Synergistic effects of B4C and ZnO nanomaterials as electrodes for supercapacitors
B4C ve ZnO nanomalzemelerinin sinerjik etkileri ve süperkapasitör elektrotları olarak kullanımı
- Tez No: 759367
- Danışmanlar: DOÇ. DR. EMRE ERDEM
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Fizik ve Fizik Mühendisliği, Kimya, Energy, Physics and Physics Engineering, Chemistry
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 98
Özet
Bor karbür (B4C), aşırı kimyasal ve termal koşullarda mükemmel kararlılığa sahip olup, dünyanın en yüksek sertlik değerine sahip malzemelerinden biridir. 19. yy.'da keşfedilmiş olmasına ve 1930'lardan bu yana çok sayıda çalışmaya konu edilmesine rağmen, bor karbürün atomik yapısı, elektronik özellikleri ve elektrokimyasal davranışı halen kimyagerler, fizikçiler ve malzeme bilimciler arasında en çok tartışılan konular arasındadır. B4C yapısındaki atomik pozisyonların alışılagelmiş yöntemler kullanılarak kesin doğrulukla ayırt edilememesindeki zorlukların başlıca sebepleri; 11B ve 12C atomlarının saçılma tesir kesitlerinin oldukça birbirlerine yakın değerlerde olması ve kristal içerisinde temel hücrelerdeki yük yoğunluğunu ve atomik pozisyonları etkileyen noktasal kusurların oluşmasıdır. Benzer çabalar bir n-tipi yarı iletken olan ve enerji depolama araçları (bilhassa süperkapasitörler) dahil olmak üzere birçok uygulamada kullanılmakta olan çinko oksit (ZnO) malzemesinin kendine has elektronik, optik, yapısal ve manyetik özelliklerinin ortaya koyulması için de harcanmıştır. Süperkapasitörler için verimli ve uzun ömürlü elektrotların sürdürülebilir malzemeler kullanılarak geliştirilmesi artan enerji talebinin karşılanması açısından oldukça yüksek öneme sahiptir. Bu doktora tezinde elektrot malzemeleri olarak B4C ve ZnO seçilmesinin başlıca nedeni bu malzemelerin elektronik ve atomik yapılarında değişikliğe sebep olan ve böylece iyileştirilmiş kapasitif performanslara ulaşmalarını sağlayan ilgi çekici kusur özelliklerine sahip olmalarıdır. İlk olarak B4C nanoyapılarının B ve C kaynağı olarak hazırlanan sulu çözeltilerden modifiye sol-jel yöntemi ile sentezi açıklanmıştır. Saf B4C fazı geleneksel B4C üretim sıcaklıklarından (≥ 2000 ℃) daha düşük olan 1500 ℃ veya daha düşük sıcaklıklarda ısıl işlem ile üretilmiştir. Ardından, sentezlenen B4C tozların kristal yapılarının, kafes parametrelerinin, ortalama tane boyutlarının ve mikroyapısal özelliklerinin ortaya koyulması amacı ile kapsamlı termal ve mikroyapısal karakterizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. B4C ve ZnO yapısındaki özgün (tabii) kusurların süperkapasitörlerin elektrokimyasal performansları üzerine olan etkisinin ortaya koyulması amacı ile tamamlayıcı X ve Q-bant EPR analizleri yapılmıştır. Sentezlenen B4C ve ZnO tozları özel yapım (all-in-one) süperkapasitörlere montajlanmış ve iki elektrodun sinerjik etkilerinin elektrokimyasal performans üzerine etkileri CV, EIS ve GCPL teknikleri kullanılarak araştırılmıştır.
Özet (Çeviri)
Boron carbide (B4C) is one of the world's hardest bulk materials with excellent stability in extreme chemical and thermal conditions. Despite its discovery in the 19th century and numerous studies since 1930s, its atomic structure, electronic properties and electrochemical behavior are yet one of the most debated topics among chemists, physicists and materials scientists. The difficulty in distinguishing the absolute accurate atomic positions with common characterization techniques is mainly due to the very close similarity of the scattering cross-sections of 11B and 12C, and the point defects formed within the crystal which affects the atomic arrangements and the charge densities in the elementary cells. Similarly, significant efforts have been devoted to reveal the unique electronic, optical, structural and magnetic properties of zinc oxide (ZnO) which is an n-type semiconductor and has been used in various applications including energy storage devices, particularly supercapacitors (SCs). The development of efficient and long-life electrodes from sustainable materials for SCs is of the utmost importance to satisfy the increasing energy demands. In this Ph.D. dissertation, B4C and ZnO were selected as electrodes for SCs due to their interesting defective properties that contribute to the enhanced capacitive performances by modifying their electronic and atomic structure. First, modified sol-gel synthesis of B4C nanostructures from aqueous solutions of B and C sources was described. The pure B4C phase was obtained by the heat treatment at temperatures ≤1500 ℃ which is lower than the conventional sintering temperatures (≥ 2000 ℃). Then, extensive thermal and microstructural characterizations were carried out to reveal the crystal structure, lattice parameters, mean particle size, and the microstructure of the synthesized B4C powders. Complementary X- and Q-band EPR analyses of defect centers in B4C and ZnO were performed to reveal the effects of intrinsic defects on the electrochemical performance of the SCs. The synthesized B4C and ZnO were assembled in a custom-made all-in-one supercapacitor device, and their synergistic effects on the electrochemical performance was investigated by CV, EIS, and GCPL techniques.
Benzer Tezler
- AISI 316L paslanmaz çelik matrisli, bor karbür ve karbon nanotüp takviyeli nanokompozitlerin toz metalurjisi ile üretimi ve karakterizasyonu
Production and characterization of AISI 316L stainless steel matrix, boron carbide and carbon nanotube reinforced nanocomposites by powder metallurgy
ESRA ZENGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAYRETTİN AHLATCI
- Synergistic effects of foliar application of zinc oxide and copper oxide nanoparticles in barley grown in metal polluted soil
Metal kirli toprakta yetiştirilen arpada çinko oksit ve bakır oksit nanopartiküllerinin yapraktan uygulanmasının sinerjik etkileri
HAZRAT AMIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
ZiraatOndokuz Mayıs ÜniversitesiToprak Bilimi ve Bitki Besleme Ana Bilim Dalı
ASST. ASSOC. DR. VISHNU D. RAJPUT
PROF. DR. ORHAN DENGİZ
- Paklitaksel/aloe-emodin kombinasyonunun MCF-7 ve MDA-MB-231 meme kanseri hücre hatlarında sinerjistik etkileri
Synergistic effects of paclitaxel/aloe-emodin combination in MCF-7 and MDA-MB-231 breast cancer cell lines
TUĞBA ATICI
Doktora
Türkçe
2022
BiyolojiErzincan Binali Yıldırım ÜniversitesiBiyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. DENİZ ALTUN ÇOLAK
- Synergistic effects of biochar and halotolerant on wheat growth and their potential to reclaim saline-sodic soil
Biyokömür ve halotolerant bakterilerin, buğday bitkisinin büyümesinde sinerjistik etkileri ve tuzlu-sodik toprağın ıslahındaki rolü
TUBA ARJUMEND
- Synergistic effects of Mo and Ti element addition on microstructure, mechanical and corrosion properties of 316 L stainless steels produced by PM method
TM yöntemiyle üretilen 316 L paslanmaz çeliklerin mikro yapı, mekanik ve korozyon özellikleri üzerinde Mo ve Ti element ilavesinin sinerjik etkileri
MOHAMMED FARAJ ALI ABU SHAALAH
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Makine MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HARUN ÇUĞ
PROF. DR. MEHMET AKİF ERDEN