Geri Dön

Nanomalzeme takviyeli hibrit kompozitlerin elektriksel ve termal özelliklerinin araştırılması

Investigation of electrical and thermal properties of nanomaterial reinforced hybrid composites

PDF İndir

  1. Tez No: 1023432
  2. Yazar: ZÜLFÜ DOĞAN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. MEMDUH KARA, DOÇ. DR. ALPER GÜNÖZ
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Mühendislik Bilimleri, Engineering Sciences
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Mersin Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Bu çalışmada, farklı nanopartikül katkılı elyaf takviyeli epoksi kompozit sistemlerin elektriksel ve termal özellikleri sistematik olarak incelenmiştir. Bu kapsamda grafen nanoplatelet (GNPs) ve bor nitrür (BN) nanopartikülleri ile modifiye edilen kompozit yapıların performansı değerlendirilmiş; elyaf yapısı ve nano katkı türünün malzeme davranışı üzerindeki etkileri karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Karbon, cam ve kevlar elyafları kullanılarak üretilen tekli, ikili ve üçlü kompozit sistemler, el yatırma yöntemiyle 12 katmanlı olarak hazırlanmış ve yedi ana grup altında incelenmiştir. Her bir grup, saf (katkısız), GNPs katkılı ve BN katkılı varyasyonlardan oluşturulmuştur. Tüm numunelerde ısı iletim katsayısı, termal yayınım katsayısı, özgül ısı ve elektriksel iletkenlik ölçümleri gerçekleştirilmiş; ayrıca TGA, DSC ve DMA analizleri ile termal ve termo-mekanik davranışlar değerlendirilmiştir. Elektriksel ölçümler, tüm kompozit sistemlerin genel olarak yalıtkan karakterde olduğunu ve iletkenlik değerlerinin yaklaşık 10-10 S/cm mertebesinde kaldığını göstermiştir. GNPs katkısı ile sınırlı düzeyde iletkenlik artışları gözlenirken, BN katkısının sistemin yalıtkan davranışını koruduğu belirlenmiştir. Elektron taşınımının büyük ölçüde parçacıklar arası tünelleme mekanizması ile gerçekleştiği değerlendirilmiştir. Termal iletim özellikleri açısından, karbon elyaf takviyeli sistemlerin daha yüksek ısı iletim ve termal yayınım değerleri sergilediği, kevlar ve cam elyaflı sistemlerin ise daha düşük ve değişken termal performans gösterdiği belirlenmiştir. GNPs katkısının genel olarak ısı transferi ve termal yayınım üzerinde daha etkili olduğu, BN katkısının ise termal kararlılık üzerinde daha belirgin bir etki gösterdiği gözlenmiştir. TGA analizleri, BN katkılı kompozitlerin en yüksek termal stabiliteyi sergilediğini ve genel termal dayanım sıralamasının BN > GNPs > saf kompozitler şeklinde olduğunu ortaya koymuştur. DSC analizleri ise nano katkıların epoksi matrisin kürlenme davranışı ve termal reaksiyon süreçleri üzerinde etkili olduğunu, bu etkinin farklı elyaf türlerine bağlı olarak değişkenlik gösterdiğini göstermiştir. DMA sonuçları, lif türünün mekanik davranış üzerinde temel belirleyici olduğunu ortaya koymuştur. Karbon elyaflı sistemler yüksek rijitlik (E′) değerleri ile öne çıkarken, kevlar elyaflı sistemler daha yüksek sönümleme kapasitesi (tan δ) sergilemiştir. Cam elyaflı sistemler ise daha yüksek cam geçiş sıcaklığı (Tg) değerleri ile termomekanik stabilite açısından avantaj sağlamıştır. BN katkısının rijitliği artırdığı, GNPs katkısının ise enerji sönümleme davranışını geliştirdiği belirlenmiştir. Genel olarak elde edilen sonuçlar, kompozit sistemlerin termal, elektriksel ve mekanik özelliklerinin elyaf yapısı ve nanopartikül türü ile birlikte güçlü biçimde kontrol edilebildiğini göstermektedir. GNPs ve BN nanopartikülleri, farklı fiziksel mekanizmalar üzerinden sistem performansını yönlendirmekte olup, bu durum nano-takviye seçiminin çok fonksiyonlu kompozit tasarımında kritik bir parametre olduğunu ortaya koymaktadır.

Özet (Çeviri)

In this study, the thermal, electrical, and thermo-mechanical properties of fiber-reinforced epoxy composite systems modified with different nanoparticle additives were systematically investigated. In this context, the effects of graphene nanoplatelets (GNPs) and boron nitride (BN) nanoparticles on composite performance were evaluated, and the influence of fiber structure and nanoparticle type on material behavior was comparatively analyzed. Single, binary, and ternary composite systems reinforced with carbon, glass, and Kevlar fibers were fabricated using the hand lay-up method in a 12-layer configuration and classified into seven main groups. Each group consisted of neat (unfilled), GNPs-reinforced, and BN-reinforced variations. For all specimens, thermal conductivity, thermal diffusivity, specific heat capacity, and electrical conductivity measurements were performed. In addition, thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), and dynamic mechanical analysis (DMA) were conducted to evaluate thermal and thermo-mechanical behavior. Electrical measurements indicated that all composite systems exhibited generally insulating behavior, with electrical conductivity values remaining on the order of approximately 10-10 S/cm. While GNPs addition led to limited improvements in electrical conductivity, BN addition preserved the insulating nature of the systems. Electron transport was mainly attributed to inter-particle tunneling mechanisms. Regarding thermal transport properties, carbon fiber-reinforced systems exhibited higher thermal conductivity and thermal diffusivity values, whereas Kevlar- and glass-fiber systems showed lower and more variable thermal performance. GNPs were found to be more effective in enhancing heat transfer and thermal diffusivity, while BN had a more pronounced effect on improving thermal stability. TGA results revealed that BN-reinforced composites exhibited the highest thermal stability, with an overall thermal resistance ranking of BN > GNPs > neat composites. DSC analysis indicated that nanoparticle additions influence the curing behavior of the epoxy matrix and thermal reaction processes, with this effect varying depending on fiber type. DMA results demonstrated that fiber type is a dominant factor governing mechanical behavior. Carbon fiber composites exhibited high storage modulus (E′) values, indicating high stiffness, whereas Kevlar-reinforced systems showed higher damping capacity (tan δ). Glass fiber systems exhibited higher glass transition temperatures (Tg), indicating superior thermomechanical stability. BN addition primarily enhanced stiffness, while GNPs improved energy dissipation behavior. Overall, the results demonstrate that the thermal, electrical, and mechanical properties of composite systems can be effectively tailored through fiber structure and nanoparticle type. GNPs and BN nanoparticles influence system performance through different physical mechanisms, highlighting that nanoparticle selection is a critical parameter in the design of multifunctional composite materials.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    841887

    Toz metalürjisi yöntemi ile AA6061/TiB2/grafen hibrid kompozit malzemelerin üretimi, mikroyapı ve mekanik özelliklerinin araştırılması

    Production of AA6061/TiB2/graphene hybrid composite materials by powder metallurgy method and investigation of microstructure and mechanical properties

    EYÜP KUTAY ÇAKIROĞLU

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Metalurji MühendisliğiGazi Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. RAMAZAN ÇITAK

  2. Tez No

    960083

    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

    Türkçe

    2025

    Kimya MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ELÇİN YILMAZ

    DR. MUSTAFA DOĞU

  3. Tez No

    957118

    Havacılık uygulamaları için grafen ve bor nitrür takviyeli karbon elyaf epoksi hibrit kompozitlerin geliştirilmesi

    Development of graphene and boron nitride reinforced carbon fabric epoxy hybrid composites for aviation applications

    ATAKAN YILMAZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2025

    Makine MühendisliğiBursa Teknik Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN BAYRAK

    PROF. DR. AYŞE BEDELOĞLU

  4. Tez No

    996193

    Grafen takviyeli karbon elyaf kompozit malzemelerin mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi

    Improvement of the mechanical performance of carbonfiber composites reinforced with graphene

    SEDAT ENES SARI

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2026

    Makine MühendisliğiErciyes Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. UMUT ÇALIŞKAN

  5. Tez No

    389211

    Mechanical enhancement of woven composite with vertical aligned carbon nanotubes: Investigation of interlaminar shear strength property of nano-stitched laminated composites

    Karbon nanotüpler kullanılarak kompozitlerin mekanik özelliğinin geliştirilmesi: Nano-dikişli lamine kompozitlerin lamineler arası kayma mukavemetinin incelenmesi

    İDRİS GÜRKAN

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. HÜLYA CEBECİ

Geri Dön