Development of electromagnetic wave absorption properties of graphene-based nanocomposites by using stochastic optimization methods
Grafen tabanlı nanokompozitlerin elektromanyetik dalga soğurma özelliklerinin stokastik optimizasyon yöntemleri kullanılarak geliştirilmesi
- Tez No: 781709
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FETHULLAH GÜNEŞ, DOÇ. DR. LEVENT AYDIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik girişim, Malzeme üretimi, Nanokompozitler, Optimizasyon, Stokastik, Electromagnetic interference, Material production, Nanocomposites, Optimization, Stochastic
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Katip Çelebi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Günümüzde, sivil ve askeri amaçlarla kullanılmak üzere geliştirilmekte olan haberleşme ve elektronik teknolojileri ile birlikte elektromanyetik (EM) uygulamalar, radyo frekanslarının yanı sıra mikrodalga, radar, kablosuz bilgi transferi ve tıbbi teknolojiler gibi farklı frekans aralıklarını içeren geniş bir kullanım alanına sahiptir. Söz konusu teknolojilerin yaygın kullanımı EM dalga kirliliğine yol açarak, elektronik cihazların kullanım fonksiyonlarının yanı sıra insan sağlığı üzerinde de olumsuz etkilere sahiptir. Bundan dolayı, EM dalga kirliliğinin engellenmesine yönelik teknolojilere duyulan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Bu ihtiyaç doğrultusunda son yıllarda EM girişim koruyucu kompozit malzemelerin geliştirilmesine yönelik birçok çalışma yapılmaktadır. EM girişim koruyucu kompozit malzemelerin geliştirilmesi için genel olarak minimum yansıtma ile maksimum soğurma performansının elde edilmesi amaçlanmaktadır. Öte yandan, bu malzemelerin söz konusu performansını etkileyen parametre sayılarındaki artış, deneysel çalışmalar için gerekli olan zaman ve maliyeti de artırmaktadır. Bu durumda, matematiksel ve istatistiksel yaklaşımlar, zaman ve maliyeti azaltmak için deneysel çalışmalara katkıda bulunma konusunda büyük bir rol oynamaktadır. Bu tez çalışmasında, kapsamlı bir tasarım-modelleme-optimizasyon çalışmasının malzeme bilimi alanına uygulanması adına EM girişim koruyucu malzeme olarak grafen köpük/MnO2 nanotel kompozit yapısının geliştirilmesi amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda, hidrotermal üretim parametreleri (sıcaklık, zaman, molar oran), optimizasyon probleminin tasarım değişkenleri olarak belirlenmiş ve bu parametrelerin nanokompozit yapının EM girişim koruma özelliği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ek olarak, optimizasyon probleminin amacı, nanokompozit yapıdan minimum yansıtma etkinliğini korurken maksimum soğurma etkinliği elde etmek olarak belirlenmiştir. Tanımlanan optimizasyon problemi için yüksek tahmin kabiliyetine sahip bir amaç fonksiyonu elde etmek adına lineer olmayan nöro-regresyon yaklaşımı ile veri modelleme süreçleri gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın optimizasyon aşamasında, global optimum değerlerini elde etmek için dört farklı stokastik optimizasyon algoritması (Simulated Annealing, Differential Evolution, Nelder-Mead, Random Search) eş zamanlı olarak kullanılmıştır. Bu tez çalışmasının, malzeme bilimi ve mühendisliği alanında gerçekleştirilecek tasarım tabanlı optimizasyon çalışmalarına büyük katkılar sağlayacağı öngörülmektedir.
Özet (Çeviri)
Today, with the developing telecommunications and electronic technologies for civilian and military purposes, electromagnetic (EM) applications have a wide usage area, including different frequency ranges, such as radar, wireless information transfer, and medical technologies, as well as radio frequencies. However, the broad use of these technologies causes EM wave pollution, so they have a devastating effect not only on the working functionalities of electronic devices but also on human health. Therefore, the need to develop these technologies to prevent EM wave pollution is increasing daily. In line with this need, numerous studies have been recently conducted to develop EM interference (EMI) shielding composite materials. Generally, it is aimed to achieve maximum absorption performance with minimum reflection to develop EMI shielding composites. On the other hand, the increase in the number of parameters affecting the performance of these materials also increases the time and cost required for experimental studies. In this case, mathematical and statistical approaches play a crucial role in contributing to experimental studies to reduce time and cost. In this thesis study, it is intended to develop a graphene foam/MnO2 nanowire composite structure as an EMI shielding material in order to apply a comprehensive design-modeling-optimization study to the field of materials science. In line with this aim, hydrothermal process parameters (temperature, time, molar ratio) were determined as the design variables of the optimization problem, and the effects of these parameters on the EMI shielding effectiveness (SE) of the nanocomposite structure were investigated. Moreover, the objective of the problem was defined as maximizing the absorption effectiveness of nanocomposite while conserving minimum reflection effectiveness. Data modeling processes were performed via a nonlinear neuro-regression approach to achieve a robust objective function for the defined optimization problem. In the optimization stage of this study, four different stochastic optimization algorithms (Simulated Annealing, Differential Evolution, Nelder-Mead, Random Search) were utilized simultaneously to obtain global optima. It is envisaged that this thesis study would make big contributions to the design-based optimization studies in the materials science subject.
Benzer Tezler
- Yeni tasarım nanokompozit kaplamalar ile ekranlama ve biyofiziksel özelliklerin araştırılması ve geliştirilmesi
Research and development of shielding features and biophysical properties by coating with new designed nanocomposites
MUSTAFA ZAFER BELİRGEN
Doktora
Türkçe
2022
Mühendislik BilimleriHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA İDE
- Fonksiyonel nanokompozitlerin fotokimyasal yöntemle hazırlanması: elektromanyetik, dielektrik ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Preparation of functional nanocomposites by photochemical method: investigation of electromagnetic, dielectric, and mechanical properties
GÖNÜL SAADET BATIBAY METİN
- Elektromanyetik dalga engeli tekstil ürünleri üzerine bir araştırma: Polimer kaplama ve yüzey–arayüzeyler ile ilgili yapısal incelemeler
A research on electromagnetic wave shield textile products: Polymer coating and the structural investigations related with surface-interfaces
EREN ÖZÜPEK
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Polimer Bilim ve TeknolojisiHacettepe ÜniversitesiPolimer Bilim ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEMRA İDE
- Elektromanyetik dalga soğurma özelliğine sahip katmanlı kompozit malzeme geliştirilmesi
Development of multilayer composite material for electromagnetic wave absorption
ZAFER YÜCEL
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TAMER SINMAZÇELİK
- Design and development of electromagnetic wave absorbing composites effective at microwave frequencies
Mikrodalga frekanslarında etkin elektromanyetik dalga soğurucu kompozitlerin tasarımı ve geliştirilmesi
ÖZGÜR HAMAT
Yüksek Lisans
İngilizce
2014
Metalurji MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ARCAN FEHMİ DERİCİOĞLU