64
Arşivlenen Tez
0
DOI Atanmış
0%
DOI Oranı
Anabilim Dalı
Preparation of polybenzoxazine-EPDM rubber based hydrophobic nanocomposite materials
The aim of this thesis is to prepare a hydrophobic nanocomposite with Polybenzoxazine (PBZ) and ethylene-propylene-diene-monomer rubber (EPDM) filled by nano titanium dioxide (TiO₂) and polytetrafluoroethylene (PTFE/Teflon). In this work, the first step in the process is to synthesize fluorine-containing PBZ. Fluorine is intended to contribute to hydrophobicity of the PBZ. PBZ was synthesized by ring-opening polymerization, catalyzed by dimethyl amino ethanol (DMAE) base catalyst using benzoxazine monomer obtained from 4-hydroxy benzaldehyde, 2-(trifluoromethyl)aniline and paraformaldehyde. In order for the PBZ polymer to be ring-opening polymerization to take place, the reactants were magnetically mixed in an oil bath at 100 °C for 24 hours. As a result of polymerization, a hard brittle, light-yellow color solid polymer was obtained. Since the synthesized PBZ is a hard and brittle polymer on its own, it is necessary to get help from another polymer to improve the elasticity for polymer nanocomposite samples. Thus, it was prepared a blend with PBZ and EPDM rubber. Polymer nanocomposite samples with weigh ratios of 40% EPDM and 40% PBZ blend matrix, 10% nano TiO2 and 10% PTFE additives were prepared. Since at least one of the fillers must be nano-sized in order to meet the condition of being a nanocomposite, 0-20 nanometer TiO2 additive is used. Both nano TiO2 and PTFE additives helped to prepare a hydrophobic polymer nanocomposite. Since one of the matrix components is EPDM rubber, some of the samples were cross-linked with 0.1% sulfur by weight to perform the vulcanization step, which is an important step in the use of rubber material. Polymer nanocomposite samples prepared with and without sulfur were heated and cured with temperatures of 25 °C, 100 °C, 150 °C and 180 °C, respectively. The effect of sulfur and curing temperature on the hydrophobicity of polymer nanocomposite samples was studied. The EPDM-PBZ nanocomposites were also characterized by UV-vis., TGA-DTA, SEM, SEM-EDX, FTIR, contact angle measurement characterizations. The contact angle was noted as 101.1° for PBZE1-EPDM-PTFE-Nano TiO2 nanocomposite sample. According to the UV results, the samples showed wide range abroad absorption peaks. According to all test results, the preparation of a hydrophobic polymer nanocomposite was successful. It was observed that the additives were homogeneously distributed in the matrix, there was no agglomeration. When the prepared polymer nanocomposites were compared to whether they were hydrophobic or not, it was clearly seen that the temperature and the curing process by cross-linking with sulfur increased the hydrophobicity in the samples. In particular, the EPDM-PBZ polymer nanocomposite sample with sulfur, vulcanized at 150 °C presented better hydrophobic features with a contact angle of 110°.
Computational investigation of battery materials using density functional theory
Lithium-ion rechargeable batteries have revolutionized the world of portable electronics and electric vehicles. However, as the demand for high-performance, sustainable energy storage solutions grows, there is an increasing need to explore and optimize the materials used in these batteries. The use of Density Functional Theory (DFT) first-principle calculations is pivotal in rechargeable battery research. DFT enables precise exploration of atomic and electronic interactions in battery materials, offering insights into properties, electrochemical behavior, and the design of new materials. It accelerates battery development, ultimately shaping the future of energy storage technology. This thesis represents a comprehensive invistigation into the application of first-principle calculations based on DFT to advance our understanding of two distinct classes of lithium rechargeable batteries: all-solid-state batteries (ASSBs) and Li-O2 batteries. The first major segment of this study is dedicated to investigating the intricacies of all-solid-state batteries, with a specific emphasis on LiAlTi(PO3)4 (LATP) and Sulfure doped LATP (S@LATP) as a solid electrolyte. Solid-state batteries hold immense promise as they offer a safer alternative to conventional liquid electrolyte batteries while potentially delivering higher energy densities. Solid electrolytes offer improved safety, higher energy density, and longer cycle life compared to liquid electrolytes. These electrolytes come in various forms, including ceramics, polymers, and composites, each with unique characteristics. Challenges like low ionic conductivity and complex manufacturing persist but are being addressed through computational modeling and material synthesis. Notable materials like (LATP) show potential in all-solid-state batteries due to their high ionic conductivity, stability, and safety. To unlock their full potential, a deep understanding of the solid electrolyte's properties is essential. Our inquiry begins with a meticulous examination of the structural properties of LATP and S@LATP. Our study provies an explanation about the effect of Sulfur doping on the lattice parameters, stability, and atomic bond length of LATP. Leveraging the first-principle calculations and the Nudged Elastic Band (NEB) method, we embark on a detailed exploration of lithium ion diffusion mechanisms within both LATP and sulfur-doped LATP. The results not only reveal the energetically favored diffusion paths but also provide insights into the activation energy barriers, critical information for optimizing ionic conductivity in solid electrolytes. Our results showed sulfure doping caused a locally inhance the ionic diffution in LATP. Beside the structural properties and lithium ion diffusion, We delve into the charge distribution and electrochemical environment within LATP. Employing techniques such as charge transfer analysis, Bader charge analysis, and core level shifting, we gain insights into the change in the electrochemical behavior of LATP solid electrolyte. These findings not only contribute to the fundamental understanding of LATP but also lay the groundwork for strategies aimed at improving the ionic diffution in LATP liked electrolytes, such as LAGP. The second pivotal segment of this thesis pivots towards the realm of Li-O2 batteries. Li-O2 batteries, or lithium-oxygen batteries, show potential for high-energy applications like electric vehicles and energy storage due to their high theoretical energy density. These batteries consist of a lithium metal anode, a Li+ conducting electrolyte, and a porous oxygen (O2) cathode. The choice of cathode materials is crucial. Common types include noble metals, carbon-based materials, transition metal compounds, and perovskite oxides. Researchers are actively exploring these materials and employing advanced techniques like density functional theory (DFT) simulations to optimize Li-O2 battery performance. This research focuses on TiMn2, a transition metal compound, and MnO2, a transition metal oxide, as potential carbon-free cathode materials for Li-O2 batteries. While carbon-based cathodes have been the norm, the transition to carbon-free alternatives is imperative for improving overall battery performance. Carbon-free cathodes play a pivotal role in the advancement of Li-O2 batteries due to their paramount importance in improving battery performance and sustainability. Two noteworthy candidates, Titanium Manganese (TiMn2) and Manganese Dioxide (MnO2) was selectedt as a carbon free cathod materials. In this thesis, TiMn2 was selecteted for the first time to be an exciting cathode material, and its examination in this thesis represents a promessing potential as a carbon free cathod. The study delves into the surface stability of TiMn2, analyzing different atomic surface terminations. Moreover, our investigations involve the oxgyen redaction/evoluation reactions ORR/OER mechanism to form the final product of li-O2 battery reaction, Li2O2. The Gibbs free energy diagram further elucidates the ORR/OER process, and the calculated overpotential values for ORR and OER demonstrate. We invistigate the With an overpotential of approximately 1.16 V, TiMn2 showcases promising results, making it a strong contender for future Li-O2 batteries. Manganese dioxide (MnO2) underwent a comprehensive investigation employing two distinct Density Functional Theory (DFT) methodologies, namely, the Generalized Gradient Approximation with Hubbard U term (GGA+U) and the Strongly Constrained and Appropriately Normed with Hubbard U term (SCAN+U). Both GGA+U and SCAN+U methodologies exhibited significant variations in lattice parameters and calculated band gap values. Furthermore, an examination of MnO2's surface stability was conducted to identify the most stable termination. This study also furnished insights into surface reactivity toward lithium (Li) and oxygen (O) atoms in the surrounding environment. Subsequently, the Oxygen Reduction Reaction (ORR) and Oxygen Evolution Reaction (OER) were investigated using both GGA+U and SCAN+U approaches. The results demonstrated that the selected computational approach significantly influenced adsorption energy values and the positions of adsorbed reaction intermediates. Additionally, Gibbs free energy diagrams were simulated, enabling the calculation of charge and discharge potentials as well as overpotential. Notably, the outcomes revealed that each approach, GGA+U and SCAN+U, provided distinct values. This comparative analysis not only facilitated the assessment of the accuracy of initial structural predictions but also yielded valuable insights into the surface properties of the material. Overall, this thesis demonstrates the use of first-principle calculations as a powerful tool for understanding and optimizing the performance of advanced lithium rechargeable batteries.
Development of lithium-oxygen battery nanostructured electrodes facilitated by M13 virus and plant extract
Lithium-oxygen (Li-O2) batteries are a promising candidate for next-generation rechargeable battery systems due to their superior theoretical energy densities (11,586 W h Kg-1), which is near to those of gasoline (11,860 W h Kg-1). The principle of Li-O2 cell is relied on the formation of Li2O2 by the interaction between Li cations and oxygen (from the air) during discharge at the cathode surface and decomposition of Li2O2 upon charging. Therefore, the highly stable and reversible electrochemical reactions in Li-O2 cell is dependent on accelerating formation and decomposition of Li2O2. One solution to solve this issue is selecting an appropriate cathode catalyst with high porosity, good electronic conductivity, chemical stability, and high catalytic activity. In this thesis, our purpose is to develop novel efficient cathode materials for Li-O2 batteries using non-aqueous electrolytes by utilizing bio-inspired materials such as plant extract and M13 viruses. The M13 virus is a phage that infects bacteria but is harmless to humans and serves as a bio-template due to its unique morphology. Plant extracts are a rich source of bioactive chemicals. They have been demonstrated to be promising as reducing and capping agents for the biosynthesis of a variety of metal/metal oxide nanoparticles. Therefore, TiO2 nanoparticles with a cauliflower morphology were synthesized by using chamomile extract. Bio-TiO2 electrode containing 5 wt.% carbon black, showed a large overpotential and 30 stable cycles at the limited capacity of 500 mAhg-1. Therefore, to increase the cycle life of the Bio TiO2, a core-shell-like structure was formed with α-MnO2 as a shell, and the content of the carbon black was increased from 5 wt.% to 10 wt.%. The obtained TiO2/α-MnO2 showed 60 stable cycles at the limited capacity of 600 mAh g-1. However, 10 wt% carbon black caused the formation of by-products and limited the cycling behavior of the cathodes. As a result, to increase the electrical conductivity and catalytic activity of metal oxides without using carbon additives, the unique one-dimensional α-manganese oxide nanowires incorporated with ruthenium nanoparticles were constructed with the assistance of M13 bacteriophage. The virus templated Ru/α-MnO2 nanowires offered a high porosity and an extensive surface area as a cathode material. This cathode demonstrated a high capacity of 14,383 mAh g-1 with 48 stable cycles at a limited capacity of 1000 mAh g-1. In conclusion, these biosynthesis methods could provide an eco-friendly and cost-effective approach to develop high-performance battery electrodes. The design strategy manufactured in this thesis could be applied not only to batteries but also to other applications, which require nanoscale materials.
M13 virus template as a new approach to electrochemical energy storage in Li-O2 breathing battery cathodes
Due to high potential energy densities of lithium-oxygen (Li-O2) batteries (11,140 Wh kg-1) have been explored as one of the most promising energy storage systems for the future generation of state-of-the-art batteries. During discharge, oxygen (from the atmosphere) is reduced at the cathode (Oxygen reduction reaction, ORR), where it reacts with lithium ions released from the lithium metal anode to generate Li2O2, and the discharge residue decomposes during charging (Oxygen evolution reaction, OER). Cathode catalysts significantly improve ORR/OER and the electrochemical stability of Li-O2 systems. To accelerate ORR and OER in Li-O2 cells, a suitable air cathode architecture must possess sufficiently porous distribution to allow oxygen diffusion, high conductivity to transfer lithium ions, chemically stable, and highly catalytic activity. Therefore, we first report metal nanoparticles (e.g., Pd and Ru) and α-manganese oxide nanowire supported by reduced graphene oxide. In the Li-O2 cathode, noble metals are used as oxygen evolution reaction (OER) electrocatalysts to minimise charge overpotential and provide stable cycling performance. MnO2 is an appealing, useful transition metal oxide catalyst in Li-O2 batteries due to its cost effective, high catalytic activity, and good oxygen reduction characteristics. In the first experiment, Ruthenium nanoparticles were incorporated on MnO2 surfaces, and then the mixture was applied to 50% graphene via ball milling. This electrode demonstrates the charge overpotential and stability up to 40 cycles at a limited capacity of 800 mAh g-1. The produced rGO@Pd@α-MnO2 hybrid nanocomposite cathode delivered a full discharge capacity of 7500 mAh g-1 and maintain cycle life upto 50 cycles with a low discharge/charge potential gap of 0.4 V. Our result shows higher stability of Pd despite Ru. Furthermore, graphene-based electrodes with different graphene content (e.g. 100%, 75%, 50%) were prepared, and by reducing graphene, the higher performance of Li-O2 cell was obtained due to preventing side reactions. On the other hand, plant extract and M13 virus were utilized for the reduction of graphene oxide and preparation of MnO2 nanowires, respectively. Using these biomaterials assist in designing advanced nanomaterials through a green and biocompatible process. Overall, the synergistically effects of α-MnO2 nanowires and metal nanoparticles are combined in this study by decorating graphene sheets to boost cyclability and capacity, resulting in highly efficient Li-O2 cell performance.
Lityum iyon piller için yüksek kapasiteli LiFePO4/C/rGO nanokompozit pozitif elektrot
The development of new electrode materials with superior electrochemical capabilities, primarily dictated by the cathode materials, is required for widespread and extended applications of Li-ion secondary batteries. Because of its excellent stability, availability, and environmental friendliness, LiFePO4 (LFP) is widely recognized as a viable cathode material. This study used a low-cost iron (III) as the base material to manufacture single-phase LFP material with submicron particles using a simple solution combustion process based on the glycine–nitrate technique. The optimal Glycine to LiFePO4 ratio was found to be as 1:4 to produce high purity LiFePO4 and produced LiFePO4 showed 102 mAh/g discharge capacity at the constant rate of C/20. Sucrose was utilized as a carbon source to obtain carbon-coated LiFePO4 powders. The discharge capacity of the as-prepared LiFePO4/C sample with 12% carbon content is around 157 mAh/g at a 0.1 C rate and 88 mAh/g at a 5 C rate. Furthermore, throughout the 50-cycle at varying current rates, the electrodes showed excellent cycling performance. To enhance the capacity of carbon-coated LiFePO4, different amount of Graphene was reinforced to the cathode material. The carbon-coated lithium iron phosphate with 4 wt.% graphene showed a specific capacity of 197 mAh/g. The highly conductive graphene flakes wrapped around carbon-coated lithium iron phosphate enhance electron migration during charge and discharge operations, decreasing irreversible capacity during the first cycle and resulting in a coulombic efficiency of 99% at varied C-rates.
Development of nanocomposite biodegradable film containing iron nanoparticles biosynthesized by Saccharomyces cerevisiae
The present study has sheds light on the synthesis of iron oxide nanoparticles (IONPs) by Saccharomyces cerevisiae yeast as a green method by using the components of yeast cell walls as reducing agents to promote more beneficial effects in life applications. The main objective of the study is to examine the antimicrobial and mechanical properties of whey protein based edible films contained IONPs. At the present study, IONPs were synthesized by using S. cerevisiae from iron chloride (FeCl3) precursor at three different concentrations (0.5, 1.0, and 1.5 mM). These iron oxide nanoparticles and lysed yeast cells residue (YSR) were used with whey protein concentrate and glycerine to prepare nanocomposite edible films contained 0, 0.25, 0.5 and 0.75 mM IONPs. The results have shown successful synthesis of IONPs as hematite (Fe2O3) according to the XRD analysis with crystal average size (24-35 nm), while FTIR spectrum indicated the presence of IONPs with the protein matrix of the films. The FESEM images have shown the presence of nanomaterials in range between 43 and 127 nm. The films have shown zero inhibitory effects against the growth of tested bacterial strains. Tensile strength (TS) of the films containing 0.5 mM and 0.75 mM IONPs increased significantly (P<0.05) compared to the control films (without IONPs). E% at break and water vapor permeability of the films with IONPs decreased significantly (P<0.05) when compared to WPC films with no IONPs. The colour change (∆) was increased significantly (P<0.05) in IONPs contained films as well as the whiting index and yellowing index. In conclusion, incorporative IONPs into whey protein film showed no influence as antibacterial agent. Yet, IONPs enhanced the mechanical properties of whey protein based edible films.
Nano silicon reinforced carbon anodes for high-capacity lithium ion battery: State of charge (SOC) and battery life time testing
The importance of active materials for anodes has gained significant attention in recent times. Carbonaceous materials are typically used as anode candidates in lithium-ion batteries (LIBs), but their low theoretical capacity of 372mAh/g restricts their applications in advanced LIBs. Therefore, Silicon (Si) is considered a prominent alternative anode material for LIBs to replace graphite. Since the theoretical capacity of Si is ten times higher than graphite; however, it suffers from massive mechanical deformations induced during cycling. For this purpose, composites of Si-graphite are proposed for better cycling performance and increased specific capacity. Herein, nano Si powder (<100nm) containing mesocarbon microbeads (MCMB) composites are prepared, and their rate capabilities as anode material for LIBs have been investigated at different current densities. Diverse compositions of the active anode materials (Si and MCMB), carbon black (CB), a binder sodium carboxymethylcellulose (CMC-Na), and distilled water as a solvent have been utilized for the fabrication of anodes, and the fabricated anodes have been morphologically and electrochemically characterized. Moreover, the state-of-charge (SOC) analysis has been evaluated by setting three different upper and lower cut-off voltages. Our analysis revealed that a composite comprising the lowest Si content (5wt%) exhibited better rate performance and retained a capacity of 455mAh/g after 60 cycles. 15wt% Si showed the worst rate capability performance. Similarly, in theSOCanalysis,a moderate voltage window between 1-0.05V was found optimalon the basis of rate capability results. Voltage window between 1-0.07V lead to quick capacity loss and large surface cracks confirmed in FESEM images. Additionally, in the SOC analysis, 5wt% Si showed the best cycling performance and lost only 10% of its capacity at 1C and 13% at C/2 after 200 cycles between 1-0.05V.
Nanoyapılı Pt ve Pt-Ag alaşımlarının üretimi, karakterizasyonu ve hidrojen gaz algılama özelliklerinin incelenmesi
This thesis presented hydrogen (H2) sensing properties of platinum (Pt) and platinum-silver (Pt-Ag) thin films. Pt and PtAg films were deposited on glass substrate by magnetron sputter technique. The Pt thin films with different thickness (2-50 nm) were prepared using RF sputtering method. The thicknesses of the films were controlled by a piezoelectric sensor placed in sputter system at the same time of coating process. On the other hand in this study, 3 nm PtxAg1-x (x: 0.95, 0.90, 0.80 and 0.50) thin films were coated by co-sputtering technique. The structural properties of Pt and PtAg alloy films were characterized by X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) techniques. Hydrogen sensing properties of the Pt and PtAg films were investigated depending on film thickness, temperature and concentration. Temperature dependent resistances and the gas measurements of the Pt and PtAg thin films were studied under a dry air flow and hydrogen ambient at a temperature range from 30 °C to 200 °C. Thus the best working performances of Pt and PtAg sensors were detected. The results showed that the resistance is directly proportional with temperature, and inversely proportional with the thickness of Pt thin film sensors. The H2 sensing properties of Pt thin film sensors were examined in the concentration range of 0.1 % - 1 % H2. Among the results for Pt thin films, it was revealed that the Pt thin film with 2 nm thickness exhibited the best sensing performance to H2 at 30 °C under dry air flow. The best response time was obtained at high temperatures for Pt thin film sensors. H2 sensitivity of PtAg sensors were also investigated in the concentration of 25 ppm - 1000 ppm H2. The resistances and the sensitivities of PtAg thin film sensors were increased with enhancing the temperature. Among the results for PtAg sensors, 3 nm Pt0.80Ag0.20 sensor showed the best sensitivity properties at 150 oC.
Dopamin tayini için moleküler baskılanmış nanosensör hazırlanması
Dopamine is a catecholamine class neurotransmitter found in the mammalian central nervous system and has a very important role in metabolic functions, cardiovascular, renal and hormonal systems. Rapid, easy, selective and low-cost analysis of dopamine can be achieved by the use of molecularly imprinted polymers, which are only dopamine-specific artificial receptors, in the preparation of nanobiosensors for dopamine determination for the early diagnosis of such diseases. Within the scope of this thesis, two separate sensitive, selective, inexpensive and miniaturizable sensor systems have been developed for dopamine determination by combining the advantages of nanotechnology with the selectivity of molecular imprinting technology and the sensitivity of biosensor systems. In the first system, an electrochemical impedance-based (EIS) sensor was designed by using molecularly imprinted fullerene modified pyrrole-pyrrole-3-carboxylic acid copolymers on a screen-printed carbon electrode. The performance parameters of the sensor system were determined by the calibration curve between 25- 250 ng/mL (R2= 0.9939) and the LOD and LOQ were found to be 8.77 ng/mL and 26.6 ng/mL, respectively. The results obtained with the developed sensor were compared with the ELISA method and good correlation with R2= 0.979 was observed between ELISA and developed sensor. In the second system, an EIS based sensor was prepared by using molecularly imprinted Cys-APBA-APBA modified Pyrrole-3-carboxylic acid copolymers on a screen-printed gold electrode. The performance parameters of the sensor system were determined by the calibration curve between 100- 600 pM (R2= 0.9517) and the LOD and LOQ were found to be 30.34 pM and 95.82 pM, respectively. In the third system, an EIS based sensor was prepared by using molecularly imprinted Cys-PAMAM modified Pyrrole-3-carboxylic acid polymer on a screen-printed gold electrode for A-42. The performance parameters of the sensor system were determined by the calibration curve between 0.5- 200 ng/ml (R2= 0.9837) and the LOD and LOQ were found to be 0.14 ng/ml and 0.42 ng/ml, respectively.
Optoelekrtonik uygulamalara yönelik nano malzeme destekli florofor, fosfor veya fosfor karışımlarının polimerik matriksler içerisinde incelenmesi
In this thesis we investigated the interactions between the commercially available LED phosphorus and nano-scale materials or dyes in terms of their emission abilities in polymers. In the first part of the thesis, photoluminescence of the Eu2+ doped Ca-α-Sialon (Ca-α-SiAlON:Eu2+), Ce3+ doped lutetium aluminum garnet (LuAG:Ce3+) and their binary blends with the quinine sulphate (QS) were investigated by steady-state and decay time measurements. The Ca-α-SiAlON:Eu2+ exhibited 44% increase in the intensity when blended with the QS. Similarly, the binary blend of QS-LuAG:Ce3+ exhibited 98% enhancement in the intensity. Excited state lifetimes of the phosphors were also studied in nanosecond and microsecond time scales, respectively. Spectral data presented some evidence for the donor-acceptor relationship of the QS/ Ca-α-SiAlON:Eu2+ and QS/LuAG:Ce3+ counterparts where the QS was the donor. The offered phosphor blends, exhibited enhancement in the optical brightness without any spectral shift. In the second part of the thesis, CO2 sensitive HPTS dye was used along with the bioactive glasses and ionic liquid. The bioactive glasses equipped with the rare earths of Er3+, Tb3+ and Er3+and Tb3+, were chosen due to their porous structure, optical transparency and intrinsic fluorescence. After spectral characterization steps we exposed the composites towards varying concentrations of the CO2 and recorded the intensity based response both in steady-state and kinetic mode. We also determined the decay times in the absence and presence of the CO2. We obtained promising results from the studies performed by using the bio-compatible bioactive glasses in terms of enhanced optical brightness and CO2 sensitivity.
Biyosensör uygulamaları için karbon nanotüplerin sentezi ve karakterizasyonu üzerine araştırmalar
In this thesis, production optimizations of CNTs were carried out with the CVD method, which is a practical and cost-effective method. In the CVD method, a cause-effect relationship was established between the properties and process parameters that determine the final morphology, such as substrate type, catalyst type, catalyst concentration, growth time, and processing temperature. In the first stage, five different catalysts, four different substrate types, three different growth times, three different catalyst concentrations, and three different growth times were applied. As a result, the most efficient tubular performance was obtained on the Si wafer substrate at one thousand degrees Celsius processing temperature by applying growth times of three, five, and seven minutes with the help of iron-based catalysts. Data from SEM samples showed that the lowest tube diameter was acceptable nanoscale. With EDX analysis, it has been shown that as the catalyst concentration increases, the carbon efficiency decreases, confirming the results of the SEM analysis. The highest carbon percentage was determined in the sample with the lowest catalyst concentration. The specific peak attributed to sp2 hybridization of CNT carbon in FT-IR analysis was observed in all sample. CNTs, which are targeted for use in biosensor applications, are desired in terms of their high defect structure and faster interaction with chemical and bioactive species. The Raman spectra confirmed that this goal was achieved with the I_D/I_G ratio of the obtained CVD-based CNTs. XRD graphs showed that the expected graphitic peak for an ideal CNT was obtained for all samples. In XPS spectra, it was observed that the sp3/sp2 ratio increased with increasing catalyst concentration. The current-voltage characterizations revealed that all measurements were close and consistent, as well as high potential in a biosensor application. As a result, it has been proven that the properties of CNTs, which are the output of this thesis, can be improved for use in biosensors by controlling the production parameters. In this thesis, production optimizations of CNTs were carried out with the CVD method, which is a practical and cost-effective method. In the CVD method, a cause-effect relationship was established between the properties and process parameters that determine the final morphology, such as substrate type, catalyst type, catalyst concentration, growth time, and processing temperature. In the first stage, five different catalysts, four different substrate types, three different growth times, three different catalyst concentrations, and three different growth times were applied. As a result, the most efficient tubular performance was obtained on the Si wafer substrate at one thousand degrees Celsius processing temperature by applying growth times of three, five, and seven minutes with the help of iron-based catalysts. Data from SEM samples showed that the lowest tube diameter was acceptable nanoscale. With EDX analysis, it has been shown that as the catalyst concentration increases, the carbon efficiency decreases, confirming the results of the SEM analysis. The highest carbon percentage was determined in the sample with the lowest catalyst concentration. The specific peak attributed to sp2 hybridization of CNT carbon in FT-IR analysis was observed in all sample. CNTs, which are targeted for use in biosensor applications, are desired in terms of their high defect structure and faster interaction with chemical and bioactive species. The Raman spectra confirmed that this goal was achieved with the I_D/I_G ratio of the obtained CVD-based CNTs. XRD graphs showed that the expected graphitic peak for an ideal CNT was obtained for all samples. In XPS spectra, it was observed that the sp3/sp2 ratio increased with increasing catalyst concentration. The current-voltage characterizations revealed that all measurements were close and consistent, as well as high potential in a biosensor application. As a result, it has been proven that the properties of CNTs, which are the output of this thesis, can be improved for use in biosensors by controlling the production parameters.
Organik-inorganik hibrit nanokompozit malzemenin hazırlanması, karakterizasyonu, optimizasyonu ve uygulaması
Kurkumin, zerdeçal (Curcuma longa) köklerinde bulunan ve antioksidan, antienflamatuar, antimikrobiyal ve antikanserojenik aktiviteler sergileyen doğal bir polifenoldur. Kurkumin sahip olduğu olağanüstü biyolojik özellikleri nedeniyle farmasötik açıdan ilgi çekici bir terapötik ajandır. Bu umut verici biyomedikal özelliklere rağmen, serbest kurkumin moleküllerinin sudaki çözünürlüğünün az olması nedeniyle klinik etki ve biyoyararlanımı düşüktür. Bu nedenle, çözünürlüğünü ve biyouyumluluğunu arttırmak için ilaca uygun bir dağıtım sistemi sağlamak esastır. Bu çalışmada, nanokompozit malzemelerin sahip oldukları üstün özellikler ile moleküler baskılanmış polimerlerin kompozitlere kattığı yüksek seçicilik, mekanik kararlılık, tekrar kullanılabilirlik gibi üstün özelliklerinden yararlanılarak kurkuminin spesifik bağlanması ve kontrollü salımı için karbon bazlı moleküler baskılanmış nanokompozit ilaç dağıtım sistemi geliştirilmesi hedeflenmektedir. Bu amaçla, fonksiyonel monomer olarak kitosan ve derin ötektik çözücü ve fulleren kullanılarak hazırlanan CTS-DES-FUL@MIP nanokompoziti, deneysel tasarım ile dizayn edilmiş ve miniemülsiyon polimerizasyonuna göre sentezlenmiştir. Sentez parametrelerini etkileyen sekiz değişkenin (kitosan miktarı, fulleren miktarı, SDS hacmi, karıştırma hızı, sıcaklık, çapraz bağlayıcı miktarı, hegzadekan miktarı ve DES miktarı) taranması Plackett-Burman tasarımı ile yapılarak kurkuminin adsorpsiyonu için önemli olan parametreler belirlenmiştir. Daha sonra bu parametreler, tepki yüzeyi metodolojisi ile optimize edilmiştir. Ayrıca, optimize koşullar altında sentezlenen CTS-DES-FUL@MIP nanokompozitinin spesifik bağlanmasının belirlenmesi amacıyla adsorpsiyon parametrelerinin optimizasyonu ve adsorpsiyon performansı incelenmiştir. CTS-DES-FUL@MIP nanokompozitinden kurkuminin kontrollü salımı, simüle edilmiş gastrointestinal sıvılarında inkübasyon yöntemiyle araştırılmıştır. CTS-DES-FUL@MIP nanokompozitinden 120 saatlik sürenin sonunda salım %96,90 oranında gerçekleşmiştir. Buna dayanarak, baskılama işlemine bağlı olarak kurkumin ile CTS-DES-FUL@MIP nanokompozitin fonksiyonel monomerleri arasındaki yüksek spesifik etkileşimler nedeniyle uzun sürede salımın gerçekleştiği söylenebilir. Sonuç olarak, sentezlenen kurkumin baskılanmış polimerin kurkumin için etkili bir taşıyıcı olabileceği söylenebilmektedir.
Epoksi termoset polimer sistemlerin mekanik karakteristiklerinin nanoyapılar kullanılarak geliştirilmesi
Epoxy thermoset polymer composites are extensively utilized in a variety of industries, including the automotive, aviation, space, marine and electrical-electronic industries due to their outstanding mechanical, chemical, thermal, and electrical properties. However, since the neat epoxy intrinsically has a brittle structure, it should be incorporated with various particles to improve the fracture resistance and toughness. In this study, silica particles varying with different particle sizes and filler contents were used to prepare diglycidyl ether of bisphenol-A (DGEBPA) epoxy composite cured with methyl tetra hydro phthalic anhydride (MTHPA) to examine the impact of filler content and particle size on the composite's fracture behaviour. In accordance with ASTM-D5045 standard, linear elastic fracture mechanics were used to describe the fracture behaviour of composite materials. It was concluded that the fracture toughness increases with increasing particle size at the micro dimension but decreases inversely when shifted towards the nano dimension. The fracture surfaces were examined by SEM imaging technique, and toughening mechanisms were defined depending on the silica particle size and content. Before the fracture mechanics test studies, a time temperature transformation (TTT) diagram was constructed for the existing epoxy composite system, which can be used as a tool for the optimization of the process parameters.
ZnO nanoyapıların üretilmesi, karakterizasyonu ve uygulama alanlarının araştırılması
It is common knowledge that zinc oxide (ZnO) as a substantial semiconductor material because of its broad band gap (3.37eV) and good seperation energy (60 meV). Anodic oxidation of ZnO molecules have drawn interest because of their cost-effective synthesis, high efficiency and simplicity of the process. Anodization parameters (voltage, time, ph, electrolyte) can influence the morphology of ZnO. Also, ZnO is widely used in several implementations such as photovoltaic cell, chemical sensor, antibacterial agent and photocatalysts. Structures and different morphologies of ZnO can exert influence on its photocatalytic activity. In this thesis, ZnO nanostructures were produced succesfully through anodic oxidation method. Before anodization, a large portion of bulk Zn was cut off into nine pieces with dimensions 3x3 cm2. These samples were sanded up to acquire the appropriate material surface. After that, samples sonicated in ethanol, acetone and deionized water in an ultrasonic bath for ten minutes separately. Produced ZnO samples were heat treated at 300 °C for one hour with the heating rate of 5 °C/minute. The synthesized ZnO nanostructures were characterized to investigate their structure, elemental composition, photocatalytic activity and morphology with aid of X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, scanning electron microscopy and UV-Vis spectrophotometer. Concludes from this produced ZnO specimens can make use of as photocatalyst.
Termal analizler için mikro ve nano yapılı aygıtlar
The recent advent of micro and nano devices increased the interest in small scale material properties, such as elasticity, conductivity or heat capacity, which are considerably different from their bulk counterparts due to, primarily, increasing surface to volume ratios. These novel properties must be analyzed by using ultra-sensitive devices since characterization of these properties is not possible with conventional probing instrumentation due to their large mass or volume which decreases signal to noise ratio. Microelectromechanical systems (MEMS) with short response time and high sensitivity are suitable for such measurements, such as very small mass detection (zeptograms) and calorimetry of small volume materials (yoctocalories).In this thesis a MEMS cantilever was used for thermomechanical characterization of thin film amorphous semiconductors. 100 nm thick As2S3 and Ge-As-Se-Te glasses were thermally evaporated onto a bilayer microcantilever. The microcantilever was deflected and vibrated by electrothermal actuation. By monitoring deflection, amplitude and phase of the cantilever oscillation, multiple glass transition and melting points were identified; the effects of the variation of thermal expansion coefficients (CTE), reversible and irreversible heat capacities and Young?s modulus of the thin film samples were observed simultaneously. Hence the possibility of the integration of calorimetry, thermomechanical analysis (TMA) and dynamical mechanical thermal analysis (DMTA) in a single MEMS device was demonstrate
Nanomalzemelerin sentezi ve [Ru(bpy)3]2+ kompleksi ile birlikte sensör özelliklerinin araştırılması
In this study, optical properties of tris(2,2-bipyridyl)ruthenium (II) chloride ([Ru(bpy)3]2+), a ruthenium complex, together with various nanoparticles (TiO2 and core-shell TiO2@Ag nanoparticles) were investigated in the oxygen-permeable polymeric material. Plasticizer containing polymethylmethacrylate (PMMA) was shaped in form of thin film by applying the spin coating process and its optical properties and sensitivity towards oxygen were observed. It is known from previous studies that the [Ru(bpy)3]2+ complex exhibits extraordinary optical properties and high oxygen sensitivity when embedded in the above-mentioned matrix and used in combination with silver nanoparticles. In our thesis, the presented design is totally different from the earlier published literature. The porous and straight thin composite films were fabricated via the spin coating technique. Unlike the previous studies, the semiconductor TiO2 and core-shell TiO2@Ag nanoparticles were doped into these composite materials and the spectral properties of the prepared thin films were examined. Luminescence signal variations resulting from the application of oxygen sensor at 626 nm were recorded.
Çeşitli yöntemlerle magnetit nanotaneciklerin hazırlanması ve karakterizasyonu
Magnetite nanoparticles are used in various fields including iron-containing fluid, catalyst, pigments, magnetic recording media, medical diagnosis and treatment. Size of the particles and their morphology, electrical, optical and magnetic properties and limit their use. Synthesis methods determine the morphological homogeneity and size distribution of nanoparticles. Currently there are printing materials called toners that are imported for use in many printers of various brands and models. Iron-based inorganic minerals with different magnetic properties are used in these materials. The aim of this study is to prepare and characterize magnetite nanoparticles for use in printers and photocopiers. In this context, co-precipitation, thermal synthesis, sol-gel synthesis, reverse micelle synthesis, hydro-/solvo-thermal, sonochemical, microwave, and biosynthesis have been proposed. Magnetite nanoparticles were synthesized by co-precipitation and solvothermal/ hydrothermal methods. Stability of the nanoparticles stability is achieved by coating with oleic acid (OA), stearic acid (SA), sodium dodecyl sulfate (SDS), hexadecyltrimethylammonium bromide (CTAB), (3-aminopropyl)triethoxysilane (APTES), oleyl amine (OAm) and hexadecyltrimethoxysilane (HDTMS). Characterization of the prepared samples was performed by techniques such as XRD, FTIR, TGA, SEM, XPS and VSM.
Endüstri 4.0 kestirimci bakım süreçlerinde isteme özgü MEMS (mikro elektro-mekanik sistemler) tabanlı sensörlerin aksiyomatik tasarımla seçim problemi
Bu tez çalışmasının amacı endüstriyel alandaki makine v.b sistemlerin Endüstri 4.0 kestirimci bakım kapsamında ölçülmek istenen farklı parametrelerine özgü (ses, titreşim, akış v.b) olarak nanobilim alanındaki MEMS (Mikro Elektro-Mekanik Sistem) tabanlı sensörlerin aksiyomatik tasarım metodu uygun tasarımın bu metotla seçilmesinin araştırılmasıdır. Tez çalışması kapsamında ve devamında özel bir Ar-Ge merkezinde literatür taramasının ilerletilmesi, üniversite-sanayi işbirliği çalışmalar yapılması, bu çalışmalar ile uygulamalı bir projeye dönüştürülerek firmaların kestirimci bakım proseslerinde uygun MEMS tabanlı sensörün testlerinin yapılması hedeflenmektedir. MEMS tabanlı sensörlerin üretiminde kullanılan ve tasarımını/modellenmesini şekillendiren en uygun yöntemin (litografi v.b ) tespitinin yapılması için kavramsal araştırmalar yapılacaktır. Modelleme / desenleme sürecinden sonra, sensör tabanının/membranının boyutsal ve benzer parametreleri optimize edilecek ve aksiyomatik tasarım yöntemi ile en uygun tasarım seçilecektir. Son olarak MEMS tabanlı sensörler için yapılan seçimlerin nano ölçekteki NEMS (Nano Elektro-Mekanik Sistem) tabanlı sensörler için de uygun olup olmadığı değerlendirilecektir
Elektrokromik cihaz uygulamaları için metal oksit ince film katmanlarının mıknatıssal saçtırma tekniğiyle kaplanması
Electrochromism is the property of certain materials which involves a change from a bleaching state to a colored state as effect either by the action of an electrical voltage or current. Electrochromic devices (ECD) are formed by materials that are capable of continuously and reversibly modulating their color, usually from a bleaching state to a colored one, with the application of a small electric current. Among this electrochromic materials, WO3 and NiOx metal oxides are the dominant among the electrochromic metal oxides. The applied electric current induces in them a reaction of reduction (gain of electrons) or oxidation (loss of electrons) that modifies the range of energies in which the compound interacts with visible light. In this work WO3 and NiOx were deposited onto ITO coated glass by reactive DC magnetron sputtering in Ar/O2 mixing gas at room temperature. For the deposition process was employed off-axis sputtering method in which the substrate is positioned out of the high-energy particles. The electrochemical properties of the WO3 and NiOx series were measured by using conventional three-electrode configuration in 1 M LiClO4-PC electrolyte.Then with the aim to test the performance of the electrochromic metal oxide films, a five-layer battery-like structure ECD (ITO/WO3/electrolyte/NiOx/ITO) was assembled with an Li+ based liquid electrolyte.The results confirm that off-axis magnetron sputtering provides good feasibility to deposit metal oxide thin films with a good electrochromic performance.
Dijital radyografi sisteminin tasarımı, geliştirilmesi ve üretimi
The development of scintillation materials are important because of the ever-increasing need for materials in high-energy physics and digital radiography. The present composition of the scintillators consists of organic or inorganic materials, each of which is suitable for different applications. Inorganic crystal scintillators are widely used because of their superior energy solubility and stiffness for high energy radiation. In the scope of the thesis, inorganic Gd2O2SO4 phosphorescent nanoparticles which are doped with pure and rare earth elements (Dy3+, Ce3+, Eu3+, Ho3+, Pr3+, Tb3+) are optimized according to the density of the dopants. In line with this optimization, scintillator materials were produced by the sol-gel method and characterized. The characterization process was carried out separately in three different production stages, namely solution, gel, and final product. In this process, the pH and turbidity values of the solutions were determined. Slightly acidic (pH: 6.1) and fully dissolved solutions were obtained. FTIR analysis was performed to determine organic bonds to the sol-gel material, and DTA-TG thermal analyzes were performed to determine exothermic-endothermic reactions. The heat treatment temperature required to find the correct phase was determined at this stage. The final product was then obtained and characterization was completed using FTIR, XRD, XPS, SEM and PL devices, respectively. When the characterizations are evaluated in detail, it is seen that the produced Gd2O2SO4: RE3+ nanoparticles are successfully produced in the desired phase structure and nanostructure. In addition, the specific emission spectra and decay times of each of the nanoparticles activated with different rare earth elements have been determined. This clearly shows that the produced scintillators can also be used in different detectors for the intended purpose in digital imaging.
Piezoelektrik nanomalzemeler kullanılarak elektroaktif polimer üretimi ve uygulamaları
In this research by using barium titanate and carbon nanotube additives composites having silicone elastomer (PDMS) matrix were made to produce electroactive polymer composite. First different temperatures and durations were examined to cure the PDMS silicon elastomer to obtain the one which has higher dielectric constant. After that to measure the barium titanate particle size, appropriate dispersant and particle amount optimization was made. Different weight percent amounts of barium titanate powder were mixed with the PDMS to determine optimum dielectric constant by LCR meter. CNT layer was coated onto the PDMS by stamping. Its morphological and electrical properties were observed by digital microscope. SEM, FTIR and DTA measurement were made to compare the surface morphology and particle distribution, bonding property change by effect of additives and curing regime respectively.
Savunma sanayiinde aşırı koşullara maruz kalan hafif alaşımların yüzey modifikasyonu
Bu çalışmada, alüminyum oksit, silisyum oksit, wolfram-titanyum karbür ve titanyum karbür parçacıklar ilave edilerek hazırlanan çözeltilerde, plazma elektrolitik oksidasyon (PEO) yöntemiyle AA7075 alaşımı üzerine seramik kaplamalar geliştirilmiştir. Parçacıkların ilave edildiği ana çözeltinin kimyasal bileşimi, en düşük gözenekliliğe ve en yüksek sertliğe sahip kaplamayı elde etmek için yapılan optimizasyon çalışması sonucunda belirlenmiştir. Kaplamaların faz bileşimi x-ışını kırınımı (XRD) yöntemiyle incelenmiştir. Taramalı elektron mikroskobu (SEM) ile kaplamaların yüzey morfolojisi ve kesitin mikroyapısı incelenmiştir. Enerji dağılımlı x-ışını spektrometresi (EDX) sayesinde kaplamaların kimyasal analizi yapılmıştır. Kaplamaların sertlik değerleri mikroVickers sertlik test cihazıyla ölçülmüştür. Kaplama yapılan altlık alaşımların sürtünme ve aşınma davranışını incelemek amacıyla 100Cr6 çelik ve alüminyum oksit bilyelere karşı kuru kaymalı aşınma testleri yapılmıştır. Aşınma testi sonrası yüzey profilometresiyle aşınma profili çıkarılarak aşınan malzeme hacmi hesaplanmıştır. Yapılan testler sonucunda AA7075 alaşımın yüzey sertliği ve aşınma dayanımının üretilen PEO kaplamalarla önemli ölçüde arttığı gözlenmiştir. Kaplamalar yoğun iç tabaka ve gözenekli üst tabakadan oluşmaktadır. Kaplama sertliğinin altlık/kaplama arayüzeyine yakın bölgede yüksek, yüzeye doğru ilerledikçe gözenekliliğin artışından dolayı düştüğü belirlenmiştir. Silisyum oksit parçacık içeren çözeltilerde üretilen kaplamaların diğer kaplamalara göre daha kalın ve pürüzlü olduğu tespit edilmiştir. En düşük aşınma kaybı titanyum karbür içeren çözeltilerde üretilen kaplamada elde edilmiştir.
Doğrudan alkollü yakıt pilleri için yenilikçi katalizör sentezi
In this thesis work, non-precious nitrogen-doped iron-nickel and iron nanoparticles, supported on three-dimensional reduced graphene oxide, are prepared via a combination of sacrificial support method and wet impregnation method as alternative anode catalysts to precious metal catalysts of the direct methanol fuel cells for electro-oxidation of methanol. Graphene oxide was synthesized via an improved Hummers method. Nitrogen doping was carried out by the pyrolysis of urea, which also provided the reduction of graphene oxide support simultaneously. Electrocatalytic activities of the catalysts for methanol electro-oxidation in acidic media were obtained by cyclic voltammetry (CV). Morphologies of the synthesized materials were obtained using scanning electron microscopy (SEM). The presence and distribution properties of the nanosized iron and nickel particles were detected via scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM-EDS). Quantitative analyses of iron and nickel were conducted by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry (ICP-OES). X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analyses were executed to obtain the surface chemical composition and bonding of the synthesized materials and to prove the formation of the alloy. Crystal structures of the materials produced were determined by examining their X-ray diffraction (XRD) patterns. Thermogravimetric analyses (TGA) of the samples were done under a nitrogen atmosphere to obtain their thermal behaviors.
Memristans malzemelerin FPGA sistemlerde simülasyonu ve performansının incelenmesi
Günümüz teknolojisinde tümleşik devreler üzerindeki bileşen sayısı Moore yasası sınırlarına ulaşmış olup halihazırda kullanılmakta olan Complementary Metal Oxide Semiconductor (Cmos) teknolojisinin getirilerini arttıracak geleceğin teknolojileri araştırılmaktadır. Bu teknolojiler arasında memristör teknolojisinin düşük güç tüketimi, düşük alan işgali ve en önemlisi sistem gücü kesilse dahi veriyi tutabilmesi rakipleri arasında yıldızının parlamasına sebep olmuştur. Bu tezde, memristörler ile mantık tasarımları, memristörlerin Complementary Metal Oxide Semiconductor (Cmos) sistemlere melez yapılarda entegrasyonu, Complementary Metal Oxide Semiconductor (Cmos) uyumluluğu Virtuoso Cadence Design Envoriment programında simule edilmiş, Field Programmable Gate Array (FPGA) ve veri depolama sistemlerinde kullanılan çapraz çubuk (Crossbar) mimarilerinde memristör teknolojisinin getirdiği sinsi akım (sneakpath current) problemleri gibi sorunlar ve çözüm yöntemleri araştırılarak farklı çözüm yolları önerilmiştir. Bu tezde memristör teknolojisinin araştırılması, milli teknoloji atılımımızda yeni teknolojilere entegrasyonun daha kolay sağlanmasına ve bu konuda söz sahibi olunmasına yardımcı olacağı düşünülmektedir.
Sol-jel yöntemi ile sentezlenen nanopartiküllerin fotokatalitik özelliklerinin geliştirilmesi
Among the transition metal oxide semiconductors, titanium dioxide is the most suitable photocatalyst commonly used for photocatalysis applications. However, there are still many difficulties to enhance the photocatalytic performance of titanium dioxide. Various techniques have been applied to develop the photocatalytic properties of titanium dioxide nanoparticles, such as doping transition metal elements (Ag, Ni, Cu, Zn etc.) doping, rare earth metal elements (La, Ce, Eu etc.) doping to other metals and non-metals elements (F, C, S etc.). Titanium dioxide is compatible with transition metal cations such as chromium, which has a high absorption of visible light. Scientific research shows that the doping of a transition metal and a noble metal together into titanium dioxide structure may lead to the development of photoactivity. The present thesis involves, pure chromium doped, chromium and nitrogen codoped TiO2 nanoparticles production by a sol-gel method using titanium(IV) isopropoxide, chromium nitrate and urea as precursors. Structural characterization of the undoped and doped TiO2 nanoparticles was performed by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and X-ray photoelectron spectrometry (XPS). Particle size measurements of nanoparticles were performed by using Zetasizer. XRD results show that the undoped, Cr doped and Cr/N codoped TiO2 nanoparticles have the anatase phase. The photocatalytic properties of synthesized nanoparticles were determined by degredation of methylene blue solution under UV illumination. Photocatalytic efficiency of undoped, doped and codoped TiO2 were compared. The best photocatalytic activity was observed in C/N codoped TiO2 nanoparticles.
Katkılı nanopartikül içeren kaplamaların yapısal özelliklerinin incelenmesi
Main purpose of this thesis is to synthesize doped nanoparticles with sol-gel method in order to use them for deposition of Ni based nanocomposite coatings by electrodeposition technique and to investigate its effect on structural properties of the nanocomposite coatings. At first, undoped, Mn doped and Mn-N codoped titanium dioxide nanoparticles were synthesized by sol-gel method. Titanium tetraisopropoxide were used as the precursor. Structural analysis and particle size measurements of the nanoparticles were conducted by using X-Ray Diffraction (XRD) and particle size analyzer, respectively. Subsequently, Ni and Ni based nanocomposite coatings were fabricated on steel substrate by electrodeposition method. XRD and Scanning Electron Microscope (SEM) analysis were done to investigate crystalline structure and surface morphology, respectively. Electrochemical measurements of Ni and Ni based nanocomposite coatings were performed using a Gamry potentiostat/galvanostat system controlled by Gamry Framework Software. It was observed that nanocomposite coatings with doped nanoparticles has shown enhanced surface properties, compared to the undoped nanoparticle coatings.
Proses iyileştirmede nano teknolojik yöntemlerin geçerliliğinin 6-sigma tekniğiyle test edilmesi
Bu çalışmanın amacı disiplinler arası bir bilim olan Nanoteknoloji Tekniğinin yüksek katma değer sağlayarak rekabet gücünü artırması, düşük enerji tüketimi, yüksek performansı ile Proses İyileştirmedeki geçerliliğini 6 sigma ile test etmektir. Bu amaç doğrultusunda, yüzde 99 saflığın üzerinde gümüş nitrat ve yüzde 99 saflıkta sodyum borhidrid kullanılarak nano gümüş solü sentezlenmiştir. Sonra elde edilen nano gümüş çözeltisinin homojenize olması için ultrasonik banyo da 10 dakika' lık sürelerde ultrasonifikasyon işlemine tabi tutulmuştur. Ardından nano gümüş solü, santrifüj de saflaştırma işlemine tabi tutulmuştur. Sentezlenen nano gümüş solü Hellma quartz küvetlere alınan örnekler UV/VIS spektrofotometre de ölçümleri yapılmıştır. Nano gümüş sollerin nano boyutunun karakterize edilmesi işlemi ise nano gümüş solünün tanecik boyutunun Zeta-Sizer nano tanecik boyut ölçüm cihazında ölçülmesi ve değerlendirilmesi ile gerçekleştirilmiştir. Biyouyumlu polimerik malzemelerin çözeltilerinin hazırlanması ve nano gümüş sollerin hazırlanan çözeltiye doplanması işlemi yapılmıştır. Selüloz hidrojen peroksit ile yükseltgenmiştir. Chitosan çözeltisinin ve Chitosan-Polivinilalkol çözeltisi hazırlanmıştır. Sonra hidrojen peroksit ile yükseltgenen selülozun deasetillenmiş Chitosan ile kaplanması işlemi yapılmıştır. Ardından gümüş doplanmış karboksimetilselüloz çözeltisi kumaş (selüloz) üzerine elektro eğirme metodu ile kaplanmıştır. Son ürün olan kaplanmış kumaşa Geniş Spektrumlu Antibakteriyel Testlerin Yapılması işlemi gerçekleştirilmiştir. Tüm bu deneysel çalışmaların kapsadığı nanoteknolojik yöntemlerin geçerliliği 6 sigma yöntemi ile test edilmiştir.
ZnO, CuO ve γ-Fe3O4 nanopartiküllerin yeşil sentezi ve buğday genotipleri üzerindeki etkilerinin doku kültüründe araştırılması
Yapılan bu tez çalışmasında; ZnO, CuO ve γ-Fe3O4 nanopartikül yapılarının yeşil sentez yoluyla sentezlenmesi, karakterize edilmesi, iki farklı buğday genotipi üzerine olgun embriyo kültür tekniği kullanılarak etkilerinin araştırılması amaç edinilmiştir. Nanopartikül yapılarını sentezlemek için Euphorbia (Euphorbia amygdaloides) bitkisi ekstraktından elde edilen peroksidaz enziminden faydalanılmıştır. Kısmi olarak saflaştırılan peroksidaz enziminin %60-80 amonyum sülfat çöktürme yöntemiyle Euphorbia (Euphorbia amygdaloides) bitkisinden 149.5 kat saflaştırıldığı belirlenmiştir. Peroksidaz enzimi kullanılarak ZnO, CuO ve γ-Fe3O4 nanopartikül (NP)'lerin yeşil sentezi gerçekleştirilmiştir. Bu amaçla; NP'lerin sentezi için pH, sıcaklık, zaman, metal iyonu konsantrasyonu gibi çeşitli biyokimyasal verilerin optimizasyon işlemleri yapılmıştır. Elde edilen bulgulara göre ZnO, CuO ve γ-Fe3O4 nanopartiküllerin sentezlenme süreleri sırasıyla 30 dk, 30 dk ve 15 dk olmuştur. Optimum sentezlenme pH'larının 7.5, 8.0 ve 11.0 olduğu saptanırken, 30°C, 25°C ve 20°C'ler optimum sentez sıcaklıkları olarak belirlenmiştir. Elde edilen nanopartikül yapılarının karakterizasyonu için FT-IR, XRD ve SEM spektrum analizleri yapılmıştır. ZnO NP yapıları 60-80 nm arasında boyutlara sahipken, CuO NP yapıları 50-120 nm arasında, γ-Fe3O4 NP yapılarının ise 30-80 nm arasında boyutları arasında olduğu belirlenmiştir. Çalışmanın devamında ZnO, CuO ve γ-Fe3O4 nanopartiküllerinin, Kırik ve ES-26 olmak üzere iki ayrı buğday (Triticum aestivum L.) genotipinin olgun embriyo kültüründe, mikro element olarak etkileri araştırılmıştır. Bu kapsamda NP yapılarının hem Murashige and Skoog besi ortamında var olan normal miktarıyla(1x), hem de bu miktarın iki(2x) ve üç(3x) katları şeklinde test edilmiştir. Çalışma negatif ve pozitif kontrollerle desteklenmiştir. Elde edilen bulgularda, nanopartikül içeren uygulamalarda gelişmeye bırakılan buğday embriyolarının nanopartikül yapılarından aktif bir biçimde yararlanamadığı düşünülmektedir. Sonuç olarak kontrole kıyasla nanopartikül içeren uygulamaların gelişimleri daha az olmuştur. Tüm uygulamalar arasında kallus oluşum oranı bakımından 3x CuO NP içeren ortamlar ile 3x ZnO NP içeren ortamların kontrollere kıyasla daha başarılı sonuç verdiği belirlenmiştir. Bitki oluşturma kabiliyeti bakımından en başarılı grup kontrol grubu olmuştur. Bu doğrultuda kontrole kıyasla bitki rejenerasyonunun nanopartikül uygulamalarıyla artış göstermediği görülmektedir. Ancak bu durumun temelde nanopartiküllerin bitki tarafından yararlanım süreciyle ilgili olduğu düşünülmektedir. Toksik bir etki oluşturup oluşturmadığı ise gelecek çalışmaların konusu olmaya adaydır. Bu çalışma, olgun embriyo kültüründe yeşil sentez yoluyla elde edilen NP yapılarının test edilmesi noktasında bir ilk olma özelliği taşımaktadır. Bu durum embriyoların doku kültürü gelişim aşamalarına NP'lerin oluşturacağı etkilerin belirlenmesi noktasında literatürde bir eksikliği giderecektir.
Stronsiyum florür-germanıum içeren ince film cam üretimi ve karektrizasyonu
Bu araştırmada RF kopartma yöntemi kullanılarak, özelbir tür camın ince filmleri üretilmiştir. Bu çalışmada, ilk başlangıçta belirli miktarlarda: SrF2, SiO2, SrO, Al2O3, Na2CO3 ve K2CO3 malzemelerin karışımları kullanlarak ince film camlar elde edilmiştir. Daha sonra bu karışıma %3, %5 ve %10 oranlarında Ge katksı yapılarak camların soğuruculuk özelliklerideğiştirlmiştir. İlk olarak kaplamalar 6, 8, 10, 12, 14 ve 16 saat'de adi cam alttaşın üzerine yapılmıştır. Numunelerin XRD ve görünür ışık bölgesindeki soğurmaları analiz edilmiş ve 16 saat süre ile yapılan numunenin soğurma analizinde pik değerlerini net bir şekilde gözlemlenmiştir. Bu çalışma boyunca Ge un %3, %5 ve %10 yüzdesinde katkısı olan targetlerinin ince filmi, birde kuvartz alttaş üzerindede 16 saatde yapıldı ve numunelerinin XRD analizlerinde düzenli kristal pikleri oluşumu gözlemlendi. Farklı oranlarda kuvartz üzerinde yapılan numuneler, faz ayırma prensibi için, 570C 580C, 590C, 600C ve 610C sıcaklıkta, 3 saat süre boyunca fırın içerisine bırakıldı ve XRD sonuçları düzenli bir kristal oluşumunu gösterdi. Bu numunelerden XRD, SEM, soğurma analizi, geçirgenlik ve elektrik iletkenliği analizleri alındı.
Linalool monomerinden plazma polimerizasyonu ile antibakteriyal ince film elde edilmesi
Bu çalışmada linalool monomerinin plazma polimerizasyon tekniği kullanarak cam alttaş yüzeyinde ince filmleri (ppLin) sentezlendi ve bu filmlerin antibakteriyal etkisi incelendi. Plazma polimerizasyon ünitesi, linalool monomerinin 20W ve 15W elektrik akımlarında 15 ve 30 dakika sürede ve 500mTorr basınçta cam alttaşların yüzeylerinde ince film oluşturmak için kullanıldı. Sentezlenen ppLin FTIR, SEM, AFM analizi yapıldı. İnce filmlerin hidrofilik karakteri temas açısı ölçümleri yapılarak belirlendi. ppLin'in fonksiyonel grupları, E.coli (ATCC25922) ve S. aureus'a (ATCC29213) karşı antibakteriyal özellikleri test edildi. Elde edilen sonuçta en iyi antibakteriyal adezyon etkiyi E. coli için 20W 15 dakikada üretilen ppLin ince filmleri ve S. aureus için 20W 30 dakikada üretilen ppLin ince filmleri gösterdi. ppLin ince filmleri antibakteriyal etkileri McFarland 0,5 standardına göre belirlendi. 20W 15 dakikada üretilen ppLin ince filmleri, E.coli sayısında ilk gün %6 azalma dördüncü gün sonunda %10 azalma sağladı. 20W 30 dakikada üretilen ppLin ince filmleri, S. aureus sayısında ilk gün %4 azalma dördüncü günün sonunda %87 azalma sağladı.
Sythesis and characterization of copper oxide (CuO) nanowires by VLS technique
In this study, CuO nanowires have been grown on the Cu bases with the technique of Vapor-Liquid-Solid (VLS) accomplishedly. After appraisal phrase with Cu base hydrothermal, it has been supplied to be oxidized in the atmosphere environment and within the tube oven by itself. In this technique, the growth features of nanowires depend upon the diffusion, the hydrothermal method, the facet, the differences of pressure and temperature in the system,the retention time in the system, the thermodynamic bahaviour of the droplet composed and whether the base has a celluar structure or not. For that reason, Scanning Electron Microscope (SEM), X-Ray Diffraction (XRD) and RAMAN have been used for the purpose that the composed nanowires are analyzed reciprocatively. Energy Dispersive X-Ray Spectrometer has been also used to be defined the nanostructure in the process of formation of these nanowires. According to experimental findings acquired, it has been observed that the number and size of nanowire have increased in temperature rise (350-400-500-600 centigrade degree), and the heights of the nanowires have increased during the rise of temperature (30-60-120-140 minutes). Consequently, the experimental findings acquired have been mainted that they are in compliance by comparison with other experimental findings and theoretical data.
ZnO, Fe3O4 ve ZnO/Fe3O4 nanopartikülleri immobilize luffa sponge lifleri kullanılarak atık sulardan direkt mavi 15 azo boyar maddelerin giderilmesi; kinetik ve denge modellemesi
Bu çalışmada Luffa sponge ve ZnO, Fe3O4 ve ZnO/Fe3O4 nanopartiküllerinin kullanımı ile oluşturulan membran formlarıyla (saf Luffa sponge, Luffa s.+ZnO, Luffa s.+Fe3O4, Luffa s.+ZnO/Fe3O4) Direkt Mavi 15 azo boyalarının sulardan uzaklaştırılması çalışılmıştır. Bu amaçla ilk olarak ZnO ve Fe3O4 nanopartikülleri yeşil sentez yöntemi ile Euphorbia amygdaloides'den kısmi olarak 149,5 kat ve 29,5 verimle saflaştırılan peroksidaz enzimi katalizörlüğünde elde edilmiştir. Sentezlenen nanopartiküllere yönelik karakterizasyon çalışmaları yapılmıştır. ZnO için 304 nm, Fe3O4 için 481 nm'de ölçüm alınmıştır. 30°C'de ZnO için pH 6,0 ortamı Fe3O4 için pH 8,0 ortamı optimum pH ortamları olarak belirlenmiştir. 5 mM ZnCl2 ve 1mM FeCl2-Fe2Cl3 konsantrasyonları ile maksimum nanopartikül sentezi sağlanmıştır. Nanopartiküllere ait SEM, FT-IR ve XRD ölçümleri alınmıştır. Acinetobacter calcoaceticus strain ve Pediococcus acidilactici bakterilerine karşı disk difüzyon metodu ile nanopartiküllerin antimikrobiyal aktivitesi bulunmuştur. Bu nanopartiküller kullanılarak saf Luffa sponge, Luffa s.+ZnO, Luffa s.+Fe3O4, Luffa s.+ZnO/Fe3O4 membran formları oluşturulmuştur ve SEM, FT-IR ve XRD karakterizasyonu yapılmıştır. Membran formları ile Direkt Mavi 15 azo boyasının adsorpsiyonu çalışılmıştır. Yapılan optimizasyon çalışmaları doğrultusunda optimum temas süresi 45 dk, optimum pH 8,0, optimum sıcaklık 20°C, optimum boya konsantrasyonu 200 mg/L, optimum Luffa sponge miktarı 0,025 gr olarak belirlenmiştir. Membran formları ile boyanın adsorpsiyonuna yönelik SEM, FT-IR ve XRD karakterizasyonu yapılmıştır. Her bir membran formu yapılan analizlerde farklı değerler sergilemekle birlikte birbirine yakın değerlerde sergilemişlerdir. Nanopartikül yüklü membran formları saf Luffa sponge membran formuna kıyasla avantaj sağlamıştır. Langmiur ve Freundlich adsorpsiyon izoterm, birinci ve ikinci dereceden reaksiyon kinetiği, termodinamik sabitlerin hesaplanması çalışmaları yapılmıştır. Anahtar Kelimeler: Remediasyon, Nanopartikül, Direkt Mavi 15, Luffa Sponge
Ag, Au ve Pt nanopartiküllerin bıldırcın yumurta sarısı kullanılarak yeşil sentez yöntemi ile eldesi, karakterizasyonu ve antimikrobiyal özelliklerinin belirlenmesi
Yapılan bu tez çalışması kapsamında; Ag, Au ve Pt nanopartiküllerin (NP'lerin) bıldırcın yumurtası kullanılarak yeşil sentezinin yapılması, optimizasyonu ve karakterize edilmesi amaçlanmıştır. Nanopartiküllerin sentezinde ilk kez, biyokimyasal olarak protein ve vitamin bakımından zengin olan bıldırcın yumurtasının sarısı kullanılmıştır. Ag, Au ve Pt NP'lerinin yeşil sentez optimizasyonunu yapmak amacıyla; pH, sıcaklık, zaman ve metal iyonu konsantrasyonu gibi parametrelerin sentez reaksiyonları üzerine etkileri incelenmiştir. Elde edilen bulgulara göre Ag, Au ve Pt NP'leri için optimum sentezlenme sürelerinin sırasıyla; 3 sa, 4 sa ve 4 sa olduğu belirlenmiştir. Ag, Au ve Pt NP'leri için optimum sentez pH'ları sırasıyla; 8.0, 7.0 ve 6.0 olduğu saptanırken, enerji gereksinimini en aza indirgememizi sağlayan oda sıcaklığı ise her bir NP için optimum sentez sıcaklığı olarak belirlenmiştir. Ag, Au ve Pt NP'lerin sentezi için gerekli optimum metal iyon konsantrasyonunun sırasıyla 5 mM, 0.5 mM ve 5 mM olduğu kurulan reaksiyon ortamları ile tespit edilmiştir. NP'lerin yeşil sentezi gerçekleştirildikten sonra kurutularak elde edilen Ag, Au ve Pt NP yapılarının karakterizasyonu için Fourier Dönüşüm Kızılötesi Spektrofotometresi, X Işını Kırınım Difraktometresi ve Taramalı Elektron Mikroskobu cihazları kullanılmış ve analizleri yapılmıştır. Ortalama boyutları sırasıyla 60 nm, 73 nm ve 27.3 nm olan Ag, Au ve Pt NP'lerinin 10 gün boyunca aglomerasyona uğramadan stabil kaldıkları belirlenmiştir. Elde edilen bulgulara göre bıldırcın yumurta sarısı kullanılarak yapılan Ag, Au ve Pt NP sentezinin, diğer biyolojik ve kimyasal yöntemlere oranla daha düşük enerjiye gereksinim duyarak yüksek verimde gerçekleştirilebileceği tespit edilmiştir. Buna ek olarak yapılan bu çalışma ile sentezlenen Ag, Au ve Pt NP'lerinin antimikrobiyal özellikleri Acinetobacter calcoaceticus, Pediococcus acidilactici, Staphylococcus aureus ve Aeribacillus pallidus (P26) bakterilerine karşı test edilmiştir.
Gümüş ve antibiyotik içeren montmorillonit nanokompozitlerin geliştirilmesi ve katı atık depolama alanlarında kullanılabilirliğinin araştırılması
Nano malzemelerin kullanım alanları her geçen gün artmaktadır. Spesifik mühendislik malzemelerinin üretilmesinde kullanılan kil zeminler aynı zamanda katı atık depolama alanlarında ve barajlarda geçirimsiz yapı elemanı olarak kullanılmaktadır. Katı atık depolama alanları sadece çöplerin biriktirilme alanları olmaktan daha çok çevre sağlığını korumada önemli fonksiyonları olan mühendislik yapılarıdır. Özellikle içme sulama sularının kirlenmesinin önlenmesinde bu yapı alanlarının üstlendiği görev büyüktür. Polimer/kil nanoparçacıklarının üretiminde en iyi yöntemlerden biri çeşitli fonksiyonel monomerlerin interkalasyon (ko)polimerizasyon yöntemidir. Bu çalışma kapsamında literatürde sınırlı sayıda çalışma olan gümüş montmorillonit nano kompozit malzemesinin mühendislik ve tıbbi özellikleri araştırılmıştır. Bu çalışmada kullanılan kilin doğası gereği bakterilerin sevmediği yapıya sahip olduğu görülmüştür. Bentonit türündeki bu killer %0,1, %1, %10 oranlarında gümüş tuzu ile katkılandırılarak nanokompozit malzeme üretilmiştir. Kil ile antibakteriyel özeliği bilinen siprofloksasin etken maddesi aynı oranlarda katkılandırılarak hem antibakteriyel özellikleri incelenmiş hem de kontrol numuneleri oluşturulmuştur. Deney sonuçlarından kilin %0,1, %1 ve %10 oranlarında gümüş ve siprofloksasin ile muamele edildiği ve nanokompozit üretildiği XPS, SEM ve EDS sonuçları ile gösterilmiştir. Yapılan mikrobiyal testler sonucunda gümüş ve siprofloksasin katkılı killerin konsantrasyonuna bağlı olarak antibakteriyel özelliğinin artığı görülmüştür. Antibakteriyel testlerde katı atık depolama alanlarındaki atık su depolama havuzlarına da prototip oluşturması amacıyla numuneler ile yüzey kaplaması yapılmıştır. Test sonuçlarından elde edilen numunelerin antibakteriyel yüzey kaplaması malzemesi olarak kullanılabileceği gösterilmiştir. Katı atık depolama alanlarında gümüş katkılı kilin kullanımı yeni bir konudur. Geosentetik membran üzeri kaplamada, geosentetik kil membran yapımında veya atık su depolama alanının yüzey kaplamasında gümüş katkılı nanokilin kullanımının toplanan atık sulardaki bakteri öldürüğü ve üremesini engellediği ve kirli suların ıslahı ve zararlı etkilerinin giderileceği sonuçlarına varılmıştır
Çapraz bağlı polietilen ve organokil nanokompozitlerinin eriyik interkalasyonuyla hazırlanması ve üretim prosesinin optimizasyonu
Polietilen polimerler, plastik dünyasında yaygın olarak kullanılmaktadır. Toplam polimer pazarının %70'inden fazlasını oluşturan bu polimer grubu, kolay kullanım, kısmen düşük maliyet ve kolay işlenebilme özelliklerine sahiptir. Polietilen 150-200°C sıcaklık aralığında işlenebilen termoplastik bir polimerdir. Maksimum çalışma sıcaklığı 75°C olan malzemelerde, polietilen çokça tercih edilen polimerler arasındadır. Ancak, polietilenin yüksek sıcaklıklarda yumuşama, akma ve diğer bazı kritik mekanik özellikleri olumsuz olarak değişmekte ve bu değişim onun daha yaygın uygulama potansiyelini kısıtlamaktadır. Bu sebeple, özellikle yüksek sıcaklıklardaki bazı özel kullanım alanları, çapraz bağlı polietilen sentezi üzerine araştırmaları hızlandırmıştır. Çapraz bağlama, termoplastik polimerleri termoset polimerlere dönüştürerek, onlara daha yüksek termal ve mekanik dayanım gibi üstün özellikler kazandırabilmektedir. Çapraz bağlı polimer yapılarının sentezi için çeşitli metotlar kullanılmaktadır. Peroksit ve radyasyon ile çapraz bağlamanın yanı sıra, en önemli metotlardan birisi de, silan aşılıma-su ile çapraz bağlanma metodudur. Bu çalışmada silan bileşiği kullanılarak radikalik reaksiyonlar üzerinden ekstrüksiyonla graft edilmiş LDPE-organokil nanokompozitlerinin sentezi ve onu takiben, su ile kaynatma yapılarak çapraz bağlanmış formunun hazırlanması ve proses parametrelerinin optimizasyonu amaçlanmıştır. Bunun için, 2:1 tabakalı yapıya sahip MMT kil örneği, CTAB kullanılarak modifiye edilmiş ve böylece polimer/kil arayüzey enerjisi düşürülürek, polietilen/organokil nanokompozitlerinin hazırlanmasına çalışılmıştır. Viniltrimetoksi silan (VTMS), Benzoil peroksit (BPO) ve organokil oranları proses parametreleri olarak seçilmiştir. Ayrıca hazırlanan örneklerin, çapraz bağlanmasının gerçekleşmesi için kaynayan su içerisinde kalma süreleri de diğer bir proses parametresi olarak incelenmiştir. Bu şekilde hazırlanan nanokompozit örnekleri XRD, HRTEM, FTIR ve DSC teknikleri kullanılarak karakterize edilmiştir. Yapılan FTIR ve DSC analizleri, artan VTMS oranı ile çapraz bağlı polietilen örneğinde çapraz bağ yoğunluğunun arttığını ortaya koymuştur. Optimum VTMS, BPO ve organokil oranları sırasıyla, %3,5,%1,0 ve %3,0 olarak belirlenmiştir. Ayrıca, proses değişkenlerinin istatistisel olarak optimizasyonu ve matematiksel bağıntının eldesi için, Yüzey Cevap Metodu (Response surface methodology, RSM) kullanılmıştır. Yüzde uzama için BPO, VTMS, organokil ve kaynatma süresine ait optimum değerler sırasıyla, 1,00, 2,00, 2,57 ve 12,47 olarak bulunmuştur (R2 :0,9271).
Ekran baskı yöntemi ile metal oksit gaz sensörü fabrikasyonu
Yarıiletken esaslı oksit malzemeler, gaz sensörlerinin imalatı için algılama malzemeleri olarak uzun yıllar kullanılmıştır. Yarıiletken gaz sensörlerinin yüzeyine getirilen yüklerin yoğunluğu çevredeki atmosferin bileşimine duyarlıdır. Bu nedenle, bu malzemeler farklı gazların tespiti için kullanılmıştır. SnO2, gaz sensörlerinin imalatı için temel malzeme olarak kullanılan en önemli metal oksit malzemelerinden biridir. Ayrıca La2O3,Fe2O3 gibi metal oksit yarıiletken malzemelerin de gaz sensör sistemine olan etkileri araştırılmıştır. Bu çalışmada yer alan sensörler oldukça basit ve ekonomik olan ve hiçbir teknolojik cihaz ve altyapı gerektirmeyen ekran baskı yöntemi ile elde edilmiştir. Kalın filmi kullanan teknoloji, alt tabakanın bir veya her iki tarafı üzerinde çok katmanlar üretebilir. Bunun, düşük maliyet, yüksek hassasiyet, kimyasal ve mekanik kararlılık gibi pek çok avantajı vardır. Bu nedenle, bu teknoloji kullanılarak gaz ortamında iyi algılama özelliklerine sahip düşük maliyetli SnO2, La2O3 katkılı SnO2 ve Fe2O3 katkılı SnO2 metal oksit gaz sensörleri üreterek yapısal, morfolojik ve sensör özellikleri incelendi.
GOx ve AOX enzimleri ile pirinç, bakır, alüminyum ve paslanmaz çelik iş parçalarının enzimatik nanobiyo-işlemesi
Çalışmada pirinç, bakır, alüminyum ve paslanmaz çelik iş parçalarının enzimatik nanobiyo-işlemesi yapıldı. Bu işleme yönteminde iki farklı enzim; glukoz oksidaz (GOx) ve alkol oksidaz (AOX) işleme aracı olarak kullanıldı. Enzimatik işlemenin temeli oksijen ortamında enzim ve substrat arasında gerçekleşen kimyasal tepkime esnasında hidrojen peroksitin (H2O2) yerinde üretimi ve ardından reaksiyon ortamında bulunan Fe2+ iyonlarının H2O2 ile Fe3+'e yükseltgenmesine dayalıdır ve biyo-Fenton reaksiyonu olarak tanımlanmaktadır. Bioreaksiyon ortamında bulunan metal iş parçalarının oksidasyonu üretilen Fe3+ iyonları tarafından sağlanmaktadır. Böylece bir işleme çevrimi gerçekleşmektedir. Bu çalışmada; enzimatik işlemeyi etkileyen parametrelerin (pH, sıcaklık, zaman, enzim miktarı vb.) biyo-işleme üzerine etkisi araştırıldı ve en uygun koşullar belirlendi. Yapılan enzimatik işlemenin metal iş parçaları üzerine etkisini gözlemlemek için SMRR miktarı, ayrıca yüzey morfolojileri ve yüzeyde oluşan pürüzlülük miktarları SEM ve AFM analizleri yapılarak belirlendi. Elde edilen sonuçlar metal parçalarının geleneksel yöntemlerle (HCl, H2SO4 ve H2O2) yapılan biyo-işleme sonuçlarıyla karşılaştırıldı. Paslanmaz çelik iş parçalarının enzimatik işlemeye bütün koşullar altında direnç gösterdi ve yüzeylerinde her hangi bir biyo-işlemenin gerçekleşmediği belirlendi. Tüm metal iş parçalarının enzimatik işlenmesinde; GOx enzimi AOX enzimine göre daha etkili işleme gerçekleştirdiği ve işleme koşullarında daha dayanıklı olduğu tespit edildi. Sonuçlara göre; GOx ve AOX enzimleriyle yapılan biyo-işlemeler, metallerin yüzeyinde herhangi bir tahribata neden olmadan üniform bir şekilde metal kaldırmayı gerçekleştirdiği, geleneksel yöntemlerle yapılan işlemede metal yüzeylerinin büyük ölçüde tahrip olduğu belirlendi. Ayrıca, enzimatik işleme sonucunda iş parçalarının yüzey morfolojisinin kontrol numuneye daha fazla benzerlik gösterdiği belirlendi.
Aspergillus sp. TK4 kullanılarak titanyum dioksit (TiO2) nanopartikülünün biyosentezi ve karakterizasyonu
Titanyum dioksit (TiO2) nanopartikülleri, boya, kozmetik, ilaç ve kağıt gibi birçok endüstriyel ve tıbbi alanda yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu çalışmada, Aspergillus sp. TK4 izolatı tarafından TiO2 nanopartiküllerinin daha güvenli, yeşil, ucuz ve kontrollü üretimine olanak sağlayan biyosentez yöntemi ile üretilmesi hedeflenmiştir. TiO2 nanopartikülleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Enerji Dağınımlı X-Işınları Spektroskopisi (EDAX) analitik teknikleriyle karakterize edilmiştir. Nanopartiküllerin karakterizasyon verileri, TiO2 nanoparçacıklarının küresel bir yapıda olduğunu ve boyutlarının 50-200 nm arasında değiştiğini ortaya koymuştur.
RF saçtırma yöntemi ile InXGa1-XN üçlü bileşiğinin ince film olarak büyütülmesi ve karakterisitik özelliklerinin deneysel olarak incelenmesi
Bu tez çalışmasında radyo frekanslı magnetron saçtırma (sputtering) tekniği kullanılarak indiyum galyum nitrür üçlü bileşiği farklı büyütme parametreleri altında büyütülmüştür. InGaN bileşiğinin yapısal, optik ve morfolojik özellikleri ayrıntılı bir şekilde incelenmiştir. Yapısal analiz için XRD, XPS, Raman; optik özellikleri için soğurma ölçüm tekniği; morfolojik özellikleri için SEM ve AFM ölçüm teknikleri kullanılmıştır. Saçtırma tekniğiyle yapılan büyütmelerde optimum şartlar sağlamak için altlık, altlık sıcaklığı, RF güç değişimi, çalışma basıncı ve azot gazı akış oranı gibi birçok parametre dikkate alınmıştır. Büyütülen filmlerin XRD analizinde birçok film hekzagonal kristal yapı sergilemiştir. Farklı çalışma parametreleri altında büyütülen filmlerin XRD piklerinin yönelimi ve şiddeti değişmiştir. Bazı parametreler altında ise film yapısının dentritik yapıda olduğu gözlemlenmiştir. XPS sonuçlarında spektrumdan Ga, N, In ve O da dâhil olmak üzere dört çeşit element, hem yüzeyde hem de InGaN filmi içerisinde gözlemlenmektedir. Ayrıca büyütülen InGaN filmlerin kimyasal durumları da XPS ile incelenmiştir. Bu analiz için O (1s), In (3d5/2), Ga (2p3/2) ve N (1s) fotoelektron pikleri seçilmiştir. Göreceli olarak yüksek yoğunluklu O-ilişkili XPS O (1s) özelliği ile belirtildiği gibi, büyütülen InGaN filmlerin yüzeyi önemli derecede oksitlenmiştir. Raman analizinde InGaN bileşiğine ait optik fonon modları A1(LO) ve E2(high) olmaktadır. Raman analizi sonucunda InGaN filmine ait Raman değişimlerini gösteren piklerden silisyum altlığa ait olan pik 520 cm-1 değerinde çok güçlü olduğundan E2(high) moduna ait pik (430 cm-1 – 490 cm-1) çok zayıf olmaktadır. Diğer taraftan A1(LO) moduna ait pik ise çok yayvan bir şekilde görülmekte olup (616 cm-1 - 720 cm-1) aralığında oluşmuştur. Filmlere ait karakteristik Raman değişimi pikleri strenching modunda bulunmaktadır. SEM analizinde filme ait kristal yapısı ve tanecik sınırları belirgin bir şekilde görülmekte olup hem kristal oluşumu hem de dentritik yapı oluşumu desteklenmektedir. AFM sonuçlarında yapılarda yer yer tepeler ve çukurlar mevcut olup kısmen homojendirler ve topaklanmaya benzer daire şeklinde yumrular dağınık bir şekilde yerleşmiştirler. Ayrıca farklı parametreler altında büyütülen tüm filmler 0.48 nm-85.48 nm arasında çizgisel pürüzlülüğe sahiptirler. Optik özelliklere bakıldığında soğurma ölçümlerinde elde edilen yasak enerji aralığı değerlerinin tüm büyütme parametreleri dikkate alındığında en düşük 2.34 eV ve en yüksek 3.26 eV olduğu tespit edilmiştir. Elde edilen geniş yasak enerji aralığı, InGaN filmlerini çok sayıda bilinen PV aygıtı konfigürasyonunu ve tandem yapılarını mümkün kılan çok yönlü bir potansiyel PV malzemesi yapmaktadır. Morfolojik özelikleri nedeniyle optoelektronik ve mühendislikte sürtünme uygulamaları için uygun birer yapı olduklarını söyleyebiliriz. Ayrıca hekzagonal kristal yapıya sahip filmlerin de LED, lazer diyot ve güç elektroniği gibi aygıt uygulamalarında kullanılabileceğini söyleyebiliriz.
Deneysel meme kanseri modelinde disülfiram yüklü nanoparçacıkların antikanser etkisinin incelenmesi
Bu çalışmada toksik olmayan, biyouyumlu ve gözenekli yapıya sahip manyetik silika nano materyallerin (Fe3O4@mSiO2) kullanıldığı ilaç taşıyıcı sistemin hazırlanması amaçlanmıştır. İlaç taşıma sisteminin suda çözünürlüğünü artırmak ve kanser hücrelerine spesifikliğini sağlamak amacıyla ilaç yüklenmiş yapı, folik asit bağlı polietilenimin (PEI-FA) ile kaplanmıştır. Böylece ~160 nm boyutlarına sahip manyetik çekirdekli mezogözenekli folik asit takılı nano taşıyıcı sistem (mMDPF) hazırlanmıştır. mMDPF'lerin ilaç yükleme oranı %4,35 olarak belirlenmiştir. Partiküllerin ilaç salım kinetiği araştırılmış ve en iyi ilaç salımı pH 6,0'da 37°C'de elde edilmiştir. mMDPF, bakır ve/veya sodyum nitroprusit ile birlikte MCF-7 ve MCF-10A hücrelerine uygulanarak ilaç sisteminin meme kanseri tedavisinde etkinliği artırılmıştır. mMDPF'nin MCF-7 hücreleri tarafından daha fazla alındığı ve MCF-7'ye karşı toksik etkisinin MCF-10A'ya göre çok daha yüksek olduğu gözlenmiştir.
Lantanyum (La) katkılı çinko oksit (ZnO) filmlerin büyütülmesi ve karakteristiklerinin incelenmesi
Bu çalışmada, çeşitli oranlarda (%0, %1, %2, %4 ve %5 (%at.)) La (Lantanyum) katkılı Çinko Oksit (ZnO:La) ince filmleri cam ve n-Si alttaşlar üzerinde kimyasal püskürtme yöntemi ile elde edimiştir. Elektriksel ölçümler için ZnO:La filmlerinin üzerine Au (Altın) kontaklar termal buharlaştırma yöntemi ile büyütülmüş ve Schottky tipi aygıtlar (Au/ZnO:La/n-Si/Al) elde edilmiştir. X-ışını kırınım desenlerinden (XRD) filmlerin bazı yapısal parametreleri hesaplanmış ve filmlerin hegzagonal wurtzite kristal yapıya sahip oldukları tespit edilmiştir. ZnO:La filmlerin optik özellikleri UV spektroskopisi ile 350 nm-800 nm dalgaboyu aralığında incelenmiş ve filmlerin 3.12-3.30 eV arasında Eg (yasak bant aralığı) değerlerine sahip oldukları tespit edilmiştir. Filmlerin yüzey morfolojileri AFM (Atomik Kuvvet Mikroskobu) ve SEM (Taramalı Elektron Mikroskobu) analizleri ile incelenmiştir. Ayrıca elde edilen Schottky diyotlarının I-V (akım-gerilim) ve C-V (kapasite-gerilim) ölçümleri alınmıştır. Diyotların I-V ölçümlerinden n (idealite faktörü) ve (engel yüksekliği) gibi karakteristik diyot parametreleri TE (termiyonik emisyon) teorisi dikkate alınarak hesaplanmıştır. Ayrıca, ve (seri direnç) değerleri Norde fonksiyonu kullanılarak elde edilmiştir. Farklı oranlarda La katkılanmış diyotların 100, 200, 500 ve 1000 kHz frekanslarda C-V ölçümleri alınmıştır. 1/C2-V grafiğinden engel yüksekliği, (fermi enerji seviyesi), (taşıyıcı yoğunluğu) ve (difüzyon potansiyeli) gibi diyot parametreleri elde edilmiştir. Tüm sonuçlar ayrıntılı bir şekilde değerlendirilmiştir.
RF saçtırma yöntemi ile GaN ince filmlerinin büyütülmesi yapısal, morfolojik ve optik özelliklerinin incelenmesi
Bu tez çalışmasında, n-Si, p-Si, safir, cam, ITO alttaşlar üzerine GaN ince filmleri farklı RF gücü, argon gazı ve azot gazı büyüme koşullarında, RF magnetron saçtırma yöntemi kullanılarak büyütülmüştür. Elde edilen GaN ince filmlerinin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri deneysel olarak incelenmiştir. Bu ölçümlerden biri olan XRD analizinden, ince filmlerin hegzagonal kristal yapıya sahip olduğu ve malzemenin kristal tanecik boyutu, yönelimleri, örgü sabitleri belirlenmiştir. Atomik kuvvet mikroskopu ölçümlerinin değerlendirilmesinden, ince filmin morfolojik özellikleri ve ortalama yüzey pürüzlülük değerleri elde edilmiştir. SEM resimleri, büyütülen ince filmlerin hemen hemen homojen olduğunu ve tanecikli, periyodik yapıda büyüdüğünü XRD sonuçlarını da destekleyerek göstermiştir. Soğurma ölçümleri analizinden, optoelektronik aygıtlar için çok önemli bir parametre olan optik bant aralığı enerji değerleri hesaplanmıştır. Bunun yanı sıra yüzdelik yansıma ölçümü alınmıştır ve bunların değerlendirilmesinden, ince filmlerin ultraviyole ve görünür bölgedeki yansıma oranları büyütme koşullarına bağlı olarak karşılaştırılmıştır. Raman spektroskopisinden büyütülen ince filmlerin, E(2)(yüksek) ve E(1)(TO) optik fonon modlarına sahip olduğu bulgusuna varılmıştır. Ayrıca, E(2)(yüksek) pikinin Raman kaymasındaki sapma miktarından yararlanarak, aygıt uygulamaları için önemli bir mekanik parametre olan kalıcı gerilim (residual stress) değerleri, gerilim şekilleri bulunmuştur ve bu gerilimlerin sebepleri açıklanmıştır. Elde edilen veriler literatür ile karşılaştırılmıştır. Sonuçta, büyütme koşullarının değiştirilmesi ve farklı alttaş kullanılması ile malzemenin yapısal, morfolojik ve optik özellikleri üzerine etkileri değerlendirilmiş ve analiz edilmiştir.
İnsan PON1 enziminin saflaştırılması, manyetik kitosan nanopartikülleri üzerine immobilize edilmesi, metal hibrit nano yapılarının hazırlanması ve bazı ilaçların enzim sistemleri üzerine etkilerinin in vitro olarak araştırılması
Yaptığımız çalışmada; Paraoksonaz enzimi üçlü faz ayırma tekniğine (ÜFA) göre insan serumundan saflaştırıldı. Saflaştırma işlemi üç aşamada gerçekleştirildi. İlk olarak insan serumu, %60-80 amonyum sülfat doygunluğuna maruz bırakıldı. İkinci aşamada, elde edilen çökelek 3 mM Gilisin tamponunda (pH: 8.0) çözüldükten sonra sabit n-bütanol konsantrasyonunda 1.0:0.5, 1.0:1.0, 1.0:1.5, 1.0:2 oranlarında muamele edildi ve en yüksek aktivite 1.0:0.5 oranında tespit edildi. Üçüncü aşamada ise; birinci basamaktan elde edilen çökelek aynı tamponla çözüldükten sonra belirlenen n-bütanol oranı ile amonyum sülfatın %20, %25, %30, %35, %40, %45, %50 konsantrasyonlarında tekrar çöktürme işlemi yapıldı ve en yüksek aktivite %20 amonyum sülfat konsantrasyonunda belirlendi. Paraoksonaz (PON1) enzimi insan serumundan %76.4 verimle, 304.5 kat saflaştırıldı. Sonra, demir-manyetik kitosan nanopartikülleri hazırlandı ve paraoksonaz enzimini bu nanopartiküller üzerine kovalent olarak immobilize edildi. Bu yöntemde ilk olarak, kitosanın yüzeyi Fe3O4 nanopartikülleri ile kaplanarak manyetik hale getirildi. Daha sonra, glutaraldehit ara kolu bağlantısı ve kitosan moleküllerine kovalent olarak bağlandı. En son aşamada ise; Fe3O4-kitosan NP'leri üzerine PON1 enzimi L-glutaraldehit ara kolu üzerinden immobilize edildi. İmmobilize enzimin bağlanma yüzdesi %82.9 ve katalatik etkinliğinin artması ise %2.30 oranında olduğu belirlendi. Ardından, nano çiçek PON1-Ca2+ hibrit yapısı sentezlendi. Hibrit PON1 nano çiçeği tek adımlık bir yöntemle hazırlandı. Hibrit enzimin bağlanma yüzdesi ise %77.19 ve katalitik etkinliğin artması %26.4 olarak belirlendi. Elde edilen nano çiçek hibrit yapılarının toksisitesinin belirlenmesi amacıyla zebra balığı kullanıldı ve hibrit yapının herhangi bir toksisite göstermediği belirlendi. Ayrıca immobilize ve nano çiçek PON1 hibrit yapılarının karakterizasyonu için SEM, TEM, EDX, FT-IR ve XRD analizleri ayrı ayrı yapıldı. Daha sonra serbest, immobilize ve hibrit insan PON1 enziminin karakterizasyon (optimum pH, stabil pH, optimum sıcaklık, stabıle sıcaklık, Vmax, KM vd.) çalışmaları yapıldı ve katalitik etkinlikleri birbiriyle karşılaştırıldı. Çalışmanın son aşamasında ise; immobilize ve hibrit PON1 enzimlerinin aktiviteleri üzerine bazı ticari antilipit ilaçlarının (Valerik asit, Fenoksi – izobutirik asit, N-desmetil rosuvastatin) ve bazı antioksidan bileşiklerinin (Gallik asit, kuersetin, pirogallol, askorbik asit) etkileri araştırıldı. İnhibisyon kinetikleri (IC50 ve Ki değerleri) belirlendi.
Kuantum devre sentezi
This thesis presents a new approach for the synthesis of quantum circuits. Quantum computers, more specifically quantum algorithims, take on the eyes with their computational promises. They paved the way for calculation of the complex problems that can't be solved in polynomial time by traditional counterparts. Exploiting quantum mechanical phenomena and its features is the main power source of the quantum computing idea. This is also leaning on the concept that accepts information as a physical item. In addition, quantum mechanical unitarity brings reversibility for quantum algorithms and quantum circuits. This creates ideal application area for reversible computing and reversible circuit design. Reversible computing is motivating scientist and researchers for years to achieve energy efficient computation. With the help of advancing technology, quantum computation become applicable. At this point, reversible quantum circuit design is coming forward that is the core of this computation. When compared with classical computation methods, quantum systems are very sensitive. This is one of the main reasons to synthesize these circuits minimally as possible. Depending on quantum computation method, each gate in quantum circuits corresponding to one or more pulse operations. Therefore, optimized circuits will improve both the security and the run time of the computation. Still, optimal circuit synthesis for higher bit count is hard to achieve, it can take very long time which is not practical at all. To compete with classical computation in a realistic manner, this is one of the main obstacles to overcome and it constitutes the main motivation why we aim at a fast synthesis algorithm in this thesis. To fulfill the needs of this upcoming technology, we perform synthesis and optimization of quantum circuits in two main parts. In the first part, we propose a fast synthesis algorithm that implements any given reversible Boolean function with quantum gates. Instead of an exhaustive search on every given function, our algorithm creates a library of essential functions and performs sorting to obtain desired function. In the second part, we optimize our circuits by using templates. The proposed templates mainly consist of identical neighbor gates and Toffoli gates, realized with V, V† and CNOT gates. We also improve the CNT library by taking negative control lines into account which provides important circuit cost reduction. We call this new library as PN-CNT that stands for "Positively and Negatively Controlled CNOT, Not, Toffoli". Quantum computers implemented in various ways so far. Each implementation has its own physical cost. For the calculation of quantum circuit cost, we preferred to use widely accepted NCV-111 cost metric in this thesis. Finally we compared our results with studies in the literature.
Tirozinaz bağlı polimerik nanofiberler kullanılarak dopamin tayini için elektrokimyasal biyosensör üretimi
Enzimler sahip oldukları yüksek katalitik etkinlik ve yüksek selektivite gibi özelliklerinden dolayı biyosensör, biyokataliz, biyoremediasyon, gıda prosesleri ve farmasötik sentez gibi birçok biyokimyasal uygulamada geniş kullanım alanı bulmaktadır. Fakat, düşük stabiliteleri ve geri kazanımlarındaki zorluklar enzimlerden yararlanılan çalışmalarda önemli bir sorun teşkil etmektedir. Bu sorunun üstesinden gelmeye yönelik bir çözüm olarak, özellikle son yıllarda, enzimlerin çözünmeyen katı destekler üzerine immobilizasyonu büyük önem kazanmıştır. Bu sayede enzimin geri kazanımını kolaylaştırmak ve dolayısıyla tekrar kullanılabilirliğini arttırmak hedeflenmektedir. Enzim immobilizasyonu için katı destek olarak nanomalzemelerin kullanımı giderek daha da önem kazanmakta ve yaygınlaşmaktadır. Nanomalzemeler, özellikle sahip oldukları yüksek yüzey alanı/hacim oranının getirisi olarak enzim yükleme kapasitesini ve katalitik verimi büyük ölçüde arttırdığından dolayı tercih edilmektedir. Özellikle polimerik nanofiberler, diğer nanomalzemeler kullanıldığında karşılaşılabilen sınırlı kütle transferi ve elektrolik çözeltide dispersiyona uğrama gibi sorunlara yol açmadığından nanomalzemeler arasında ön plana çıkmaktadır. Bunun yanı sıra, farklı özelliklere sahip polimer karışımları hazırlanarak, biyouyumluluk, iletkenlik ve mekanik güç gibi istenen niteliklerin biraraya getirildiği nanofiberler elde edilebilir ve bu şekilde sistem optimize edilebilir. Kullanılan malzemenin elektriksel iletkenliği, özellikle biyosensör uygulamalarında büyük önem arz eder. Bu durum göz önünde bulundurularak, elektrokimyasal nitelikleriyle ön plana çıkan poli(m-antranilik asit) tercih edilmiştir. Poli(m-antranilik asit)'in sağladığı bir başka avantaj da enzimin kovalent bağlanabileceği serbest karboksil gruplarına sahip olmasıdır. Kullanılan bir diğer polimer olan poliakrilonitril de güçlü adezyon özelliğinen dolayı tercih edilmiştir. Poliüretan ile de nanofiberlerlerin mekanik gücünü arttırmak hedeflenmiştir. Bunun yanı sıra poliakrilonitril ve poliüretan, fiber oluşturmadaki üstün nitelikleriyle ön plana çıkmaktadır. Bu çalışmada ilk olarak poliakrilonitril (PAN) ve poliüretan (PU) ağırlıkça 1:1 oranında karıştırılarak dimetilformamid (DMF) içerisinde ağırlıkça %6'lık homojen çözelti elde edildi. Aynı şekilde üç farklı çözelti daha hazırlanarak her birine sırasıyla 0.075 g, 0.150 g, vs 0.300 g poli(m-antranilik asit) (P3ANA) ilave edildi. Daha sonra bu polimer çözeltileri elektrospin yöntemiyle nanofiber üretiminde kullanıldı. Elde edilen nanofiberler ilk olarak ultraviyole (morötesi) ve görünür bölge spektroskopisiyle karakterize edildi. Her bir polimerin nanofiber yapısına katılımı UV -görünür bölge spektrumunda görüntülenen spesifik absorpsiyon bantları tarafından doğrulandı. Ardından yapılan Fourier dönüşümlü infrared (kızılötesi) (FTIR-ATR) spektroskopik analizi de poliakrilonitril, poliüretan ve poli(m-antranilik asit)'in spesifik absorpsiyon bantlarını görüntülemenin yanı sıra, farklı örneklerde giderek artan poli(m-antranilik asit) miktarının yansıması olarak bu polimere ilişkin absorpsiyon bantlarının intensitesinde kademeli bir atış göstererek artan miktarlarda poli(m-antranilik asit)'in yapıya başarılı bir şekilde katıldığını onayladı. Spektroskopik analiz sonrasında en yüksek miktarda (0.300 g) poli(m-antranilik asit) içeriğine sahip olan nanofiberler enzim immobilizasyonunda kullanılmak üzere alındı. Poli(m-antranilik asit)'in yapısında bulunan serbest karboksil grupları, enzimin yapısında bulunan amino grupları ile kovalent bağ oluşturarak enzim immobilizasyonunu sağladığından, yüksek miktarda poli(m-antranilik asit) içeriğinin enzim yükleme kapasitesini arttıracağı dikkate alınarak en fazla poli(m-antranilik asit) içeriğine sahip olan nanofiberler tercih edildi. Enzimin (tirozinaz) kovalent immobilizasyonu için 1-etil-3-(dimetil-aminopropil) carbodiimid hidroklorid (EDC)/N-hidroksil süksinimid (NHS) aktivasyon presüdürü uygulandı. Nanofiber matları, fosfat tampon tuzu (PBS) çözeltisinde (0.1 M, pH 7.4) 1:1 molar oranda karıştırılan EDC/NHS çözeltisine 2 saat boyunca maruz bırakılarak oda sıcaklığında 2 saat boyunca karıştırıldı. 2 saatin sonunda fiberler alınarak fazla EDC/NHS'i uzaklaştırmak üzere 2 defa PBS ile yıkandı ve bu şekilde aktive edilmiş olan fiberler bu kez biri 0.5 mg/mL, diğeri 2 mg/mL olan 2 farklı tirozinaz çözeltisine maruz bırakıldı. 4°C'de 2 saatlik inkübasyonun ardından fiberler yine 2 defa PBS ile yıkanarak kovalent bağlanmayan enzimlerin uzaklaştırılması sağlandı. Yıkamalardan arda kalan çözeltiler sonrasında enzim miktarının tayininde kullanılmak üzere alındı. Enzim immobilizasyonu bu şekilde gerçekleştirildikten sonra enzim bağlı nanofiber matlar ilk olarak FTIR-ATR spektroskopisiyle karakterize edildi. Oluştuğu gözlenen yeni absorpsiyon bantları, daha önceki bantlarda gözlenen kaymalar ya da spesifik bantların intensitesindeki azalmalar, nanofiberlere tirozinazın bağlanmasından kaynaklanan yapısal değişiklikleri doğruladı. Tirozinazın kovalent bağlanması bu şekilde doğrulandıktan sonra, bağlı olan enzim miktarını tayin etmek üzere bikinkoninik asit (BCA) yöntemi uygulandı. Enzim bağlama ve sonrasındaki yıkama adımlarından arda kalan solüsyonlara BCA çalışma solüsyonu ilave edilerek 37°C'de 30 dakika inkübe edildi ve ardından UV-görünür bölge spektrofotometresi kullanılarak 562 nm'deki absorbans değerlerine bakıldı. Kovalent bağlanmayan enzimlerin ortamdan uzaklaştırılması sonucunda yıkama solüsyonlarında kalan tirozinaz miktarının giderek azaldığı gözlendi ve başlangıç solüsyonundaki enzimin %87'sinin kovalent bağlandığı hesaplandı. Enzim immobilizasyon sürecinin başarıyla gerçekleştirildiği bu şekilde doğrulandıktan sonra nanofiberlerin morfolojik karakterizasyonuna geçildi. Taramalı elektron mikroskobu kullanılarak elde edilen görüntülerden nanofiber çapları PAN/PU blendi için 103±11 nm, artan miktarlarda P3ANA içeren PAN/PU/P3ANA blendleri içinse sırasıyla 144±24 nm (0.075 g P3ANA), 111±17 nm (0.150 g P3ANA) ve 119±22 nm (0.300 g P3ANA) olarak bulundu. PAN/PU blendine ait nanofiberler düzgün bir yüzey morfolojisine sahipken artan miktarlarda P3ANA içeren nanofiberlerin giderek daha pürüzlü bir yüzey morfolojisi sergilediği gözlendi. 0.5 mg ve 2 mg tirozinaz bağlanan nanofiberlerin çapları ise sırasıyla 131±22 nm ve 141±21 nm olarak ölçüldü. Nanofiber çaplarındaki artışların yanı sıra, enzim immobilizasyon sürecinin nanofiberlerin yüzey pürüzlülüğünü belirgin şekilde azalttığı gözlemlendi. İmmobilize edilen tirozinazın nanofiberler üzerindeki dağılımını görüntülemek üzere, bir başka morfolojik karakterizasyon yöntemi olan enerji dağılımlı X-ışını spektroskopisi (EDX) uygulandı. Tirozinazın yapısında bulunan, ancak polimerik nanofiberlerin yapısında bulunmayan bakır atomunun dağılımına yönelik bu elemental analiz, doğrudan tirozinazın dağılımı hakkında bilgi sahibi olmaya olanak tanıdı. Sonuçta tirozinazın nanofiberler üzerinde homojen dağılım gösterdiği, bu dağılımın özellikle P3ANA'nın yapısında bulunan karboksil gruplarının dağılımıyla örtüştüğü gözlendi. Son olarak nanofiberlerin elektrokimyasal davranışları elektrokimyasal empedans spektroskopisiyle analiz edildi ve özellikle enzim immobilizasyonunun nanofiberlerin elektrokimyasal özelliklerini ne şekilde etkilediği karşılaştırmalı olarak incelendi. Nyquist ve Bode faz açısı grafiklerinden elde edilen deneysel veriler eşdeğer devre modelleri üzerinden değerlendirildi. Enzim içermeyen nanofiberlerin elektrot olarak, PBS'in ise elektrolit olarak kullanıldığı sistem R(CR)(QR)W eşdeğer devresiyle tanımlandı. Bu eşdeğer devre tasarlanırken elektrolitten gelen çözelti direnci (Rs), çözeltiyle nanofiber yüzeyi arasındaki yük transfer direnci (Rct), fiberler üzerindeki çift tabaka kapasitansı (Cdl), sabit faz elemanı (Q) ve Warburg empedansı göz önünde bulunduruldu. Tirozinaz immobilizasyonu sonrasında elde edilen sisteme karşılık gelen eşdeğer devre ise, nanofiberlerle çözelti arasına giren enzim tabakası ve bundan kaynaklanan yeni direnç ve kapasitans elemanları dikkate alınarak R(CR)(CR)(QR)W şeklinde tanımlandı. Tirozinaz immobilizasyonu sonucunda arayüz yapısında meydana gelen değişikliklere bağlı olarak çözelti direnci ve yük transfer direncinde bir düşüş olduğu tespit edildi.
Mikroakışkan çiplerde tek parçacık impedans ölçüm sistemi tasarımı
In recent years, cancer has become the number one killer in many countries and conventional diagnosis are very invasive, time-consuming, complicated process, and need stringent laboratory conditions. Traditional approaches study a group of cells which the results are averages and cannot exactly show individual cells. Hence single cell analyze is needed to associate cellular events with genomic information and plays an important role in biological measurement and medical research. The so-called "lab-on-a-chip" devices for handling samples in bio fluids are very applicable in biology and chemistry as they have lost of profits such as high resolution, very fast and inexpensive for analyzing and synthesizing and give the opportunity of manipulating of single cells, which is a key technology in cell engineering such as drug injection and gene introduction. For single cell analysis, cell impedance analysis has developed rapidly and has become an effective method of biological measurement. The temperature, electric conductivity and mobility of a cell can influence its impedance characteristics directly or indirectly so the cell impedance characteristic can be used to understand biological characteristic behavior. This Master's Thesis project presents a microfluidic chip for single-particle impedance measurement. The device with integrated actuation electrodes utilizes the DEP and controlled pressure-driven liquid flows to capture the single particle and sensing electrodes to measures the impedance of particle. The impedance was measured at different voltages ranges (0.1-2 V) between 3 KHz and 500 KHz. The impedance increase can be explained by a gradual blockage of the electrical path between the sensing electrodes. The impedance measurement over wide frequency range revealed that the impedance decreased as the frequency increased because of the double-layer capacitance on each electrode. In addition, the increment ratio was more evident for the particle experiment at the low frequency. Also it is obvious that with increasing the voltage, it was a slight decrease in impedance in most of frequencies. Furthermore comparison of the obtained results for DI water and 150mM NaCl shows less impedance magnitudes for 150mM NaCl which can be described due to increase of the conductivity of the suspending medium. The mean of impedance increased in DI water is 10.13% and in Nacl is 10.20%. Although different solutions are used for impedance evaluation of polystyrene particles, results in both case are close to each other with approximately 10% increasing.
Alternatif akım kutupsal devinim ile sürekli akışta polistren parçacıkların yönlendirilmesinin comsol simulasyonu
In the near feature, we will see complicated and sophisticated Lab-On-a-Chip (LOC) devices for many kinds of medical application, which will fit on ones palm and does the job of a high tech laboratory. For enhancing such kinds of devices, the physical and chemical truths, theories, phenomenon will interlace with micro & nano technology. Dielectrophoresis (DEP) is a non-destructive, electro kinetic transport mechanism with potential for the separation and manipulation of bio particles in microfluidics devices. With the developments in the Microelectromechanical systems (MEMS) and nanotechnology, a large electric field with weak voltages can be obtained for manipulating, separating, and characterizing micro/ nano-sized particles such as cells, Deoxyribonucleic acid (DNA), proteins, nanotubes, and nanoparticles. In order to make adequate devices the design and simulation should well correlated to get most feasible and optimum geometry of the electrodes and the micro channel network. Basics of the DEP simulations lies on proper estimation, characterization and usage of Electro hydrodynamic forces and their effects. Simulation generally involves the electrical potential field, the flow field and the particle tracing. A three Dimensional (3D) model of the DEP chip on Multiphysics software can do simulation of these physical results. In this thesis work, angular interdigitated electrodes and Polydimethylsiloxane (PDMS) channels designed to separate the polystyrene particles and two different Comsol simulations has been performed. In the first simulation, a basic model that has only two electrode couples is used. A statistical approach known as surface response is used to obtain an optimization model for this simple model with the results obtained from Comsol simulation. An equation is generated and optimized running conditions identified for the simple model. In the second simulation, a realistic model, which has 43 electrode couples, is used. Same boundary conditions, initial conditions and estimations applied in both model. Electrostatic, flow and particle tracing modules used in Comsol simulations and results obtained for a parameter group. After that, fabrication of the LOC device explained in details and experimental setup introduced. Before the experiments, Bovine Serum Albumin (BSA) solution with Phosphate Buffered Saline (PBS) is pumped and held inside the micro channel for inhibiting the fouling. The experiment performed with the same parameter group used in Comsol simulation and results shared which are similar to the simulation results. 3.2 µm particles (Red fluorescent) are separated from the 9.8 µm particles (Green fluorescent) in both simulation and experiment. This work was supported by TUBITAK under Project No. 111M730.
Solüsyon yöntemiyle CZTS sentezi ve fotovoltaik devreler için CZTS ince film oluşturma ve film özelliklerini inceleme
Thin film solar cells are second generation solar cell module. Today's avaliable thin film solar cells suffer from low efficiency of a-Si, shortage of tellerium in structure of CdTe and indium in structure of CIS and toxicity of cadmium in structure of CdTe. Quaternary Cu2ZnSn(SxSe1-x)4 (CZTSSe) compound using an absorber layer in structure of thin film solar cell is considered as a promising candidate for low-cost and high efficiency solar cells because of non-toxic, earth abundant and low cost materials. It can be also synthesized low cost solution based method while other quaternary Cu2InGaS4 (CIGS) and ternary CuInS2 (CIS) structure used in thin film solar cell compounds are synthesized expensive vacuum-based technique. This situation make CZT(SSe) more favorable to be used in thin film solar cells as an absorber layer. CZTS was synthesized with solution-based technique by using precursors which are copper, zinc, tin and sulfur were used for synthesize. Oleylamine (OLA) was used as surfactant and solvent during solution based synthesis. In this study, CZT(SSe) hybrid solar cell structure was occurred. First step, CZTS was synthesized by using precursors of copper zinc, tin and sulfur precursors which are copper (II) acetylacetonate, zinc acetylacetonate hydrate tin (IV) bis(acetylacetonate) dibromide and elemental sulfur, respectively. These precursors were added at different amount for each synthesis experiment. OLA was used as both solvent and surfactant during synthesis. These precursors were mixed in a flask at determined temperature around 230 oC for an hour. After reaction of precursors in OLA, toluene and 2-proponol were added to obtained reaction for washing. Copper poor and zinc rich composition was achieved after several reaction experiments. Centrifuge process was applied to final supernatant of solution reaction in tubes of 2 ml. It was centrifuged at 12000 rpm for 10 minutes. Supernatant that was wasted from centrifuge was poured with adding toluene and IPA at equal value for next centrifuge step. After solution was completely mixed with ultrasonic bath, it was centrifuged again at 8000 rpm for 20 minutes. After supernatant was completely poured, tubes fill with toluene to be stable ink. After washing process, final solvent was mixed toluene to make stable CZTS ink. In the second step, CZTS ink in toluene solution was deposited by spin coating method at around 3000 rpm for 1 minute. Quality of films, which were coated at 3000 rpm, was not ideal to be used in absorber layer in thin film solar cell because of non- continuous film formation. Film uniformity was enhanced by keeping dropped CZTS ink on substrate for few minutes before spinning was started. Heat treatment was applied to coated samples at 175 °C to remove solvent like toluene and 2-propanol (IPA) that added in centrifuge step for each coating step. Deposited CZTS and CZTSSe layers were characterized with X-Ray diffraction (XRD) and Raman spectroscopy to determine structure of compounds. Not only crystal structure but also composition of CZTS and CZTSSe is important for copper (Cu) poor and zinc (Zn) rich composition, which mostly employed in literature. Therefore, Energy-dispersive X-Ray spectroscopy (EDX) was used to determine composition of annealed samples. Cu/Zn+Sn and Zn/Sn ratio was estimated by EDX characterization. Scanning electron microscopy (SEM) was used to investigate film formation. Two annealing steps were applied to CZTS coated molybdenum substrate at determined temperature. First annealing process was applied in inert atmosphere on hot plate between 350 °C and 425 °C to define ideal annealing condition. Final compositions of samples that annealed between 350 °C and 425 °C were determined by EDX. They were also characterized by XRD and Raman spectroscopy to determine structure of compounds. UV spectroscopy was used to estimate absorption and transmittance. The UV-vis-NIR absorption spectrum was recorded. Recorded spectrum took the wavelength when the absorption intensity start to take off. Then we can derive the optical band gap using equation: Eg (eV) = 1240/(wavelength in nm). Annealing processes were applied either to remove surfactant or to enhance crystallization of CZTS grains as a third stage. Even without heat treatment, as-synthesized CZTS film shows that kesterite structure was achieved. Temperature range between 350 oC and 425 oC was used to determine ideal heat treatment in nitrogen atmosphere for pure compounds without secondary phases. There was no secondary phases up to 400 oC. XRD result of sample annealed at 400 oC showed secondary phases related oxide compound of cations. Annealed sample at 350 oC and 375 oC showed the best result in terms of Cu poor and Zn rich compound. Increasing annealing temperature caused to increase composition of Cu compound while composition of Zn compound decrease. Amount of sulfur (S) in CZTS structure decrease during heat treatment at any temperature. Composition studies show that increasing annealing temperature increase consantration of Cu while decrease consantration of Zn. More annealing temperature means the more loss of S and Zn during annealing process. Post annealing step was applied to create CZTSSe at determined temperature under selenium (Se) vapor. Selenization was applied to increase formation and crystallization of film. Selenium black 99+ powder was used as selenium source during selenization. Tube furnace was used for selenization. Heat zone of the furnace was determined to locate both selenium powder and samples. Se source was located in tube where temperature was 500 oC while samples were kept around 350 oC because evaporated Se vapor can deposit cooler surfaces. Therefore, deposition rate can be increased by this method. Deposited selenium diffused throughout film and replaced sulfur in CZTS. Therefore, composition of CZTSSe compound was achieved at 500 oC for 40 minutes. Hybrid solar cell structure was fabricated as a structure with [6,6]-Phenyl C61 butyric acid methyl ester (PCBM) used n type organic semiconductor. Device structure was constituted of Mo/CZTS-CZT(SSe)/PCBM/Ag. PCBM was coated on CZTS or CZT(SSe) coated molybdenum to create p-n junction. Silver, which is used forward electrode in solar cell structure, was deposited on PCBM via thermal evaporation method. Incident photon to converted electron (IPCE) and solar simulator were used to examine solar cell performance. IPCE applies monochromatic light to cell to establish amount of current converted incident photon at determined wavelength. This article deals with the term as a measurement of a device's electrical sensitivity to light. Solar simulator apply light at determined standard to simulate sunlight to detect conventional performance of solar cell. Current (I) versus voltage (V) behavior of a solar cell under simulated sunlight. To sum up, quaternary CZT(S,Se) compound was achieved successfully with composition of Cu poor and Zn rich. Reaction condition was adjusted 230 oC for an hour in nitrogen atmosphere. We standardized heat treatment at 350 oC for an hour in nitrogen atmosphere.
Tek duvarlı karbon nanotüp saflaştırması ve geçirgen elektrot oluşturulması konusunda deneysel çalışmalar
Thin films of carbon nanotubes (CNTs) are suitable alternatives to indium tin oxide, the mostly used transparent electrode for opto-electronic devices and solar cells. A big advantage of CNTs is their thin film preparation from solution together with high flexibility. A three step chemical method using suitable surfactants in acidic media has been applied to purify and to dope carbon nanotubes synthesized by CVD method. A purity of more than 98 wt. % is verified by thermal gravimetric analysis, X-ray and Raman spectroscopy. We prepared afterwards highly transparent and continuous fine mesh structured CNT thin films using different surfactants via spin coating. The balance between thin film morphology and conductivity is controlled by the molecular interactions between the surfactants and CNT bundles. These interactions have been classified by contact angle measurements. Surfactants having strong interactions with CNT walls can form easily large-scale thin films, but the replacement of the insulating surfactant and doping of the CNTs electrode is more effective, when the molecular interactions are weak. Therefore, electrochemical properties of the prepared CNT electrodes are characterized using cyclic voltammetry, for comparison. Our studies demonstrate that CNT thin film preparation using SDS (Sodium dodecyl sulphate) leads to better performing CNT electrodes in comparison to electrodes investigated using DOC (Sodium deoxycholate), NMP (N-Methyl-2-pyrrolidone) and SDBS (Sodium dodecylbenzene sulfonate) as surfactants.
Sol-jel daldırma yöntemi ile hazırlanan modifiye titanyum dioksit tabanlı filmlerin yapısal ve optik özellikleri
In this study, several modified titanium dioxide films were prepared via sol-gel dip-coating method and their structural and optical properties were investigated. Several forms of modified TiO2 films such as metal doped TiO2, nonmetal doped TiO2, metal-nonmetal co-doped TiO2, silver decorated TiO2 and composite TiO2 were prepared and characterized. Firstly, pure titanium dioxide sol was prepared following optimized sol recipe. Prepared sol was transparent, homogeneous and no precipitation was occurred. Pure TiO2 thin film was prepared by sol-gel dip-coating method and its structural and optical characterizations were investigated. It was seen that the crystal structure of pure TiO2 thin film was fully anatase. The XPS survey shows that position of the Ti 2p3/2 peak is close to the reported value by reference and the oxidation level of titanium is +4 as expected. The SEM image reveals that pure TiO2 sample has a homogeneous structure with a particle size between 20 nm and 30nm. The optical absorption edge of the pure TiO2 sample is around 350 nm. The band-gap value was calculated using UV transmission data by Tauc plot method. The band gap of pure TiO2 is about 3.55 eV, which is higher than the reported band gap value for crystalline anatase TiO2. We have prepared nitrogen doped TiO2 thin films via so-gel method as nonmetal doped TiO2 and the effect of nitrogen doping and dopant concentration on structural and optical characterization of TiO2 were studied. It was found that increasing the dopant concentration doesn't decrease the band-gap value and have no effect on crystal structure. Sample doped with 1.5 wt% nitrogen has lowest band-gap value. Iron doped TiO2 thin films with different dopant concentration were prepared and the effect of iron doping and dopant concentration on structural and optical properties of TiO2 were investigated. It was concluded that the band-gap value is decreasing by increasing the dopant concentration. The absorption edge of sample doped with 3 wt% iron relies on visible light region. Silver doped TiO2 thin films with different dopant concentration were prepared and the influence of silver doping and dopant concentration on structural and optical characterization of TiO2 were investigated. The optical absorbance of Ag-doped TiO2 thin films state that the wavelength of the absorption edge does not increase by increasing the dopant concentration. The absorption edge of silver doped samples rely on UV region. We studied three different 3 wt% nitrogen-iron co-doped TiO2 films with different dopants ratio and results are compared with pure TiO2 film. The resulting sols were homogeneous and transparent and no precipitation was observed in any of them. It was seen that dopants ratio changes the opacity of prepared samples and sample with medium dopants concentration was opaque in a short time after dip-coating process. It was found that the dopants ratio has effect on the crystal structure, microstructure, surface morphology and optical properties of the resulting films. Sample with medium dopants concentration has amorphous structure and bigger particle size. We also found that crystalline structure, surface morphology and its optical properties are dependent on dopants ratio of N-Fe co-doped TiO2 films. Silver decorated TiO2 films were prepared. Firstly pure TiO2 thin films were prepared as mentioned above and were dip-coated in silver nitrate aqueous solution. The idea of the preparation of Silver decorated TiO2 films was the photo-decomposition and thermal-decomposition of silver nitrate to metal silver. Several photo-decomposed and thermal-decomposed have been prepared and their optical and structural properties were studied and compared. The surface elemental analysis of photo-decomposed sample reveals the presence of titanium and oxygen element as expected and the silver amount is around 7 atomic percent. Although the surface elemental analysis of thermal decomposed sample shows the presence of titanium and oxygen element as expected but the amount of silver is too low in comparison with photo-decomposed sample. It can be concluded that the silver reduction of photo-decomposition is much higher than thermal-decomposition. The optical absorbance of silver decorated TiO2 thin films states that the optical properties of TiO2 is affected negatively by thermal decomposition of silver nitrate. The absorption edge of the photo-decomposed sample relies on visible light region. Pure ZnO thin film was prepared and the results show that the band gap of pure ZnO is around 3.6 eV which is higher than reported 3.4 eV. TiO2 @ ZnO composite films have been prepared by sol-gel dip-coating method and the effect of sol molar ratio on optical properties of the films were investigated. Three different samples with different titanium to zinc molar ratios were prepared. The absorption edge of TiO2 rich sample is close to the pure TiO2 absorption edge and the absorption edge of ZnO rich sample is close to the pure ZnO absorption edge.