Nanolif takviyeli ve karbon nanomalzeme destekli esnek nanokompozit yapıların piezoelektrik davranışlarının incelenmesi
Investigation of the piezoelectric behavior of flexible nanocomposi̇te structures reinforced with nanofibers and supported by carbon nanomaterials
- Tez No: 1012645
- Danışmanlar: PROF. DR. YAKUP AYKUT, PROF. DR. RECEP EREN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Nanosensörler, Nanosensors
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Bursa Uludağ Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışmada ilk olarak, grafen oksit (GO) katkılı poliakrilonitril (PAN), poliviniliden florür (PVDF) nanolifler ve GO ve indirgenmiş grafen oksit (rGO) katkılı PAN/PVDF moleküler karışımlı nanolifler elektroçekim yöntemiyle üretilmiş ve karakterize edilmiştir. Hem GO nanoparçacıklar hem de GO katkılı nanoliflerin indirgenme işlemi, L-askorbik asit (LAA) ve sodyum borohidrür (SB) kullanılarak kimyasal indirgeme yöntemi ile gerçekleştirilmiştir Matris olarak polidimetilsiloksan (PDMS) kullanılarak esnek titreşim sensörler oluşturulduktan sonra piezoelektrik algılama performansları incelenmiş ve karşılaştırılmıştır. Nanolif yüzeylerin içerisindeyken grafen oksidin indirgenmesinin, esnek sensörün piezoelektrik performansını etkili bir şekilde artırdığı gösterilmiştir. PAN ve PVDF'nin moleküler olarak harmanlanıp nanoliflerde birlikte kullanıldığında, GO ilavesi ve ardından gelen indirgeme işlemi ile katalizlenen sinerjik piezoelektrik etki ile birbirlerinin piezoelektrik özelliklerini destekleyip güçlendirerek çıkış voltajını önemli ölçüde artırdığı gözlemlenmiştir. İkinci olarak, karbon nanoliflere (CNF) LAA ve SB ile kimyasal yüzey modifikasyonu gerçekleştirilmiştir. Bu bağlamda, PAN esaslı CNF'ler elektroçekim ve ardından gelen ısıl işlem adımlarıyla üretilmiştir. PDMS ve Ecoflex 0030 matrisleri ayrı ayrı kullanılarak CNF takviyeli esnek titreşim sensörleri geliştirilmiştir. Yüzey modifikasyonunun esnek piezoelektrik sensörlerin hassasiyeti ve mekanik mukavemeti üzerindeki etkisi araştırılmıştır. SEM görüntüleri, karbonizasyon işleminden sonra nanolif çapında önemli bir azalmanın gözlemlendiğini ve bu azalmanın yüzey modifikasyon işlemlerinden sonra daha da arttığını ortaya koymuştur. Mekanik analizlerde, PDMS matrisinde takviye elemanı olarak kullanılan CNF-SB nanolifler %52'ye varan önemli iyileştirmeler göstermiş ve böylece sensör dayanıklılığını desteklemiştir. CNF'lerin PDMS matrisine dahil edildiği sensörlerde, çıkış sinyali 1,69 V'tan 1,72 V'a %1,18 arttı. Ecoflex sensörü, 1,86 V ile en yüksek sensör sinyalini üretti. Bu sonuçlar, CNF tabanlı esnek sensörlerde farklı matrislerin ve yüzey modifikasyon ajanlarının nanoliflerin elektriksel ve mekanik özelliklerinde önemli etkilere sahip olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, graphene oxide (GO)-doped polyacrylonitrile (PAN), polyvinylidene fluoride (PVDF) nanofibers, and GO and reduced graphene oxide (rGO)-doped PAN/PVDF molecular blend nanofibers were produced and characterized by electrospinning. The reduction of both GO nanoparticles and GO-doped nanofibers was carried out by chemical reduction using L-ascorbic acid (LAA) and sodium borohydride (SB). After fabricating flexible vibration sensors using polydimethylsiloxane (PDMS) as the matrix, their piezoelectric sensory performances were investigated and compared. It was shown that the reduction of graphene oxide within the nanofiber surfaces effectively enhanced the piezoelectric performance of the flexible sensor. When PAN and PVDF were molecularly blended and used together in nanofibers, it was observed that the synergistic piezoelectric effect catalyzed by the addition of GO and the subsequent reduction process supported and strengthened each other's piezoelectric properties, significantly increasing the output voltage. Secondly, chemical surface modification was performed on carbon nanofibers (CNF) with LAA and SB. In this context, polyacrylonitrile CNFs were produced by electrospinning and subsequent heat treatment steps. CNF-reinforced flexible vibration sensors were developed using PDMS and Ecoflex 0030 matrices separately. The effect of surface modification on the sensitivity and mechanical strength of flexible piezoelectric sensors was investigated. SEM images revealed that a significant decrease in nanofiber diameter was observed after the carbonization process, and this decrease was further increased after surface modification processes. In mechanical strength tests, CNF-SB nanofibers used as reinforcement elements in the PDMS matrix showed significant improvements of up to 52%, thus supporting sensor durability. In sensors where CNFs were incorporated into a PDMS matrix, the output signal increased by 1.18%, from 1.69 V to 1.72 V. The Ecoflex sensor produced the highest sensor signal at 1.86 V. These results demonstrate that different matrices and surface modification agents have significant effects on the electrical and mechanical properties of nanofibers in CNF-based flexible sensors.
Benzer Tezler
- Fabrication and investigation of carbon nanotube reinforced aluminum matrix composite material
Karbon nanotüp takviyeli alüminyum matrisli kompozit malzeme üretimi ve özelliklerinin incelenmesi
BEDRİ ONUR KÜÇÜKYILDIRIM
Doktora
İngilizce
2012
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞEGÜL AKDOĞAN EKER
- Production and characterization of biodegradable nanofibrous mats for food packaging applications
Gıda paketleme uygulamalari için biyolojik olarak parçalanabilir nanolifli matlarin üretimi ve karakterizasyonu
SALIH BIRHANU AHMED
Doktora
İngilizce
2025
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HARUN ÇUĞ
DOÇ. DR. YASİN AKGÜL
- Hidrofobik dolgu içeren polimerik kompozitlerin uzun dönem su emme davranışlarının incelenmesi
Investigation of long-term water absorption behavior of polymer composites containing hydrophobic filler
NURTEN EKİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Kimya MühendisliğiAfyon Kocatepe ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET GALİP İÇDUYGU
- Production of carbon nanotube reinforced nanoprepregs and their characterization
Karbon nanotüp takviyeli nanoprepreglerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
BEYZA BOZALİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ELİF ÖZDEN YENİGÜN
- Nano malzeme içeren karbon lif takviyeli iki farklı epoksi reçineli kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the mechanical properties of two different epoxy resin composite materials containing nanomaterials and carbon fiber reinforcement
BÜŞRA ÇAKIR
Doktora
Türkçe
2025
Tekstil ve Tekstil MühendisliğiErciyes ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ABDULKADİR BİLİŞİK
PROF. DR. ÖZGÜR DEMİRCAN