Termoelektrik malzeme olarak karbon nanotüp/ftalosiyanin/polianilin üçlü kompozitlerinin geliştirilmesi
Development of carbon nanotube/phthalocyanine/polyaniline ternary composites as thermoelectric materials
- Tez No: 1018935
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FUAT ERDEN, DOÇ. DR. EBRU YABAŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Polimer Bilim ve Teknolojisi, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Metallurgical Engineering, Polymer Science and Technology, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu doktora tez çalışmasında, giyilebilir elektronik cihazlara yönelik esnek ve yüksek performanslı termoelektrik jeneratörlerin geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu doğrultuda, tek duvarlı karbon nanotüp (SWNT), ftalosiyanin (Pc) türevleri ve polianilin (PANI) bazlı birbirine nüfuz eden üçlü kompozit ağlar sentezlenmiş ve detaylı olarak karakterize edilmiştir. SWNT ve ftalosiyaninden oluşan ikili sistemlerde gözlenen faz ayrışması ve yüksek eklem direncini azaltmak amacıyla, anilinin in situ polimerizasyonuna dayalı supramoleküler köprüleme stratejisi uygulanmıştır. Yapıya dahil edilen PANI, elektriksel olarak farklı fazlar arasında konformal ve kesintisiz bir arayüzey köprüsü oluşturarak güçlü π-π istiflenmesi yoluyla taşıyıcı saçılmalarını azaltmış ve taşıyıcı hareketliliğini artırmıştır. Geliştirilen arayüzey mimarisi, enerji filtreleme mekanizması sayesinde Seebeck katsayısını korurken elektriksel iletkenliği belirgin biçimde iyileştirmiştir. Optimum %30 PANI yüklemesinde, metalsiz H2Pc tabanlı yapıda 3732 S cm-1 elektriksel iletkenlik ve 502,7 µW m-1K-2 güç faktörü (PF) elde edilmiştir. Bu değer, tez kapsamında değerlendirilen literatür verileri dikkate alındığında Pc tabanlı termoelektrik malzemeler arasında en yüksek değerlerden biri olarak öne çıkmaktadır. Ancak moleküler yapı ve yük taşıma mekanizmalarındaki farklılıklar nedeniyle metal merkezli ftalosiyanin varyantlarıyla (MPc) doğrudan karşılaştırılmamalıdır. Geliştirilen köprüleme mimarisinin uygulanabilirliği CuPc, CoPc ve ZnPc gibi metalo-ftalosiyanin sistemlerinde de doğrulanmış ve bu yapılarda da yüksek termoelektrik performanslar elde edilmiştir. Son olarak, optimum kompozit yapı PET alttaş üzerinde 5 bacaklı esnek bir termoelektrik jeneratör modülüne dönüştürülmüştür. Üretilen esnek TEG modülü, 30 K sıcaklık farkında 5,3 mV voltaj üretmiş ve insan vücut ısısından doğrudan 1,9 mV potansiyel elde ederek bataryasız giyilebilir sistemler için yüksek uygulama potansiyeli sergilemiştir.
Özet (Çeviri)
In this doctoral thesis, the development of flexible and high-performance thermoelectric generators for wearable electronic devices was aimed. Accordingly, interpenetrating ternary composite networks based on single-walled carbon nanotubes (SWNT), phthalocyanine (Pc) derivatives, and polyaniline (PANI) were synthesized and characterized in detail. To reduce the phase separation and high junction resistance observed in binary systems composed of SWNT and phthalocyanine, a supramolecular bridging strategy based on the in situ polymerization of aniline was applied. The incorporated PANI formed a conformal and continuous interfacial bridge between electrically different phases, reducing carrier scattering and increasing carrier mobility through strong π-π stacking interactions. The developed interfacial architecture significantly improved electrical conductivity while preserving the Seebeck coefficient through the energy filtering mechanism. At the optimum 30% PANI loading, the metal-free H2Pc-based structure exhibited an electrical conductivity of 3732 S cm-1 and a power factor (PF) of 502.7 µW m-1K-2. Considering the literature data evaluated within the scope of this thesis, this value stands out as one of the highest values among Pc-based thermoelectric materials. However, due to differences in molecular structure and charge transport mechanisms, this performance should not be directly compared with metal-centered phthalocyanine variants (MPc). The applicability of the developed bridging architecture was also verified in metallophthalocyanine systems such as CuPc, CoPc, and ZnPc, where high thermoelectric performances were achieved. Finally, the optimum composite structure was converted into a 5-leg flexible thermoelectric generator module on a PET substrate. The fabricated flexible TEG module generated a voltage of 5.3 mV at a temperature difference of 30 K and directly produced a potential of 1.9 mV from human body heat, demonstrating high application potential for battery-free wearable systems.
Benzer Tezler
- Elektromanyetik girişim koruma ve rezonatör uygulamaları için karbon nanotüp/poli(anilin-ko-akrilonitril) kompozitlerinin geliştirilmesi
Development of carbon nanotube/poly(aniline-co-acrylonitrile) composites for electromagnetic interference protection and resonator applications
MERVE ERDEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSivas Bilim ve Teknoloji ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. HÜSNÜ DENİZ BAŞDEMİR
- Termoplastik kompozitlerde elektriksel ve termal özelliklerin nano malzemeler kullanımıyla geliştirilmesi
Improvement of electrical and thermal properties in thermoplastic composites by using nano materials
EZGİ UÇAR
Doktora
Türkçe
2025
Kimya MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ELÇİN YILMAZ
DR. MUSTAFA DOĞU
- Organik maddelerle katkılandırılarak iletken polimerlerin termoelektrik özelliklerinin arttırılması
Enhancing thermoelectric properties of conductive polymers by filling with organic substances
VOLKAN UĞRAŞKAN
- Synthesis and characterization of polyaniline dopedcarbon based nanocomposite materials for aerospaceapplication
Havacılık ve uzay uygulamaları için polianilin katkılıkarbon esaslı kompozit malzemelerin sentezi vekarakterizasyonu
MURAT ÖZLEK
Doktora
İngilizce
2026
Mühendislik BilimleriOndokuz Mayıs ÜniversitesiNanobilim ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ENGİN BURGAZ
- Enhancing thermoelectric properties of n-type Mg3Sb2 Zintl phase through microstructure engineering
Mikrayapı Mühendisliği ile n tipi Mg3Sb2 Zintl fazlarının termoelektrik özelliklerinin geliştirilmesi
MELİS ÖZEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
EnerjiKoç ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ UMUT AYDEMİR