Synthesis and characterization of polyaniline dopedcarbon based nanocomposite materials for aerospaceapplication
Havacılık ve uzay uygulamaları için polianilin katkılıkarbon esaslı kompozit malzemelerin sentezi vekarakterizasyonu
- Tez No: 1005771
- Danışmanlar: PROF. DR. ENGİN BURGAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Hesaplamalı malzeme mühendisliği, Karbon temelli materyaller, Kompozit malzemeler, Nanomateryaller, İki boyutlu malzemeler, Computational materials engineering, Carbon based materials, Composite materials, Nanomaterials, Two dimensional materials
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, sentez, deneysel karakterizasyon ve moleküler dinamik simülasyonlarını kapsayan, havacılık uygulamaları için geliştirilmiş ileri karbon tabanlı kompozit malzemeler üzerine kapsamlı bir araştırma sunmaktadır. İlk aşamada, grafen konsantrasyonu ve yüksek basıncın iletkenlik üzerindeki etkisini analiz etmek amacıyla grafit/grafen/polianilin (GGP) kompozitleri sentezlenmiştir. Çalışma, ağırlıkça %14 grafen oranında kritik bir eşik belirlemiş; bu oranın ötesinde 527 MPa basınç uygulanmasının, grafen katmanları ve PANI zincirleri arasındaki sinerjik etkileşimler sayesinde malzeme özelliklerini önemli ölçüde artırdığı gözlemlenmiştir. Optimize edilen numune (basınç altında GGP-14), olağanüstü ısıl iletkenlik (2253 W/m·K) ve elektriksel iletkenlik (210 S/cm) sergilemiştir. İkinci aşamada, bu GGP nanokompozitleri elektro eğirme yöntemiyle üretilen poliakrilonitril (PAN) matlara entegre edilmiş ve çok işlevli kompozitler oluşturmak üzere karbon elyaf takviyeli epoksi (CFRE) laminatlar arasına yerleştirilmiştir. Sonuçlar, ağırlıkça %30 GGP içeren numunenin (30GPC) en ideal performansı sağladığını; saf CFRE'ye kıyasla eğilme modülünde %34,95'lik bir artış ve 50.4 W·m⁻¹·K⁻¹ değerinde tepe ısıl iletkenlik sağladığını, ayrıca termoelektrik özelliklerin de iyileştiğini göstermiştir. Son olarak, kilitli (interlocked) grafen/grafit yapılarının ısıl taşınım mekanizmaları, Dengede Olmayan Moleküler Dinamik (NEMD) simülasyonları kullanılarak incelenmiştir. Optimize edilmiş Tersoff ve Hibrit Sinir Ağı (hNN-Grx) potansiyellerinin karşılaştırıldığı çalışmada, grafenin grafit ile kilitlenmesinin ısıl iletkenliği önemli ölçüde artırdığı doğrulanmıştır. Makine öğrenmesi tabanlı hNN-Grx potansiyeli, kilitli yapılar için 5000 W m⁻¹ K⁻¹'i aşan ısıl iletkenlik değerleri öngörerek fonon taşınım verimliliğine ilişkin deneysel hipotezleri doğrulamış ve üstün bir doğruluk sunmuştur.
Özet (Çeviri)
This thesis presents a comprehensive investigation into the development of advanced carbon-based composite materials tailored for aerospace applications, encompassing synthesis, experimental characterization, and molecular dynamics simulations. Initially, graphite/graphene/polyaniline (GGP) composites were synthesized to analyze the impact of graphene concentration and high pressure on conductivity. The study identified a critical threshold at 14 wt.% graphene; beyond this point, applying 527 MPa pressure significantly enhanced the material properties due to synergistic interactions between graphene layers and PANI chains. The optimized sample (GGP-14 under pressure) exhibited exceptional thermal conductivity (2253 W/m·K) and electrical conductivity (210 S/cm). In the second phase, these GGP nanocomposites were integrated into electrospun polyacrylonitrile (PAN) mats and interleaved within carbon fiber-reinforced epoxy (CFRE) laminates to create multifunctional composites. The results demonstrated that the inclusion of 30 wt.% GGP (30GPC sample) yielded optimal performance, achieving a 34.95% increase in flexural modulus and a peak thermal conductivity of 50.4 W·m⁻¹·K⁻¹ compared to pure CFRE, while also enhancing thermoelectric properties. Finally, the thermal transport mechanisms of interlocked graphene/graphite structures were investigated using Non-Equilibrium Molecular Dynamics (NEMD) simulations. By comparing optimized Tersoff and Hybrid Neural Network (hNN-Grx) potentials, the study confirmed that interlocking graphene with graphite substantially enhances thermal conductivity. The machine learning-based hNN-Grx potential offered superior accuracy, predicting thermal conductivities exceeding 5000 W m⁻¹ K⁻¹ for interlocked structures, thereby validating the experimental hypothesis regarding phonon transport efficiency.
Benzer Tezler
- Enerji, optik sensör ve aktif gıda paketleme alanlarında kullanılmak üzere yüzeyi işlevselleştirilmiş floresans karbon noktaların geliştirilmesi
Development of surface functionalized fluorescence carbon dots for use in energy, optical sensor, and active food packaging areas
MELİS ÖZGE ALAŞ
Doktora
Türkçe
2022
Kimya MühendisliğiMersin ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. RÜKAN GENÇ ALTÜRK
- Farklı asitlerle katkılanmış polianilinin sentezi, karakterizasyonu ve süperkapasitör uygulaması
Synthesis, characterization and supercapacitor application of polyaniline doped with different acids
MERVE METİN ÇELENK
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATMA SENİHA GÜNER
DR. YURDANUR TÜRKER
- Synthesis and applications of new polyaniline-based polymers and its composites
Yeni polianilin esaslı polimer ve kompozitlerinin sentezlenmesi ve uygulamaları
FATMA TUBA ÇOĞALMIŞ
Doktora
İngilizce
2025
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
- Polianilin/aktif karbon kompozit maddesinin sentezi, karakterizasyonu ve iletken film yapımı
Synthesis and characterization of polyaniline/activated carbon compozites and preparation of conductive films
GÜLLÜ KALAYCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2008
KimyaKahramanmaraş Sütçü İmam ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HÜSEYİN ZENGİN
- Light-driven synthesis of bio-based polymers and their supercapacitance investigation
Biyo-temelli polimerlerin ışığa dayalı sentezi ve süperkapasitans incelemeleri
SENA ERMİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ KIŞKAN
DOÇ. DR. KEREM KAYA