Theses supervised by Prof. Dr. Hasan Göçmez
10 theses · Kütahya Dumlupınar University
Polimer türevli nanokristal SiOC tozlarının sentezi ve karakterizasyonu
Bu çalışmada polimer türevli SiOC tozu sentezlenmiş ve karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. SiOC tozunun sentezi için sol-jel metodu kullanılmıştır. Organik- İnorganik hibrit yapının eldesi için başlangıç malzemesi olarak TEOS ve PDMS seçilmiştir. Jelleşme işleminden sonra kurutulan tozlar Argon ortamında 1100°C' de ısıl işleme tabi tutularak hedeflenen fazlar elde edilmiştir. Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Diferansiye Termal Analiz (DTA) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR) kullanılarak tozların karakterizasyonları yapılmıştır. Bu analizlerin yanı sıra, yüksek sıcaklık XRD'si yardımıyla, Helyum ortamında 1500°C 'ye kadar ısıl işlem yapılan tozların anlık faz değişimleri de belirlenmiştir.
Nano boyutlu titanyum dioksit (TiO2) tozlarının ultraviyole ışık altında yüzeyel venlere etkilerinin tavşan modelinde araştırılması
Titanyum dioksit gıda, kozmetik, kâğıt sanayi gibi birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmanın amacı; aynı zamanda iyi bir fotokatalik özelliğe sahip titanyum dioksitin, nano boyut tozunun solüsyon haline getirildikten sonra, ultraviyole ışık altında tavşan kulağında bulunan marjinal vene etkilerinin histopatolojik olarak incelenmesidir. Bu çalışma, Kütahya Dumlupınar Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Nanoteknoloji yüksek lisans tezi olarak 11.10.2016 tarih ve 10127589 referans numarası ile Yüksek Öğretim Kurulu Ulusal Tez Merkezi kaydı ile yapılmıştır. Çalışmaya, Sivas Cumhuriyet Üniversitesi Hayvan Deneyleri Yerel Etki Kurulu'nun 01.06.2017 tarih ve 65202830-050.04.04-62 sayılı etik kurul kararı sonrasında başlanmıştır. Çalışmada toplam 4 grup tavşan kullanılmıştır. Birinci grup kontrol grubu, ikinci grup yalnızca %20'lik nano TiO2 uygulanan grup, üçüncü grup yalnızca UV ışık uygulanan grup ve dördüncü grup nano TiO2 ve UV ışık eş zamanlı uygulanan grup olarak çalışma yapıldı. Çalışmada kullanılan nano TiO2 %20'lik sulu çözelti ve UV ışık 368 nm dalga boyunda idi. Çalışmada tavşanlar UV ışığa günde 12 saat maruz bırakıldı. Nano TiO2 çözeltisi ise 0,2 cc cilt üzerine uygulandı. Çalışmaya toplam 14 gün devam edildi ve 15. gün kulak marjinal veninden örnekler alındı. Alınan örnekler Hematoksilen-Eozin boyası ile boyanarak inflamasyon (yangı) yönünden değerlendirildi. Tavşanlardan alınan kulak doku örnekleri %10'luk tamponlu formalin solüsyonuna alındı. Alınan örnekler daha sonra rutin takip işlemlerinden geçirilerek parafin bloklara gömüldü. Bloklardan alınan 5 μm'lik kesitler histopatolojik değişiklikler yönünden Hematoksilen-Eozin ile boyanarak incelendi. Işık mikroskobunda incelenen kesitler kronik yangı yönünde semikantitatif olarak yok (-), hafif (+), orta (++) ve şiddetli (+++) olarak değerlendirildi. Kontrol ve TiO2 gruplarındaki tavşanların kulak dokuları normal histolojik görünümdeydi. Yalnızca UV ışık uygulanan grupta perivasküler alanlarda ve kıl foliküllerininetrafında mononükleer hücrelerden oluşan şiddetli düzeyde bir kronik yangının şekillendiği görüldü. Tespit edilen bu bulguların UV- nano TiO2 grubunda ise hafiflediği belirlendi. Nano TiO2 grubunda perivaskülerinflamasyon istatistikî olarak en az olarak saptandı. Nano TiO2 grubunda perivasküler kronik yangı elemanlarının azlığı üç teori ile açıklanabilir; birincisi UV ışığa karşı TiO2' ninfotokatalitik aktivasyonu sonucu UV ışığın zararlı etkilerinin önüne geçilmiş olması, ikincisi makroskobik olarak gerileyen ve yer yer yok olan ve histolojik olarak preparatlarda görünmeyen küçük venözkolleratal yapıların gerilemesi sonucu perivasküler alana mononükleer hücrelerin gelişinin azalması, üçüncüsü ise her iki teorinin kombinasyonudur. Ancak sayılan teorilerin açıklanması için daha ileri çalışmalar olan; genetik, sitogenetik, biyokimya, histokimya ve immünohistokimyasal çalışmalara ihtiyaç vardır. Anahtar Kelimeler: Cilt, Damar, Dermal, Dioksit, Hayvan, Histolojik, Işık, Model, Nano, Tavşan, TiO2, Titanyum, Toplardamar, Ultraviyole, Ven
Aktive edilmiş tozlarla düşük sıcaklıklarda ZrB2 ve ZrB2 esaslı seramiklerin sentezlenmesi, sinterlenmesi ve mekaniksel özelliklerinin geliştirilmesi
Bu çalışma sitrat jel yöntemi ile ZrB2 tozların sentezini, ZrB2 ve ZrB2 temelli kompozit malzemelerin (ZrO2, SiC, B4C, Fe) düşük sıcaklıklarda basınçsız sinterleme ile üretilmesini, tozların mekanokimyasal aktivasyonlarını ve malzemelerin mekaniksel özelliklerinin belirlenmesini kapsamaktadır.Sitrit asit jel yöntemi ile üretilen jellerin 1500 ? C'de ısıl işlemi ile ZrB2 (Y.A: 1,6 m2/g ve dXRD: 60 nm) tek faz olarak sentezlenmiştir. Jellerin mekaniksel aktivasyonu ile ZrB2 fazın oluşum sıcaklığı 1350 ? C'ye kadar düşürülmüştür.XRD verilerinden elde edilen pik genişlemelerinin analizi ile mekaniksel aktivasyonun tozlar üzerindeki etkisi incelenmiştir. ZrB2 tozların aktivasyonu kristal boyutunu düşürürken kafes gerinimlerini arttırmıştır.Düşük sıcaklıkta (1750 °C) ve basınçsız sinterleme ile katkısız ZrB2 malzemelerde %86 sinterleme yoğunluklarına ulaşılmış ve sertlik değerleri 9.8 N yük altında 4.8 GPa olarak hesaplanmıştır. En yüksek yoğunluk değeri Fe ilaveli ZrB2 seramiklerde elde edilmiştir (%99.9 gr/cm3). Aktive edilmemiş ZrB2-ZrO2 kompoziti %57 sinterleme yoğunluğuna sahipken, uygulanan aktivasyon sonunda %91'e kadar yükselmiştir. ZrB2 esaslı seramiklerin sertlik değerleri 1.65 GPa ile 14.94 GPa arasında değişen değerler almıştır.
Nanokristal zirkonya silika kompozit tozlarının süperkritik CO2 yöntemiyle sentezi ve topaklanma probleminin önlenmesi
Nano boyutta toz sentezlerken dikkat edilecek en önemli nokta, tozların topaklanmasını önlemektir. Yüksek yüzey alanına sahip olan nanopartiküller çok kolay topaklanabilmektedir. Buda toz üretimi esnasında yaşanan en büyük teknolojik problem olarak ortaya çıkmaktadır.Bu tez çalışmasında süperkritik CO2 yöntemiyle nanokristal ZrO2-SiO2 kompozit tozları başarılı bir şekilde sentezlenmiş, topaklanma problemi kontrol altına alınmış ve tetragonal zirkonya fazının geniş bir sıcaklık aralığında kararlı kalması sağlanmıştır.Nanokristal ZrO2-SiO2 kompozit tozlarını süperkritik CO2 yöntemiyle sentezlemek için başlangıçta hazırlanan solüsyona herhangi bir ilave yapılmadan topaklanma derecesi değeri 5'e kadar düşürülmüştür.Anahtar Kelimeler: Nanokristal, Nanotoz, Silika, SiO2, Süperkritik CO2, Topaklanma, Zirkonya, ZrO2.
Otomotiv sanayisinde kullanılan kaynak pimleri için hidrotermal yöntemle ıtriyum tetragonal zirkonya polikristal toz sentezi
Bu tez çalışmasında, öncelikle hidrotermal yöntemle beyaz ve mavi renkli Y-TZP tozlarının nano boyutta sentezi gerçekleştirilmiştir. Sonrasında nihai ürün olarak, otomotiv sektöründe somun kaynağında kullanılan beyaz ve mavi renkli seramik kaynak pimlerinin yüksek tokluk ve sertlik değerlerinde üretilebilirliği incelenmiştir. Yapılan geçirimli elektron mikroskobu (TEM) analiz sonuçlarına göre, beyaz renkli Y-TZP kristalleri 5-10 nm tane boyut aralığında üretilmiştir. Sentezlenen tozlardan yığınsal numuneler hazırlanarak fiziksel ve mekanik testler uygulanmıştır. Buna göre, sinterleme sonrasında en yüksek %94,7 yoğunluk değerine ulaşılmıştır. Daha yüksek yoğunluk değerlerinde ZrO2 bünyeler üretmek amacıyla, mekaniksel ve çözeltiden ZnO katkılı olarak yeni bileşimler hazırlanmıştır. ZnO ilavesiyle bünyelerin yoğunluk değeri artarken, sinterleme esnasında oluşan tane büyümesi nedeniyle ZrO2 seramiklerinin mekanik özelliklerinin kötüleştiği görülmüştür. Bu nedenle, ZnO katkısı olmaksızın geliştirilen Y-TZP tozları kullanılarak, alternatif yüksek yoğunluklu yığınsal numune hazırlama çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Bu amaç doğrultusunda, granül tozun aglomerasyonunu önlemek için uygun dispersant ve katkı malzemelerinin seçimi yapılmıştır. Böylece, beyaz renkli ZrO2 numunelerinde %99,10 sinterleme yoğunluk değerine ulaşılmıştır. Burada, 4Zrn-1 ve 4Zrn-8 kodlu numunelerin en iyi mekanik özellikleri sergilediği görülmüştür. Daha açıklayıcı olarak, 4Zrn-1 numunesi için kırılma tokluğu ve sertlik değerleri sırasıyla 15,17 MPa.m1/2 ve 8,99 GPa olarak hesaplanırken, 4Zrn-8 numunesinde 12,24 MPa.m1/2 kırılma tokluğu ve 10,04 GPa sertlik değerleri elde edilmiştir. ZrO2-Y2O3-Al2O3-CoO sisteminden hidrotermal yöntem ile tek kademede mavi renkli ve 5 nm tane boyutunda Y-TZP tozlarının üretimi başarıyla gerçekleştirilmiştir. ZCA-4 kodlu bileşimden kırılma tokluğu 16,85 MPa.m1/2 ve sertlik değeri 9,79 GPa olan mavi renkli ZrO2 seramikleri %98,20 sinterleme yoğunluğu ile üretilmiştir. Ayrıca, nihai ürün olarak ZCA-4 kodlu bileşimden ZrO2 seramik kaynak pimlerinin üretimi gerçekleştirilmiştir. Daha ötesinde, bu tez çalışması kapsamında geliştirilen ZrO2 kaynak pimlerinin endüstriyel uygulaması otomotiv sektöründe faaliyet gösteren bir firmanın üretim hattında yapılmıştır. ZCA-4 kodlu bileşimden üretilen ZrO2 seramik kaynak piminin oldukça yüksek performansta somun kaynağı yaptığı görülmüştür. Bu tez çalışmasında hidrotermal yöntemle nano boyutta üretilen Y-TZP tozlarının yüksek aşınma direnci ve mekanik özellik gerektiren birçok uygulama alanı için başarıyla kullanılabileceği belirlenmiştir.
Yüksek sıcaklığa dayanıklı bor katkılı kordiyerit seramiklerinin geliştirilmesi
Kordiyerit esaslı seramikler sahip oldukları düşük ısıl genleşme katsayısı, yüksek özdirenç ve düşük dielektrik katsayısından dolayı önemli uygulama alanları bulunmaktadır. Bu çalışmada kolemanit kullanılarak kordiyerit reçetelerin geliştirilmesi, kordiyerit seramiklerin 1000 – 1100 - 1200 ºC sinterleme sıcaklıklarında, elde edilmesi ve minimum enerji tüketimi ile üretilebilirliğinin sağlanması hedeflenmiştir. Aynı zamanda, referans kordiyerit reçetesinde bor katkısı olarak kolomanit'in farklı sıcaklıklarda kordiyerit seramiğin özelliklerine etkisi incelenmiştir. Numunelerin faz analizi, mikro yapısı ve termal ısıl genleşme katsayıları sırasıyla XRD, SEM ve Dilatometre yöntemleri ile incelenmiştir ve ısı karşısında davranışları DTA/TGA yöntemleri ile belirlenmiştir. Test numunelerin fiziksel özellikler Üç Nokta Eğme ve Su Emme testleri ile karakterize edilmiştir. Elde edilen bulgular sonucunda mukavemetin sıcaklığın ve kolemanit oranının artmasına bağlı olarak düştüğü, pişme küçülmelerinin %3 ve %5 oranları için sıcaklıkla beraber arttığı fakat belli sıcaklığa ulaşıldığında düştüğü görülmüştür. Diğer fiziksel özellik olan su emme değerlerinde de artan kolemanit miktarına bağlı olarak su emme artarken sıcaklığın artması ile düşüş göstermiştir. Yapılan çalışmalar sonucunda %1 oranında bor katkısının sinterleme sıcaklığını önemli derecede azaltarak enerji tasarrufu konusunda katkı sağlayacağı anlaşılmıştır. Anahtar Kelimeler: Bor, Kolemanit, Kordiyerit, Seramik, Sinterleme
Jel yöntemi ile metal borürlerin üretimi, karakterizasyonu ve süperkapasitör uygulamaları
Günümüzde fosil yakıtlarının yanı sıra yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanımının hızla artması, farklı enerji depolama teknolojilerine duyulan ihtiyacı da dolaylı olarak arttırmaya başlamıştır. Süperkapasitörler sahip oldukları yüksek güç yoğunlukları, hızlı şarj deşarj kabiliyetleri ve çevrim ömürlerinin uzun olması sayesinde yeni nesil enerji depolama teknolojileri olarak büyük potansiyele sahiptirler. Süperkapasitörlerin sahip oldukları en önemli dezavantaj ise düşük enerji yoğunlukları olarak karşımıza çıkmaktadır. Enerji yoğunluğunu arttırmak amacı ile yeni elektrot malzemelerin kullanımı günümüz araştırmacıları tarafından fazlasıyla çalışılan bir konu haline gelmiştir. Bu tez çalışmasında elektrot malzemesi olarak metal borürlerin kullanımı hedeflenmiş ve bu doğrultuda jel metodu ile TiB2, ZrB2 ve CaB6 tozları sentezlenerek, XRD, SEM, TEM, FTIR ve EPR yöntemleri ile karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Elde edilen tozlar süperkapasitör uygulamalarında hem simetrik hem de asimetrik sistemlerde 2 elektrot sistemi kullanılarak değerlendirilmiş, Simetrik sistemlerde metal borürlerin performansları CV, PEIS ve GCPL gibi elektrokimyasal karakterizasyon teknikleri kullanılarak araştırılmıştır. Bunun yanında Grafit, Aktif Karbon ve Çok tabakalı karbon nanotüp kullanılarak hazırlanan asimetrik sistemlerde aynı yöntemlerle elektrokimyasal karakterizasyonları gerçekleştirilmiş ve karbon kaynaklarının metal borürlerin elektrot performansları üzerine etkisi incelenmiştir.
Bizmut katkılı kurşun içeriği azaltılmış organik-inorganik hibrit perovskit nanokompozit güneş pillerinin üretimi ve karakterizasyonu
Bu tez çalışmasında kurşun içerikli perovskit güneş pillerinin doğaya verdiği zararı azaltabilmek amacıyla kurşun içeriği azaltılmış bizmut katkılı organik-inorganik hibrit perovskit güneş pilleri üretilerek karakterizasyon işlemleri yapılmıştır. Perovskit güneş pilleri konfigürasyonu FTO/ c-TiO2/ m-TiO2/Perovskit/ HTM/ Au olacak şekilde üretilmişlerdir. Güneş pili üretiminde perovskit tabakanın organik kısmı ve karşıt elektrot tabakası hariç tüm katmanların üretiminde spin kaplama yöntemi uygulanmıştır. Perovskit tabakanın organik kısmının üretimi için daldırma yöntemi ve altın elektrot tabakası için ısıl buharlaştırma tekniği kullanılmıştır. Üretilen güneş pillerine yapılan kristal yapı analizleri X-ışınları kırınım cihazı (XRD) kullanılarak yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda istenen fazların yapıda olduğu görülmüştür. UV spektrofotometre ile bant aralıkları ölçülen (CH3NH3PbI3 için 2,39 eV ve CH3NH3Pb1-xBixI3 için 2,84 eV) perovskit hücreler 500 nm absorbsiyon spektrumundadır. Dalga boyu aralığı 420-720 nm arasında olan tabakalara ait % geçirgenlik değerlerinin Bi+2 katkılı hücre, katkısıza nazaran daha düşük olduğu görülmüştür. Hücrelere yapılan SEM yüzey görüntülemesi sonucunda her tabakanın homojen şekilde kaplandığı ve kullanılan katkı malzemelerinin varlığını sürdürdüğü tespit edilmiştir. Son olarak yapılan I-V ölçümlerinden alınan değerler literatürle uyum sağlamasına rağmen beklenen yüksek verim sağlanamamıştır. Bu durumun perovskit hücrelerin stabil olmayan davranışından kaynaklandığı tespit edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Perovskit, Spin kaplama, TiO2, Bizmut, Güneş pili.
Vanadyum diborürün sentezi, hava pili uygulamalarında kullanılması ve karakterizasyonu
Enerji depolama ve üretimi, elektrikli araç (EV) ve mobil cihazlar gibi uygulamalar için ciddi öneme sahip olan pil teknolojisinin geliştirilmesi üzerine uzun süredir çalışılmaktadır. Günümüzde 400 Wh kg-1 enerji yoğunluğu limitini zorlayan en son teknoloji Lityum-iyon pillerin teorik gerçek potansiyeli olan 600 Wh kg-1'a, önümüzdeki 5 yıl içerisinde ulaşılacağı öngörülmektedir; fakat 500-600 Wh kg-1'lık enerji kapasitesi bile EV'lar için tam olarak yeterli bir değer değildir. Üstelik çoğu araştırmacı, lityumun güvenliği ve toksikliği hakkında kaygı duymaktadırlar. Bu nedenle, son on yılda alternatif pil teknolojilerine yönelim için girilen arayış gittikçe daha önemli boyuta gelmiştir; çeşitli metal-hava pili teknolojileri de bu ihtiyaca cevap verme konusunda güçlü bir aday olarak göze çarpmaktadır. Zn-hava pilleri, 40 yıldan uzun bir zamandır ticari olarak işitme cihazlarında kullanılmaktadır. Diğer taraftan, Li-hava pili teknolojisinin geliştirilmesi üzerine yoğun bir çaba söz konusudur. Metal borürler, hava pillerinde kullanılmak için diğer bir potansiyel adaydır. Metal borürler içinde vanadyum diborür (VB2), 4060 mAh g-1'lık yüksek şarj kapasitesi ve 1.1 Volt değerinde bir deşarj platosu sunmasıyla borürler içerisinde dikkat çekmektedir. Bu çalışmada, VB2 nanotozu jel yöntemi ile sentezlenmiştir. Amonyum metavanadat (NH4VO3) ve borik asit (H3BO3) vanadyum ve bor kaynağı olarak kullanılmış, şelat yapı oluşturulmasında da sitrik asit (C6H8O7) ve tartarik asit (C4H6O6) şelatlaşma ajanları olarak görev yapmışlardır. Elde edilen malzeme, B2O3 ve ß-rombohedral fazında bor safsızlıkları içerme ihtimali olan en az %98 saflıkta VB2'dür. Boro/karbotermal sentezindeki termodinamiksel yaklaşımla beraber şelatlaşma mekanizmaları arzu edilen stokiyometride VB2 elde etmek adına tanımlanmıştır. Son olarak, elde edilen anot malzemeden VB2-hava pili eldesinin adımları açıklanmış, elde edilen %56 Coulombic verimliliğin arttırılması ve şarj edilebilirlik mekanizması üzerine yorumlar yapılmıştır.
Vanadyum Pentaoksit Fotoanot malzemesinin Nanokristal TiO2 tabanlı güneş pillerinin fotovoltaik özelliklerine etkisi
Bu tez çalışmasında, boya duyarlı güneş pillerinde kullanılmak amacıyla üretilen ve ticari V2O5 tozların hücre verimi üzerindeki etkileri incelenmiştir.V2O5 tabanlı fotoanot elektrotlar üretilmiş ve karakterizasyonları gerçekleştirilmiştir. Fotoanot elektrotların, sıyırma yöntemiyle pasta uygulamasında yaklaşık 15 µm kalınlığında filmler elde edilmiştir. Sol jel yöntemiyle ince film kaplanan numunelerde ise döndürerek kaplama (1200 devir/dk.) metodu kullanılarak birkaç mikron kalınlıkta filmler üretilmiştir. İnce filmlerin kristal yapı analizleri X-Işını Kırınımı Difraksiyonu (XRD) tekniği kullanılarak belirlenmiştir. Bu analizler sonucunda istenilen fazların yapıda oluştuğu tespit edilmiştir. Üretilen ve ticari V2O5 tozlara tane boyut analizi yapılmıştır. Üretilen V2O5 tozun, ticari V2O5 toz boyutu olan 95,3 µm'den 43 µm'ye indirilebildiği görülmüştür. Filmlerin optik geçirgenlik özelliği ise UV-Vis Spektrofotometre ile belirlenmiştir. Üretilen ince filmlerin yasak enerji aralıkları (Eg), soğurma spektrumundan hesap edilmiştir. FTO cam üzerine kaplanan filmlerin Eg değerleri indirekt geçiş için TiO2 pasta kaplı numune de 3,34 eV iken, V2O5 içeren farklı numuneler için (2-3,05 eV) aralığında değiştiği tespit edilmiştir. Filmlerin yüzey morfolojisi ve mikroyapısı Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile görüntülenmiştir. Optik ölçümleri tamamlanan filmler boya duyarlı güneş piline dönüştürülerek, oluşan pilin fotovoltaik özellikleri (açık devre voltajı (Voc), kısa devre akımı (Isc), dolum faktörü (FF) ve verimlilik (% η) ) ölçülerek belirlenmiştir. Yapılan ölçümlerden elde edilen verilere göre, vanadyum pentaoksit tabanlı numunelerin verimliliklerinin katkı maddesi oranına göre değiştiği (% verimlilik 0,04 – 1,25 arasında) saptanmıştır. Bununla birlikte TiO2 pasta kaplanan fotoanotlarda,V2O5 tabanlı numunelerle aynı deneysel yöntemler kullanılmış olup, %5,6 verimlilik değeri elde edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Boya duyarlı güneş pilleri, Fotoanot, Fotovoltaik verimlilik, Vanadyum pentaoksit, Sol-jel ve pasta kaplama.