Geri Dön

Biyo-esinlenmiş hiyerarşik polimer nanokompozitlerin tasarımı, hazırlanması ve karakterizasyonu

Design, preparation and characterization of bio-inspired hierarchical polymer nanocomposites

PDF İndir

  1. Tez No: 760002
  2. Yazar: FATMA DÖNMEZ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. HATİCE KAPLAN CAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE ÇAĞIL KANDEMİR
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya, Chemistry
  6. Anahtar Kelimeler: biyouyumluluk, polivinilpirolidon, kil mineralleri, polimer nanokompozit, hiyerarşik yapı, mekanik özellikler, kademeli film, biocompatibility, Polyvinylpyrrolidone, polymer nanocomposite, hierarchical structure, clay mineral, mechanical properties, gradient film
  7. Yıl: 2022
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 176

Özet

Günümüzde polimer kompozit üretmek için kullanılan yöntemler mekanik mukavemeti artırırken, tokluğun ve sünekliğin azalmasına neden olmaktadır. Bu durum, kompozit malzemelerin kopma dayanımının ve dolayısıyla ömürlerinin azalmasına sebep olmaktadır. Polimer kompozit malzemeler modern yaşamın pek çok alanında yer alır ve bu sebeple mekanik özelliklerinin iyileştirilmesi oldukça önem teşkil eder. Örneğin; polimer kompozit malzemelerden endüstriyel ölçekte havacılık (uçak ve roketlerin bileşenleri) ve sağlık (yapay kol, bacak, kemik protezleri v.b.) sektörlerinde faydalanılmaktadır. Makro ölçekte ise başta mikro-elektronik sistemler ve ince film kaplamalar olmak üzere pek çok uygulamada yararlanılmaktadır. Bu tezde amaç, insan kemiği ve istiridye gibi yüksek mekanik özelliğe sahip biyolojik yapılardan ilham alınarak, hiyerarşik ölçekli ve parçacık yoğunluğu konuma göre değişen (kademeli) polimer nano/mikro kompozit malzemelerin tasarımı, sentezi, karakterizasyonu ve üretilen malzemelerin mekanik özelliklerinin incelenmesidir. Hiyerarşik kademeli kompozitler geleneksel kompozitlere göre iki avantaja sahiptir. İlk olarak, doğada kademeli kompozitler, mekanik olarak farklı bölgeleri kesintisiz şekilde birleştirir. Örneğin, kemik, kıkırdak, tendon gibi biyolojik sistemler ara yüzey hasarını ve kırılmasını önleyen kademeli parçacık dağılımı ile bağlanır. İkinci olarak doğada (insan kemiği) farklı boyuttaki parçacıkların (nano, mikro ya da makro ölçekte) polimer matris içinde hiyerarşik etkisi hem güçlü hem de tok mekanik özelliklere neden olur. Bu özellik günümüzde ticari ölçekte polimer teknoloji seviyesinin izin verdiği sadece tek boyutta parçacık takviyesiyle elde edilememektedir. Matrisi polimer olan sentetik hiyerarşik kompozitler, elastik yapıları ve düşük yoğunlukları sayesinde biyolojik malzemeleri daha iyi taklit edebilirler. Çevre dostu bir yol izlenilerek bu çalışmada, biyouyumlu polimer nanokompozit üretimine odaklanılmıştır. Takviye malzemesi olarak silika ve iki farklı nanokil; halloysit nanotüp (HNT) ve bentonit (BNT), polimer matris olarak polivinilpirolidon (PVP) kullanılmıştır. Tüm nanokompozitler çözelti ortamında sentez yöntemiyle sentezlenmiş; kil ve nanokompozit yapıları FTIR, XRD ve TGA analizleri ile karakterize edilmiştir. PVP matris içerisinde HNT ve BNT dağılımı TEM ile araştırılmıştır. Hem PVP hem de sentezlenen nanokompozitler, düşük yoğunluklu polietilen ile (LDPE) karıştırılarak enjeksiyon kalıplama makinesi ile mekanik test numunesi üretimleri gerçekleştirilmiştir. Enjeksiyon numunelerine mekanik testlerden 3-nokta eğme ve darbe testleri uygulanmıştır. 3-nokta eğme testi sonrasında numunelerin kırılma yüzeyleri SEM ile incelenmiştir. Halloysit nanotüp takviyeli polimer nanokompozitler ile kademeli film üretimleri yapılmış ve bunun için döndürmeli kaplama cihazı kullanılmıştır. Filmlerin morfolojisi ve pürüzlülüğü AFM ile analiz edilmiştir. Halloysit nanotüp kil minerali ilavesi ile elde edilen mekanik gelişmeleri açıklamak için mikro indentasyon testi yapılmıştır. Bu çalışmanın sonunda önerilen nanokompozitler; gerek sentez yöntemi gerekse nanokompozit bileşenlerinin biyouyumlu, çevre dostu ve toksik olmaması nedeniyle kemik ve diş protezlerinde ve biyosensör esnek elektroniklerde kullanılan ticari polimer/kompozitlere çevre dostu bir alternatif olarak hizmet edebilecektir.

Özet (Çeviri)

Synthetic routes in the polymer composite production induce strength by compromising toughness and ductility. This results in premature failure leading to reduced life-time. It is crucial to enhance the lifetime of contemporary composite materials by implementing new reinforcing approaches since they are utilized vastly in many aspects of modern life. For instance, in macro-scale polymer composites are utilized in aviation (as components of rockets and aircrafts) and prosthetic (as artificial bone, leg and arm) industries. In addition to it, in micro-scale; they are used in many applications such as in micro-electronics and thin film protections. In this thesis, it is aimed to design, synthesis, characterization of hierarchical graded polymer nano/micro composite materials and investigation of the mechanical properties of the produced materials, inspired by biological structures with high mechanical properties such as human bones and oysters. There are two benefits to replace hierarchical graded composites with their conventional counterparts. First, graded composited are crucial to join mechanically different materials in continuous manner. For instance, biological systems such as bone, cartilage and mussel are connected via graded particle distribution preventing interface damage and failure. Second, composites could become both strong and tough by inducing hierarchical distribution of particles which have diverse length scales (nano-, micro and macro-scaled). In fact, living organisms utilizing hierarchic distribution of reinforcements are able to preserve both strength and toughness which could not be attained by reinforcing in only one particular length-scale. Artificial hierarchical composites with polymer matrix could mimic nature in the means of elasticity and low density thanks to their organic nature. Eco-friendly route has been developed in this study focusing on the production of the biocompatible polymer nanocomposites. Two different types of nanoclay (halloysite nanotube and bentonite) and silica were utilized in this study. As the polymer matrix, Polyvinylpyrrolidone (PVP) was chosen. All nanocomposites were produced via solution mixing production method. Nanocomposite structures were characterized by FTIR, XRD and TGA analyses. Distribution of HNT and BNT within PVP matrix was investigated by high resolution Transmission Electron Microscopy (TEM). Both PVP and the synthesized nanocomposites were blended with low density polyethylene (LDPE). Mechanical test specimens were produced by injection molding machine. The three-point bending tests and notched impact tests of the specimens were carried out. The fracture surface of the specimens (after 3-point bending test) were examined via Scanning Electron Microscopes (SEM). Gradient PVP-HNT nanocomposite films were fabricated by spin coater. The morphology and roughness analysis of the films were analyzed via Atomic Force Microscopy (AFM). Instrumented-micro indentation test was conducted to unveil mechanical improvements achieved by halloysite nanotube clay mineral addition. The proposed nanocomposites at the end of this study would serve as an environmentally-friendly alternative to commercial engineering polymers/composites which could be utilized in bone implants, dental implants, biofilms and as substrates of flexible electronics for biosensors.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    655187

    Biyo-esinlenmiş çırpan kanat modellerinin aeroelastik analizleri

    Aeroelastic analysis of bio-inspired flapping wing models

    MÜRVET BEKTAŞ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Makine MühendisliğiTOBB Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET ALİ GÜLER

    PROF. DR. DİLEK FUNDA KURTULUŞ

  2. Tez No

    848171

    Farklı morfolojilerde titanyum dioksit nanosistemlerin üretilmesi, karekterizasyonu ve biyolojik uygulamaları

    Production, characterization and biological applications of titanium dioxide nanosystems in different morphologies

    NURAY SERGİNAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Kimya MühendisliğiAtatürk Üniversitesi

    Proses ve Reaktör Tasarımı Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. MEHMET YILMAZ

  3. Tez No

    821570

    Vibroacoustic design of metamaterial-type bio-inspired flapping wing

    Metamalzeme tipi biyo-ilhamlı çırpma kanadının yapısal tasarımı

    MAHMUT CİHAT YILMAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Mühendislik BilimleriAnkara Yıldırım Beyazıt Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MOSTAFA RANJBAR

  4. Tez No

    707563

    Modifiye edilmiş karınca aslanı optimizasyon algoritması kullanılarak bölge büyütme yöntemi ile gri seviye görüntü segmentasyonu

    Gray level image segmentation with region growing method using modified ant lion optimization algorithm

    BASHIR SHEIKH ABDULLAHI JAMA

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKonya Teknik Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ NURDAN BAYKAN

  5. Tez No

    672333

    Predicting power consumption using artificial neural networks algorithms

    Başlık çevirisi yok

    JUHAINA THAKIR MAHMOOD

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Bilim ve TeknolojiAltınbaş Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Prof. Dr. OSMAN NURİ UÇAN

Geri Dön