmak üzere çeşitli oranlarda çözeltiler formüle edilmiştir. Kaplama işlemleri öncesinde kumaşlar, standartlaştırılmış ön terbiye adımları uygulanarak hazırlanmış ve böylece çapraz bağlayıcı ajanların kumaş yüzeyine etkin penetrasyonu sağlanması hedeflenmiştir. Hazırlanan çözeltiler pamuk, pamuk/polyester karışımı ve polyester örme kumaşlara emdirme yöntemiyle uygulanmıştır. Uygulanan kaplamaların kalıcılığı, AATCC135 standartlarına uygun ön yıkama döngüsü sonrasında yapılan spektrofotometre renk farkı ölçümleri, FTIR analizleri ve 16 CFR 1610 ve ASTM D1230 testlerinden modifiye edilen yanmazlık testleri ile detaylı şekilde değerlendirilmiştir. Deney sonuçları, lignosülfonat ve tannik asidin uygun pH ve formülasyon aralığında çapraz bağlanma sağladığını ortaya koymuştur. Elde edilen bulgular, kaplama performansının kumaş tipine, çözelti oranına ve uygulama parametrelerine bağlı olarak değişkenlik gösterdiğini ortaya koymuş, biyo-bazlı çapraz bağlayıcıların kullanımının, sürdürülebilir ve uzun ömürlü fonksiyonel tekstil kaplamaları geliştirmek için yenilikçi bir teknoloji platformu sunduğunu göstermektedir. Gelecek çalışmalar için, kullanılan biyo bazlı ajanların optimum oranlarının belirlenmesi ve proses yöntemlerinin geliştirilerek entegrasyonu ile kaplama performansının daha da iyileştirilebileceği öngörülmektedir.