Identification of mechanical properties of graphene-epoxy nanocomposites using nanoindentation technique
Nanoindentasyon yöntemi ile grafin-epoksi nanompozitlerin mekanik özelliklerinin belirlenmesi
- Tez No: 312194
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGEN ÜMİT ÇOLAK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2012
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 77
Özet
Gelişen teknoloji, topluma birçok alanda gün geçtikçe daha üstün performanslar sergileyen ileri malzemeler kullanma imkanı tanımaktadır. Kompozit malzemeler de söz konusu malzemeler sınıfında yer almaktadır. Kullanıldıkları araç ve gereçlerde hafiflik sağlamalarının yanı sıra, enerji tüketiminin azaltılmasında da büyük rol oynarlar.Sahip oldukları güçlü karbon-karbon bağları sayesinde karbon temelli malzemeler kompozitlerde en sık kullanılan takviye elemanlarındandır. Özellikle nano boyutta sentezlenen parçacıklar katıldıkları matrislerde çok daha iyi sonuçlar verirler.Grafin tek duvarlı bir karbon nanotüpün açılmış haline benzer bir yapıya sahiptir. Tekil bir katman halindense daha çok plaka yığınları halinde mevcutturlar. Ancak tek veya birkaç bir plaka şeklinde sentezlendiklerinde tek duvarlı karbon nanotüplerden daha iyi bir biçimde mekanik özelliklerini matrislere aktarırlar.Nano malzemelerin nispeten pahalı olması, yapı elemanı olarak kullanılmasının yanı sıra kaplamada da kullanılmaları gibi sebeplerden dolayı, malzeme karakterizasyonunun çekme deneyi ile yapılması zordur. Nanoindentasyon testleri bu tür zorluklara bir çözüm olarak ortaya çıkmıştır. Çekme testleri ile kıyaslandığında çok küçük boyutlarda ve miktarlarda numuneler test için yeterli olabilmektedir.Her ne kadar birçok ilerleme kaydedildi ise de, normalde çekme testinden elde edilen ve malzemenin mekanik özellikleri hakkında bilgi veren gerilme-gerinim eğrisininnanoindentasyon testi ile kesin tespiti için daha çok çalışmaların yapılması gerekmektedir.Bu tez çalışmasında üretimi ve nanoindentasyon testleri tez yürütücüsü Prof. Dr. Özgen Ü. ÇOLAK ve Ardavan ZANDIATASHBAR tarafından gerçekleştirilen grafin-epoksi nanokompozitlerin viskoplastik malzeme özelliklerinin nanoindentasyon testleri ve sayısal modellemeleri yolu ile tespit edilmesi araştırılmıştır.Tez beş bölümden oluşmaktadır. İlk bölümde literatür özeti, tezin amacı ve hipotez verildikten sonra ikinci ve üçüncü bölümlerde söz konusu malzeme ve yöntem hakkında detaylı bir literatür taraması sunulmuştur. Dördüncü bölümde nanoindentasyon ile viskoplastik parametre tespit yöntemi anlatılmıştır. Beşinci bölümde sonuç ve öneriler sunulmuştur.İkinci bölümde ilgili malzeme hakkında genel bilgiler verilmiştir. Grafin, epoksi ve grafin-epoksi nanokompozitin yapısı, özellikleri ve çeşitli sentezleme yöntemleri hakkında kısa bir bilgilendirme yapılmıştır. Grafinin diğer karbon temelli nano malzemelerle kıyaslandığında sahip olduğu artılar ve eksiler anlatılmıştır.Nanoindentasyon tekniğinin ortaya çıkışı ve elastisite modülünün tespiti için kullanılan nanoindentasyonun teorik temeli üçüncü bölümde ele alınmıştır. Brinell' den başlayarak sertlik ölçme tekniği ve indentasyon kontağını açıklamak için geliştirilen teoriler açıklanmıştır. Elastisite modülü tespit yöntemine yapılan katkılar çalışmaların tarihsel sırasına göre anlatılmıştır. Söz konusu yöntemin viskoplastik malzemelere uygulanabilirliği ifade edilmiştir.Dördüncü bölümde grafin-epoksi nanokompozitin nanoindentasyon testleri ve nanoindentasyonun sayısal benzetimleri kullanarak viskoplastik malzeme özelliklerini tespit yöntemi tahlil edilmiş ve olumlu sonuçlar elde edilmiştir. Yöntemin tahlili sırasında nanoindentasyonun sayısal modellemesi ile ilgili bir takım tespitlerde bulunulmuştur.Beşinci bölümde, yapılan çalışmalarda elde edilen sonuçlar özet biçiminde anlatılmıştır.
Özet (Çeviri)
Developing technology let society use more sophisticated materials by which better performance is gained in many fields of application. Composite materials are some of those associated materials. While they provide with lighter devices, vehicles etc., they decreases the amount of energy to be consumed.Thanks to its strong C-C bonds, carbon-based materials are some of the mostly used reinforcement phases in composites. Especially when they are synthesized to nano sizes, better results are observed in the matrices where they are added.Graphene has the unrolled form of carbon nanotubes which has great mechanical properties. It usually exists in the form of agglomeration of plates rather than a single layer. When it is produced as single or several layers, it exhibits better performance and transfers its excellent properties to the matrix better than single walled carbon nanotubes do.The factors such as relatively high production costs, and use of nanomaterials and any other technological materials as coating besides as structural elements make tensile test a challenging method for material characterization. Nanoindentation test is a goodsolution for such constraints. Compared to a tensile test, very small and less numbers of specimens are enough for a nanoindentation test.Although much progress has been made, more steps are needed to be taken for the exact determination of stress-strain curves using nanoindentation tests, which is originally gained from tensile tests.In this study the determination of viscoplastic material properties of a graphene-epoxy nanocomposite, of which the production and the nanoindentation experiments was performed by the thesis coordinator Prof. Özgen Ü. ÇOLAK, and Ardavan ZANDIATASHBAR, using the tests and numerical models of nanoindentation were researched.This thesis consists of five chapters. After giving a literature abstract, purpose of the thesis, and hypothesis in the first chapter, a detailed literature review on the material, and the method were presented in the second and third chapters, respectively. In the fourth chapter, the method of determination of viscoplastic parameters using nanoindentation was introduced. Finally, the results were discussed in the last chapter.In the second chapter, brief information about the structure, properties and various synthesis methods of graphene, epoxy and graphene/epoxy nanocomposite were given. Advantageous and disadvantageous of graphene compared to other carbon based nano materials were explained.Third chapter covers the emergence of nanoindentation technique, and the theoretical base of nanoindentation to obtain young?s modulus. Beginning with Brinell, hardness measurement techniques and then theories developed to explain the indentation contact were indicated. The contributions done to the method of derivation of Young?s modulus were provided in accordance with the dates of the works. Applicability of the method for viscoplastic materials was stated.In chapter four, method of derivation of viscoplastic material properties of graphene-epoxy nanocomposite using nanoindentation tests and numerical simulations was examined and positive results were gained. While examining this method some determinations were done on the numerical modelling of nanoindentation.Results were briefly discussed in the chapter five.
Benzer Tezler
- Pin on disk test düzeneği ile aşınma karakteristiklerinin modellenmesi
Modelling of wear characteristics using a pin on disk test apparatus
MEHMET TUNÇ TUNÇEL
Doktora
Türkçe
2020
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İLYAS İSTİF
- Influence of interface structure on the nanotribological properties of exfoliated graphene
Arayüz yapısının mekanik soyma yöntemiyle elde edilen grafenin nanotribolojik özelliklerine etkisi
ARDA BALKANCI
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Makine Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. MEHMET ZEYYAD BAYKARA
- First-principles investigation of novel single-layers and heterostructures of group III-IV elements
Grup III ve IV elementlerinin tek katmanlı ve heteroyapılarının ilk prensipler ile incelenmesi
YANKI ÖNCÜ YAYAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Kimyaİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüKimya Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÜMİT HAKAN YILDIZ
PROF. DR. HASAN ŞAHİN
- Theoretical investigation of structural, vibrational, electronic, and elastic properties of ultra-thin anisotropic materials
Ultra-ince anizotropik malzemelerin yapısal, titreşimsel, elektronik ve elastik özelliklerinin teorik incelenmesi
KADİR CAN DOĞAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET YAĞMURCUKARDEŞ
DOÇ. DR. SERKAN ATEŞ
- Microscopy and spectroscopy of graphene: Atomic scale structure and interaction with foreign atom species
Başlık çevirisi yok
RECEP ZAN