2,847
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Archived Theses
Yenilikçi NFA-SiO2/C elektrot bileşenleri ile tam hücre lityum iyon pillerin geliştirilmesi
Bu doktora çalışmasında, yüksek enerji yoğunluğu ve uzun çevrim ömrü sunabilen yeni nesil lityum iyon pil elektrot malzemelerinin geliştirilmesi amacıyla nikel esaslı tabakalı katot yapıları ile SiO2 temelli anot malzemeleri tasarlanmış ve elektrokimyasal performansları sistematik olarak incelenmiştir. Katot tarafında üç farklı bileşimde LiNi0.8FexAlyO2 (NFA) malzemeleri sentezlenmiş; anot tarafında ise amorf SiO2 ve bunun karbon kabukla kaplanmış türevi olan SiO2/C malzemeleri geliştirilmiştir. Her iki elektrot sınıfı, çok yönlü yapısal ve morfolojik karakterizasyon yöntemleri ile incelenmiş ve ardından hem yarım hücre hem de tam hücre konfigürasyonlarında elektrokimyasal testlere tabi tutulmuştur. Çalışma kapsamında hem katot hem anot tarafında yapılan yenilikler, tam hücre performansına taşınarak literatürde sınırlı olarak ele alınmış özgün bir yaklaşım ortaya konulmuştur. Katot malzemeleri sol-jel yöntemi ile sentezlenmiş ve X-ışını kırınımı (XRD) analizleri sonucunda tüm numunelerin tabakalı R-3m yapıda olduğu, belirgin bir ikincil faz oluşmadığı tespit edilmiştir. Fe ve Al katkıları kafes parametrelerinde değişime yol açmış, özellikle Fe katkısının tabakalar arası mesafeyi artırarak Li⁺ difüzyon kinetiğini olumlu yönde etkilediği belirlenmiştir. SEM incelemeleri partiküllerin küresel ve homojen dağılıma sahip olduğunu, ancak Fe oranı arttıkça yüzey morfolojisinde düzensizliklerin oluştuğunu göstermiştir. TEM analizleri, tabakalı yapının korunduğunu ve kristalin düzenin Fe-Al katkıları ile stabilize edildiğini ortaya koymuştur. XPS sonuçları, Ni'nin farklı oksidasyon basamaklarında bulunduğunu, Fe ve Al katkısının yüzey oksidasyon dengesini sağladığını doğrulamıştır. Raman ve FTIR verileri, NFA1 numunesinde daha dar pik genişliği ve düzenli bağlanma karakteristikleri ile yapısal bütünlüğün daha yüksek olduğunu kanıtlamıştır. Elektrokimyasal performans açısından, üç katot arasında NFA1 numunesi öne çıkmış; 100 çevrim sonunda 148,34 mAh/g kapasite ve %83,22 kapasite korunumu ile en yüksek kararlılığı sergilemiştir. Fe oranının artışıyla çevrim ömrünün düştüğü gözlenmiş, bu da optimum Fe içeriğinin kritik önemini ortaya koymuştur. Co yerine Fe kullanımının hem çevresel ve ekonomik faydaları hem de yapısal stabiliteye katkısı bu çalışmada deneysel olarak doğrulanmıştır. Anot malzemeleri kapsamında, Stöber yöntemi ile sentezlenen SiO2 amorf yapıda ve küresel morfolojiye sahip elde edilmiştir. Karbon kaplama işlemi sonrasında elde edilen SiO2/C yapılarında, TEM ve XPS analizleri homojen karbon kabuğunu doğrulamış, Raman spektrumlarında grafitik D ve G bantları net olarak gözlenmiştir. FTIR analizleri, Si-O-Si bağlarının korunduğunu ve karbon kaplamanın yüzeye ek fonksiyonel gruplar kazandırdığını göstermiştir. Elektrokimyasal testler, saf SiO2'ye kıyasla SiO2/C'nin daha yüksek iletkenlik sunduğunu, hacim değişimlerini daha iyi tolere ettiğini ve kararlı bir SEI tabakası geliştirdiğini ortaya koymuştur. Böylece kapasite kaybı minimize edilmiş ve çevrim ömrü önemli ölçüde uzatılmıştır. xxii Tam hücre performansında, NFA1 katodu ile SiO2/C anodu birleştirilerek özgün bir hücre tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu tam hücre, başlangıçta 153,75 mAh/g kapasiteye ulaşmış, 100. çevrim sonunda ise 134,50 mAh/g kapasite ile %87,47 kapasite korunumu sağlamıştır. Ayrıca karşılaştırma yapmak için ticari NCA katodu ve SiO2/C anodu birleştirilerek tam hücre oluşturulmuştur. Oluşturulan tam hücre başlangıçta 158,41 mAh/g kapasiteye ulaşmış, 100. çevrim sonunda ise 129,68 mAh/g kapasite ile %77,84 kapasite korunumu sağlamıştır. Bu veriler ışığında nikelce zengin LiNiO2 türevi katotlarda demir ilavesi yapısal stabiliteyi ve redoks davranışını iyileştirerek kapasite performansını önemli ölçüde artırdığı tespit edilmiştir. Ayrıca NFA 1-SiO2/C ve NCA-SiO2/C tam hücrelerin C/10'den 2C'ye kadar artan akım hızlarında deşarj kapasiteleri karşılaştırılmıştır. Düşük akımda her iki hücre de yüksek deşarj kapasitesi vermiştir; ancak akım hızı arttıkça NCA hücresinde kapasite belirgin şekilde düşerken, demir katkılı NFA hücresi daha yüksek kapasite korumu sergilemiştir. NFA 1-SiO2/C tam hücre için çevrim öncesi ve 100 çevrim sonunda EIS testleri gerçekleştirilmiştir. Çevrim öncesi Rct değeri 93,50 ohm tespit edilirken çevrim sonrası bu değer 122,50 ohm olarak bulunmuştur. Elde edilen tüm veriler, NFA1-SiO2/C tam hücresinin literatürde nadir görülen, özgün bir kombinasyon olduğunu göstermekte ve özellikle elektrikli araçlar ile yüksek kapasiteli enerji depolama sistemleri için umut vadeden bir alternatif sunduğunu ortaya koymaktadır. Sonuç olarak, bu tez çalışmasıyla üç farklı NFA katodu arasında en iyi performansın NFA1 ile elde edildiği, Co yerine Fe ilavesinin yapısal ve elektrokimyasal performansı optimize ettiği, ayrıca SiO2'nin karbon kabuk ile kaplanmasının anot performansını belirgin şekilde iyileştirdiği deneysel olarak kanıtlanmıştır. Tüm bu bulgular, geliştirilmiş NFA 1-SiO2/C tam hücresinin hem akademik hem de endüstriyel açıdan yüksek potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Çalışma, yüksek enerji yoğunluğu, uzun ömür ve çevresel sürdürülebilirlik gibi temel parametrelerin birlikte sağlanabileceğini kanıtlayarak lityum iyon pil teknolojilerine özgün bir katkı sunmaktadır.
Siber güvenlik sistemleri için dinamik ve artımlı makine öğrenmesi yaklaşımları
katastrofik unutma) ve sınıf dengesizliği gibi temel zorlukların üstesinden gelmeyi amaçlayan iki özgün yaklaşım geliştirmektedir. Çalışmanın temel amacı, farklı öğrenme senaryolarında hem önceki bilgiyi koruyabilen hem de yeni sınıfları etkili şekilde öğrenebilen sürdürülebilir ve uyarlanabilir sistemler ortaya koymaktır. Bu kapsamda, biri EWC (Elastic Weight Consolidation) destekli ortak kodlayıcıdan oluşan bir derin öğrenme temelli mimari, diğeri ise çevrim içi öğrenmeye uygun Sınıf Artımlı Dinamik Çıktı Genişletme (CIL-DOE-Class-Incremental Learning with Dynamic Output Expansion) mekanizmasıyla donatılmış Hoeffding Tree modeli çözüm olarak önerilmektedir. Geliştirilen ilk model, ortak bir kodlayıcı (encoder) yapısı etrafında şekillendirilmekte ve bilgi koruma amacıyla EWC (Elastic Weight Consolidation) mekanizmasıyla desteklenen bir yapay sinir ağı mimarisi olarak tasarlanmaktadır. Söz konusu model, özellikle sınıf dengesizliği içeren artımlı öğrenme senaryolarında gözlemlenen performans düşüşlerinin önüne geçmeyi amaçlamaktadır. Çalışma kapsamında CICIoT2023 veri seti (Neto ve ark., 2023) kullanılarak, en sık ve en seyrek gözlemlenen sınıfların modelden çıkarıldığı çeşitli senaryolar test edilmektedir. Elde edilen ön bulgular, EWC mekanizmasının uygulanmadığı durumlarda makro ölçekte ciddi performans kayıplarının yaşandığını göstermektedir. Özellikle nadir sınıflarda F1 skorlarının %0 ila %9 arasında değiştiği gözlemlenmektedir. Buna karşın, EWC mekanizmasının uygulanmasıyla birlikte modelin geçmiş bilgilere ait parametrelerini koruyarak sınıf dengesizliğiyle daha etkili bir şekilde başa çıkabildiği görülmektedir. Makro F1 skorlarındaki %82'ye varan artışlar, EWC'nin hem genel başarıma hem de azınlık sınıfların öğrenilmesine anlamlı katkılar sunduğunu ortaya koymaktadır. Ayrıca, EWC'nin etkisiyle modelin zaman içindeki kararlılığının arttığı ve önceki görevlerde öğrenilen bilgilerin, yeni görevler öğrenilirken kaybolmasının büyük ölçüde engellendiği anlaşılmaktadır. Bu tez çalışması kapsamında geliştirilen ikinci yaklaşım, çevrim içi öğrenmeye uygun biçimde tasarlanmakta olup, sınıf çıktılarının veri akışı sırasında dinamik olarak genişletilmesini sağlayan CIL-DOE stratejisini temel almaktadır. Hoeffding Tree algoritması kullanılarak geliştirilen bu model, gerçek zamanlı sistemler için düşük gecikmeli, maliyet açısından verimli ve sürekli öğrenebilen bir yapı sunmaktadır. Gerçekleştirilen deneysel analizler, mikro ortalamalı metriklerde (doğruluk, micro-F1, micro-recall) modelin erken aşamalarda %80'in üzerine çıkarak hızlı bir yakınsama sağladığını, son aşamalarda ise bu metriklerin %95 düzeyine ulaştığını göstermektedir. Bu bulgular, modelin yeni sınıfları öğrenme süreci sırasında daha önce öğrenilen sınıflardaki performansını büyük ölçüde koruyabildiğini ortaya koymaktadır. Makro düzeyde ise, özellikle yeni sınıfların tanıtıldığı geçiş aşamalarında macro-F1 ve macro-recall metriklerinde geçici düşüşler gözlemlenmekte, ancak zamanla bu metriklerde düzenli bir iyileşme eğilimi ortaya çıkmaktadır. Bu durum, modelin nadir ve geç tanıtılan sınıflara yönelik genelleme kapasitesini zamanla geliştirebildiğini, ancak bu sürecin mikro metriklere kıyasla daha yavaş gerçekleşmekte olduğunu göstermektedir. Ayrıca, precision değerlerinin recall değerlerinin üzerinde seyretmesi, modelin tahmin sürecinde daha temkinli davrandığını ve özellikle azınlık sınıflarda yanlış pozitifleri önlemeye çalıştığını göstermektedir. Bu eğilim, sınıf dengesizliğinin etkisiyle modelin karar eşiğini daha sık gözlemlenen sınıflar lehine kaydırmakta olduğuna işaret etmektedir. Modelin güvenilirliği, Cohen's Kappa ve Matthews Korelasyon Katsayısı (MCC - Matthews Correlation Coefficient) gibi istatistiksel doğruluk ölçütleriyle değerlendirilmektedir. Bu metrikler, hem sınıf artımlı öğrenme senaryolarında hem de veri setinin doğal zaman akışıyla işlendiği deneysel kurulumlarda %95'in üzerinde istikrar sergilemekte olup, modelin yalnızca doğruluk açısından değil, aynı zamanda güvenilirlik bakımından da güçlü bir performans ortaya koyduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, bu tez kapsamında geliştirilen iki farklı yaklaşım, farklı öğrenme gereksinimlerine sahip sistemler için çözüm üretmeyi amaçlamaktadır. Derin öğrenme mimarisine entegre edilen EWC mekanizması, bilgi koruma ve azınlık sınıfların öğrenimi açısından etkili bir yapı sunmaktadır. Öte yandan, CIL-DOE temelli Hoeffding Tree modeli ise çevrim içi, sürekli ve hafif yapılı sistemler için uygun bir sınıf artımlı öğrenme stratejisi olarak öne çıkmaktadır. Her iki yaklaşım da sınıf dengesizliği, unutma ve yeni sınıflara adaptasyon gibi sınıf artımlı öğrenmenin temel zorluklarına karşı, yüksek genelleme kapasitesine sahip, esnek ve sürdürülebilir çözümler üretme potansiyeli taşımaktadır.
Akış tipi grup çizelgeleme problemleri için hibrit hiper sezgisel yöntem tasarımı
Günümüzde müşteri yapısındaki değişim üreticileri düşük maliyetli, yüksek kaliteli ürünleri ürün çeşitliliğini artırarak kısa sürede üretmeye zorlamaktadır. İmalat firmalarının rakipleri arasında hayatta kalabilmesi için imalat sistemlerini optimize etmesi ve kısa sürede yüksek ürün çeşitliliğinde ürün teslimatı yapabilmesi çok önemli hâle gelmiştir. Ürün çeşitliliğinin çok olması üretim sürecinde israf olarak nitelendirilen ürünler arası değişim sürelerinin (ayar zamanı) ve taşıma zamanlarının artmasına sebep olmakta ayrıca operasyon çizelgelemenin karmaşıklaşması gibi birçok zorluğu da beraberinde getirmektedir. Bu zorlukları aşmak için geliştirilen grup teknolojisi yaklaşımıyla ürünler (işler) şekil, malzeme, üretim süreci veya diğer özelliklerindeki benzerliklere göre gruplandırılır. Planlama faaliyetleri de işlerin münferit olarak ele alınmasından ziyade gruplandırılmış işler üzerinden yapılır. Böylece ürünler arası değişim süreleri en aza indirilirken süreçler arasındaki malzeme ve mal akışı da basitleştirilmiş olur. Bu sistemlerdeki planlama faaliyetleri iki seviyeden oluşur. İlk seviyede işlem görecek grupların belirlenmesi gerekir. İkinci olarak ise her grup içindeki işlerin işlem sırası belirlenir. Bu çalışmada, işlerin gruplandığı, her makinede önceki işlem gören gruba bağlı olarak ayar zamanının değiştiği ve işlerin makineler arasında beklemediği akış tipi çizelgeleme problemine dair bir yöntem önerilmiştir. Ele alınan problem çözüm uzayı büyük olan polinom zamanlı çözülemeyen yapıdadır. Literatürde yer alan çalışmalara bakıldığında bu çalışma akış tipi sıra bağımlı işlerin makineler arası beklemediği grup çizelgeleme problemi için yapay tavşan optimizasyonu algoritması uygulayan ve memetik algoritma tabanlı hiper sezgisel yöntem geliştiren ilk çalışmadır. Yapay tavşan algoritması tavşanların doğadaki davranışından esinlenilerek geliştirilen, parametre olarak sadece iterasyon ve popülasyon sayısı içermesi avantajına sahip oldukça yeni bir algoritmadır. Bu algoritma çalışmada başlangıç popülasyonu üretme aşamasında kullanılmıştır. Yapay tavşan algoritması ile bulunan çözümler memetik algoritma tabanlı hiper sezgisel için başlangıç popülasyonunu oluşturmaktadır. Ele alınan problem için geliştirilen memetik algoritma tabanlı hiper sezgisel yöntem ise birçok algoritma konfigürasyonunu temsil edebilen (bu uygulamada 4375 konfigürasyon), geri bildirim mekanizması ile başarılı olan konfigürasyonu ödüllendirme yeteneğine sahip adaptif yapıdadır. Literatürde hiper sezgisel yöntemler sezgisel seçen yöntemler olarak tanımlanmaktadır. Bu çalışmada algoritma operatörleri olan çaprazlama, mutasyon, tepe tırmanması operatörleri ve mutasyon oranı ile arama derinliği parametreleri seçim yapılacak alt seviye sezgisellerdir. Çaprazlama için yedi farklı operatör, mutasyon ve tepe tırmanması için ise 5'er farklı operatör uygulanmıştır. Bunlara ek olarak mutasyon ve tepe tırmanması parametreleri de 5'er farklı sayısal değer olarak uygulanmıştır. Her bir adımda bu alt seviye sezgiseller içinden seçim yapılır. Seçilen operatörler/parametreler uygulandığında eldeki sonuçtan daha iyi sonuç bulunursa seçilen operatörlerin/parametrelerin puanı arttırılır (ödüllendirilir). Böylece sonraki adımlarda iyi sonuç veren operatörlerin/parametrelerin seçilme sıklığı artırılmıştır. Yapay tavşan algoritması ile başlangıç çözüm elde edilen hiper sezgisel yöntem literatürdeki 270 test problemi kullanılarak test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar literatürdeki algoritmaların sonuçlarıyla kıyaslanmıştır. Problemde performans kriteri (amaç fonksiyonu) olarak toplam tamamlanma zamanı ele alınmıştır. Toplam tamamlanma zamanı kriteri ile işlerin son makineden ayrılma zamanları toplanarak en küçük değerin elde edilmesi amaçlanmaktadır. Bu değer algoritma performansını mevcut yöntemlerle kıyaslamada kullanılmıştır. Toplam tamamlanma zamanı eşit olan durumlarda ise sırasıyla deneylerden elde edilen ortalama ve standart sapma değerleri performans kriteri olarak kullanılmıştır. Geliştirilen yöntemin parametre optimizasyonu R tabanlı paket program olan irace algoritma konfigürasyon aracı ile yapılmıştır. Bu kapsamda popülasyon büyüklüğü, çaprazlama ve mutasyon oranı, arama derinliği, durdurma kriteri bu paket program ile belirlenen parametrelerdir. Bu parametrelere ek olarak başlangıç popülasyonunun rassal mı yoksa yapay tavşan algoritması ile mi üretilmesi gerektiği yine irace ile belirlenmiştir. Yöntem performansı literatürdeki 2, 3 ve 6 makine içeren 270 adet problem çözülerek test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar literatürde son yıllarda geliştirilen iki yöntemle (revize edilmiş çoklu başlangıçlı simüle edilmiş tavlama benzetimi yöntemi ve bu yöntemin yerel arama içeren versiyonu) bulunan sonuçlarla kıyaslanmıştır. Geliştirilen yöntem ve literatürdeki yöntemlerle elde edilen sonuçlar arasındaki farkın anlamlı olma durumu Wilcoxon eşleştirilmiş iki örnek testi ile analiz edilmiştir. Sonuç olarak geliştirilen hibrit hiper sezgisel yöntemle daha küçük toplam tamamlanma zamanı elde edildiği sonuçlar üzerinden gösterilmiştir. Ayrıca ele alınan problem için hiper sezgisel yapıda alternatifleriyle birlikte uygulanan operatörlerden (çaprazlama için 7, mutasyon ve tepe tırmanması için ise 5'er opsiyon) iyi sonuç verenler skorları görselleştirilerek sunulmuştur. Buna ek olarak etkin çalışan mutasyon ve arama derinliği parametreleri de yorumlanarak gelecek çalışmalar için yol gösterici sonuçlar paylaşılmıştır.
Fotovoltaik sistemlerde kısmi gölgelenme durumları için hibrit maksimum güç noktası izleyicisi tasarımı
Fotovoltaik (FV) sistemler, temiz ve sürdürülebilir enerji üretimi sağlaması nedeniyle yenilenebilir enerji kaynakları arasında büyük bir öneme sahiptir. Ancak bu sistemlerin performansı, çevresel koşullara bağlı olarak değişkenlik göstermekte ve özellikle kısmi gölgelenme durumlarında ciddi güç kayıpları yaşanmaktadır. Kısmi gölgelenme durumlarında, FV sistemlerin güç-gerilim (P-V) karakteristiklerinde birden fazla güç zirvesi oluşabilmekte, bu durum sistemin global maksimum güç noktasını (GMGN) takip edebilmesini zorlaştırmaktadır. Geleneksel MGNİ algoritmaları, kısmi gölgelenme koşullarında GMGN'yi belirlemede yetersiz kalmakta ve yerel maksimum güç noktalarında takılabilmektedir. Değiştir ve Gözle, Artımsal İletkenlik gibi geleneksel yöntemler, düşük maliyet ve kolay uygulama avantajına sahip olmakla birlikte, karmaşık gölgelenme koşullarında başarılı olamamaktadır. Bu yetersizliklerin giderilmesi için kısmi gölgelenme durumlarına özel olarak atlamalı metotlar geliştirilmiştir. Bu metotlar arasında 0.8Voc ve SSJ gibi yöntemler yer almaktadır. Atlamalı metotlar, geleneksel yöntemlerle birleştirilerek hibrit yapılar oluşturulmakta ve geleneksel metotların kısmi gölgelenmedeki dezavantajları giderilebilmektedir. Bu çalışmada da, literatürde bulunan geleneksel ve atlamalı yöntemlerin bazıları açıklanmış, kısmi gölgelenme koşullarında FV sistemlerin performansını artırmak için yeni bir hibrit MGNİ algoritması geliştirilmiştir. Önerilen hibrit MGNİ algoritması, üç temel bileşenden oluşmaktadır. İlk olarak, düzenli ışınım koşulları altında sistemin çalışmasını sağlayan Değiştir ve Gözle (D&G) metodu; ikinci olarak, ani güç değişimlerinin kısmi gölgelenmeden kaynaklanıp kaynaklanmadığını belirleyen Kısmi Gölgelenme Tespit Metodu (KGTM); son olarak ise kısmi gölgelenme tespit edildiğinde devreye giren yeni Global MGNİ algoritması yer almaktadır. Kullanılan Kısmi Gölgelenme Tespit Metoduna modifiye bir yapı eklenerek sistemin düşük gerilimlerde gereksiz tarama yapması önüne geçilmiş, güç kayıplarının azaltılması ve tarama süresinin iyileştirilmesi sağlanmıştır. Ayrıca, geliştirilen yeni Global MGNİ algoritmasının, kısmi gölgelenme durumlarında, özellikle uzun FV sistemlerde global maksimum güç noktasını (GMGN) daha hızlı ve etkili bir şekilde tespit etmesi amaçlanmıştır. Bu çalışmada önerilen Hibrit MGNİ algoritmasının uygulanacağı bir FV sistem tasarlanmıştır. Bu sistem FV dizi, DA-DA düşürücü yükseltici dönüştürücü, yük ve MGNİ algoritmasından oluşmaktadır. Benzetim çalışması MATLAB/SIMULINK programında gerçekleştirilmiştir. Önerilen hibrit MGNİ algoritmasının farklı atmosferik koşullarda (gölgelenme, ani ışınım) ve çeşitli kısmi gölgelenme senaryolarında gösterdiği performans simüle edilmiş, MGN takip yeteneği detaylı şekilde incelenmiştir. Simülasyon sonuçları, algoritmanın GMGN'yi doğru bir şekilde izlediğini ve kısmi gölgelenme durumlarında sistemin verimliliğini artırdığını göstermiştir. Özellikle, algoritmanın gereksiz taramaları önlemesi sayesinde izleme süresinde önemli ölçüde azalma sağlanmıştır. Önerilen algoritma, Artımsal İletkenlik ve Atlamalı Adaptif D&G algoritmalarıyla karşılaştırılmış ve izleme doğruluğu, hız ve verimlilik açısından üstünlük sağladığı tespit edilmiştir. Sonuç olarak, bu tez kapsamında geliştirilen hibrit MGNİ algoritması, kısmi gölgelenme koşullarında FV sistemlerin verimliliğini artırmak ve sistemin global maksimum güç noktasında çalışmasını hızlı bir şekilde sağlamak için yenilikçi ve etkili bir çözüm sunmaktadır.
Envanter tahsisinde arz ve talebin dengelenmesindeki farklı stratejilere yönelik stokastik model yaklaşımı
Rekabetçi pazarlarda fiyatlandırma stratejileri, kârlılık, pazar payı ve müşteri memnuniyeti üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu tez, belirsizlik altında fiyat optimizasyonunu ele almak için iki aşamalı stokastik bir model kullanarak matematiksel programlama çerçevesi geliştirmektedir. Model, talep dalgalanmalarını, maliyet değişimlerini ve dış pazar koşullarını içerecek şekilde tasarlanmış olup, dinamik fiyatlandırma senaryolarında sağlam bir karar verme aracı sunmaktadır. Teorik ve pratik unsurları birleştirerek, bu araştırma karmaşık ve belirsiz piyasa ortamlarında karar verme verimliliğini artırmayı hedeflemektedir. Bu araştırmanın temel amacı, stokastik talep modellemesi, esnek karar verme ve iki aşamalı yapı unsurlarını entegre eden bir matematiksel çerçeve oluşturarak doğrulamaktır. Stokastik talep modellemesi, talep dalgalanmalarını olasılıksal yöntemlerle yakalamayı amaçlarken, esnek karar verme süreci, belirsizlik altında uyarlanabilir stratejiler geliştirilmesine odaklanmaktadır. İki aşamalı yapı ise stratejik (uzun vadeli) kararların, taktiksel (kısa vadeli) ayarlamalardan ayrılmasını sağlayarak daha etkin bir fiyatlandırma süreci sunmaktadır. Bu araştırma, teorik fiyatlandırma modelleri ile pratik uygulamalar arasındaki boşluğu doldurarak, firmalara belirsiz piyasa dinamiklerinden kaynaklanan riskleri azaltırken kârlılığı artıran uygulanabilir stratejiler sunmaktadır. Yöntem olarak, gelişmiş stokastik programlama prensiplerinden yararlanılmış ve önerilen iki aşamalı stokastik model belirli adımlarla yapılandırılmıştır. Birinci aşamada, beklenen piyasa koşullarına dayalı olarak başlangıç fiyatlandırma stratejileri belirlenmiş, senaryo oluşturmak için geçmiş veriler ve uzman görüşleri dikkate alınmıştır. İkinci aşamada ise, talep değişimleri veya maliyet dalgalanmaları gibi belirsiz faktörler ortaya çıktıktan sonra fiyat kararları yeniden ayarlanmış, değişkenlik ve belirsizlikle başa çıkmak için senaryoya dayalı analizler kullanılmıştır. Modelin amaç fonksiyonu, risk ve operasyonel kısıtlamaları dengelerken beklenen geliri maksimize etmeye yöneliktir. Kısıtlamalar ise üretim sınırları, bütçe gereksinimleri ve müşteri tercihlerini dikkate alarak belirlenmiştir. Ayrıca, Monte Carlo simülasyonları ve geçmiş veri trendleri gibi olasılıksal modelleme teknikleri kullanılarak senaryo oluşturma süreci desteklenmiştir. Model, perakende sektöründen elde edilen gerçek verilerle doğrulanmış ve önemli bulgular ortaya koymuştur. Modelin uygulanması, statik fiyatlandırma stratejilerine kıyasla ortalama %12'lik bir gelir artışı sağlamış, özellikle düşük talep senaryolarında aşağı yönlü riskleri %20 oranında azaltarak risk yönetimine katkı sunmuştur. Ayrıca, senaryo analizi ve duyarlılık testleri sayesinde belirsizlik altında karar verme süreçleri daha etkin bir hâle gelmiştir. Bulgular, stokastik unsurların fiyatlandırma çerçevelerine dahil edilmesinin avantajlarını vurgulamakta olup, özellikle geleneksel yöntemlerin hızlı piyasa değişikliklerini hesaba katmada yetersiz kaldığı dalgalı sektörlerde bu yaklaşımın daha etkin olduğunu göstermektedir. Bu tez, operasyonel araştırma ve fiyatlandırma stratejileri alanına önemli katkılar sağlamaktadır. Fiyat optimizasyonu için özel olarak tasarlanmış ölçeklenebilir bir iki aşamalı stokastik model sunarak, akademik araştırmalar ile gerçek dünya uygulamaları arasındaki boşluğu doldurmaktadır. Aynı zamanda, firmalara kârlılığı artırırken riski yönetme konusunda stratejik içgörüler sunmakta ve çeşitli piyasa koşullarına uyarlanabilir esnek bir karar verme çerçevesi geliştirmektedir. Stokastik modellemenin fiyatlandırma kararlarına entegrasyonu birçok fayda sağlamaktadır. Firmalar, bu modeli doğrudan gerçek dünyadaki fiyatlandırma senaryolarına uygulayarak hem kısa hem de uzun vadeli sonuçlarını iyileştirebilir. Model, işletmelerin piyasa değişimlerine dinamik olarak yanıt vermelerini sağlayarak rekabet avantajı elde etmelerine yardımcı olur. Bunun yanı sıra, araştırma bulguları, piyasa istikrarını ve tüketici memnuniyetini teşvik eden çerçeveler geliştirmede politika yapıcılara rehberlik edebilir. Sonuç olarak, stokastik modelleme ile fiyatlandırma kararlarının entegrasyonu, belirsizlikle başa çıkmada güçlü bir araç sunmaktadır. Esnek ve uyarlanabilir stratejiler geliştirmeyi mümkün kılan model, dinamik piyasalardaki zorlukları etkili bir şekilde ele almaktadır. Bu araştırma, ileri düzey matematiksel programlama tekniklerinin iş dünyası karar verme süreçlerine dahil edilmesinin önemini vurgulamaktadır. Gelecekteki çalışmalar, bu çerçeveyi daha da geliştirmek amacıyla ek pazar faktörlerini, özellikle rakip hareketleri veya düzenleyici değişiklikleri, modelin içine dahil edebilir. Bunun yanı sıra, modelin uygulanabilirliği teknoloji ve üretim gibi diğer sektörlere genişletilebilir. Ayrıca, senaryo oluşturma ve gerçek zamanlı karar verme süreçlerine makine öğrenimi tekniklerinin entegrasyonu üzerine çalışmalar yapılabilir. Bu tez, belirsiz bir ortamda fiyatlandırma stratejilerini optimize etmeye çalışan firmalara önemli içgörüler sunmakta ve fiyat optimizasyonu alanında daha fazla araştırma ve pratik gelişmeler için bir temel oluşturmaktadır.
Yazdırılabilir akıllı enerji depolama sistemi için PVDF-HFP esaslı kompozit polimer elektrolitler
Günümüzde artan nüfus ve teknolojik gelişmeler, enerjiye olan talebin hızla yükselmesine neden olmaktadır. Bu ihtiyacın büyük bir bölümü hâlen fosil yakıtlar aracılığıyla karşılanmaktadır. Ancak bu kaynakların sınırlı rezervleri, çevresel zararları ve ekonomik yükleri sürdürülebilirlik açısından ciddi sorunlar doğurmaktadır. Bu nedenle, fosil yakıtlara alternatif olarak yenilenebilir enerji kaynaklarına yönelim artmıştır. Güneş, rüzgâr, jeotermal ve biyokütle gibi çevre dostu seçeneklerin geliştirilmesi, enerji altyapısının dönüşümünü desteklemektedir. Ancak bu sistemlerin doğaya bağımlı üretim profilleri, enerji arzının sürekliliği açısından bazı sınırlamalar ortaya koymaktadır. Bu nedenle, yenilenebilir enerjinin etkin kullanımında enerji depolama sistemleri kilit rol oynamaktadır. Enerji depolama teknolojileri arasında lityum iyon piller, yüksek enerji yoğunlukları, uzun çevrim ömürleri ve sistemlere kolay entegrasyonları sayesinde ön plana çıkmaktadır. Son yıllarda ise, esnek ve giyilebilir elektronik cihazların yaygınlaşmasıyla birlikte, mekanik esneklik, hafiflik ve şekil uyumluluğu gibi özelliklere sahip enerji depolama sistemlerine duyulan ihtiyaç artmıştır. Geleneksel üretim yöntemleri bu tür yapılar için yetersiz kalmakta, bu nedenle alternatif üretim teknolojileri araştırılmaktadır. Bu bağlamda yazdırılabilir pil sistemleri, üretim kolaylığı, düşük maliyet ve ölçeklenebilirlik gibi avantajlarıyla dikkat çekmektedir. Özellikle serigrafi baskı, esnek pil bileşenlerinin üretimi için en yaygın kullanılan yöntemlerden biri hâline gelmiştir. Serigrafi baskı sürecinde mürekkebin reolojik özellikleri kritik öneme sahiptir. Ancak sıvı elektrolitlerin düşük viskoziteleri ve uçuculukları, bu yönteme uygun olmamalarına neden olmaktadır. Bu nedenle serigrafiyle uyumlu alternatif çözümler gerekmektedir. Bu noktada polimer elektrolitler, hem güvenli yapıları hem de baskıya uygun reolojik özellikleriyle öne çıkmaktadır. Özellikle PVDF-HFP kopolimeri, yüksek dielektrik sabiti, mekanik dayanımı ve iyon taşıma kapasitesi ile dikkat çekmektedir. Bununla birlikte, bu yapının kristalin doğası iyon hareketliliğini sınırlandırabilmektedir. Bu sınırlamaları aşmak adına, polimer matrislere inorganik nano katkıların dahil edilmesi, son yıllarda sıklıkla başvurulan bir yaklaşımdır. Özellikle iki boyutlu malzemeler olan MXene'ler, elektrokimyasal performansı iyileştirmedeki potansiyelleriyle dikkat çekmektedir. Ancak bu malzemelerin polimer elektrolit sistemlerinde kullanımına dair çalışmalar henüz sınırlıdır. Bu tez çalışması kapsamında, PVDF-HFP esaslı bir polimer matrise Ti₃C₂Tx-MXene katkısı yapılarak, yüksek iyonik iletkenlik, elektrokimyasal kararlılık ve baskı teknolojileriyle uyumluluk gibi çok yönlü performans kriterlerini sağlayan kompozit bir elektrolit sistemi geliştirilmesi hedeflenmiştir. Çalışmalar, farklı oranlarda (ağırlıkça %5, %10, %15, %20 ve %25) MXene katkılarıyla yürütülmüş ve katkı oranının elektrolit performansı üzerindeki etkisi sistematik olarak incelenmiştir. Elde edilen bulgular, MXene miktarının sadece varlığıyla değil, aynı zamanda miktarının hassas biçimde kontrol edilmesiyle performansın doğrudan ilişkili olduğunu ortaya koymaktadır. Bu doğrultuda yürütülen fiziksel, reolojik ve elektrokimyasal karakterizasyon çalışmaları sonucunda, optimum performansı sağlayan katkı oranı belirlenmiştir. Bu katkı oranı, yüksek iyonik iletkenlik değerleriyle birlikte geniş bir elektrokimyasal pencere sağlamıştır. Ayrıca NMC811 katotu ile yarım hücre düzeneğinde test edilmiş; 100 çevrim sonunda kapasiteyi yüksek oranda koruyarak dikkat çekici elektrokimyasal stabilite sunmuştur. Reolojik analizler de bu elektrolitin viskozite ve akış özelliklerinin baskı sürecine uyumlu olduğunu doğrulamıştır. Elde edilen bu bulgular, geliştirilen yapının hem serigrafi ile üretilebilirliğini hem de enerji depolama uygulamaları açısından pratik potansiyelini ortaya koymaktadır.
Lityum-sülfür piller için mxene katkılı sülfür katotların geliştirilmesi
Lityum enerji depolama teknolojileri, yüksek enerji yoğunlukları, düşük toksisiteleri, uygun maliyetleri ve bileşenlerinin doğada bol miktarda bulunabilirliği gibi avantajları sayesinde, günümüzün giderek artan enerji talebine karşı etkili ve sürdürülebilir çözümler sunmak amacıyla geliştirilmiştir. Bu bağlamda, lityum-sülfür (Li–S) bataryalar, teorik enerji yoğunluklarının son derece yüksek olması ve sülfürün doğada yaygın olarak bulunabilmesi nedeniyle yeni nesil enerji depolama sistemleri arasında dikkat çekici bir potansiyel sergilemektedir. Ancak, Li–S bataryaların pratik kullanımı çeşitli yapısal ve elektrokimyasal sınırlamalar nedeniyle önemli ölçüde kısıtlanmaktadır. Sülfürün yalıtkan doğası, şarj–deşarj çevrimleri sırasında oluşan çözünür lityum polisülfitlerin elektrolit içerisinde dağılmasıyla ortaya çıkan ve "mekik etkisi" olarak bilinen mekanizma, aktif maddenin kaybına ve batarya performansında ciddi düşüşlere yol açmaktadır. Buna ek olarak, çevrim ömrü boyunca kapasite kayıplarının hızla gerçekleşmesi, sistemin çevrim kararlılığını olumsuz yönde etkilemektedir. Bu temel sorunların üstesinden gelebilmek adına çeşitli katkı malzemeleri ve konak yapılar üzerine yoğun araştırmalar yürütülmektedir. Ancak, tüm bu çabalara rağmen Li–S bataryaların performansını sınırlayan problemler henüz tam anlamıyla çözülebilmiş değildir. Son yıllarda, geçiş metali karbür ve nitrürlerinden oluşan, iki boyutlu (2D) yapıya sahip MXene ailesi, sahip olduğu olağanüstü özellikler sayesinde Li–S bataryalar için umut vadeden katkı malzemeleri arasında öne çıkmaktadır. MXene'ler, yüksek elektriksel iletkenlik, geniş özgül yüzey alanı, hidrofilik yüzey özellikleri ve yüzey fonksiyonel gruplarındaki çeşitlilik gibi avantajlarıyla, sülfür katotların elektrokimyasal performansını artırmak amacıyla ideal bir yapı sunmaktadır. Özellikle, MXene yüzeyindeki fonksiyonel gruplar, lityum polisülfitlerle güçlü fiziksel ve kimyasal etkileşimler oluşturarak mekik etkisinin baskılanmasında kritik rol oynamaktadır. Bu sayede, aktif maddenin anoda doğru taşınması engellenmekte, kapasite kayıpları azaltılmakta ve çevrim ömrü boyunca kararlılık önemli ölçüde artırılmaktadır. Bu nedenlerle MXene yapılı malzemeler, günümüzde Li–S bataryalar için ileri düzey katot konakları ve ara tabaka malzemeleri olarak literatürde geniş bir araştırma alanı bulmaktadır. Bu tez kapsamında, yüksek iletkenliğe sahip bir MXene türevi olan Ti₃C₂Tx ile sülfür kompozit hale getirilerek katot malzemesi geliştirilmiştir. Islak kimyasal yöntemle sentezlenen bu kompozitin morfolojik ve yapısal özellikleri taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışınları kırınım analiziyle (XRD) karakterize edilmiştir. Elektrokimyasal performans değerlendirmeleri CR2032 tipi düğme hücrelerde gerçekleştirilmiş; 0.1C akım yoğunluğunda, Ti₃C₂Tx/S (MXene/S) kompozit katot 1030 mAh/g seviyesinde ilk deşarj kapasitesi sunarken, katkısız sülfür katot 745 mAh/g kapasite göstermiştir. 100 çevrim sonunda ise kompozit katot, kapasitesinin %70'ini koruyarak dikkat çekici bir çevrim kararlılığı sergilemiştir. Elde edilen veriler, MXene katkılı sülfür katotların, mekik etkisini azaltarak ve iletkenliği artırarak Li-S batarya sistemlerinin elektrokimyasal performansını önemli ölçüde iyileştirdiğini ortaya koymaktadır. Bu bağlamda, geliştirilen MXene/S kompozitleri, yüksek enerji yoğunluğu ve uzun çevrim ömrü gerektiren uygulamalar için potansiyel katot malzemesi olarak öne çıkmaktadır.
Yazdırılabilir piller için açık atmosferde kararlı polietilen oksit esaslı polimer elektrolitlerin geliştirilmesi
Çok sayıda nesne "Nesnelerin İnterneti (IoT)" aracılığıyla kablosuz olarak birbirine bağlanacağından, giyilebilir uygulamalar, biyo-implante edilebilir cihazlar gibi yeni ortaya çıkan minyatürleştirilmiş ve özelleştirilmiş elektronikler büyük ilgi görmüştür. Bağlantısız taşınabilir elektronik cihazların artan taleplerini karşılamak için, en umut verici güç kaynaklarından biri olan şarj edilebilir Li-ion pillerin (LIB'ler), yüksek enerji yoğunluğunu ve uzun çevrim ömrünü korurken ölçeklenebilir, hafif ve sınırsız form faktörleriyle minyatürleştirilmesi beklenmektedir. Dahası, LIB'lerin yüksek derecede tasarım özgürlüğüne sahip olması ve keyfi olarak şekillendirilmiş hedef uygulamalara doğrudan entegre edilebilmesi avantajlı olacaktır. Bu talepleri gerçekleştirmek için serigrafi, sprey kaplama, mürekkep püskürtmeli baskı, transfer baskı, 3D baskı ve 4D baskı gibi çeşitli yazdırılabilir teknolojiler iyi bir şekilde geliştirilmiştir. Bu teknikler, özellikle elektrot ve elektrolit bileşenlerinin istenen geometrilerde, ince film formunda ve çok katmanlı yapılar halinde üretimini mümkün kılarak, esnek ve kompakt pil sistemlerinin üretiminde kritik bir rol oynamaktadır. Yazdırılabilir mikro ölçekli enerji depolama cihazlarının esnekliği ve yüksek alan yüklemesi göz önüne alındığında, serigrafi baskı, çeşitli alt tabakalara esnek bir şekilde baskı yapabilir. Sprey kaplama ve 3D baskıya kıyasla düşük maliyetli tekrarlanan baskı işlemi ile yüksek alan yüklemesini iyileştirebilir. Buna ek olarak, geniş yelpazede yazdırılabilir bağlayıcıların ve çözücülerin keşfedilmesiyle, serigrafi baskı, mürekkep püskürtmeli baskı ve transfer baskıya kıyasla artan bir hassasiyet de gerçekleştirebilir. Bu özellikler, mikroelektroniklerin ölçeklenebilir üretimi için serigrafi baskıyı umut verici bir teknoloji hâline getirmektedir. Ayrıca, eko sürdürülebilir serigrafi baskı teknolojisi, çevreye duyarlı çözücüler ve doğada kolayca bozunabilen bağlayıcılarla formüle edilen "yeşil mürekkep" konseptiyle uyumlu bir yaklaşım sunar. Yeşil mürekkep terimi, toksik olmayan, biyobozunur veya çevreye zarar vermeyen içeriklerden oluşan mürekkep sistemlerini ifade etmektedir. Bu nedenle, sulu serigrafi mürekkebi giyilebilir mikroelektroniklerin büyük ölçekli üretimi için daha uygundur. Yazdırma tekniklerinin pil teknolojilerinde uygulanabilir hâle gelebilmesi için yalnızca elektrotların değil, aynı zamanda elektrolit, akım toplayıcı ve separatör gibi diğer tüm bileşenlerin de bu yöntemle üretime uygun şekilde tasarlanması gerekmektedir. Her bir bileşenin, yazdırma sürecine kimyasal, reolojik ve morfolojik açıdan uyum göstermesi, bütünsel bir sistem performansı açısından kritik öneme sahiptir. Bu nedenle, bu teknolojinin başarılı olabilmesi için pilin tüm bileşenlerinin dikkate alınması ve geliştirilmesi gerekmektedir. Bunların arasında en önemlisi elektrolitlerdir. Elektrolit, lityum-iyon piller için temel bileşenlerden biridir ve iyonik taşıma sorumluluğunu taşır. Pillerin spesifik kapasitesi, döngü performansı, çalışma sıcaklığı aralığı ve güvenlik sorunlarının tümü seçilen elektrolitten önemli ölçüde etkilenir. Armand, 1970 yılındaki ilk yayınında LIB'lerin enerji yoğunluğunu ve verimliliğini artırmak için polimer elektrolitlerin kullanılmasını önermiştir. Polimer elektrolitler boyut esnekliği, şeffaflık, hafiflik, üretim kolaylığı, esneklik ve elektrot ile elektrolit arasında verimli temas kurma yeteneği gibi ayırt edici niteliklere sahiptir. Polimer esaslı elektrolitler (PE'ler), sıvı elektrolitlere karşılaştırıldığında patlama ve yangın olayları gibi güvenlik sorunlarından da nispeten uzaktır. En önemlisi, serigrafi prosesine kolaylıkla uygulanabilecek iyi işlenebilirliğe ve esnekliğe sahiptir. Uygun ana polimer, inorganik tuz ve iyonik sıvının seçimi, yazdırılabilir sistemlerde iyi jel polimer elektrolitlerin hazırlanması için çok önemlidir. Bugüne kadar, poli(etilen oksit) (PEO), poli(akrilonitril) (PAN), poli(metil metakrilat) (PMMA), poli(vinil alkol) (PVA) ve kopolimer poli(viniliden florür-heksafloro propilen) (PVDF-HFP) gibi çeşitli inorganik tuzlarla kompleks haline getirilmiş ve çeşitli iyonik sıvılarla katkılanmış farklı ana polimerler jel polimer elektrolitler haline gelmiş ve ayrıntılı özellikleri incelenmiştir. Poli(etilen) oksit (PEO) esaslı polimer elektrolitler yaygın olarak çalışılmıştır, çünkü PEO'nun yüksek dielektrik sabiti (ε: 10-15), lityum tuzları ile kolayca koordinasyon kompleksi oluşturabilir. Bununla birlikte, eter oksijenin lityum ile koordine edilmiş yeteneği, hızlı Li-ion hareketi elde etmek için çok güçlüdür. PEO, düşük kafes enerjisine, düşük cam geçiş sıcaklığına, alkali metal tuzları için yüksek çözme gücüne ve esnek tip film oluşturma kolaylığına sahiptir. Fakat PEO'nun yarı kristal yapısı, oda sıcaklığında PEO bazlı elektrolitlerin düşük iyonik iletkenliğine yol açar. Ayrıca, Li+ katyonların anyonlardan daha az hareketliliği nedeniyle, PEO bazlı elektrolitler genellikle düşük bir Li-ion aktarım sayısı (TLi+) gösterir, bu da şarj konsantrasyonu modeline göre güçlü elektrik alanına ve düzensiz lityum elektrodepozisyonuna neden olur, bu da düzgün olmayan lityum dendrit büyümesine ve hatta pillerin kısa devresine yol açar. PEO bazlı elektrolitlerin bu problemlerini ele almak için, çapraz bağlama ajanları ve fonksiyonel dolgu maddeleri gibi birçok girişimde bulunulmuştur. Glimlerin (çeşitli uzunluklarda) çoklu eter benzeri oksijen atomları aracılığıyla metal iyonları ile kompleks oluşturdukları iyi bilinmektedir. Tetraglim (TEGDME) lityum metal elektrot ile uyumluluk ve tehlikeli dendrit büyümesinin bastırılması açısından mükemmel özellikler sergilerler. TEGDME, oligomerler oluşturmak veya bitişik PEO zincirlerine bağlanmak için hidrojen soyutlamasına ve ardından radikaller arası reaksiyonlara maruz kalabilen metilen gruplarına sahiptir. Bir PE'deki iyonik iletkenlik her zaman stokiyometri hesaplaması kullanılarak hesaplanan polimer ve tuz konsantrasyonuna bağlıdır. Tuzların sahip olması gereken özellikler ise; düşük kafes enerjisi ve yüksek iyonik iletkenlik, yüksek hareketlilik ve geniş voltaj kararlılığı penceresi, daha düşük katyon yarıçapı ve büyük anyon yarıçapı, yüksek termal ve kimyasal kararlılık, fazla lityum aktarım sayısı, hücre bileşenlerine karşı inertliktir. LiTFSI, elektrokimyasal stabiliteyi artıran hacimli yapısı nedeniyle doping tuzu olarak seçilmiştir. Düşük dielektrik çözücülerde iyi ayrışır, elektrotlara karşı korozif değildir ve 360 °C'lik bir bozunma sıcaklığı ile mükemmel bir termal stabiliteye sahiptir. TFSI anyonu da önemli ölçüde delokalize elektronlara sahiptir. PEO esaslı jel polimer elektrolit sistemlerinin performansı yalnızca polimerin yapısal özellikleriyle değil, aynı zamanda kullanılan çözücü sistemlerinin uçuculuğu, polaritesi, dielektrik sabiti ve elektrot ara yüzeyiyle etkileşimi gibi faktörlerle de doğrudan ilişkilidir. Bu nedenle, çalışmada çözücü sisteminde özellikle karşılaştırmalı olarak değerlendirilen 1,3-dioksolan (DIOX), asetonitril (ACN) katkılarının iyonik iletkenlik, elektrokimyasal kararlılık ve film oluşturma özelliklerine etkisi bu doğrultuda değerlendirilmiş, ek katkı bileşeni olarak ise süksinonitril (SN) detaylı olarak araştırılmıştır. DIOX, düşük buhar basıncı ve PEO ile yüksek çözünürlük uyumu sayesinde, özellikle açık atmosferde yapılan döküm işlemlerinde kararlı film oluşumunu destekleyen etkili bir çözücü olarak öne çıkmaktadır. Orta düzeyde dielektrik sabiti, çözücü–polimer tuz üçlü etkileşiminde dengeli bir ortam sağlamaktadır. DIOX'un kontrollü buharlaşma hızı, serigrafi baskı sırasında mürekkebin eşit yayılmasını kolaylaştırmakta, ani kuruma nedeniyle oluşabilecek elek tıkanmasını azaltmakta ve homojen katman oluşumunu desteklemektedir. Buna karşılık, ACN, düşük viskozitesi ve yüksek polaritesi nedeniyle tuz çözünürlüğünü artırabilme kabiliyetine sahiptir. Ancak düşük kaynama noktası (~82 °C) ve yüksek buharlaşma hızı nedeniyle açık atmosfer koşullarında çözücü olarak kullanıldığında film sürekliliğini olumsuz etkilemekte ve baskı sırasında mürekkep sisteminin stabilitesini bozmaktadır. Ayrıca ACN'nin elektrot yüzeyleriyle kuvvetli etkileşimleri, uzun çevrimlerde elektrokimyasal kararlılığı sınırlayabilir ve yüksek voltaj altında ayrışmaya yatkınlık oluşturabilir. Bu nedenlerle ACN çözücüsü, özellikle serigrafi baskı süreçleriyle entegrasyon açısından dezavantajlı bulunmuştur. Süksinonitril (SN) bu çalışmada çözücü değil, iyonik ortamın desteklenmesi ve Li⁺ iyonlarının taşınımının artırılması amacıyla bir katkı maddesi olarak değerlendirilmiştir. Yüksek dielektrik sabiti (ε > 50) sayesinde, özellikle LiTFSI gibi lityum tuzlarının iyonik ayrışmasını destekleyerek toplam iyonik iletkenliğe olumlu katkı sağlamaktadır. Düşük viskozitesi, segmental zincir hareketliliğini artırıcı yönde etkide bulunabilirken, iyonların polimer matrisinde daha serbest hareket etmesine olanak tanır. Bununla birlikte, SN'nin yaklaşık 57–60 °C arasında eriyen katı kristal yapıda olması, belirli sıcaklık ve konsantrasyon aralıklarında "plastic crystal" (plastik kristal) faz davranışı göstermesine neden olabilir. Bu özellik, polimer sistem içerisinde mikroskobik kristal kümeler veya faz ayrımları oluşturma potansiyeli taşıyabilir. Böyle bir davranış, özellikle yüksek C-rate altında veya uzun çevrim koşullarında, elektrolit–elektrot arayüzünde yapısal bozulmalara, kapasite düşüşüne veya iyon taşınımı sürekliliğinin azalmasına neden olabilir. Bu nedenle SN, başlangıç performansına katkı sağlayan önemli bir iyonik ortam düzenleyicisi olmakla birlikte, kristalleşme eğilimi ve polar karakteri göz önüne alınarak, sistem kararlılığı açısından dikkatle optimize edilmesi gereken bir bileşen olarak değerlendirilmektedir. Sonuç olarak bu tez çalışması, geliştirilmiş çözücü/plastikleştirici sistemlerinin, yalnızca iyonik performans üzerinde değil, aynı zamanda yazdırılabilirlik, kuruma davranışı, atmosfer kararlılığı ve hücre stabilitesi gibi çok boyutlu performans kriterleri üzerinde belirleyici rol oynadığını ortaya koymaktadır. PEO-STD formülasyonu, teknik özellikleri ve üretim süreci uyumluluğu ile esnek, çevre dostu ve baskıya uygun pil teknolojileri için güçlü bir aday olarak değerlendirilmektedir. Bu yönleriyle, gelecekteki giyilebilir enerji sistemleri ve yazdırılabilir mikroelektronik uygulamaları için önemli bir potansiyel taşımaktadır.
Askeri araçlarda kullanılan double wishbone ve trailing arm tipi süspansiyon sistemlerinin tasarımı ve dinamik analizi
Askeri araçlarda yaygın olarak kullanılan Double Wishbone ve Trailing Arm tipi süspansiyon sistemlerinin karşılaştırmalı bir analizini bu çalışma ile sunulmaktadır. MATLAB Simulink kullanılarak oluşturulan matematik modellerin davranışı incelenmiş, PTC Creo yazılımı kullanılarak 3 boyutlu olarak modellenen geometriler üzerine belirlenen şartlarda kuvvetler etki ettirilerek sistem ve parça davranışları üzerine analizler ANSYS Workbench yazılımı ile gerçekleştirilmiştir. Her iki sistemin statik ve dinamik kuvvetler altına ve mukavemet davranışları incelenmiştir. Karşılaştırmanın adil olmasını sağlamak adına, her iki sistem için aynı amortisör katsayıları ve araç parametreleri kullanılmıştır. Double Wishbone süspansiyon sistemi, tekerleklerin yanal stabilitesini ve yol tutuş performansına olumlu etki eden bir tasarım olduğu ve özellikle yüksek hızlarda ve düzgün profilli yollarda üstün performans gösterdiği bilinmektedir. Ancak karmaşık tasarımı ve yüksek maliyetli bakım gereksinimi önemli bir dezavantaj yaratmaktadır. Trailing Arm süspansiyon sistemiyse konsept olarak daha basit geometriye sahip olup, özellikle zorlu arazi koşullarında çalışan ağır iş araçlarında etkili bir titreşim izolasyonu sağladığı için tercih edilmektedir. Geometrisi gereği arazi koşullarında yol profilini takip ederken izlediği eliptik bir hareket formu sayesinde, tekerleklerin zeminle temasını optimize eder ve stabiliteyi artırır. Analiz sonuçlarına göre, Trailing Arm sistemi için hazırlanan konsept tasarım, Double Wishbone sistemi için hazırlanan konsept tasarıma kıyasla daha fazla gerilmeye maruz kalmıştır. Ancak ağırlık bakımından tasarımların birbirine yakın olduğu belirlenmiştir. Sonuç olarak, her iki sistemin de kullanım alanına uygun avantajları ve dezavantajları bulunmaktadır. MATLAB Simulink kullanılarak ulaşılan sonuçlar incelenmiştir. Simülasyon sonuçları grafik ile gösterilmiş, belirli bir step değeri için m_c ve m_s için değerleri incelediğimizde m_s değerlerinin birbirine yakın olduğunu ancak m_c değerleri arasında görece yüksek bir fark olduğu görülmektedir. Bu sonuç bir engel üzerinden geçme esnasında araç gövdesine iletilen titreşimin görece daha az olacağına işaret etmektedir. Uygulanan kuvvetler ve elemanlar ve bağlantılar üzerinde bu kuvvetlere karşı gelen gerilmeler incelenmiştir. Sonuçları tablo haline getirerek değerlendirdiğimizde aynı amortisör elemanı ile oluşturulan iki sistemden Trailing Arm tipi sisteme daha fazla yay tepki kuvveti geldiğini ve dolayısıyla kol üzerinde noktasal olarak daha fazla gerilme yığılması oluştuğu görülmektedir. Çalışma, süspansiyon sistemlerinin yük altındaki mukavemet değerlerini değerlendirerek, askeri araçların zorlu operasyonel gereksinimlerine uygun sistem seçimi için yol gösterici olmayı amaçlamaktadır.
Uzay araçlarında kullanılan malzemelerde temas basıncının ısıl dirence etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Son yıllarda uzay teknolojilerinde yaşanan bilimsel ve ticari gelişmeler, bu alanı yalnızca mühendislik değil; aynı zamanda malzeme bilimi, termodinamik ve sistem tasarımı gibi birçok disiplini kapsayan çok yönlü bir araştırma sahası haline getirmiştir. Bu süreçte özellikle dikkat çekilen konulardan birisi, uzay araçlarında kullanılan malzemelerin, maruz kaldıkları zorlu çevresel koşullar altında gösterdikleri termal performanstır. Zira uzay ortamı; aşırı sıcaklık değişimleri, radyasyon, mikrometeorit etkileri, vakum ve yerçekimsiz ortam gibi Dünya koşullarından tamamen farklı özellikler taşıdığı için, klasik mühendislik malzemeleri üzerinde yeni analiz ve optimizasyon çalışmalarını gerekli kılmaktadır. Bu çalışmadaki temel amaç, uzayda kullanılan bazı yapısal ve fonksiyonel malzemelerin, belirli temas basıncı değerleri altında sergiledikleri termal direnç davranışlarını sayısal olarak incelenmesidir. Özellikle yüzey temaslarının, ısı iletimine ne ölçüde etki ettiğini görmek adına, çeşitli malzeme kombinasyonları üzerinde detaylı bir modelleme gerçekleştirildi. Uzay araçlarının dış yüzeyi, aynı anda hem güneş ışınlarına hem de gölgeye maruz kalabildiğinden, bu durum ciddi sıcaklık farklarına ve dolayısıyla malzeme içi termal gerilmelere neden olmaktadır. Isı taşınımının bulunmadığı bu ortamda, ısı iletimi yalnızca iletim ve ışınım yoluyla gerçekleştiği için, malzemeler arası temas yüzeylerinin özellikleri kritik bir rol oynamaktadır. Bu kapsamda, analizlere dahil edilen alüminyum alaşımları, karbon fiber takviyeli kompozitler ve seramik matrisli malzemeler, uzay endüstrisinde yaygın olarak kullanılan örnekler arasından seçilmiştir. Her bir malzemenin ısıl iletkenlik katsayısı, özgül ısısı, yüzey pürüzlülüğü ve temas karakteristikleri göz önünde bulundurularak; çeşitli temas basıncı aralıklarında ısı transfer davranışlarını inceleyen bir model geliştirdi. Yapılan hesaplamalarda, artan temas basıncının yüzeyler arasındaki efektif temas alanını artırarak, termal temas direncini düşürdüğü net şekilde görülmüştür. Bu etki, özellikle yüzey yapısı daha düzensiz olan seramik malzemelerde daha belirgin şekilde ortaya çıkmıştır. Elde edilen sonuçlar, yalnızca pasif ısı transfer mekanizmaları açısından değil; aynı zamanda aktif soğutma ve termal kontrol sistemlerinin genel verimliliği açısından da önemli çıkarımlar sunmaktadır. Uzay aracının yapısal birleşim noktalarında ya da çok katmanlı koruma sistemlerinde malzeme katmanları arasındaki kontak kalitesi, sistemin toplam termal iletkenliği üzerinde doğrudan etkilidir. Bu nedenle, uygun temas basınçlarının belirlenmesi ve malzeme çiftlerinin verimli şekilde eşleştirilmesi, genel sistem performansının artırılması açısından önem taşımaktadır. Analitik modellemelerimi fourier ısı iletim denklemleri temelinde geliştirerek CMY modeline göre kurgulanmıştır. Çeşitli temas basınçları altında gerçekleştirdiğim simülasyonlar, 0.1 MPa ile 10 MPa arasında artan basıncın, termal direnci logaritmik olarak azalttığını gösterdi. Bu düşüş, malzemelerin yüzey pürüzlülüğü, mikroskobik deformasyon kabiliyeti ve ısıl iletkenlikleri ile karmaşık bir şekilde ilişkilidir. Alüminyum gibi yüksek iletkenliğe sahip malzemeler daha düşük basınçla etkin ısı transferi sağlarken, seramik türü malzemelerin daha yüksek basınca ihtiyaç duyduğu anlaşılmıştır. Bu çalışmada, gelecekteki uzay görevlerinde kullanılacak malzemelerin tasarımı ve entegrasyonu açısından dikkat edilmesi gereken pek çok unsuru ortaya koymaktadır. Özellikle nano kaplama uygulamaları, mikro yüzey modifikasyonları ve aktif termal yönlendirme sistemleri gibi gelişen teknolojiler, temas basıncı ile ısıl direnç arasındaki ilişkinin daha kontrollü hale getirilmesini sağlayabilir. İlerleyen çalışmalarda, bu tür yüzey teknolojilerinin temas alanlarını nasıl etkilediği ve bu etkinin ısı transferine olan katkısı üzerine odaklanmayı planlanmaktadır. Ayrıca, bu çalışmanın yalnızca temas direnci ile sınırlı kalmaması gerektiği de açıktır. Termal döngüler, yüzey oksidasyonu, mikroskobik deformasyonlar gibi uzun süreli uzay görevlerinde ortaya çıkan ikincil etkiler, malzeme ömrü ve sistem güvenliği açısından göz ardı edilmemelidir. Bu nedenle, gelecekteki araştırmalarda atmosfer basıncının etkisi, ara yüzey malzeme çeşitliliği ve hibrit malzeme sistemlerinin performansları da detaylı şekilde ele alınmalıdır. Sonuç olarak, bu tez kapsamında yaptığım çalışmada; uzay uygulamalarında termal direncin yalnızca malzeme özelliklerine değil, aynı zamanda temas koşullarına da bağlı olduğunu ortaya koymaktadır. Bu analizlerin hem akademik literatüre katkı sağlayacağını hem de mühendislik uygulamalarında malzeme seçiminde yol gösterici olacaktır.