Mikro ve Nanoteknoloji Anabilim Dalı (disiplinlerarası)
TOBB Economics and Technology University143
Archived Theses
0
DOIs Assigned
0%
DOI Rate
Discipline
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.
Mühendislik ürünü nanoparçacıkların sayı, miktar ve yapısal özelliklerinin sucul ekotoksikoloji yönünden incelenmesi
Seryum oksit nanoparçacıklarının (nano-CeO2) kozmetikten gıda endüstrisine kadar birçok alanda yaygın olarak kullanılmasıyla birlikte doğaya salınımı artmıştır. Bu nedenle, Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma Örgütü'nün (OECD) mühendislik nanomalzemeler (MNM) için hazırlanan öncelik listesine nano-CeO2 dahil edilmiştir. Bu tez çalışması kapsamında, iki tatlı su canlısı; tatarcık sineği (Chironomus riparius) ve tatlı su midyesi (Unio crassus) üzerindeki nano-CeO2'nin toksik etkileri araştırılmıştır. Chironomus riparius larva çalışması için doğal şartlara uygun 2,5, 25, 250, 2.500 mg CeO2 NP/kg sediment konsantrasyon aralığı ve Unio crassus çalışması için 10 mg, 25 mg ve 50 mg CeO2 NP/L su konsantrasyon aralığı seçilmiştir. İlk olarak, nano-CeO2'nin kimyasal ve yapısal özellikleri, transmisyon elektron mikroskobu (TEM), taramalı elektron mikroskobu (SEM), enerji dağılımlı spektroskopi (EDS), X-ışını kırınımı (XRD), X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS), A Brunauer–Emmett–Teller (BET) yöntemi, dinamik ışık saçılımı (DLS) ve zeta potansiyeli analizleri ile ayrıntılı olarak karakterize edilmiştir. Kronomidlerin nano-CeO2'ye uzun süreli maruziyet çalışması OECD test kılavuzu 218'e göre tasarlanmıştır. Larvalar tarafından nano-CeO2 alımı, oksidatif stres parametreleri, in vivo genotoksik etki çalışması ve yaşam özelliği (gelişim süresi, ortaya çıkma, ölüm ve hayatta kalma oranı) parametreleri araştırılmıştır. ICP-MS analizi, sedimentteki nano-CeO2 konsantrasyonu ile larvalar tarafından alınan konsantrasyon arasında pozitif korelasyon olduğunu göstermiştir. Çalışma sırasında, kronomidlerde önemli bir mortalite gözlenmemiş ve oksidatif stres saptanmamıştır. Bununla birlikte, doza bağlı bir şekilde, 25 mg/kg ve daha yüksek konsantrasyonlarda önemli DNA hasarları tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kısa vadede nanoCeO2'nin kronomidler için doğrudan toksik etkisinin olmadığını göstermektedir. Ancak, tek önemli subletal etki genotoksisite çalışmasında 25 mg/kg sediment konsantrasyonunda ortaya çıkmış ve daha yüksek konsantrasyonlarda artarak devam etmiştir. Tatlı su midyeleri üzerinde nano-CeO2'ye maruziyet çalışması iki zaman aralığında (48 saat ve 7 gün) tasarlanmıştır. Bu çalışmada, midyeler tarafından nano-CeO2 alımı, toplam hemosit sayılarının hesaplanması, histopatoloji ve biyokimyasal analiz (biyobelirteç deneyleri) parametreleri araştırılmıştır. Her iki zaman aralığında da yapılan deneylerde önemli bir mortalite görülmemesine rağmen, histopatoloji sonuçları sudaki nano-CeO2 konsantrasyonu ile dokularda oluşan hasar miktarı arasında pozitif bir korelasyon olduğunu göstermiştir. Ayrıca, biyo-belirteç analizinde önemli bir değişiklik tespit edilmemesine rağmen oksidatif stres parametrelerinin ikili karşılaştırmalarında sapmalar gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, bu tez çalışması, kısa sürelerde tatlı su midgeleri ve midyelerinin nanoCeO2'ye akut maruziyetinin önemli bir biyolojik risk oluşturmadığını göstermiştir. Ek olarak, midge ve midyelerin nano-CeO2'yi vücutlarında önemli ölçüde biriktirebildikleri kanıtlanmıştır. Bu durum bu tatlı su canlılarının ekosistemdeki konumu nedeniyle ekosistemdeki diğer organizmalar için besin ağında trofik transfer yoluyla nano-CeO2'nin bir risk oluşturabileceğini göstermektedir.
Elektromanyetik kalkanlama uygulamalarına yönelik epoksi matrisli nanokompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
İkinci Dünya Savaşı süreci ve sonrasında gelişen teknoloji, elektronik cihazların kullanımı, artan radyo dalga yayınları, transistörler, mikroişlemci gibi sistem ve ekipmanlar frekans spektrumunu genişletmiş ve cihazların çalışmalarında beklenmedik problemler ortaya çıkmaya başlamıştır. Bu problemlerin istemli ve istem dışı olarak cihaz ve sistemlerden yayılan elektromanyetik alanların girişiminden kaynaklandığı öngörülmüştür. Bunlar üzerine Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), Elektromanyetik Girişim (EMG) problemi üzerinde çalışması için Uluslararası Radyo Girişimi Özel Komitesini (CISPR) görevlendirmiştir. 1979'da Federal İletişim Kurulu'nun (FCC) kurulmasıyla, Elektromanyetik Girişimin tanımlanması ve konu ile ilgili standartlar, regülasyonlar oluşmaya başlamış, Elektromanyetik Uyumluluk (EMU) ölçütlerinin belirlenmesi hızlanmıştır. Günümüzde ICNIRP, ANSI, IEEE, ASTM ve WHO gibi kuruluşların da üzerinde çalışmakta olduğu EMG Kalkanlama/EMU konusu hem cihaz ve ekipmanların servis süresi boyunca operasyonlarını başarılı bir şekilde yürütmesi açısından hem de insan ve diğer biyolojik türlerin sağlığının korunması açısından önem arz etmektedir. Bu sebeple, uluslararası standardizasyonlar ve yönetmeliklerle kontrol edilmektedir. Ülkemizde konu ile ilgili düzenlemeleri ve sınır değerleri Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu (BTİK) yönetmeliklerle ve Milli Monitör Sistemi (MMS) ile takip etmektedir. BTİK tanımına göre EMG terimi her türlü sistem/cihaz faaliyetini engelleyen, haberleşmede kesinti doğuran veya kalitesini bozan her türlü yayın veya elektromanyetik etkiyi ifade eder. EMU testleri ve testler sonucu cihazın ortamda herhangi bir girişime sebep olmaması konusunun belirlenmesi, CE sertifikasının bulunması gibi hususlar telekomünikasyon ürünleri başta olmak üzere cihaz, ekipmanlar ve sistemler için elzemdir. Havacılık, Uzay ve Savunma Sanayiinde ise Elektromanyetik Girişimi Kalkanlama hususu hayati önemdedir. Elektronik bileşenleri içeren ürünlerin, devrelerin, özellikle hassas güdüm sistemlerinin, algılayıcı ve eyleyicilerini doğal, yapay, dolaylı ya da uluslararası unsurlardan kaynaklanan kasti elektromanyetik etkileşimlere karşı korumak oldukça kritiktir. Bu kapsamda EMG Kalkanlama Etkinliği (EMG KE) yüksek kompozit malzemeler, katkı malzemeleri ve prosesler geliştirmek malzeme teknolojileri alanında temel hedeflerdendir. Bu tez çalışmasında Elektromanyetik Kalkanlama Uygulamalarına Yönelik Epoksi Matrisli Nanokompozitlerin Geliştirilmesi ve Karakterizasyonu üzerinde çalışılmıştır. Materyal ve yönteme gelince, Grafen kapsüllü Nikel (GNi) parçacıklar Plazma Destekli Döner Aksamlı Kimyasal Buhar Çöktürme (PDDAKBÇ) yöntemi ile sentezlenmiştir. Parçacıkların karakterizasyon süreçlerinden sonra, elde edilen GNi yapılar epoksi matrise katkılanmıştır. Nanokompozit yapı elde edilmiş ve test kuponları imal edilmiştir. Farklı katkılama yüzdelerinde hazırlanan test kuponlarının Kalkanlama Etkinlikleri (KE) ölçülmüştür. Grafen kapsülasyonu sayesinde nikel tozların kalkanlama etkinliği aynı katkılama yüzdelerinde iyileşmiştir. KE ölçümleri 1,5 Ghz-10 GHz frekans aralığı için ASTM D4935 Düzlemsel Malzemelerin Elektromanyetik Ekranlama Etkinliği test yöntemi ile yapılmıştır. GNi tozların Savunma Sanayi uygulamaları için epoksi matrisli nanokompozit malzemelerde EMG Kalkanlama uygulamalarında kullanım potansiyeline sahip olduğu gösterilmiştir. Bu tez çalışması TÜBİTAK 1003 programı kapsamında 118F491 kodlu proje ve 118F492 kodlu alt proje ile desteklenmiştir.
Plazma destekli kimyasal buhardan çöktürme metodu ile grafen kapsüle edilmiş metalik tozların sentezi ve karakterizasyonu
Grafen-Cu kompozitler, bakıra göre geliştirilmiş özelliklere sahip olmaları nedeniyle çeşitli endüstrilerde potansiyel uygulamalara sahiptir. Grafen-Cu kompozitlerin sentezlenmesi için yaygın olarak kullanılan yöntemler, Hummer metodu ve türevleriyle grafen yaprakçıklarının Cu tozlarıyla karıştırılması, presleme ve sinterleme işlemleridir. Ancak, bu yöntemlerde grafen yaprakçıklarının morfolojisinin kontrolü ve homojen dağılımın sağlanması zorluklar oluşturabilmektedir. Son zamanlarda, bakır tozlarının çeşitli yöntemlerle grafen ile kaplanması üzerine çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalar arasında, endüstriyel uygulamalara uygun bir yöntem olarak Kimyasal Buhar Biriktirme (KBÇ) yöntemi öne çıkmaktadır. Ancak, KBÇ yöntemiyle Cu tozlarının grafen ile kaplanması, yüksek sıcaklık gerektiren hidrokarbon parçalanması nedeniyle zorluklar içermektedir. Bu tez çalışması, düşük sıcaklıkta plazma destekli KBÇ (PDKBÇ) yöntemi kullanılarak grafen ile kaplanmış bakır (Grafen-Cu) tozlarının geliştirilmesi üzerine odaklanmaktadır. Bu kaplanmış tozlar kullanılarak Grafen-Cu kompozitlerin üretimi gerçekleştirilmiş ve bu kompozitlerin mekanik ve termal özellikleri araştırılmıştır. Oluşturulan Grafen-Cu kompozitlerin yapısal, mekanik ve termal özellikleri karakterizasyon yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Bu yöntemler, kompozitlerin mikroyapısını ve grafen dağılımını değerlendirmek amacıyla kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, düşük sıcaklıkta PDKBÇ yönteminin başarılı bir şekilde kullanılarak homojen Grafen-Cu kompozitlerinin üretilebildiğini göstermektedir. Grafen varlığının oluşan kompozit mikroyapısı üzerinde etkisi araştırılmış ve grafen varlığında elde edilen yapılarında daha küçük tane boyutları ve azalmış gözenek miktarı gözlemlenmiştir. Mekanik testler, grafen varlığının kompozitin akma dayanımını ve elastik özelliklerini artırdığını göstermiştir. Termal testlerde ise grafen kaplamasının kompozitin termal difüzivite değerlerini artırdığı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kompozitlerin mikroyapısıyla ilişkilendirilerek iyileşme mekanizmaları incelenmiştir. Bu çalışma, grafen takviyeli bakır kompozitlerin üretim yöntemlerinin geliştirilmesine ve bu kompozitlerin potansiyel uygulamalarda kullanılabilmesine katkı sağlamaktadır.
DNA origami nanoyapıların yapısal kararlılığının ve elektronik özelliklerinin moleküler dinamik ve yoğunluk fonksiyonel teorisi simülasyonları ile incelenmesi
Deoksiribonükleik asit (DNA) canlılarda genetik bilgiyi oluşturan temel moleküldür. Bunun yanı sıra, tamamlayıcı nükleotid çiftlerinin kendilerine has etkileşimleri ve nükleotidlerin istenilen diziler halinde kolayca üretilebilmesi nedeniyle nanoteknoloji uygulamalarında önemli bir potansiyele sahiptir. Uzun, tek iplikli DNA molekülünün, daha kısa iplikli DNA'lar ile birleştirilmesi sonucunda, "DNA Origami" olarak adlandırılan, istenilen şekillerde iki veya üç boyutlu nanoyapılar elde edilebilmektedir. DNA origami nanoyapılar, ilaç taşınımı, biyoalgılayıcı, inorganik malzeme sentezi gibi çeşitli uygulamalı araştırmaların yanı sıra üretim kolaylığı nedeniyle, son yıllarda hız kazanan moleküler elektronik uygulamaları için de yüksek potansiyele sahiptir. Bahsedilen bu uygulamalar için DNA origami kullanılarak cihazların üretilebilmesi ve uzun süreli dayanıklılığı, tasarlanan nanoyapılarının yapısal kararlılıklarını korumasına ve ayrıca elektronik özelliklerinin uygulamaya yönelik olarak tasarlanabilmesine bağlıdır. DNA origami yapısının kararlılığının geometri, sarmal sayısı ve çevresel koşullara bağlı olduğu bilinse de bu etkilerin doğası şimdiye kadar çok az anlaşılmıştır. Ayrıca yapısal değişikliklerin DNA origamilerin elektronik özellikleri üzerindeki etkilerini anlamak yeni elektronik cihazların geliştirilmesi için önemlidir. Bu tez kapsamında AMBER ve NAMD programları ile moleküler dinamik simülasyonları kullanılarak farklı DNA origami nanoyapılarının üç boyutlu yapıları modellendi. DNA origami nanoyapılarının konformasyonları üzerinde üç farklı parametrenin etkileri modelleme yöntemleri ile araştırıldı: 1) altın (111) yüzeyi, 2) DNA sarmallarının bağlantı noktalarının sıklığı ve 3) tuz konsantrasyon farkı. DNA origami yapılarını temsil eden daha küçük çift sarmal DNA molekülleri oluşturuldu ve altın (111) yüzeyiyle etkileşimler nedeniyle meydana gelen yapısal deformasyonların elektronik özelliklere olan etkileri GAUSSIAN programı kullanılarak incelendi. Ayrıca, biyoelektronik uygulamalar için DNA origami nanoyapısının 1,2-Dioleoil-sn-glisero-3-fosfokolin (DOPC) lipit çift tabakası içerisindeki yapısal kararlılığı araştırıldı. Daha sonra genişletilmiş Hückel metodu ve yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları ile enerji bant diyagramları ve moleküler orbital pozisyonları araştırıldı. DNA origami yapılarında elektriksel iletkenliğin sarmallar arasındaki iletimi incelendi. Bu çalışmaların DNA origamilerin yapısal kararlılıklarının anlaşılmasına ve DNA origami yapılarının uzun vadeli kullanımının önünü açarak ileride nanoteknolojik yeni cihazların ve uygulamaların geliştirilmesine katkı sağlaması beklenmektedir.
Optoelektronik uygulamalara yönelik iki boyutlu metal halojenür ve geçiş metali dikalkojenit malzemelerin üretimi ve incelenmesi
Optoelektronik cihaz performansını Moore yasasının ölçeklendirme sınırlarının ötesine ulaştırmak için yeni malzemelere ve cihaz mimarisine dayalı teknolojilere ihtiyaç vardır. Atomik boyuttaki ince yapıları ve oluşan kuantum hapsetme etkileri sebebiyle iki boyutlu (2B) yarıiletken malzemeler, yüksek yüzey-hacim oranı, geniş optik soğurma bant aralığı ve yüksek yük mobilite değeri gibi önemli yapısal ve elektronik özelliklere sahip olabilmektedir. Tez kapsamında, optoelektronik uygulamalar açısından önemli sonuçlar verme potansiyeline sahip metal halojenür 2B bizmut triiyodür (BiI3) ve geçiş metali dikalkojenit tek katmanlı 2B molibden disülfür (MoS2) malzemelerin yüksek kristallikte ve geniş alanlı üretimleri yapılmıştır. Malzemelerin sentezi aşamasında fiziksel buhar taşınımı, altın katman destekli eksfoliasyon ve kimyasal buhardan biriktirme yöntemleri kullanılmıştır. Malzemelerin ayrıntılı yapısal ve optik incelemeleri optik görüntüleme, taramalı elektron mikroskopisi/enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi, X-ışını difraktometrisi, atomik kuvvet mikroskopisi, 3B lazer taramalı eş odaklı mikroskopi, optik absorpsiyon spektroskopisi, Raman spektroskopisi ve fotolüminesans (PL) spektroskopisi yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Her iki malzemenin de yüksek kristallik özelliklerinin ortaya çıkarılmasının yanı sıra dolaylı enerji bant yapısından doğrudan bant yapısına geçtiği PL ve Raman analizleri ile gösterilmiştir. BiI3 nanokristalleri onlarca mikron geniş yanal alanlı, 10 nanometrenin altında kalınlıkta katmanlı yapıda ve kristallik özelliklerini koruyacak şekilde üretilebilmiştir. BiI3 nanokristallerde kalınlığa bağlı olarak 576 nanometreye kadar PL kayması gözlenmiştir. Ayrıca, büyütme basıncı, sıcaklığı ve sürenin kristal büyümesine etkileri incelenerek 25 Torr, 290 oC ve sıfır dakika bekleme süresinin ince kristal oluşumu için optimum koşul olduğu görülmüştür. Diğer taraftan, MoS2 nanokristalleri tek katman kalınlığında (0.64 nm) ve onlarca mikron geniş yanal alanlı olarak sentezlenmiştir. Ayrıca, santimetre boyutunda tek katman MoS2 filmler de bu tez çalışmasında üretilmiştir. Raman modları arasındaki farkın üçgensel prizma kristaller ve film için sırasıyla 21.14 ve 19.66 cm-1 olduğu gösterilerek tek katman üretimi teyit edilmiştir. PL tepe noktalarının ise sırasıyla 680 ve 645 nm olduğu analizler sonucunda ortaya çıkarılmıştır. Tez kapsamında, bir veya birden fazla katmanlı yapıdaki 2B metal halojenür ve geçiş metali dikalkojenit nanoyapıların üretilmesi ve detaylı incelemelerinin yapılması ile bu malzemelerin yapısal ve optik özelliklerine dair bilgi havuzuna katkı sağlanmıştır.
Nitrat tuzlarının termal enerji depolama kapasitesini geliştirmek için uçucu kül tabanlı nanokompozitlerin tasarımı
Son yıllarda, enerji sektöründeki sürdürülebilirlik ve enerji verimliliği talepleri hızla artmaktadır. Dünyanın enerjiye karşı giderek artan talebin karşılanabilmesi için yenilenebilir ve temiz enerji kaynaklarına ihtiyaç duyulmaktadır. Alternatif enerji kaynaklarından biri olan yoğunlaştırılmış güneş enerjisi (YGE) santralleri çevreye yararlı ve elektrik üretiminde verimli bir kaynak olarak görülmektedir. YGE santrallerinde, performansı yüksek ve maliyeti düşük hem termal depolama (TED) akışkanı hem de ısı transfer akışkanı (ITA) olarak kullanılabilen akışkanların geliştirilmesi oldukça önemlidir. Günümüzde fizikokimyasal ve termodinamik özellikleri nedeniyle tuz eriyikleri ve çeşitli karışımları YGE santrallerinde ve birçok uygulamada kullanılmaktadır. Tuz eriyiklerinin yüksek kimyasal kararlılığa, düşük viskoziteye, düşük buhar basıncına, yüksek enerji yoğunluğuna ve düşük maliyete sahip olmalarının yanında çevre dostu malzemeler olması enerji sektöründe kullanılabilecek ideal bir akışkan olmasına sebep olmaktadır. Ancak eriyik nitrat tuzları tek başına kullanıldığında termal kararlılıkları düşüktür ve bu da depolama süresini kısıtlamaktadır. Ayrıca, eriyik tuz akışkanlarının yüksek erime noktaları (>200 °C) ve düşük bozunma sıcaklıkları (600 °C ve üzerindeki sıcaklıklarda) sebebiyle soğuk hava koşullarında ve karanlıkta donarak boruların tıkanmasına sebep olabilir. Bu nedenle, mikro/nano parçacık gibi termal iletkenliği yüksek bir malzeme ile karıştırarak nanokompozitler oluşturması, eriyik tuzların termodinamik özelliklerinin geliştirilmesine katkı sağlamaktadır. Böylece, YGE santrallerinde düşük erime noktasına, yüksek depolama kapasitesine ve yüksek termal stabiliteye sahip maliyeti düşük ITA ve TED malzemesi elde edilmiş olacaktır. Bu tez çalışmasında yüksek termal iletkenliğe, düşük erime sıcaklığına ve yüksek bozunma sıcaklığına sahip ucuz eriyik tuz ve uçucu kül nanoyapılarının tasarlanması hedeflenmiştir. Ağırlıkça farklı uçucu kül yüzdesine sahip (%0.3, %0.5 %1, %2 ve %5) uçucu kül-potasyum nitrat (KNO3) karışımlarının yapısal ve termal özellikleri deneysel olarak incelenmiştir. Hazırlanan nanokompozitlerin, taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve X-ışını kırınımı (XRD) ile yapısal özellikleri; termal özellikler analizatörü (TPS),diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) ve termogravimetrik analiz (TGA) yöntemleri ile de termal karakterizasyonu incelenmiştir. DSC analizinin sonuçları, erime sıcaklığında en büyük artışın %1 uçucu kül-KNO3 örneğinde %0.2 uçucu kül-KNO3 numunesinde gözlendiğini ortaya koymuştur (deneysel hata payının içinde). Isı kapasitesi değerleri incelendiğinde, en yüksek artışın %0.5 uçucu kül-KNO3 numunesinde %29.69 olarak tespit edilmiş ve ikili kristalizasyon prosedürünün ısı kapasitesi artışını olumlu yönde etkilediği sonucuna varılmıştır. TGA karakterizasyonu ise beklenenin aksine bozunma sıcaklıklarının uçucu kül yüzdesi artıkça azaldığını ve sıcaklık artışıyla birlikte ağırlık kaybı yüzdelerinin de göstermiştir. TPS ölçümleri, ısıl iletkenlik değerlerinin uçucu kül ilavesiyle doğrusal olarak arttığını ve ne büyük artışın %5 uçucu kül eklenmesiyle elde edildiğini ortaya koymuştur. Malzemelerin kristalografik yapısı XRD ile incelenmiş ve KNO3 tuzuna uçucu kül eklenmesinin, KNO3 kristalinin boyutlarını ve miktarlarını değiştirdiğini, ancak ferroelektrik özelliğini koruduğunu göstermiştir. SEM görüntüleri, uçucu külün KNO3 kristalleri üzerinde topaklanmadığını ve homojen bir şekilde dağıldığını göstermiştir.
2B organik-inorganik hibrit perovskit/geçiş metali dikalkojenit heteroyapılı optik soğurma tabakalarının geliştirilmesi
P-n diyot yapısına sahip yüksek performanslı fotodedektör uygulamalarının geliştirilmesi için absorpsiyon katmanı olarak uygun yarıiletken malzemelerin seçilmesi ve bunların özelliklerinin geliştirilmesi gerekmektedir. Özellikle son yıllarda iki boyutlu (2B) organik-inorganik hibrit perovskit (OHP) tek kristal ve geçiş metali dikalkojenitler (TMD) üstün optik ve elektronik özelliklere sahip olmalarından dolayı diyot uygulamalarında öne çıkmaktadırlar. Fakat literatürde yer alan çalışmalarda çeşitli p-n diyot yapısına sahip OHP/TMD heteroyapılarında gerçekleşen fotofiziksel süreçler detaylı şekilde ortaya konulmaya çalışılsa da, hala bu bilgiler arasında uyumsuzluklar olmakla beraber henüz açıklanamayan süreçler de bulunmaktadır. Bu tez kapsamında, BA2MAPb2I7/MoS2, BA2PbBr4/MoS2 ve BA2PbI4/MoS2 heteroyapılar ilk defa üretilmiş ve fotofiziksel süreçlerin incelenmesi için sistematik ölçümler gerçekleştirilmiştir. Öncelikle yığın 2B RP OHP ve tek katmanlı MoS2 tek kristalleri sırasıyla, çözelti bazlı kristal büyütme ve kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemleri kullanılarak sentezlenmiştir. Ayrıca, milimetreler mertebesinde geniş yüzey alanına sahip tek katmanlı MoS2 filmin cam destekli CVD yaklaşımı kullanılarak sentezlenmesi üzerine çalışmalar yürütülmüştür. Ardından mekanik eksfoliasyon yöntemi kullanılarak, SiO2/Si alttaş yüzeyinde onlarca nanometre mertebesinde düşük kalınlıklara sahip 2B RP OHP tek kristaller üretilmiştir. Düşük kalınlıklardaki tek kristaller, polimer bazlı PPC/PDMS damga yöntemiyle tek katmanlı MoS2 üzerine transfer edilerek heteroyapılar oluşturulmuştur. Buna göre, üretilen BA2MAPb2I7/MoS2 heteroyapılardaki perovskit PL yoğunluğu, heteroyapı bölgesinin dışındaki perovskit PL yoğunluğuna kıyasla birkaç kata kadar önemli ölçüde daha düşüktür. Ek olarak, BA2PbBr4/MoS2 ve BA2PbI4/MoS2 heteroyapılarında MoS2 PL yoğunluğunun, heteroyapı bölgesinin dışındaki MoS2 PL yoğunluğuna kıyasla birkaç kata kadar önemli ölçüde daha düşük olduğu gözlemlenmiştir. Bundan dolayı, üretilen heteroyapıların tip-II heteroeklem konfigürasyonu özellikleri sergiledikleri sonucuna varılmıştır. Üretilen BA2MAPb2I7/MoS2 heteroyapılarda, perovskit katmanının PL yoğunluğu, yük transferinden kaynaklanan sönümleme etkisi nedeniyle belirgin şekilde azalmaktadır. Özellikle heteroyapı bölgesinde MoS2 yapısının emisyon spektrumunda PL tepe noktasının 678 nm dalgaboyu değerinden 682 nm'ye kırmızı kayma yapması emisyon spektrumunda negatif trionların baskınlığını göstermekte ve heteroyapı içinde yük transferinin kanıtını sağlamaktadır. Buna ek olarak, perovskit tabakanın kalınlık değerine bağlı olarak fotofiziksel süreçlerin değişimi incelenmiştir. Sonuç olarak, kalınlık değerinin 10 nm altına düşmesiyle, PL sönümleme etkisinin önemli derecede arttığı, perovskit tabakanın PL spektrumunun yaklaşık olarak tamamının sönümlendiği gözlemlenmiştir. Bunun nedeni ise foton geri dönüşüm etkisinden dolayı kalınlık değeri arttıkça yük transfer sürecinin zayıflaması olarak belirtilmiştir. Diğer taraftan, bazı heteroyapılarda ise PL şiddetinin 8 kata kadar önemli derecede arttığı da gözlemlenmiştir ve arkasında yatan sebebin enerji transferi olabileceği öngörülmüştür. Buna ek olarak, üretilen BA2PbBr4/MoS2 ve BA2PbI4/MoS2 heteroyapılarda ise IX emisyon spektrumunun varlığı incelenmiş ve 532-1950 nm dalgaboyu değerleri arasında gözlemlenememiştir. Ayrıca, BA2MAPb2I7/MoS2 heteroyapısında olduğu gibi BA2PbBr4/MoS2 ve BA2PbI4/MoS2 heteroyapılarında da perovskit tabakanın kalınlık değerinin azalması ile MoS2 emisyon spektrumunda PL sönümleme etkisinin 12 kata kadar arttığı gözlemlenmiştir.
Esnek çinko oksit-perovskit temelli fotodedektör üretimi ve karakteristik özelliklerinin analizi
Bu tez kapsamında, Mn katkılı ve katkısız ZnO-NÇ ile kararlı yapıda kurşunlu ve kurşunsuz inorganik halojenür perovskit tabanlı yarıiletkenlerin esnek alttaşlar üzerine depolanmasıyla katı-hal MSM fotodedektör ve yarı-katı olmak üzere kendinden güç üreten fotodedektör aygıtlar üretilmiştir. İlk olarak poliimit (PI) alttaş üzerine farklı molar konsantrasyonlarda (16,5 mM ve 3,5 mM) büyütülen ZnO-NÇ içerisine, molar hacimce %5 ve %9 olmak üzere Mn katkılanarak elde edilen ince filmlerin malzeme karakterizasyonları (XRD, PL, SEM ve UV-vis) incelenmiştir. Metal kontak olarak tasarlanmış interdijital Pt kontak ile belirlenen desenlerle kaplandıktan sonra ise fotodedektör aygıt olarak performasları incelenmiştir. Yapısal karakterizasyonlar sonucunda Mn atomlarının ZnO kristal kafes yapısına dahil olup performansı arttırdığı tespit edilmiştir. Fotodedektörlerin temel parametrelerin tespiti için, %5Mn:ZnO-NÇ3,5 fotodedektörün elektriksel ölçümlerinin alınmasıyla önemli performans parametreleri olan D*, R, S%, EQE(%), 15 V gerilim ve 367 nm dalga boyu ışık altında sırasıyla 6,38x1012, 10,768 A/W, 3x104 ve %3.645 olarak hesaplanmıştır. %5Mn:ZnO-NÇ3,5 fotodedektörün UV (367 nm/2,42 mW/cm2) ışık altında, yükselme zamanı (τr) ve alçalma zamanı (τd) değerleri sırasıyla 32,2 s ve 41,9 s olarak bulunmuştur. Beyaz ışık altında (840 mW/cm2) ise τr ve τd 0,3 s olarak hesaplanmıştır. Bu örneğe 9.500 defa içbükey, dış bükey bükme sonucunda, sağlamlık ve kararlılık sergilemiştir. %9Mn:ZnO-NÇ16,5 fotodedektörün D* değeri; 1,85x1014, R değeri; 159,467 A/W, S% değeri; 1,6x106 ve EQE(%) değeri; 54 olarak hesaplanmıştır. %9Mn:ZnO-NÇ16,5 fotodedektörün UV (367 nm) ışık altında, τr ve τd değerleri sırasıyla 21,1 s ve 57 s bulunmuştur. Beyaz ışık altında (840 mW/cm2) ise yük τr 0,91 s ve τd 4,19 s olarak hesaplanmıştır. Bu örneğe 10.000 defa içbükey, dış bükey bükme sonucunda, sağlamlık ve dayanıklılık göstermiştir. Esnek kendinden güç üreten yarı-katı-fotoelektrokimyasal (PEC) fotodedektör için İTOPET alttaş kullanılmıştır. İTOPET üzerine büyütülen Mn katkılı ZnO-NÇ inorganik halojenür perovskit olan CsPbBr3 tipi perovskit ile kaplanmış ve karbon kağıt ve İTOPET alttaşın karşıt elektrot olarak kullanılmasıyla sandviç formda birleştirilerek fotodedektör aygıt elde edilmiştir. İTOPET üzerine sentezlenen Mn katkılı ZnO-NÇ ve CsPbBr3 ilavesi ile elde edilen ince filmlerin UV-vis, SEM, XRD, EIS elementel haritalama ölçümleri alınmıştır. İTOPET/%5Mn:ZnO-NÇ/CsPbBr3 ince filmin 17 hafta UV-vis ölçümü alınmış, 538 nm dalga boyunda %7'lik küçük azalma olmuştur. %5Mn:ZnO-NÇ üzerine CsPbBr3 eklenmesi ile fotodedektör veriminde kayda değer artış gözlenmiştir. İTOPET/%5Mn:ZnO-NÇ/CsPbBr3 fotodedektörün, 400 nm (2,99 mW/cm2) dalga boyu ışık altında ve 0 volt D* değeri; 2,83x1012, R değeri; 95,12 mA/W, S% değeri; 8,04x106 ve harici kuantum verimi (EQE%); 29,55 olarak hesaplanmıştır. İTOPET/%5Mn:ZnO-NÇ/CsPbBr3 fotodedektörün UV (400 nm) ışık altında, yükselme zamanı ve alçalma zamanı değerleri, 10,62 ms ve 42,9 ms bulunmuştur. Bu fotodedektöre AM1,5 (100 mW/cm2) ışık altında 125 defa açma kapama ve 400 nm ışık altında 53 defa açma-kapama uygulanarak akım zaman ölçümleri alınmış ve kararlılık göstermiştir. Ayrıca farklı açılarda (35o, 45o ve 60o) 400 nm dalga boyu ışık altında 27 defa açma-kapama uygulanarak akım-zaman ölçümleri alınmıştır. AM1,5 ışk altında yükselme zamanı 13,33 ms ve alçalma zamanı 50,91 ms bulunmuştur. Ayrıca bu dedektörün 12 hafta sonunda yapılan akım-zaman ölçümünde hala fotodedektör özelliği sergilediği görülmüştür. Yarı-katı esnek kendinden güç üreten fotodedektör bir de çift katmanlı perovskit (Cs2AgBiBr6) kullanılarak üretilmiştir. ZnO-NÇ3K ve ZnO-NÇ3K Cs2AgBiBr6 ince filmlerin SEM analizi ve Cs2AgBiBr6 kristalin XRD ölçümü alınmıştır. İTOPET/ZnO-NÇ3K/Cs2AgBiBr6 fotodedektörün 0 V gerilim ve 382 nm dalga boyu ışık altında, yükselme zamanı 16,6 ms ve alçalma zamanı 8,76 ms bulunmuştur. Ayrıca farklı açılarda (35o, 45o ve 60o) 382 nm dalga boyu ışık altında 50 defa ışığı kapatıp açarak akım-zaman ölçümleri alınmıştır. Anahtar Kelimeler: Fotodedektör, Esnek, Poliimit, İTOPET, ZnO, Perovskit
Pd-bazlı plazmonik hidrojen sensörlerinin mezogözenekli metal oksit yapılar ile dayanımının arttırılması
Hidrojen ekonomisi, hidrojenin ana enerji taşıyıcısı olarak kullanıldığı, hidrojenin üretimi, kullanımı, depolanması ve tespiti gibi alt başlıklarını kapsayan sıfır karbon emisyonlu bir geleceği kurgulayan modeldir. Bu model, yenilenebilir enerji kaynaklarının kullanılarak hidrojenin karbon salınımı yapılmadan üretilebilmesi, hidrojenli yakıt pillerinin kullanımıyla birlikte yan ürün olarak yalnızca su moleküllerinin çevreye salınması ve fosil yakıtlara nazaran üç kat daha yüksek enerji yoğunluğuna sahip olması gibi özellikleri ile birlikte fosil yakıtlara alternatif enerji kaynakları arasında oldukça büyük bir potansiyele sahiptir. Ancak hidrojen, havadaki konsantrasyonunun %4'ü aşmasıyla birlikte patlayıcı özelliğe sahip bir gazdır. Bu nedenle, olası hidrojen sızıntıların hızlı ve güvenilir bir şekilde tespit edilmesi, yani hidrojen sensörleri hidrojen ekonomisi için oldukça önemli bir role sahiptir. Son yıllarda paladyum bazlı plazmonik hidrojen sensörleri düşük hidrojen konsantrasyonlarında bile mükemmel tepki sürelerine sahip olmaları sebebiyle dikkat çekmektedirler. Paladyum metalinin atmosferik koşullarda hidrojeni ayrıştırabilmesi ve metalden metal hidrit fazına tersinir bir dönüşüm gerçekleştirebilmesi. Ve bu dönüşümünün ölçülebilir optik sinyaller ile takip edilebiliyor olsa da bazı dezavantajları bulunmaktadır. Hidrojen soğurulması/salınımı esnasında ortaya çıkan histerezis oluşumu, CO ile kurduğu güçlü kimyasal bağlar sonucu gerçekleşen sensör deaktivasyonu ve CO2, CH4 gibi moleküllere karşı gösterilmesi gereken seçicilik plazmonik hidrojen sensörleri için aşılması gereken zorluklardır. Literatürde bu zorlukların aşılabilmesi için paladyumun altın ve bakır gibi metaller ile alaşım oluşturulması ve bu alaşımların üzerine çeşitli polimerik (PMMA, PTFE) ince film kaplamaların uygulanması gibi çalışmalar mevcuttur. Tez kapsamında gerçekleştiren çalışmalarda ise polimerik kaplamalardan esinlenilerek farklı ortam koşullarında uzun süre bozunmayacak bir koruyucu tabaka oluşturularak plazmonik hidrojen sensörlerinin dayanımının arttırılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda ise öncelikle literatürde histerezis oluşumunun gözlemlenmediği birçok kez gösterilmiş Pd70Au30 nanodiskler hole-mask kolloidal litografi tekniği kullanılarak fabrike edilmiştir. Sonrasında is sol-jel tekniği kullanılarak öncül madde/yüzey aktif madde, kalsinasyon sıcaklığı/süresi ve kaplama süresi/hızı gibi birçok parametre ile yapı kontrolünün sağlanabildiği farklı ortam koşullarına dayanıklı düzenli kristal yapıya sahip mezogözenekli SiO2 sentezi gerçekleştirilmiş ve döndürerek kaplama (spin coating) tekniği ile fabrike edilmiş nanodisklerin üzerine ince film oluşturulmuştur. Son olarak, fabrikasyonu gerçekleştirilen sensörler için bir adet test reaktörü, gaz akış kontrolü ve sinyal analizi için iki adet yazılım farklı disiplinlerden öğrenci arkadaşlarımla gerçekleştirmiş olduğum ortak çalışmalar sonucu ortaya çıkarılmış ve performans testleri gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen test sonuçlarında ise hazırlanan mezogözenekli SiO2 ince filminin sensörü CO moleküllerine karşı dayanıklı hale getirdiği, hidrojene karşı verilen tepki süresinin düşürüldüğü ve plazmonik hidrojen sensörlerinin CO2 ve CH4 moleküllerine karşı seçicilik özelliklerine sahip olduğu gösterilmiştir.
Müon çarpıştırıcılarında ikinci aile bağlantılı yüklü vektör-benzeri leptonların aranması
Vektör benzeri leptonlar (VBL), E6 Büyük Birleşim Teorisi ve Çeşni Demokrasisi Hipotezi kapsamında öngörülmektedir ve Standart Model'deki (SM) kütle hiyerarşisi gibi sorulara cevap verebilir. Müon çarpıştırıcıları, ulaşılabilir kütle merkezi enerjisi, ışınlık ve hassasiyet açısından VBL'lerin tespitinde avantaj sağlayabilir. LEP deneylerinde yüklü VBL'lerin kütle sınırı 101,2 GeV olarak belirlenmiştir. Bu tezde, ikinci SM ailesi leptonlarıyla bağlantılı yüklü VBL'lerin 3-6-10-14 TeV kütle merkezi enerjilerine sahip müon çarpıştırıcılarında gözlenme olasılıkları, tesir kesitleri hesaplanarak incelenmiştir. Çift üretimde kinematik limit civarındaki kütlelere kadar (1,5-3-5-7 TeV), tek üretimde ise karışım açısı değeri 0.0035'ten büyükse kütle merkezi enerjisine yakın kütlelere kadar 2. nesil yüklü VBL'lerin araştırılabileceği sonucuna varılmıştır. Tek üretimde VBL'lerin tespiti durumunda karışım açısı 0.0035'ten büyükse belirlenebilecektir. Müon çarpıştırıcılarında çift üretim için 6-10-14 TeV kütle merkezi enerjili seçenekler ve tek üretim için ele alınan tüm kütle merkezi enerjilerinde yüklü VBL kütlesinin LHC'de ulaşılan kütle limitlerinin çok daha üzerine kadar taranabileceği görülmüştür.
Elektron alan emisyonu uygulamalarına yönelik vakum dekompozisyonu tekniği ile silisyum karbür alttaş üzerinde karbon nanoyapıların sentezi ve karakterizasyonu
Grafen ve karbon nanotüp (KNT) gibi karbon nanoyapılar, özellikle dik hizalı üretildiklerinde, elektron alan emisyon katotlarında önemli bir potansiyele sahiptir. Bu yapıların üretiminde vakum dekompozisyon tekniği, karbon kaynağını doğrudan karbür tabanlı alttaşlardan sağlaması, reaktif gaz (ör. CH4) ve katalizör kullanımına ihtiyaç duymaması gibi avantajlar sunar. Ayrıca karbonun biriktirme yerine dekompozisyon yoluyla oluşturulması, alttaş ile güçlü bir arayüz sağlar. Ancak, bu teknikle yapılan çalışmalar sınırlı sayıda grup tarafından tekrarlanabilmiştir. Hassas proses koşulları, karbür tabanlı alttaşın özellikleri, ortam atmosferi, deneysel altyapı farklılıkları ve malzeme karakterizasyon yöntemlerindeki analizlerdeki farklılıklar gibi sebeplerden ortaya çıkmaktadır. Bu çalışma, silisyum karbür (SiC) alttaş üzerinde karbon nanoyapıların vakum dekompozisyon yöntemiyle sentezi ve karakterizasyonuna odaklanmaktadır. Proses parametrelerinin (sıcaklık, süre, karbür yüzeyi vb.) etkilerinin çapraz doğrulama yoluyla incelenmesi ve literatürde araştırılmamış proses atmosferlerinin (vakum, CH4, N2, CO2) oluşan yapılara etkisinin araştırılması hedeflenmiştir. Elde edilen numunelerin elektrik alan emisyonundaki potansiyeli de değerlendirilmiştir.
Müon-proton ve müon-çekirdek çarpıştırıcılarının ana parametreleri
Lepton-hadon çarpışmaları maddenin derin yapısını öğrenmemizde kritik rol oynamıştır: protonların yapısı (form-faktörler) ve quark-parton modeli elektronların sabit hedeften saçılması deneylerinde keşfedilmiştir. İlk elektron-proton çarpıştırıcısı HERA kuvvetli etkileşmelerin dinamiğini derinlemesine incelemiş ve Tevatron ile LHC deneylerinin doğru yorumu için parton dağılım fonksiyonlarının (PDF) temin etmiştir. Maalesef HERA'nın kütle merkezi enerjisi quantum kromodinamiği (QCD) için kritik olan bölgenin (çok düşük xB ve aynı zamanda büyük Q2) incelenmesine imkan sağlayamamıştır. Bu nedenle daha yüksek kütle merkezi enerjili (> TeV) lepton-hadron çarpıştırıcılarına gereksinim vardır. Bu çarpıştırıcılar hem de gelecekte kurulacak enerji ön-cephesi hadron çarpıştırıcıları için parton dağılım fonksiyonlarını temin edecektir. Enerji ön-cephesi lepton-hadron çarpıştırıcıları için iki seçenek mevcuttur: linak-halka tipli eh çarpıştırıcıları ve halka-halka tipli μh çarpıştırıcıları. Bu tez kapsamında son yıllarda önerilen müon-hadron çarpıştırıcılarının ana parametreleri irdelenecektir. Bunların belirlenmesinde TOBB ETÜ YEF grubu tarafından geliştirilen AloHEP yazılımı kullanılacaktır.
Kafes yapıların malzeme ekstrüzyonu ile üretiminden dolayı çekme testi sonuçlarında oluşan belirsizliklerin incelenmesi
Teknolojinin sürekli gelişimiyle birlikte, malzeme ekstrüzyonuna dayalı bir eklemeli imalat yöntemi olan ergiyik filament fabrikasyonu (EFF), mühendislikten tıbba kadar çeşitli alanlarda geniş bir kullanım alanı bulmuştur. 3 boyutlu (3B) baskı teknolojisi olarak da bilinen bu yöntem, tasarım esnekliği, maliyet etkinliği ve malzeme israfını azaltma gibi önemli avantajlar sunmaktadır. Bu teknoloji, geleneksel üretim yöntemlerine kıyasla daha karmaşık ve özgün tasarımların oluşturulmasına olanak tanıyarak, özellikle otomotiv, havacılık ve biyomedikal mühendislik gibi sektörlerde yenilikçi çözümler sunmaktadır. Ayrıca, hızlı prototipleme yetenekleri sayesinde tasarım süreçlerini hızlandırarak üretim döngülerini kısaltmaktadır. Son yıllarda 3B yazıcı teknolojilerindeki hızlı ilerlemeler, endüstriyel üretim süreçlerinde devrim yaratarak, daha hafif ve dayanıklı yapıların geliştirilmesine olanak sağlamıştır. Bu bağlamda, biyobozunur bir termoplastik polimer olan polilaktik asit (PLA) kullanılarak EFF yöntemiyle üretilen kafes yapılar, yenilikçi tasarımları ve çok yönlü uygulama potansiyelleriyle dikkat çekmektedir. Kafes yapılar, malzeme kullanımını optimize ederek yüksek performans ve düşük ağırlık gereksinimlerini karşılamak üzere tasarlanmıştır. Özellikle araç gövdeleri, çarpışma enerjisi emilimi için tasarlanmış yapılar ve biyomedikal implantlar gibi kritik alanlarda başarılı sonuçlar elde edilmiştir. Bununla birlikte, EFF ile üretilen kafes yapıların mekanik özelliklerinde görülen belirsizlikler, bu yapıların tasarım ve üretim süreçlerini etkileyen önemli bir faktör olarak karşımıza çıkmaktadır. Bu çalışma, PLA kullanılarak EFF yöntemiyle üretilen tek kafes hücrelerinin çekme testi altındaki mekanik özelliklerindeki belirsizlikleri incelemeyi amaçlamaktadır. Araştırmada, üretim maliyetlerini minimize etmek için tek kafes hücreli numuneler kullanılmış ve iki farklı numune tasarımı geliştirilmiştir. İlk tasarımda, yüksek mukavemetli yapıştırıcıyla sabitlenen hücreler, ikinci tasarımda ise PLA'dan üretilen bütünleşmiş fikstürler kullanılmıştır. Çekme testleri sırasında deformasyon davranışları kamera görüntüleriyle detaylı olarak analiz edilmiş ve mekanik özellikler üzerindeki olasılık dağılım fonksiyonları incelenmiştir. Elde edilen sonuçlar, farklı kafes türleri ve çubuk çaplarının mekanik özellikler üzerindeki etkilerini ortaya koymuş ve bu yapıların tasarım ve üretim süreçlerinde daha yüksek güvenilirlik ve performans elde edilmesine yönelik önemli bulgular sunmuştur. Özellikle otomotiv, havacılık ve biyomedikal alanlarda EFF ile üretilen kafes yapıların kullanımı, bu sektörlerin ihtiyaçlarına yönelik etkili çözümler sunarak dikkat çekmektedir. Araştırma sonuçları, EFF yönteminin gelecekte daha karmaşık ve dayanıklı yapıların geliştirilmesine olanak tanıyacak potansiyele sahip olduğunu göstermektedir. Böylelikle hem mühendislik hem de biyomedikal uygulamalarda, bu teknolojinin kullanımının artması beklenmektedir. EFF ile üretilen kafes yapıların mekanik özelliklerindeki belirsizliklerin anlaşılmasını sağlayarak, bu belirsizliklerin kontrol edilmesi ve optimize edilmesine yönelik yol gösterici bir kaynak oluşturmayı hedeflemektedir. Araştırma, endüstriyel uygulamalarda daha verimli, hafif ve dayanıklı çözümler geliştirilmesine katkıda bulunmayı amaçlamaktadır.
Fotodedektör uygulamaları için maskesiz lazer litografi ile desenlenen çinko oksit heteroeklemlerin geliştirilmesi
Sunulan tez çalışması, nanoyapılı heteroeklemlere odaklanarak foto algılamada yüksek hassasiyetli ve performanslı, çevre dostu ve farklı sistemlere uyarlanabilen çok işlevli minimal cihaz tasarım yaklaşımları ile fotodedektör (FD) uygulamalarının vizyonunu geliştirmeye dayanmaktadır. Yüksek FD performansı için seçilen malzemelerin yanı sıra nanomalzemelerin yüzey alanının genişletilmesi de önemlidir. Desenli nanoyapıların düzenli dizilimi sağlanarak desensizlere kıyasla ışık soğurması ve yük transferi performanslarının arttırılması yenilikçi FD üretiminde ilgi çeken bir yaklaşımdır. Bu yaklaşımla, tez çalışması temel olarak desen tasarımına göre ikiye ayrılmıştır. Başka bir deyişle, maskesiz lazer litografi ile oluşturulan daire ve örgü desenlerinde dikey olarak mükemmel hizalanmış çinko oksit (ZnO) nanoçubuk diziler (NÇD'ler) büyütülmüştür. Öncelikle sıvı-hal sistemler için farklı çaplara (D=20 µm, 2D=40 µm, 4D=80 µm) ve daireler arası farklı mesafelere (L=20 µm, L/2=10 µm) sahip desenlerde ZnO NÇD'leri üretilmiştir. Desen geometrisinin etkileri ve görünür bölgede ışık soğurucu özelliklerin iyileştirilmesi için indiyum sülfür (In2S3) ile oluşturulan heteroeklemlerin performansları fotoelektrokimyasal (FEK) FD'lerde incelenmiştir. Desensiz ZnO NÇD'leri In2S3 ile kaplanmasına rağmen D-L desenlilere kıyasla daha düşük fotoakımla sonuçlanmıştır. D-L tasarımlıda ise 20 paso (20P) sayılı In2S3'ün sprey pirolizinden sonra akım yoğunluğunun %224 arttığı görülmüştür. Dairelerin çapı D şeklinde düzenlendiğinde ve daireler arasındaki mesafe azaltıldığında (L/2), ZnO NÇD/In2S3-20P tasarımının fotoanot/elektrolit arayüzünde en yüksek yük transferini sağlayarak en iyi performansı göstermiştir. Daha sonra bu tasarım iyonik jel elektroliti kullanarak yarı-katı-hal sistemler için taşınabilir FEK FD şeklinde de üretilerek 367 nm-535 nm dalga boyu aralığında 400 nm'de en yüksek performansı göstermiştir. Çalışmanın örgü desenli tasarımlarında çizgilerin merkezleri arasındaki mesafenin (L) FEK FD performansı üzerindeki etkileri sıvı-hal sistemlerde incelenmiştir. ZnO NÇD/In2S3-20P heteroekleminde örgü desenli FEK FD cihazı (L=20 µm) daire desenliye (D-L/2) kıyasla daha yüksek performans sergilediği görülmüştür. Son olarak tez çalışmasında, örgü desenli ZnO NÇD ve anorganik halojenür perovskit (AHP) heteroeklemleri geliştirilmiştir. AHP olarak kurşun bazlı CsPbBr3-Cs2PbBr5 çift fazlı ve kurşunsuz Cs2AgBiBr6 çift perovskit kullanılmıştır. Jel elektrolitli yarı-katı-hal sistemler için performans sonuçlarına göre kurşunsuz halojenür perovskit, kurşunlu için alternatif bir malzeme olduğu sonucu çıkarılmıştır. Özellikle açık devre potansiyeli (VOC) karşılaştırıldığında kurşunsuz FEK FD'nin, kurşunluya göre yaklaşık 5 kat daha yüksek olduğu ve görünür bölgede daha yüksek dalga boyundaki ışığa tepki verdiği saptanmıştır. Ayrıca tepki süreleri, In2S3 kaplamalı FEK FD'ye göre çok daha hızlı olduğu doğrulanmıştır. Katı-hal sistemlerde örgü desenli ZnO NÇD üzerine Cs2AgBiBr6 kaplanarak, maksimum fotoakım değerinin, +5 V ve AM 1,5 aydınlatma altında, sadece ZnO NÇD'lerine kıyasla yaklaşık 13,65 kat arttığı görülmüşür. +5 V ve 367 nm-522 nm dalga boyu aralığında 382 nm'de ise en yüksek FD performansları elde edilmiştir. Bu koşullarda, kurşunsuza kıyasla yaklaşık 2,5 kat daha yüksek fotoakıma ulaşmıştır. Bu tez çalışmasıyla desen şekli, geometrisi, farklı elektrolitlerin etkisi ve aktif alanların bir arada incelenmesi, kompakt cihaz mimarisinin kendi kendine güç sağlayan FEK FD uygulamaları için umut verici olması, kurşunsuz perovskitin alternatif malzeme olarak belirlenmesi ve milisaniye düzeyinde tepki sürelerine sahip kararlı ve çevre dostu FD'ler elde edilmesi, inovatif bir yaklaşımla literatüre kazanımı ve gelecekteki yeni nesil FD'ler için verimli ışık yönetim mekanizmasına yönelik güçlü bir strateji ortaya koymuştur. Anahtar Kelimeler: ZnO, In2S3, AHP, Maskesiz Lazer Litografi, Fotodedektör
Nitrat tuzlarının termo-fiziksel özelliklerini geliştirmek için deniz kestanesi görünümlü metal oksit nanogözenekli kürelerin tasarımı
Son yıllarda, temiz, sürdürülebilir ve verimli enerjiye olan küresel talep önemli ölçüde artmıştır. Bu ihtiyacı karşılamak için yenilenebilir ve çevre dostu enerji kaynaklarını araştırmak önemlidir. Yoğunlaştırılmış güneş enerjisi (YGE) santralleri umut verici bir çözüm olarak ortaya çıkmıştır. YGE sistemlerinin performansı, kullanılan ısı transfer sıvılarının (ITA) termal özelliklerine büyük ölçüde bağlıdır. Son çalışmalar, nanoparçacık destekli eriyik tuzların, iyileştirilmiş spesifik ısı kapasitesi, daha geniş çalışma sıcaklığı aralığı ve gelişmiş termal kararlılık gibi olağanüstü termofiziksel özellikler sağlayabildiğini göstermiştir. Bu çalışmada, termal performanslarını iyileştirmek için deniz kestanesi şekilli mangan oksit nanoparçacıkların geleneksel eriyik tuzlara entegre edilmiştir. Bu nanoyapılar, tuz yüzeyinde yerinde büyüme ve ıslak kimyasal sentez olmak üzere iki farklı yaklaşımla istenen morfolojide başarıyla sentezlenmiştir. Nanoparçacıkların homojen dağılımını ve tuz matrisine kararlı entegrasyonunu sağlamak için iki aşamalı bir kristalizasyon protokolü kullanılmıştır. Bu çalışma, erime noktasını düşürmeyi, termal iletkenliği, Spesifik ısı kapasitesini iyileştirmeyi ve yığınlaşmayı en aza indirmeyi amaçlamaktadır. Yapılan DSC ve TGA analizine göre, katı katı geçiş sıcaklığında 4°C'lik bir düşüş bozunma sıcaklığında ise %30.5 artış görülmektedir. Bu daha geniş termal aralık, aynı sistem içinde artan duyulur ısı depolamasıyla sonuçlanır ve termal verimliliği iyileştirir. Bu iyileştirmeler, nanokompozitin geleneksel eriyik tuzlara kıyasla önemli avantajlar sunduğunu ve gelişmiş YGE uygulamaları için büyük potansiyele sahip olduğunu göstermektedir.
Fıtık ameliyatlarında kullanılan polipropilen yamaların antibakteriyel özelliklerinin amin fonksiyonlu polimer kaplamalarla iyileştirilmesi
Polipropilen (PP) yamalar, fıtık onarımı cerrahilerinde mekanik dayanıklılıkları, esneklikleri ve kullanım kolaylıkları nedeniyle yaygın olarak tercih edilmektedir. Ancak, bu yamaların hidrofilik olmayan ve biyolojik olarak aktif olmayan yapısı, bakteriyel adezyona yatkınlık göstererek postoperatif enfeksiyon riskini artırmaktadır. Bu çalışmada, PP yama yüzeyine pozitif yüklü fonksiyonel gruplar kazandırmak amacıyla amin-fonksiyonel polimer kaplamaları ile fonksiyonelleştirme stratejisi geliştirilmiştir. Seçilen polimer, poly[(dimetilaminoetil metakrilat)-co-(etilenglikol dimetakrilat)] (poly-DMAEMA-co-EGDMA), içerdiği amin grupları sayesinde bakteriyel hücre zarlarıyla elektrostatik etkileşim kurarak zar bütünlüğünü bozabilmekte ve bakteri ölümüne neden olabilmektedir. EGDMA çapraz bağlayıcı olarak kullanılarak kaplamanın stabilitesinin artırılması ve uzun süreli antibakteriyel etki sağlanması hedeflenmiştir. PP yamaların antibakteriyel özelliklerini artırmak amacıyla ardışık yüzey modifikasyonu üç ana aşamada gerçekleştirilmiştir: (i) UV/ozon işlemi ile oksijen içeren fonksiyonel grupların yüzeye kazandırılması, (ii) 3-(Trimetoksisilil)propil akrilat (TMSPA) ile silanlama yapılarak reaktif yüzeylerin oluşturulması ve (iii) poly[(dimetilaminoetil metakrilat)-co-(etilenglikol dimetakrilat)] (poly-DMAEMA-co-EGDMA) polimeri ile pozitif yüklü kuaterner amin gruplarının immobilizasyonu. Yapılan karakterizasyon çalışmaları, yüzey modifikasyonlarının başarıyla gerçekleştiğini göstermiştir. X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) analizleri, her bir işlem adımını doğrulayan elementel ve kimyasal bileşim değişimlerini ortaya koymuş, N 1s pikleri kuaterner amin gruplarının varlığını göstermiştir. Fourier dönüşümlü kızılötesi spektroskopi (FTIR) sonuçları da moleküler düzeyde bu değişiklikleri desteklemiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ve optik mikroskop analizleri, lif yapısının korunarak yüzeyde homojen bir kaplama tabakası oluştuğunu ve gözeneklerin kısmen kapandığını göstermiştir. Su temas açısı (WCA) ölçümleri, modifikasyon adımlarının yüzey ıslanabilirliğini anlamlı derecede değiştirdiğini ortaya koymuştur: işlem görmemiş PP yüzeyi hidrofobik (117,82°) iken, kuaterner amin kaplama sonrasında ise orta düzeyde hidrofilik (63,51°) karakter kazanmıştır. Termogravimetrik analiz (TGA) ve diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) verileri, modifikasyonların PP yamanın termal kararlılığını olumsuz etkilemediğini, aksine kuaterner amin kaplamanın ısıya dayanıklılığı artırdığını göstermiştir. Antibakteriyel etkinlik, agar difüzyon yöntemi kullanılarak Gram-pozitif (Staphylococcus aureus) ve Gram-negatif (Escherichia coli) bakterilere karşı test edilmiştir. Modifiye edilmiş yamalar, her iki bakteri türüne karşı da belirgin inhibisyon zonları oluşturarak etkili antibakteriyel performans sergilemiştir. Elde edilen bulgular, geliştirilen yüzey modifikasyon stratejisinin PP yamaların antibakteriyel özelliklerini başarılı bir şekilde artırdığını, yapısal, termal ve morfolojik özelliklerini koruduğunu göstermektedir. Bu yaklaşım, biyouyumlu ve antibakteriyel cerrahi yamaların üretiminde basit, tekrarlanabilir ve endüstriyel ölçekte uygulanabilir bir yöntem sunmakta olup, enfeksiyon riskini azaltarak fıtık onarımı cerrahilerinde klinik başarıyı artırma ve hasta iyileşme sürecini destekleme potansiyeline sahip yeni nesil yama tasarımları için umut vadetmektedir.
Karbondioksit yakalama ve metanın kuru reformasyonu reaksiyonu ile kullanımında metal ve promotör etkisi
Katalitik süreçler aracılığıyla entegre CO2 yakalama ve kullanım (ICCU), sera gazı emisyonlarının azaltılması ve net-sıfır hedeflerinin desteklenmesi için umut verici bir yaklaşımdır. Bu yöntemlerden biri olan metanın kuru reformlanma reaksiyonu (DRM), CO2 ve CH4'ü sentez gazına (H2/CO ≈ 1) dönüştürerek Fischer-Tropsch sentezi gibi süreçler için değerli bir hammadde sağlar. Bu çalışmada, DRM ve ICC-DRM koşullarındaki performans ve moleküler etkileşimlerini değerlendirmek amacıyla CeOx ve FeOx ile katkılanmış hidroksiapatit (HAP) destekli Rh katalizörleri geliştirilmiştir. 0.2RhCeHAP katalizörü, 700oC'de 22 saat boyunca üstün aktivite ve kararlılık sergileyerek Fe içeren katalizörü geride bırakmıştır. In-situ FTIR ve XPS analizleri, Rh-Ce etkileşimlerinin köprüleyici oksijen türleri (Rδ+-O-Ce2-x) oluşturduğunu, bunun da metalik Rh'un kararlılığını artırarak CO2 aktivasyonunu kolaylaştırdığını göstermiştir. Buna karşılık, Fe içeren katalizörde yüzeyde FePO4 oluşumu, aktif merkezlerin kapanmasını ve Rh'un indirgenmesini engelleyerek hızlı deaktivasyona yol açmıştır. Katalizörlerin CaO ile fiziksel olarak karıştırılmasıyla çift fonksiyonlu malzemeler (DFM'ler) elde edilmiş ve bu sistemler sayesinde CO2'nin verimli biçimde yakalanması ve yerinde dönüştürülmesi sağlanmıştır. Döngüsel ICC-DRM testleri uzun dönem kararlılığı doğrulamış ve RhCeHAP tabanlı DFM'ler entegre CO2 yakalama ve kullanım için umut verici adaylar olarak öne çıkmıştır.
Kompozit yapılı rüzgar türbin kanatlarının iyileştirilmesinde malzeme seçimi
Yatay eksenli, üç kanatlı rüzgar türbin kanatlarının tasarımında, farklı kompozit malzemeler (karbon-vinilester, karbon-epoksi, karbon-fenolik, cam-vinilester, boron-epoksi) ve farklı polimer köpük çekirdek malzemeler (PVC, PET, SAN, PU, PS, PEI) göz önüne alınmıştır. Bu malzemelerin mekanik özelliklerini yansıtan; yoğunluk, young modülü, poisson oranı, kesme modülüne ait sayısal veriler literatürden elde edilmiştir. Kanat yapısı, sandviç panel prensibine uygun şekilde modellenmiştir. Kanat; alt-üst dış yüzey katmanları, yapıştırıcı tabaka ve dış yüzey katmanlarının arasında yer alan çekirdek tabakasından oluşmaktadır. Göz önüne alınan kompozit ve çekirdek malzemelerine ait sayısal verilerin bilgisayar destekli analiz programı vasıtasıyla kullanılması sonucunda, her bir kanat tasarımı için Campbell diyagram eğrileri oluşturulmuştur. Her bir malzeme kombinasyonu için modal analiz gerçekleştirilmiş ve bu analizlerden elde edilen doğal frekanslar, rotor harmonik frekansları ile karşılaştırılmıştır. Olası rezonans riskleri; flapwise, edgewise ve torsiyonel modların davranışları üzerinden değerlendirilmiştir. Böylece, farklı malzeme kombinasyonlarının kanadın yapısal titreşim güvenliğine katkıları tespit edilebilmiştir. Buna ek olarak, malzeme seçimlerinin kanatların doğal frekanslarına, mod şekillerine ve rezonans bölgelerine etkisi saptanmış ve rüzgar türbin kanatlarının yapısal güvenliği ve performansı açısından önemli sonuçlar elde edilmiştir. Çalışmadan elde edilen verilerin, endüstride kullanılan rüzgar türbini kanatlarının imalatında malzeme seçimi ve gelecekte yapılacak optimizasyon çalışmaları için yol göstermesi ve temel teşkil etmesi hedeflenmiştir.
Kimyasal buhardan çöktürme sistem parametrelerinin 2B-Mo2 büyümesine etkisi: Düşük ve atmosferik basınçlı sistemlerin karşılaştırmalı analizi
Bu çalışmada, iki boyutlu molibden karbür (Mo2C) kristallerinin düşük basınçlı kimyasal buhardan çöktürme (DBKBÇ) sistemi kullanılarak sentezi sistematik biçimde araştırılmış, aynı zamanda atmosferik basınçlı sistem (ABKBÇ) ile doğrudan karşılaştırmalı bir çalışma yürütülmüştür. Literatürde Mo2C büyütmeleri çoğunlukla atmosferik basınç koşullarında gerçekleştirilmiş olup, düşük basınçlı sistemlerde başarılı 2B Mo2C sentezi sınırlıdır. Bu nedenle, bu çalışma düşük basınç koşullarında yüksek kaliteli Mo2C kristalleri elde edilmesini göstererek önemli bir özgün katkı sunmaktadır. Öncelikle, kuvars bileşenlerinden kaynaklanan SiO2 kontaminasyonu tespit edilerek, yeni numune geometrisiyle bu etki ortadan kaldırılmıştır. Farklı Cu kalınlıklarında (10–250 µm) yapılan büyütmelerde, literatüre paralel şekilde, Cu kalınlığının artışıyla Mo2C kristal kalınlığının azaldığı ve morfolojinin belirgin biçimde iyileştiği gözlenmiştir. Süreç karşılaştırmalarında, DBKBÇ sisteminde PR2 rotasının yüksek kristal kalitesi, düşük kontaminasyon ve homojen morfoloji açısından en uygun koşulu sağladığı belirlenmiştir. 15 dakikalık grafen ön-büyütme ve 32 dakikalık Mo2C büyütme süresi, düzenli altıgen morfolojili, ince ve yüzeyde eşit dağılmış kristallerin oluşumunu sağlamıştır. Sonuç olarak, bu çalışma düşük basınçlı sistemlerde 2B Mo2C büyümesi için referans niteliğinde bir parametre haritası oluşturmuş ve atmosferik sistemle yapılan doğrudan karşılaştırmalarla literatürde ilk kez kapsamlı bir referans ortaya koymuştur.
Birlikte buharlaştırma ve hibrit buhar çözeltisi sıralı yöntemi ile metal oksit delik (Hole) taşıma katmanlı düzlemsel perovskit güneş hücreleri
The recent success in achieving beyond 25% efficiency with perovskite solar cells (PSC) has called for further upgrading the fabrication techniques to meet the scalability requirements of the photovoltaic (PV) industry. Co-evaporation and a hybrid vapor-solution technique have been shown to produce uniform and efficient planar PSCs. Therefore, in this study, co-evaporation method was optimized studying the partial pressure of the organic precursor. Later electron transport layers in n-i-p and p-i-n structures were addressed achieving 13.0% and 16.1% efficiencies, respectively. Besides, mixed-halide perovskites were fabricated following a hybrid sequential method focusing on the deposition rate of PbI2 and a solution of methylammonium-halides to control the crystallization and morphology of the perovskite layer. This conferred efficiencies up to 19.8% in the case of MAPbI3-X-YBrXClY with 90 hours of operational stability. This is an important measure towards scalability due to the uniform deposition of the first inorganic layer by vacuum-deposition. As another step towards the scalability of perovskite PV, radio frequency (RF) magnetron sputtering was devised to deposit NiOX as a hole transport layer with wide bandgap, matched band structure with perovskite, and stability. The effect of Ar-partial pressure, deposition rate on the optoelectronic properties of the sputtered NiOX was investigated. The passivation of NiOX using organic (Poly-TPD) and inorganic (CuO) materials boosted the overall efficiency of the PSCs by 2.2% and 1.2%, respectively. Finally, Cu doping NiOX via co-sputtering enhanced the efficiency of the PSCs by 3%. This thesis provides a benchmark for applying scalable methods (from evaporation to sputtering) towards efficient PSCs.
Neuro-2a hücrelerinin femtosaniye lazer ile işlenmis silikon yüzeylerinin üstündeki davranışları
Cells are known to interact with their physical environment and respond to cues such as substrate topography. Knowledge of the cell responses to topography may give in- formation about cell behavior in health and disease, as well as be exploited in order to exert control on cells for various purposes. Cell responses to topography are depen- dent on cell type, substrate material and topographical features. In the present study, Neuro-2a cell line was used as a versatile and widely available neuronal cell model. The substrates consisted of polished or laser-structured silicon. Structuring was per- formed using an ultrafast infrared pulsed laser, which generated topographies such as laser induced periodic surface structures (LIPSS) and microcolumns. The substrates were characterized with scanning electron microscopy (SEM). Cells were grown on control substrates (glass or plastic), polished silicon and laser-structured silicon of different topographies for 3 hours or 24 hours to evaluate various cell behaviors. Ini- tial cell adhesion and initial motility, as well as cell adhesion and shape after 24 hours were studied in different substrates using fluorescence microscopy and SEM. Initial cell adhesion was found to be strongest on the microcolumn topography, allowing for selective cell patterning on microcolumn regions. After 24 hours, cell adhesion was found to be equal in all topographies. Moreover, cell motility was found to be fastest in polished silicon, and slowest in the microcolumn topography. On the other hand, cell area and perimeter was found to be larger on polished silicon and LIPSS, com- pared to microcolumn topography or glass. No difference was found in the average cell circularity for all substrates. Finally, cell preference for microcolumn stripes was found to be more prominent when LIPSS was found between the stripes, compared to when thee stripes were separated by flat regions. In conclusion, different cell be- haviors related to spreading, migration and adhesion were found to be dependent on the substrate topography. Topography on silicon may be promising to control these behaviors in the Neuro-2A cell line.
Mikro ölçekli güç üretimi için MEMS tabanlı mikrolitre hacimli mikrobiyal yakıt pili
Fuel cells can be a part of the solution to energy problem in the world. They can supply power in both macro and micro scales. Especially, MEMS based microscale microbial fuel cells (μMFC) may hold the answer to manufacture easy, cheap, fast, and mobile power sources and sensors. μMFCs are electrochemical devices converting chemical energy into electrical energy utilizing microorganisms as biocatalyst, instead of precious metal catalysts used in conventional fuel cells. They can be integrated to power, for example, lab-on-a-chip systems, or they can be used as stand-alone biosensors for sensing applications. This study focused on the development of a compact microbial fuel cell with microliter volume fabricated using silicon MEMS technology. The aim was to have high power density and low start-up time to be integrated as a power source for small devices. Several µMFC systems were operated under different conditions throughout the study. Effects of external load, anolyte type, operating conditions, and chemical modification of gold anode surfaces were compared in terms of start-up time and power densities using Shewanella oneidensis MR-1. Performances were evaluated using polarization curves, Electrochemical Impedance Spectroscopy, and Scanning Electron Microcopy. The results showed that µMFCs modified with cysteamine self-assembled monolayers resulted in more than a 50% reduction in start-up times due to better bacterial attachment on the anode surface. The volumetric power density (330 µW/cm3) was found to be similar in cysteamine-modified and bare gold µMFCs and was comparable to results reported in similar studies in the literature.
Yüksek performanslı nBn kızılötesi fotodedektörler için bariyer mühendisliği
Despite intensive studies, for high-performance applications, lowering dark current is still a challenging problem for pn-type infrared (IR) photodetectors. Over the last two decades, barrier-type IR detectors have been proposed as a solution for obtaining high-performance and high operation temperature conditions. However, the valence band discontinuity limits the material alternatives to which the barrier detector architecture can be applied. In this thesis work, it has been numerically shown that some material limitations in the barrier detector architecture can be eliminated using bandgap engineering techniques. Herein, simulations and analyses were performed by using Synopsys Sentaurus technology computer-aided design (TCAD) commercial device simulator via calculations of the current, continuity, and Poisson's equations with high precision. In this study, delta-doped layers, together with compositionally grading, were utilized to get InGaAs and HgCdTe nBn type IR barrier detector configurations. For the shortwave IR (SWIR) band InGaAs nBn detector, lattice-matched InAlAs and lattice-mismatched InGaAs were used for the barrier material. At least 40 and 20 times improvement, respectively, were calculated in the dark current level by suppressing the surface leakage and generation-recombination (G-R) current mechanisms without compromising any photo-response when compared to the conventional pn junction. This method was also applied successfully for obtaining an extended SWIR (eSWIR)/SWIR InGaAs dual-band nBn detector structure. In the case of HgCdTe material systems, strong suppression of G-R and trap assisted tunneling (TAT) currents were numerically demonstrated with the designed nBn structures in the SWIR, midwave IR (MWIR), and longwave IR (LWIR) bands, which could be useful for the alternative substrate HgCdTe technology. The HgCdTe dual-band nBn detector configuration was also examined in MWIR/LWIR bands again by using compositionally graded and delta-doped layers. Thanks to the flexibility of this method, the length and thickness of the barrier can be adjusted, while zero valence band offset is achieved at the same time for the compositionally bandgap adjustable materials.
Dalga önü modülasyonu kullanılarak lidar ve makine vizyonu için 3 boyutlu görüntüleme
Autonomous vehicles have proven to be very efficient in daily routine jobs and their impact will continue to increase given the recent developments in artificial intelligence, boosted by increased computation capacity. These vehicles are generally equipped with 2D imaging sensors and asked to accomplish tasks in a 3D world, which hamper their functionalities. In this study, we experimentally investigate and develop 3D imaging technologies. We first demonstrate colorful 3D imaging via time of flight measurements in order to map the target scene to a 3D point cloud data and secondly perform triangulation method. For time of flight measurements, we employ a digital micro-mirror device with a resolution of 1920x1080 and a range finder in order to scan the target. We scan the target with a resolution of 8x2, 16x2, and 8x4 using our first method. Second, we employ structured light method to scan the target in 3D using again the digital micro-mirror device in conjunction with a white light source. Using triangulation, we were able to scan the target with a resolution 1920x1080. Our results indicate that in terms of resolution triangulation method gives better results. We can foresee that triangulation and time of flight measurement methods are combined a robust and high-resolution 3D vision can be developed which will increase vision capabilities of autonomous vehicles that shape our future.
Yüksek çözünürlüklü, değişken eşlenik yay sabitli titreşim tabanlı MEMS sıcaklık sensörü
This thesis presents the design, modelling, fabrication and characterization of a resonance based MEMS temperature sensor with improved sensitivity. The temperature sensor is composed of an electrostatically coupled double ended-tuning fork (DETF) MEMS resonator. The sensor utilizes the thermal expansion coefficient difference of the materials to detect the temperature change. The design consists of 2 resonator tines where each of them has two capacitive plates on each side. The capacitive plates facing each other on the inner side of the resonators are used for the electrostatic coupling, which is the crucial point of the study. The negative electrostatic coupling stiffness generated between these tines enables mode-ordering. By mode-ordering, the sensor can be operated closer to pull-in in order to achieve higher sensitivity for the out-of-phase mode. The outside capacitive plates are used for actuation and sensing, whose mechanisms are explained with the equations. The analytical model is presented with the thermo-electro-mechanical equations for the mode shapes and their corresponding natural frequencies. The model is verified by the Finite Element Analysis by comparing the resonance frequencies of the modes of interests. In FEM analysis, the effects of the electrostatic coupling are shown with the parametric sweep for the various proof mass voltage configurations with the thermal expansion physics node included. Having the thermal expansion, the effect of the temperature increase is shown in the modal analysis as the frequency shift in the mode of interests. The characterization tests are performed in a vacuum environment. The quality factor for the out-of-phase mode is about 25500 at a pressure of around 0.15mTorr. Resonance frequencies for the mode of interests of the resonator are close to the analytical model and the FEM simulation results. The effect of the electrostatic softening effect is investigated for the same, and the opposite sign proof mass voltage configurations. The frequency change for the opposite sign proof mass configuration from 6V to 20V is 3063Hz and 666Hz for out-of-phase and in-phase, respectively. For the same proof mass configuration, the resonance frequency shifts 579Hz. The out-of-phase mode and the in-phase mode frequency changes for the temperature increase from 25°C to 65°C are 1078Hz and 988 Hz for the VPM1=20V and VPM2=-20V. For the same proof mass configuration (VPM1=20V and VPM2=20V), the frequency change is 986Hz, still lower than the in-phase mode frequency of the opposite sign proof mass voltage configuration but very close as expected. The overall sensitivities are obtained using the maxima of the frequency response plots. For the opposite sign proof mass configuration, out-of-phase mode and in-phase mode temperature sensitivity are increased from 24.4Hz/K to 26.5Hz/K and 24Hz/K to 24.4Hz/K, respectively, with the voltage increase from 8V to 20V. This study shows that the temperature sensitivity can be increased by varying coupling stiffness by adjusting the proof mass voltages close to pull-in voltage and mode-ordering.
Ka bant radar uygulamaları için GaN / algan HEMT yapılarında alaşımlı ve alaşımsız ohmik kontakların karşılaştırılması
Gallium Nitride (GaN) based High Electron Mobility Transistor (HEMT) is the most powerful alternative for high-power and high-frequency applications due to their unique material properties, such as high breakdown field, high electron drift velocity, high operation temperatures, high radiation resistance, and so on. A low ohmic contact resistance (Rc) is critical to enhancing the device performance at high frequency and high output power. Various metal stacks with different metal types and individual metal layer thicknesses have been reported. Electron beam evaporated Ti/Al/Ni/Au metal stacks have been widely used for ohmic contacts for GaN-based HEMT devices. In general, Ti-based ohmic contacts require higher annealing temperatures above 800 °C. Annealing metal stacks at high temperatures (above 800 °C) lead to a deterioration in the metal surface morphology and metal edge acuity which makes it difficult to carry out further operations to form the gate region. High annealing temperatures may also result in thermal degradation of the epitaxial heterostructure. It is essential to decrease the transistor dimensions including the gate length (Lg) and the source-drain spacing to operate the device at Ka-band (26.5GHz-40GHz) and higher frequencies. To realize these potentials, the transistor should have a proper epitaxial design along with lower on-resistance and smoother ohmic contact morphology. Not only ohmic contact resistance but also ohmic contact morphology and metal edge acuities of the down-scaled HEMT are very crucial since it affects the next coming device processing steps including gate alignment. Low-temperature annealing (<600oC) of metal stacks with recess etching is an alternative way of forming ohmic contacts to down-scaled GaN-based HEMTs. Annealing at lower temperatures is good for keeping metal surface morphology reasonable but this method may result in higher contact resistances which is not good for HEMT devices. Implantation could be another way of forming ohmic contacts for down-scaled HEMTs. Implanted species need to be annealed at high temperature (>1200oC) which may results in deteriorated epitaxial quality since the growth temperature of epitaxial layers is generally in the range of 900oC-1200oC. Regrown of GaN-based materials gathering great interest for forming an ohmic contact to HEMT which does not require annealing of metals which results in much better metal surface morphology compared to alloyed ohmic contacts. Both Molecular Beam Epitaxy (MBE) and Metal-Organic Chemical Vapor Deposition (MOCVD) methods are used to grown non-alloyed GaN-based material for forming ohmic contacts. To this end, this work describes the development of MOCVD regrown InGaN non-alloyed ohmic contacts for GaN-based HEMT devices designated for Ka-band application. To do the best of our knowledge, we are the first group in the world to successfully implement MOCVD regrown of InGaN layers for forming non-alloyed ohmic contacts to GaN-based HEMT devices for Ka-band applications. Entire microfabrication processes were performed at Coatings and Thin Films Laboratory at Middle East Technical University (METU) and AB MicroNano Company. MOCVD regrown InGaN material which was grown on patterned wafer exhibited high doping concentration above 1020cm-3 which is crucial for forming ohmic contact and the corresponding surface morphology of metal contacts was excellent. HEMT with alloyed ohmic contacts were also fabricated to do a performance comparison. The highlights of this study include improved contacts resistance of non-alloyed regrown InGaN ohmic contacts down to 0.3 W.mm compared to HEMT with alloyed ohmic contacts. An almost 7% improvement was observed in both drain-source current (Ids), transconductance (gm), and small-signal performance. Large-signal measurements showed that the output power of the HEMT with non-alloyed regrown InGaN ohmic contact was 3.07 W/mm which was 9% higher compared to HEMT with alloyed ohmic contacts. In this work, Atomic Layer Deposition (ALD) of Aluminum doped Zinc Oxide (AZO) films were also characterized. Al composition of AZO films was varying in 2-4% with varying growth conditions. AZO films exhibited degenerate doping which corresponds to the sheet resistance of about 10-3 .cm. Having similar electronic properties with MOCVD of InGaN thin films, ALD of AZO could be an alternative for non-alloyed ohmic contacts to GaN-based HEMT devices. In this respect, an investigation of material properties of ALD of AZO films performed. Initial trials did not yield expected results due to not optimized recess etching and post-plasma cleaning conditions.
Mesa ve planar yapılı kısa dalgaboyu kızılötesi dedektörlerin karanlık akım optimizasyon tasarımları
This thesis aims to report novel designs to achieve lower dark current values for modified pin heterojunction InGaAs/InP SWIR photodiodes for both mesa and planar type production methodologies. Mesa type studies cover novel passivation methodology based on a fully depleted thin p-InP layer. Mesa structured detectors are targeted due to their competitive advantages for applications such as multicolor/hyperspectral imaging. Test detector pixels with different perimeter/area ratios are fabricated with and without etching the thin InP passivation layer between pixels in order to comparatively examine passivating behavior. I-V characteristics of the test detectors are measured at room temperature. Based on the results from differently sized pixel groups, bulk and surface dark current components are separated. Results show that thin InP layer decreases dark current by a factor of 3 while increasing photo current due to higher carrier collection efficiency Planar type studies with developing novel epilayer structures, junction depth optimization and successful suppression of surface and bulk generation and recombination (GR) dark current components resulted in diffusion current limited high performance planar type SWIR detectors. For 15 μm pixel pitch, we obtained12 fA pixel dark current at room temperature (~26°C) and 1.08 A/W responsivity (at 1.55 μm) that is corresponding 86% quantum efficiency (QE). Dark current modeling analysis is performed based on bias dependency of diffusion, GR and tunneling current components. Results show excellent match with experimental data. Utilizing the developed planar type detectors with the state-of-the-art performance, post process optimizations also completed which result high performance megapixel SWIR imaging sensors with record level operability.
Isıl işlemin eriyik filament ile imalat yöntemiyle üretilmiş PLA parçaların mekanik özelliklerine etkisinin incelenmesi
Additive manufacturing has become a disruptive technology for the production of load bearing components in a wide range of applications. Fused filament fabrication (FFF) is among the most effective and economical techniques for the printing of polymeric parts. There are numerous thermoplastic materials suitable for FFF. Among these, Polylactic acid (PLA) is a renewable, sustainable and cost-effective alternative. For better utilization of PLA parts produced by FFF, there is a need to understand the structure-property relationships in this system. This thesis investigated the effect of annealing on the mechanical properties of FFF produced parts made of polylactic acid (PLA). The as-printed specimens exhibit an amorphous structure, whereas annealing at elevated temperatures, ranging from 80°C to 140°C for 24 hours resulted in the formation of different crystalline phases. 100°C annealing for 24 hours provided the best results in terms of ductility and strength improvement; the tensile strength increased by 6.5 % and elongation at break increased by 33%. A further increase in the annealing temperature resulted in a decrease in the strength and ductility. In the second part of the thesis, the effect of annealing for different infill ratios were investigated. The 60% infill ratio case with 100 °C annealing showed the best normalized mechanical properties. The findings of the thesis show the importance of the microstructure on the mechanical properties and demonstrate the feasibility of annealing for the process and property optimization of FFF-produced parts.
Minyatür soğutmasız kızılötesi mikrobolometre pikseli geliştirilmesi
This thesis reports the development of 12 µm pixel pitch single layer microbolometer structures for use in the 8-12 µm wavelength regions, following recent trends in the last decade in microbolometers. Various pixel structures are designed, simulated, fabricated, and characterized to obtain acceptable detector performance in these small pixels. The pixel structures are improved by reducing the pixel thermal conductance and by using planar type electrode structures where the active material is selected as VWOx (Vanadium-Tungsten Oxide). Predictive modeling with electro-thermal simulations has aided in attaining the best possible pixel structures. Besides that, absorptance is optimized using the cascaded transmission line (CTL) simulation method to improve the pixel absorption between 8-12 µm spectral region show that more than 85% level. Designed detector pixels are fabricated using a CMOS compatible process flow. Each fabrication step is optimized considering a possible array fabrication on CMOS wafers. Then, pixels are characterized electrically, thermally, and optically. These characterizations include temperature coefficient of resistance (TCR), noise, thermal conductance, absorption, responsivity, and thermal time constant measurements. The TCR of the active material, VWOx, is measured around -4 %/K with an optimum resistance value. The thermal conductance values of pixels are measured as low as 20 nW/K. Additionally, the corner frequency is measured 0.85 kHz at 10 μA bias current. Finally, a responsivity value of 37 kV/W at 473 µV is measured for the best-performed fabricated pixel with a low thermal time constant of less than 2 ms, suitable for applications that require high frame rates. Fabrication of 640x480 format FPAs is conducted in the framework of this thesis with the optimized detector structure. Among measured FPAs, the responsivity and operability are measured as high as 10 mV/K and >99%, respectively. Using these measurement results, the lowest NETD value of a 640x480 FPA measured minimum is 200 mK. The success of the developed detector structures is verified through the images obtained from the detectors that are monolithically built on the CMOS readout circuit. It should be noted that this thesis reports the first successfully fabricated 640x480 FPA array using a 12 µm pixel pitch single layer microbolometer in Turkey. The development in this small size FPA production may open a path to different applications to be developed and used in Turkey in the future.
Hücre zarı geçirgenliğinin sürekli bir termo-akışkan mikrokanallı sistemde farklı donmada koruyucu maddeler ile incelenmesi
Modeling cell membrane permeability in different solutions is a critical requirement in controlling the response of cells during preconcentration processes in biotechnological applications, such as drug delivery, fluorescence imaging, and cryopreservation . Current multi-step methods employed in loading cells with high concentrations of cryoprotectant agents (CPAs) prior to cryopreservation for long term storage affect cell viability as a result of extended exposure times associated with these methods. One of the objectives of this research to observe the response of different types of cells in a continous microfluidic system allowing for reduced exposure times to the CPAs and to model the transport of CPA through the cell membrane. In this study, a micro thermo-fluidic device designed for faster and continuous preconcentration of cells with CPAs is used to study cell membrane permeability. Cells are encapsulated in uniform aqueous droplets with a low CPA concentration, The concentration of the CPA in the droplet is increased along the microchannel by controlling the temperature, and thus the water solubility of the oil phase. Selective diffusion of water out of the droplet causes the droplet to shrink and get concentrated vi in CPAs. The response of the cell to the changes in the extracellular concentration is observed and analysed. The dynamic extracellular CPA concentration data is integrated in a permeability model to calculate the dynamic permeability of the cell membrane to a specific CPA. Two-phase flow conditions for droplet generation are optimized to determine the flow rate to achieve the desired droplet size. A linear relationship is found between flow rates and the size of the droplets, regardless of the size and geometry of the microfluidic device. The performance of encapsulation of cells in the droplets based on the flow rate is assessed. The undesired phenomena, such as the encapsulation of cells in multiples and the sedimentation inside the microchannels, are found to be associated with the low flow rates. Employing a continuous two-phase microfluidic system has proved valuable in observing the response of the cell to increasing CPA concentrations. Encapsulation in smaller droplets has yielded a higher increase in the intracellular CPA concentration. A conventional mathematical model for the permeability of the cell membrane is modified by using the dynamic extracellular concentrations obtained from the microfluidic system. Membrane permeability parameters are determined for MDA-MB231 cells using glycerol as the CPA, where concentration is increased from 1 M to 2.05 M in the aqueous droplets with heating to 40°C in the microfluidic channels.
Yeni yüzey yapısı ve geniş bant aralıklı taşıyıcı seçici katmanlarıyla silikon heteroeklem güneş hücresi performansının iyileştirilmesi
The photovoltaic (PV) industry is dominated by silicon-based solar cells owing to the abundance of silicon and its full-fledged technology. The main road for the PV industry points out to enhance the conversion efficiency of solar cells while decreasing production costs, which is crucial for improving renewable energy market share. The silicon heterojunction solar cells (SHJ) are receiving attention on this road map due to their higher conversion efficiencies, simple process flow, and low-temperature fabrication sequence. In order to further enhance the SHJ device performance, both electrical and optical properties should be improved simultaneously. In this Ph.D. thesis work, various aspects of SHJ solar cells, such as surface texturing, surface passivation, and material choices, were addressed. Firstly, surface texturing was studied to search for new approaches to reduce optical losses. Even though the well-established surface texturing method generating random pyramids on the surface reduces the reflection successfully, there is still room for improvement. A new and novel silicon surface texturing method based on copper-assisted chemical etching was developed for efficient light management on the surface. With this technique, tetragonal-star shaped inverted pyramids were formed, resulting in extremely low reflectance values. Secondly, the surface passivation of silicon was studied using different process conditions and material systems. The SHJ solar cell performance was significantly improved by understanding the chemical passivation kinetics and improving the surface passivation quality. Thirdly, wide band gap materials were integrated into the SHJ solar cell structure to decrease parasitic absorption losses. Furthermore, the free-carrier absorption losses were reduced significantly by tuning TCO's electrical and optical properties. Based on the theoretical and experimental explanations, the novel method for light trapping and integration of wide band gap materials to SHJ solar cell structure were shown to offer promising alternatives to existing technologies for future applications. With these new material systems and process improvements, we have achieved high-efficiency values of up to 21.2% in the SHJ solar cells fabricated at ODTÜ-GÜNAM
Plazma destekli kimyasal buhardan çöktürme metodu ile grafen kapsüle edilmiş metalik tozların sentezi ve karakterizasyonu
Grafen-Cu kompozitler, bakıra göre geliştirilmiş özelliklere sahip olmaları nedeniyle çeşitli endüstrilerde potansiyel uygulamalara sahiptir. Grafen-Cu kompozitlerin sentezlenmesi için yaygın olarak kullanılan yöntemler, Hummer metodu ve türevleriyle grafen yaprakçıklarının Cu tozlarıyla karıştırılması, presleme ve sinterleme işlemleridir. Ancak, bu yöntemlerde grafen yaprakçıklarının morfolojisinin kontrolü ve homojen dağılımın sağlanması zorluklar oluşturabilmektedir. Son zamanlarda, bakır tozlarının çeşitli yöntemlerle grafen ile kaplanması üzerine çalışmalar yapılmıştır. Bu çalışmalar arasında, endüstriyel uygulamalara uygun bir yöntem olarak Kimyasal Buhar Biriktirme (KBÇ) yöntemi öne çıkmaktadır. Ancak, KBÇ yöntemiyle Cu tozlarının grafen ile kaplanması, yüksek sıcaklık gerektiren hidrokarbon parçalanması nedeniyle zorluklar içermektedir. Bu tez çalışması, düşük sıcaklıkta plazma destekli KBÇ (PDKBÇ) yöntemi kullanılarak grafen ile kaplanmış bakır (Grafen-Cu) tozlarının geliştirilmesi üzerine odaklanmaktadır. Bu kaplanmış tozlar kullanılarak Grafen-Cu kompozitlerin üretimi gerçekleştirilmiş ve bu kompozitlerin mekanik ve termal özellikleri araştırılmıştır. Oluşturulan Grafen-Cu kompozitlerin yapısal, mekanik ve termal özellikleri karakterizasyon yöntemleri kullanılarak belirlenmiştir. Bu yöntemler, kompozitlerin mikroyapısını ve grafen dağılımını değerlendirmek amacıyla kullanılmıştır. Elde edilen sonuçlar, düşük sıcaklıkta PDKBÇ yönteminin başarılı bir şekilde kullanılarak homojen Grafen-Cu kompozitlerinin üretilebildiğini göstermektedir. Grafen varlığının oluşan kompozit mikroyapısı üzerinde etkisi araştırılmış ve grafen varlığında elde edilen yapılarında daha küçük tane boyutları ve azalmış gözenek miktarı gözlemlenmiştir. Mekanik testler, grafen varlığının kompozitin akma dayanımını ve elastik özelliklerini artırdığını göstermiştir. Termal testlerde ise grafen kaplamasının kompozitin termal difüzivite değerlerini artırdığı tespit edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, kompozitlerin mikroyapısıyla ilişkilendirilerek iyileşme mekanizmaları incelenmiştir. Bu çalışma, grafen takviyeli bakır kompozitlerin üretim yöntemlerinin geliştirilmesine ve bu kompozitlerin potansiyel uygulamalarda kullanılabilmesine katkı sağlamaktadır.
Elektromanyetik kalkanlama uygulamalarına yönelik epoksi matrisli nanokompozitlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
İkinci Dünya Savaşı süreci ve sonrasında gelişen teknoloji, elektronik cihazların kullanımı, artan radyo dalga yayınları, transistörler, mikroişlemci gibi sistem ve ekipmanlar frekans spektrumunu genişletmiş ve cihazların çalışmalarında beklenmedik problemler ortaya çıkmaya başlamıştır. Bu problemlerin istemli ve istem dışı olarak cihaz ve sistemlerden yayılan elektromanyetik alanların girişiminden kaynaklandığı öngörülmüştür. Bunlar üzerine Uluslararası Elektroteknik Komisyonu (IEC), Elektromanyetik Girişim (EMG) problemi üzerinde çalışması için Uluslararası Radyo Girişimi Özel Komitesini (CISPR) görevlendirmiştir. 1979'da Federal İletişim Kurulu'nun (FCC) kurulmasıyla, Elektromanyetik Girişimin tanımlanması ve konu ile ilgili standartlar, regülasyonlar oluşmaya başlamış, Elektromanyetik Uyumluluk (EMU) ölçütlerinin belirlenmesi hızlanmıştır. Günümüzde ICNIRP, ANSI, IEEE, ASTM ve WHO gibi kuruluşların da üzerinde çalışmakta olduğu EMG Kalkanlama/EMU konusu hem cihaz ve ekipmanların servis süresi boyunca operasyonlarını başarılı bir şekilde yürütmesi açısından hem de insan ve diğer biyolojik türlerin sağlığının korunması açısından önem arz etmektedir. Bu sebeple, uluslararası standardizasyonlar ve yönetmeliklerle kontrol edilmektedir. Ülkemizde konu ile ilgili düzenlemeleri ve sınır değerleri Bilgi Teknolojileri ve İletişim Kurumu (BTİK) yönetmeliklerle ve Milli Monitör Sistemi (MMS) ile takip etmektedir. BTİK tanımına göre EMG terimi her türlü sistem/cihaz faaliyetini engelleyen, haberleşmede kesinti doğuran veya kalitesini bozan her türlü yayın veya elektromanyetik etkiyi ifade eder. EMU testleri ve testler sonucu cihazın ortamda herhangi bir girişime sebep olmaması konusunun belirlenmesi, CE sertifikasının bulunması gibi hususlar telekomünikasyon ürünleri başta olmak üzere cihaz, ekipmanlar ve sistemler için elzemdir. Havacılık, Uzay ve Savunma Sanayiinde ise Elektromanyetik Girişimi Kalkanlama hususu hayati önemdedir. Elektronik bileşenleri içeren ürünlerin, devrelerin, özellikle hassas güdüm sistemlerinin, algılayıcı ve eyleyicilerini doğal, yapay, dolaylı ya da uluslararası unsurlardan kaynaklanan kasti elektromanyetik etkileşimlere karşı korumak oldukça kritiktir. Bu kapsamda EMG Kalkanlama Etkinliği (EMG KE) yüksek kompozit malzemeler, katkı malzemeleri ve prosesler geliştirmek malzeme teknolojileri alanında temel hedeflerdendir. Bu tez çalışmasında Elektromanyetik Kalkanlama Uygulamalarına Yönelik Epoksi Matrisli Nanokompozitlerin Geliştirilmesi ve Karakterizasyonu üzerinde çalışılmıştır. Materyal ve yönteme gelince, Grafen kapsüllü Nikel (GNi) parçacıklar Plazma Destekli Döner Aksamlı Kimyasal Buhar Çöktürme (PDDAKBÇ) yöntemi ile sentezlenmiştir. Parçacıkların karakterizasyon süreçlerinden sonra, elde edilen GNi yapılar epoksi matrise katkılanmıştır. Nanokompozit yapı elde edilmiş ve test kuponları imal edilmiştir. Farklı katkılama yüzdelerinde hazırlanan test kuponlarının Kalkanlama Etkinlikleri (KE) ölçülmüştür. Grafen kapsülasyonu sayesinde nikel tozların kalkanlama etkinliği aynı katkılama yüzdelerinde iyileşmiştir. KE ölçümleri 1,5 Ghz-10 GHz frekans aralığı için ASTM D4935 Düzlemsel Malzemelerin Elektromanyetik Ekranlama Etkinliği test yöntemi ile yapılmıştır. GNi tozların Savunma Sanayi uygulamaları için epoksi matrisli nanokompozit malzemelerde EMG Kalkanlama uygulamalarında kullanım potansiyeline sahip olduğu gösterilmiştir. Bu tez çalışması TÜBİTAK 1003 programı kapsamında 118F491 kodlu proje ve 118F492 kodlu alt proje ile desteklenmiştir.
DNA origami nanoyapıların yapısal kararlılığının ve elektronik özelliklerinin moleküler dinamik ve yoğunluk fonksiyonel teorisi simülasyonları ile incelenmesi
Deoksiribonükleik asit (DNA) canlılarda genetik bilgiyi oluşturan temel moleküldür. Bunun yanı sıra, tamamlayıcı nükleotid çiftlerinin kendilerine has etkileşimleri ve nükleotidlerin istenilen diziler halinde kolayca üretilebilmesi nedeniyle nanoteknoloji uygulamalarında önemli bir potansiyele sahiptir. Uzun, tek iplikli DNA molekülünün, daha kısa iplikli DNA'lar ile birleştirilmesi sonucunda, "DNA Origami" olarak adlandırılan, istenilen şekillerde iki veya üç boyutlu nanoyapılar elde edilebilmektedir. DNA origami nanoyapılar, ilaç taşınımı, biyoalgılayıcı, inorganik malzeme sentezi gibi çeşitli uygulamalı araştırmaların yanı sıra üretim kolaylığı nedeniyle, son yıllarda hız kazanan moleküler elektronik uygulamaları için de yüksek potansiyele sahiptir. Bahsedilen bu uygulamalar için DNA origami kullanılarak cihazların üretilebilmesi ve uzun süreli dayanıklılığı, tasarlanan nanoyapılarının yapısal kararlılıklarını korumasına ve ayrıca elektronik özelliklerinin uygulamaya yönelik olarak tasarlanabilmesine bağlıdır. DNA origami yapısının kararlılığının geometri, sarmal sayısı ve çevresel koşullara bağlı olduğu bilinse de bu etkilerin doğası şimdiye kadar çok az anlaşılmıştır. Ayrıca yapısal değişikliklerin DNA origamilerin elektronik özellikleri üzerindeki etkilerini anlamak yeni elektronik cihazların geliştirilmesi için önemlidir. Bu tez kapsamında AMBER ve NAMD programları ile moleküler dinamik simülasyonları kullanılarak farklı DNA origami nanoyapılarının üç boyutlu yapıları modellendi. DNA origami nanoyapılarının konformasyonları üzerinde üç farklı parametrenin etkileri modelleme yöntemleri ile araştırıldı: 1) altın (111) yüzeyi, 2) DNA sarmallarının bağlantı noktalarının sıklığı ve 3) tuz konsantrasyon farkı. DNA origami yapılarını temsil eden daha küçük çift sarmal DNA molekülleri oluşturuldu ve altın (111) yüzeyiyle etkileşimler nedeniyle meydana gelen yapısal deformasyonların elektronik özelliklere olan etkileri GAUSSIAN programı kullanılarak incelendi. Ayrıca, biyoelektronik uygulamalar için DNA origami nanoyapısının 1,2-Dioleoil-sn-glisero-3-fosfokolin (DOPC) lipit çift tabakası içerisindeki yapısal kararlılığı araştırıldı. Daha sonra genişletilmiş Hückel metodu ve yoğunluk fonksiyonel teorisi hesaplamaları ile enerji bant diyagramları ve moleküler orbital pozisyonları araştırıldı. DNA origami yapılarında elektriksel iletkenliğin sarmallar arasındaki iletimi incelendi. Bu çalışmaların DNA origamilerin yapısal kararlılıklarının anlaşılmasına ve DNA origami yapılarının uzun vadeli kullanımının önünü açarak ileride nanoteknolojik yeni cihazların ve uygulamaların geliştirilmesine katkı sağlaması beklenmektedir.
Çarpışma bölgesi simülasyonu yapılarak parçacık çarpıştırıcılarının olası çarpışma verimliliğinin ve sürdürülebilirliğin belirlenmesi
İlk örnekleri 1960'larda kurulan parçacık çarpıştırıcılarının yüksek enerji fiziği araştırmalarındaki önemi katlanarak artmaktadır. 1970'lerden itibaren Standart Modelin öngördüğü ağır fermiyonlar (c-kuark, t-kuark ve tau-lepton), ara bozonlar (gluon, W, Z ve Higgs bozonu) parçacık çarpıştırıcılar sayesinde keşfedilmiştir. Parçacık çarpıştırıcıları çarpışan parçacıklar açısından üç türe ayrılabilir: lepton, hadron ve lepton-hadron. Çarpıştırıcılara tasarımlarına göre bakıldığında ise dairesel, doğrusal ve linak-halka olmak üzere üç farklı seçenek mevcuttur. Yüksek enerji fiziği açısından çarpıştırıcılarının en önemli parametreleri kütle merkezi enerjisi ve ışınlıktır. Bununla birlikte kontrol altında tutulması gereken çok sayıda demet parametreleri vardır. Bunların en önemlileri halkadaki demet için demet-demet ayar kayması ve linaktaki demet için bozulmadır. TOBB ETÜ YEF grubu tarafından geliştirilen AloHEP yazılımı farklı tip ve türlerdeki çarpıştırıcıların ana parametrelerini hesaplamaya imkân sağlamaktadır. Çarpıştırıcı önerilerinde bulunan çeşitli yayınlardaki demet parametreleri AloHEP yazılımına girilerek analitik ve numerik hesaplamalar ile çarpıştırıcıların temel parametreleri elde edilmiş ve bazı yayınlarda verilen değerlerin yanlış olduğu görülmüştür. Bu durumun önüne geçmek için önerilen çarpıştırıcıların parametreleri öncelikle AloHEP yazılımıyla denenerek temel parametreleri kontrol edilebilir ve böylece daha gerçekçi tasarımların ortaya konulması sağlanabilir.
İki boyutlu metal karbürlerin kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile farklı alttaşlar üzerinde sentezi ve karakterizasyonu
İki boyutlu (2B) Geçiş Metali Karbürler (GMK), sahip oldukları fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı ileri elektronikler başta olmak üzere birçok uygulamada dikkat çekmektedirler. Bu malzemelerin pratikte, uygulamalarda kullanılabilmesi için kontrollü ve tekrarlanabilir bir şekilde üretilebilir olmaları gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, 2B GMK'lerin, kontrollü, geniş yanal büyüklüğe sahip, yüksek kalitede üretilmesine yönelik, uygun maliyetli, ölçeklendirilebilir ve tekrarlanabilir kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) temelli süreç geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda reaksiyon sıcaklığı ve süresi; katalizör varlığı, tipi ve miktarı gibi KBÇ süreç parametrelerinin oluşan yapıya etkileri 2B Mo2C üzerine yoğunlaşarak, ayrıntılı karakterizasyon çalışmaları (Taramalı Elektron Mikroskop (SEM), Geçirimli Elektron Mikroskop (TEM), Raman spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Optik Mikroskop (OM), X-Işını spektroskopisi (XPS), X-Işınımı Kırınımı (XRD), Enerji Dağılımı Spektrometresi (EDS)) ile sistematik bir şekilde incelenmiştir. Böylece tamamlanan çalışmalar ile, proses parametrelerinin oluşan yapıya etkisi incelenmiş ve proses-yapı arasındaki ilişkinin kurulmasına yönelik çalışmaların yanı sıra; kontrollü senteze yönelik, kinetik ve aktivasyon enerji hesapları yapılmış; matematiksel modeller oluşturulmuş ve 2B Mo2C kristallerinin KBÇ yöntemi ile büyüme mekanizması tartışılmıştır. Bu kapsamda tamamlanan çalışmanın 2B GMK'lerin KBÇ yöntemi ile büyütülmesinin anlaşılmasında ve genel olarak 2B malzeme alanına önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
İki boyutlu metal karbürlerin kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile farklı alttaşlar üzerinde sentezi ve karakterizasyonu
İki boyutlu (2B) Geçiş Metali Karbürler (GMK), sahip oldukları fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı ileri elektronikler başta olmak üzere birçok uygulamada dikkat çekmektedirler. Bu malzemelerin pratikte, uygulamalarda kullanılabilmesi için kontrollü ve tekrarlanabilir bir şekilde üretilebilir olmaları gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, 2B GMK'lerin, kontrollü, geniş yanal büyüklüğe sahip, yüksek kalitede üretilmesine yönelik, uygun maliyetli, ölçeklendirilebilir ve tekrarlanabilir kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) temelli süreç geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda reaksiyon sıcaklığı ve süresi; katalizör varlığı, tipi ve miktarı gibi KBÇ süreç parametrelerinin oluşan yapıya etkileri 2B Mo2C üzerine yoğunlaşarak, ayrıntılı karakterizasyon çalışmaları (Taramalı Elektron Mikroskop (SEM), Geçirimli Elektron Mikroskop (TEM), Raman spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Optik Mikroskop (OM), X-Işını spektroskopisi (XPS), X-Işınımı Kırınımı (XRD), Enerji Dağılımı Spektrometresi (EDS)) ile sistematik bir şekilde incelenmiştir. Böylece tamamlanan çalışmalar ile, proses parametrelerinin oluşan yapıya etkisi incelenmiş ve proses-yapı arasındaki ilişkinin kurulmasına yönelik çalışmaların yanı sıra; kontrollü senteze yönelik, kinetik ve aktivasyon enerji hesapları yapılmış; matematiksel modeller oluşturulmuş ve 2B Mo2C kristallerinin KBÇ yöntemi ile büyüme mekanizması tartışılmıştır. Bu kapsamda tamamlanan çalışmanın 2B GMK'lerin KBÇ yöntemi ile büyütülmesinin anlaşılmasında ve genel olarak 2B malzeme alanına önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
İki boyutlu metal karbürlerin kimyasal buhardan çöktürme yöntemi ile farklı alttaşlar üzerinde sentezi ve karakterizasyonu
İki boyutlu (2B) Geçiş Metali Karbürler (GMK), sahip oldukları fiziksel ve kimyasal özelliklerinden dolayı ileri elektronikler başta olmak üzere birçok uygulamada dikkat çekmektedirler. Bu malzemelerin pratikte, uygulamalarda kullanılabilmesi için kontrollü ve tekrarlanabilir bir şekilde üretilebilir olmaları gerekmektedir. Bu tez çalışması kapsamında, 2B GMK'lerin, kontrollü, geniş yanal büyüklüğe sahip, yüksek kalitede üretilmesine yönelik, uygun maliyetli, ölçeklendirilebilir ve tekrarlanabilir kimyasal buhardan çöktürme (KBÇ) temelli süreç geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu bağlamda reaksiyon sıcaklığı ve süresi; katalizör varlığı, tipi ve miktarı gibi KBÇ süreç parametrelerinin oluşan yapıya etkileri 2B Mo2C üzerine yoğunlaşarak, ayrıntılı karakterizasyon çalışmaları (Taramalı Elektron Mikroskop (SEM), Geçirimli Elektron Mikroskop (TEM), Raman spektroskopisi, Atomik Kuvvet Mikroskobu (AFM), Optik Mikroskop (OM), X-Işını spektroskopisi (XPS), X-Işınımı Kırınımı (XRD), Enerji Dağılımı Spektrometresi (EDS)) ile sistematik bir şekilde incelenmiştir. Böylece tamamlanan çalışmalar ile, proses parametrelerinin oluşan yapıya etkisi incelenmiş ve proses-yapı arasındaki ilişkinin kurulmasına yönelik çalışmaların yanı sıra; kontrollü senteze yönelik, kinetik ve aktivasyon enerji hesapları yapılmış; matematiksel modeller oluşturulmuş ve 2B Mo2C kristallerinin KBÇ yöntemi ile büyüme mekanizması tartışılmıştır. Bu kapsamda tamamlanan çalışmanın 2B GMK'lerin KBÇ yöntemi ile büyütülmesinin anlaşılmasında ve genel olarak 2B malzeme alanına önemli bir katkı sağlayacağı düşünülmektedir.
Çarpışma bölgesi simülasyonu yapılarak parçacık çarpıştırıcılarının olası çarpışma verimliliğinin ve sürdürülebilirliğin belirlenmesi
İlk örnekleri 1960'larda kurulan parçacık çarpıştırıcılarının yüksek enerji fiziği araştırmalarındaki önemi katlanarak artmaktadır. 1970'lerden itibaren Standart Modelin öngördüğü ağır fermiyonlar (c-kuark, t-kuark ve tau-lepton), ara bozonlar (gluon, W, Z ve Higgs bozonu) parçacık çarpıştırıcılar sayesinde keşfedilmiştir. Parçacık çarpıştırıcıları çarpışan parçacıklar açısından üç türe ayrılabilir: lepton, hadron ve lepton-hadron. Çarpıştırıcılara tasarımlarına göre bakıldığında ise dairesel, doğrusal ve linak-halka olmak üzere üç farklı seçenek mevcuttur. Yüksek enerji fiziği açısından çarpıştırıcılarının en önemli parametreleri kütle merkezi enerjisi ve ışınlıktır. Bununla birlikte kontrol altında tutulması gereken çok sayıda demet parametreleri vardır. Bunların en önemlileri halkadaki demet için demet-demet ayar kayması ve linaktaki demet için bozulmadır. TOBB ETÜ YEF grubu tarafından geliştirilen AloHEP yazılımı farklı tip ve türlerdeki çarpıştırıcıların ana parametrelerini hesaplamaya imkân sağlamaktadır. Çarpıştırıcı önerilerinde bulunan çeşitli yayınlardaki demet parametreleri AloHEP yazılımına girilerek analitik ve numerik hesaplamalar ile çarpıştırıcıların temel parametreleri elde edilmiş ve bazı yayınlarda verilen değerlerin yanlış olduğu görülmüştür. Bu durumun önüne geçmek için önerilen çarpıştırıcıların parametreleri öncelikle AloHEP yazılımıyla denenerek temel parametreleri kontrol edilebilir ve böylece daha gerçekçi tasarımların ortaya konulması sağlanabilir.