Multi-scale self-healing nanocomposite shielding material for aerospace
Havacılık ve uzay için kendini çok boyutta onarabilen nanokompozit zırh malzemesi
- Tez No: 496507
- Danışmanlar: PROF. DR. CÜNEYT ARSLAN, PROF. DR. NİLGÜN BAYDOĞAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Metalurji Mühendisliği, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Aeronautical Engineering, Metallurgical Engineering, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Son yirmi yılda, araştırmacılar, çalışmalarını, teorik çalışmalardan deneysel çalışmalara dönüştürmeyi amaçlamışlardır (Portale, Hermida-Merino, & Bras, 2016). Polimerik radyasyon zırh malzemeleri, geniş bir uygulama potansiyeline sahip olmasına rağmen yeterince çalışılmamaktadır. Polimer radyasyon zırh malzemeleri, metalik zırh malzemlerine göre homojen zırhlama, esneklik ve daha düşük ağırlık gibi avantajlar sunmaktadır (Håkansson, Amiet, Nahavandi, & Kaynak, 2007). Bu tür iyileştirme astronotların uzun sürecek görevlerinde radyasyon hasarından uzay aracının ve yüklerin korunması için gereklidir (Emmanuel & Raghavan, 2016; Pohl & Britt; Slaba ve diğ., 2017). Kendini onaran malzemeler dışardan bir müdahale ile (yamalama, yapıştırma, kaynaklama vb.) ihtiyaç duymadan oluşan hasarları onarma kapasitesine sahip malzemlerdir. Otonom kendini onaran malzemeler, dışardan bir müdahaleye ihtiyaç duymazlar. Otonom olmayan kendini onarma mekanizmalarıda mevcuttur. Bu tip otonom olmayan kendini onaran malzemlerde kendini onarma ışık veya ısı gibi bir tetik ile başlamakta ve malzeme kendini onarmaya tetiklendikten sonra başlamaktadır. Kendini onaran malzemeler dahil oldukları sistemin ömrünü uzatmakta, sistemin güvenliğini artırmakta ve bakım masraflarını düşürmektedir(Chang ve ark., 2008). Poli (metil) metakrilat (PMMA) olağanüstü mekanik özelliklere sahip bir termoplastik polimerdir. (PMMA) (C5O2H8)n, otomotiv ve havacılık endüstrisi tarafından yaygın olarak kullanılmaktadır. PMMA, hava aracı ön cam panelde, radar ekranında ve teleskop üretiminde kullanılmaktadır (Hu ve diğerleri, 2016). Manyetik, optik ve mekanik özellikler; inorganik nanomalzemelerin polimer matrisine dahil edilmesiyle geliştirilebilir. Polimerin özelliklerinde meydana gelen gelişmeler, dolgu maddesi türüne ve nanokompozitin hazırlanma yöntemine bağlı olarak değişmektedir (Chang ve diğ., 2008). Polimer yapının bozulmasının başlıca sebepleri arasında, çeşitli uygulamalardaki görevleri süresince, iyonizan radyasyona maruz kalan polymer zincirinin kopması sayılabilmektedir (IH. Kim, Cho, Bae, Park, & Chung, 2003). Polimerde oluşan bu bozulma, hem yeni radikaller ve makromoleküller yaratabilmektedir. Canlı polimer matris, iyonizan elektromanyetik radyasyon sonucu oluşan hasar karşısında da kendi kendine iyileşmeye izin verebilmektedir. Dolayısıyla, ATRP yönteminin kullanılması, bu doktora tez çalışması kapsamında üretilen canlı polimerin oluşrulmasında, potansiyel bir avantaj olarak kabul edilmiştir. Çünkü, ATRP yönteminin kullanılması, canlı polimer matriks zincirlerinin sonundaki makromoleküler ve yeni radikaller arasında rekombinasyonu etkileyebilmektedir (Ming Qiu Zhang & Rong, 2011b; Zhu, Rong, & Zhang, 2015). Bu sebeple, bu doktora tez çalışmasında, polimer matris malzemesi olarak, ATRP yöntemi ile sentezlenen, PMMA canlı polimer üretimi tercih edilmiştir. Atom Transfer Radikal Polymerizasyon (ATRP) tekniği ile üretilen canlı polimerin diğer bir kendini onarma mekanizması, oluşan bir çatlağın etkisiyle kırılan monomer yüklü mikrokapsüllerin canlı polimer matris içinde kapiler etki ile yayılarak kendini onaramayı tetiklemesidir. Kendini onarma ajanının çatlak yüzeyini kaplamasıyla katılaşma başlar, çatlak bölgesi dolar ve nihai olarak, katılaşır. Sonuç olarak; çatlak onarılmış olur (Ming Qiu Zhang & Rong, 2011b; Zhu, Rong, & Zhang, 2015). Bu sebeple, bu doktora tez çalışmasında, polimer matris malzemesi olarak, ATRP yöntemi ile sentezlenen, PMMA canlı polimer üretimi tercih edilmiştir. Bu çalışmada, canlı PMMA matrisinde optimize edilmiş, kendini onarma sıvısı Glycidyl Methacrylate (GMA) yüklü mikroküreler (MK) ve Halloysite kil nanotüpler (HNT'ler), Montmorillonit (MMT'ler) kil nanolevhalar ve Kolemanite (CMT) ilave edilmiştir. GMA, MK, HNTs ve MMTs olarak 4 farklı dolgu malzemesi kullanılarak, malzemeyi ağırlaştırmadan ve iyonizan radyasyonu zırhlama kapasitesinden ödün vermeden, mekanik özelliklerdeki geliştirilmeler mukayeseli olarak değerlendirilmiştir. Böylece, canlı polimerin kendini onarma özelliğinde, maksimum verimlilik elde etmek için, çok yönlü (3 boyutta), özgün, kendini iyileştirme kapasitesine sahip termoplastik yapılar incelenmiştir. Öncelikle, mekanik özelliklerde en umut verici nanokompozit zırh kompozisyonu; sertlik, darbe, eğilme ve basma testleri uygulanarak belirlenmiştir. Seçilen kompozisyona, gama ve nötron transmisyon deneyleri yapılmış ve zırhlama potansiyeli belirlenmiştir. Böylece, havacılık uygulamaları açısından cazip, dışarıdan herhangi bir müdahale olmaksızın çok yönlü (3 boyutta) kendi kendini iyileştirebilen, nanokompozit zırh malzemesinin üretim parametrelerine ilişkin detaylar belirlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In the past two decades, the attention of researchers shifted from intellectual to experimental studies that are appliance-directed (Portale, Hermida-Merino, & Bras, 2016). The area of polymeric radiation shielding materials is highly underrated as it has great application potential. Polymer shielding materials offer advantages such as enhanced homogenous shielding, flexibility, and lower weight relative to metallic shielding materials (Håkansson, Amiet, Nahavandi, & Kaynak, 2007). Such improvement is essential for the protection of astronauts, spacecraft, and payloads from radiation damage in long-term space missions (Emmanuel & Raghavan, 2016; Pohl & Britt; Slaba et al., 2017). Poly(methyl) methacrylate (PMMA) is a thermoplastic polymer with exceptional mechanical properties. (PMMA) (C5O2H8)n is widely used in the automotive and aerospace industry. PMMA is used in aircraft windshields, radar screens, and telescope production (Hu et al., 2016). Polymer's functionality such as magnetic, optical, and mechanical properties can be enhanced through the incorporation of inorganic nanomaterials into the polymer matrix. Changes in properties of the polymer depend on filler type and preparation method of the nanocomposite (Chang et al., 2008). One of the main reasons for polymer degradation is chain scission under radiation energy (I. H. Kim, Cho, Bae, Park, & Chung, 2003). This deterioration creates both new radicals and the macromolecules. The living polymer produced with the ATRP method has a potential advantage as the living matrix might allow self–healing from the damage induced by ionizing, ultraviolet, and electromagnetic radiation. The living polymer can induce recombination between new radicals and the macromolecular on the end of the matrix chain (Ming Qiu Zhang & Rong, 2011b; Zhu, Rong, & Zhang, 2015). For this reason, PMMA living polymer synthesized by ATRP was chosen as the matrix material of reinforced nanocomposites. In this study, the content of GMA loaded microspheres (MK) and Halloysite clay nanotubes (HNTs), as well as Montmorillonite clay nanoplates (MMT) and Colemanite (CMT), were optimized in a living PMMA matrix to achieve maximum radiation-shielding capacity while keeping the mechanical properties and the self-healing capacity. For maximum efficiency, a multiphase autonomous self-healing approach was followed. First, the most promising nanocomposite compositions have been determined by applying the hardness, impact, flexural, and compression tests for mechanical shielding applications. Samples are tested for shielding gamma and neutron radiation for radiation shielding properties. Thus, it is determined how to produce a multiphase self-healing nanocomposite shielding material for aerospace.
Benzer Tezler
- Novel design and manufacturing of advanced multifunctional structural nanocomposites containing self-healing fibers and graphene sheets with structural health monitoring capabilities
Yapısal sağlık görüntüleme kabiliyetleri ile kendi kendini onarabilen fiberler ve grafen tabakalar içeren ileri, çok fonksiyonel yapısal nanokompozitlerin orjinal tasarımı ve üretimi
JAMAL SEYYED M. ZANJANI
Doktora
İngilizce
2016
MorfolojiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET YILDIZ
YRD. DOÇ. DR. BURCU SANER OKAN
- Hasarlarını kendiliğinden algılama ve iyileştirme kabiliyetine sahip çok fonksiyonlu çimento bağlayıcılı kompozitler
Multifunctional cementitious composites capable of self-sensing and self-healing of damages
ADEM AFŞIN ULU
Doktora
Türkçe
2021
İnşaat MühendisliğiGazi Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA ŞAHMARAN
- İşitme engelli adölasanların benlik kavramı ve depresyon belirti düzeyleri arasındaki ilişki
The relation between the self-concept and the levels syptom of depression in adolescents with hearing impaired
FATMA YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
HemşirelikAtatürk ÜniversitesiÇocuk Sağlığı ve Hastalıkları Hemşireliği Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. DUYGU ARIKAN
- Yapılı çevre üretmeninde eleştirel pozisyon alış olarak süreleşme
Becoming processual as a means for a critical positioning in the production of the built environment
MAYA TÜRKMEN NUMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Mimarlıkİstanbul Teknik ÜniversitesiMimarlık Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE ŞENTÜRER
- Trans kadınların ses özelliklerinin algısal ve enstrümantal değerlendirme yöntemleri ile incelenmesi
Investigation of the voice characteristics of transgender women with perceptual and instrumental assessment methods
SİNEM ŞİMŞEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Kulak Burun ve BoğazHacettepe ÜniversitesiDil ve Konuşma Terapisi Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATMA ESEN AYDINLI