Nanocomposites

Atık su arıtmaBor nitrürEnerji depolama+4

Grafitik karbon nitrür ve bor nitrür içeren kompozit yapıların hazırlanması; çevre ve enerji uygulamaları

Yarı iletken nanokompozit malzemeler son yıllarda çevresel iyileştirme ve enerji uygulamaları için yoğun ilgi görmektedir. Bu tez çalışması kapsamında nanamalzeme katkılı membranlar ve süperkapasitörler üretilmiştir. Yüksek termal stabilitesi ve iyi dağılabilirlik, kimyasal kararlılık, elektriksel yalıtım özellikleri ve toksik olmamaları sebebiyle grafitik karbon nitrür (g-C3N4) ve bor nitrür kuantum noktalar (BNKN) bu uygulamalarda nanokompozit malzemelerin esas bileşenleri olarak kullanılmıştır. g-C3N4 ve BNKN üretimi sırasıyla sinterleme ve hidrotermal işlem ile gerçekleştirilmiştir. Nanomalzemelerin çevresel uygulamalarında, ağırlıkça % 0.5, % 1.0 ve % 2.0 g-C3N4 veya BNKN içeren polietersülfon (PES) membranlar (g-C3N4@PES, BNKN@PES) bir döküm ünitesinde üretilmiştir. Membranların saf su akı geçirgenlik performansı ile birlikte membran tıkanıklığını önleme ve kirlilik çalışmaları da araştırılmıştır. Hibrit membranların, saf PES membrandan daha iyi temizleme özelliği sergilediği görülmüştür. Enerji uygulamalarında kullanılmak üzere, g-C3N4 veya BNKN içeren grafen elektrotlar hazırlanmıştır. Bu kapsamda, farklı miktarlarda alınan g-C3N4 veya BNKN (15 mg / 30 mg / 60 mg), indirgenmiş grafen oksit (rGO) (30 mg) ile hidrotermal işleme tabii tutularak, süperkapasitör uygulamalarında kullanılabilecek elektrotlar (g-C3N4@rGOH ve BNKN@rGOH) hazırlanmış ve uygun tekniklerle (XRD, SEM, CV, BET, ZETA) karakterize edilmiştir. Bu hibrit yapılardan üretilen elektrotların spesifik kapasitans değerleri, empedans eğrileri ve şarj/deşarj performansları elektrokimyasal teknikler ile analiz edilmiştir. g-C3N4@rGOH (30 mg/15 mg oranlarında) hazırlanan elektrotun 157.4 F g-1 spesifik kapasitans değeri ile en yüksek performansa sahip olduğu bulunmuştur. Eşit oranlarda hazırlanan BNKN@rGOH (30 mg/30 mg oranlarında) hibrit yapısından ise 207.25 F g-1 spesifik kapasitans değeri ile en yüksek performansa sahip olduğu bulunmuştur. Bu tez çalışmasından elde edilen sonuçlara göre; üretilen hibrit yapıların, çevre ve enerji uygulamalarında gelecek vaad ettiği görülmektedir.

Buse Sert

Tarsus University · Lisansüstü Eğitim Enstitüsü

Elektroeğirme yöntemiNanokompozitler

Petrol türevi polimerlere nanopartikül katkılandırarak nanokompozit malzeme üretimi ve karakterizasyonu

Bu tez kapsamında poliakrilonitril (PAN), polivinilklorür (PVC) ve termoplastik poliüretan (TPU) polimerlerinin nanofiberleri elektrospin yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Her bir polimer için; katkısız, %1 grafen katkılı ve %1 çok duvarlı karbonnanotüp (ÇDKNT) katkılı olacak şekilde toplamda 9 farklı çeşit nanofiber üretimi yapılmıştır. Elde edilen nanofiberler kullanılarak 5 katmanlı (3 katman nanofiberin aralarına birer kat cam elyaf gelecek şekilde) polimer takviyeli kompozit malzemeler elle yatırma yöntemi kullanılarak elde edilmişlerdir. Her bir kompozit malzemenin kalınlığı 4 mm'dir. Çalışmanın ilk basamağında üretilen nanofiberlerin morfolojik yapıları Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ile görüntülenmiştir. Ayrıca her bir nanofiberin mekanik dayanımının tespiti için çekme testi yapılmıştır. Çalışmanın ikinci aşamasında üretilmiş nanofiberlerden elde edilen kompozit malzemelerin radar absorpsiyon kapasiteleri ölçülmüş, mekanik dayanımlarının tespiti için çekme ve düşük hızlı darbe testleri yapılarak karşılaştırılmıştır. Çekme testi sonucunda hasarlanmış yüzey morfolojisi SEM ile incelenmiştir. Ayrıca kompozit malzemelere polimerlerin etkisinin anlaşılabilmesi açısından, sadece cam elyaf takviyeli kompozit malzemeler aynı şartlarda üretilerek, düşük hızlı darbe ve çekme testleri yapılmıştır. Çalışmanın son kısmında ise üretilmiş olan polimer takviyeli kompozit malzemelerin kimyasal özellikleri ve bağ yapılarının tespiti için FT-IR, DSC ve TGA testleri yapılmıştır. Testlerin tamamı sonucunda, kompozit malzemelerin maruz kalabileceği maksimum kuvvetler, gerilmeler, uzama ve şekil değiştirmeler, radar absorpsiyon kapasiteleri, bağ yapıları, camsı geçiş sıcaklıkları, sıcaklık sonucunda ki kütle kayıpları belirlenip, karşılaştırılmış ve sonuçlar yorumlanmıştır. Sonuçlar incelendiğinde; polimerlerden elektrospin yöntemi ile elde edilen nanoliflerine %1 oranında grafen ve ÇDKNT katkılandırılmasının, mekanik dayanımı ve kimyasal yapılarında olumlu etkilerinin olduğu tespit edilmiştir. Ek olarak grafen ve ÇDKNT takviyesinin polimer takviyeli kompozit malzemelerin radar absorpsiyonu kapasitelerinde de olumlu etkileri olduğu saptlanmıştır. TPU, PAN ve PVC nanofiberlerinin saf ve nanopartikül katkılı şekilde kompozit malzemelerde kullanılması sonucunda, her bir polimerin farklı noktalarda dayanımları olduğu yapılan incelemeler sonucu belirlenmiştir. Tek bir polimerin öne çıkmadığı, üç polimerinde iyileştirmelere katkıda bulunduğu fakat yapısal özelliklerinin etkileri sonucunda farklı polimerlerin farklı test gruplarında iyileştirme sağladığı gözlemlenmiştir.

Vildan Özkan

İskenderun Technical University · Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü

2019

Cam elyaf kompozitlerNanokompozitlerPolimer kompozitler

Nanopartikül takviyeli kompozit malzemelerin işlenebilirliğinin araştırılması

Bu çalışmada, farklı malzemelerin en iyi özelliklerini tek bir malzemede toplayıp, fiziksel ve mekanik ihtiyaçları karşılayarak birçok kullanım alanına sahip stratejik malzeme üreterek; nanopartikül takviyesi ile daha dayanıklı, daha hafif, alışılandan farklı ve üstün malzeme özellikleri/üretim süreçleri elde edilmiştir. Vakum infüzyon yöntemi kullanılarak; 8 katmanlı düz örgülü cam elyafı ile epoksi reçinenin ağırlıkça % 0,1 oranında çok cidarlı karbon nanotüp (ÇCKNT) katkılı ve katkısız kompozit tabakalar üretilmiştir. İmalatı tamamlanan her bir kompozit tabakadan örnekler alınarak; çekme testi, yoğunluk ve yakma testi, sertlik analizi yapılarak mekanik özellikleri tespit edilmiştir. Nanopartikül katkısının elastik modül, çekme dayanımı, poison oranı, yoğunluk, fiber hacim oranı, matriks hacim oranı, boşluk hacim oranı, yüzey sertliği üzerine etkisi tespit edilmiştir. Saf ve katkılı kompozit tabakalardan aynı sayıda ve ölçülerde test numuneleri hazırlanarak, aynı şartlar altında ayrı ayrı işlenebilirlik çalışmaları yapılmıştır. Farklı kesme profilli zımba ve kalıp kullanarak delme, parmak freze kullanarak orbital delme ve frezeleme, farklı nokta açısına sahip matkaplar kullanarak konvansiyonel delme, lazer kesim ve su jeti kesim gibi imalat yöntemleri kullanılarak işlenebilirlikleri analiz edilmiştir. Zımba ile delme çalışmalarında; yük ölçümü için Amatek (Load Cell), basınç ölçümleri için Fujifilm (Prescale) , boyut ve yüzey kontrolleri için 3 boyutlu lazer tarama (Romer Absolute Arm) kullanılmıştır. Freze çakısı ve matkap kullanılarak yapılan delme işlemi Makino S33 model CNC tezgahında faklı tezgâh devri ve ilerleme parametreleri seçilerek yapılmıştır. Yüzey frezeleme işlemleri ARION GEVS 500A NC freze tezgâhı kullanılarak tamamlanmıştır. Kesici takım aşınmaları Zoller Genius 3s tezgâhı kullanılarak tespit edilmiştir. Yüzey pürüzlülüğü ölçümleri için Mitutoyo Surftest SJ-310, ölçüsel kontroller için Mitutoyo 150 mm dijital kumpaslar kullanılmıştır. Frezelenen yüzeyler Olympus BX-53 PHAKO stereo mikroskobu ile muayene edilmiştir. Lazer ve su jeti kesimde elde edilen mikroskobik bulgular Nikon SMZ 745T mikroskobu ile analiz edilmiştir. Garnet aşındırıcılı su jeti ve CO2 lazer yöntemleri kullanılarak yapılan kesimlerden elde edilen termal ve mekanik hasarlar, ölçüsel problemler ve hassasiyetler rapor edilmiştir.

Ferhat Ceritbinmez

İskenderun Technical University · Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü

2020

Ham petrolKükürt gidermeNanokompozitler+1

Nanomalzemeler ile ham petrolün adsorptif desülfürizasyonu

Global ölçekte tüketilen enerji kaynaklarının başında hidrokarbonlardan oluşan ham petrol gelmektedir. Ham petrolün yapısında karbon ve hidrojenden sonra en fazla bulunan element ise kükürttür. Petrolün yapısındaki kükürt ve kükürt bileşikleri yanma sonrasında ortaya çıkardıkları SOx gazları sebebiyle hem çevre hem de insan sağlığı için tehlikelidir. Kükürtün petrolden uzaklaştırılması hem maliyetli hem de zor bir prosestir. Bu yüzden ham petrolün kükürt içeriği petrol fiyatı üzerinde doğrudan etkiye sahiptir. Kükürt ve kükürt bileşiklerinin petrolden uzaklaştırılması (desülfürizasyon) için çeşitli metotlar uygulanmakla beraber en yaygın kullanılan prosesi HidroDeSülfürizasyon (HDS) yöntemidir. HDS yönteminin haricinde günden güne kullanımı yaygınlaşan Biyodesülfürizasyon (BDS), Ekstraksiyon, Oksidatif desülfürizasyon (ODS) ve Adsorptif Desülfürizasyon (ADS) prosesleri bulunmaktadır. Bu tez çalışmasında, grafen, grafen oksit, altın nanopartikül ile fonksiyonelleştirilmiş grafen oksit ve gümüş nanopartiküller ile çapraz bağlanmış altın nanopartiküller ile fonksiyonelleştirilmiş grafen oksitin adsorptif desülfürizasyon performansı incelenmiştir. Sentezlenen adsorbanlar X-Işını Fotoelektron Spektroskopisi (XPS), Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM) ve Taramalı Elektron Mikroskopu (SEM) ile karakterize edilmiş ardından her bir adsorbandan ayrı ayrı 0,1 g, 0,2 g, 0,3 g, 0,4 g ve 0,5 g alınmış 50 mL ham petrol içerisine ayrı ayrı eklenmiş, ortam sıcaklığında 400 rpm de 60 dk karıştırılmış ve reaksiyon sonrası adsorban santrifüj cihazı yardımıyla adsorbandan ayrılması sağlanarak bakiye kükürt miktarına bakılmıştır.

Eyyüp Gördük

İskenderun Technical University · Lisansüstü Eğitim Enstitüsü

HalloysitNanokompozitlerPolistiren+4

Halloysit ve sepiyolit nanokatkılarının polistirene etkilerinin incelenmesi

Polimer/nanokil kompozitlerin üretiminde karşılaşılan başlıca sorun, polimer matrisin özelliklerini geliştirmesi amacıyla katılan nanokatkının matris içinde homojen dağılmaması ve sonucunda gelişmesi istenen özelliklerin daha da gerilemesidir. Bu durum özellikle apolar polimerlerin (poliolefinler, polistiren vb) inorganik katkılarla güçlendirilmesi esnasında görülmektedir. İnorganik katkıların apolar polimer matriste dağılımını arttırmak için inorganik katkı yüzeyi apolar bir molekülle modifiye edilerek matrisle uyumlu hale getirilebilir ve/veya ek katkı olarak uyumlaştırıcı katılabilir. Bu çalışmada inorganik yapıdaki halloysit (HNT) ve sepiyolit (SEP) nanokillerinin, polistiren (PS) matrisle uyumlu hale gelmesi ve polimer içinde karışabilirliğinin artması amacıyla stiren-maleik anhidrit kopolimeri (SMA) ile yüzey modifikasyonu üzerine çalışılmıştır. Nanokillerin yüzey modifikasyonunda ticari olarak piyasada satılan, molekül ağırlıkları ve stiren/maleik anhidrit mol oranları birbirinden farklı dört çeşit SMA kullanılmıştır. Modifiye edilen nanokiller karakterize edildikten sonra ağırlıkça %5, 10 ve 15 oranlarında PS matrise katılmış, çift vidalı ekstrüderde polimer/nanokil kompozitler üretilmiştir. Son olarak elde edilen PS/nanokil kompozitlerin yapısal, termal, mekanik ve morfolojik özellikleri incelenmiştir. Nanokillerin yüzey modifikasyonunda üç farklı kimyasal reaksiyon yöntemi kullanılmıştır. İlk yöntemde nanokil yüzeyleri (3-aminopropil) trietoksisilan (APTES) ile fonksiyonlandırılmış; yüzeydeki serbest –NH2 grupları üzerinden SMA'ların nanokil yüzeyine bağlanması amaçlanmıştır. İkinci yöntemde nanokiller, doğrudan APTES ve SMA ile birlikte reaksiyona sokularak modifiye edilmiştir. Son yöntemde ise nanokiller doğrudan SMA ile modifiye edilmiştir. Karakterizasyon sonuçları, bir basamak eksik olan üçüncü yöntemin sonuçlarının daha iyi olduğunu göstermiştir. Doğrudan SMA ile modifiye edilen nanokillerin FTIR sonuçları, nanokil yüzeylerinde SMA türlerinin stiren ve maleik anhidrit gruplarının bulunduğunu göstermiş ve bu yöntemle modifikasyona devam edileceği için, hazırlanan modifiye SMA'ların XRD, TGA ve SEM yöntemleriyle karakterizasyonları da yapılmıştır. XRD analizinden, modifikasyon sonucunda nanokillerin kristal yapılarını koruduğu belirlenmiştir. TGA sonuçları, molekül ağırlığı ve stiren/maleik anhidrit mol oranı en düşük olan SMA türünün nanokil yüzeylerine en yüksek verimde bağlandığını; stiren/maleik anhidrit mol oranı en yüksek olan SMA türünün ise en düşük oranda nanokil yüzeylerine bağlandığını göstermiştir. SEM görüntülerinden ise modifikasyonun etkisiyle nanokil yüzeylerinde değişiklik meydana geldiği belirlenmiştir. SMA türleri ile modifiye edilen HNT ve SEP nanokillerini ağırlıkça %5, 10 ve 15 oranında içeren PS nanokompozitler, çift vidalı ekstrüderde hazırlanmış ve üretilen nanokompozitlerin yapısal, termal, mekanik ve morfolojik özellikleri incelenmiştir. Karşılaştırma amaçlı, PS nanokompozitleri, ağırlıkça %5, 10 ve 15 oranında modifiye edilmemiş HNT ve SEP nanokilleri kullanılarak da hazırlanmış ve aynı karakterizasyonlar yapılmıştır. PS nanokompozitlerinin yapısal analizleri XRD ölçümü ile yapılmıştır. HNT ve SEP bazlı nanokompozitlerin XRD eğrilerinde, katkı miktarı arttıkça nanokillere ait karakteristik difraksiyon piklerinin belirginleştiği görülmüştür. Bunun yanında HNT ve SEP nanokillerinin kristal yapılarını koruduğu anlaşılmıştır. DSC ve TGA analiz yöntemleri ile HNT ve SEP bazlı PS nanokompozitlerin termal karakterizasyonları yapılmıştır. DSC analizinden hem HNT hem de SEP bazlı PS nanokompozitlerin camsı geçiş sıcaklıklarının (Tg), saf PS'ne göre birkaç derece arttığı görülmüştür. HNT bazlı PS nanokompozitlerin TGA analizleri incelendiğinde, katkı miktarına ve türüne bağlı olarak PS nanokompozitlerin termal kararlılığının değiştiği görülmüştür. Saf HNT içeren PS nanokompozitlerin termal kararlılığı, katkı miktarı arttıkça azalmıştır. Ancak modifiye HNT katkılarının PS'nin termal bozunma sıcaklıklarını daha yüksek değerlere ötelediği, dolayısıyla polimerin termal kararlılığını arttırdığı görülmüştür. Modifiye katkılar arasında en dikkat çeken etkiyi, stiren/maleik anhidrit oranı 4/1 olup en düşük Tg'li SMA (SMA-EF40) ile modifiye edilen HNT katkısı (HNT-EF40) göstermiştir. HNT-EF40, PS matrise ağırlıkça %10 oranında katıldığında diğer modifiye katkı türleri ve miktarlarına göre PS'nin termal kararlılığını en çok arttıran modifiye katkı olmuştur. Bu etki HNT-EF40 katkısının diğer modifiye katkılara göre daha yüksek oranda HNT içeriyor olmasından da kaynaklanmıştır. SEP bazlı PS nanokompozitlerin TGA analizleri incelendiğinde, katkı miktarına bağlı olarak PS nanokompozitlerin termal kararlılığının arttığı görülmüştür. Gene özellikle stiren/maleik anhidrit oranı 4/1 olup en düşük Tg'li SMA (SMA-EF40) ile modifiye edilmiş SEP katkısını (SEP-EF40) ağırlıkça %15 oranında içeren PS nanokompozitin termal olarak bozunmaya başladığı Tilk sıcaklığın 20°C ve termal bozunmanın sonlandığı Tson sıcaklığın 25°C kadar arttığı gözlenmiştir. PS nanokompozitlerin mekanik özellikleri çekme testi ve Shore-D sertlik testiyle incelenmiştir. Çekme dayanımlarının ±%5 hata payı ile ölçüldüğü göz önüne alındığında, saf HNT'den ağırlıkça %5 – 15 oranında içeren PS nanokompozitlerin çekme dayanımlarının ölçüm hata sınırları içerisinde azaldığı görülmüştür. Molekül ağırlığı küçük ve stiren/maleik anhidrit oranı 1/1 olan SMA-1000 ve yüksek molekül ağırlıklı stiren/maleik anhidrit oranı 4/1 olan SMA-EF40 kopolimerleri ile modifiye edilmiş HNT katkılarını (sırasıyla HNT-1000 ve HNT-EF40) ağırlıkça %5 oranında içeren PS nanokompozitlerin çekme dayanımları, ölçüm hata sınırları içerinde azalmıştır. Ancak katkı miktarlarının ağırlıkça %15 oranına yükselmesiyle beraber nanokompozitlerin çekme dayanımlarında saf PS'ne göre %20 oranında azalma gözlenmiştir. Molekül ağırlığı yüksek olan SMA'lar ile modifiye edilmiş HNT'leri ağırlıkça %5 ve %10 oranında içeren PS nanokompozitlerin çekme dayanımları saf PS'ne göre ölçüm hata sınırları içinde azalmıştır. Katkı miktarlarının %15'e yükselmesiyle birlikte nanokompozitlerin çekme dayanımlarında %10 oranında azalma meydana gelmiştir. SEP bazlı PS nanokompozitlerin çekme dayanımları incelendiğinde, saf SEP'ten ağırlıkça %5 ve %10 oranında içeren PS nanokompozitin çekme dayanımının değişmediği, ancak SEP miktarının %15'e çıkmasıyla çekme dayanımının azaldığı görülmüştür. SMA-1000 ile modifiye edilen SEP (SEP-1000) katkısından ağırlıkça %5, 10 ve 15 oranında içeren PS nanokompozitlerin çekme dayanımları ise ölçüm hata sınırları içinde kalmıştır. Diğer SMA'lar ile modifiye edilmiş SEP katkıları da ağırlıkça %10'a kadar PS matrise katıldığında nanokompozitlerin çekme dayanımlarını ölçüm hata sınırlarında değişmiş, ancak katkı miktarının %15'e çıkması, çekme dayanımlarında azalmaya görülmüştür. Shore-D sertlik testinde ise HNT bazlı katkıların PS matrisin sertliğinde çok belirgin bir değişikliğe neden olmadığı, %1-5 arasında değişen oranda sertliği arttırdığı görülmüştür. SEP bazlı PS nanokompozitlerin sertliklerinde ise %5 ve %10 nanokatkı kullanıldığında %14'e varan azalma meydana gelmiştir. Bu durum, özellikle saf SEP ve SEP-1000 katkılarını içeren PS nanokompozitlerin sertliklerinde gözlenmiştir. Ancak bu katkıların miktarının %15'e çıkmasıyla PS nanokompozitlerin sertliği kendi sertlik seviyesine geri dönmüştür. Yüksek molekül ağırlıklı ve stiren/maleik anhidrit oranı yüksek olan SMA'ları içeren nanokatkıların ise miktara bağlı olmaksızın PS nanokompozitlerin Shore-D sertliğini %4 oranında arttırdığı belirlenmiştir. Hazırlanan nanokompozitlerin morfolojik incelemesi SEM analizi ile yapılmıştır. HNT bazlı PS nanokompozitlerin morfolojik özelliklerine bakıldığında, saf HNT'nin PS matriste modifiye HNT örneklerine göre daha büyük topaklar/agregalar halinde dağıldığı ve HNT miktarı arttıkça agrega boyutlarının biraz daha küçüldüğü görülmüştür. Burada apolar PS matrisle polar HNT partikülleri arasındaki itme kuvveti nedeniyle birbirine yakın olan HNT partikülleri birbirleriyle etkileşerek agrega oluşturmuştur. HNT miktarı arttıkça partiküller arasındaki mesafe kısaldığı için daha küçük boyutta topaklar meydana gelmiştir. Ancak modifiye katkılarla hazırlanan nanokompozitlerde bu durum gözlenmemiştir. SMA-1000 ile modifiye edilen HNT (HNT-1000) katkısının PS matriste belirgin bir şekilde diğer katkılara göre çok daha iyi dağılım gösterdiği, agregasyonun nispeten çok daha küçük boyutlarda olduğu görülmüştür ve HNT-1000 miktarının artması, agrega boyutlarında herhangi bir değişikliğe neden olmamıştır. HNT-1000 yüzeyinin diğer modifiye HNT katkılarına göre daha yüksek oranda stiren molekülleriyle kaplı olması sayesinde, katkı PS matriste homojen bir şekilde dağılım göstermiş ve agregasyon oluşumu minimum seviyede olmuştur. SEP bazlı PS nanokompozitlerin morfolojik özelliklere bakıldığında, saf ve modifiye SEP nanokatkılarının PS matriste beklendiği gibi tabakalar halinde dağıldığı görülmüştür. Saf SEP'in apolar PS matriste agrega oluşturduğu gözlenirken; modifiye SEP örnekleri agrega oluşturmadan daha homojen bir şekilde PS matriste dağılmıştır. Özellikle yüksek molekül ağırlıklı SMA ile modifiye edilmiş SEP içeren PS nanokompozitlerde SEP tabakalarının birbirine geçtiği, özellikle ağırlıkça %5 katkı içeren örnekte tabaka ayırımının daha az olduğu görülmüştür. Burada bu nanokatkının içerdiği SMA'nın molekül ağırlığının yüksek olması nedeni ile SEP yüzeyinde oluşturduğu apolar stiren katman sayesinde, ağırlıkça %5 oranında katıldığında bile PS matriste etkin bir dağılım sağladığı söylenebilir. Sonuç olarak; SMA-EF40 ile modifiye edilen HNT ve SEP nanokatkıları, (HNT-EF40 ve SEP-EF40) PS matrisinin özelliklerini en çok geliştiren katkılar olarak dikkat çekmiştir. SMA-EF40 kopolimeri sahip olduğu yüksek stiren/maleik anhidrit mol oranı (4/1), en düşük Tg değeri, nispeten kısa zincir uzunluğu gibi özellikleri nedeniyle nanokil yüzeylerine daha düşük oranlarda bağlanmış ve dolayısıyla SMA-EF40 ile modifiye edilen HNT-EF40 ve SEP-EF40 katkılarının organik bileşen içeriği, diğer modifiye nanokillere göre daha düşük olmuştur. Bu durum nanokillerin yüzey modifikasyonu için dezavantaj gibi gözükse de PS matrisin özelliklerinin iyileştirilmesinde avantaj sağlamıştır.

Refik Arat

İstanbul Technical University · Institute of Graduate Studies in Science

Aluminum matrix compositesMolecular dynamicMolecular mechanic+2

Investigation of mechanical behavior of graphene reinforced aluminum nanocomposites

Graphene is 2D material, which consists of C-atom configured hexagonal lattice in one atom thickness. The specific arrangement of atoms causes to emerge versatile extraordinary properties, i.e. low density, high electrical and heat conductivity, flexibility, transparency and high strength. That is why graphene is the prospective material according to the scientific community. Significant numbers of studies have been conducted to predict mechanical properties of graphene. Physical experiments, molecular dynamic simulations (MDS) and multi-scale Analyses are the principal methods of the related studies. Due to nanoscale size of graphene, physical tests become troublesome and costly. In this point, computational simulations are of great importance. Advancement of computational technologies makes possible modeling physical problem almost each time and dimension scale and solving it. In this thesis, mechanical behavior of graphene reinforced Al nanocomposites are investigated utilizing MDS and multi-scale analyses. In each methodology, analyses are conducted in two-level, i.e. only single layer graphene sheet (SLGS) and representative volume element (RVE) are considered, respectively. In multi-scale analyses, linkage between atomistic and continuum is established using finite element method (FEM). In first level FEM analyses, SLGS is modeled using equivalent Euler-Bernoulli beam elements, which represents covalent bond, and applied uniaxial tensile loading. Young's modulus and Poisson's ratios of SLGS are obtained in armchair and zigzag directions. Moreover, variation of mechanical properties of SLGS with its size is investigated too. In second level FEM analyses, uniaxial tensile behavior of RVE (represents graphene reinforced Al nanocomposite) with volume fraction 0.068 is explored. Al matrix is modeled as continuum using hexahedral solid elements, SLGS modeled with beam element and finally heterogeneous interface modeling method is adopted to transfer load between atomistic and continuum environment. Distance-dependent stiffness properties are assigned utilized beam elements on the interface region. In a similar manner to the first level analyses, uniaxial tensile loading is applied to RVE and obtained Young's modulus. Additionally, for RVEs with different volume fractions and its matrix arbitrary chosen Al alloy, stress-strain curves are acquired utilizing non-linear FE code. Finally, mechanical behaviors of NC subjected to different mechanical loading and vibrational behaviors are investigated using multi-scale FE analyses. Molecular dynamic simulations are conducted using open source code called as LAMMPS (Large-scale Atomic/Molecular Massively Parallel Simulator). Same process sequence is adopted with multi-scale analyses, i.e. SLGS and RVE. 1008 C atoms and totally 9120 Al and C atoms are utilized to model SLGS and RVE, respectively. Adaptive Intermolecular Reactive Empirical Bond-Order (AIREBO) potential is employed for C-atom pairs interaction, however Embedded Atom Method EAM potential is used for Al atom interactions. Lennard-Jones potential is assigned to define non-bonded Al-C atoms interaction also. Firstly, to prevent occurrence residual stresses on molecular structure, energy minimization formulation is executed, so optimum atomic configuration is acquired. Then, uniaxial tensile loading is applied to the RVE. One side of RVE, 2-atom array is fixed and totally 2 Å imposed atom group of the other side, gradually. To prevent rupture or instability on the system 20 loop is used for imposed displacements. At the expense of the analyses, stress- strain curves are obtained both SLGS and RVE along to the armchair and zigzag directions. In conclusion, mechanical behavior of SLGS and RVE are acquired using both multi-scale and MD simulations. Obtained results are compliance with each other utilized method in the present study, Rule of Mixture (ROM) analytical calculations and similar studies exists in the literature also. Embedding the SLGS in the middle of the Al matrix conduce to strength enhancement, tremendously. Moreover, multi-scale analysis and MDS are compared in terms of CPU-times.

Necati Yasin Göksal

İstanbul Technical University · Institute of Graduate Studies in Science

NanocompositesPolymer composites

Production of carbon nanotube reinforced nanoprepregs and their characterization

Epoxy based thermoset prepregs has been dominated materials market particularly in the automotive and aerospace applications. However, thermoplastic polymers recently have drawn attention with their potential to overcome challenges such as long cure cycles, poor fracture toughness, low viscosities, limited shelf lives and non-recyclability of thermosets. Thermoplastic resins have offered several advantages including recyclability, high impact resistance, and high thermal stability. Reinforcement strategies in laminated composites included both matrix and interface toughening. For matrix toughening, dispersion of additives into the matrix has been the most preferred method. One of the disadvantages of this method is stemming from non-proper dispersion of nanomaterials in the matrix. Moreover, the increase in polymer viscosity associated to nanomaterials reduced polymer processability. Interface toughening in laminated composites could be in the form of film, particle, and nanofibers to hinder crack propagation and improve better load transfer between each plies. With the use of interface elements in thermoplastic laminated composites, the superior properties could be enhanced and transferred to overall composites. Carbon nanotubes (CNTs) are hollow structures in which graphite layers are placed in cylinder forms. The superior properties of CNTs is dependent on CNTs physical properties, chirality, and the number of walls. In the case of interlaminar toughening CNTs could be placed through different routes such as buckypaper interleaving, CNTs grown on fibers. In most of bucky paper applications, CNTs were dissolved in an appropriate solvent. However, the use of any solvents would significantly form low-volume fraction CNTs structures, and also not are not permitted in aerospace applications. In order to overcome these challenges, new methods have been studied, which embraced the synthesis of CNTs structures on fiber substrates. By direct growth of CNTs onto fiber surface enabled the integration of high volume fraction CNTs into structure. Besides, CNTs morphology and orientation could be precisely controlled. Interfacial interaction between polymer and reinforcing element promoted the effective load transfer mechanisms benefiting either micromechanical interlocking, chemical bonding or Van der Waals bonding. The interaction between CNTs and polymer provided an increase in interfacial shear strength and contributed to the overall structure' performance under different loadings. In this thesis, a novel method to grow CNTs on polymeric nanofibrous substrates and to fabricate their thermoplastic nanoprepregs interleaved by these hierarchical nanocarpets was proposed. The growth of CNTs on polybenzimidazole (PBI) nanofibers were exploited to create conductive, strong and light weight interleaves. Nanofibers produced by electrospinning were optimized and catalysed with iron nitrate solutions containing transition metals providing carbon diffusion and solubility. As coating method to dope catalyst, immersion and dip-coating techniques were preferred. These different coating methods were assessed based on their ability to distribute transition metals onto nanofiber. The chemical vapour deposition (CVD) for the growth of CNTs was preferred due to its advantages such as; CNTs orientation control and high quality of CNTs. With the use of ethylene, helium and hydrogen gases, CNTs growth protocol was optimized. The orientation control of CNTs could be enhanced by aligned nanofibers as substrates. PBI/CNTs nanocarpets were then used as interleaves for the production of thermoplastic nanoprepregs. Thermoplastic nanoprepregs were prepared and characterized as potential interlayer element in laminated composites. The morphology, thermal stability and overall quality of CNTs were determined by SEM, TGA and Raman spectroscopy respectively. From morphological analysis, revealed that randomly oriented PBI nanofibers could not enable vertically aligned CNTs growth due to homogenously accumulated Fe+3 ions over nanofiber surface. Ig/Id ratio interpreted from Raman analysis was determined as 1 which referred as successful production of high quality CNTs grown onto nanofiber. The electrical conductivity of PBI/CNTs nanocarpets was calculated by 4 point probe conductivity instrument. Conductivity values of randomly oriented and aligned PBI/CNTs nanocarpets were 1.56±0.6 S/cm and 1.2±0.5 S/cm, respectively. The difference in the conductivity could be attributed to the reduced contact resistance between carbon nanotubes and well intersected CNTs network. The tensile performance of PBI/CNTs/PES nanoprepregs showed that tensile strength of PBI/CNTs/PES nanoprepregs was 412±13 MPa, where PBI/PES nanoprepregs had a tensile strength of 348±5 MPa. With the addition of CNTs onto nanofiber, tensile strength of nanoprepregs was enhanced by 18%. The reason behind this increase was mechanical interlocking and good load transfer between CNTs and PES resin.

Beyza Bozali

İstanbul Technical University · Fen Bilimleri Enstitüsü

BiopolymersNanocompositesOrganoclays

A potential application for textile industrial waste to produce eco-friendly composite

Today, with the increasing awareness of environmental conservation, many scientists are directing their work on environmental improvements. In the textile industry, dyestuff load of wastewater increases and improvements are made to reduce this load. As a contribution to these improvements, a nanocomposite is designed with clay, carboxymethylcellulose, chitosan and its modifications, which are totally natural. In this study, a nanocomposite designed to adsorb dyestuffs from textile wastewaters using modified clay, modified cellulose and modified chitosan. With the anionic modification of chitosan, it can be converted into carboxymethyl chitosan and it can also have an affinity to cationic structures. With this structure, a colored composite will be obtained while contributing to recycling and environment by providing adsorption of dyestuff in more than one kind. Also, clay-based nanocomposite addition into a polymer enhances the mechanical properties while contributing to thermal properties. In addition, Poly(lactic acid) which is a biopolymer is used as matrix and a new structure is produced by adding the nanocomposites into the biomatrix with 1, 3, 5, 7% ratios and performance properties are examined. PEG is added to every sample except pure PLA sample. While acquiring color, it does not add an extra dyestuff load to the environment, but rather evaluates the existing and recycles it again. FTIR for characterization of the nanocomposite, UV-vis for dye adsorption, tensile strength test and impact test for strength, DSC and TGA are carried out for thermal characteristics of samples. Also, rheometer is used for rheologic character analysis. According to mechanic test results, even moduli are decreased elongations are increased and samples become more ductile with nanocomposite addition. Also, nanocomposite addition increased the impact strength in general. In addition, when nanocomposite load increased the effects on mechanical enhancements increases. For thermal results, nanocomposite addition shows very close values to only PEG added samples and less than PLA sample while they enlarge the phase changing intervals. For rheology analysis results, loss and storage moduli are decreased but the viscosity of samples are significantly decreased which contributes to ease of applicability.

Elçin Emekdar

İstanbul Technical University · Institute of Graduate Studies in Science

Uşak University · Institute of Graduate Studies in Science

Poli(2-tiyozil metakrilamit) / sodyum montmorillonit nanokompozitlerin sentezi ve karakterizasyonu

Bu çalışmada, 2-Tiyozil Metakrilamit monomeri, 2-Amino Tiyazol ile Metakriloilklorür'ün Trietilaminli (NR3) ortamdaki reaksiyonundan sentezlenmiştir. 2-Tiyozil Metakrilamit monomerinin sodyum montmorillonit kil mineraliyle oluşturduğu kompozitleri sentezlenmiş ve karakterizasyonu yapılmıştır. Kompozitlerin sentezi; kilin saflaştırılması ve katyon değişim kapasitesinin (KDK) belirlenmesi, organokil sentezi ve nanokompozit sentezi olmak üzere üç aşamada gerçekleştirilmiştir. Saf kil kurutularak KDK tayini yapılmış ve organokil sentezinde kullanılmıştır. Kilin KDK değeri ANSI/ASTM C837-76 standardına göre belirlenmiştir. Organokil sentezinde; uzun zincirli dimetil n-oktadesil amonyum klorür yüzey aktif madde kullanılmıştır. Sentezlenen organokil ve nanokompozitlerin tabakalar arası uzaklıkları X-Işını Kırınımı (XRD) analizleri ile belirlenmiştir. Nanokompozit sentezi yerinde (in-situ) polimerizasyonla yapılmış ve kütlece farklı miktarlarda kil içeren nanokompozitler; XRD, termogravimetrik analiz (TGA) ve taramalı elektron mikroskobu (SEM) analizleriyle karakterize edilmişlerdir. Nanokompozitlerin tanecik boyutları BET analizi ile belirlenmiştir.

Nanokompozitler

Mehmet Akbay

Dentistry SpecialtyOpen AccessTR

Farklı yüzey uygulamalarının bleach renk tonundaki rezin kompozitlerin renk stabilitesi, beyazlık indeksi ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkilerinin incelenmesi

Amaç: Bu çalışmanın amacı, farklı yüzey uygulamalarının kahveye daldırma sonrası bleach renk tonundaki rezin kompozitlerin renk stabilitesi, beyazlık indeksi ve yüzey pürüzlülüğü üzerindeki etkilerini incelemektir. Yöntem: Çalışmada dört bleach renk tonunda; Estelite Asteria (BL), Brilliant EverGlow (BL Trans), G-aenial A'chord (BW), Opallis (E-Bleach L) ve bir klasik renk tonunda Filtek Z250 (A2) rezin kompozitleri kullanıldı. Her kompozitten 60 adet, toplamda 300 adet örnek hazırlandı ve 12 gün süreyle kahveye daldırıldı. Ana gruplar; tek aşamalı polisaj (OptraGloss), iki aşamalı polisaj (NovaTwist), beyazlatma (WhitenessHp), beyazlatma+tek aşamalı polisaj, beyazlatma+iki aşamalı polisaj ve kontrol grubu olarak 6 alt gruba ayrıldı (n=10). Örneklerin renklendirme öncesi (t0), renklendirme (t1) ve yüzey işlemleri (t2) sonrasında renk ve pürüzlülük ölçümleri yapıldı. Renk değişimi CIEDE 2000 ve beyazlık indeksi CIELAB tabanlı Diş Hekimliği için Beyazlık İndeksi (WID) formülüyle hesaplandı. İstatistiksel analizlerde Kruskal-Wallis H ve Dunn testi, Robust ANOVA ve Spearman analizi kullanıldı (p<0,05). Bulgular: Kahve maruziyeti sonrası tüm örneklerde klinik olarak kabul edilemez düzeyde ΔE₀₀ değerleri (5,52–10,45) ve WID değerlerinde azalma bulundu. Renklendirme sonrası en yüksek renk stabilitesi Estelite Asteria; en yüksek WID değerleri Brilliant EverGlow ve G-aenial A'chord kompozitlerinde bulundu. Anlamlı düzeyde en yüksek Ra değerleri beyazlatma gruplarında, en düşük Ra değerleri tek aşamalı polisaj gruplarında saptandı. Beyazlatmayla sınırlı düzeyde renk geri kazanımı elde edilirken kombine tedaviler yüzey düzgünlüğünü daha iyi sağlayarak renk ve beyazlık değerlerinde anlamlı iyileşmeler sağladı. ΔE₀₀ ile ΔRa arasında t1–t0'da zayıf, t2–t1'de orta; ΔE₀₀ ile ΔWID arasında ise güçlü pozitif korelasyon bulundu (p<0,05). Sonuç: Beyazlatma+iki aşamalı polisaj ve iki aşamalı polisaj grupları renk geri kazanımını ve beyazlık değerini arttırırken yüzey pürüzlülüğü artışına neden oldu. G-aenial A'chord×tek aşamalı polisaj; renk stabilitesi, yüzey pürüzlülüğü ve beyazlık indeksi açısından klinik olarak en avantajlı etkileşim olarak bulundu. Anahtar Kelimeler: Rezin kompozit, Bleach renk tonu, Renk stabilitesi, Yüzey pürüzlülüğü, Polisaj, Beyazlatma

BiyokompozitDental cilalamaDiş beyazlatma+2

İlayda Kutlu

Uşak University

2025

HalloysitKarbon nanotüpKopolimerler+3

Silan modifiye halloysit/poli(maleik anhidrit-ard-stiren) kopolimer-ilaç konjugatların tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu

Polimer nanokompozitler hazırlanırken klasik nano katkılı malzemelerin yerine en az bir nano boyutta inorganik katkılı malzemeler kullanılmaktadır. Polimer-kil nanokompozitlerin tüm bu ihtiyaçları karşılayabilecek ve eksiklikleri giderebilecek ideal malzemeler olduğu düşünülmektedir. Polimer ve kil arasında düzgün bir etkileşim olabilmesi için inorganik dolgunun ve organik polimer matrisinin uyum içerisinde olması gerekmektedir. Bu çalışmada; farklı oranlarda poli(maleik anhidrit-ard-stiren) [Poli(MA-ard-St)] kopolimeri ve polimer/kil nanokompozitlerin tasarımı, sentezi ve karakterizasyonu yapılmıştır. Poli(maleik anhidrit-ard-stiren)/halloysit nanotüp kopolimerinin sentezi MA ve St monomerleri ile birlikte organik yüzey modifikasyonu yapılmış halloysit nanotüpler kullanılarak yük transferi (CTC) üzerinden kompleks radikal kopolimerizasyonu ile sentezlenmiştir. Elektron alıcı (A) ve verici (D) monomer sistemlerinin yük transfer kompleksi (CTC) üzerinden radikal kopolimerizasyonu ile kopolimer poli(MA-ard-St) sentezlenmiştir. Yüzeyi organik fonksiyonelleştirilmiş halloysit elde etmek için saf halloysit nanotüplerin yüzeyleri 3-Aminopropiltrietoksisilan (APTS) ile modifiye yapılmıştır. Yüzey modifikasyonu yapılmış halloysit nanotüpler ile aynı kopolimerizasyon koşullarında; maleik anhidrit(MA) ve stiren (St) monomerlerini yük transferi kompleksi (CTC) üzerinden in situ çözelti kompleks radikal kopolimerizasyon ile modifiye halloysit polimer nanotüplerin sentezlenmiştir. Ayrıca, yapı-özellik ve diğer bütün yönleriyle aydınlatılan nanokompozit malzemeler, bir kanser terapi ajanı olan 5-flurourasil (5-FU) ile kimyasal olarak konjugasyonu gerçekleştirilmiştir. Kimyasal konjugasyon işlemi için 50:50 oranlarda olan nanokompozit malzemeler kullanılmış (TEA) reaksiyon katalizörleri ile nanokompozit:ilaç (1:1 molar oranlarda) konjugasyon çözelti ortamında yapılmıştır. Halloysit, modifiye halloysit, poli(MA-ard-St) kopolimeri ve nanokompozit sistemlerinin yapısal özellikleri belirlenirken Attenuated Total Reflectance-Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR); X-Işını Kırınımı (XRD), X-Işını Fotoelektron (XPS), Nükleer Manyetik Rezonans (F-NMR) spektroskopisi yöntemleri kullanılmıştır. Termal kararlılık analizleri için Termal gravimetrik analiz (TGA), dinamik mekanik özellikleri için Dinamik mekanik Analiz (DMA), yüzey morfolojisi için Geçirimli Elektron Mikroskobu(TEM) yöntemleri kullanılarak malzeme özellikleri aydınlatılmaya çalışılmıştır. Günümüzde kemoterapide kanser tedavisinde kullanılan bir urasil analoğu olan 5 FU (5-florourasil) halloysit nanokompozitlerine eklenerek, potansiyel antikanser malzeme olarak tasarlanan kopolimer ve halloysit nanokompozitleri ilememe kanseri hücre canlılığı testleri ve antikanser özelliği test edilmiştir.

Nuri Ala

Hacettepe University · Fen Bilimleri Enstitüsü

Elektromanyetik ekranlamaKaplamaMikrobiyoloji+3

Yeni tasarım nanokompozit kaplamalar ile ekranlama ve biyofiziksel özelliklerin araştırılması ve geliştirilmesi

Elektronik teknolojisi ve telekomünikasyonun son yıllardaki gelişimi ile, insanların ve cihazların maruz kaldıkları, elektromanyetik kirlilik olarak değerlendirilen, istenmeyen sinyallerin varlığı ve etkisi oldukça artmıştır. Elektromanyetik sinyallerin çevre üzerindeki etkisini azaltmak için, iletken malzemeler kullanılarak gerçekleştirilen ekranlama yöntemi, en sık kullanılan yöntemdir. Malzeme olarak, genellikle, yüksek iletkenlik özellikleri nedeni ile metaller kullanılmaktadır. Ancak, malzeme olarak, metal öz kütlesinin fazla olması, yapılarının esnek olmaması, işlenmelerinin zor olması ve korozyona açık olması gibi olumsuzluklar bu malzemeler yerine alternatif malzemelere yönelmeyi zorunlu kılmaktadır. Bu bağlamda, küçük özkütleleri, düşük maliyetleri, kolay şekillendirilebilmeleri ve esnek yapı özelliklerinden faydalanmak amacıyla, polimer temelli, nanoteknolojik malzemelerin tasarımı günümüzde önemli hale gelmiştir. Bu tez çalışmasında, öncelikle, kütlece farklı oranlarda CNT ve grafen katkılanmış yeni tasarım, polimer temelli, nanokompozit malzemeler hazırlanmıştır. Farklı tipte kumaşlar üzerine bu kompozitler sprey ve jel fazında uygulanabilmektedir. Tez kapsamında gerçekleştirilen çalışmalarda özellikle, hiçbir ekranlama özelliği olmayan doğal keten malzeme ile üretilmiş kumaş ve özel teknikler ile üretilen kendinden ekranlama özelliği bulunan (ticari olarak piyasada satışı yapılan) SG kumaşı üzerinde çalışılmıştır. Temel amaç ekranlama özelliği olmayan bir malzemeye, yeni tasarım nano kompozit kaplama uygulayarak, üst seviyede ekranlama özelliği kazandırabilmektir. Diğer yandan, ekranlama özelliği bulunan malzemelerin de mevcut ekranlama etkinlik değerini artırmak ikincil amaç olarak belirlenmiştir. Çalışmanın ilk evresinde, özgün nanokompozitlerle kaplanan farklı kumaş örneklerin elektromanyetik dalga (EMD) (1,5 – 10,0 GHz), nUV-VIS-nIR (350 - 700 nm) ile etkileşimleri araştırılmıştır. Hedef olarak, SWAXS (X-Işını Küçük ve Geniş Açı Saçılması) analizleri sonucunda belirlenen nano yapılar ile örneklerin elektromanyetik ekranlama etkinliği değerleri ile ilişkilendirilerek ekranlama özellikleri kontrollü biçimde geliştirilmeye çalışılmıştır. İlk bulgulara göre, EMD ekranlama etkisi bulunmayan keten kumaş örnekler, kütlece %3 CNT kodlu nanokompozit ile kaplandığında, 1,5 – 10,0 GHz aralığında, EMD soğrulma oranının artmasına ve malzemeye yaklaşık 9 dB'lik (@9,5 GHz) ekranlama etkinliği kazandırılmasına neden olunmuştur. Kaplama işlemi sonucunda aynı malzemenin, 350 - 700 nm dalgaboyu aralığındaki (yakın UV, görünür ve yakın IR) elektromanyetik dalgalar için geçirgenliğinin azaltıldığı ve soğurma özelliğinin de artırıldığı belirlenmiştir. Keten kumaşın doğal yapısında var olan hacimsel nano parçacıklar, 97,7 ± 0,9 Å'luk yarıçapa sahipken, kaplama işlemi sonrası nanomorfolojiler, çekirdek kabuk modeline dönüşerek, küresel formda 75,7 ± 0,1 Å yarıçapa ulaşmışlardır. Yani, kaplama malzemesinin gözenekli yapıya difüz edebildiği ve gözenekli yapıyı doldurarak, yüksek elektron yoğunluğuna sahip, daha küçük boyutlu nano morfolojileri oluşturdukları belirlenmiştir. Piyasada bulunan Ag pigmentleri içeren CSC malzemesi keten malzemeye uygulandığında, kumaşa yaklaşık 65 dB (@9,5 GHz) ekranlama kazandırdığı görülmüştür. Sonraki aşamalarda CNT ve grafen ile (kütlece) farklı oranlarda sistematik olarak katkılanan CSC malzemesi, keten ve SG kumaş üzerinde uygulamış ve ölçümler gerçekleştirilmiştir. En kararlı nano kompozitlerin CSC %5 CNT ile elde edildiği ve ekranlama özelliği olmayan keten kumaşa 1,5-10 GHz aralığında, 80-85 dB ekranlama etkinliği kazandırıldığı saptanmıştır. Diğer yandan, ekranlama özelliği bulunan SG kumaşın özelliğinin ise, 65 dB değerinden, 105 dB ekranlama değerlerine (%62 oranında) geliştirildiği belirlenmiştir. SAXS analizleri ile örneklerin nano yapılarını belirlemek ve ekranlama değerleri ile analoji kurmak üzere, Rg (Jirasyon Yarıçapı) 3B yapı modelleri ve nano oluşumların uzaklık dağılımları incelenmiştir. Örneklerin kaplama öncesinde ve sonrasında, SEM ölçümleri ile, nano kompozit malzemenin CNT ve grafen katkılamaya bağlı olarak yüzeyde oluşturdukları mikro ölçekli yapılar da gözlemlenmiştir. Çalışmanın devamında, farklı zamanlarda hazırlanan örnekler ile keten CSC %5 CNT için kazanılan ekranlama özelliğinin raslantısal olmadığı da belirlenmiştir. Ayrıca, nano kompozit kaplamaların insan teması olabilecek birçok uygulamada kullanılabileceği öngörülerek, Disk Difüzyon Yöntemi ile antimikrobiyal araştırmalar da bu tez çalışması kapsamında gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda Candida albicans, E.coli ve S. Aureus (mantar ve bakterileri) ile çalışılmıştır. Sonuçta, bu tez çalışmasında hazırlanan ve kaplama olarak uygulanan özgün nano kompozit malzemeler ile alttaş kumaşların ekranlama özelliğinde önemli gelişmeler kaydedilirken, diğer taraftan, bakteri ve mantar üremelerinin de engellendiği "yani tasarlanan kaplama malzemelerine biyoaktif özellikler de" kazandırılabildiği gösterilmiştir.

Mustafa Zafer Belirgen

Hacettepe University · Institute of Graduate Studies in Science

BiyouyumlulukHiyerarşik yapıKil mineralleri+3

Biyo-esinlenmiş hiyerarşik polimer nanokompozitlerin tasarımı, hazırlanması ve karakterizasyonu

Günümüzde polimer kompozit üretmek için kullanılan yöntemler mekanik mukavemeti artırırken, tokluğun ve sünekliğin azalmasına neden olmaktadır. Bu durum, kompozit malzemelerin kopma dayanımının ve dolayısıyla ömürlerinin azalmasına sebep olmaktadır. Polimer kompozit malzemeler modern yaşamın pek çok alanında yer alır ve bu sebeple mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi oldukça önem teşkil eder. Örneğin; polimer kompozit malzemelerden endüstriyel ölçekte havacılık (uçak ve roketlerin bileşenleri) ve sağlık (yapay kol, bacak, kemik protezleri v.b.) sektörlerinde faydalanılmaktadır. Makro ölçekte ise başta mikro-elektronik sistemler ve ince film kaplamalar olmak üzere pek çok uygulamada yararlanılmaktadır. Bu tezde amaç, insan kemiği ve istiridye gibi yüksek mekanik özelliğe sahip biyolojik yapılardan ilham alınarak, hiyerarşik ölçekli ve parçacık yoğunluğu konuma göre değişen (kademeli) polimer nano/mikro kompozit malzemelerin tasarımı, sentezi, karakterizasyonu ve üretilen malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesidir. Hiyerarşik kademeli kompozitler geleneksel kompozitlere göre iki avantaja sahiptir. İlk olarak, doğada kademeli kompozitler, mekanik olarak farklı bölgeleri kesintisiz şekilde birleştirir. Örneğin, kemik, kıkırdak, tendon gibi biyolojik sistemler ara yüzey hasarını ve kırılmasını önleyen kademeli parçacık dağılımı ile bağlanır. İkinci olarak doğada (insan kemiği) farklı boyuttaki parçacıkların (nano, mikro ya da makro ölçekte) polimer matris içinde hiyerarşik etkisi hem güçlü hem de tok mekanik özelliklere neden olur. Bu özellik günümüzde ticari ölçekte polimer teknoloji seviyesinin izin verdiği sadece tek boyutta parçacık takviyesiyle elde edilememektedir. Matrisi polimer olan sentetik hiyerarşik kompozitler, elastik yapıları ve düşük yoğunlukları sayesinde biyolojik malzemeleri daha iyi taklit edebilirler. Çevre dostu bir yol izlenilerek bu çalışmada, biyouyumlu polimer nanokompozit üretimine odaklanılmıştır. Takviye malzemesi olarak silika ve iki farklı nanokil; halloysit nanotüp (HNT) ve bentonit (BNT), polimer matris olarak polivinilpirolidon (PVP) kullanılmıştır. Tüm nanokompozitler çözelti ortamında sentez yöntemiyle sentezlenmiş; kil ve nanokompozit yapıları FTIR, XRD ve TGA analizleri ile karakterize edilmiştir. PVP matris içerisinde HNT ve BNT dağılımı TEM ile araştırılmıştır. Hem PVP hem de sentezlenen nanokompozitler, düşük yoğunluklu polietilen ile (LDPE) karıştırılarak enjeksiyon kalıplama makinesi ile mekanik test numunesi üretimleri gerçekleştirilmiştir. Enjeksiyon numunelerine mekanik testlerden 3-nokta eğme ve darbe testleri uygulanmıştır. 3-nokta eğme testi sonrasında numunelerin kırılma yüzeyleri SEM ile incelenmiştir. Halloysit nanotüp takviyeli polimer nanokompozitler ile kademeli film üretimleri yapılmış ve bunun için döndürmeli kaplama cihazı kullanılmıştır. Filmlerin morfolojisi ve pürüzlülüğü AFM ile analiz edilmiştir. Halloysit nanotüp kil minerali ilavesi ile elde edilen mekanik gelişmeleri açıklamak için mikro indentasyon testi yapılmıştır. Bu çalışmanın sonunda önerilen nanokompozitler; gerek sentez yöntemi gerekse nanokompozit bileşenlerinin biyouyumlu, çevre dostu ve toksik olmaması nedeniyle kemik ve diş protezlerinde ve biyosensör esnek elektroniklerde kullanılan ticari polimer/kompozitlere çevre dostu bir alternatif olarak hizmet edebilecektir. Anahtar Kelimeler: biyouyumluluk, polivinilpirolidon, kil mineralleri, polimer nanokompozit, hiyerarşik yapı, mekanik özellikler, kademeli film

Fatma Dönmez

Hacettepe University · Fen Bilimleri Enstitüsü

Dentistry SpecialtyOpen AccessTR

Farklı 3D yazıcı rezinlerin renk stabilitelerinin karşılaştırılması

Amaç: Bu çalışmanın amacı iki farklı 3 boyutlu yazıcı rezin, bir CAD/CAM rezin nanoseramik blok ve bir nanohibrit kompozit rezinin uzun dönem kahve solüsyonunda bekletildikten sonra renk stabilitelerini karşılaştırmaktır. Gereç ve Yöntem: Bu çalışmada rezin nanoseramik CAD/CAM blok (Grup CS, Cerasmart, GC Europe), nanohibrit kompozit rezin (Grup CME, Clearfil Majesty Esthetic, Kuraray) ve iki farklı 3 boyutlu yazıcı rezini (Grup VS, VarseoSmile Crown plus, BEGO ve Grup CT, Crowntec (CT, Saremco), SaremcoDental AG) kullanıldı. Her materyalden 8 mm çapında 2 mm kalınlıkta 20 numune olmak üzere toplam 80 disk şeklinde numune hazırlandı. Numuneler 30 gün boyunca her gün 45 dakika kahve solüsyonunda bekletildi. Kahve solüsyonu her gün yenisiyle değiştirildi. Numuneler günün geri kalanında distile suda bekletildi. Renk değişimi aynı gözlemci tarafından spektrofotometre (VITA Easyshade® Advance V, Vita Zahnfabrik, Bad Sackingen,Germany) ile 1.gün, 7.gün, 14.gün ve 1.ay sonunda kaydedildi. Renk farklılığını belirlemede CIEL*a*b* renk sistemi kullanıldı. Veriler one way ANOVA istatistiksel analiz ile değerlendirildi. Post hoc testi olarak Tukey testi kullanıldı. p anlamlılık değeri <0.05 kabul edildi. Bulgular: 30.günün sonunda, en az renk değişikliği Grup VS (ΔE=4.69)'de bulunurken, en fazla renk değişimi Grup CS (ΔE=5.60)'deydi. Gruplar arasında istatistiksel olarak anlamlı bir fark yoktu (p=0.69). Sonuçlar: 3B yazıcı rezinlerin renk değişikliği, CAD/CAM nanohibrit seramik bloklar ve kompozit rezinle benzerdi. Ancak tüm gruplarda renk değişimi klinik olarak kabul edilir değerin üzerindeydi (ΔE>1.8). 3 boyutlu yazıcılar ve eklemeli imalat rezinleri için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır. Anahtar Kelimeler: 3B yazıcı, CAD/CAM, kompozit rezin, renklenme

CNC frezelemeNanokompozitlerÜç boyutlu yazıcı

Bengisu Koca

Ordu University

2025

FiltrasyonKarakterizasyonMembranlar+2

İçme suyu arıtımı için nanokompozit membranların üretimi: Termal ve mekanik davranışlarının modellenmesi

Son dönemde membran filtrasyonunda öne çıkan inorganik-organik kompozit membranlar, inorganik maddelerin kararlılığı ile organik polimerlerin işlenebilirliğini bir araya getirerek yeni nesil membranlar için büyük potansiyel sunmaktadır. Gümüş ve titanyum dioksit gibi inorganik materyaller membranın hidrofilikliğini artırmanın yanında mekanik dayanımı iyileştirmek, antibakteriyel etki göstermek ve tıkanma engelleyici özellik sağlayarak membran ömrünün uzatılmasına önemli katkı sağlamaktadırlar. Bu çalışmada termoplastik polimerler sınıfından olan polisülfon (PSf) ile yapılmış membranlar ve PSf ile polivinilpirolidondan (PVP) oluşan membranlara gümüş nanopartikül (AgNP) ve titanyum (IV) dioksit (TiO2) hem ayrı ayrı hem de iki nanopartikül birlikte farklı varyasyonlarla ağırlıkça %0.25, %0.5 ve %1 oranlarında eklenerek toplamda 18 farklı membran elde edilip bu materyallerin membran yapısına, karakterizasyonuna ve performansına olan etkileri ölçülmüştür. Tüm membranlar faz inversiyon yöntemi kullanılarak üretilmiştir. Elde edilen membranların pürüzlülüğü, yüzey morfolojisi, porozitesi, su tutma kapasitesi, por boyutu ile mekanik ve termal özellikleri incelenerek karşılaştırılmıştır. Bunun yanında akı performansları hem temiz membranlardan saf su geçirilmesi, hem temiz membranlardan Terkos Gölü'nden alınan suyun geçirilmesi, hem de kirletilmiş membranlardan saf su geçirilmesi koşulları altında bir dead-end filtrasyon düzeneği kullanılarak incelenmiştir. Membranların akı geri kazanım oranı (FRR), toplam kirlenme oranı (RT), geri dönüştürülemez kirlenme oranı (Rir) ve geri dönüştürülebilir kirlenme oranı (Rr) belirlenerek membranların kirlenmeye karşı direnç performansları değerlendirilmiştir. Söz konusu işlemler sonucunda da Mori-Tanaka ve Karışımlar Teorisi yöntemleri kullanılarak membranların modellemesi yapılmıştır.

Can Hodoğlu

İstanbul University-Cerrahpaşa · Lisansüstü Eğitim Enstitüsü

2025

Blok kopolimerlerNanokompozitlerPolimer kompozitler+1

Stiren-etilen/butilen-stiren blok kopolimeri esaslı nanokompozitlerin hazırlanması ve modifikasyonu

Son yıllarda termoset kauçukların yerine stirenik termoplastik elastomerlerin kullanımında artışlar gözlenmektedir. Termoplastik elastomerler (TPE) termoplastik polimerler gibi erime sıcaklıklarına sahip oldukları için işlenebilen, geri dönüştürülebilen kauçuk benzeri malzemeler olarak tanımlanmıştır. Vulkanizasyon sonucu elde edilmiş kauçuklarda işlenebilme ve geri dönüşüm gibi durumlar söz konusu değildir. Bu tez çalışmasının amacı katyonik monomerler kullanarak modifiye edilen killerle hazırlanan stiren-etilen/butilen-stiren (SEBS) blok kopolimeri esaslı kompozit malzemelerin elde edilmesi ve modifiye katkı malzemelerinin polimere kazandırdığı özelliklerin incelenmesidir. Ayrıca ticari modifiye killerle hazırlanan kompozit malzemeler ile deneysel olarak modifiye edilen killerle hazırlanan kompozit malzemelerin karşılaştırılması yapılarak bizim modifiye ettiğimiz killerin kullanılabilirliğinin incelenmesidir. SEBS blok kopolimerinin tek başına işlenmesi zor olduğu için polipropilen (PP) ve parafinik yağ (PY) ile karışımları hazırlanarak işlenebilirliği arttırılmıştır. Öncelikle farklı oranlarda SEBS/PP/PY karışımları hazırlanmıştır. Bu karışımların mekanik test sonuçlarına göre en uygun oran belirlenerek çalışmanın devamında kullanılacak ana matrikse karar verilmiştir. Ana matriksin farklı modifiye killer ile karışımları hazırlanmış ve katkı malzemelerinin matriks üzerindeki mekanik ve termal özelliklerine olan etkileri gözlemlenmiştir. Elde edilen bütün karışımlar çift vidalı karıştırıcı kullanılarak eriyik harmanlama yöntemiyle hazırlanmıştır. Hazırlanan kompozit malzemelerde polimer olarak kütlece %32 stiren içeren SEBS blok kopolimeri ve işlenebilirliği arttırabilmek için PP ve PY kullanılmıştır. Katkı malzemesi olarak saf kil montmorillonit (MMT), ticari modifiye killer ve katyonik monomerler ile modifiye edilen killer kullanılmıştır. İlk olarak MMT su varlığında katyonik monomerler [2-( Metakriolioksi)etil]-trimetil amonyum klorür (METMAC) ve [3-(metakriloamino)-propil]-trimetilamonyum klorür (MPTMAC) ile etkileştirilmiş ve iyon değiştirme reaksiyonu sonucunda monomerlerin kilin tabakaları arasına yerleşmesi sağlanmıştır. Daha sonra bu karışımlar başlatıcı varlığında termal polimerizasyon yöntemiyle farklı sürelerde polimerleştirilerek tabakalı yapının modifikasyonu yapılmıştır. Yapılan X-ışını kırınımı (XRD) analizi sonucunda Bragg eşitliğiyle tabakalar arası mesafeler hesaplanmıştır. Hazırlanan kompozit malzemelerin yapısal karakterizasyonu XRD ve geçirimli elektron mikroskobu (TEM) ile yapılmıştır. XRD ile modifiye edilmiş tabakalı yapının polimer matriks içerisindeki dağılımı incelenmiş ve tabakalar arası mesafeleri hesaplanmıştır. Elde edilen sonuçlara göre ticari modifiye killer ile hazırlanan örneklerin aralanmış tabakalı (intercalated) yapıya, katyonik monomerler ile modifiye edilen killer ile hazırlanan örneklerin ise hem aralanmış tabakalı yapıya hem de yapraklanmış (exfoliated) yapıya sahip oldukları görülmüştür. Bu sonuçlar TEM analizinden elde edilen görüntüler ile desteklenmiştir. Kilin matriks içerisinde dağılması sonucu polimerin serbest hacim boşluklarında meydana gelen değişim PALS ölçümleriyle incelenmiştir. Sonuçlara göre matriks ile modifiye kil tabakaları arasındaki etkileşimlerin artmasıyla daha sıkı (compact) bir yapı oluşmakta ve boşluk hacimlerinde azalmalar görülmektedir. Hazırlanan malzemelerin mekanik testleri yapılarak katkı malzemesinin SEBS blok kopolimerine olan etkisi incelenmiştir. Sonuçlara göre deneysel olarak modifiye edilen killerle hazırlanan kompozit örneklerin mekanik değerlerinin ticari modifiye killerle hazırlanan örneklere göre daha iyi sonuçlar verdiği tespit edilmiştir. Aynı örneklerin termal davranışları incelendiğinde, modifiye edilmiş kil katkılı malzemelerin bozunmalarının daha yüksek sıcaklıklarda gerçekleştiği görülmüştür.

Tahsin Çağlayan

Hacettepe University · Institute of Graduate Studies in Science

2019

Elektrokimyasal sensörlerGrafen oksitHidrojen peroksit+2

Bitki ekstrakt temelli gümüş nanopartikül katkılı indirgenmiş grafen oksit kompozit sentezi ve hidrojen peroksitin elektrokimyasal tayininde kullanılması

Bu tez çalışmasında Onosma bracteosa Hausskn. & Bornm bitkisi kullanılarak gümüş katkılı indirgenmiş grafen oksit gümüş (iGO-Ag) nanokompozit sentezlenmiştir. Sentezlenen yapının karakterizasyonu UV-Vis spektroskopisi, X-ışınları Kırınım Difraktometrisi (XRD), Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM), Enerji Dağılımlı X-ışını Spektroskopisi (EDS), Geçirimli Elektron Mikroskobu (TEM), X-ışınları Fotoelektron Spektroskopisi (XPS) ve Dinamik Işık Saçılması (DLS) kullanılarak gerçekleştirilmiştir. UV-Vis spektroskopisi sonuçları grafen oksit (GO) ve gümüş iyonlarının eş zamanlı olarak indirgenmesi sonucu iGO-Ag nanokompozit yapısının elde edildiğini göstermektedir. SEM ve TEM analizlerinde gümüş nanopartiküllerinin indirgenmiş grafen oksit (iGO) yüzeyinde homojen olarak dağıldığı görülmüştür. DLS çalışmaları sonucunda iGO-Ag nanokompozit yapısının ortalama partikül boyutu ve zeta potansiyeli sırasıyla 74.48 nm ve zeta potansiyeli -21.4 mV olarak belirlenmiştir. Sentezlenen iGO-Ag nanokompozit, hidrojen peroksitin (H2O2) elektrokimyasal tayininde bir sensör hazırlamak üzere kullanılmıştır. Bu amaç doğrultusunda, camsı karbon elektrot (GCE) iGO-Ag nanokompozit yapısı ile modifiye edilmiş (iGO-Ag@GCE) ve modifiye edilmiş elektrot H2O2'nin elektrokimyasal tayininde kullanılmıştır. Hazırlanan elektrosensör 25 µM ile 800 µM derişim aralığında doğrusal bir eğilim göstermiştir. Kaydedilen voltamogram verilerinden yararlanılarak sensörün algılama sınırı (LOD) 0.11 µM olarak hesaplanmıştır. Geliştirilen sensörün seçiciliği ve hassasiyeti glikoz, askorbik asit, dopamin ve üre gibi girişim yapabilecek türlere karşı test edilmiştir. Amperometrik ölçümler, hazırlanan sensörün girişim yapan türlere karşı kayda değer bir cevabının olmadığını göstermiştir.

Ahmet Soner Ülger

Mersin University · Institute of Graduate Studies in Science

Balistik darbeNanokompozitlerTabakalı kompozit levhalar+1

Tabakalı kompozitlerde balistik darbe etkilerinin incelenmesi

Kompozitler, günlük yaşamımızda farklı alanlarda kullanım şansı bulduğu gibi, savunma alanında da düşük yoğunluk ve sağlamlık gerektiren durumlarda sıklıkla tercih edilmektedir. Bu kapsamda zırhlandırma alanında aramid lifli kompozitler tercih edilirken, hafiflik gerektiren uygulamalarda karbon lifli kompozitler görev almaktadır. Bu tez kapsamında cam lifli-epoksi reçineli, karbon lifli-epoksi reçineli, Naylon 6,6 ara katkılı, bor karbür ve yüksek molekül ağırlıklı polietilen hibrit kompozit yapıların yüksek hızlı darbe altında dayanım ve sönüm özellikleri sonlu elemanlar metoduyla incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Kompozitlerin farklı kırılma kriterlerinden bahsedilmiştir. Sonlu eleman modellemesinin nasıl yapıldığına ilişkin bilgiler paylaşılarak, farklı tabaka özelliklerine sahip kompozitlerin sonlu eleman çözümlerinde hangi element formülizasyonunun kullanılmasının uygun olduğu konusunda görüşler ortaya atılmıştır. Bu bağlamda hibritleşmenin önemi ortaya konmuş, oransal olarak tabakalar arası malzeme eklenmesinin, hibrit tabaka dizilimine kıyasla ne kadar etkili olduğu açıklanmıştır.

Mehmet Refik Erdoğan

Mersin University · Institute of Graduate Studies in Science

Demir oksitGrafenNanoelyaf+2

Grafen ve Fe3O4 nanopartiküller ile güçlendirilmiş pan nanoelyaf katkılı elium reçine matrisli nanokompozitlerin mekanik özellikleri, translaminar kırılma davranışları ve şekil hafızası özelliklerinin incelenmesi

Bu tez çalışmasında Elium (E) reçine içerisinde 12 tabaka Poliakrilonitril (PAN) nanofiber, PAN ağırlığınca sırasıyla %0.5, %1, %1.5 Grafen Nanoplaka (GNP) katkılı nanofiber, PAN ağırlığınca %1 Demir Oksit (Fe3O4) nanopartikül katkılı nanofiber, PAN ağırlığınca %0.5 GNP + %0.5 Fe3O4 nanopartikül katkılı nanofiber ile güçlendirilmiş nanokompozitler üretilmiştir. Üretilen nanofiberlerin fiber çaplarının tespiti için Taramalı Elektron Mikroskop (SEM) görüntüleri alınmıştır. Nanokompozitlerin Termogravimetrik (TGA-DSC) analizi, Fourier dönüşümlü infrared spektroskopi (FTIR) analizi, Çekme testi, Mod-I translaminar kırılma tokluğu testi, Dinamik Mekanik Analizi (DMA) ve şekil hafızası özellikleri incelenmiştir. Çekme testi sonuçlarında saf Elium 'un çekme dayanımı 44.44 MPa olarak ölçülmüş olup en iyi çekme dayanımı 68.86 MPa olarak %1 GNP katkılı PAN nanofiber ile güçlendirilmiş Elium matrisli nanokompozitin çıkmıştır. Mod-I translaminar kırılma tokluğu testi sonucunda en iyi KTL değerine sahip %1GNP katkılı olan nanokompozit malzemede belirlenmiştir. DMA analizi sonucunda E 'nin camsı geçiş sıcaklığı (Tg) 70.76 °C olup en yüksek Tg 'ye sahip olan 91.68 °C ile %1 Fe3O4 katkılı nanokompozittir. Çalışmanın ana konusu olan şekil hafızası özelliklerinin incelenmesi sonucunda E 'nin geri dönüş oranına bakıldığında %80 olarak ölçülmüştür. En yüksek şekil geri dönüş oranına sahip olan ise %95 olarak %1 GNP katkılı PAN nanoelyaf takviyeli nanokompozit malzeme olmuştur.

Muhammet Ali Şenyurt

Necmettin Erbakan University · Fen Bilimleri Enstitüsü

Membrane technologiesNanocompositesPolymeric membranes

Fabrication and characterization of support layer for thin film nanocomposite desalination membranes

The production of potable water has become a global concern; for many communities, conventional available water resources are inadequate in supplying the demand due to rapid population growth and industrialization. Desalination of brackish or seawater has become an important source of both drinking water production and irrigation. The leading technology is reverse osmosis (RO) membrane process and is accounted for producing more than half of the world's desalination capacity. Significant development in membrane materials and technologies; in terms of module and process design, feed pre-treatment and energy recovery in the past few decades have greatly improved the cost effectiveness and performance capability of membrane processes and have made the RO technology dominating in the desalination market. Owing to showing inherently high salt rejection and durability with small footprint and ease of the operation, polymeric membranes have governed the RO membrane industry. On the other hand, there are several severe problems need to be eliminated such as comparatively low permeability due to their characteristic hyrophobicities, low boron removal and fouling issues. In order to resolve aforementioned problems, different approaches were developed. Among them, thin film composite (TFC) membranes have drawn substantial attention since their invention by Cadotte et al. in the 1970s in which a thin selective polyamide (PA) layer is formed on top of a microporous support by in-situ interfacial polymerization (IP) technique and these membranes have high salt rejection values over 99%. Although, commercially available PA-TFC membranes can remove almost all ions in the seawater, their boron removal values are around 95% under normal test conditions. Recently, a new concept of mixed-matrix composite RO membranes was reported by incorporation of nanoparticles such as carbon nanotubes (CNTs) and zeolites into the thin selective PA barrier in the course of IP process. Both experimental and molecular simulation studies have shown that the use of CNTs in PA layer resulted with enhanced water flux and improved salt rejection values compared with conventional counterparts that are mainly because of their preeminent characteristics, and ease of functionalization with various functional groups. This thesis aims to develop a novel fabrication method of thin film nanocomposite (TFN) membrane for RO technology in which single-walled CNTs are embedded in PA selective layer during IP process on top of a microporous polysulfone (PSf) substrate with the purpose of increasing the boron rejection capacity and improving the water flux as well. Experiments were performed at three stages: i) preparation of porous polysulfone (PSf) substrate by phase inversion method and optimization of the process parameters such as addition of pore-former agents, changing the type of non-solvent and modifying the temperature of precipitation medium, ii) the development of TFC membranes on PSf supports having different pore sizes and optimization of the IP process conditions such as altering the monomer concentrations and reaction time, iii) fabrication of TFN membranes by means of filtration of commercially available –COOH functionalized SWCNTs on PSf support prior to IP process for the semi-alignment of the nanotubes. For the characterization of the resultant membranes field emission scanning electron microscopy (FESEM) and contact angle measurements were employed to investigate both the surface and cross-sectional morphology, and surface hydrophilicity, respectively. Performance evaluations of the fabricated membranes were conducted using a laboratory scale cross-flow membrane test unit. According to the results, the ideal PSf substrate membrane for the incorporation of SWCNT into PA layer was obtained from the recipe of 15 wt.% PSf with the addition of 10 wt.% pore-forming agent which was polyvinylpyrrolidone (PVP) and precipitated in cold isopropyl alcohol. On the other hand, regarding to TFC results; SEM micrographs have shown that pore size of the PSf support has great impact on the resultant PA layer. Relatively smaller pores produced thicker PA layer due to the limited diffusion of aqueous m-phenylenediamine (MPD) solution into the small pore channels, whereas larger pores produced thinner PA layer mainly because of ability of MPD solution to penetrate deep into the pore channels and at the same time these big pores act like a MPD reservoir in which subsequent trimesoyl chloride (TMC) introduction will produce PA layer. Other than characteristics of PSf substrate, the PA layer thickness was affected by the interfacial polymerization reaction time in such a way that longer the polymerization time is applied, the thicker the cross-linked PA layer is formed. The 15 s reaction time produced around 100 nm PA layer, while doubling the reaction time from 15 s to 30 s formed approximately 1 µm-thick PA barrier. In addition to these, the effect of MPD concentration was also studied. Increasing the amount of MPD can caused to form thicker layer than its low concentration counterpart produced. All the results were consistent with the literature. In order to test the fabricated membranes in the testing cell having 140 cm2 test area, various masking techniques with Al tape and foil were tried and finally the most proper method has been developed. This newly developed technique enables to test the performance of the membranes having smaller areas than the test cell. Technique was tested with a membrane having a known specification. Results showed that the developed method works successfully without any leaking. In this regard, one of the fabricated membranes TFC-5 was tested in order to determine the performance of synthesized membranes so that to reflect a representative result. Salt rejection was calculated by measuring conductivity of the solutions before and after, which were feed and permeate, respectively. The rejection value was calculated as ~85% at 2000 ppm NaCl, which was smaller than the commercial membranes. These results have shown that the fabricated membranes can be improved in terms of fabrication technique to obtain better results. Nevertheless, this study contains noteworthy clues with respect to membrane masking and is still a guidance for the fabrication of substrate membranes for high boron rejection TFN membranes that can be used for desalination applications.

Kader Özgür

İstanbul Technical University · Fen Bilimleri Enstitüsü

Glass fiber compositesE-glass fibreFiber composites+7

Investigation of the effect of carbon nanotubes on hybrid glass/carbon fiber reinforced composites

Composites have been attaining great concentration due to the customized properties of reinforcements and matrices and their ability to make high performance materials to replace the current structural materials. The development for the high performance composites with very low weights of materials is keeping high interest levels for the researchers. Few decades later, the discovery of Carbon Nanotubes helped the researchers in making a way for the high performance materials. This discovery also took a positive effect on the performance of composite materials. Carbon Nanotubes have been acknowledged widely for strengthening the mechanical properties of the composites. There are several ways to accommodate the interaction of the CNTs within the composite materials but the costs are high. Chemical Vapour Deposition is an effective way to grow CNTs on reinforcement but it requires higher temperatures and time. The elevated temperature also affects the strength of the reinforcement. The interaction of CNTs with the reinforcement by grafting technique is a suitable technique to induce even distribution of CNTs in the composite materials. According to the study this technique can be used prior to the composite development (i.e. Vacuum bagging, Vacuum Resin Infusion etc.). The temperature requirement is low as compared to the chemical vapour deposition method. The dispersion of CNTs also takes place in an organic solvent which has an advantage over the CNTs dispersion in matrix. To develop samples of CNTs reinforced composite, flat surface mould is selected. Epoxy resin as matrix material while E-glass fibres and carbon fibres are used as reinforcement material. Three layered composites were prepared with four different combinations. 20 samples were produced, utilizing vacuum bagging technique, of dimension (0.40 x 0.30) 1.2 m2. 16 out of 20 samples are simple composites without grafting of CNTs while others are CNT grafted. Reinforcement is used in the form of woven fabrics. CNTs functionalized with carboxylic group were dispersed in dimethylformamide/PAN suspension through ultra-sonication and sprayed onto the reinforcements in four different volume combinations for each side of the reinforcement i.e. 5 ml, 7.5 ml, 10 ml, 12.5 ml. The process is followed by thermal treatment at 250oC for 3 hours. Reinforcement material is laid on a plain mould after applying lubricant on the base. Resin was applied through hand layup and composites were manufactured by vacuum bagging technique. Mechanical analysis was carried out. ASTM D-3039 standard procedure was followed for tensile tests while ISO 14125 standard procedure was followed for the bending tests of composite. Their comparison of the results for the tensile, flexural and impact tests showed interesting improvements in the strength of some composite materials. There was no significant improvement in the tensile properties of the composite materials except for the [CCC] composites grafted with 15 ml of CNT/PAN. Significant improvement is observed in the flexural properties of the composite materials grafted with CNTs. In order to compare the MWCNTs grafted composites with the Matrix dispersed MWCNTs composites, 4 more specimens were prepared with the same mean quantity of the MWCNTs in CNTs grafted composites. In this case also, the results showed higher raise in the flexural strength up to 70% of the composites but the tensile strength remain unchanged. The impact strength results also showed valuable information about the usage of the MWCNTs in the composite system. The impact response was improved as the CNT content increased within both the techniques. 15ml – 20 ml of CNT/PAN solution enhanced the impact response to a higher extent whereas the dispersion technique also helped in improving the impact behaviour of the composite material. This practical study about the effect of carbon nanotubes concludes the influence of techniques by which CNTs are introduced into the composite material and their compatibility with the reinforcement in each technique. The method which is usually carried out to incorporate the CNTs in the composite material is through chemical vapour deposition which consists of very high temperature treatment up to 800 o C. Since this method requires high temperature conditions which is economically not good and the reinforcements can also be degraded when treated with higher temperatures for longer times, the other methods can play an important role in utilizing the maximum performance properties of the reinforcements. Two methods which are used in this study consists of the grafting method and the dispersion method. Grafting method deals with the interaction of CNTs directly with the reinforcements to incorporate chemical bonds. In order to increase affinity of CNTs towards the reinforcement to produce chemical bonding, the CNTs are functionalized with the acid group (–COOH) prior to the introduction with the reinforcements. Functionalized CNTs and polyacrylonitrile fibres are dispersed in dimethylformamide through ultrasonic processor so that the aggregates could be properly dispersed in the solvent. The dispersion is sprayed on both sides of the reinforcements followed by the oven treatment at 250 oC for 3 hours so that bonding could take place. In this study 4 different volumes of dispersion with same concentration of CNTs were used to observe the effects on mechanical properties of the composite materials. After the oven treatment, composites were manufactured using the hand layup process for resin spreading and excessive resin was extracted out using the vacuum bagging. The grafting technique was expected to give improved tensile properties to the composites because the direct chemical bonding of CNTs with the reinforcements strengthens the branched networks ultimately empowering the material to hold bigger loads with breaking. The results came out to be good for the [CCC] composites but the degradation was more in other combinations. Further to that the higher volumes of CNT dispersion also drastically degraded the tensile properties of the material which could be the reason of slipping layers over each other. The flexural and impact properties of the materials showed particular improvements in 15ml and 20ml of the spray volumes which was quite significant. Second methodology which is used in this study for incorporating CNTs in the composite materials is by dispersion method that takes place by dispersing the CNTs in the resin through ultrasonication. The resin dispersed with CNTs is then hand laid up on the reinforcement followed by vacuum bagging to make composites. Ultrasonic dispersion allowed the CNTs to stack themselves in the matrix in such a way that could produce continuous networking structure which reduces the tendency of micro-cracking in the composites. In the experiments, this methodology showed a little improvements in the tensile direction also but the major improvements were seen in the flexural and impact properties. The impact response of the composite was drastically improved that allowed to absorb more force without cracking. The usage of glass fabric in hybrid composites also influences the flexural and impact properties of the entire material since it has high flexural properties. Combination of glass fabric along with the CNTs network helps in creating a resultant material with significant improvement in flexural and impact strength properties. The reason lies in the continuous stacking arrangement of the CNTs in the matrix. The stacking arrangement of CNTs depends on the diameter of CNTs which makes it able to acquire more surface area towards the matrix. Smaller diameter nanotubes are considered as fine which allows much closely stacking arrangement causing the continuous network of nanostructures which increases the strength of the composite material. The alignment of stacking is also considered a very important characteristic. Properties along the axis of the nanotubes are enhanced whereas the properties which are dependent on perpendicular alignment are sacrificed. Proper dispersion of the CNTs in the solvent or resin defines the stacking of nanotubes and reduce the agglomeration of the nanoparticles which cause the deficiency in the strength. The higher quantities of the CNTs in the composite also increases the probability of agglomeration which causes the concentrated stress of very smaller areas which leads to ultimate damage.

Shahrukh Shahbaz

İstanbul Technical University · Institute of Graduate Studies in Science

Antibakteriyel aktiviteAntifungal ajanlarNano yapı+2

Bakır/gümüş/çinko oksit (CuAg/ZnO) partiküllerinin ultrasonik sprey piroliz yöntemiyle üretimi

Çağımızın en gözde teknolojilerinden biri olan nanoteknoloji, malzemelerin yapısında atomik boyuta inmemizi ve nanobilim ile farklı özelliklerin tanımlanmasını ve elde edilmesini sağlamaktadır. Özellikle son dönemde yapılan çalışmalar ile insanoğlunun hayatında tekstil, uzay/havacılık endüstrisi, enerji, elektrik/elektronik, yapı ve inşaat, kimya, tıp, çevre ve gıda gibi birçok alanda devrim niteliğinde değişikler sağlayan nanoteknoloji bunu malzemelerin özelliklerine ve fonksiyonlarına atomik boyutta müdahale etme yetisine borçludur. Dünyada gün geçtikçe artış gösteren bir pazara sahip olan naoteknoloji, ülkemizde bireysel çalışmalar ile birlikte devlet katkılı (Kalkınma Ajansı, Tübitak) destekler ile adım adım gelişim göstermektedir. Önümüzdeki yıllarda bu pazarın daha da genişleyerek artması beklenmektedir. Nanopartiküller, ince filmler, nanokompozitler, yarıiletkenler, ileri teknoloji seramik ve polimerler ülkemizde üzerine en çok çalışılan nanoteknoloji uygulama alanlarındandır. 100 nm ve altı skalasında bulunan partikül ve malzemeler nano yapıda bulunmaktadırlar. Nano ölçekte partiküller, makro boyutta partiküllerin tabii olduğu klasik fizik kuralları çerçevesinde değil, kuantum mekaniği kuralları çerçevesinde incelenmektedir. Manyetik, elektronik ve optik gibi birçok özellik bu sayede nano ölçekteki partiküller arasındaki bağların kolayca değişimiyle farklılık gösterebilmektedir. Nanopartiküllerin/malzemelerin üretiminde yukarıdan aşağıya ve aşağıdan yukarıya olmak üzere iki temel yaklaşım bulunmaktadır. Yukarıdan aşağıya yaklaşımında; hacimsel malzemelere mekanik etki uygulanarak malzemeyi nano boyutlara indirgemek esas alınırken, aşağıdan yukarıya yaklaşımında ise atom veya moleküllerden nano boyutlu yapılara ulaşmak temel hedeftir. Bu iki yaklaşım, birden fazla üretim yöntemini kapsamaktadır. Ultrasonik Sprey Piroliz (USP) yöntemi, aşağıdan yukarıya yaklaşımı başlığı altında bulunan bir üretim yöntemidir. Kontinu bir üretim yöntemi olması, multifonksiyonel uygulamalara elverişliliği ve nihai ürün oluşumunda ekonomik açıdan düşük maliyetler gerektirmesi USP üretim yönteminin başlıca avantajlarındandır. USP üretim yöntemi, yüksek saflıkta, dar boyut aralığında, homojen bileşimde, küresel morfolojide ve aglomere olmamış nihai metalik, intermetalik, seramik ve kompozit yapılardaki nanopartiküllerin üretimini sağlamaktadır. Endüstriyel üretime de elverişli olan USP yöntemi; bir reaktörün içinde atomize edilen çözeltinin damlacıklarının kuruması, damlacıkların büzülmesi, termal parçalanma ve redüksiyon, son olarak nihai ürünün sentezlenmesi olmak üzere 4 temel adımdan oluşmaktadır. Aerosol oluşumu adımı üretim sürecinin başlangıç adımı olup büyük bir öneme sahiptir. Bu adımda atomizör içerisinde bulunan çözelti piezoelektrik seramik dönüştürücülerin sağladığı ultrasonik ses dalgaları aracılığıyla aerosol haline geçer. Aerosol formu, termal tepkimelerin yaşandığı fırın ortamına taşınır. Çözeltideki metal için uygun tepkime sıcaklıklarında redüklenme gerçekleşir ve nihai ürün elverişli sıvı içerisinde toplanır. Son yıllarda özellikle günlük hayatımız ve toplu yaşama alanlarında antifungal ve antibakteriyel uygulamalar konusu üzerine bir çok araştırma ve inceleme yapılmaktadır. İnsan sağlığını olumsuz etkileyen bu organizmalara (Bakteri ve Fungiler) karşı özellikle gümüş ve bakır metal iyonlarının etkisi tartışmasız odak noktası olmuştur. Gümüş ve bakır, özellikle bakteri ve fungilerin büyümesini engellemede, onları öldürmede oldukça etkili olduğu bilinen antibakteriyel ve antifungal özelliğe sahip metallerin başında gelmektedirler. Çok eski yıllardan beri gemilerin alt kısmındaki yosunların oluşumunu engellemek için kullanıldığı bilinen bakır, günümüzde özellikle medikal ve tekstil sektöründe mikrobiyal gelişimi önlemek için kullanılmaktadır. Gümüş ise yine benzer özelliklerinden dolayı, tekstil ürünleri, tıbbi cihazlar, ev-elektrik aletleri, kozmetik, spor ürünleri ve metal ve polimer gibi yüzey kaplama alanlarında antibakteriyel ajan olarak sıklıkla kullanılmaktadır. Bakır ve Gümüş'ün yanında çinko oksit, n-tipi yarı iletken oksit olması, fotokatalitik, termal ve kimyasal kararlılık ve antibakteriyel özelliklerinden dolayı (Ag'e iyi alternatif olması nedeniyle) elektronik sektörü, kimya sanayi, kozmetik ve tekstil endüstrisinde geniş kullanım bulmaktadır. Gümüş iyonları bakterinin içine doğru difüze olur ve burada bakterinin enzimiyle reaksiyona girerek enzime bağlanır. Bu şekilde bakterilerin büyümesi ve çoğalması engellenmiş olur. Yine buna benzer şekilde bakır iyonlarının, mantar ve bakterilerin hücre duvarlarına saldırmasıyla da bu etki sağlanabilir. Bu olumsuz etkiler göz önünde bulundurulduğunda bakteri ve mantar etkilerini kontrol etmek ve bu etkileri incelemek ihtiyacının olduğu açıktır. Bu nedenle bakır ve gümüş nano partiküllerinin kullanılmasıyla geliştirilmiş antimikrobiyel yüzeyleri elde etmek için bir çok yaklaşım öne sürülmüştür. Bu çalışmada; yüksek safiyetteki metal tuzlarının çözeltilerinden hareketle küresel morfolojiye sahip, gümüş oranı REACH (Registration, Evaulation, Restriction and Authorisation of Chemicals, EC1907/2006) yönetmeliği çerçevesinde gümüşü azaltılmış CuAg/ZnO nanokompozit partiküllerinin Ultrasonik Sprey Piroliz ve Hidrojen Redüksiyonu (USP-HR) yöntemi ile tek adımda nano boyutta üretimi ve yapısal karakterizasyon çalışmaları ile birlikte antifungal ve antibakteriyel özelliklerinin belirlenmesi hedeflenmiştir. Deneysel çalışmalarda, CuAg/ZnO nanokompozit partiküllerinin üretimi için başlangıç çözeltisinin hazırlanmasında yüksek safiyette gümüş nitrat (AgNO3), bakır nitrat [Cu(NO3)2.3H2O] ve çinko nitrat [Zn(NO3)2.7H2O] tuzları kullanılmıştır. Partikül boyutu üzerinde etkin olan farklı konsantrasyonlardaki Bakır-Gümüş-Çinko nitrat başlangıç çözeltileri, saf su kullanılarak hazırlanmıştır. Sıcaklık, çözeltilerdeki bileşenlerin molar oranları ve sıcaklık parametresi değiştirilerek 4 farklı grupta toplanmak üzere toplamda 14 adet numune elde edilmiştir. Üretilen tozların toplandığı toplama (gaz yıkama) şişelerinde %99,9 safiyette etanol (C2H5OH) kullanılmıştır. Üretilen nanokompozit partiküllerinin faz analizleri için X-ışınları difraktometresi (XRD), boyut ve morfolojilerinin tespit edilmesi için taramalı elektron mikroskobu (SEM), partiküllerin içerdiği elementlerin oranlarını belirlemek için ise enerji dağılım spektroskopisi (EDS) kullanılmıştır. Üretilen CuAg/ZnO nanokompozit partiküllerinin küresel morfolojide birincil ve ikincil partiküllerden oluştuğu SEM incelemeleri sonucunda belirlenmiş olup, EDS analizleri sonucunda yapının Cu, Ag ve O'den oluştuğu tespit edilmiştir. Yapılan XRD faz analizleri sonucunda elde edilen XRD paternlerinden nanokompozit partiküllerin yapısında Ag, Cu ve ZnO fazları tespit edilmiştir. XRD ve SEM analizleri sonucunda Ag, Cu ve ZnO kristalin yapılarının kompozit partikülleri içerisinde bulunabilmesi için USP-HR tekniğinde redüksiyon sıcaklığı 600 oC olarak belirlenmiş ve çözeltideki Zn2+ içeriğinin arttırılmasının uygun olacağı belirlenmiştir. Antibakteriyel aktivite açısından CuAg/ZnO nanokompozit partiküllerinin gelişmiş antibakteriyel (%100) etki gösterdiği ve antifungal özellik açısından da CuAg/ZnO nanokompozit partikülleri gerek "Katı Besiyerine Ekim Yöntemine" göre gerekse "Sıvı Besiyerine Ekim Yöntemine" göre Aspergillus niger'e karşı antimantar özellik gösterdiği belirlenmiştir.

Tolga Çakmak

İstanbul Technical University · Institute of Graduate Studies in Science

Industrial dyesNanocomposites

Halloysite in industrial paint applications

In this study, halloysite was added to two types of curing and formulations of industrial paints at different rates, and many detail tests were applied to these paints to see the effects of halloysite. Based on the results of these paint tests, it was determined that the halloysite significantly increased the thermal resistance and gloss of paints and did not create any negative effects in the other tests.

Melih Kamhi

İstanbul Technical University · Fen Bilimleri Enstitüsü