103
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
PEM tipi yakıt pillerinin iki ve üç boyutlu modellenmesi
Bu çalışmada, COMSOL® ticari yazılımı kullanılarak, tek hücreli PEM tipi bir yakıt pilinin, iki ve üç boyutlu, izotermal, tek fazlı ve kararlı haldeki modelleri oluşturulmuştur. Oluşturulan modellerde, paralel akış kullanılmıştır. Modelde, elektron akımının iletken katı kısımdan iletimi, gazların akış kanallarındaki transferi ve su molekülleri ile iyonların polimer elektrolit zardan taşınımı bulunmaktadır. Akış kanallarındaki türlerin, gaz akışı sıkıştırılamaz Navier-Stokes denklemleri ile Brinkman denklemlerinin birlikte kullanılması ile çözülürken, su ve iyon transferi genelleştirilmiş Maxwell-Stefan denklemleri ile çözülmektedir. Bu araştırma esas olarak, pil geometrisi, sıcaklığa bağlı olarak değişen zarın iyonik iletkenliği, denge akım yoğunluğu ve difüzyon katsayıları gibi parametrelerin yakıt pili performansına olan etkilerini ortaya çıkarmak için yapılmıştır. Bunu başarabilmek için modeller, farklı denge akım yoğunluğu, zar iyonik iletkenliği ve difüzyon katsayılarında ve farklı geometrilerde çözülmüştür. Bu çalışmada hidrojen, oksijen ve suyun farklı sıcaklık ve hücre çalışma potansiyellerindeki kütle dağılımları da incelenmiştir. Sonuçlara göre; performans, sıcaklık arttıkça artan denge akım yoğunluğu, zarın iyonik iletkenliği ve difüzyon katsayılarının artmasıyla, artmaktadır. Ayrıca, geometrinin performansa olan etkisini belirlemek için iki farklı geometride üç boyutlu modeller oluşturulmuş ve bu modellerin karşılaştırılması yapılmıştır. Bu modellerden biri düz kanal geometrisine, diğeri ise silindirik kanal geometrisine sahiptir. Güç yoğunluğunun en yüksek olduğu hücre çalışma potansiyeli değerlerinde(0,4-0,6 V), silindirik modelden 25 ?C'de, 0,58-0,93 A/cm2 aralığında, 80 ?C'de ise 0,82-1,05 A/cm2 aralığında akım yoğunluğu elde edilmiştir. Düz modelde ise aynı çalışma potansiyeli değerlerinde 25 ?C'de, 0,54-0,84 A/cm2 aralığında, 80 ?C'de ise 0,75-0,95 A/cm2 aralığında akım yoğunluğu elde edilmiştir.
Güneş pili uygulamaları için bakır indiyum sülfür absorblayıcı filmlerin ultrasonik sprey ısıl ergime yöntemi ile üretimi ve karakterizasyonu
CuInS2 ince filmler I-III-VI2 grubu elementlerinin oluşturduğu 1,5 eV direkt bant aralığına ve yüksek absorbsiyon katsayısına sahip kalkopirit kristal yapıda bir yarıiletkendir. Bu özellikleri sayesinde CuInS2 ince filmler kullanılarak yüksek verimli ince film güneş pilleri elde edilebilir. Sunulan tez kapsamında CuInS2 ince filmler ultrasonik darbe etkili başlıkların kullanıldığı sprey ısıl ergime sistemi ile elde edilmiştir. Bu teknolojide hazırlanan ön çözeltiler piezoelektrik kristaller vasıtasıyla çok küçük damlacıklar şeklinde püskürtülürler. Bu durum homojen ve kusursuz filmlerin elde edilmesine olanak sağlar. Sunulan tez çalışmasında çözelti miktarı, çözelti stokiyometrisi, alt taş sıcaklığı, püskürtme oranı ve çözücü gibi önemli sistem parametreleri ile kontrollü çalışmalar yapılmıştır. CuInS2 filmlerin yapısal özellikleri X-ışını Kırınımı, Enerji Dağılımlı X-Işını Spektroskopisi ve X-ışını Fotoelektron spektroskopisi teknikleri ile yapılmıştır. Optik karakterizasyonlar için geçirgenlik ölçümleri UV-VIS-NIR spektroskopisi ile yapılmıştır. Elektriksel direnç ve fotohassasiyet değerleri oda sıcaklığında yapılan I-V ölçümleri ile belirlenmiştir. Bunlara ek olarak, taşıyıcı yoğunluğu ve mobilite değerlerinin hesaplanması için sıcaklık bağımlı elektriksel iletkenlik ve Hall ölçümleri yapılmıştır. CuInS2 üzerinde yapılan yapısal analizler çözelti içerindeki Cu derişiminin ve alt taş sıcaklığının artışının film kristalinitesini kritik olarak değiştirdiğini göstermiştir. Düşük çözelti akış hızlarının uygulandığı ve alkol esaslı çözücülerden elde edilen filmler daha homojen ve yüzeylerinde aglomerasyonların olmadığı filmlerin elde edilmesine olanak sağlamıştır. Optik geçirgenlik verilerine göre, elde edilen tüm filmlerin, yüksek verimli güneş hücrelerinin üretimi için gerekli olan yüksek soğurma katsayısı ve uygun yasak bölge enerji aralığına sahip olduğu saptanmıştır.
İnsansız hava araçları için PEM tipi yakıt pili üretilmesi ve test edilmesi
Yakıt pilleri ağırlık-uçma süresi oranı bakımından hâlihazırda kullanılan aynı ağırlıktaki lityum polimer pillere oranla 3 kata varan daha fazla uçma süresi sağlayabilmesi ve yakıt pilindeki gelişmelerin hızla devam etmesi nedeniyle, bu enerji kaynağının insansız hava araçlarında kullanılması çok iyi bir seçenek olarak görünmektedir. Bu konudaki gelişmeler ve başarılar da yakıt pilinin yaygınlaşmasını ve uygulanabileceği alanların genişlemesini sağlayacaktır. Bu amaçlar ışığında T.C. Bilim Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı tarafından desteklenen proje kapsamında yapılan çalışmalarda elde edilen bilgilerle insansız hava araçlarında kullanılmak üzere 50, 110, 150 ve 200 Wattlık hava soluyan tipi proton geçirgen zarlı hidrojen yakıt pili üretilmiştir. Yakıt pilinin performansı ana olarak zar elektrot montajı performansına bağlı olduğundan bu yakıt pillerinde kullanılacak zar elektrot montajlarının performanslarının arttırılması çalışmaları yapılmıştır. Bu amaçla farklı kalınlıklarda kataliz tabakaya sahip zar elektrot montajları test edilmiş; ağırlık altında farklı sıcaklıklarda sıkıştırılmanın, katot kataliz tabakasının saçınım sistemi kullanılarak platinle kaplanmasının, gaz difüzyon tabakalarının iyonomer ve kataliz karışımıyla zar elektrot montajına yapıştırılmasının ve gaz difüzyon tabakalarının saçınım sistemi kullanılarak platinle kaplanmasının zar elektrot montajlarının performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Yakıt pillerinin montajı sırasındaki sıkıştırma miktarının, yakıt pilinin çalışması esnasında basınçlandırma valfının kullanılmasının ve bu basınçlandırma valfının açık ve kapalı kalma sürelerinin hava soluyan tipi proton geçirgen zarlı hidrojen yakıt pili performansı üzerindeki etkisi incelenmiş ve üretilen yakıt pilinin performansının zamana karşı değişimi gözlenmiştir. Sonuç olarak bu çalışma ile bilgimiz dahilinde insansız hava uçağında kullanılabilecek kalitede yakıt pilleri ilk defa ülkemizde üretilmiştir.
İnce film güneş pili uygulamaları için poliimit alt taşların yüzey modifikasyonu, metalizasyonu, bakır-indium-galyum-sülfür soğurucu tabakanın sprey piroliz yöntemi ile büyütülmesi
Bu çalışmada ince film güneş pili uygulamaları için kullanılan bakır-indiyum-galyum-sülfür (CIGS2) soğurucu tabakaların sprey piroliz yöntemi ile bükülebilir alttaşlar üzerinde üretimi yapılmıştır. Bükülebilir alttaş olarak kullanılan Poliimit yüzeyine, yüzey enerjisini ve yüzey pürüzlülüğünü artırmak için plazma yüzey modifikasyonu yapılmıştır. Argon, azot ve oksijen plazma ortamında 0,5-5 dakika arasında plazma uygulanan poliimit alttaşların yapısal ve morfolojik özellikleri X-Işını fotoelektron spektroskopisi, atomik kuvvet mikroskobu ve yüzey temas açısı ölçümleri ile belirlenmiştir. Her üç plazma çeşidi için en kısa plazma süreleri de dâhil olmak üzere önemli değişiklikler elde edilmiş olup oksijen plazma uygulanan yüzeylerde daha etkili sonuçlar elde edilmiştir. Plazma yüzey modifikasyonu yapılan poliimit alttaşların yüzeyine, kalkopirit yapılı ince film güneş pillerinde yaygın olarak kullanılan arka kontak metali olan molibden, saçtırma tekniği kullanılarak kaplanmıştır. Güneş pili üretim süreçlerinin birçoğu yüksek sıcaklık gerektirdiği için molibden kaplanan filmler ısıl işleme tabi tutulmuş ve elektriksel özelliklerindeki değişimler incelenmiştir. Sprey ısıl ergime yöntemi kullanılarak CIGS2 ince filmleri önce cam üzerinde solüsyon miktarı, solüsyon akış hızı, sıcaklık ve stokiyometri parametreleri değiştirilerek yapısal, optik ve elektriksel özellikleri taramalı elektron mikroskobu, X-Işını difraksiyonu, ultraviyole ve görünür ışık absorbsiyonu (UV-VİS) spektroskopisi ile belirlenmiştir. Yapılan kontrollü çalışmalar sonucunda 30 ml solüsyon miktarı kullanılarak 1,5 ml/dakika solüsyon akış hızında, CuGa0,5In0,5S2 sitokiyometrisinde 300 0C ve 325 0C de üretilen filmlerin en iyi film özelliklerine sahip oldukları belirlenmiştir. Yüzeylerine 0,5 ve 1 dakika oksijen plazma uygulanan ve molibden kaplanan film üzerine 300 0C de CIGS2 ince filmleri büyütülmüş, homojenlik ve tutunum açısından olumlu sonuçlar elde edilmiştir.
İndiyum sülfür ince filmlerin sprey ısıl ergime yöntemi ile üretilmesi ve elektro-optik karakterizasyonlarının yapılması
İnce film güneş pili uygulamalarında tampon tabaka olarak genellikle kadmiyum sülfür (CdS) kullanılmaktadır. Ancak kadmiyumun toksik etkilerinden dolayı yerine farklı alternatifler aranmaktadır. Bu tez çalışması dahilinde üretilen indiyum sülfür (InS) filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri bakımından CdS ince filmlerin yerini alabilecek performansa sahip oldukları anlaşılmıştır. Ayrıca tez kapsamında kullanılan sprey ısıl ergime yöntemi (sprey piroliz) standard üretim metodu olan vakum tabanlı yöntemlere kıyasla çok daha maliyet etkin olup InS ince filmlerin geniş yüzeyli üretimlerinde kullanılma potansiyeli yüksektir. Bu kapsamda yapılan çalışmada InS ince filmlerin yapısal, optik ve elektriksel özellikleri üzerinde üretim koşullarının etkisi araştırılmıştır. Kontrollü deneyler gerçekleştirilerek solüsyon akış hızı, alttaş sıcaklığı, çözücü cinsi, stokiyometri ve katkılama etkisi gibi üretim koşullarının performans ile ilişkisi saptanmıştır. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile filmlerin yüzey morfolojileri incelenmiş kalınlıkları hesaplanmıştır. X-Işınları Kırınım Cihazı (XRD) ile filmlerin yapısal özellikleri incelenmiştir, Ultraviyole ve Görünür Bölge Spektroskopisi ile filmlerin optik özellikleri belirlenmiştir. Ayrıca ince filmlerin elektriksel özelliklerini inceleyebilmek için I-V ölçümleri alınmıştır. Yapılan tüm bu kontrollü çalışmalar sonucunda en iyi InS ince film üretimi için gerekli parametreler seçilmeye çalışılmıştır. Sonuç olarak, 1,0 ml/dk solüsyon akış hızı, 300?C alttaş sıcaklığı optimum değerler olarak belirlenmiştir. In/S oranı 1/8 olan ince filmlerde en iyi fotohassasiyet değeri elde edilmiş ve katkılama çalışması ile filmlerin özellikle yapısal özelliklerinde iyileşmeler saptanmıştır.
Nano porlu anotlanmış alüminyum oksit membranların ilaç taşıma ve sinir-doku mühendisliği uygulamaları için kullanımının araştırılması
AAO membranlar kendine özgü kontrol edilebilen özellikleriyle biyomedikal mühendisliğinde ilaç taşıcılardan doku mühendisliğine kadar geniş bir alanda kullanılan popüler bir biyomalzeme sınıfıdır. Tezin ilk kısmında yapılan çalışmalarda AAO membranlar kalıp olarak kullanılarak kalıp sentez ve sol-jel metotlarıyla SNT`ler elde edilmiştir. İç ve dış yüzeylerinin farklı zamanlarda modifikasyonuna izin veren üretim tekniği (kalıp-sentez) dikkate alınarak SNT`lerin dış yüzeyi folik asitle kaplanarak, tüpler kanser hücreleri için güdümlü hale getirilmişlerdir. İç kısımları da kanserli dokuların düşük pH`lı ortamları düşünülerek asit içerisinde salınımı fazla olan DOX içerikli jel ile doldurulmuştur. Tüplerin, FA modifikasyonunun ve AAO membranların karakterizasyonu sırasında SEM, TEM, FT-IR, XPS, Zeta potansiyeli analizleri yapılmıştır. MCF-12A ve SK BR-3 hücre hatları ile SNT`lerin sitotoksisitesi üzerine yapılan testlere ek olarak hücre yüzeyine SNT`lerin tutunumu incelenmiştir. Çalışmalar sonucunda, kanserli hücrelerde sağlıklı hücrelere nazaran yüksek ölüm oranları tespit edilmiştir. Düşük pH`larda salınıma izin veren jel yapısının ve FA modifikasyonunun bu sonucu tetiklediği düşünülmektedir. İkinci bölümde detaylandırılan çalışma, sinir ? doku mühendisliği için yaklaşık 100 ve 300 nm por çapına sahip iki farklı tip AAO membranın kalıp olarak kullanıldığı CNM membranların üretimi ve karakterizasyonudur. Sinir hücrelerinin bir yüzeyde gelişimleri o yüzeyin elektriksel, kimyasal ve topografik özelliklerinin optimizasyonuyla ilişkilidir. Bu çalışma ile bahsedilen üç faktöründe kontrolü yapılmaya çalışılmıştır. Topografik özellikler iki farklı por çapı ve poroziteye sahip AAO membranlar ile, elektriksel özellikler PVD yöntemi ile AAO üzerine karbon kaplama yapılarak incelenmiştir. Kimyasal özellikler ise NGF katkılandırma çalışmaları ile incelenecektir. Elde edilen CNM`ler SEM, TEM, XPS, EDX ve DC Voltaj/Akım Kaynağı ile karakterize edilmiştir. Halihazırda devam eden çalışmalarda, PC 12 hücrelerinin hazırlanan substratlarda tutunumu incelenmektedir. Anahtar kelimeler: AAO, SNT, Kanser, CNM, Nöron.
Nanogözenekli kompozitler ile sudan krom (VI) iyonunun uzaklaştırılması
Bu çalışmada Cr(VI) iyonlarını sulu ortamdan uzaklaştırmak için nanofiltrasyon ve adsorpsiyon yöntemleri kullanılmıştır. Nanofiltrasyon yöntemi için polianilin/poli(akrilonitril-butil akrilat) ve polianilin/poli(akrilonitril-tersiyer butil akrilat) nanogözenekli kompozit membranlar, adsorpsiyon yöntemi için de polianilin/NafionTM ve polianilin/poli(akrilonitril-2etilheksil akrilat) kompozit adsorbanlar hazırlanmıştır. Kompozitlerin kimyasal yapısını doğrulamak için FTIR, yüzey morfolojilerini araştırmak için SEM karakterizasyonları yapılmıştır. Kompozitlerin su tutma kapasiteleri rapor edilmiştir. Nanofiltrasyon deneylerinde hazırlanan membranların sonlu-uç (dead-end) filtrasyon yöntemi ile Cr(VI) tutuşu test edilmiştir. Membranların neredeyse tamamen (%99,9) Cr(VI) tutulumu sağladığı gözlemlenmiştir. Kesikli adsorpsiyon deneylerinde ise, başlangıç Cr(VI) iyon derişiminin, sıcaklığın ve temas süresinin adsorpsiyon verimine etkisi araştırılmıştır. Adsorpsiyon izotermi Langmuir, Freundlich ve Dubinin-Radushkevich modelleri kullanılarak analiz edilmiştir. Sonuçlar adsorpsiyonun Langmuir modeline diğer adsorpsiyon modellerinden daha iyi uyum sağladığını göstermiştir. Adsorpsiyon hız sabitlerini belirlemek için sözde birinci dereceden (pseudo-first-order) ve sözde ikinci dereceden (pseudo-second-order) kinetik modeller kullanılmıştır. Kompozitler üzerine Cr(VI) iyonlarının adsorpsiyon kinetiğinin en iyi sözde-ikinci-dereceden kinetik modelle tanımlandığı belirlenmiştir. Farklı sıcaklıklarda termodinamik parametreler standard Gibbs serbest enerji (?G0), entalpi (?H0) ve entropi (?S0) değişimleri hesaplanmıştır. Bu verilerden adsorpsiyon prosesinin kendiliğinden gerçekleşen bir süreç olduğu sonucuna varılmıştır. Hazırlanan nanogözenekli kompozit membranlar ve kompozit adsorbanlar Cr(VI) iyonlarının sulu çözeltilerden uzaklaştırılmasında yüksek performans göstermiştir. Bu çalışma sonucunda kompozitlerin su tutma kapasitesinin Cr(VI) tutma verimi üzerinde gözenekli yapıdan daha etkili olduğu anlaşılmıştır.
Hafif elektrikli araçlarda sürekli değişken oranlı şanzıman kullanılarak menzil ve performansın artırılması
Elektrik motorlarının düzenli tork-hız karakteristiğinden dolayı araç üreticileri henüz piyasada sayıları oldukça az olan elektrikli binek araç modellerini şanzımansız tahrik sistemleri ile üretmektedir. Bu tez çalışmasında elektrik motorlarının çalışma yapısı üzerinde durulmuş ve şanzıman kullanılarak elektrikli araçların menzil ve performansının nasıl artırılabileceği araştırılmıştır. Elektrik motorlarının genellikle nominal çalışma bölgelerinde hıza karşı sabit tork karakteristiğine sahip olmalarına rağmen, çalışma devri ve yükleme miktarına göre farklı verimlerde çalışıyor olmaları nedeniyle şanzıman sayesinde motorun sürekli olarak en verimli çalışma bölgelerinde çalıştırılması, araçta talep edilecek olan hız değişimlerinin ise yine şanzıman ile sağlanması düşüncesi üretilmiştir. Buradan yola çıkılarak, motoru istenen devirde tutma işlevini hassas bir şekilde yerine getirebilen kompakt ve hafif bir sürekli değişken oranlı şanzımana sahip elektrikli bir go-kart aracı üretilmiştir. Aracın tahrik sistemi bileşenlerinin teknik verileri kullanılarak tahrik sisteminin matematiksel modeli oluşturulmuştur. Hesaplamalar sonucunda hareket aktarma elemanlarının tasarımı, üretimi ve araca montajı gerçekleştirilmiştir. Yol testlerinin birinci bölümünde şanzıman aktarma oranının sabit tutulduğu testler yapılmış ve menzil ile performans bakımından en iyi sonuçları veren aktarma oranı tespit edilmiştir. Kullanılan şanzımanın araç hızına göre aktarma oranını istenen ölçüde değiştirebilecek şekilde programlanabilir nitelikte olması sayesinde, yol testlerinin ikinci bölümünde birinci bölümde edinilen bilgiler ışığında otomatik vites değiştirme programları hazırlanmış ve uygulanmıştır. Sürekli değişken oranlı olarak programlanan şanzımanın araç menzil ve performansının her ikisinde birden iyileşme sağladığı görülmüştür.
Hızlandırıcı uygulamalarına yönelik elektron demeti üretimi için küme-modlu fiber lazer sisteminin geliştirilmesi
Fiber lazerin sahip olduğu ışın kalitesi, tekrarlanabilirlik, düşük maliyet ve yüksek kazanç güçlendirmesi gibi özelliklerinden dolayı tıp, savunma alanı, birçok sanayi uygulamasında ve özellikle hızlandırıcıların elektron demeti üretiminde kullanılan lazer sistemlerinden biri olan küme-modlu fiber lazer sistemi incelenmiştir.
Yön bağımlı yüzey özelliklerinin etkisi altında heteroepitaksiyel gerginliğe sahip kuantum noktaların oluşumunun bilgisayar modellemesi
Kuantum Noktalar (KN) boyutları 2-20 nanometre arasında değişen metalik veya yarıiletken parçacıklardır. KN'lerde, boyutların nano ölçekte olması sonucu, ayrık enerji spektrumları oluşur. Bu enerji spektrumu, KN'lerin kompozisyonuna, yoğunluğuna, boyutuna, morfolojisine ve kristal uyumsuzluğundan kaynaklanan gerinimlere bağlı olarak geniş bir aralıkta ayarlanabilir. Bu özelliklere ek olarak, yeni ince film büyütme teknikleri (Stranski-Krastanow) ile KN'ler dislokasyon gibi kusurları içermeden üretilebilmektedirler. Bu teknik, aynı zamanda KN'lerin ince bir ıslatma katmanı ile birbirine bağlanmasını ve dolayısıyla oluşturulan foto-elektronların bu katman aracılığı ile taşınabilmesini sağlamaktadır. Tüm bu özellikleri KN'leri özgün elektronik, manyetik ve fotonik cihazların üretimi konusunda çok önemli ve dikkat çeken nanomalzemeler haline getirmiştir. Malzemelerin elektrostatik ve termomekanik kuvvetler altında zamanla bozunumu teknolojik gelişimin hızını belirleyen en önemli etkendir. Bu çalışmada, anizotropik malzeme özelliklerinin (kristal düzlem yönü, yüzey Gibbs serbest enerjisi, difüzyon) ve gerinim gevşemesinin KN'lerin morfolojik evrilmesine ve ıslatma katmanı oluşumuna etkisi incelenmiştir. Çalışma sabit alt tabaka üzerinde bulunan ve katı malzemeden oluşan damlacığın kendiliğinden evrilmesinin sürekli ortam dinamiği simülasyonları ile incelenmesine dayanmaktadır. Bu çalışmada, yüzey kristali ve yönelimi gerilim altında değişik kombinasyonlarda incelenmiştir. Simülasyonlar sonucunda, izole adacıkların oluşması için belirli bir gerilim değeri olduğu ve bu değerin üstüne çıkıldığında adacık oluşumu gözlenmiştir. Ayrıca yüksek gerilim değerlerinde, ince bir ıslatma katmanı ile birbirine bağlı Stranski-Krastanow tipi adalar oluştuğu gözlemlenmiştir. Bunun yanı sıra, depozit edilen filmin kristalografik yöneliminin kontrol edilmesi ile, kubbe tipinden piramit tipi nano yapılara kadar farklı şekil ve boyutlarda kuantum noktaların oluşturulabileceği gösterilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kuantum noktaları, ince filmler, epitaksiyel katmanlar, ıslatma, bilgisayar modellemesi.
Bükülebilir kalkopirit ince film güneş pilleri için kontak dizaynı ve optimizasyonu
Yüksek verimli bükülebilir ince film güneş pilleri düşük maliyetli ve uzun vadede istikrarlı olmaları ile fotovoltaik uygulamalarda öne çıkmaktadır. Sprey piroliz yöntemi ile Cu-tabanlı ince film güneş gözeleri cam alttaşlar üzerine üretilmektedir. Böylece atmosferik ortamda düşük maliyetli kaplama olanağı sağlanabilir. Bu tez kapsamında üretilen güneş gözelerinde CuInS2/In2S3 heteroeklemleri sprey piroliz yöntemiyle üretilmiştir. Upilex® ve paslanmaz çelik folyolar bükülebilir alttaşlar olarak seçilmiş ve arka kontak optimizasyonu yapılmıştır. Mo arka kontaklar mikrodalga ve atmosferik plazma yöntemleriyle yüzeyleri modifiye edilen Upilex® alttaşlara kaplanmıştır. Monolitik entegre güneş pillerinde akım kayıplarını azaltmak için P1, P2 ve P3 kazıma işlemleri uygulanmaktadır. Bu doğrultuda cam ve poliimit alttaşlar kullanılarak P1 kazıma işlemleri ns ve fs atımlı fiber lazerlerle çalışılmıştır. Paslanmaz çelik folyolar kullanıldığında proses veya tavlama/iyileştirme işlemleri sırasında alttaşlardan soğurucu tabakaya Fe ve/veya safsızlık atomlarının difüzyonunun olduğu bilinmektedir. Fe difüzyonunu engellemek/azaltmak için arka kontak ile çelik folyo arasına bariyer tabaka kaplanmalıdır. Seçilen alümina filmler 1010 Ω.cm civarındaki dirençleri ve amorf yapılarıyla Fe difüzyonunu azaltmakla birlikte monolitik entegrasyonda gerekli olan P1 kazıma işlemi için yalıtkanlığı da sağlamış olmaktadır. Belirlenen alümina filmler için farklı tavlama işlemleri çalışılmıştır. Ayrıca geçirgen iletken oksitlerin sülfürizasyon/selenizasyon olmadan sprey piroliz yöntemiyle üretilen güneş gözeleri optimize edilmiştir. Düşük RF saçtırma güçleri ile üretilen AZO/metal/AZO yapılar farklı metal ara tabakalar ile birlikte çalışılmış ve yaklaşık 110nm kalınlığa sahip AZO/Ag/AZO yapılar yüksek performans göstermiştir. Sonuç olarak bükülebilir güneş gözeleri için arka kontaklar ve geçirgen elektrotlar bu çalışma kapsamında optimize edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Bükülebilir güneş pilleri, bariyer tabaka, Mo arka kontak, P1 kazıma işlemi, AZO/metal/AZO
Kimyasal hidritlerden yüksek kinetikli hidrojen üretimi
Bu çalışmada ilk defa, dakikada 1 veya 2 normal litre hidrojen üretim hızını elde edecek şekilde hesaplanan sodyum bor hidrür çözeltisi reaktöre aktarılarak üretilen hidrojenin üretim hızı dinamik olarak ölçülmüştür. Sodyum bor hidrür konsantrasyonunun hız denklemi üzerindeki etkisinin yanı sıra kritik katalizör konsantrasyonu ve katalizör miktarının hız ile ilişkisini araştırmak için 3 farklı katalizör (demir, platin ve rutenyum katalizörleri) kullanılmıştır. Öte yandan hidrojen üretimi alanında alaşımlar araştırılmış olup, ikili saçtırma tekniği kullanılarak farklı kompozisyonlarda rutenyum (Ru) ve bakır (Cu) ikili alaşımları hazırlanmıştır. Alaşımdaki Cu seçimli aşındırma yöntemiyle uzaklaştırılıp kanallı yapıda gözenekli morfoloji elde edilmiştir. Katalizör morfolojisi ve kimyasal yapısı sırasıyla SEM ve EDX ile karakterize edilmiştir. İkili saçtırma prosesi için kaplama zamanı ve gücü, asit konsantrasyonu ve seçimli aşındırma prosesi süresinin hidrojen üretim hızı üzerindeki etkisi üzerinde çalışılmıştır. Ek olarak uzun süreli katalitik aktivite performansları araştırılmıştır. Son olarak katalizör kullanmadan kimyasal hidrit ve farklı asitler kullanılarak hidrojen üretimi gerçekleştirilmiştir.
Protein-peptid sistemlerinin moleküler dinamik simülasyonları ve serbest enerji hesapları: Nöromüsküler nikotinik asetilkolin reseptörüne α-konotoksin SI bağlanma mekanizması
Günümüzde ağrı yitimi amaçlı olarak kullanılan moleküllerin başında morfin gelmektedir. Ancak, morfin, sürekli kullanımda bağımlılık yapabileceğinden, kullanımı da riskli olmaktadır. Hem kolay elde edilmesi, hem de ucuz olması nedeniyle henüz bir alternatifi sunulmamıştır. Ancak, morfine alternatif olarak umut vaad eden moleküller doğa tarafından sunulmaktadır. Özellikle, zehirli hayvanların salgıladığı felç edici toksinler, ağrı yitimi amaçlı kullanılabilecek peptidlerdir. Söz konusu peptidlerin çalışma mekanizmasının anlaşılması ve bir ilaca dönüstürülmesi deneysel olarak çok pahalı ve uzun bir süreç olsa da, günümüzde bilgisayar teknolojisinin hem donanımsal, hem algoritmik anlamda ulaştığı yer, bu tür çalışmaların yapılmasını mümkün kılmaktadır. Bu tez çalışmasında, morfine alternatif olarak kullanılma potansiyeli olan α-Konotoksin SI peptidinin, bir çok canlıda, nöromüsküler kavşakta bulunan ve kas kasılmasından sorumlu olan nöromüsküler Nikotinik Asetilkolin Reseptör proteiniyle etkileşimi incelendi. Söz konusu protein ve peptidin daha önceden deneysel olarak belirlenmiş 3 boyutlu yapılarından yola çıkarak, muhtemel bağlanma konfigürasyonları oluşturuldu ve dinamikleri incelendi.
Bir boyutlu sıkıştırılmış silindirik nano geometrilerin, polipeptitlerin yapı ve dinamikleri üzerindeki etkileri
Sentetik polipeptitler, proteinlerle olan benzerlikleri ve hiyerarşik olarak kararlı, düzenli konformasyonlara sahip olabilmesi nedeniyle önemli bir polimer grubunu oluştururlar. Polipeptitlerin nanoboyutlu yüzeylerde birçok kullanım alanı olmasına rağmen, bulundukları yüzeyin boyutuna bağlı değişen yapı ve dinamik özelliklerini inceleyen çok az rapor bulunmaktadır [1-4]. Nanoporlu alümina (AAO) içindeki makromoleküller, yığınınkine göre farklı özelliklere sahip olabileceğinden dolayı bu çalışmada; kendiliğinden organize, hizalanmış, düzgün silindirik nanoporlu AAO membran içine sıkıştırılmış, farklı por çaplarına sahip poli(Z-L-lizin) (PZLL), poli-L-alanin (PAla) ve poli-glisin (PGly) nanoçubuklarının yapı ve dinamik özellikleri incelenmiştir. İncelemeler Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC), Fourier Dönüşümlü Kızıl Ötesi Spektrometresi (FTIR), Katı Nükleer Manyetik Rezonans Spektrometresi (13C CPMAS NMR), Geniş Açılı X-Ray Işını Saçılımı (WAXS), Dielektrik Spektroskopisi (DS) teknikleri kullanılarak yapılmıştır. Nanoboyutta sıkıştırılmış polipeptitlerin yapısal karakterizasyonu sonucunda por çaplarından bağımsız olarak, çoğunlukla alfa-sarmal ikincil yapısına sahip nanoçubuklar (PZLL) ve hem alfa-sarmal hem de beta-tabaka ikincil yapısına sahip nanoçubuklar (PAla) gözlenmiştir. Yığın PZLL'nin camsı geçiş sıcaklığı 301 K civarında gözlenirken PZLL nanoçubukların camsı geçiş sıcaklıkları 294 K civarında olup yığınınkine göre kısmen daha düşüktür. Sıkıştırılmanın, yerel ve genel polipeptit dinamikleri üzerindeki etkisini gözlemlemek için DS kullanılmıştır. DS, büyük dipol kuvvetlerini kullanarak yerel ve genel (alfa-sarmal) ikincil yapı gevşemelerine oldukça duyarlı bir araçtır. Sonuçlar; kırık hidrojen bağları ile ilişkili olan yerel segmentsel dinamiklerin nano sıkıştırma üzerinde hızlandırıcı etki yaptığını göstermiştir. Bu çalışmanın sonuçları, sıkıştırılmış, bir boyutlu (1D) polimerik malzemelerin kendiliğinden organize olma özelliğinin, termodinamik ve dinamik davranışlarının anlaşılmasının; bu malzemelerden üretilen kontrollü-fonksiyonel cihazların (mekanik güçleri, üretilebilirlikleri, elektronik ve optik özelliklerinin ayarlanabilmesi) rasyonel dizaynı açısından büyük önem taşımaktadır.
Lityum-iyon pili uygulamaları için karbon esaslı elektrod malzemelerin geliştirilmesi
Lityum iyon bataryalar, günümüz taşınabilir elektronik cihazların ve ilerinin elektrikli arabalarının enerji kaynakları olarak büyük ilgi görmektedirler. Hızlı şarj edilebilme, yüksek enerji depolama kapasitesi gibi özellikleri, kullanılan anot malzemesiyle direk ilintili olup, üstün özellikli anot malzemelerin kolay ve ucuz sentezi, günümüz elektronik cihazların etkinliğini ve elektrikli arabalar gibi bir üst düzey enerji sınıfı araçlarında kullanılabilirliğini arttıracaktır. Anot malzemesi olarak günümüzde en yaygın kullanılan malzeme grafittir. Grafit, uzun kullanım ömrü ve elektriksel iletkenliği ile avantajlı durumda olsa da sınırlı yüzey alanı ve kapasitesinden dolayı istenilen enerji değerini yakalayabilmek ancak birçok sayıdaki pilin seri bağlanması ile elde edilebilmektedir. Maliyetin ve toplam hacmin büyümesini önlemek için yüksek yüzey alanı/hacim oranına sahip, Li tutma kapasitesi yüksek malzemeler tercih edilmektedir. Bu bağlamda grafitin tek katmanı olarak tanımlanan grafen, yüksek yüzey alanı/hacim oranı, mekanik ve kimyasal dayanıklılığı; silisyum ise, yüksek lityum depolama kapasitesi ile oldukça dikkat çekmektedir. Öte yandan depolama sırasındaki yüksek hacim değişimleri, şarj ve deşarj esnasında anot ile bataryanın diğer elemanları arasındaki bağlantının kopmasına ve bataryanın çalışamamasına yol açmaktadır. Bu çalışmada amaç, tek aşamada, içerisinde homojen olarak dağılmış Si atomları bulunduran grafen yapıları elde etmek için özgün bir metot geliştirmektir. Böylesi yapıları elde etmek için, süreç olarak SiC tozların vakum dekompozisyonu seçilmiştir. Fakat dekompozisyon için gerekli yüksek sıcaklık ve yüksek vakum değerleri toz parçacıkların topaklanmasına yol açmaktadır. Bu yüzden, çalışmada aşılması gereken engellerden biri de dekompozisyon için gerekli yüksek sıcaklık değerini düşürmektir. Bu sebeple, öncelikle SiC tek kristal alttaşları ile dekompozisyon mekanizmasının ayrıntılı olarak incelenebilmesi ve bu teknolojinin SiC tozlarına uygulanması amaçlanmaktadır. Nihai amaç, Li-iyon bataryaların anotlarında kullanılma potansiyeline sahip, Si / grafen yapıları oluşturmaktır. Bu amaçla, SiC tek kristal alttaşları ile farklı hidrojen ve vakum tavlama süreleri sistematik olarak çalışılmış, oluşturulan yapılar incelenmiştir. Daha sonra burada elde edilen bilgiler ışığında SiC tozları ile deneyler gerçekleştirilmiş, oluşturulan yapılar tartışılmıştır.
Yakıt pili sistemlerinde ve akış bataryalarında kullanılmak üzere ileri enerji malzemelerinin geliştirilmesi ve test edilmesi
Hidrojen üretimi ve enerji depolama, yenilenebilir enerji alanındaki en önemli iki konudur. Hidrojen gelecek vaat eden sıfır emisyonlu temiz enerji taşıyıcısıdır. Fakat hidrojenin ulaşım yakıtı olarak güvenli, verimli ve ucuz yerinde depolama konusu, yaygın kullanımı önündeki en önemli engeldir. Kriyojenik ve yüksek basınçlı kaplar gibi geleneksel hidrojen depolama teknikleri ihtiyacı karşılayamamaktadır. Diğer yandan, daha yüksek hidrojen yoğunluğuna sahip kimyasal hidrürler gelecek vaat eden katı hidrojen depolama adaylarıdır. Kimyasal hidrürlerden hidrojen üretiminde kullanılan iki ana metot hidroliz ve termolizdir. Termoliz termal enerjiye gereksinim duymakta ve hidroliz de yavaş kinetiğe sahip olmaktadır. Bu nedenle yüksek hidrojen üretim hızlarına ulaşmak için katalitik hidroliz en iyi yöntemdir. Bu konuda kataliz olarak değerli ve değerli olmayan metaller kullanılmaktadır. Değerli olmayan metallerin dayanımının çok düşük olması sebebiyle, değerli metaller bu konuda büyük önem taşır. Değerli metallerin maliyetleri ise yaygınlaşmalarının önündeki en büyük engeldir. Bu nedenle katalitik aktiviteleri arttırılarak kullanılan miktarın düşürülmesi, maliyet etkinlik açısından önem arz etmektedir. Bu amaçla, tez kapsamında alaşımlama-seçimli aşındırma yaklaşımı ile yüksek yüzey alanlı platin ve rutenyum katalizörler elde edilmesi hedeflenmiştir. İnce filmlerindeki platin miktarı yalnızca 44.0 µg cm-2'dir ve bu değer literatürdeki en düşük değerlerden biridir. Ayrıca bu ince filmler 130 L dk-1 gkatalizör-1 hidrojen üretim hızı göstermiştir. Esnek alt taşlar üzerine uygulanabilmekte ve en az 25 saat süresince performansını korumaktadır. Bu yaklaşımla gözenekli toz katalizörlerin de elde edilmesinin mümkün olduğu gösterilmiştir. Tez çalışmasında ayrıca, proton iletken zarlar kullanılarak, asitlerden kontrollü proton iletimi ile kimyasal hidrürlerden yüksek hızda ve kararlı hidrojen üretilebileceği gösterilmiştir. Üretilen bu katalizsiz hidrojen üretim sistemi ile bir yakıt pili 300 saat boyunca çalıştırılmıştır. Tez çalışmalarının son bölümünde ise vanadyum redoks akış bataryaları üzerinde çalışılmıştır. Hidrojen anlık olarak kullanılabilen ve kimyasal hidrür olarak yüksek yoğunlukta saklanabilen bir yenilenebilir enerji taşıyıcısıdır. Diğer yandan, rüzgar ve güneş enerjisi ise şebeke enerjisine olan bağımlılığın azaltılmasında kullanılan yardımcı enerji üretim sistemleridir. Ayrıca, ihtiyaç duyulan enerji bu sistemlerin ürettiği enerjiden az olduğu durumda, fazla enerjinin depolanması gerektirir. Akış bataryaları rüzgar ve güneş enerjisinin depolanması konusunda en iyi alternatif olarak öne çıkmaktadır. Özellikle vanadyum redoks akış bataryaları anot ve katot elektroliti olarak aynı malzemenin kullanılması sayesinde büyük avantaja sahiptir. Kullanımlarının yaygınlaşmasındaki en büyük engel, hücre maliyetinin büyük kısmını oluşturan, ticari olarak kullanılmakta olan NafionTM zarları ve vanadyum elektrolitleridir. Ayrıca, NafionTM zarlar batarya kapasitesinin ciddi şekilde azalmasına yol açan yüksek vanadyum geçirgenliği yüzünden dezavantajlıdır. Hem maliyet etkinlik hem de batarya performansının arttırılması amacıyla yakıt pillerinde de kendinin kanıtlamış doğrudan sülfonlanmış poli(arilen eter sülfon) zarları vanadyum redoks akış bataryalarında test edilmiştir. Doğrudan sülfonlama ile sonradan sülfonlamanın olumsuz etkileri ortadan kaldırılmıştır. Bu zarlar kullanılarak elde edilen bataryaların kulombik, voltaj ve enerji verimi performanslarının NafionTM kullanılan bataryalardan daha yüksek olduğu gösterilmiştir.
Bakır indiyum sülfür ince film güneş pillerinin bükülebilir ve cam alt taşlar üzerine sprey piroliz yöntemi ile üretimi
Bakır tabanlı kalkopirit bileşiklerden üretilen ince film güneş pilleri son yıllarda laboratuvar ölçeğinde büyük gelişmeler kaydetmiştir. Ancak teknik olarak küçük ölçekte başarı ile üretilen bu aygıtların modül düzeyinde pilot üretiminde bir çok çözülmemiş problem bulunmaktadır. Bunların en başında modüllerin maliyet etkin ve çevreye zararsız olarak üretilmesi gelmektedir. Bu tez çalışması, üretim maliyetleri oldukça yüksek olan vakum tekniklerine alternatif olarak çözelti tabanlı üretim yöntemi olan sprey piroliz (SP) tekniği ile bakır-indiyum-sülfür (CuInS2) ince film güneş pillerinin üretimi ve optimizasyonu ile ilgilidir. SP diğer çözelti tabanlı üretim yöntemlerine kıyasla daha az kimyasal kullanımı, başlangıç malzemelerinin çeşitliliği, büyük alanlara uygulanabilirliği gibi pek çok avantaja sahiptir. SP ile üretilen CuInS2 yapısına galyum katkılanması ve sprey işlemi sonrası tavlama işlemleri ile alt taşa tutunma özellikleri iyileştirilmiştir. Tavlama işlemi ile ısıtma hızı ve işlem süresi optimizasyonunda 5 °C/s ısıtma hızının üzerindeki hızlı tavlama işlemlerinin oksitlenme hızını artırıp çatlak oluşumuna sebep olurken yavaş ve uzun süreli tavlamalarda mobilite değeri 1,6'dan 30 cm2/Vs değerine yükseltilebilmiştir. Çözelti derişimi sülfür derişimi artırılarak galyum katkılı CuInS2 soğurucu tabakaların yüzeylerinde bulunan bakır zengini topaklanmalar giderilmiş ve fotovoltaik verim değerleri % 0,69'dan 1,65'e artırılabilmiştir. Burada kalkopirit güneş pillerinde tipik olarak kullanılan kadmiyum sülfür (CdS) tampon tabakaların yerine alternatif bir yapı olan indiyum sülfür (In2S3) de yine SP yöntemi ile üretilmiştir. 75 paso ile üretilen yaklaşık 1 µm kalınlığındaki indiyum sülfür tabakaların daha iyi diyot özellikleri verdiği görülmüştür. İndiyum sülfür tampon tabakaların üretiminde çözelti içerisine farklı oranlarda gümüş katkılama yapılmış, %1 katkılanan filmlerin foto hassasiyet değerlerinin 20 kat kadar artarak 1780 değerine ulaştığı görülmüştür. CuInS2/In2S3 hetero eklemler aygıt yapısına dönüştürülürken eklem yapısının plazma deformasyonu ile bozulmasını engellemek adına düşük RF plazma güçlerinde toplam 110 nm kalınlığında AZO/Ag/AZO yapısında iletken geçirgen oksit tabakalar (TCO) üretilmiştir. Sandviç yapıda üretilen bu TCO ile yapısı elektriksel direnç değerindeki düşüm ile sadece AZO ile üretilenlerden 80 kata kadar daha yüksek elektron ömrü sağlanmıştır. CuInS2 ince film soğurucu tabakaların çözelti stokiyometrilerinin kontrolü ile farklı kompozisyonlarda üretilerek üstten aydınlatma konfigürasyonunda % 4,30, ters çevrilmiş konfigürasyonda ise % 3,09 verim değerleri elde edilmiştir. Cam alt taşlar üzerine üretilen bu fotovoltaik aygıtlardan elde edilen bilgi birikimi poliimid ve paslanmaz çelik folyolar üzerine transfer edilmiştir. Poliimid folyolar üzerine yapılan çalışmalarda arka kontak optimizasyonu ve tavlama işlemi ile fotovoltaik aygıtlardan % 1,43 verim değeri elde edilmiştir. Paslanmaz çelik folyolar üzerinde yapılan proseslerde ise alt taşta bulunan istenmeyen atomların aygıt yapısına difüzyonunu engellemek için difüzyon bariyer tabakası olarak alümina filmler reaktif saçtırma tekniği ile üretilmiştir. Bu yapı üzerine üretilen fotovoltaik aygıtlardan % 2,74 verim değeri elde edilmiştir. Burada not edilmesi gereken durum raporlanan tüm fotovoltaik aygıtların üretim basamaklarının hiçbir aşamasında toksik ve çevreye zararlı işlemler uygulanmamıştır. Buna ek olarak bu çalışma ile literatürde ilk kez bükülebilir alt taşlar üzerine sprey piroliz yöntemi ile güneş pilleri üretilmiştir. Bu tez çalışması bakır tabanlı kalkopirit güneş pillerinin sprey piroliz yöntemi ile maliyet etkin olarak farklı alt taşlar üzerine ve geniş alanlarda verimli olarak üretilebilme potansiyelini ortaya koymuştur.
Vanadyum redoks akış bataryaları için membran geliştirilmesi ve test edilmesi
Fosil yakıtların hızlı ve sürekli tükenmesinden dolayı bilim insanları araştırmalarını yenilenebilir enerji kaynaklarına odaklamıştır. Yenilenebilir enerji kaynakları (Güneş, rüzgar vb.) sıfır emisyona sahip olduğundan dolayı küresel ısınmayla mücadele konusunda çok büyük öneme sahiptir. Diğer yandan, güneş ve rüzgar enerjileri üretim esnasında dalgalanmalara sebep olduğundan dolayı şebeke istikrarsızlığı ve düşük güvenilirlik sorunlarını beraberinde getirmektedir. Bu gibi sorunları aşmak için tercih edilen yöntem ihtiyaç fazlası enerjinin üretildiği durumlarda bu enerjinin depolanarak, enerji talebinin en yoğun olduğu zamanlarda dahi depodan şebekeye beslenmesidir. Bu noktada depolama sistemlerinin verimliliği ve maliyetleri çok önemlidir. Depolama sistemlerinden bir tanesi olan akış bataryaları bu konuda iyi bir alternatiftir. Vanadyum redoks akış bataryaları uzun ömürleri ve yüksek enerji verimliliğinden dolayı diğer akış batarya sistemlerine göre daha avantajlıdır. Bu sistemin kullanımının yaygınlaşmasına engel olan en önemli sorunlar, yakıtları birbirinden ayıran NafionTM zarlarının ve yakıt olarak kullanılan vanadyum elektrolitlerinin maliyetlerinin yüksek olmasıdır. Bu sorunları aşmak ve daha iyi performans elde edebilmek için çalışmalarımızda doğrudan sülfonlanmış poli(arilen eter benzonitril) zarlar test edilmiştir. Bu zarların yapılan testleri sonucunda elde edilen verimlerin NafionTM zarlarının kullanıldığı vanadyum akış bataryalarından çok daha iyi olduğu gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Vanadyum redoks akış bataryası, Poli(arilen eter benzonitril).
Akso-aksonal iletim için sentetik sinir uçları geliştirilmesi ve asetilkolin iyon pompası olarak test edilmesi
Günümüzde 450 milyondan fazla insan, tedavi edilemeyen nörolojik hastalıklardan küresel olarak muzdarip. Bu hastalıklar, sinir sisteminde bozulmuş elektriksel ve nörokimyasal sinyallerden kaynaklanır. Dünya çapında bu sorunun farkındalığı henüz kazandırılamadı ve bugüne kadar kesin bir tedavi yöntemi bulunamadı. Nörolojik bozukluklarla ilişkili tedavilerin çoğu tıbbi terapi veya elektrik stimülasyonu gibi tedavi yöntemleridir. Bu tedavi yöntemlerinden elde edilen sonuçlar ise maalesef geçici süreliğine etkilidir. Çalışmamızda, bu problemi göz önüne alarak, bir sinir hücresinin işlevini çoğaltan ve sinir sisteminin kusurlu elektrokimyasal iletiminin tamir edilmesine yardımcı olan bir biyomimetik sistemi sunmaktayız. Sinir uyarıları, sinapslar boyunca sinir iletici olarak adlandırılan asetilkolin molekülleri tarafından iletilir. Asetilkolin molekülleri, veziküllerin akson ayağında bulunur. Asetilkolin'in sinaptik yarık içine salınmasından sonra, postsinaptik nöron üzerinde bulunan kolinerjik reseptörlere bağlanır ve postsinaptik hücreler üzerinde uyarılma veya inhibisyona aracılık eder ve bu şekilde sinir sinyalinin taşınmasına neden olur. Grubumuz tarafından geliştirilen sistem, üzerinde PEDOT:PSS bulunan iki elektrot ve yalıtılmış, sadece iyonik taşınmaya izin veren 2 mm'lik aşırı okside bölgeye sahiptir . Esnek yüzeyler üzerinde konjuge polimerlerin (PEDOT:PSS) kaplanmasının kolay ve etkili bir yöntemi kullanılarak, organik biyoelektronik cihazlar için yeni bir tasarım geliştirilmiştir. FTIR ve Raman ölçümleri, PEDOT:PSS elektrotlarını ayıran ve iyonik iletime izin veren elektrokimyasal aşırı oksidasyon bölgesinin başarıyla elde edildiğini göstermiştir. Asetilkolin iyonlarının 4.81x1017 kadarına tekabül eden en yüksek akım yoğunluğunun 54 Scm-1 elektriksel iletkenliği olarak gözlemlenen yaklaşık 41 μAcm-2 idi. Organik elektronik iyon pompası performansları bu denge iletkenlik değerinin çok ötesinde değişmedi. Nafion ™, iyonik iletkenliği arttırmak için uygulandığında ise, denge akım yoğunluğu yaklaşık on kat artmış ve 408 μAcm-2'ye ulaşmıştır. Bu nedenle, OEIP performansının esas olarak iyonik iletkenlik ile ölçeklendiği gösterilmiştir. Yakın gelecekte zahmetsizce seri üretim yapmalarını sağlamak için, organik biyoelektronik üretimi basit bir yöntem önerilmiştir.
İnsandan elde edilen dental pulpa örneklerinin reolojik karakterizasyonu
Dental pulpa enfeksiyonları, kendiliğinden iyileşme yeteneğine sahip olmadığından klinik yöntemlerle probleme çözüm aranmaktadır. Güncel klinik uygulama, kanal tedavisi olup bu yöntemin sonunda diş damarsız ve sinirsiz bir organ haline dönüşmekte ve daha kırılgan hale gelmektedir. Rejeneratif mühendislik yaklaşımıyla bu problemin çözülebileceği önerilmekle birlikte, literatürde bu yaklaşımın önemli bir parçası olan biyomateryal seçimi ile ilgili önemli bilgi eksikliği bulunmaktadır. Güncel araştırma çalışmalarında diş pulpa dokusu için kullanılan biyomateryaller ve biyolojik taşıyıcılar, diş pulpası dokusu materyal özellikleri hakkında yeterli veri olmaması sebebiyle deneme yanılma yöntemiyle seçilmektedir. Bu verilere dayanarak, bu çalışmanın amacı insan yirmi yaş dental pulpa dokusunun biyomekanik ve viskoelastik özelliklerinin araştırılması olarak belirlenmiştir. Bu çalışma, insan dental pulpa materyal özelliklerini ilk defa değerlendiriyor olması bakımından özgün bir nitelik taşımaktadır. Pulpa dokusu, doğrusal viskoelastik özellikler (kayıp ve depolama modülüsleri) ve stres-gevşeme ile tek eksenli basma mukavemeti bakımından değerlendirilmiştir. Bulgulara göre, diş pulpası %0,1 ile %10 aralığındaki açısal yer değiştirmelerde doğrusal viskoelastik özellik göstermektedir. Bu verilere dayanılarak, %10 yer değiştirme değerinde yapılan analizler, pulpa dokusunun 0,1-100 rps frekans aralığında jelimsi bir yapıya sahip olduğunu ortaya koymaktadır. İnsan pulpa dokusunun depolama modülüsünün (G') 2000 ve 7000 Pa arasındaki değerlere, kayıp modülüsünün de (G'') 1000 Pa civarında değerlere sahip olduğu görülmüştür. Diş pulpasının %10 sıkıştırma altındaki normal stres değeri ve Young modülüsü, sırasıyla, 39,1±20,4 kPa ve 5,5±2,8 kPa olarak ölçülmüştür. Elde edilen bulgular ışığında, insan diş pulpası rejenerasyonu çalışmalarının gerçekleştirilmesi sürecinde bu özelliklerin göz önünde bulundurulmasının doğru biyomateryal seçimi açısından faydalı olacağı değerlendirilmektedir.
Ötektik sıvı kristal nanotel karışımlarının faz geçişlerinin termo-optik yöntemlerle incelenmesi
Sıvı kristaller, yönelime bağlı olarak değişen optik ve elektriksel özelliklerinden dolayı günümüz ekran teknolojisinde ve diğer elektro-optik uygulamalarda en fazla kullanılan malzemelerden birisidir. Bu özelliklerin yönelime bağlı olması, sıvı kristal moleküllerinin yönelimini kontrol edebilme zorunluluğunu beraberinde getirmiştir. Sıvı kristaller, nematik fazda düşük viskoziteye sahiptirler. Düşük viskozite ise moleküllerin dış bir etken ile kolayca yönelimlerinin değişmesini sağlar. Mekanik, elektrik ve manyetik alan, yüzey etkisi moleküllerin yönelimini kontrol edebilmek için uygun yöntemlerdir. Fakat, bu yöntemler ile moleküllerin oluşturduğu düzende hatalar oluşabilmektedir. Bu nedenle moleküllerin yönelimini daha etkili bir şekilde kontrol edebilmek için sıkıştırma yöntemi kullanılmaktadır. Sıvı kristal uygulamalarına bakıldığında (LCD, sensör, optik anahtarlama, termometre) sıkıştırma etkisinin etkili bir yöntem olduğunu görürüz. Bu sebeple sıkıştırma ortamlarında moleküllerin fiziksel özellikleri önem kazanmaktadır. Bu tez çalışmasında ötektik E7 sıvı kristal karışımı, nano boyutta ve sert yüzeyi olan silindirik porlara sahip alümina (AAO) membranlar kullanılarak sıkıştırmanın sıvı 1kristal karışımının termal, yapı ve moleküler dinamik özelliklerine olan etkisi incelenmiştir. Karışımın karakterizasyonu diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC), X ışını kırınınımı (XRD), dielektrik spektroskopisi (DS) ile incelenmiştir. DSC ile elde edilen faz geçiş sıcaklıkları incelendiğinde sıkıştırılan E7 sıvı kristali için nematik-izotropik faz geçiş sıcaklığının 65 nm, 35 nm ve 25 nm çapları için por çapından bağımsız olduğu görülmüştür. Ayrıca boyut etkisi ile DSC sonuçlarında ve XRD kırınım desenlerinde 25 nm ve 35 nm çapları için nematik fazdan farklı olarak yeni bir faz geçişi gözlenmiştir. Dielektrik spektroskopisi ile incelenen moleküler dinamik özelliklerine bakıldığında ise por içerisine sıkıştırılan sıvı kristal moleküllerin dinamiğinin hızlandığı ve alfa relaksasyon sürecinin baskın olduğu gözlenmiştir. DSC ve DS ile elde edilen camsı geçiş sıcaklıklarına bakıldığında sıkıştırılımış olan E7 sıvı kristalinin camsı geçiş sıcaklığı por çapı azaldıkça düştüğü görülmüştür. Bu tez çalışmasının sonuçları, nematik faz aralığı geniş olduğundan teknolojik uygulamalar için uygun olan ötektik E7 sıvı kristal karışımının sıkıştırma ortamlardaki özellikleri açısından önem taşımaktadır. Anahtar Kelimeler: E7 ötektik sıvı kristal, Sıkıştırma etkisi, Alümina porlu membran, Faz geçiş sıcaklığı, Moleküler dinamik.
Bakır indiyum sülfür ince filmlerinin sprey piroliz yöntemiyle üretilmesi ve fotoelektrokimyasal güneş pili uygulamalarında kullanımı
Fotoelektrokimyasal güneş pilleri güneş enerjisini kimyasal enerjiye çeviren ve depolayan sistemlerdir. Aydınlık koşullarda fotonlar yarıiletken malzeme tarafından soğurulup elektron-boşluk çifti oluşturmakta ve bu çift farklı elektrot yüzeylerinde suyun indirgenme ve yükseltgenme tepkimelerine katılıp hidrojen ve oksijen gazlarının eldesini sağlamaktadır. Tez kapsamı boyunca sprey piroliz yöntemi ile üretilen bakır indiyum sülfür fotoelektrotlar üzerinde literatürde eksik görülen farklı çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın ilk bölümünde bakır indiyum sülfür ince filmlerin stokiyometrileri ön çözelti derişimleri değiştirilerek kontrol edilmiş ve elde edilen elektrotların fotoelektrokimyasal güneş pili performansları incelenmiştir. Film içerisinde artan Cu/In oranı ile fotohassasiyet, foto akım yoğunlukları ve foto çevrim veriminin arttığı görülmüştür. S/Cu oranı göz önüne alındığında ise bu oranın en yüksek olduğu STO 1 (1,58) örneği akım-voltaj (J-V) ölçümleri sonunda bozunmadan kalırken diğer örneklerde ölçüm sonunda dökülmeler saptanmıştır. Çalışmanın ikinci bölümünde sprey piroliz yöntemi ile üretilen bakır indiyum sülfür ince filmlerin kaplama sırasındaki paso sayıları değiştirilmiş ve farklı kalınlıklarda filmler elde edilmiştir. Sırasıyla 12, 24 ve 48 paso ile kaplanan filmlerde paso sayısının artması ile film içerisindeki Cu/In ve S/Cu oranlarının arttığı gözlemlenmiştir. Kalınlığın artması ile karanlık ve aydınlık yoğunluklarında artış görülmüştür. Fotohassasiyet ve çevrim verimleri bakımından en kalın örnek olan 48 pasoluk elektrotun en iyi performansa sahip olduğu saptanmıştır. Tez kapsamında ayrıca bakır indiyum sülfür ince filmler galyum ile katkılanmıştır. Sprey piroliz ön çözeltisine farklı derişimlerde eklenen galyum ile Cu/(Ga+In) oranı azalmış ve üretilen filmlerin daha iyi kristallendiği görülmüştür. Ayrıca galyum katkılı filmlerin yasak bölge bant aralıkları eklenen galyum miktarı ile orantılı şekilde artmıştır. Film içerisindeki artan galyum miktarı ile foto çevrim veriminin ve fotohassasiyetinde arttığı gözlemlenmiştir. Çinko katkılı bakır indiyum fotoelektrotların fotoelektrokimyasal performanslarının eklenen çinko miktarına oldukça hassas olduğu saptanmıştır. 9,4 mM bakır derişiminin % 1'i kadar eklenen çinko derişimiyle elde edilen fotoelektrotta aydınlık ve karanlık akım yoğunluğu % 5 ve %10'luk çinko eklenen örneklere göre daha iyi sonuç verdiği görülmüştür. Ayrıca genel olarak artan çinko miktarlarıyla morfolojinin değiştiği ve yasak bölge bant aralığının artma eğiliminde olduğu belirtilmiştir. Bakır indiyum sülfürün fotoelektrokimyasal performansını arttırmak adına sprey piroliz yöntemi ile üzerlerine In2S3 yarıiletkeni kaplanmıştır. Bu kaplamanın ardından akım yoğunluklarının ve fotohassasiyet değerlerininin arttığı gözlemlenmiştir. Ardışık olarak alınan ölçümler sonrasında ise In2S3 kaplamanın CuInS2 elektrotların dayanımını arttırdığı görülmüştür. Tez çalışmasının son bölümünde sprey piroliz yöntemi ile kaplanan bakır indiyum sülfür ince filmler azot ortamında tavlama işlemine tabi tutulmuş ve bu işlemin kristallenme, fotohassasiyet gibi önemli parametreleri iyileştirdiği görülmüştür. Tavlanan filmlerde fotoçevrim verim değerlerinin % 0,5'e kadar arttığı, ikinci bir In2S3 ince film ile kaplandığında ise bu değerin % 0,8'e kadar arttığı gözlemlenmiştir. Anahtar Kelimeler: Bakır indiyum sülfür, Sprey piroliz, Fotoelektrokimyasal güneş pilleri
Genelleştirilmiş entropiler ve termal salınımların incelenmesi
Boltzmann-Gibbs istatistiğinin uygulama alanı oldukça sınırlıdır. Boltzmann-Gibbs istatistiği, ekstensif sistemler olarak bilinen, en az Avogadro sayısı mertebesinde parçacığın içerildiği, parçacıkların hareketlerinin olabildiğince kaotik olduğu ve parçacıklar arası etkileşimlerin kısa erişimli olduğu sistemlere uygulandığında doğru sonuçlar alınabilmektedir. Ancak bu şartların sağlanmadığı birçok fiziksel, kimyasal ve biyolojik sistemler mevcuttur. Nanoboyuttaki bir aygıtın kendi kütlesel çekimi altında büyümesi, türbülans hareketi yaparak akan bir sıvı akışkanındaki hız vektörleri, nanoboyutta gözeneklere sahip bir ortam ya da zar boyunca moleküllerin difüzyonu ve bir hücre zarındaki iyon geçişleri gibi örnekler, Boltzmann-Gibbs istatistiğinin doğru sonuçlar vermediği sistemlerdir. Boltzmann-Gibbs istatistiğinin açıklayamadığı bu sistemlere kısaca ekstensif-olmayan sistemler denir. Son otuz yıldır bu ekstensif-olmayan sistemlerin analizlerine de uygulanacak şekilde Bolztmann-Gibbs entropisini de kapsayan entropiler üzerinde çalışmalar yapılmaktadır. Genelleştirilmiş entropiler olarak bilinen bu entropiler, Boltzmann-Gibbs entropisine bir ya da birden fazla parametrenin eklenmesi ile elde edilmişlerdir. Bu parametrelerin belirli limitlerinde tekrar Boltzmann-Gibbs entropisi elde edilir. Yapılan bu çalışmalar sonucu birden fazla genelleştirilmiş entropi öne sürülmüştür. Yakın zamanda entropinin yapısal özellikleri ile formel grup işlemi arasındaki benzerlikten yola çıkarak genelleştirilmiş bu entropileri tek bir entropi altında birleştirmeye yönelik çalışmalar yapılmıştır. Bütün genelleştirilmiş entropileri birleştiren bu entropiye evrensel entropi denir. Bu tezin ana konusu evrensel entropiyi grup teorisi esasında inceleyip termodinamiğin üçüncü yasasına ve temel bazı fiziksel geçerlilik şartlarına uyup uymadığını araştırmaktır. Buna ek olarak Tsallis entropisi baz alınarak oluşturulan ekstensif olmayan istatistiksel mekanik çerçevesinde iki uygulamaya yer verilmiş ve termal salınımlar incelenmiştir. Yapılan çalışmalar sonucu, evrensel entropi dahil diğer bütün genelleştirilmiş entropilerin genelleştirme parametrelerinin fiziksel olarak nasıl belirleneceğinin muğlak kaldığı kanaatine varılmıştır. Shannon-Khinchin'in dördüncü aksiyomunun genişletilmiş hâli olan formel grup işleminin kapalı formunun fiziksel geçerlilik şartları ile uyumlu bir şekilde seçilmemesi sonucu, evrensel entropinin de problemli olduğu vurgulanmıştır. Buna ek olarak genelleştirilmiş entropilerin temelinde yatan birkaç çelişkiye ve probleme değinilmiş ve ekstensif-olmayan istatistiksel mekanik çerçevesinde ergodik hipotezinin yanlış anlaşıldığına dikkat çekilmiştir. Varılan bu olumsuz sonuçlara rağmen, entropinin yapısal özellikleri ile formel grup yapısı arasındaki benzerliğin genelleştirilmiş entropiyi elde etmek için hâlâ yetkin yöntemlerden biri olarak görülebileceği anlaşılmıştır. Ayrıca genelleştirme parametrelerine başvurmadan, sistemin sıcaklığının dalgalanması hesaba katılıp Boltzmann-Gibbs entropisi yeniden yazıldığında, genelleştirilmiş entropilere benzer entropiler elde edilebilmektedir. Anahtar Kelimeler: Entropi, Termodinamiğin üçüncü yasası, Ekstensif sistemler, Ekstensif-olmayan sistemler, Termal dalgalanmalar, Genelleştirme parametreleri.
Nanoyapılı malzemelerin sentezlenmesi, fotokatalitik ve fotoelektrokimyasal performanslarının incelenmesi
Fotoelektrokimyasal güneş pilleri foto-hassas yarıiletken elektrot üzerine düşen güneş ışığının elektrik enerjisine çevrilmesi ile bu elektrotun içerisine yerleştirildiği elektrolit solüsyonundaki suyun hidroliz edilmesini sağlar. Başka bir deyişle güneş enerjisi kullanılarak hidrojen elde edilmiş olunur. Bu pillerin en önemli iki bileşeni foto-hassas çalışma elektrotu ile karşıt elektrottur. Elektrotların enerji bant kenar değerleri, fotokorozyon dayanımları, yüzey özellikleri gibi parametreler fotoelektrokimyasal güneş pillerinin verimini doğrudan etkiler. Tez çalışmasında nanoyapılı çalışma ve karşıt elektrotlar üretilerek bunların performansları incelenmiştir. Çalışma kapsamında, nanoyapılı çalışma elektrotu olarak farklı morfolojilerde çinko oksit filmler sentezlenmiştir ve bu filmlerinin performans/fiziksel özellik etkileşimleri incelenmiştir. Nano çubuk, denizkestanesi, yelpaze ve nano levha benzeri morfolojilerdeki ZnO ince filmler kimyasal banyo biriktirme metodu ile çinko kaynağı anyonlarının değiştirilmesiyle elde edilmiştir. Morfoloji kontrolü ile ince film elektrotların görünür bölgede optik soğurma özellikleri ve aydınlık koşullarda elde edilen akım yoğunlukları iyileştirilmiştir. Başka bir deyişle nano çubuk morfolojisine sahip elektrotların aydınlık akım yoğunlukları 0,407 mA/cm2 iken bu değer nano levha benzeri morfolojiye sahip elektrotlar için 3,55 mA/cm2 değerine ulaşmıştır. Bununla birlikte, çinko oksit ince film elektrotların fotoelektrokimyasal hücre performansları, nano levha yapılı morfolojiye sahip elektrotların kullanılmasıyla yaklaşık 160 kat artmıştır. Aynı zamanda farklı morfolojide üretilen ZnO yapıları nano toz olarak da yine kimyasal banyo biriktirme yöntemi ile üretilip, bu tozların fotokatalitik özellikleri incelenmiştir. Bu çalışmada üretilen çinko oksit nano çubuk, deniz kestanesi, yelpaze ve nano levha benzeri tozların yüzey alanları sırayla 5,44, 13,53, 12,69 ve 36,22 m2/g olarak saptanmıştır. Farklı morfolojilerdeki bu çinko oksit nanotozlar kullanılarak elde edilen maksimum metiloranj degredasyon yüzdeler ise sırasıyla %95,65, %60,87, %91,51 ve %47,25 olarak tespit edilmiştir. Ayrıca, alaşımlama-seçimli alaşımlama yöntemi ile üretilen nano-platinyum ve rutenyum karşıt elektrotların fotoelektrokimyasal pillerin verimlerine olan etkileri incelenmiştir. Alaşımlama-seçimli alaşımlama yöntemleri ile üretilen nanogözenekli platinyum elektrotun levha elektrota göre hücre performansının 3 kat, nano gözenekli rutenyum elektrodun ise yaklaşık 2,5 kat daha fazla olduğu saptanmıştır. Çalışma kapsamında gerçekleştirilen diger bir çalışmada ise, nanoyapılı çalışma elektrotu olarak farklı morfolojilerde üretilen çinko oksit filmlerden nano levha morfolojisine sahip olanlar, fiziksel buhar depolama ve sülfürüzasyon yöntemleri kullanılarak CuInS2 ve ZnIn2S4 kaplanmıştır. Bu sayede görünür bölgeye denk gelen ve ışık altında sulu çözeltide foto-aktif olan üçlü kalkoprit yarı iletkenlerinin ZnO nano yapılar ile heteroeklemleri elde edilmiştir. Heteroeklem elektrotların, sadece çinko oksit elektrotlara kıyasla aydınlık akım yoğunluğunluklarının ve hidrojen üretme kapasitelerinin daha iyi olduğu sonucu elde edilmiştir. Başka bir deyişle, ZnO/CuInS2 foto-elektrotu kullandığımızda yalnızca ZnO kullanılan elektrota göre aydınlık koşullarda hidrojen üretme kapasitesi 150 kat artmıştır.
Silisyum karbür tek kristalli alttaşın termal dekompozisyon ile yüzey grafitizasyonunda demirin etkisinin araştırılması
Bu çalışmada, tek kristalli silisyum karbür (SiC) alttaşın düşük sıcaklıklarda (1100oC) yüzey grafitizasyonu için bir metot sunulmuştur. SiC'in dekompozisyon sıcaklığını düşürmek için farklı kalınlıklarda Fe ince film elektron demeti yöntemiyle, farklı molaritelerdeki Fe solüsyonları solüsyon tekniğiyle SiC alttaş üzerine uygulanmıştır. Daha sonra numuneler önce hidrojen ortamında, sonrasında vakumda tavlamaya tabi tutulmuştur. Numunelerin, işlem öncesi ve sonrası, yüzey karakterizasyonu, SEM, EDX, XRD, XPS, Raman spektroskopisi gibi çeşitli görüntüleme ve spektroskopi teknikleri kullanılarak yapılmıştır. Katalizör uygulama metodunun ve katalizör kalınlığının etkileri sistematik olarak incelenmiştir. Sonuçlar, Fe'nin düşük sıcaklıklarda SiC yüzey dekompozisyonu için etkili olarak, grafitik yapı oluşumuna imkan sağladığını göstermektedir. Sunulan yaklaşım, özellikle yarı iletken prosesleri için kritik olan grafenin sentez sıcaklığını düşürme konusunda fayda sağlayabilir.
Plazma polimerizasyonu yöntemi kullanılarak kuvartz ayar çatalı tabanlı Troponin-T biyosensör platformunun hazırlanması
Akut miyokard infarktüs (AMI), kalbe giden kan dolaşımının aniden kesilmesi sonucunda, kalp kaslarının zarar görmesi ya da kalp kası hücrelerinin ölmesine sebep olabilmekte, bu da hastalarda sakatlık ya da ölüme yol açabilmektedir. Kalbin beslenememesi sonucu oluşan bu durumda, kalp kaslarının salgıladığı proteinler arasında Troponin-T de bulunmakta ve AMI başlangıcından itibaren ilk 1 saat içinde kandaki konsantrasyonu yaklaşık 2 katına çıkmaktadır. Bu çalışmada, plazma polimerizasyonu yöntemi kullanılarak kütle hassas kuvartz ayar çatalı (QTF) tabanlı bir Troponin-T sensörü geliştirilmesi amaçlanmıştır. Kuvartz ayar çatalı yüzeyi; n-heptilamin, pentilamin ve 1,2-diaminosiklohekzan ile farklı güç ve uygulama sürelerinde plazma polimerizasyonu yöntemi kullanılarak modifiye edilmiştir. Yüzey üzerinde elde edilen ince filmlerin temas açıları film kararlılığını belirlemek amacı ile 1 ay boyunca takip edilmiştir. Bunun yanı sıra elde edilen direnç ölçümlerinde direncin 0.01 MΩ seviyesinden 4.28 MΩ seviyesine kadar çıktığı gözlenmiştir.İnce film özellikleri, taramalı elektron mikroskobu (SEM), atomik kuvvet mikroskobu (AFM), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ve Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopisi (FTIR) gibi görüntüleme ve spektroskopik yöntemler ile karakterize edilmiştir. QTF yüzeyine kaplanan filmler daha sonra farklı sürelerde gluteraldehit (GA) buharı ve çözeltisi ile etkileştirilerek kimyasal olarak aktive edilmiştir. Piezoelektrik özellik taşıyan QTF'lerin frekans değişimleri bu tüm değişim uygulanan süreçler öncesi ve sonrasında takip edilmiştir. Bu ölçümler kaplanan ince film hakkında bilgiler vermenin yanında, geliştirilmesi hedeflenen kütle hassas biyosensör için büyük önem taşımaktadır. Elde edilen sonuçlara göre, yüzey aktivasyonu yapılan QTF'lere farklı konsantrasyonlarda sığır serum albumin bağlanmış ve frekans değişimleri takip edilmiştir. Elde edilen verilerin, kütle hassas biyosensör platformlarının gelişimine öncülük etmesi beklenmektedir.
Memelilerde bulunan sodyum kanallarının homoloji modellemesi ve doğruluğunun test edilmesi
Hücre zarı birbirine kenetlenmiş lipid moleküllerinden oluşur ve iyonlara geçirgen değildir. Hücreye iyon taşınımını gerçekleştiren yapılar zar boyunca uzanan integral proteinlerdir. İyon kanalları, bu integral proteinlere örnek verilebilir. Voltaj kapılı sodyum (Nav) kanalları iyon kanalları ailesinin önemli bir üyesidir ve fizyolojik süreçleri denetleyen aksiyon potansiyellerini başlatan yapılardır. İyon kanallarının bozulmasıyla kalıtsal epilepsi, migren, periyodik paralizi, kardiyak aritmi ve kronik ağrı sendromları oluşmaktadır. Son zamanlarda ortaya çıkan bakteriyel sodyum kanallarının kristal yapıları bu konuda çalışmaya olanak sağlamıştır. Kristal yapısı bilinen bir örneği kullanarak bilinmeyen bir kristal yapıyı tahmin etme işlemi homoloji modeli olarak adlandırılmaktadır. Memelilerde bulunan dokuz farklı fonksiyona sahip sodyum (Nav1.1-Nav1.9) kanallarının kristal yapısı bilinmemektedir. Bu nedenle memelilerde bulunan sistemlerin modellemesi için bilinen benzer sistemler baz alınarak homoloji modellemesi yardımıyla üç boyutlu yapılar elde edilmektedir. Ancak memeliler ile diğer yapıların protein dizilimlerindeki benzerliğin az oluşu bu işlemi zorlaştırmaktadır. Yakın zamanda amerikan hamam böceğinden elde edilen bir kristal yapı, memelilerde iyon geçirgenliğinin denetlendiği bölgede (S5-S6 Bölgesi) %90 oranında yüksek bir benzerlik göstermektedir. Bu nedenle yaptığımız modellemelerde NavPaS (PDB kodu: 5X0M) kristal yapısı baz alınmıştır. Memelilerde bulunan kanalların kristal yapıları bilinmemelerine rağmen bu kanallara seçici olarak bağlanan bazı toksinler hakkında deneysel sonuçlar mevcuttur. Geliştirdiğimiz modellerin geçerliliği (validasyonu) moleküler dinamik simülasyonları yardımıyla bağlanan toksinler hakkında bilgi edinip, bu bilgilerin deneysel sonuçlarla karşılaştırılması aracılığıyla yapılmaktadır. Geliştirilen modeller memelilerde iyon geçirgenliği ve toksin bağlanması mekanizmalarının anlaşılması açısından büyük önem taşımaktadır.
Foto elektrokimyasal hidrojen üretimi uygulamaları için elektrot dizaynı ve performans ölçümü
Bu tez kapsamında bilim dünyasında gün geçtikçe daha çok fark edilen, güneş enerjisinin foto elektrokimyasal yöntemler aracılığı ile suyun elektrolizinde kullanılması ve böylece hidrojen gazı (H2) üretilmesi üzerinde çalışılmıştır. Hidrojen gazı doğada tek başına bulunmadığından üretilmesi gereken enerji taşıyıcısı veya ikincil enerji kaynağıdır. Hidrojen üretiminde geleneksel olarak buhar düzeltimi (steam reforming) ya da kömür gazlaştırma (coal gasification) gibi metotlar kullanılmaktadır. Ancak bu yöntemler fosil yakıt kullanımı ve dolayısıyla çevreye verdikleri zarardan ötürü tercih edilmemektedir. Foto elektrokimyasal (photo electrochemical "PEC") güneş pilleri ise tamamıyla yenilenebilir kaynak kullanımından ötürü çevre dostu olup temel olarak elektrolit sıvısı içine yerleştirilen foto aktif elektrotlar üzerinde elektron-boşluk çiftlerinin oluşturulması ile su moleküllerinin parçalanarak hidrojen ile oksijeni ayırmakta kullanılırlar. Ayrılan bu iki gaz daha sonra farklı ortamlarda biriktirilmekte ve toplanmaktadır. Bu çalışmada foto elektrokimyasal sistemlerde kullanılmak üzere üç farklı foto anot konfigürasyonu ve iki farklı elektrolit kullanılmıştır. İndiyum sülfür (In2S3) foto anotlar sprey piroliz yöntemi ile farklı kalınlıklarda kaplanarak 0,5M potasyum sülfat (K2SO4) çözeltisi içinde test edilmiştir. Kimyasal banyo depolama yöntemi ile hazırlanan çinko oksit (ZnO) nano yapılı filmler In2S3 ile kaplanarak foto hassasiyetleri arttırılmış ve bu anotlar 0,25M Na2S + 0,35M Na2SO3 çözeltisi içinde test edilmiştir. Yapılan çalışmalar doğrultusunda In2S3 foto anotların kalınlıklarının ışık soğurma, elektriksel iletkenlik, dayanım gibi özellikleri etkilediği ayrıca kullanılan elektrolit solüsyonunun pH değerinin foto elektrokimyasal verimi doğrudan etkilediği saptanmıştır. Bunların yanı sıra ZnO nano elektrotların In2S3 ile kaplanması ile fotoakım yoğunluğu dolayısıyla PEC verimi arttırılabilmiştir
Kuantum noktaların elektrik ve gerinim alanları etkisi altında modellenmesi ve tasarımı
Kuantum noktalar (KN), 2-50 nm boyutlarında, metalik veya yarıiletken parçacıklardır. KN'lerde enerji düzeyleri kuantize olup, iyi tanımlanmış bant aralıkları bulunmaktadır ve bu enerji düzeyleri KN'lerin boyut, şekil belirli bir bölgedeki dizilim/yoğunluk ve malzeme kompozisyonu ayarlanarak kontrol edilebilmektedir. Stranski-Krastanov (SK) ince film büyütme metodu ile dislokasyon gibi kusurları içermeyen ve birbirlerine ince bir ıslatma katmanı ile bağlı KN'lerin üretimi yapılabilmektedir. Bu özellikleri nedeni ile, KN'ler fotovoltaikler, tek elektron transistörler, lazerler gibi elektronik, fotonik ve manyetik birçok yeni cihazın üretilmesi/geliştirilmesi için düşünülmekte ve denenmektedir. Deneysel çalışmalar, oluşan KN'lerin şekil ve büyüklerinde; başlangıç film kalınlığı, kristal yapı/yönelim, difüzyon, yüzey katılığındaki anizotropi, ıslatma katmanının özellikleri, denge ıslatma açısı, sistemde bulunan uyumsuzluk gerinimleri ve uygulanan elektrik alanın yönü/şiddeti gibi faktörlerin önemli etkilerinin olduğunu göstermektedir. Ancak, bu etkileri kullanarak elde edilecek KN'lerin özelliklerini kontrol etmemizi sağlayacak, eğriliğe sahip yüzey ve arayüzeylerin çeşitli kuvvet alanları altındaki morfolojik gelişimi/evrimi ile ilgili teorik modeller halen geliştirilmeye devam etmektedir. SK büyüme modu ile, kendi kendine organize olabilen (self-assembled) ve istenilen morfolojik özelliklere sahip KN'ler elde edebilmek için, farklı kuvvet alanları (elektrik alan ve gerinim alanları) altında KN çekirdeklenmesi, büyümesi ve morfoloji değişimleri hakkında detaylı bilimsel bilgi birikimine ihtiyaç vardır. Bu bilgilerin, nanoyapılı KN'lerin optoelektronik özelliklerinin hassas bir şekilde kontrol edilebilmesini sağlayarak, yeni KN fabrikasyon tekniklerinin geliştirilmesi ve yeni KN-tabanlı cihazların tasarlanmasının önünü açması beklenmektedir. KN'lerin yapısal ve elektronik özelliklerinin kontrol edilmesi için gerinim kuvvetlerine ek olarak önerilen bir diğer yöntem ise elektrik alan uygulanmasıdır. Bu tekniğin, teknolojik açıdan gerinim alanlarına göre daha kolay uygulanabileceği öngörülmektedir. Bu tez kapsamında kuantum nokta ve dizilerinin heteroepitaksiyel ortamlarda oluşum dinamikleri, taşınım kinetiği ve evrimi eş zamanlı gerinim ve elektrik alanları altında ilk kez modellenmiş ve simülasyonlar ile incelenmiştir. Bu çalışmada, öncelikle KN morfolojik evrimi ve ıslatma katmanının oluşumu yönetici diferansiyel denklemler ve gerçekçi sınır koşulları ile modellenmiş, bu denklemler sayısal çözümleme yöntemleri ile çözülmüş ve yapılan simülasyonlar sonucunda kristal yapı/yerleşim, difüzyon ve yüzey katılığının şiddeti ve anizotropisi, yüzey enerjileri gibi malzeme özellikleri ile uygulanan dışsal elektrik ve gerinim alanlarının etkileri eş zamanlı olarak incelenmiştir. Simülasyonlardan elde edilen veriler sonucunda, malzeme özelliklerine göre hangi dışsal kuvvet alanlarının uygulanması durumunda ne tür kararlı nanoyapılar elde edileceği hakkında bilgiler elde edilmiştir. Bu tez çalışması sonucunda elde edilen bilgilerin, istenilen kullanım alanları için gerekli optimum özelliklere sahip kuantum nokta nanoyapıların tasarımına yardımcı olması beklenmektedir. Anahtar Kelimeler: Kuantum noktalar, İnce filmler, Yayınım, Yönsel malzeme özellikleri, Bilgisayar simülasyonu.
Sodyum kanallarında iyon taşınımının ve toksin bağlanmasının moleküler modellemesi
İyon kanalları hücrelerde elektriksel sinyalin iletilmesinde önemli rol oynayan membran proteinleridir. İyon kanallarına, bir ligandın bağlanması veya elektriksel bir sinyalin gelmesi membran potansiyelini değiştirirken aksiyon potansiyeli meydana getirir. Açılan bu kanallar Na+, K+ ,Ca2+ ya da Cl- gibi belirli bir tip iyonları hücre membranından seçici bir şekilde geçmesine olanak sağlar. Bu kanallar elektronik devrelerdeki transistörler gibi çalışırlar. Bu durum pek çok hücre sinyalinde ortaya çıkarken en temel olanı sinir hücrelerindeki aksiyon potansiyelinin iletilmesidir. İyon kanallarının düzgün çalışmaması veya iyon kanallarında meydana gelen fonksiyonel bozukluklar birçok hastalıkla ilişkilendirilmiştir. Bu bozukluklar gen kodlarında meydana gelen kanal proteinlerinin mutasyonu ya da çevresel etkilerden mütevelliddir. Bu yüzden iyon kanalları tedavi edici ilaçlar için önemli hedef protein yapılardır. Yapısal bilgi, model çalışmaları için temel teşkil eder; ancak kanalların nasıl çalıştığının tamamıyla anlaşılmasında yeterli değildir. Kanal fonksiyonlarının birçok özelliğine deneysel olarak doğrudan ulaşılamazken bilgisayar destekli simülasyonlarda kanal proteinlerinin yapı ve fonksiyonuna ilişkin bilgilere ulaşılabilir. Bu çalışmada kristal yapısı var olan sodyum voltaj-kapılı iyon kanallarındaki iyon geçiş mekanizması moleküler dinamik simülasyonları yöntemiyle aydınlatılmaya çalışılırken, aynı zamanda bu kanallara ligand bağlanmasının araştırılması için serbest enerji hesaplamaları yapılmıştır. Serbest enerji hesaplamaları seçilen bir reaksiyon koordinatı boyunca Şemsiye Örnekleme Metodu kullanarak kuvvet alanları potansiyeli (PMF) hesabından elde edilecektir. Şemsiye Örnekleme Metodu önceden tanımlanmış reaksiyon koordinatları boyunca uygulanan bir simülasyon metodudur. Bu metotta, reaksiyon koordinatları boyunca şemsiye potansiyelin farklı yerleşimlerinde çok sayıda simülasyon çalıştırılır. Her simülasyonun örneklemelerden uygulanan potansiyel enerji ile temsil edilen popülasyon değerleri ortaya çıkarılır. Elde edilen popülasyonu (yoğunluk fonksiyonu) Ağırlıklı Histogram Analiz Yöntemi (WHAM) kullanılarak reaksiyon koordinatı boyunca birleştirilir. Yapılan WHAM analizinden de serbest enerji profiline geçilir. Ayrıca çalışmada kristal yapısı henüz ortaya çıkarılmamış olan memeli sodyum voltaj kapılı iyon kanallarından Nav1.4 kanalının homoloji modellemesi üzerine de çalışma yapılmıştır. Yapılan çalışmaların sonucunda elde edilmiş olan kompleks yapılar ve serbest enerji hesaplamaları sodyum iyonlarının bağlanma bölgeleri hakkında detaylı bilgi verirken, iyon koordinasyonları ve iyon geçirgenliği hakkında da bilgi vermektedir. Ligand bağlanmasıyla elde edilen sonuçların sodyum kanallarının inhibasyonunun açıklanmasıda ve bu kanalları bloke eden ilaçların geliştirilmesi çalışmalarında şablon olması bakımından yararlı olacağı düşünülmektedir.
Skolyoz tedavisi için akıllı implant çubuklar
Skolyoz, omurganın frontal düzlemde lateral sapma göstermesiyle oluşan spinal bir deformitedir. Hastalığın gelişimi ve tedavisi yaş aralıklarına göre farklılıklar göstermektedir. Büyüme süreci devam eden hastalarda görülen skolyoz, omurgadaki gelişim nedeniyle zamana bağlı olarak yetişkinlerde görülene kıyasla daha büyük değişiklikler gösterir. Omurgadaki büyüme nedeniyle, sabitlenmiş segmentlerin belirli zaman aralıklarında cerrahi müdahale ile uzatılması gerekmektedir. Pediatrik skolyoz için uzatma işlemini kolaylaştırıcı posterior stabilizasyon sistemleri geliştirilmiş olsa da tedavi süreci, uzama işlemleri için doğru zaman tespit edilemediğinden dolayı olumsuz yönde etkilenmektedir. Tez kapsamında üretilen akıllı implant çubuklar ile tedavi sürecinde sabitlenen iki omurga segmenti arasındaki gerilme ve yükleme takip edilebilecektir. İlk olarak istenilen hassasiyette sensörler üretilmiş ve çubuklara entegre edilmiştir. Akıllı implant çubuklar, ASTM' nin ilgili standartlarına göre önce tekil olarak mekanik testlere tabi tutulmuş sonrasında sistemin mekanik doğrulaması için vertebrektomi modeller kurulmuş ve basma, çekme, yana eğme ve burma yükleri altında test edilerek frekans değerleri ölçülmüştür. Farklı yumuşak doku kalınlıkları ile frekans ölçümleri yapılmış ve etkisi araştırılmıştır. Ayrıca sensörlerin yorulma performanslarının belirlenmesi için çevrimsel yük uygulanmış ve frekans ölçümleri alınmıştır. Sistem, kadavralarda basma ve çekme yükleri altında teste tabi tulumuştur. Mekanik modellemeden sonra canlı hayvan deneyleri gerçekleştirilmiştir. Canlı hayvan deneylerinde 15 koyuna bilateral transpediküler vida yerleştirilmiş ve iki adet rodla birleştirilerek tespit edilmiştir. Koyunlar ameliyat sonrası 6 ay süreyle gözlem altında tutulmuş ve ayda bir kez çubuklarda yer alan algılayıcılardan frekans ölçümleri alınmıştır. Vertebrektomi modellerde ve kadavrada yapılan testler sonucunda, basma ve yana eğme kuvvetleri altında yükün artması dielektrik katsayısı ve kapasitansı etkileyerek frekasın da artmasına sebep olduğu tespit edilmiştir. Çekme testlerinde kuvvet arttıkça frekansta düşme belirlenmiştir. Yapılan testlerle yumuşak doku kalınlığının ölçümleri etkilediği ortaya konmuştur. Çevrimsel yüklemelerin ardından yapılan ölçümler sonucunda ise sistemin dinamik yüklenme koşullarından etkilenmediği ortaya konmuştur. Canlı hayvan deneylerinde alınan frekans ölçümleri sonucunda, füzyonun gerçekleşmesiyle frekans değerleri arasındaki değişimin giderek azaldığı belirlenmiştir. Sonuç olarak, geliştirilen bu sistem ile füzyonun gerçekleşip gerçekleşmediği ve olası komplikasyonlar sonucu çubukların gerilip gerilmediği durumlar, güvenilir bir şekilde ayırt edilip değerlendirilebilecektir. Böylece pediatrik vakalarda düzenli olarak ve hastanın gelişiminden bağımsız olarak yapılan yenileme (revizyon) ameliyatları gerektiği kadar ve gereken zamanda yapılabilecektir. Ayrıca bu akıllı implant çubukların kullanımı ile vida gevşemesi, ayar vidası (nut) çözülmesi gibi hastanın filminden kolayca anlaşılamayan sorunlar vakitlice fark edilebilecek ve gerekli müdahalenin yapılması mümkün olacaktır. Yapılan deneyler sonucunda, skolyoz cerrahisinde sıkça kullanılan vida-çubuk sistemlerinde tedavi sürecini doğrudan ilgilendiren, posterior sabitleme elemanları (akıllı implant çubuk) üzerinden alınmış ölçüm bilgileri ilk kez literatüre kazandırılmıştır.
DNA:RNA hibrit yapılardaki mutasyonların moleküler yapı ve elektriksel iletkenlik üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Kalıtımın temel taşlarını oluşturan genetik maddenin (DNA ve/veya RNA) saptanıp baz dizilimlerinin ortaya çıkarılması bakteri ve virüsler ile kanserli hücrelerin tespit edilerek belirlenmesini sağlar. Bu konu, başta klinik teşhis ve araştırma olmak üzere, gıda güvenliği, su ve çevre koruma, bitki ve hayvan patolojisi, ve biyo-güvenlik gibi birçok uygulama için son derece önemlidir. Günümüzde, biyoteknoloji ve nanoteknoloji alanlarında genetik maddenin hızlı ve doğru tespit edilebilmesi için yoğun çalışmalar yapılmaktadır. 2000'li yılların başında tek bir molekül üzerinden geçen elektrik akımının ölçülebileceğinin gösterilmesiyle molekülleri elektriksel iletkenlik ile ayırt etme fikri ortaya çıktı. Gerçekleştirilen deneysel ve teorik çalışmalar sonucunda, genetik maddenin tespiti için moleküler elektronik tabanlı bir biyonanoalgılayıcı kavramı geliştirildi. Atomik düzeyde elektrotlar kullanarak ölçülen elektrik akımlarındaki picoamper düzeyindeki değişimlerin analizi ile, attomolar (10-18 M) ölçeğinde DNA/RNA derişimine sahip çözeltilerde, genetik dizilimlerdeki tek bir baz değişimini (mutasyonu) bile belirleyebilen bir teknik geliştirildi. Bu tez kapsamında deneysel olarak iletkenlikleri ölçülen DNA:RNA hibritlerinin moleküler yapıları ve elektriksel özellikleri incelendi. Bunun için AMBER 16 programı kullanılarak moleküler dinamik yöntemleri ile DNA:RNA hibritlerinin üç boyutlu yapısı modellendi. Zaman içerisinde moleküler yapıda meydana gelen değişiklikler, hem DNA ve RNA sarmalları arasındaki hidrojen bağları hem de dizilim üzerindeki pürinler arası mesafeler hesaplanarak incelendi. Gaussian 09 programı kullanılarak kuantum mekaniksel (yoğunluk fonksiyonel teorisi) hesaplamaları gerçekleştirildi. Buradan elde edilen sonuçlar ile DNA:RNA hibritlerinin moleküler orbitalleri ve bant yapıları analiz edildi. Daha sonra her bir yapı için elektron iletim olasılıkları hesaplandı. Sonuç olarak, iletkenliğin üç boyutlu yapı ile doğrudan ilişkili olduğu gösterildi. Bu özellik sayesinde iletkenlik ölçümleri ile genetik maddenin tespit edilip baz dizilimlerinin belirlenebileceği bulundu. Bu tez kapsamında elde edilen bilgi birikimi ile hedef RNA bölgesi için prob DNA tasarımının önü açılmış olup, bu çalışmalar sonucunda ileride insan ve toplum sağlığına katkı sağlayacak yeni biyonanoalgılayıcı teknolojilerinin geliştirilmesi beklenmektedir
Bakır yüzeyinde kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile grafen büyütmede süreç parametrelerinin etkilerinin araştırılması
Tek karbon atomu kalınlığında iki boyutlu bir malzeme olan grafen, üstün özelliklerinden dolayı, dokunmatik ekranlar, fotodetektörler, esnek elektronikler, güneş pilleri, süperkapasitörler, yüksek frekanslı transistörler gibi birçok teknolojik uygulamada dikkat çekmektedir. Ancak grafen ile bu teknolojilerde gelişme sağlanması, grafenin kontrollü üretilebilmesini gerektirmektedir. Bu bağlamda, grafen üretim yöntemleri arasında, kontrollü grafen sentezi için, bakır folyo alttaş üzerinde kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) yöntemi en çok umut vaat eden ve ekonomik olarak ölçeklendirilebilecek bir üretim yöntemi olarak öne çıkmaktadır. Bu yöntemin potansiyeli yüksek olmakla birlikte halen bu yöntem ile üretilen grafenin kalitesinin ve sürecin tekrarlanabilirliğinin arttırılmasına yönelik çalışmalar gerekmektedir. Bakır alttaş üzerinde KBÇ yönteminde, yüksek sıcaklık (~1000-1100°C) ve vakum altında (~10 - 10-3 Torr) sistemden geçirilen hidrokarbon gazı bakırın yüzeyinde karbon ve hidrojene parçalanır ve karbon atomları alttaş yüzeyinde grafen çekirdeklenmelerini başlatır. Çekirdeklerin iki boyutlu yanal büyümeleri ile grafen taneleri ve taneler arası sınırlar oluşur. Bu tane sınırları, üç boyutlu malzemelerdeki tanecik sınırları gibi, oluşan yapının özelliklerini (termal, elektriksel ve mekanik gibi) belirlemede önemli rol oynar. Dolayısıyla, KBÇ yöntemi ile üretilen grafenin kalitesini iyileştirmek için alttaş yüzeyine ve üretim sürecine bağlı parametreleri optimize ederek grafen oluşumunu kontrol etmek gerekmektedir. Üretim sürecinde öne çıkan parametreler: sıcaklık, tavlama, gaz kompozisyonu, ve alttaş özellikleridir (safsızlık, kristallografik oryantasyon, kalınlık vb.). Literatürde bu parametreler ve etkileri ile ilgili birçok çelişkili bilgi bulunmaktadır. Bunun sebebi KBÇ yönteminin kullanılan fırın ve reaktöre bağlı olarak oldukça farklı sonuçlar göstermesidir. Dolayısıyla tüm bu parametrelerin gerçek etkilerinin anlaşılabilmesi için tek bir sistem kullanılarak çalışılması önem arz etmektedir. Bu tez çalışmasında, KBÇ yöntemiyle bakır alttaş üzerinde grafen büyütülmesinde alttaş kalınlığı, alttaş yerleşimi, asit ile ön temizlik işlemi, sıcaklık, süre, gaz kompozisyonu, ve yüzey stresleri gibi parametrelerin oluşan grafen üzerindeki etkileri sistematik bir şekilde incelenmiştir. Bu tez kapsamında, özellikle literatürde eksik olduğu görülen yüzey empüriteleri ve alttaşın üzerindeki mekanik streslerin araştırılmasına odaklanılmıştır . Grafen büyüme mekanizmasının ve süreç parametrelerinin oluşan grafene etkilerinin anlaşılması için, bakır yüzeyinde gerçekleşen değişimler ve oluşan grafenin morfolojisi, Taramalı Elektron Mikroskop (SEM – EDX/EBSD), Raman Spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Elektron Geri Saçılım Kırınımı (EBSD), X-ışınları Kırınımı (XRD) ve Optik Mikroskop (OM) kullanılarak karakterize edilmiş ve sonuçlar karşılaştırılarak tartışılmıştır.
İlaç adayları için CHARMM uyumlu kuvvet alanı geliştirme
Maliyetli ilaç geliştirme süreci ve bilgisayar teknolojisinin geliştirilmesi ile, bilgisayar destekli ilaç tasarımı, ilaç geliştirmede popüler hale gelmiştir. Moleküler modelleme, bilgisayar destekli ilaç tasarım sürecinde önemli bir rol oynar. Mevcut Kuvvet Alanları (CHARMM, AMBER, GROMACS, vb.) yeni geliştirilen / gelişen ilaç adaylarının fiziksel özellikleri hakkında bilgi içeren parametre dosyalarına sahip değildir, bu nedenle yeni geliştirilen ilaç adaylarının bilgisayar tabanlı Moleküler Dinamik simülasyonunu gerçekleştirmeleri mümkün değildir. Bu çalışmanın temel amacı, yeni bir ilacın potansiyelini araştırmak için yeni GST-P1 inhibitörü (C19H13N5O5) CHARMM uyumlu Kuvvet Alanı parametrelerini ve daha sonra Moleküler Dinamik Simülasyonunu tanımlamaktır. Enzim inhibitör molekülü kısmen geniş bir yapıya sahip olduğundan, parametrizasyon işleminin sonucu olarak fiziksel bir sonuç elde etmek mümkün değildir, bu nedenle molekül iki küçük (kimyasal olarak dengesiz) partiküllere ayrılır. Her iki molekülde de aynı prosedür tekrarlandı, başlangıç aşamasında moleküler geometri MP2 / 3-21G * seviyesine optimize edildi. Bu bölümlerde HF / 3-21G * SP enerjisi optimize edilmiş optimizasyon geometrisi kullanılarak hesaplanmış ve molekül ve su molekülü ile etkileşime girebilen kısım hesaplanmış ve daha sonra optimal kısmi yük konfigürasyonu QM / MM fit işlemi ile hesaplanmıştır. Son olarak, bağ ve dihedral terimleri hesaplandı ve CHARMM uyumlu bir Kuvvet Alanı geliştirildi. Oluşturulan Kuvvet Alanının validasyonu Moleküler Dinamik simülasyonu ile elde edildi. Elde edilen kuvvet alanları parametreleri MD simülasyonunda uygulandı. Simülasyon sonuçlarından molekülün stabil olduğu ve RMSD değerinin kabul edilebilir (<2.0 Å) değerler içerisinde olduğu saptanmıştır. Anahtar Kelimeler: Moleküler dinamik simülasyonu, Kuantum kimyası, Elektronik yapı tayini, Parametrizasyon.
Termal santrallerden elde edilen uçucu kül tabanlı nanopartiküllerin türlerinin belirlenmesi, yapısal karakterizasyonu ve termoplastik nanokompozit dolgu malzemesi olarak kullanım potansiyellerinin araştırılması
Uçucu küller termik santrallerde kömürün yanması sonucu oluşan atık ürünüdür. Dünya çapında yaklaşık 800 milyon ton uçucu kül üretilmekte ve bu miktarın termik santral sayısının artmasına bağlı, yükselmesi beklenmektedir. Söz konusu uçucu küller %15 oranında geri dönüştürülmektedir. Bu atıkların çevre kirliliği üzerindeki etkisi göz ardı edilemeyeceğinden geri dönüşüm küresel bir problemdir. Türkiye'de her yıl 17 milyon ton uçucu kül üretilmekte fakat sadece %16.7'si inşaat, asfalt sanayisinde kullanılmaktadır. Uçucu kül bünyesinde çok yüksek oranda nano ve mikro partikül varlığı bu malzemelerin yüksek teknolojik malzemelerde dolgu materyali olarak kullanımını gündeme getirmiştir. Bu durum uçucu küllerin geri dönüşümünün ülke ekonomisine olumlu katı yapma potansiyelinin araştırılması gerekliliğini doğurmuştur. Bu çalışma kapsamında, uçucu küllerden oksit bazlı nanopartikülleri (ONP'ler) elde etmek için basit, çok yönlü ve ekonomik bir teknik geliştirilmiştir. SiO2 ve Fe3O4 ONP'ler zenginleştirilmiş fraksiyonları seçici olarak elde edilmiştir. Fe3O4 ve SiO2 toplam geri kazanımı sırasıyla %53.46 ve %55 şeklinde tespit edilmiştir. Bu duruma ek olarak ham uçucu külden başarılı bir şekilde Ga2O3, PbO ve ZrO gibi ağır metaller uzaklaştırılmıştır. Ayrıca, ONP'den oluşan bir polipropilen (PP) matrisi içinde SiO2 ONP'lerden oluşan (içerik %0.5-%1.5, ağırlık %2.5-%5) nanokompozit hazırlanmıştır. ONP'lerin yapısal ve kimyasal analizleri, XRF ve XPS ile gerçekleştirilmiş, parçacık büyüklüğü / boyut dağılımı TEM ve dinamik ışık saçılımı ile karakterize edilmiştir. Etkin yüzey alanları Braunnet-Emmet-Teller (BET) analizi ile ölçülmüştür. Nanokompozit hazırlama için çift vidalı bir ekstrüder kullanılmıştır. Tüm nanokompozitlerin gerilme ve eğilme mukavemetinin ONP dolgu miktarına bağlı olarak bir miktar arttırıldığı gözlemlenmiştir. Nanokompozitlerin darbe direnci azalırken, elastik modül kompozisyon, sıcaklık ile değişmektedir. Ayrıca, zararlı ağır metallerden arındırılmış ve spesifik yüzey alanları arttırılmış silikaca zengin uçucu küllerden hafif aerojeller elde edilmiştir. Bu jellerin termal iletkenlik ve termal difüzyon katsayıları ölçülerek ısı yalıtım malzemesi olarak kullanım alanları araştırılmıştır. Özet olarak, uçucu küllerden elde edilen Fe3O4 ve SiO2'lerce zenginleştirilmiş Fe3O4 , SiO2 ONP'lerin etkili bir şekilde geri kazanımı sağlanmıştır. Bu sebeple söz konusu yapıların endüstriyel anlamda ilgili bir ürün potansiyeli de araştırılarak çalışma tamamlanmıştır.
Grafen-bakır heteroyapıların üretimi, karakterizasyonu ve ısı dağıtım performanslarının incelenmesi
Günümüz mikroişlemci teknolojilerinde, işlemci bölgesinde oluşan ısıyı, bu alandan uzaklaştırmak için bakır gibi yüksek termal iletkenliğe sahip ısı dağıtıcı plakalar kullanılmaktadır; ancak bakırın, artan akım kaynaklı ısı yükleri karşısında giderek yetersiz kalması, bu kullanım alanında alternatif malzeme arayışını zorunlu kılmıştır. Bu yüksek lisans çalışması kapsamında, ısı dağıtmada tüm alanının efektif bir şekilde kullanımını sağlayacak, yenilikçi bir malzeme geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda, grafen-bakır heteroyapı tasarımları önerilmiştir. Bunun için öncelikle bakır yüzeyinde grafen oluşumu üzerine çalışılmış, sentez ve karakterizasyon çalışmaları ile grafen büyümesinde baskın deneysel parametrelerin etkileri sistematik bir şekilde incelenmiş ve kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) yöntemi ile bakır folyo yüzeyinde olabildiğince sürekli ve kaliteli grafen sentezi için parametreler başarıyla optimize edilmiştir. Sonrasında farklı sayıda grafen-bakır folyo ve sadece bakır folyo katmanlarından oluşan lamine yapılar hazırlanmış ve bunların termal özellikleri hem deneysel hem de hesaplamalı yöntemler ile incelenmiştir. Bu çalışmalar sonucunda yapıdaki grafenin termal iletimde beklenen artışı sağlayamadığı görülmüş, bu durum grafen-bakır lamine yapısında grafenin sistemde bakır katmana göre çok ince kalması ile açıklanmıştır. Böylece çalışmalardan edinilen bilgilerin ışığında grafen-bakır gözenekli yapı tasarımı önerilmiş, grafen-bakır gözenekli yapı sentezi, karakterizasyonu ayrıntılı şekilde çalışılarak, termal ölçümleri gerçekleştirilmiş ve bu yapıda grafenin termal yayınım performansını arttırdığı gösterilmiştir. Grafenin termal özelliklere bu pozitif etkisi, grafenin yüksek termal yayınımının yanı sıra, bakırı oksitlenmeden koruması ile de açıklanmıştır. Üçüncü yapı olarak, bakır tozlarının sinterlenmesini kısıtlayarak grafen oluşum yüzey alanını arttırma amaçlı, Tour metodu ile sentezlenmiş grafen oksit (GO) katkılı grafen-bakır gözenekli yapılar da çalışılmış, ancak katkılama miktarları fazla olduğundan, yapıda bulunan bakırlar arasındaki mesafe açılmış ve termal difüziviteye katkıda bulunan grafen miktarı, bu mesafelerden kaynaklanan ısı iletimindeki kayıpları dengeleyememiş ve termal difüzivite düşmüştür.
Çevresel faktörlerin DNA'nın moleküler yapısı ve elektriksel iletkenliği üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Günümüzde bilgisayar teknolojilerinde yarı iletken silisyum tabanlı malzemeler kullanılmaktadır. Moore kuralı günümüze kadar geçerliliğini büyük ölçüde korumuş ve 1947'den bu yana her iki yılda bir aynı alandaki transistör yoğunluğunun iki katına çıktığı gözlenmiştir. Ancak, bu sistemlerde devrelerin boyutları küçüldükçe silisyumun malzeme özellikleri nedeni ile gerekli araştırma ve deneysel geliştirme süreleri ve maliyetleri artmaktadır. Moleküler elektronik DNA, RNA, peptit ve karbon nanotüp gibi yapı taşları kullanılarak elektronik cihazların tasarımı ve üretimidir. Burada amaç silisyum tabanlı entegre devrelere entegre olabilecek veya bu devrelerin yerini alabilecek, boyutsal küçülmenin devamını sağlayacak yeni sistemlerin üretilmesidir. Bunun başarılabilmesi çok sayıda farklı moleküler sistemin yapısal kararlılığı ile elektronik bant yapısının ve elektron taşınım mekanizmasının anlaşılmasına bağlıdır. Canlılarda genetik bilginin taşıyıcısı olan DNA, sahip olduğu özgün elektronik özellikler sayesinde moleküler elektronik için önemli bir çalışma alanıdır. DNA'nın elektrik iletkenliğinin anlaşılması ve kontrol edilebilmesi için giderek artan sayıda teorik ve deneysel çalışmalar yapılmaktadır. Çevresel, yapısal ve kimyasal faktörler DNA'nın moleküler yapısı, dolayısıyla iletkenliği üzerinde son derecede etkilidir. DNA, sarmaldaki dönüş başına baz (nükleotit) sayısı, bazlar arası uzaklık, baz çiftleri arasındaki dikey uzaklık ve sarmalın helisel çapına göre farklı formlarda bulunmaktadır. Bu formlar arasında en yaygın olan iki tür A DNA ve B DNA olarak adlandırılır ve bu formların farklı elektriksel özellikler gösterdiği bilinmektedir. DNA'nın hangi formda bulunacağı içinde bulunduğu çözeltinin özelliklerine (etanol ve tuz konsantrosyonu) bağlıdır. Bu tez kapsamında DNA'nın farklı etanol ve tuz konsantrasyonlarında hangi yapılara sahip olduğu moleküler dinamik yöntemleri (AMBER 16) ile araştırılmıştır. Elde edilen simülasyonlardan temsilci yapılar seçilerek bu yapılardaki yük taşınım özellikleri kuantum mekanik teknikler (yoğunluk fonksiyonel teorisi) ile hesaplanmıştır. Sonuç olarak, bu tez kapsamında, çözeltideki etanol ve tuz konsantrasyonlarına bağlı olarak DNA'nın hangi kararlı yapılara sahip olduğu ve bu kararlı yapıların elektriksel iletim özellikleri belirlenmiştir.
2B Mo2C kristallerin ve 2B Mo2C/grafen heteroyapıların kimyasal buhardan çöktürme yöntemiyle bakır yüzeyinde sentezi ve karakterizasyonu
2 boyutlu (2B) malzemeler ilgi çekici özelliklere ve günümüz teknolojisinde devrim yaratabilecek potansiyele sahip olmasından dolayı son yıllarda yoğun bir şekilde çalışılmaktadır. Bu 2B malzemelere son katılan ailenin, 2B geçiş metal karbürleri (GMK), önemli bir üyesi olarak öne çıkan 2B Mo2C, süperiletken olmasından ve değerliğini değiştirebilme kabiliyetinden dolayı özellikle elektronik ve elektrokimyasal uygulamalarda büyük ilgi görmektedir. 2B Mo2C'nin bu uygulamal alanlarındaki kullanılabilirliği elverişli üretim yöntemlerinin geliştirilmesine bağlıdır. Bu noktada, ekonomik açıdan ölçeklendirilebilen kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) metodu geniş alanlı ve az kusurlu 2B Mo2C kristallerin sentezi için uygun bir yöntem olarak öne çıkmaktadır. Tez çalışması kapsamında, 2B Mo2C kristallerin oluşum mekanizmasını anlamak ve istenilen kristallerin sentezi için optimum KBÇ koşullarını belirlemek amacıyla 2B Mo2C kristallerinin ve 2B Mo2C/grafen heteroyapılarının KBÇ yöntemi ile bakır alttaş yüzeyinde sentezi sistematik bir şekilde çalışılmıştır. Bu bağlamda, proses parametrelerinin (bakır alttaş kalınlığı, büyütme sıcaklığı ve süresi, gaz kompozisyonu ve reaktör basıncı) üretilen yapılara etkisi (kalınlık, yanal boyut ve kompozisyon) Optik Mikroskop (OM), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM, EDAX), Raman Spektroskopisi, X-ışını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Elektron Gerisaçılım Kırınımı (EBSD) ve X-ışını Kırınımı (XRD) analizleri ile belirlenmiştir.
Moleküler baskılı polimerik nanomalzemelerin optik biyotarayıcı uygulamaları için tasarım ve üretimi
Bu çalışmada optik bir sistem olan Yüzey Plazmon Spektroskopide çalıştırılmak üzere, sensör uygulamarında oldukça umut vaat eden moleküler baskılı polimerler (MBP) 100 nm boyutunda silika nanoparçacıkların yüzeyinde üretildi. Stöber metodu ile nananoparçacık üretiminin gerçekleştirilmesinin ardından yüzey ileri modifikasyon basamaklarına 3-aminopropil trietoksisilan (APTES) kaplaması ile hazırlandı. 4,4´-azobissiyanopentanoik asit (ACPA) başlatıcı tabakasının nanoparçacık yüzeyine sabitlenmesinin ardından metakrilik asit (MAA) ve etilen glikol dimetakrilat (EDMA) monomerleriyle, 2-fenilprop 2-il ditiyobenzoat (CDB) RAFT ajanı varlığında UV ışığı altında molekül ağırlığı üzerinde etkili bir control sağlayan tersinir katılma-ayrılma zincir transfer polimerizasyonu (RAFT) gerçekleştirildi. Her bir kaplama işleminin ardından nanoparçacıklar X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Dinamik Işık Saçılımı (DLS) ve Termogravimetrik Analiz (TGA) ile karakterize edildi. Şablon molekülü olarak L-Boc-fenilalanin anilid kullanılarak 2 saat polimerizasyon gerçekleştirilerek elde edilen nanoparçacıklar YPR sisteminde kullanılmak üzere altın alttaş üzerine sabitlendi. Hazirlanan sensör performansı, analit (L-BFA) ve 3 farklı (L-TRP, L-TRY ve L-PHE) analog molekülün seçiciliği ile test edildi. Aynı zamanda farklı derişimlerdeki analit molekülünün meydana getirdiği plazmon rezonans açısındaki kayma miktarı takip edilerek Tespit Limiti 7 μM olarak hesaplandı. Tezin bir diğer bölümünde polietilen imin kaplanmış silika parçacıklar (MS-PEI) anyonik boya tutunmasında kullanıldılar. Tek tabaka (MS-APTES) ve polimer kaplı parçacıkların uygun pH, sıcaklık, temas süresi gibi parametrelerinin belirlenmesinin ardından desorpsiyon ve tekrar kullanılabilirlik testleri gerçekleştirildi. Polimer kaplı silika parçacıkların boya uzaklaştırma performansının tek tabaka içeren yüzeyler ile karşılaştırıldığında daha fazla aktif uç içermelerinden dolayı yüksek olduğu tespit edildi. Su artıma performansı incelenen parçacıkların geleneksel YPR düzeneğine uygun olarak hazırlanması ve kullanılması sayesinde hem uygulama hem de tespit sırasında aktif rol oynayabileceği gösterildi.
Sprey piroliz yöntemiyle Cu(In,Ga)(S,Se)2 ince film foto elektrokimyasal güneş hücrelerinin geliştirilmesi
Küresel düzeyde artan enerji ihtiyacının yanı sıra, fosil yakıtlara dayanan geleneksel enerji kaynaklarının sınırlı olmasından dolayı, fotoelektrokimyasal güneş pillerinden elde edilen hidrojen enerjisinin umut verici düzeyde olduğu kabul edilmektedir. Bu umut vaat eden enerji alanında özellikle bir çok avantajı bulunan Cu(In,Ga)(S,Se)2 ince filmlerinin en ekonomik üretim yöntemlerinden biri olan sprey piroliz yöntemi ile geliştirilmesi üzerine çalışma gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, ilk bölümde yenilenebilir enerji ve fotoelektrokimyasal güneş pilleri hakkında genel bir bilgi verildikten sonra ikinci bölümde farklı stokiyometrilerde ince filmlerin hazırlanması ve yapıların çeşitli karakterizasyonlar sonucu optimum stokiyometrideki Cu(In,Ga)(S,Se)2 bileşiğinin bulunması amaçlanmıştır. Üçüncü bölümde ise elde edilen Cu(In,Ga)(S,Se)2 katmanı üzerine In2S3 tabakası çıkılarak çok katmanlı eklem yapısı oluşturulmuş ve performans ölçümleri incelenmiştir. Dördüncü bölümde ise çeşitli şekillerde fotoelektrokimyasal güneş pili konfigürasyonları değiştirilerek performans ölçümleri karşılaştırılmıştır. Daha sonra Cu(In,Ga)S2 yapısının ön çözelti kaynağı değiştirilerek ve katkılama yapılarak performansın arttırılması amaçlanmıştır. Bölüm 6'da konfigürasyonu tamamlayacak ve sprey piroliz yöntemi ile uygulanabilecek bir elektron taşıyıcı tabaka oluşturabilmek amacıyla çeşitli bileşimlerde ZnO ince film denemeleri yapılmıştır. Son olarak ise kimyasal banyo yöntemi ile üretilen üç boyutlu çinko oksit yapısı üzerine sprey piroliz yöntemi ile Sn-ZnO (TZO) nano kompozit katmanı meydana getirilmiş ve bu yapı üzerine daha önceki bölümlerde karar verdiğimiz en yüksek verime sahip Cu(In,Ga)S2 ve In2S3 konfigürasyonu yine sprey piroliz yöntemi ile uygulanmıştır. Sonuç olarak, yapılan performans analizleri (% IPCE ve ABPE) elde edilen ince filmin % 47.2 kuantum verimi ve % 4.17 foto çevrim verimlerine sahip olduklarını göstermektedir. Bunun yanısıra elde edilen performans sonuçlarının ince filmlerin optik ve morfolojik özellikleri ile ilişkisini incelemek için birçok karakterizasyon yöntemine başvurulmuştur.
Application of efficient photoelectrodes prepared by chalcogenide nanoparticle and cesium lead bromide perovskite sensitized 3D-ZNO nanostructure in photoelectrochemical solar cells
In this thesis, nanostructured zinc oxide (ZnO) layer with flower and urchin-like 3D morphologies have been deposited on fluorine-doped tin oxide (FTO) coated glass using chemical bath deposition (CBD) method. Then a thin layer of nanostructured cadmium sulfide (CdS) and selenide (CdSe) have been deposited on 3D ZnO with the same method. Additionally, a lead bromide perovskite (CsPbBr3) layer structure has been fabricated on the ZnO layer via spin coating method with the aim of the utilization of these material in to photoelectrochemical water splitting device as photo anode. Moreover, to modify the cadmium selenide layers, two ZnO/CdSe and ZnO/CdS/CdSe structures have been treated by thermal annealing at 200o C for 2 hours. As a result, the crystalline structure of the photoanodes was modified significantly. The structures also were analyzed using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), x-ray diffraction patters (XRD), Uv-vis and photoluminescence (PL) spectroscopies, finally the morphologies and compositions were analyzed with scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM), and energy dispersive X-ray (EDX). The substrates were proven by the mentioned analysis and compared with other works in literature. Then the synthesized structures were used as photoanode in the photoelectrochemical solar cell water splitting system. The aim of the system was the production of hydrogen from splitting water molecules using sunlight. The incident photon-to-charge carrier efficiency (IPCE) efficiency of the bare ZnO and ZnO-CdS-CdSe electrodes have been calculated as 12% and %51, respectively. Moreover, the maximum IPCE of the ZnO-CsPbBr3 photoelectrode was approximately 37%. These data indicated that the heterojunction based electrodes prepared in this study are very promising in order to utilize them into solar water splitting systems.
Pedikül vidalarının çekip çıkarma performansının ölçülmesinde yeni bir çöğünme modeli kurulması ve deneysel araştırılması
Cerrahi operasyonlarda pedikül vidaları, tümör sebebiyle omurganın bir veya daha fazla segmentinin çıkarılması durumunda, skolyoz gibi omurga eğriliklerinin, travma ve omurga kırıklarının tedavisinde kullanılır. Pedikül vidaların sahip olduğu çekip çıkarma dayanımları bu operasyonların başarılı olması için önem teşkil eder. Pedikül vidalarla ilgili tanımlanmış en önemli sorun vidanın yerleştiği yerden erken evrede çıkıp gelmesi sorunudur. Pedikül vidaların erken evrede çıkıp gelme sorunun sebeplerini araştırmak son derece önemlidir. Çöğünme osteoporotik veya osteopenik omurgada vidanın gevşemesine ve çıkıp gelmesine neden olabilir. Çöğünme hareketi omurganın ana yüklenme şeklidir ve vidanın gevşemesine sebep olabilir. Literatürde çöğünme yüklemesinin pedikül vidaların çekip çıkarma performanslarına etkisi incelenmiştir ancak bu çalışmalarda yükleme koşulları anatomik yükleme koşulları ile aynı değildir. Bu çalışma ASTM'nin ilgili standardını referans alarak çöğünme yüklemesinin pedikül vidaların çekip çıkarma performansı üzerindeki etkisini gerçek yükleme koşulları altında inceleyen ilk çalışmadır. Bu çalışmada öncelikle çöğünme deney modeli tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu modeller üç segmentli vertebranın ortadaki segmentinin çıkarılmış ve alt-üst segmentlere ikişer vida yerleştirilerek çubuklarla bilateral sabitlemenin yapılmış halidir. Tez çalışması kapsamında, tasarlanan modellerde tek tip vida ile iki tip çubuk kullanılmıştır. Bunun sebebi çöğünme yüklemesi incelendikten sonra bu yüklere dayanıklı vida-çubuk sisteminin seçilmesidir. Modellerde kemiğin çift katmanlı yapısını taklit etmek amacıyla Polietilen (PE) ve Poliüretan (PU) köpük bloklar hazırlanmıştır. PE bloklar kortikal kemiği temsilen üç farklı cidar kalınlığı, PU köpükler ise trabeküler kemiği temsilen üç farklı yoğunluk esas alınarak üretilmiştir. Böylece farklı kortikal kemik kalınlıkları ve trabeküler kemik kaliteleri hesaba alınmıştır. Yeni tasarlanan modellere belirli sayıda çöğünme yükü uygulandıktan sonra çekip çıkarma deneyleri yapılmıştır. Deneyler sonunda çöğünmenin etkisi belirli modellerde net bir şekilde anlaşılmıştır. Sonuç olarak çöğünme etkisinin tespit edildiği modellerde iki farklı çubuk sistemi karşılaştırılmış ve kısa dönem ve uzun dönem çöğünme yüklerine dayanıklı vida- çubuk sistemi seçilmiştir.
Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi santrallerinde kullanılmak üzere termofiziksel özellikleri iyileştirilmiş nitrat bazlı tuz eriyik/nanogözenekli alumina membran kompozit yapıların tasarlanması
Çevre bilincinin gelişmesi ve mevcut enerji teknolojilerinin optimizasyonu o kadar önemli hale geldiki tuz eriyiklerin benzersiz fizikokimyasal özelliklerinden dolayı hem ısı transfer ajanı (ITA) hem de termal enerji depolama (TED) akışkanı olarak çok çeşitli uygulamalar için kullanımları tekrar gündeme gelmiştir. Çünkü, tuz eriyikler ve bunların karışımları, düşük viskozite, düşük buhar basıncı, düşük maliyet, yüksek kimyasal kararlılık ve çevre dostu olmaları gibi önemli avantajlarından dolayı bir endüstriyel akışkan için istenilen tüm özelliklere sahiptirler. Günümüzde bu eriyikler çalışma sıvısı olarak nükleer enerji santralleri , kimya endüstrisi , petrol rafinerileri ve yoğunlaştırılmış güneş enerjisi (YGE) santralleri gibi birbirinden çok farklı alanlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Tüm bu uygulamalarda, kullanılan tuz karışımı türü ve oranları kullanım alanlarına göre seçilmektedir. Uygun bir ITA ve TED malzemesinin seçilmesi, güneş ışını alıcısının, termal depolama tanklarının ve ısı değiştiricilerinin maliyetini en aza indirmek ve yüksek termodinamik verimlilik elde etmek için önemlidir. Mevcut erimiş tuz ITA'ları yüksek erime noktalarına (> 200°C) sahiptir ve 600°C'nin üzerinde bozunmaya başlar. Bu uygulamadaki ana sorun, tuz eriyiklerin akşamları veya kış aylarında kolayca donabilmesi ve bu durumda boru hattını tıkayarak çalışma koşullarını zorlaştırmasıdır. Bu nedenle, daha düşük bir erime noktasına ve daha yüksek bir termal stabiliteye sahip ucuz tuz eriyik bileşimlerinin geliştirilmesi, YGE santrallerinin hem termodinamik veriminin arttırılmasında hem de çalışma koşullarının iyileştirilmesinde önemlidir. Bu tez çalışmasında düşük erime noktası (< 200°C) ve yüksek termal iletkenlik elde etmek için yeni bir nanoyapılı tuz eriyik tasarlanmıştır. Farklı gözenek büyüklüğüne (25 ile 400 nm arasında) sahip anodik alümina oksidin (AAO) içerisine yerleştirilmiş potasyum nitrat (KNO3), sodyum nitrat (NaNO3) ve bunların ötektik karışımlarının (Solar Tuz, kütlece 60% NaNO3 - 40% KNO3) termal ve yapısal özelikleri incelenmiştir. Hazılanan AAO/tuz kompozit yapının termal karakterizasyonu diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ve termal özellikler analizörü (TPS) ile yapısal karakterizasyonu ise taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını kırınımı (XRD) ile incelenmiştir. DSC ile yapılan karakterizasyonda, AAO porlarına sıkıştırılan KNO3, NaNO3 ve ötektik karışımın erime sıcaklıklarında ani bir düşüş gözlemlenmiştir. DSC souçlarına göre AAO/KNO3 ve AAO/Solar Tuz kompozit yapısında por çapına bağlı sistematik bir düşüş gözlemlenmemiştir ancak AAO/NaNO3 kompozit yapısında por çapı arttıkça erime sıcaklığının daha fazla düştüğü gözlemlenmiştir. En fazla erime sıcaklığı düşüşünün 173°C ile 400nm por çapına sahip AAO/KNO3 kompozit yapıda gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Yapılan TPS ölçümlerine göre bütün kompozit yapılarda belirgin bir termal iletkenli artışı görülmektedir. Bu artışın yine AAO/KNO3 ve AAO/Solar Tuz kompozit yapılarında sistematik olmadığı ancak AAO/NaNO3 kompozit yapıda sistematik olduğu gözlemlenmiştir. En fazla termal iletkenlik artışı %78 ile 35nm por çapına sahip AAO/KNO3 kompozit yapısında görülmektedir. XRD analizi, KNO3'ün gözeneklerin uzunlamasına eksenine paralel yönlendirilmiş tek bir kristal yapı oluşturduğunu göstermiştir.
Mühendislik nanoparçacıklarının canlı sistemler ve/veya çevre ile etkileşim türlerinin ve mekanizmalarının sistematik olarak incelenmesi
Son yıllarda, parçacıkların nanometre skalasında üretimleri artmıştır. Bu parçacıklar akademik ve endüstriyel alanlarda büyük ölçüde çalışılmakta ve nanoparçacık olarak isimlendirilmektedir. Nanoparçacıkların üretimi, gıda ürünlerinden kozmetik ürünlerine kadar çok geniş alanda kullanımı ve insanların nanoparçacıklara maruz kalma oranı günden güne artmış ve yaygınlaşmıştır. Bununla beraber çeşitli türlerdeki nanoparçacıkların üretimi ve uygulama alanlarında büyük bir artış görülmesine rağmen, bu parçacıklara maruz kalındıktan sonra etkilerini çalışan araştırmalar aynı oranda artış göstermesine rağmen, sistematik bir çalışma yapılmamasından dolayı aralarında bir fikir birliği oluşmamıştır. Buradan yola çıkarak, bu çalışmada, hücrelerle etkileşen çeşitli şekil, boyut ve türdeki oksit nanoparçacıkların in vitro ve in vivo toksisitelerinin sistematik bir şekilde incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışmada ticari olarak satın alınan yalın haldeki titanyum dioksit (TiO2, E171) nanoparçacıkları, düzensiz şekil ve boyut dağılımına sahip yalın haldeki ve yüzeyleri amino propil silan (APTES) molekülüyle modifikasyonu gerçekleştirilen demir oksit (Fe3O4) nanoparçacıkları ve küresel şekil ve homojen boyut dağılımına sahip yalın haldeki ve yüzeyleri amino propil silan (APTES) molekülüyle modifikasyonu gerçekleştirilen demir oksit (Fe3O4) nanoparçacıkları kullanılmıştır. Bu nanoparçacıkların çözücü içerisinde dağılımları ve parçacık büyüklüğü hakkında genel bilgi edinmek için dinamik ışık saçılımı (DLS), yüzey morfoloji ve topografi analizleri için geçirimli elektron mikroskopisi (TEM), yüzey kimyasal yapısı ve yüzey modifikasyonlarının başarılı olup olmadığını analiz etmek için X-ray ışın spektroskopisi (XPS), kristal yapısı ve kristal özellikleri hakkında bilgi sahibi olmak için X-ışını kırınım spektroskopisi, yüzey alanı ve gözenek çapı analizi için Branauer- Emmet-Teller (BET), demir oksit nanoparçacıklarının manyetik özellik ve karakteristiğini belirlemek amacıyla titreşim numune manyetometresi (VSM) yöntemlerinden yararlanılarak fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirlemek amacıyla sıralanan karakterizasyon işlemleri gerçekleştirilmiştir. Nanoparçacıkların toksik özelliklerinin belirlenebilmesi için hücre canlılık (MTT) ve oksidatif stres deneyleri gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla, küresel şekle ve homojen boyut dağılımına sahip nanoparçacıkların in vitro ortamda sitotoksisitesi insan epitel kolorektal adenokarsinoma (CaCo-2) hücre hattı kullanılarak 7,81-500 µg/ml konsantrasyonlarında MTT'leri değerlendirilmiştir. Daha sonra, IC50/2 ve IC50/4 konsantrasyonlarında oksidatif stres özellikleri incelenmiştir. Küresel şekle ve homojen boyut dağılımına sahip demir oksit nanoparçacıkların in vivo genotoksik etki ve yaşam özelliği toksisitesi incelenmesi için ise tatlı su tatarcığı Chironomus riparius larvaları kullanılarak kg sediment başına 1, 5, 10, 50 ve 100 mg nano-Fe3O4 konsantrasyonlarında deneyler gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonunda nanoparçacıkların başarılı bir şekilde yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Nanoparçacıkların fiziksel ve kimyasal özellikleri belirlenerek, in vivo ve in vitro deneyler yapılarak sistematik bir şekilde toksik özellikleri değerlendirilmiştir.
Anodik alüminyum oksit ince filmler üzerinde yüzey plazmon rezonans spektroskopisi kullanılarak spesifik biyolojik etkileşimlerin araştırılması
Yüzey Plazmon Rezonans (YPR) spektroskopisi, biyoloji, biyokimya ve tıp bilimleri alanlarındaki etiketsiz, gerçek zamanlı ve noninvaziv özellikleri nedeniyle olağanüstü optik biyo-algılama aracı olarak kullanılmaktadır. Kinetik, afinite, bir etkileşimin özgüllüğü ve ilgilenilen bir örnekte bulunan seçilmiş moleküllerin konsantrasyonları gibi sorular YPR tarafından cevaplanabilmektedir. Anodik alüminyum oksit (AAO) ince filmlerin yüksek porozite, kontrol edilebilir por çapı ve kalınlığı, artırılmış yüzey alanı-hacim oranı, termal ve kimyasal kararlılığa sahip olması, biyouyumlu olması sebebiyle gaz sensörü, güneş pilleri gibi sektörlerin yanı sıra ilaç salınımı, biyosensör ve biyomedikal alanlardaki kullanımı artmıştır. Litografi, maskeleme ve kalıp olarak kullanılarak nanoboyutta malzeme üretiminde kullanılan AAO ince filmlerin kendisi de optik biyosensör alanında YPR spektroskopisinde de sıklıkla kullanılmaktadır. YPR sistemine eklenen AAO ince filmlerin optik dalga kılavuzu olarak davranması ile yüzey plazmonuna ek olarak farklı modların elde edilmesi sağlanmaktadır. Literatürde iki aşamalı anodizasyon ile üretilen, voltaj azaltma yöntemi ile elde edilmiş serbest duran AAO filmlerin direkt olarak üretilip yüzey plazmon rezonans spektroskopisinde kullanımının olmadığı gözlemlenmiştir. Tez çalışmasında, öncelikle laboratuvar koşullarında üretimi gerçekleştirilen AAO ince filmlerin kalınlık ve porozite değerlerine göre elde edilmesi beklenen modlar Winspall 3.02 simülasyon programı kullanılarak tespit edilmiştir. Ardından iki aşamalı anodizasyon ile serbest duran AAO ince filmlerin kalınlık optimizasyonu çalışmaları yapılmıştır. Farklı derişimlerde H3PO4 ve NaOH çözeltileri kullanılarak, farklı sürelerde kimyasal aşındırma yöntemleri denenmiştir. Filmlerin aşındırma sırasında bir yüzeyinin korunması için polikarbonat ile kaplanma ve kenarlarından cam yüzey üzerine bantlanması gibi farklı metotlar denenmiştir. Ayrıca yağ-asit arayüzeyinde kimyasal aşındırma işlemleri yapılmıştır. Aşındırma yöntemleri ile homojen film kalınlığının elde edilememesi üzerine ikinci anodizasyon süresi azaltılarak filmlerin inceltilmesi sağlanmıştır. Dört farklı anodizasyon süresi denenmiş ve serbest duran 1,5 mikrometre kalınlığındaki AAO ince filmlerin üretimi yapılmıştır. Por yapısı ve kalınlıkları taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile karakterize edilmiştir. Porozite değerleri belirlenen AAO filmlerin efektif dielektrik sabitleri Maxwell-Garnett formülü kullanılarak hesaplanmıştır. YPR spektroskopisinde Kretschmann konfigürasyonu kullanılmıştır. Saçtırma yöntemi ile altın kaplanan yüksek kırılma indisli camlar ile AAO ince filmlerin birleştirilmesi ile alınan spektroskopi sonucundaki verilerden kalınlık ve dielektrik sabiti analizleri Winspall programı ile yapılmıştır. Kalınlıkların SEM sonucunda elde edilen veriler ile örtüştüğü gösterilmiştir.
Moleküler katkılamaların DNA'nın moleküler yapısı ve elektriksel iletkenliği üzerindeki etkilerinin incelenmesi
Tek bir molekülün üzerinden geçen elektrik akımı ölçülebildiği zamandan bu yana moleküler elektronik alanında çalışmalar hız kazanmıştır. Bu çalışmaların genel amacı, yeni nesil entegre devrelerde kullanılmak üzere elektronik cihazların işlem hızını ve hafızasını arttırmaya yönelik geliştirilecek teknolojiler için bilgi birikimi oluşturmaktır. Bu tez kapsamında bahsedilen bilgi birikimine katkı sağlamak amacıyla, moleküler katkılamaların DNA'nın moleküler yapısı ve elektriksel iletkenliği üzerindeki etkileri incelendi. DNA'yı moleküler olarak katkılamanın en bilinen yolu DNA'yı hedefleyen antikanser, antiparaziter ve antibiyotik ilaçları kullanmaktadır. Bu tez kapsamında sensör teknolojisine ve ilaç-DNA etkileşimlerinin anlaşılmasına da katkı sağlamak amacıyla moleküler katkılamalar ilaç molekülleriyle yapılmıştır. Moleküler yapı incelemeleri için AMBER 16 programı kullanılarak moleküler dinamik simülasyonları yapıldı. Simülasyon süresince meydana gelen değişimleri incelemek adına; yapıların referans formlara benzerlikleri, DNA'nın baz çiftleri arasındaki hidrojen bağları ve DNA dizilimindeki pürinler arası mesafeler hesaplandı. Kümeleme algoritması kullanılarak her simülasyonu temsil eden bir temsilci yapı seçildi. Temsilci yapının kuantum mekaniksel özellikleri DFT yardımıyla hesaplanırken Gaussian 09 programı kullanıldı. Elde edilen sonuçlar v kullanılarak yapıların bant diyagramları elde edildi. Ardından her yapı için yük taşınım olasılıkları hesaplandı. Yapılan çalışmalar sonucunda, farklı moleküler katkılamaların DNA'nın moleküler yapısını ve elektriksel iletkenliğini farklı etkilediği gösterildi. Tez kapsamında yapılan çalışmanın moleküler elektronik alanında katkı sağlamasının yanı sıra ilaç testi adı verilen ölçümler için ileride geliştirilebilecek sensör teknolojilerine de katkı sağlaması beklenmektedir.
Indirect search for color octet muon at future muon colliders
SM fermion mixings and family replication indicate that matter must have a preonic structure. In ATLAS and CMS experiments, BSM particles are widely studied. The prediction of these particles can be considered as a significant result of preonic models. Leptons are predicted to have color octet partners, l8, in composite models. These particles are similar to excited leptons and leptoquarks. On the other hand, muon colliders are considered as promising machines to achieve a multi-TeV scale at the constituent level. In this study, the search potential of future muon colliders for color octet muons was investigated. The interaction Lagrangian of color octet muon, µ8, is implemented into the CalcHEP simulation program. Then different final state distributions for signal and background procedures have been analyzed to determine optimal cuts on transverse momentum and pseudo-rapidity. Finally, statistical significance analysis has been performed in order to obtain exclusion (2σ), observation (3σ), and discovery (5σ) limits on the mass of color octet muon. It is shown that color octet muons with masses up to 3.19 TeV, 6.65 TeV, 12.8 TeV, 25.9 TeV, and 135 TeV can be observed at muon colliders with √(s_μμ ) equal to 1.5 TeV, 3 teV, 6 TeV, 14 teV and 100 TeV, respectively. In conclusion, future muon colliders have huge potential for µ8 search.
Zirh uygulamalarina yönelik grafen katkili sic seramik kompozitlerin üretimi ve karakterizasyonu
Basınçsız sinterlenmiş SiC seramiklerin girinti kırılma tokluğunu artırmak için indirgenmiş grafen oksit (iGO) katkı malzemesi olarak kullanılmış; eklenen iGO oranının mekanik özelliklere (sertlik, mukavemet ve girinti kırılma tokluğu) ve mikroyapıya etkileri detaylı taramalı elektron mikroskop (SEM), X-Işını kırınımı (XRD) ve metalografik mikroskopi ile incelenmiştir. Çalışmalar, iGO ağırlıkça %2.5'a kadar arttıkça yoğunluk düşerken, girinti kırılma tokluğunun arttığını göstermiştir. Eğilme ve Brezilyan mukavemeti ise başlangıçta artmış ve ardından iGO içeriği ağırlıkça %1.5'den %2.5'a yükseldikçe azalmıştır. Mikro sertlik ise artan iGO oranıyla azalmıştır. Detaylı mikroyapı incelemeleri ile iGO katkılamanın tokluk arttırıcı mekanizmalara etkileri tartışılmış, grafen katkılı SiC kompozilerde yapı-balistik performans arasındaki ilişki irdelenmiştir.
Tek aşamalı sprey kaplama yöntemi ile saydam ve yüksek dayanımlı süperhidrofobik cam yüzeylerin oluşturulması
Süperhidrofobik yüzeyler 150º'nin üzerinde su değme açılarına ve düşük kayma açılarına sahip yüzeyler olarak bilinir. Süperhidrofobik yüzeyler ıslanmama ve kendi kendini temizleme özelliklerinden dolayı endüstriyel uygulamalarda büyük ilgi görseler de düşük ışık geçirgenliği ve düşük dayanımlarından dolayı endüstride hala aktif olarak kullanılamamaktadır. Özellikle sprey kaplama gibi kolay uygulanabilir yöntemlerle yüksek ışık geçirgenliğine ve yüksek dayanıma sahip süperhidrofobik cam yüzeyler elde etmek hem endüstriyel uygulamalar için hem de literatürde en yaygın problemlerdendir. Bu çalışmada gelişmiş imalat yöntemleri kullanılmadan, tek aşamalı sprey kaplama yöntemi ile geniş alanlara ekonomik olarak uygulanabilir, ucuz, saydam, yüksek dayanımlı cam yüzeylerin oluşturulması amaçlanmıştır. Süperhidrofobik yüzeyler elde etmek için iki ana nokta vardır. Birincisi, yüzey mikro-nano pürüzlülüğünü arttırmak, ikincisi ise yüzey enerjisini azaltmaktır. Bu nedenle, bu tezde, yüzey pürüzlülüğünü arttırmak için küresel silika nanoparçacıklar (Si NPs) ve yüzey enerjisini azaltmak için ODTS ve PDMS kullanılmıştır. Tezin ilk bölümünde Stöber yöntemi ile farklı boyutlarda silika nanoparçacıklar sentezlenmiştir. Sentezlenen silika nanoparçacıkların boyutları NH4OH, DIW, TEOS gibi öncü kimyasalların miktarları değiştirilerek ayarlanmıştır. Ayrıca santrifüj ve kurutma işlemlerinin silika nanoparçacıklar üzerindeki aglomerasyon mekanizmaları detaylıca incelenmiştir. Tezin ikinci bölümünde, farklı boyutlarda sentezlenen silika nanoparçacık içeren solüsyonların spreylenmesiyle oluşturulmuş cam yüzeylerin ışık geçirgenliği, su temas açısı ve kayma açısı incelenmiştir. Ayrıca silan mofiyeli silika nanoparçacıkların farklı miktarlarda spreylenmesiyle oluşturulmuş cam yüzeylerin ışık geçirgenlikleri, su değme açısı ve kayma açısı incelenmiştir. Tezin son bölümünde, PDMS/Si NPs tabanlı cam numuneler üretilmiştir. Spreylenen solüsyondaki silika nanoparçacık ağırlık yüzdesi ve solüsyondaki PDMS/Si NPs ağırlık oranları değiştirilerek üretilen cam yüzeylerin dayanımı, ışık geçirgenliği, su değme ve kayma açıları incelenmiştir. Çalışmalarımız, literatürde ilk defa herhangi bir silan modifikasyonu içermeyen ortalama 40 nm hidrodinamik çapa sahip Si NP'ların, seyreltik PDMS çözeltileriyle tek aşamalı olarak cam yüzeylere spreylendiğinde, %70 üzerinde ışık geçirgenliğine, 160° üstünde su değme açılarına ve farklı aşındırma testlerine karşı yüksek dayanım sağladığını göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Silika nanoparçacık (Si NP), Tek aşamalı syrep kaplama, Saydam ve yüksek dayanımlı süperhidrofobik cam yüzeyler, PDMS/Si NP cam yüzeyler
Korozyon önleyici uygulamalar için grafen oksit - epoksi baz astar nanokompozit kaplama geliştirme
Grafen oksitin (GO) kromat içermeyen epoksi baz astarın (EBP) korozyon önleme direncine olan etkisi araştırılmıştır. Nanokompozit kapmalar, ağırlıkça %0,25, %0,5, %0,75 ve %1 GO içerecek şekilde hazırlanmış ve kaplama kalınlığı 50 µm'yi geçmeyecek şekilde uygulanmıştır. GO kullanılmadan önce Taramalı Elektron Miktoskobu (SEM), Raman Spektroskobisi ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FTIR) kullanılarak karakterize edilmiştir. Optik tensiyometre ile ölçülen yüzey gerilim açıları, GO – EBP nanokompozitlerin, yalın EBP kaplamaya göre daha hidrofobik olduğunu göstermiştir. En yüksek yüzey gerilim açısı ağırlıkça %0,75 GO içeren nanokompozit kaplamada elde edilmiştir. Kaplamanın korozyon direncinin analiz edilebilmesi için Tuz Sisi Püskürtme testi gerçekleştirilmiştir. Kaplamanın termal davranışı Diferansiyel Taramalı Kalorimetre (DSC) ve Termogravimetrik Analiz (TGA) ile incelenmiştir.