Theses supervised by Prof. Dr. Hatem Akbulut
22 theses · Sakarya University
Tin ve grafen takviyeli ni-w esaslı hibrit kompozit kaplamaların geliştirilmesi
Yüzey mühendisliğinde malzemelerin mekanik ve tribolojik performanslarını iyileştirmek için kullanılan tekniklerden biri yüzey kaplamalarıdır. Endüstriyel uygulamalarda, yüksek korozyon direnci, sertlik ve aşınma dayanımı gibi özellikler gerektiren alanlarda geniş kullanım alanıyla nikel esaslı kaplamalar kullanılmaktadır. Nikel-tungsten (Ni-W) esaslı kaplamalar ile birlikte nikelin sağlam yapısı ve tungstenin sertlik, aşınma direnci gibi özelliklerinden birlikte faydalanılarak yüksek performanslı kaplamalar üretilebilmektedir. Ni-W esaslı kaplamalarda elektrobiriktirme yöntemi, kaplama kalitesinin ve yapısının kontrol altında tutulması, performanslı kaplama üretilmesi için sıkça tercih edilen bir yöntemdir. Bu yöntemle birlikte metal veya alaşım kaplamalar elektrik akımının da yardımı ile yüzeylere biriktirilerek kaplamalar oluşturulur. Böylece mekanik, elektriksel, kimyasal ve tribolojik özellikler optimize edilebilir. Bu çalışmada, elektrobiriktirme yöntemi kullanılarak TiN ve grafen partikül takviyeli Ni-W esaslı kompozit kaplamaların mekanik ve tribolojik davranışları detaylı bir şekilde incelenmiştir. Çalışma farklı Ni-W esaslı kaplamalarda kullanılan takviye partiküllerin, kaplama yapısına, ve özelliklerine etkisini araştırmaktadır. Ayrıca Ni-W esaslı kaplamalardaki takviye partikül etkisi araştırılırken yüzey aktif madde konsantrasyonunun gösterdiği etki de değerlendirilmiştir. Farklı SDS konsantrasyonlarında kaplamalar üretmiş, SEM,EDS ve XRD ile analizleri yapılmıştır. Yapısal özellikleri incelenmiştir. Sertlik ve zeta ölçümlerinin yanında aşınma testleri de yapılarak yüzey aktif madde konsantrasyonunun etkisi üzerinde durulmuştur. Daha sonra en uygun SDS konsantrasyonu sabit tutularak TiN ve grafen içeren farklı kaplamalar üretilmiş, ve birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Üretilen kaplamaların FESEM, EDS, XRD analizleri, kullanılarak yüzey morfolojisi ve karakteristik özelliklerine değinilmiştir. Uygulanan ertlik ve aşınma testleri ile birlikte kaplamaların mekanik ve aşınma davranışlarına değinilmiştir. Ni-W kaplamalardaki TiN ve grafen takviye partiküllerin etkileri detaylı bir şekilde tartışılmıştır. Bu tez çalışmasında TiN ve grafen partikül takviyeli Ni-W esaslı kaplamaların elektrobiriktirme yöntemi ile üretimi hedeflenmiştir. Üretilen hibrit kompozit kaplamaların gösterdiği yüksek sertlik ve tribolojik performans ile birlikte endüstriyel uygulamalar için uygun bir alternatif olduğu ortaya sunulmuştur. Bulgular ileri mühendislik ve endüstriyel uygulamalar için yüksek performanslı kaplamaların geliştirilmesine katkı sağlamaktadır. Bu çalışma, Ni-W kaplamaların özelliklerini geliştiren yeni materyal kombinasyonları ile birlikte yüzey mühendisliğinde daha verimli ve dayanıklı kaplama çözümlerinin geliştirilmesine olanak tanımaktadır.
Farklı akım yoğunluklarında üretilen akımlı Nİ-B kaplamaların sert krom kaplamaya alternatifliği
Bu tezde, ST37 kalite çelik altlıklar üzerinde akımlı kaplama yöntemiyle elde edilen nikel-bor (Ni-B) alaşım kaplamaların, Cr⁶⁺ içeren sert krom kaplamalara teknik ve çevresel açıdan bir alternatif olup olamayacağı kapsamlı biçimde değerlendirilmiştir. Çalışmanın amacı, akım yoğunluğunun (5, 10 ve 15 A/dm²) Ni-B kaplamaların mikroyapı, sertlik, sürtünme ve aşınma performansı üzerindeki etkisini sistematik olarak ortaya koymak ve sonuçları sert krom referansı ile karşılaştırmaktır. Kaplamalar, standart yüzey hazırlığı sonrası asidik banyoda üretilmiş; yüzey morfolojisi ve kesit yapısı Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile, faz/atomik düzen bilgisi X-ışını Kırınımı (XRD) ile analiz edilmiştir. Tribolojik davranış, bilye-disk (ball-on-disk) tribometresi kullanılarak toplam 500 m kayma mesafesi esas alınarak belirlenmiş; sürtünme katsayısı-mesafe eğrileri ve özgül aşınma hızları üzerinden nicel karşılaştırmalar yapılmıştır. Mekanik performans, düşük yükte Vickers mikrosertlik ölçümleriyle desteklenmiştir. Bulgular, akım yoğunluğunun kaplama kalitesi ve performansı üzerinde belirleyici olduğunu göstermektedir. 5 A/dm² koşulunda üretilen Ni-B kaplamalarda belirgin nodüler yapı ve yer yer gözeneklilik gözlenirken, 10 A/dm² koşulunda en kompakt, homojen ve sürekliliği yüksek morfoloji elde edilmiştir. 15 A/dm²'de iri nodül oluşumları ve pürüzlülük artışıyla ilişkili yüzey kusurları belirginleşmiştir. XRD sonuçları, Ni-B kaplamalarda Ni esaslı piklerin baskın olduğunu; bor katkısının amorf/çok ince taneli karaktere yol açarak geniş tepeciklerle yansıdığını işaret etmektedir. Tribolojik testlerde 10 A/dm²'de üretilen Ni-B kaplamalar, 500 m boyunca daha kararlı ve nispeten düşük sürtünme katsayısı eğilimleri ile daha düşük aşınma oranları sergilemiş; mikrosertlik verileri de bu koşulda dengeli ve uygulamaya elverişli bir performansı doğrulamıştır. Sert krom kaplamalar yüksek sertlik ve tipik mikroçatlaklı morfoloji özelliklerine sahiptir, Ni-B akımlı kaplamanın 10 A/dm² koşulunda aşınma direnci-sürtünme davranışı-yapısal bütünlük üçlüsünde rekabetçi bir profil sunduğu görülmüştür. Sonuç olarak, Cr⁶⁺ içermeyen prosesin iş sağlığı-güvenliği ve çevresel üstünlükleri de dikkate alındığında, ST37 çelik üzerinde 10 A/dm² akım yoğunluğunda elde edilen Ni- B akımlı kaplama, sert krom kaplamaya güçlü bir alternatif olarak önerilmektedir. Bu sonuç, taşıt/kalıp parçaları ve genel amaçlı tribolojik bileşenler gibi endüstriyel uygulamalara doğrudan girdi sağlayacak niteliktedir.
Development of high temperature tribological features of electroless nib and NiB/Al2O3 nanocomposite coatings
This study examines the microstructural, mechanical, and tribological performance of electroless NiB and NiB-Al2O3 coatings applied to mild steel (St-37) substrates. In this dissertation, the electroless NiB and NiB-Al2O3 coatings were deposited onto the steel substrates to produce homogeneous microstructures using the electroless deposition method. The effects of electroless deposition parameters on the microstructure and the friction behaviours of the coatings were investigated in detail. A temperature-controlled wear testing setup was employed to evaluate their high-temperature tribological behavior. The investigation specifically explored the influence of Al2O3 nanoparticle concentration, the configuration of the wear test, and the testing temperature on the dominant wear mechanisms of the coatings. Tribological testing was carried out to assess the performance of the coatings under varying thermal conditions. The tests were conducted at four distinct temperatures: 25 °C (room temperature), 200 °C, 400 °C, and 600 °C to evaluate the influence of elevated temperatures on the friction and wear characteristics of the coatings. A ball-on-disk configuration was utilized for providing controlled and consistent test conditions. During the experiments, a constant applied load of 3 N was applied to simulate realistic contact pressures typically encountered in practical applications. By systematically increasing the temperature, the study aimed to observe and analyze how thermal effects, and changes in material properties, impacted the tribological behavior of the coatings. The results provided valuable insights into the coatings' ability to maintain wear resistance and frictional performance across a wide range of operating temperatures. The experimental findings revealed that the electroless NiB-Al2O3 nanocomposite coatings consistently demonstrated a lower wear rate across all tested temperatures compared to the electroless NiB coatings without Al2O3 reinforcement. This enhanced wear resistance was attributed to the incorporation of Al2O3 nanoparticles, which significantly improved the coatings' ability to withstand wear under varying tribological conditions. Detailed characterization of the microstructures of the coatings, worn surfaces, and wear mechanisms was carried out using advanced analytical techniques, including Scanning Electron Microscopy (SEM) for observing surface morphology, Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS) for elemental analysis, X-ray Diffraction (XRD) and Raman Spectroscopy for chemical and structural identification. These techniques provided a comprehensive understanding of the tribological behavior of the coatings and the role of Al2O3 in improving their performance under high-temperature conditions.
Sodyum iyon pillere üç boyutlu yenilikçi yaklaşımlar
Fosil yakıtların hızla tükenmekte olduğu son yüzyıllarda enerji giderek önemi artan bir konu haline gelmektedir. Ayrıca fosil yakıt tüketiminin neden olduğu çevre kirliliğinin giderek artmasıyla enerjinin verimli kullanılmasına ve fosil yakıtlar yerine kullanılabilecek yenilenebilir enerji kaynakları arayışına talep artmaktadır. Rüzgar, güneş, dalga, gibi bir çok enerji kaynağı vardır fakat bu kaynakların tamamı kesintilidir. Bu sebeple bu enerji kaynaklarından en iyi ve kesintisiz şekilde faydalanabilmek için enerji depolama sistemlerine ihtiyaç duyulmaktadır. Lityum iyon piller uzun çevrim kararlılığı ve yüksek enerji verimliliği gibi özelliklerinden dolayı büyük ölçekli enerji depolamada en yaygın kullanılan ikincil pillerdendir. Ancak lityum kaynakları tükenmektedir ve bu durum alternatif malzeme bulunmasını gerektirmektedir. Sodyum, düşük negatif redoks potansiyeli, küçük elektrokimyasal eşdeğeri ve lityum iyon pillerden yaklaşık olarak sadece %17 daha düşük spesifik enerji yoğunluğu gibi lityuma benzeyen özelliklere sahiptir. Bu nedenle lityuma alternatif olarak gösterilebilmektedir. Ayrıca yeryüzünde lityumdan çok daha fazla bulunabilmesi en büyük avantajlarından biridir. Fakat lityumdan daha büyük iyonik yarıçap ve molar kütleye sahip olması gibi dezavantajları bulunmaktadır. Sahip olduğu bu özellikler elektrokimyasal işlem sırasında daha yavaş Na+ difüzyonuna, daha büyük hacim genleşmesine ve yapı bozulmasına neden olmaktadır. Bu durumun sonucu olarak düşük döngü ve hız performansı ve düşük kapasite meyana gelmektedir. Sahip olduğu bu özellikler sodyum iyon pillerin gelişimini büyük ölçüde kısıtlamaktadır ve bu nedenle Na+ difüzyonu iyileştirilmiş, uzun çevrim sayılarına ve hız kapasitesine sahip, yüksek performanslı elektrotları geliştirmek oldukça önemlidir. Son yıllarda katot olarak Na+ iyonlarının difüze olabileceği geniş boşluklar oluşturan kovalent 3 boyutlu yapıya sahip sodyum süperiyonik iletkene (NASICON) odaklanılmıştır. 3 boyutlu yapıya sahip olan bu yapılar, sodyum iyonu hareketi için daha büyük bir interstisyel boşluk oluşturmakta ve malzemenin elektrokimyasal özelliklerini ve yapısal stabilitesini iyileştirmektedir. NASICON yapısına sahip katot malzemeleri içerisinde, Na3V2(PO4)3 kararlı 3 boyutlu ana çerçevesi sayesinde daha iyi termal kararlılık, daha uzun çevrim ömrü, ve yüksek performansa sahip olduğu için umut vadetmektedir. Anot olarak ise CuO ve SnO2 gibi metal oksitler dikkat çekmektedir. Gelecek vaat eden elektrot malzemesi olmasına rağmen düşük elektrik iletkenliğine sahip olması gibi önemli dezavantajları bulunmaktadır ve bu sebeple düşük hızlarda bile teorik kapasiteye tam olarak ulaşamamaktadırlar. Bu sorunun üstesinden gelmek için kullanılan çeşitli yöntemler bulunmaktadır. Grafen gibi ikincil fazların kullanılması bu yöntemlerden biridir. Grafen bir karbon allatropudur ve yüksek yüzey alanı çok yüksek elektronik, optik, termal ve mekanik özellikleri nedeniyle enerji depolama/dönüştürme sistemlerinde kullanılmaktadır. Fakat sınırlı elektron taşıma kanalı ve daha az aktif bölgeye sahip olma gibi kullanım alanını kısıtlayan özelliklere de sahiptir. Ayrıca, 2 boyutlu bu grafen tabakaları genellikle tabakalar arasındaki van der Walls bağlarından dolayı kurutma işlemi sırasında yeniden istiflenme eğilimi göstermektedirler. Sonuç olarak erişilebilir yüzey alanını azalmakta ve yetersiz elektron ve iyon taşınmasına sebep olmaktadır Bu durum da elektrotların yüksek hız performansını sınırlandırmaktadır. Bu nedenle, grafen tabakalardan hafif, yüksek yüzey alanına sahip ve 3 boyutlu gözenekli tabakalar üretilebilmektedir. Çok düşük yoğunluk ve yüksek gözenekliğe sahip bu 3 boyutlu grafen aerojeller yalnızca tabakaların yeniden istiflenmesini önlemekle kalmamakta, aynı zamanda yüksek iletkenlik ve geniş spesifik yüzey alanı gibi grafen levhaların özelliklerini de korumaktadır. Bu özellikler grafen aerojelin grafen ile kıyaslandığında daha geniş kullanım alanına sahip olmasını sağlamaktadır fakat sınırlı elektron taşıma kabiliyetleri ve zayıf yüzey polariteleri düşük elektrokimyasal performansa sebep olmaktadır. Bu sorun grafen aerojel bazlı kompozitler hazırlanarak çözülebilmektedir. Bu çalışmada ilk olarak anot olarak CuO ve SnO2 metal oksitleri ve katot olarak ise Na3V2(PO4)3 üretilmiştir. CuO nanoyapıları çökeltme yöntemi, SnO2 nanoyapıları sulu çözeltide geliştirme yöntemi ve Na3V2(PO4)3 çözücü buharlaştırma yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Daha sonra üretilen bu yapılar grafen oksit ile birlikte katkılı grafen aerojel üretimi için kullanılmıştır. Grafen oksitin indirgenmesi için L-askorbik asit kullanılmıştır. Karıştırma ve indirgeme işlemi tamamlandıktan sonra kapalı kapta ısıtma işlemine tâbi tutularak katkılı hidrojel yapıları elde edilmiştir. Ardından dondurarak kurutma yöntemi kullanılarak katkılı aerojel yapılar elde edilmiştir. Üretilen malzemeler iletken katkı maddesi, bağlayıcı ve çözücü ile ayrı ayrı karıştırılarak bir çamur formu elde edilmiş ve elde edilen çamur folyo üzerine homojen olarak sıvanmıştır. Vakum fırında kurutulan çamur yarım hücre için uygun ölçülerde kesilerek elektrot hazır hale getirilmiştir. Son olarak elde edilen elektrot, seperatör ve elektrolit eldivenli kutuda birleştirilerek yarım hücreler elde edilmiştir. Üretilen anot ve katot yapıların kristal yapılarının karakterizasyonu X-ışını kurınımı (XRD) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Numunelerin karakterizasyonu için Raman spektroskopisi ve X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) teknikleri kullanılmıştır. Yapıların morfolojilerini ve kimyasal bileşimini incelemek için alan emisyon taramalı elektron mikroskobu (FE-SEM) ve enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDS) kullanılmıştır. Malzemedeki mikroyapıyı daha ayrıntılı analiz etmek için transmisyon elektron mikroskobundan (TEM) faydalanılmıştır. Tozların termal özelliklerini ve yapıdaki karbon miktarı analiz etmek için termal analiz (TGA) uygulanmıştır. Elde edilen yarım hücrelerin performansını test etmek için çevrimsel voltametri testleri (CV), elektrokimyasal döngü performansı testi, elektro-kimyasal empedans spektroskopisi (EIS), hız kapasitansı testi uygulanmıştır. Yapısal karakterizasyon analizleri CuO, GA-CuO, SnO2, GA-SnO2, Na3V2(PO4)3, GA-Na3V2(PO4)3 yapılarının başarılı bir şekilde sentezlendiğini göstermektedir. Yarım hücre testlerinin elektrokimyasal analizlerinin sonuçlarına göre ise katkılı elektrotların, garafen aerojelin gözenekli ve üç boyutlu yapısı sayesinde elektrotun yapı içerisindeki ıslanabilirliğini artırdığı ve sodyum iyonunun daha rahat difüzyonuna imkan sağladığı ve bu sayede artan çevrim sayısında daha iyi çevrim kararlılığı ve artan hızlarda daha yüksek kapasite elde ederek sodyum iyon piller için daha avantajlı bir elektrot malzemesi oluşturduğu gözlemlenmektedir. Elektrotlardaki çevrim sonrası değişiklikleri incelemek için 50., 100., ve 250. çevrimler sonunda XRD, FE-SEM ve Raman analizleri yapılmıştır. Çevrim sonrası analizlere bakıldığında, yapının az bir miktar bozulduğu ve çevrim sayısı arttıkça bu bozulmanın küçük miktarlarda arttığı gözükmektedir. Bu artış sodyum iyonunun tekrarlı interkalasyon ve deinterkalasyonu sonucunda yapıyı bir miktar bozmasına, yapıdaki kusurları artırmasına ve grafen tabakaları arası mesafeyi artırmasına atfedilebilmektedir. Yapıdaki bozulmanın az miktarda olmasının sebebi ise, grafen aerojelin gözenekli yapısının sodyum iyonlarının hareketini kolaylaştırmasından kaynaklanmaktadır.
Yüksek basınçlı enjeksiyon döküm ötektik Al-Si alaşımlarında modifiye edici ve tane inceltici elementlerin etkisi
Alüminyum-silisyum alaşımları düşük yoğunluk, iyi dökülebilirlik, yüksek mukavemet, sertlik ve iyi işlenebilirlik gibi özelliklere sahip olduğundan özellikle otomotiv sanayinde kabul görmekte, taşıtlarda ağırlığın azaltılması, yakıt ekonomisi ve daha düşük çevre emisyon değerleri nedeniyle tercih edilmektedir. Bu tür alaşımların uygulamalarda başarı bir şekilde kullanılabilmesi için daha iyi mekanik özelliklere sahip olması gerekmektedir. Bu alaşımlara titanyum ilavesi ile hızlı bir şekilde ve önemli oranlarda tane inceltmesi sağlanarak, alaşımın sertlik, mukavemet değerleri ve dökülebilirliği artırılabilmektedir. Bu çalışma ile ötektik Al-Si alaşımlarında mukavemeti artırma ve kalıcı deformasyonu azaltma amaçlı alaşım elementleri ilave ederek birincil alüminyum dendiritleri ve ötektik silisyum kristallerin modifikasyonunun alaşımın mikroyapısına ve mekanik özelliklerine etkileri araştırılmıştır. Bu amaçla titanyum ve Sr ilavesi ile alaşımın döküm kalitesini artırılması ve mekanik özelliklerin iyileştirilmesi sağlanarak alaşımların kullanım ömürlerinin arttırılması hedeflenmiştir. Bu çalışmada EN AC 44300 [AlSi12 (Fe)] serisi alüminyum alaşımına tane inceltme işlemi ve modifikasyon işlemleri için Al1Ti5B1 ve AlSr10 mastır alaşımı ilave edilerek, beş farklı kompozisyona sahip alüminyum alaşımları yüksek basınçlı enjeksiyon döküm yöntemi ile üretilmiştir. Alaşıma ilave edilen Ti ve Sr elementlerinin alaşımın mikroyapısı ile mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Mikroyapı incelemelerinde optik mikroskobu, tarama elektron mikroskobu (SEM) ve SEM/EDS (Enerji Dağılım Spektroskopisi) karakterizasyon teknikleri kullanılmıştır. Üretilen alaşımların mekanik özellikleri Brinell ve mikrosertlik ölçümleri, çekme deneyi ve basma deneyleri ile belirlenmiştir. Deneysel çalışmalarda AlSi12 (Fe) alaşımına Ti ilavesi ile alaşımların tane boyutlarının küçüldüğü ve alaşımın sertlik değerlerinde artış olduğu gözlenmiştir. İçerisinde %0.08 titanyum + farklı oranlarda (o-450ppm) stronsiyum bulunan alaşımlarda Sr miktarının artışına bağlı olarak alaşımın sertlik değerlerinde doğrusal oranda artış elde edilmiştir. Mikroyapıda bulunan α-Al dendiritleri ile ötektik silisyum fazları üzerinden alınan mikrosertlik değerlerinde alaşımın içerisinde Ti ve Sr ilavesinin artışına bağlı olarak artmaktadır. Aynı şekilde alaşımların içerisinde Ti ve Sr oranının artışına bağlı olarak AlSi12 (Fe) alaşımların akma ve çekme ve % uzama değerlerinde doğrusal oranda bir artış gözlenmiştir. Basma deneylerinde ise Ti ve Sr ilavesinin artışına bağlı olarak alaşımın % deformasyon uzaması değerlerinde azalma sağlanmıştır. Mikroyapı incelemelerinde elde edilen mekanik testler sonucu elde edilen sonuçların mikroyapı ile uyumlu olduğu ve elde edilen sonuçları desteklediği gözlenmiştir. Alaşımların optik mikroskop görüntülerinde Ti ilavesinin α-Al dendiritlerin küçültmesi sonucu tane boyutu küçülmekte ancak ötektik silisyuma herhangi bir etkisi görülmemiştir. Diğer taraftan Sr ilavesinin Si kristallerini küçülttüğü ve içerisinde 450 ppm Sr bulunan alaşımda modifiye işleminin gerçekleştiği, mikroyapının kaba lamelli ve iğnemsi yapıdan fiberimsi/küreselleşmiş yapıya dönüştüğü görülmüştür. SEM görüntüleri optik mikroskop görüntülerini desteklemekte ve α-Al dendiritleri ve Si kristalleri küçülmektedir. Ayrıca, noktasal ve bölgesel SEM/EDS analizlerinden Al, Si ve Fe elementlerinden oluşan intermetalik fazların bulunduğu anlaşılmaktadır. Amacı; Tez çalışmasında ötektik alüminyum-silisyum alaşımında mukavemeti artırma ve kalıcı deformasyonu azaltmaya yönelik ilave alaşım elementleri ilave ederek primer alüminyum dendiritlerinin inceltilmesi ve ötektik Si kristalleri modifikasyonun mekanik özelliklere etkisinin araştırılması amaçlanmıştır. Alüminyum alaşımlarında Tane inceltici olarak kullanılan Titanyum ve modifikasyon için kullanılacak Sr elementlerinin etkisiyle beraber malzemenin mekanik özelliklerinde iyileşme sağlayarak kullanım ömürlerini arttırmak hedeflenmiştir. EN AC 44300[AlSi12(Fe)] serisi Alüminyum alaşımlarında belirli yük altında istenilen mukavemeti karşılayabilmek için düşük sıcaklıklarda presleme yaparak (dislokasyon oluşturarak) mukavemette artış sağlanmaktadır. Yapılacak çalışmada soğuk şekillendirmeye maruz kalmadan özellikle Stronsiyum ve Titanyum metalleri kullanılarak enjeksiyon döküm yöntemi ile üretilecek alüminyum alaşımlarının mekanik özellikleri optimize edilecektir. Tespit edilecek alaşım elementlerinin değişik oranlarda tane inceltici ve modifiye edici olarak alüminyum alaşımlarına ilave edilmesiyle parametrik olarak çalışmalar yapılıp yüksek mukavemetli ve düşük kalıcı deformasyonlu özgün alüminyum alaşımları geliştirilecektir. Sonuçlar; Bu çalışmada AlSi10(Fe) alaşımına tane incelme ve modifikasyon amaçlı AlTi5B1 ve AlSr10 mastar alaşımları ilave edilerek %0,08 Ti + farklı miktarlarda Sr içeren beş farklı kompozisyona sahip alaşımlar yüksek basınçlı enjeksiyon döküm yöntemiyle üretilmiştir. Titanyum ve stronsiyum ilavesinin AlSi10(Fe) alaşımının mikroyapısı ve mekanik özelliklerine etkisi incelenmiştir. Üretilen alaşımlara sertlik ve mikrosertlik ölçümleri ile çekme ve basma deneyleri gerçekleştirilmiş, optik ve SEM mikroskobu incelemeleri yapılmıştır. Gerçekleştirilen deneysel çalışmalardan aşağıdaki sonuçlar çıkarılmıştır: Üretilen alaşımların sertlik incelemelerinde AlSi10(Fe) alaşımına AlTi5B1 mastır alaşımı kullanılarak ilave edilen %0,08 titanyumun alaşımın tane boyutunu küçülterek sertlik değerlerini net bir şekilde artırdığı gözlenmiştir. %0,08 Ti içeren AlSi10(Fe) alaşımına AlSr10 mastar alaşımı ilave edilerek ağırlıkça 150ppm, 300ppm ve 450 ppm stronsiyum içeren alaşımlar üretilmiş ve bu alaşımların sertlik değerleri alaşımın Sr miktarındaki artışa bağlı olarak doğrusal artış gözlenmiştir. Bu artış ağırlıkça 150ppm, 300ppm ve 450ppm Sr içeren alaşımların sertliği her bir miktar artış için ortalama olarak 2,5 Brinell sertlik değeri artırmıştır. İlavesiz AlSi12(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımın Brinell sertlik değerleri arasındaki fark sırasıyla %19 dur. AlSi10(Fe) alaşımına titanyum ilavesi ile α-Al dendiritleri, stronsiyum ilavesi ile ötektik silisyum fazı modifiye edilmiştir. Stronsiyum oranının artışına bağlı olarak fazların mikrosertlik değerleri artmıştır. İlavesiz AlSi12(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımındaki α-Al dendiritleri ve ötektik silisyum fazı mikrosertlik değerleri arasındaki fark sırasıyla %181 ve %127 dir. Alaşımına % 0,08 titanyum ilavesi ve stronsiyum oranının artışına bağlı olarak çekme deneyleri sonrasında akma ve çekme dayanım değerleri doğrusal artmış ve en yüksek akma ve çekme dayanım ile % uzama değerleri 450ppm Sr içeren alaşımlarında elde edilmiştir. İlavesiz AlSi12(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımın akma, çekme dayanım ve % uzama değerleri arasındaki fark sırasıyla %21, %31 ve %69 dur. Basma testinde yüzde (%) deformasyon uzaması ilave edilen Ti ve Sr elementlerinin alaşımın tane yapısını küçülmesi ve ötektik silisyumun fibroz/küreselleşmiş yapıya dönüşmesi uygulanan Fm kuvvetini absorbe edilmektedir. Bu durum alaşımın mukavemetinin artışına sağlamaktadır. Böylece Ti ilavesi alaşımın kalıcı deformasyon uzaması düşürmektedir. Buna ilaveten alaşımdaki Sr miktarındaki artışa bağlı olarak kalıcı deformasyon uzaması orantılı olarak daha da düşmektedir. İlavesiz AlSi1(Fe) alaşımı ve %0,08 Ti + 450ppm Sr ilave edilen alaşımın % kalıcı deformasyon uzaması değerleri arasındaki fark sırasıyla %26 dır. Mikroyapıları incelemelerde optik mikroskop görüntülerinde alaşıma Ti ilavesinin α-Al dendiritlerini küçültmesi ile alaşımın tane boyutunu küçülttüğü gözlenmiştir. Ancak bu durumun ötektik silisyuma etki etmediği gözlenmiştir. Diğer taraftan alaşıma Sr ilavesinin silisyum kristallerini küçülttüğü gözlenmiştir. Alaşım içeresinde Sr miktarı ağırlıkça 450ppm ulaştığında mikroyapının kaba lamelli ve iğnemsi yapıdan fibroz/küreselleşmiş yapıya dönüştüğü gözlenmiş ve böylece modifiyenin gerçekleştiği sonucuna ulaşılmıştır. SEM/EDS analizlerinde elde edilen sonuçlar optik mikroskop görüntülerinde elde edilen sonuçları desteklemektedir. Görüntülerde α-Al dendiritlerinin ve Si kristallerinin küçüldüğü belirlenmiştir. Ayrıca, alaşımın SEM/EDS noktasal ve bölgesel analizlerinden Al, Si ve Fe elementlerinden oluşan intermetalik fazların bulunduğu görülmüştür. Öneriler; Deneysel çalışmalar sonucunda elde edilen sonuçlardan yola çıkarak benzer konularda çalışma yapacak araştırmacılara aşağıdaki öneriler sunulabilir: Bu çalışmada kullanılan AlSi10(Fe) alaşımına titanyum + farklı oranlardaki stronsiyum ilavesinin alaşımının korozyon özelliklerine etkileri incelenebilir. Geçirgen elektron mikroskobu gibi farklı mikroyapı karakterizasyon teknikleri kullanılarak tane inceltme ile elde edilen mikroyapı ve mekanik özellikleri detaylı incelenerek mekanizmaları daha net olarak açıklanabilir. AlSi10 (Fe) alaşımına farklı oranlardaki stronsiyum ile fosfor ilavesisin içeren alaşımların bu çalışmada çalışılan mikroyapı ve mekanik özelliklere etkileri araştırılabilir. Bu çalışmada alaşımın üretiminde yüksek basınçlı döküm yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemin dışında aynı kompozisyon ile kum ve kokil kalıba döküm gibi alçak basınçlı döküm yöntemiyle üretilen alaşımlarda basıncın mikroyapı ve mekanik özelliklere etkisi incelenebilir.
NASICON türü malzemelerin üretilmesi ve pillerde uygulanması
Artan enerji ihtiyaçlarını karşılamak üzere kullanılan fosil yakıtların, çevre ve insan sağlığına olan olumsuz etkileri, bilim insanlarını alternatif enerji kaynakları arayışına sokmuştur. Rüzgar ve güneş enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynaklarını daha verimli kullanabilmek için de yeni enerji depolama alanlarına ihtiyaç duyulmuştur. Aynı zamanda artan mobil erişilebilirlik ihtiyacı da performanslı çalışan, enerji depolama alanlarına olan gereksinimi arttırmıştır. Son yıllarda elektrikli araçların yaygınlaşması da enerji depolama alanındaki rekabeti arttırmıştır. Lityum-iyon pil (LIB) teknolojisi şu anda hibrid ve tam elektrikli araçlar için tercih edilen enerji depolama teknolojisidir. Ancak lityum rezervinin giderek azalıyor oluşu, geri dönüşümünde yaşanan problemler, coğrafi ve politik kısıtlamalardan kaynaklanan maliyet artışı, üretimin yüksek maliyetlerde gerçekleşmesine neden olmuştur. Sodyum metali yerkabuğunda ağırlıkça %2,6 oranında bulunmaktadır. Bu oranıyla en çok bulunan altıncı element ve en çok bulunan birinci alkali metaldir. Bu yüzden, lityuma en iyi alternatif, kimyasal olarak da birbirine yakın ve benzer özelliklere sahip olan sodyumdur. Bu nedenle sodyum iyon piller, son on yılda yoğun bir şekilde yeniden incelenmiş ve teknolojik açıdan uygulanabilir olduğu görülmüştür. Bu çalışmada, sol jel yöntemi kullanılarak hazırlanan, sodyum süper iyonik iletken (NASICON) yapılı Na3V2(PO4)3 (NVP), P2- tipi Na0,67[Mn0,65Fe0,2Ni0,15]O2 (NaMNF) ve P2- tipi Na0,67[Mn0,65Co0,2Ni0,15]O2 (NaMNC) katot malzemelerinin fiziksel ve kimyasal özellikleri çeşitli analiz yöntemleriyle incelenmiştir. Ayrıca üretilen malzemeler, pozitif elektrot olarak, CR2016 buton tipi pil içerisine yerleştirilerek, elektrokimyasal testleri yapılmıştır. Elektrokimyasal test sonuçları, sol jel yöntemiyle üretilen katotların, gayet iyi bir ektrokimyasal performans sergilediğini göstererek, sodyum iyon piller için gerçekten umut vaat ettiğini doğrulamaktadır.
Ni-B akımsız kaplamalarda bor konsantrasyonunun optimizasyonu
Bu çalışmamızda, savunma sanayiinde önemli bir yeri olan akımsız nikel-bor kaplamanın altlık malzeme olarak seçilen St-37 yumuşak çelik (St - 37 DIN 17100) malzeme üzerine otokatalitik kimyasal indirgeme yöntemiyle indirgeyici madde olarak NaBH4 kullanılarak farklı NaBH4 konsantrasyonlarında biriktirilmesi, kaplama numunelerinin kesit ve yüzey görüntüleri, sertlikleri, mikroyapıları ve 400 oC'da 2 saat uygulanan ısıl işlemin ve NaBH4 konsantrasyonunun bu özelliklere etkisi ayrıca ısıl işlem uygulanmış numunelere uygulanan aşınma testinde NaBH4 konsantrasyonunun aşınma davranışına etkisi incelenmiştir. Isıl işlemsiz halde akımsız nikel-bor kaplamaların amorf ve kristalin bölgelerin karışımından oluştuğu, yüzeylerinden uniform, porozitesiz ve tipik karnabahar-vari bir görünüm sergilediği, kesit görüntülerinden ise kaplamaların yine porozitesiz, üniform kaplama kalınlığına sahip oldukları ve kesitte kolonsal ve dendiritik yapının birlikte büyüdüğü görülmüştür. Artan NaBH4 konsantrasyonu ile mikroyapıdaki amorf bölgelerin konsantrasyonunun arttığı, yüzey ve kesit görüntülerinde ise mikroyapıdaki tanelerin boyutu azalmış ve daha sık ve homojen bir tane dağılımı görülmüştür, kaplama kalınlığı 1,4 g/L NaBH4 konsantrasyona kadar artmış ondan sonra azalma eğilimi göstermiştir ısıl işlem, kaplama kalınlığında bariz bir değişim göstermemiştir. Isıl işlemle birlikte kaplama yapısında meydana gelen kristalizasyon ve artan NaBH4 konsantrasyonyla kaplama bünyesine dahil olan bor içeriğindeki artış sertlik değerlerinde artış sağlamıştır. Akımsız nikel-bor kaplamalarının aşınma testleri incelendiğinde, artan NaBH4 konsantrasyonuyla aşınma sonrası meydana gelen aşınma izi genişliğinde azalma görülmüş, dolayısıyla spesifik aşınma hızları da buna bağlı olarak azalmıştır, spesifik aşınma hızlarındaki azalma, kaplamaların sertliklerinde meydana gelen artışla ilgili olup en iyi aşınma direnci 2,6 g/L NaBH4 konsantrasyonlu kaplama banyosunda elde edilmiştir. Aşınma sonrası her bir numunedeki SEM mikrografları incelendiğinde 0,8 g/L NaBH4 konsantrasyonlu banyoda gerçekleştirilen kaplama numunesinde kaplamadaki nikel ve karşıt malzemedeki demir atomları arasındaki çözünürlük nedeniyle bir adhezyon (tutunma) un yanında kayma yönü boyunca ince kanalların oluşumu gözlenirken, diğer numunelerde belirgin bir adhezyon gözlenmeyip kayma yönü boyunca oluşan ince kanallar daha net bir şekilde ortaya çıkmıştır.
Çok bileşenli hibrit nanomimarili silisyum/grafen/karbon nanofiber negatif elektrotların geliştirilmesi
Bu çalışmanın odak noktası farklı karbon malzemelerinin, elektrokimyasal çevrim testleri sırasında silisyum anotların mekanik bütünlüğü ve elektrokimyasal kararlılığı üzerindeki rolünü incelemektir. Çünkü lityum iyon hücrenin elektrokimyasal performansı kuvvetli bir şekilde, silisyumun lityum ile reaksiyonları sırasındaki mekanik bütünlüğüne bağlıdır. Silisyumda meydana gelen büyük hacim değişimleri (∼%300), aktif malzeme ile akım toplayıcı arasındaki elektriksel bağlantının kopmasına, elektrotun pulverizasyonuna ve bunun sonucunda da hızlı bir şekilde kapasite düşmesine sebep olmaktadır. Bu amaçla, yüksek kapasite ve geniş kararlılığa sahip elektrotlar elde edebilmek için tez çalışmaları kapsamında, silisyum, karbon karası, küresel amorf karbon, indirgenmiş grafen oksit ve karbon nanofiberin çeşitli kombinasyonları ile çok bileşenli anot malzemeleri tasarlanmıştır. İlk olarak, karbon karasının mekanik takviyesi ile elektrotun iletkenliği geliştirilmiştir. Daha sonra, silisyum nanopartikülleri, SEI oluşumunu ve hacim değişikliklerini kontrol edebilmek için yolk-shell yapısına sahip küresel amorf karbon içerisine hapsedilmiştir. Elektrokimyasal ve mekanik performanslarda hala bazı problemler gözlemlediği için, yukarıda belirtilen zorluklara karşı daha iyi koruma sağlayabilmek adına, elektrotta indirgenmiş grafen oksit kullanılmıştır. Üretilen elektrotların elektrokimyasal ve mekanik davranışındaki gelişmeyi daha iyi anlayabilmek için, ilk defa bu çalışmada indirgenmiş grafen oksit esaslı elektrotlar üzerinde gerçek zamanlı stres ölçümleri yapılmıştır. Ayrıca, silisyum üzerine yolk-shell yapısı ve indirgenmiş grafen oksitin turbostatik paket kombinasyonu ile kaplama yapılmasıyla elektrotta çifte koruma sağlanmıştır. Üretilen bu kompozit yapı üzerinde silisyumun tamamen genleşmiş halindeki gerilim oluşumları ANSYS tasarım modelleyicide sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak hesaplanmıştır. Literatürdeki ilk çalışma olan bu hesaplama, indirgenmiş grafen oksit tabakaları arasındaki karbon kabuğunun elektrottaki deformasyonun ve gerilim oluşumunun azalmasına katkısını göstermiştir. Son olarak, iletkenliği ileri derecede arttırmak ve mekanik bütünlüğü daha iyi kontrol edebilmek için sisteme kuvvetli bir şekilde karbon nanofiberler eklenmiştir. Bu araştırmada elde edilen deneysel ve hesaplamalı analizler sonucunda, Si/K/iGO/KNF elektrotu, 500 çevrim sonunda 2370 mAh/g kapasite sergilemiştir. Ayrıca geri dönüşümlü reaksiyonlar sırasında silisyumun lityum ile etkileşimi sonucu ortaya çıkan genleşmelere karşı da oldukça iyi bir yapısal kararlılık göstermiştir. Tez çalışmalarında kullanılan yöntemin oldukça kolay olması sebebiyle üretimin ölçeklendirebilme imkanının yüksek olduğu söylenebilir. Bu sebeple bu çok bileşenli hibrit nanokompozit, elektrokimyasal enerji depolama sistemleri için yeni bir elektrot olma yolunda büyük bir adaydır.
Lityum iyon piller için metalurjik silisyum / KNT / grafen çok fonksiyonlu anotların geliştirilmesi
Yeşil enerji kullanımı, sadece sınırlı fosil yakıta olan bağımlılığı değil aynı zamanda sera gazı emisyonu nedeniyle küresel ısınma sorununu da çözecek olan çözümlerdendir. Ancak, herhangi bir yenilenebilir enerji kaynağının etkin olarak kullanımı, enerji depolanmasını gerektirmektedir. Li-iyon piller, taşınabilir elektronik devrelerden elektrikli araçlara kadar çeşitli uygulamalarda kullanılan başlıca enerji depolama sistemidir. Şu anda, Li-iyon pillerde, genellikle anot olarak maksimum 372 mAh/g spesifik kapasite sergileyebilen grafit kulanılmaktadır ve grafit yüksek enerji yoğunluğuna olan ihtiyacını karşılayamamaktadır. Bu kapsamda grafite alternatif olarak Si, Li ile yüksek sitokiyometride alaşım yapabildiği için, oda sıcaklığında grafitin teorik kapasitesinin neredeyse 10 katı kadar olan 3590 mAh/g spesifik kapasite sergileyebilmektedir. Ancak Si, lithasyon sırasında %300'den fazla oranda hacimsel genişlemeye maruz kalmakta ve bu büyük hacimli genişleme, aktif malzemenin pulverizasyonuna, elektriksel temas kaybına ve sonuç olarak hızlı kapasite kaybına neden olmaktadır. Bu doktora tez çalışmasında, bahsi geçen sorunları düşük maliyetli bir çözümle ele almak için, başlangıç malzemesi olarak metalurjik silisyum kullanılarak, yumurta sarısı-kabuk morfolojili silisyum partiküllerinin ve farklı oranlarda RGO ve/veya ÇDKNT içeren CCSi bazlı elektrotların üretim süreci, yapısal ve elektrokimyasal karakterizasyonu çalışılmıştır. Kompozit anotların üretiminin ilk aşaması, düşük maliyetli metalurjik silisyum tozunu, öğütme yöntemleriyle mikrometre boyutlarında partiküller haline getirmektir. Yumurta sarısı-kabuk yapısını elde etmek için, elde edilen mikro boyutlu partiküller sırasıyla, önce karbon ile kaplanmış ve sonrasında partiküllere HF işlemi uygulanmıştır. Bu işlemlerden sonra CCSi partikülleri elde edilmiş ve sonrasında vakum filtrasyon yöntemiyle CCSi/RGO/ÇDKNT kompozit elektrot aktif malzemeleri üretimi gerçekleştirilmiştir. Tez kapsamında kullanılan indirgenmiş grafen oksit, modifiye edilmiş Hummers yöntemi ile üretilmiştir. Kompozit anotların yapı, morfolojileri ve elektrokimyasal performansları farklı yöntemlerle incelenmiştir. CCSi/RGO/ÇDKNT kompozit elektrotlar, Si'ya göre üstün elektrokimyasal performans sergileyerek, 200 mA/g akım yoğunluğunda, 500 çevrim sonunda 621,393 mAh/g spesifik kapasite elde edilmiştir. Karbon kaplama tabakası ile yüksek elektriksel iletkenliğe ve mekanik mukavemete sahip ÇDKNT ve RGO kullanılarak, elektrotların elektrokimyasal performansları iyileştirilmiştir.
Yumurta-kabuk morfolojili hibrit Si/grafen/KNT nanokompozit lityum iyon pil anotlarının geliştirilmesi
Lityum iyon piller günümüz piyasasında en yaygın olarak kullanılan elektrokimyasal enerji depolama sistemleridir. Güncel lityum iyon pillerde anot olarak kullanılan grafit gram başına 372 mAh enerji depolayabilmekte olup bu değer daha yüksek enerji yoğunluklu lityum iyon pillerin geliştirilmesi önünde engel olarak durmaktadır. Silisyum ise teorik olarak gram başına 4200 mAh enerji depolama kapasitesi ile yüksek enerji yoğunluklu lityum iyon pillerin üretilebilmesi için grafite en iyi alternatif anot malzemesi olarak görülmektedir. Çok yüksek miktarda enerji depolama kabiliyetine rağmen elektrokimyasal süreçlerde uğradığı sert hacimsel değişimler pratikte silisyumdan anot olarak faydalanılmasının önüne geçmiştir. Şarj ve deşarj işlemleri esnasında gerçekleşen yaklaşık %300 oranındaki hacimsel değişimler silisyum anodun kısa sürede mekanik hasara uğramasına neden olmakta ve hücreler çok küçük çevrim sayılarında kullanılamaz hale gelmektedirler. Bu tez çalışmasında silisyum anotların bahsedilen problemleri bertaraf edilerek yüksek çevrim ömrüne ve yüksek spesifik kapasiteye sahip kompozit silisyum lityum iyon pil anotlarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla ilk aşamada silisyum partikülleri hacimsel genleşmelerden kaynaklı mekanik hasarları engelleyecek olan yumurta-kabuk morfolojili partiküller şeklinde modifiye edilmiştir. Yumurta-kabuk morfolojisi, amorf karbon kabuğu ve içerisine hapsolmuş silisyum partikülü ile hacimsel genleşmeleri konuk edecek yeterli boş alanı sağlayarak çeşitli avantajlar sağlamaktadır. İkinci aşamada ise serbest elektrotlar elde edebilmek amacı ile yumurta-kabuk partikülleri iç içe geçmiş grafen ve karbon nanotüpten oluşan iskelet yapılarının içerisine dekore edilmişlerdir. Maksimum elektrot performansını sağlayan optimum anot kompozisyonunu belirlemek için belirli miktarlarda grafen, karbon nanotüp ve yumurta-kabuk silisyum partiküllerinden oluşmuş farklı anotlar üretilmiştir. Buna göre optimum kompozisyona sahip anot tarafından 500 çevrim sonunda 952 mAhg-1 spesifik kapasite sergilenmiştir. Anot kompozisyonu ve elektrot performansı arasındaki ilişkinin anlaşılması için detaylı morfolojik, faz analizi ve elektrokimyasal testler gerçekleştirilmiştir.
Lityum-iyon piller için sülfür esaslı katı elektrolitlerin sentezlenerek elektrot-elektrolit arayüzeyinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında yüksek iyonik iletkenliğe sahip Li7P3S11 katı elektroliti sentezlenerek tam katı hal lityum sülfür pillerinin üretilmesi ve elektrokimyasal performanslarının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaçla tam katı hal pillerde gözlenen temel problem olan kararsız arayüzeylerin oluşumunun engellenmesi amacıyla, lityum metal yüzeyi Li3N ve MoS2 fazları ile kaplanarak yapay katı elektrolit arayüzeyi oluşturulmuştur. Lityum yüzeyinin modifiye edilmesi ile elde edilen anotlar, Li7P3S11 ve sülfür esaslı kompozitlerin sırasıyla katı-elektrolit ve katot olarak kullanıldığı hücrelerde elektrokimyasal testlere tabi tutularak elektrot-elektrolit arayüzeyinin pil performansına etkileri gözlenmiştir. Bunun yanı sıra yüksek elektrokimyasal kararlılığa sahip oksit esaslı katı elektrolitlerin, iyonik iletkenliklerinin arttırılması adına, yapıda bulunan oksijen atomlarının kısmi olarak sülfür ile yer değiştirmesi sağlanarak daha düşük lityum iyon difüzyon aktivasyon enerjine sahip katı elektrolitler üretilmiştir. Bu bağlamda Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 (LATP) katı elektroliti sülfür-amin kimyası ile katkılanarak elektrokimyasal performansının geliştirilmesi sağlanmıştır. Bu tez çalışmasında elektrot elektrolit arayüzey kararlılık analizleri başlıca kronoamperometri ve kronovoltametri teknikleri ile gerçekleştirilirken, oluşturulan pillerin elektrokimyasal performanslarının belirlenmesinde Elektrokimyasal Empedans Spektroskopisi, Çevrimsel Voltametri ve Galvanostatik şarj deşarj testleri kullanılmıştır. Oluşturduğumuz tam katı hal lityum sülfür pillerde, yüzeyi modifiye edilen lityum metalinin anot olarak kullanıldığı sistemlerde, elektrot elektrolit arayüzeyinden istenmeyen fazların oluşmasının engellenmesine bağlı olarak çevrim testlerinde daha düşük kapasite kaybının oluştuğu gözlenmiştir. Bunun yanı sıra, yüksek elektrokimyasal dayanıma sahip oksit esaslı katı elektrolitlerin iyonik iletkenliklerinin arttırılmasına yönelik yapılan çalışmalarda sülfür katkılanan Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 katı elektrolitinde lityum iyon difüzyon aktivasyon enerji bariyeri %10,1 düşürülerek 5,21x10-4 S/cm iyonik iletkenliğe ulaşılmıştır.
Development of lithium-oxygen battery nanostructured electrodes facilitated by M13 virus and plant extract
Lithium-oxygen (Li-O2) batteries are a promising candidate for next-generation rechargeable battery systems due to their superior theoretical energy densities (11,586 W h Kg-1), which is near to those of gasoline (11,860 W h Kg-1). The principle of Li-O2 cell is relied on the formation of Li2O2 by the interaction between Li cations and oxygen (from the air) during discharge at the cathode surface and decomposition of Li2O2 upon charging. Therefore, the highly stable and reversible electrochemical reactions in Li-O2 cell is dependent on accelerating formation and decomposition of Li2O2. One solution to solve this issue is selecting an appropriate cathode catalyst with high porosity, good electronic conductivity, chemical stability, and high catalytic activity. In this thesis, our purpose is to develop novel efficient cathode materials for Li-O2 batteries using non-aqueous electrolytes by utilizing bio-inspired materials such as plant extract and M13 viruses. The M13 virus is a phage that infects bacteria but is harmless to humans and serves as a bio-template due to its unique morphology. Plant extracts are a rich source of bioactive chemicals. They have been demonstrated to be promising as reducing and capping agents for the biosynthesis of a variety of metal/metal oxide nanoparticles. Therefore, TiO2 nanoparticles with a cauliflower morphology were synthesized by using chamomile extract. Bio-TiO2 electrode containing 5 wt.% carbon black, showed a large overpotential and 30 stable cycles at the limited capacity of 500 mAhg-1. Therefore, to increase the cycle life of the Bio TiO2, a core-shell-like structure was formed with α-MnO2 as a shell, and the content of the carbon black was increased from 5 wt.% to 10 wt.%. The obtained TiO2/α-MnO2 showed 60 stable cycles at the limited capacity of 600 mAh g-1. However, 10 wt% carbon black caused the formation of by-products and limited the cycling behavior of the cathodes. As a result, to increase the electrical conductivity and catalytic activity of metal oxides without using carbon additives, the unique one-dimensional α-manganese oxide nanowires incorporated with ruthenium nanoparticles were constructed with the assistance of M13 bacteriophage. The virus templated Ru/α-MnO2 nanowires offered a high porosity and an extensive surface area as a cathode material. This cathode demonstrated a high capacity of 14,383 mAh g-1 with 48 stable cycles at a limited capacity of 1000 mAh g-1. In conclusion, these biosynthesis methods could provide an eco-friendly and cost-effective approach to develop high-performance battery electrodes. The design strategy manufactured in this thesis could be applied not only to batteries but also to other applications, which require nanoscale materials.
Enerji depolama uygulamaları için ikiboyutlu MOS2 esaslı nanokompozit serbest durabilen elektrotların geliştirilmesi
Elektrokimyasal enerji depolama elektrik enerjisini bir ortamda rezerve olarak tutup, ihtiyaç duyulduğunda depolanan bu enerjiyi elektrik enerjisine dönüştürebilen sistemlerdir. Enerji depolama aygıtlarından bataryaların spesifik kapasite ve enerji yoğunluğu değerlerinin arttırılması artan enerji talebiyle paralel olarak yükseltilmeye çalışılmaktadır. Oldukça üstün özelliklere sahip iki boyutlu malzemelerin kullanılması yeni nesil bataryaların geliştirilmesine de katkı sunmaktadır. Bu tez çalışmasında modifeye edilmiş hummors yöntemiyle üretilmiş grafen oksit ve elektrokimyasal lityumlama yöntemiyle eksfoliye edilmiş MoS2 iki boyutlu malzemeleri kullanılarak MoS2/Grafen nanokompozit serbest durabilen elektrotlar üretilmiştir. Üretilen nanokompozit elektrotlar lityum iyon piller için 0.01-3.0V aralığında test edilerek anot malzeme performansı ve lityum hava pillerinde ise 2.0-4.5V aralığında oksijen akışı altında test edilerek nefes alabilen katot malzemesi olarak kullanılmıştır. Üretilen nanokompozitlerin morfolojileri, Alan Emisyonlu Taramalı Elektron Mikroskobu (FESEM) ve Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) kullanılarak karakterize edilmiştir. Grafen ve MoS2 katalizörlerinin element dağılımı, enerji dağılım spektrometresi (EDS) ile incelenmiştir. Faz yapıları Raman spektroskopisi ve X-ışını kırınım paternleri (XRD) kullanılarak incelenmiştir. Elektrokimyasal performansları, çevrimsel voltametri (CV), elektrokimyasal empedans spektroskopisi (EIS),galvanostatik şarj-deşarj ve elektrokimyasal döngü testleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Temel olarak optimize edilmiş MoS2/Grafen nanokompozit anot 100 çevrim sonunda 700 mAh/g deşarj kapasitesi ve ilk çevrimden sonra %99 kapasite korunumu sergilemiştir ve lityum hava pilleri için üretilen MoS2/Grafen nanokompozit katot malzemesinde 12, 500 mAhg-1 'e ulaşan tam deşarj kapasitesi ve 1000 mAhg-1 limitli kapasitede 50 çevrim kararlı kapasite davranışı sergilemiştir.
M13 virus template as a new approach to electrochemical energy storage in Li-O2 breathing battery cathodes
Due to high potential energy densities of lithium-oxygen (Li-O2) batteries (11,140 Wh kg-1) have been explored as one of the most promising energy storage systems for the future generation of state-of-the-art batteries. During discharge, oxygen (from the atmosphere) is reduced at the cathode (Oxygen reduction reaction, ORR), where it reacts with lithium ions released from the lithium metal anode to generate Li2O2, and the discharge residue decomposes during charging (Oxygen evolution reaction, OER). Cathode catalysts significantly improve ORR/OER and the electrochemical stability of Li-O2 systems. To accelerate ORR and OER in Li-O2 cells, a suitable air cathode architecture must possess sufficiently porous distribution to allow oxygen diffusion, high conductivity to transfer lithium ions, chemically stable, and highly catalytic activity. Therefore, we first report metal nanoparticles (e.g., Pd and Ru) and α-manganese oxide nanowire supported by reduced graphene oxide. In the Li-O2 cathode, noble metals are used as oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts to minimise charge overpotential and provide stable cycling performance. MnO2 is an appealing, useful transition metal oxide catalyst in Li-O2 batteries due to its cost effective, high catalytic activity, and good oxygen reduction characteristics. In the first experiment, Ruthenium nanoparticles were incorporated on MnO2 surfaces, and then the mixture was applied to 50% graphene via ball milling. This electrode demonstrates the charge overpotential and stability up to 40 cycles at a limited capacity of 800 mAh g-1. The produced rGO@Pd@α-MnO2 hybrid nanocomposite cathode delivered a full discharge capacity of 7500 mAh g-1 and maintain cycle life upto 50 cycles with a low discharge/charge potential gap of 0.4 V. Our result shows higher stability of Pd despite Ru. Furthermore, graphene-based electrodes with different graphene content (e.g. 100%, 75%, 50%) were prepared, and by reducing graphene, the higher performance of Li-O2 cell was obtained due to preventing side reactions. On the other hand, plant extract and M13 virus were utilized for the reduction of graphene oxide and preparation of MnO2 nanowires, respectively. Using these biomaterials assist in designing advanced nanomaterials through a green and biocompatible process. Overall, the synergistically effects of α-MnO2 nanowires and metal nanoparticles are combined in this study by decorating graphene sheets to boost cyclability and capacity, resulting in highly efficient Li-O2 cell performance.
Li iyon piller için grafen takviyeli spinel LiMn2O4 nanoçubuk katot materyallerinin sentezi ve elektrokimyasal özelliklerinin geliştirilmesi
Anahtar kelimeler: Li iyon pil, LiMn2O4; katot, nanoçubuk, grafen, Ni ve Cr katkılama, serbest elektrot. Enerji ve çevre uygulamalarına yönelik dünya çapındaki talep arttıkça, taşınabilir elektronikler, hibrit elektrikli araçlar/elektrikli araçlar ve şebeke depolama uygulamaları için yüksek enerji yoğunluğuna sahip verimli enerji depolama cihazları geliştirmeye yönelik çalışmalar gün geçtikce artmaktadır. Bu bağlamda, lityum iyon piller, yüksek gravimetrik ve hacimsel enerji yoğunlukları nedeniyle potansiyel bir aday olarak kabul edilmektedir. Lityum iyon pillerde kapsamlı bir şekilde incelenen alanlardan biri, günümüzde kullanılan gelişmiş kapasite, kararlılık, hız kapasitesi ve uzun çevrim ömrü içeren katot malzemelerini belirlemek ve tasarlamaktır. Birçok katot adayı arasında, spinel LiMn2O4, çevre dostu olma avantajları, bol miktarda manganez kaynağı ve 3 boyutlu lityum difüzyon yolları nedeniyle, yüksek güçlü katot malzemeleri için en iyi adaylardan biri olarak kabul edilmektedir. Fakat, LiMn2O4 elektrot, manganezin çözünmesi, Jahn Teller bozunması ve oksijen boşluklarının oluşumu gibi dezavantajlara sahiptir. Literatürde söz konusu sorunları çözerek elektrokimyasal özellikleri geliştirmek için nanopartiküller, nanoçubuklar, nanotabakalar, gözenekli yapı, içi boş yapılar ve LiMn2O4-karbon kompozitler gibi farklı nanoyapılar ile yüksek akımda gelişmiş elektrokimyasal özellikler için LiMn2O4 yapısında Mn miktarını azaltarak metal iyonu katkılama gibi yöntemler önerilmektedir. Doktora tez çalışmasında etkili elektron tranfer yolu sağlamak amacıyla LiMn2O4 nanoçubuk yapıları üretilmiştir. Başlangıç malzemesi olarak mikrodalga hisrotermal sentez yöntemi ile üretilen -MnO2 nanoteller kullanılmıştır. Katı hal sentez yöntemi ve hidrotermal yöntem kullanılarak LiMn2O4 nanoçubuk yapıları elde edilmiştir. Jahn Teller bozulması ve Mn çözümesi gibi sorunları gidermek için LiMn2O4 yapısına Cr ve Ni katkılanarak LiNi0.2Mn1.8O4 ve LiCr0.2Mn1.8O4 yapıları üretilmiştir. Modifiye edilmiş Hummers yöntemi kullanılarak üretilen grafen ile her bir tozdan kompozitler oluşturarak serbest elektrotlar üretilmiştir. Buna göre en iyi elektrokimyasal performansı, 0,5 şarj/deşarj hızında 139 mAh/g'lık kapasite değeriyle bu yeni yaklaşımla üretilen grafen takviyeli LiNi0.2Mn1.8O4 elektrotun gösterdiği tespit edilmiştir.
ZnO nanoyapılı elektrotlar kullanarak boya duyarlı güneş hücrelerinin geliştirilmesi
Işığı, elektrik ya da kimyasal yakıta dönüştürme fikri yüzyıllardır insanoğlunu kendine çekmiştir. Fotovoltaik bilimi ve teknolojisi güneş enerjisinin elektrik gücüne dönüştürülmesi üzerine uzun yıllardır çalışmalar yapmakta ve oldukça büyük ilerlemeler katedilmektedir. Boya duyarlı güneş hücreleri, yeni nesil güneş hücrelerinin önde gelen bir üyesi olup güneş ışığından elektrik elde etmek amacıyla organik boya kullanılan hücrelerdir. Bu doktora tez çalışmasında; boya duyarlı güneş hücrelerinde fotoelektrot olarak kullanmak amacıyla nanopartikül, nanorod ve nanotoz içeren nanoyapılı çinko oksit (ZnO) kaplamaların üretimi ve karakterizasyonu amaçlanmıştır. ZnO nanoyapılı kaplamalar, sol-jel, hidrotermal büyütme ve homojen çöktürme metodlarından oluşan solüsyon esaslı üç farklı üretim yöntemi ile elde edilmiştir. Üretim metodlarının ve parametrelerinin, kaplamaların fiziksel, optik ve fotovoltaik özellikleri üzerine etkilerini araştırmak amacıyla kapsamlı ve sistematik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. ZnO kaplamaların yapısal ve kristalografik özellikleri farklı karakterizasyon teknikleri ile incelenmiştir. Üretilen tüm kaplamaların çok kristalli yapıda olduğu ve ZnO vürtzit yapısının karakteristik piklerini ihtiva ettikleri belirlenmiştir. Karakterizasyon prosesi sonrası ZnO-esaslı boya duyarlı güneş hücrelerinin fotovoltaik performansları ölçülmüştür. Üretim yöntem ve parametrelerinin ZnO nanoyapıların özelliklerine ve dolayısıyla ZnO esaslı boya duyarlı güneş hücrelerinin performansını doğrudan etkilediği belirlenmiştir.. Hücre performansını etkileyen birçok parametrenin yanında solüsyon konsantrasyonunun artmasıyla artan tane boyutu etkin olmayan boya adborpsiyonu sebebiyle hücre performans değerlerinin düşük elde edilmesine yol açmaktadır. 0,5 molariteye sahip solüsyon kullanılarak üretilen kıvrımlı ağ morfolojisine sahip ince film kaplama esaslı boya duyarlı güneş hücresinin diğer kaplamalar ile üretilen hücreler arasında en yüksek enerji çevrim verimi sağladığı belirlenmiştir.
Yüzey modifiye edilmiş nanokompozit killerde xrf karakterizasyonu
Son zamanlarda çevresel malzeme uygulamaları giderek artmaktadır. Bunun için kullanılan Kil/TiO2 kompozitleri yüksek foto katalitik ve anti bakteriyel davranış göstermektedir. Foto katalitik özellik gösterdiği bilinen TiO2'nin kil ile üretilen kompozitlerinde, kil yüksek emme özelliğiyle organik ve bakteriyel malzemeleri emer ve daha sonra güneş ışınıyla birlikte TiO2`nin foto katalitik etkisi organik ve bakteri yapılarını yok eder. Bu kompozitlerin üretimi için genellikle sol-jel ve hidroliz yöntemi kullanılmaktadır. Bu yöntemlerde prekörsür olarak genellikle inorganik tuz prekörsürleri (titanyum tetra klorür, titanyum sülfat) ve alkolik tuz prekörsürleri, (tetra butil titanyum, tetra izopropil titanyum) kullanılmaktadır.Bu çalışmada TiO2 partikülleri ve TiO2-MMT, TiO2-SiO2 kompozitleri hidroliz yöntemi ile üretilmiştir. Hidroliz yöntemi için TiCl4 prekörsürü kullanılmıştır. Elde edilen kompozitlerin AO7 turuncu asidine karşı foto katalitik özellikleri incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Yapının Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), X-ışınları Difraksiyonu (XRD) ve X-ışınları Flüoresansı (XRF) ile analizi yapılmıştır. Ayrıca üretilmiş kompozitlerin Enerji Dağılım Spektroskopisi (EDS) ile elementsel kompozisyonlar incelenmiştir. Daha sonra UV spektroskopi ile kompozitlerin AO7 turuncu asidine karşı gösterdikleri foto katalitik özellik incelenmiştir.
Kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemiyle Li-iyon pillere uygun ZnO anot geliştirilmesi
Son yıllarda, enerji ihtiyacındaki artış, teknolojinin gelişimine bağlı olarak artmaktadır. Özellikle, taşınabilir elektronik cihaz kullanımına olan büyük talep, şarj edilebilir pil ihtiyacına neden olmaktadır. Buna paralel olarak, daha güvenli, daha hafif ve daha yüksek kütlesel kapasiteye sahip li-ion piller ile ilgili olarak araştırma geliştirme çalışmaları yapılmaktadır.Bu tez çalışmasında kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemi ile lityum iyon pillere uygun anot malzemelerinin geliştirilmesi amacıyla ZnO kaplamalar incelenmiştir. Çinko oksit kaplamalar Si wafer üzerine yapılmıştır. Kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle 200, 300 ve 400°C sıcaklıklarında 1, 3 ve 5 L/dk. saf O2 akış ile deneyler gerçekleştirilmiştir. Başlangıç malzemesi olarak çinko asetat dihidrat [Zn(CH3COO)2.2H2O] kullanılmıştır. Kaplama süreleri 10, 20 ve 30 dk. olarak belirlenmiştir. Farklı sıcaklık, süre ve gaz akış hızının mikro yapıya, tane boyutuna, yüzey pürüzlülüğüne ve iletkenliğe olan etkileri taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), x-ışınları kırınım ölçeri (XRD) ve dört nokta elektriksel özdirenç test cihazları ile incelenmiştir.
Li-iyon piller için fiziksel buhar biriktirme (PVD) ile Zn/ZnO nanokompozit elektrodların geliştirilmesi
Gelişen teknoloji ile lityum iyon piller şarj edilebilir pil endüstrisinde bir çığır açmıştır. Lityum iyon piller zehirli olmayan, nispeten düşük maliyetli ve tekrar kullanılabilirlik gibi üstün özellikleri olan son dönemde en yaygın enerji depolama kaynaklarındandır. Nano kristalin ZnO ince filmleri yüksek teorik enerji kapasitesi ve geniş bant aralığı sayesinde Li-iyon piller için uygun anot malzemesi gibi birçok uygulama alanına sahiptir.Bu çalışmada yüksek safiyetteki (%99,98) saf çinko tel termal buharlaştırma yöntemiyle cam altlık üzerine farklı ortam basınçlarında biriktirilmiştir. Üretilen saf çinko kaplamalar nano kristalin çinko oksit esaslı filmler elde etmek için farklı altlık sıcaklıklarında ve farklı oksijen kısmi basınçlarında plazma ile oksitlenmiştir. Bu ince filmler büyüme sırasında üretim şartlarının ve oksidasyon parametrelerinin özelliklere etkisini incelemek için karakterize edilmiştir. Kaplama basıncı, kısmi oksidasyon basıncı ve sürenin film özelliklerine, tercihli yönlenme düzlemlerine, mikroyapıya, yüzey pürüzlülüğüne, tane boyutuna ve nihai olarak levhasal özdirence olan etkileri taramalı elektron mikroskobu (SEM), X-Işınları difraktometresi (XRD), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), dört noktalı elektriksel iletkenlik testleri kullanılarak araştırılmıştır.Sonuç olarak tane boyutları 11-17 nm aralığında değişen ve düşük yüzey pürüzlülüğüne sahip nanokristalin yapıda çinkoca zengin çinko oksit filmler elde edilmiştir. Elektriksel direnç değerlerinin yeterli seviyelerde bulunduğu görülmüştür. Çok yüksek teorik enerji kapasitesine sahip olan ZnO, Li-iyon pil hücrelerinde geleneksel olarak kullanılan grafit anot yerine geliştirilen iyi bir adaydır.
PVD yöntemi ile silisyum matrisli karbon nanotüp takviyeli nano kompozit elektrotların geliştirilmesi
Anahtar kelimeler: PVD, silisyum, karbon nano tüp, nano kompozit anode, lityum-iyon pil.Taşınabilir elektronik cihazların yaygınlaşması ve elektrikli araçların kullanımının, dünyadaki karbon dioksit salınımının azaltılması adına ihtiyaç haline gelmesi nedeniyle verimli ve yüksek enerji yoğunluklu şarj edilebilir pillere olan gereksinim artmaktadır. Lityum iyon piller bu amaç için halen kullanılmakta olan en gözde seçenek olmakla gelişmeler açısından da en çok gelecek vaat eden pil sistemleridir.Bu tez çalışmasında lityum iyon pillerde kullanılmak üzere silisyum esaslı kompozit anotlar üretilmiştir. Silisyum doğru akım sıçratma tekniği kullanılarak paslanmaz çelik altlık ve karbon nano tüp kâğıtlar üzerine sıçratılmış, ince film ve nano kompozit anotlar elde edilmiştir. Üretilen kompozitlere taramalı elektron miskroskobisi ve X ışınları difraksiyon teknikleri ile analizler yapılmıştır.Kompozit anot mimarisini elde edebilmek üzere karbon nanotüp kâğıtlar vakum filtrasyon tekniği kullanılarak üretilmiştir. Vakum filtrasyon tekniğinden önce karbon nano tüpler saflaştırılmış daha sonra da çeşitli kimyasal yöntemlerle fonksiyonelleştirme işlemi uygulanmıştır. Fonksiyonelleştirilen karbon nano tüplere termal analiz ve fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi analizi uygulanmıştır. Kâğıtların morfolojileri alan emisyonlu taramalı elektron mikroskobu ile incelenmiştir.Elektrokimyasal testleri yapmak üzere CR2016 tipi piller saf argon doldurulmuş glove box içerisinde üretilmiştir. Çalışma elektrotu olarak üretilen kompozitler kullanılırken referans elektrot olarak yüksek saflıkta lityum folyolar kullanılmıştır. Üretilen piller çevrim ömürlerinin belirlenmesi amacı ile sabit akım yoğunluğunda elektrokimyasal çevrim testlerine tabi tutulmuşlardır. Bunun yanında elektrokimyasal empedans analizi ve çevrimsel voltametri teknikleri ile üretilen anotların elektrokimyasal performansları test edilmiştir.
Kimyasal buhar biriktirme yöntemiyle SnO2 kaplamaların üretilmesi
Anahtar kelimeler: Kalay oksit, CVD, Kristalin, Elektro-optik Cam üzerine kaplanmıs kalay-oksit filmleri iletken elektrotlar, görünür ısık(dalga boyunda), yüksek geçirgenlik, kızıl ötesi yansıtıcılık, günes pilleri elektrotları vb. alanlarda teknolojik öneme sahiptirler. Kalay-oksit filmi reaktif püskürtme, sprayproliz sol-jel, Fiziksel Buhar Biriktirme(PVD), Kimyasal Buhar Biriktirme(CVD) tekniği gibi çesitli metotlar ile üretilebilir. Bu çalısmada Kalay oksit filmlerinin elektronik, optik ve opto?elektronik cihazlarda kullanımı için özellikleri arastırılmıstır. Kalay oksit filmler atmosferik basınç altında ve farklı sıcaklıklarda (400,500 ve 600ºC'lerde) cam altlık üzerine kimyasal buhar biriktirme(CVD) yöntemi ile biriktirilmistir. Biriktirme zamanı 15 dakika ile 60 dakika arasında 15 dakika aralıklar ile değistirilmis ve biriktirme zamanının etkisi incelenmistir. Kaplama yapılacak reaktör içine SnCl2 buharı 5 scpm debi ile sisteme verilen oksijen ile tasınmıstır. Yapı, Taramalı Elektron Mikroskobu(SEM) ve X-ısınları difraktometresi(XRD) ile analiz yapılmıstır. Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM) çalısmaları ile de biriktirme mekanizmalarının ve kristalin yapının belirlenmesi amaçlanmıstır. Aynı zamanda üretilmis filmlerin elementel kompozisyonunu anlamak için Enerji Dağılım Spektroskopisi(EDS) kullanılmıstır. Elde edilen morfoloji ve oksitli yapının biriktirme zamanı ve sıcaklık değisimine bağlı olarak değistiği görülmüstür. Aynı zamanda fiziksel özellikler ve ince filmlerin üretim yöntemleri arasındaki iliskiyi gözlemlemek için optik ve elektriksel özellikler de çalısılmıstır.
Metal matriksli kompozit fren diski, balatası üretimi ve karakterizasyonu
Anahtar kelimeler: Metal Matriksli Kompozit, Otomotiv Fren Sistemi, Fren Diski, Fren Balatası, Asınma, Sürtünme, Termal iletkenlik, Termal genlesme Teknolojik uygulamalardaki çalısma ve yakıt masraflarını düsürmek için otomotiv uygulamalarında malzeme ağırlığının düsürülmesi ve bu yolla mukavemet/yoğunluk (spesifik mukavemet) oranlarının arttırılması önemlidir. Bu oran, mühendislik malzemelerinin elastik modül, mukavemet, korozyon, oksidasyon, termal kararlılık, sürünme, asınma ve yorulma uygulamalarında en önemli parametrelerden biridir. MMK üretiminin ana amacı matriks alasımının mukavemet ve elastik modülünü arttırmaktır. Bununla beraber matriks alasımları farklılığından dolayı değisik elastik modül, mukavemet ve termal genlesme katsayılı malzemeler üretilebilmektedir. En önemli özelliklerinden biri ise asınma dirençlerinin çok iyi olmasından dolayı asınma uygulamalarında yaygın olarak kullanılabilmeleridir. Bu çalısmanın amacı, otomotiv sanayinde kullanılan geleneksel fren disk ve balata malzemelerine alternatif olabilecek özelliklere sahip yüksek termal iletkenlik, düsük termal genlesme, yüksek asınma direnci ve standartlara uygun kararlı bir sürtünme katsayısı değerine sahip MMK fren diski ve balata malzemesi üretmek ve özelliklerini belirlemektir.