Geri Dön

Innovative hybrid composite nanomaterials

Yenilikçi hibrit kompozit nanomalzemeler

PDF İndir

  1. Tez No: 444575
  2. Yazar: ZELİHA SORAN ERDEM
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Biyoteknoloji, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Biotechnology, Electrical and Electronics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Oligomer nanoparçacıklar, kuvantum noktacıklar, ışık yayan diyotlar (LEDs), ışınımsız enerji transferi (NRET), süperparamagnetik demir oksit nanoparçacıklar (SPIONs), manyetik rezonans görüntüleme (MRG), Oligomer nanoparticles, quantum dots, light-emitting diodes (LEDs), nonradiative energy transfer, superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPIONs), magnetic resonance imaging (MRI)
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
  10. Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 181

Özet

Dijital aydinlatma ve biyogörüntüleme gelişmekte olan önemli araştırma alanlarındandır. Nanoteknoloji, sunduğu geniş yüzey/hacim oranına sahip, yüksek verimlilikli ve düşük toksisiteye sahip nanoboyuttaki parçacıkların yanı sıra fonksiyonelleşmeyi, verimli kaliteli aydınlatmayı ve gelişmiş biyouyumlu görüntülemeyi mümkün kılması nedeniyle bu uygulamaların merkezinde bulunmaktadır. Optoelektronik ve görüntüleme alanlarında sıklıkla kullanılan, aynı zamanda tümü bu tez kapsamında aydınlatma ve görüntüleme için kolloid yaklaşımlar kullanılarak geliştirilen hibrit kompozitlerde çalışılan nanoparçacıklar (NP) arasında kolloidal yarıiletken kuvantum noktacıklar (KN), kolloidal konjuge polimer nanoparçacıklar ve kolloidal demir oksit nanoparçacıklar (DO NP) yer almaktadır. Işıyan inorganik nanoparçacıklar olarak kolloidal KN'ler, birçok optoelektronik ve biyomedikal uygulamalar için oldukça ilgi çekicidir. Bu yapılar, geniş soğurma bandı, yüksek kuvantum verimliliği ve dar ışıma spektrumu gibi birçok avantaja sahip olmalarına rağmen, kadmiyum içerikli yapıları nedeniyle geri dönüşümleri için ciddi endişeler barındırmaktadırlar. Alternatif olarak, göreceli olarak daha az toksik yapıdaki ışıyan polimer nanoparçacıklar veya oligomer nanoparçacıklar öne çıkmaktadır. Ancak, katı fazda azalan ışıma verimlilikleri ve dayanıklılıkları, bu malzemelerin yaygın katı hal aydınlatma uygulamalarında kullanımları için büyük bir engel teşkil etmektedir. Bu problemlere çözüm olarak bu tezin ilk kısmında katı hal aydınlatmada kullanımları için oligomer nanoparçacıkların yeni hibrit kompozit malzeme sistem tasarımlarını önerdik ve gösterdik. İlk olarak, önermiş olduğumuz kristalizasyon yöntemi ile katı haldeki oligomer nanoparçacıkların ışıma verimliliklerinin ve dayanıklılıklarının istatistiksel olarak anlamlı derecede arttığını gösterdik. Burada, bahsi geçen basit ve ucuz yaklaşım ile oligomer nanoparçacık yekpare taşlar, bu kristallerin tozlarından oluşturulmuştur. Kuvantum noktacıkların kullanımındaki birtakım dezavantajlara rağmen, yüksek kuvantum verimlilikleri ve dar bant ışımaları, bu malzemeleri katı hal aydınlatma için halen çok değerli kılmaktadır. Ancak, düşük katı film verimlilikleri, halen üzerinde durulması gereken önemli bir problemdir. Bu bakış açısıyla, bu tezde, nanoışıyıcıların ışıma kapasitelerinin artırılması amacıyla ışınımsız enerji transferine izin veren KN yüklenmiş kristal matrislerden yararlandık. Antrasin, ilginç bir kristal yarıiletken organik molekül olduğu için antrasini mesken verici ortam olarak ve kristale gömülen KN'leri ise eksiton alıcı olarak kullandık. Burada, antrasin ışıma tepelerinin her birinden kuvantum noktacıklara olan ışınımsız enerji transferini sistematik olarak inceledik. Ayrıca, hazırlanan bu kompozit sistemin ışık yayan diyotlar (LEDs) üzerinde renk dönüştürücü olarak kullanımını ve KN'lerin bu kristal sistemi içerisindeki polarizasyon oranlarının değişimlerini de gösterdik. Bu tez çalışmasının ikinci kısmında, kolloidal nanoparçacıkları kullanarak kontrast malzemesini geliştirdiğimiz manyetik rezonans görüntüleme (MRG), iyi bir yumuşak doku kontrastı sağlayan ve yüksek üç boyutlu çözünürlüğe sahip güçlü bir tanısal cihazdır. Bu yöntem, ilgilenilen bölgenin daha aydınlık görünmesini sağlayan T1- veya daha karanlık görünmesini sağlayan T2-ağırlıklı görüntüler oluşturmaktadır. Süperparamagnetik DO NP'ler, T2-ağırlıklı kontrast ajanlarının önemli bir üyesi olup, düşük toksisite özelliğine sahiptir. Ancak, oluşturdukları karanlık kontrast nedeniyle anatomik detayların ayırt edilmesi konusunda ciddi problemlere neden olmaktadırlar. Bu nedenle T1- ve T2-ağırlıklı özelliklerin tek bir DO üzerinde birleştirilmesi (çift-modlu kontrast) MRG için önemli bir gelişmedir. T1- ve T2-ağırlıklı görüntüleme yeteneğine sahip çift-modlu kontrast ajanlarına duyulan gereksinimi karşılamak amacıyla, bu tezde yükse tekil dağılımlı süperparamagnetik küp DO NP'ler sentezledik. In vivo MRG deneyleriyle birlikte yürütttüğümüz manyetik karakterizasyon çalışmaları, bu nanoparçacıkların çift-modlu görüntüleme için umut vaat edici özelliklerine sahip olduğunu gösterdi. Paramagnetik malzemelerin yüklenmesi veya nanoparçacık boyutunun 5 nm altında olacak şekilde küçültülmesi gibi yaklaşımlar kullanılmadan görülen bu çift-modlu görüntüleme etkisindeki artış, bizi T1 ve T2 relaksasyonlarının DO NP'lerinin boyutuna ve şekline bağlı ilişkisini artırmaya yöneltti. Bu çalışmada, magnetit DO NP'lerin kendiliğinden içlerinde barındırdıkları bir paramagnetik faz olduğunu bulduk. Ayrıca, bu paramagnetik katkının küp yapıdaki nanoparçacıklarda küre şeklindekilere kıyasla daha fazla olduğunu ve tekil dağılıma sahip süperparamagnetik nanoküplerde de bu nedenle çift-modlu görüntüleme etkisinin daha kuvvetli görüldüğünü gösterdik.

Özet (Çeviri)

Digital lighting and bio-imaging are two emerging crucial research fields. Nanotechnology stands in the center of these applications by providing nano-scale particles possessing large surface-to-volume ratios, high efficiency, and low toxicity while allowing for functionalization, efficient quality lighting and improved biocompatible bio-imaging. Some of the frequently employed nanoparticles in optoelectronics and imaging are colloidal semiconductor quantum dots, colloidal conjugated polymer nanoparticles, and colloidal iron oxide nanoparticles, all of which we have studied using colloidal approaches to make hybrid composites for lighting and imaging in this thesis. Fluorescent inorganic nanoparticles of colloidal quantum dots (QDs) attract significant interest for many optoelectronic and biomedical applications. Although they possess numerous advantages including broad absorption band, high quantum yield, and narrow emission spectrum, there are serious concerns on their recycling due to their cadmium-based composition. Alternatively, relatively low toxic organic uorescent polymer nanoparticles or oligomer nanoparticles have stepped forward. However, their reduced emission efficiency and stability in solid state is an important limitation for their use in wide-spread solid-state lighting applications. To address these problems, in the first part of this thesis, we proposed and demonstrated the design of new hybrid composite material systems of oligomer nanoparticles to be used in solid-state lighting. We first showed that the emission efficiency and stability of the oligomer nanoparticles in solid state are significantly improved based on our proposed crystallization technique. Here, using this simple and low-cost approach, oligomer nanoparticle monoliths were obtained from the powders of these crystals. Despite the disadvantages of using QDs, their high quantum efficiency and narrow-band emission still make them a valuable asset for solid-state lighting. However, the decrease in solid-film efficiencies is still an important issue to be addressed. With this perspective, in this thesis we utilized the incorporation of QDs into crystalline matrices allowing for the nonradiative energy transfer (NRET) to improve the emission capability of the nano-emitters. Since it is an interesting crystalline semiconductor organic molecule, we employed anthracene as the host donor medium and incorporated the quantum dots being exciton acceptors. Here, we systematically investigated the NRET from each anthracene emission peak to QDs and demonstrated the use of this composite system on LEDs as color converters and the polarization ratio change of quantum dots within this crystal system. Magnetic resonance imaging (MRI), for which we also developed colloidal contrast agents using nanoparticles (NPs) as the second part of this thesis, is a powerful diagnostic tool providing good soft tissue contrast and high spatial resolution. It produces T1- and T2-weighted images, in which the region of interest is observed as brighter and darker contrast, respectively. Superparamagnetic iron oxide (IO) NPs are an important member of T2-weighted contrast agents possessing low toxicity. However, they suffer from poor anatomic details due to their darker contrast. Therefore, combining T1- and T2-weighted features in a single IO NP (dual-modal contrast) is a major step for improving MRI contrast. In order to meet the requirement for dual-modal contrast agents, which possess both T1-and T2-weighted imaging capability, in this thesis we synthesized highly monodisperse superparamagnetic cubic IO NPs. Magnetic characterizations along with in vivo MRI experiments demonstrated that these nanoparticles hold great promise for dual-modal imaging. This increased dual-modal effect without paramagnetic material doping or decreasing the size of nanoparticles smaller than 5 nm directed us to understand the relation of the T1 and T2 relaxations depending on the IO NP size and shape. Here, we showed the presence of intrinsic paramagnetic phase in magnetite IO NPs. Moreover, we demonstrated that this contribution is higher in IO NPs possessing cubic shape compared to the spherical counterparts, which explains the increased dual-modal effect in the monodisperse superparamagnetic nanocubes.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    876305

    Çamaşır makinesi atık suyunun arıtımı ve yeniden kullanımı için selüloz nanofibril kaplamalı nanolif membranların geliştirilmesi

    Development of cellulose nanofibrile coated nanofiber membranes for the treatment and reuse of washing machine wastewater

    SEZER GENÇTÜRK

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. DERYA YÜKSEL İMER

  2. Tez No

    719166

    Upcycling to sustainable conversion of polypropylene waste to graphene grown talc hybrids as additive for efficient thermoplastic processing and its systematic life cycle assessment

    İleri dönüşüm tekniği ile polipropilen atıkların sürdürülebilir şekilde katkı malzemesi olarak verimli termoplastik işlemede kullanmak için talk üzerinde büyütülen grafen hibritlerine dönüşümü ve sistematik yaşam döngüsünün değerlendirmesi

    ATAKAN KOÇANALI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    KimyaSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN

  3. Tez No

    243759

    Plastik matrisli hibrit kompozitlerde doku bileşenlerinin mekanik özelliklere etkisi

    Effect of component tissue on mechanical properties of hybrid composites

    BURCU ŞARDAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2009

    Metalurji MühendisliğiYıldız Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET ÜNAL

  4. Tez No

    753592

    Nano AlN ilaveli Az91/%15 SiC kompozit malzemelerin ekstrüzyonu, korozyon ve termal özelliklerinin incelenmesi

    Extrusion, corrosion, and investigation of thermal properties of nano AlN added Az91/15% SiC composite materials

    BENGÜ AKIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Metalurji MühendisliğiKarabük Üniversitesi

    Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HAYRETTİN AHLATCI

  5. Tez No

    899640

    A sustainable approach for thermoplastic composites withtailorable characteristics by thermokinetic hybridization of waste cellulose and vermiculite

    Atık selüloz ve vermı̇külı̇tı̇n termokı̇netı̇k hı̇brı̇dizasyonu ı̇leözelleştı̇rı̇lebı̇lı̇r nı̇telı̇klere sahı̇p termoplastı̇k kompozı̇tlerı̇çı̇n sürdürülebı̇lı̇r yaklaşım

    GİZEM SEMRA ARITÜRK

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2024

    KimyaSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YUSUF ZİYA MENCELOĞLU

Geri Dön