Geri Dön

Development of aerogel fibers and composites for textiles

Tekstiller için aerogel fiber ve kompozitlerinin geliştirilmesi

PDF İndir

  1. Tez No: 611804
  2. Yazar: FAHEEM AHMAD
  3. Danışmanlar: Prof. Dr. CAN ERKEY
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Enerji, Mühendislik Bilimleri, Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Energy, Engineering Sciences, Textile and Textile Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2020
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 83

Özet

Aerojeller, düşük yoğunluğa, yüksek gözenekliliğe, düşük ısı iletkenliğine ve yüksek yüzey alanına sahip bir nanoyapılı malzeme sınıfıdır. Aerojellerin bu özellikleri, onların ısı yalıtımında, sıvı ve ses emiliminde ve tıbbi tekstil malzemelerinde kullanımını çekici kılmaktadır. Bu çalışmada, saf aerojel elyaflar ve aerojel bazlı dokunmamış elyaflı kompozitler hazırlandı. Aljinat aerojel ve dokunmamış polyester (PET) kompoziti sol-jel yöntemi ile sentezlendi. Bir iğne ile delinmiş dokunmamış PET, aljinat çözeltisi ile ıslatıldı ve daha sonra sulu bir CaCl2 çözeltisine daldırıldı, bu şekilde dokunmamış PET içerisinde bir jel oluşturuldu. Etanol ile çözücü değişimden sonra, jel süperkiritik CO2 ile kurutuldu ve aljinat aerojel - dokunmamış PET kompoziti elde edildi. SEM görüntülerinden, aerojellerin gözenekli ve PET elyafları arasında bloklar halinde olduğu görüldü. Kompozitin termal özellikleri bir ısı akış ölçer kullanılarak ölçüldü. Kompozitin termal yayılımı, saf dokunmamış PET malzemenin termal yayılımından önemli ölçüde daha düşüktü. Kompozit, ayrıca saf dokunmamış PET malzemeden daha yüksek bir termal dirence ve daha yüksek bir gerilme mukavemetine sahipti. Bir termal görüntüleme kamerası kullanılarak yapılan deneyler, kompozit içindeki ısı akısının, aljinat aerojelinin varlığı nedeniyle saf dokunmamış PET malzemeye göre çok daha düşük olduğunu gösterdi. Sonuçlar, yeni kompozit malzemenin termal giysi uygulamalarında kullanım için umut verici olduğunu göstermektedir. İğne ile delinmiş dokunmamış pamuk ve selüloz aerojel kompoziti de bir sol-jel yöntemi ile sentezlendi. Pamuklu dokunmamış malzeme selüloz çözeltisinin içine daldırıldı ve 2 saat boyunca 50 °C'de ısıtıldı. Bu da pamuklu dokunmamış kumaş içinde jel tabakalarının oluşumuna yol açtı. Jel, aseton ile çözücü değişiminden sonra süperkritik CO2 ile kurutuldu ve jel-selüloz aerojel dokunmamış pamuklu kompoziti elde edildi. Bu kompozit, oldukça gözenekli bir yapıya ve ortalama 25 nm gözenek çapına sahipti. Kompozitin yara bandları için performansını belirlemek üzere yara eksüda (sıvı) emicilik testi yapıldı. Selüloz aerojel- dokunmamış pamuk kompoziti, yüksek yara eksüda emiciliği gösterdi. Antimikrobiyal özelliklere ulaşmak için aerojel kompozitinin içine gümüş yüklendi. Kompozit, aseton ile çözücü değişiminden sonra 0.02 M gümüş nitrat çözeltisine batırıldı ve süperkritik olarak kurutuldu. Kompozit, Escherichia coli bakterilerine karşı mükemmel antibakteriyel direnç sergiledi. Saf aerojel elyaflar sodyum aljinattan üretildi. Aljinat jel elyafları, bir şırınga pompası vasıtasıyla bir aljinat çözeltisinin (su içinde üç farklı konsantrasyon) bir CaCl2 sulu çözeltisine ekstrüzyonu ile sentezlendi. Suyun, jel elyaflardan çözücü değişimi aşamasında etanol ile uzaklaştırılmasının ardından, etanolun 308 K ve 10 MPa'da süperkritik ekstraksiyonu sonucunda aljinat aerojel elyafları elde edildi. Aljinat çözeltisinin konsantrasyonu değiştirilerek üç farklı aljinat aerojel elyafı hazırlandı. Aerojel elyafları, cıva porosimetrisi, taramalı elektron mikroskopisi, Raman spektroskopisi ve gerilme mukavemeti test cihazları ile karakterize edildi. Her üç elyaf da oldukça gözenekliydi. Yüzey alanları ve yoğunlukları sırasıyla 220 m2 / g ila 231 m2 / g ve 0.2 g / cm3 ila 0.3 g / cm3 aralığında bulundu. Elyafların maksimum uzaması % 12 ila % 15 arasında değişirken, elastik modülleri 0.26 MPa ila 0.45 MPa arasında değişti.

Özet (Çeviri)

Aerogels are a class of nanostructured materials with some extraordinary properties like low densities, high porosities, high surface areas and low thermal conductivities. These properties of aerogels make them very attractive as fabrics for thermal insulation, liquid absorption, sound absorption and medical textiles. In this work, pure aerogel fibers and aerogel based nonwoven fibrous composites were prepared. A composite of alginate aerogel with polyester (PET) nonwoven was synthesized by a sol-gel method. A needle punched PET nonwoven was soaked with an alginate solution and then immersed in an aqueous CaCl2 solution which resulted in the formation of a gel inside the PET nonwoven. The gel was dried with supercritical CO2 after solvent exchange with ethanol leading to alginate aerogel-PET nonwoven composite. The aerogels were porous and were in the form of blocks in between the PET fibers as evident from SEM images. The thermal properties of the composite were measured using a heat flow meter. The thermal diffusivity of the composite was significantly lower than the thermal diffusivity of the pure PET nonwoven. The composite also had a higher thermal resistance and a higher tensile strength than the pure PET nonwoven. Experiments using a thermal imaging camera indicated that the heat flux in the composite is much lower than in pure PET nonwoven due to the presence of alginate aerogel. The results show that the new composite material is promising for use in thermal clothing applications. A composite of cellulose aerogel with needle punched cotton nonwoven was also synthesized by a sol-gel method. The cotton nonwoven was immersed inside the solution of cellulose and heated at 50 ºC for 2 hours which led to the formation of layers of gel inside the cotton nonwoven. Then gel was dried with supercritical CO2 after solvent exchange with acetone to obtain cellulose aerogel cotton nonwoven composite. This composite had a highly porous structure and an average pore diameter of 25 nm. The wound exudate (fluid) absorbency test was performed to determine the performance of this composite for wound dressings. The cellulose aerogel cotton nonwoven composite showed high wound exudate absorbency. Furthermore, silver was loaded inside the aerogel composite in order to achieve antimicrobial properties. The composite was soaked in 0.02 M solution of silver nitrate after solvent exchange with acetone and dried supercritically. The composite exhibited excellent antibacterial resistance against Escherichia coli bacteria. The pure aerogel fibers were produced from sodium alginate. Firstly, alginate gel fibers were synthesized by extrusion of an alginate solution (three different concentrations in water) into a CaCl2 aqueous solution using a syringe pump. Removal of water from the gel fibers by solvent exchange with ethanol followed by supercritical extraction of ethanol at 308 K and 10 MPa resulted in alginate aerogel fibers. Three different kinds of alginate aerogel fibers were prepared by changing the concentration of the alginate solution. The aerogel fibers were characterized by mercury porosimetery, scanning electron microscopy, Raman spectroscopy and tensile strength tester. All three fibers were highly porous with surface areas and densities in the range of 220 m2/g to 231 m2/g and 0.2 g/ cm3 to 0.3 g/ cm3 respectively. The maximum elongation of the fibers ranged from 12 % to 15 % while their elastic modulus ranged from 0.26 MPa to 0.45 MPa.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    367671

    Development of composites of silica aerogels with hydroxy-terminated poly(dimethylsiloxane)

    Silika aerojellerin hidroksil-son gruplu-poli(dimetilsilokzan) ile kompozitlerinin geliştirilmesi

    DENİZ ŞANLI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    Bilim ve TeknolojiKoç Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. CAN ERKEY

  2. Tez No

    438176

    Yüksek sıcaklık ısı yalıtım uygulamalarına yönelik üstün performanslı aerojel şilte sentezi ve karakterizasyonu

    High performance silica aerogel blanket synthesis and characterization for thermal insulation applications at high temperature

    NİSA SIYIN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2016

    Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MELEK MÜMİNE EROL TAYGUN

  3. Tez No

    807298

    Design and development of pva/hydrocortisone loaded xerogel nanofibrous mat for topical drug delivery

    Topikal ilaç salınımı için pva/hidrokortızon ile yüklü kserojel nanolif yüzey tasarımı ve geliştirilmesi

    HISHAM ALI MUHAMMAD ALI MOUSSA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BURÇAK KARAGÜZEL KAYAOĞLU

  4. Tez No

    713414

    Organik kimyasallar ve ham petrol içeren kirlenmiş deniz suyunun tarımsal biyokütleden hidrofobik ve süper oleofilik karbon fiber aerojel üretilerek temizlenmesi

    Cleaning of contaminated sea water containing organic chemicals and crude oil by production of hydrophobic and super oleophic carbon fiber aerogel from agricultural biomass

    MERVE AYTEKİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HANZADE AÇMA

  5. Tez No

    643023

    Doğal taşlara yüzey koruyucu olarak sol-jel yöntemiyle nano katkılı kaplama geliştirilmesi

    The development of nano additive coatings by the sol-gel method for the surface protection of natural stones

    GÖZDE TEKİN EROĞUL

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ONURALP YÜCEL

Geri Dön