Synthesis and design of graphene-based nanostructure as an electromagnetic wave absorbing material
Elekromanyetik dalga soğurucu bir malzeme olarak grafen tabanlı nanoyapı sentezi ve tasarımı
- Tez No: 815082
- Danışmanlar: DOÇ. DR. FETHULLAH GÜNEŞ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- 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: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 65
Özet
Elektronik bilgi teknolojisinin gelişmesi, elektromanyetik (EM) dalgaların neden olduğu bazı sorunları da beraberinde getirmektedir. Bu nedenle elektromanyetik soğurucu malzemeler son zamanlarda elektronik, gizlilik teknolojisi, uydu ve haberleşme sistemleri gibi uygulama alanları için dikkat çekmektedir. Bu malzemeler, elektromanyetik radyasyonla etkileşime neden olan manyetik ve dielektrik özellikler sağlamaktadır. EM dalga soğurucu malzemeler, yüksek verimlilik için ince film kalınlığı, hafiflik, geniş bant genişliği ve güçlü soğurma özelliklerine sahip olmalıdır. Geleneksel EM dalga soğurucu malzemeler söz konusu talepleri karşılamakta yetersiz kaldığından dolayı grafen türevleri ve karbon nanotüpler (CNT) gibi karbon bazlı nanoyapılar güçlü alternatif malzemeler haline gelmiştir. Bunlar arasında grafen türevleri, yüksek termal iletkenlik, yüksek mukavemet, esneklik ve hafiflik gibi üstün özelliklerinden dolayı EM dalga absorpsiyonu için gerekli özellikleri sağlayabilecek potansiyele sahiptir. Ancak bu noktada grafen, yüksek elektriksel iletkenliğinden kaynaklanan ortam ile empedans uyumsuzluğu nedeniyle tek başına etkili mikrodalga soğurma özelliği gösterme konusunda yetersiz kalmaktadır. Bu nedenle, grafen ve türevleri, yapının ortam ile empedans uyumunu artırarak verimli absorpsiyon özellikleri elde etmek için ZnO, MnO2 ve NiO gibi bazı destekleyici nanoyapılarla birlikte kullanılır. Özellikle grafen bazlı köpüklerin yüksek yüzey/hacim oranı ve birbirine bağlı üç boyutlu ağ yapısı, geniş bant absorpsiyonu ve güçlü desorpsiyon gibi uyarlanabilir özellikleri ile geniş bir çalışma alanı sağlar. Bu tez çalışmasında grafen köpük/MnO2 nanotel hibrit yapısı bir EM dalga soğurucu malzeme olarak incelenmiştir. Bu bağlamda, grafen köpükler, nikel köpük altlık üzerinde kimyasal buhar biriktirme (CVD) yöntemiyle sentezlenmiştir. MnO2 nanoteller daha sonra CVD tabanlı grafen köpük altlıklar üzerinde farklı parametre koşulları göz önünde bulundurularak hidrotermal yöntemle sentezlenmiştir. Bu koşullar, istatistiksel tabanlı Deney Tasarımı yaklaşımı yürütülerek hidrotermal yöntemin üç farklı parametresinin (sıcaklık, zaman ve çözelti konsantrasyonu) bir kombinasyonu olarak belirlenmiştir. Elde edilen numuneler Taramalı Elektron Mikroskopu, Raman Spektroskopisi, X-Ray Kırınımı ve Vektörel Ağ Çözümleyici ile karakterize edilmiştir. İlgili malzemeler bir araya getirilip, süreç-yapı-performans ilişkisi incelenerek katma değeri yüksek potansiyel bir malzemeden etkin bir EM dalga soğurma özelliği elde edilmesi amaçlanmıştır.
Özet (Çeviri)
The progress of electronic information technology brings along some problems caused by electromagnetic (EM) waves. For this reason, electromagnetic absorber materials have drawn attention recently for application areas such as electronic, defense stealth technology, and satellite communication systems. These materials provide magnetic and dielectric properties which induce interaction with incident electromagnetic radiation. For high performance, EM wave absorber materials should have characteristics of thin-film thickness, lightweight, broad bandwidth, and strong absorptivity. Since the traditional EM wave absorber materials are not to be able to meet the demand, carbon-based nanostructures, such as graphene derivatives and carbon nanotubes (CNT), have become strong alternative materials. Among them, graphene derivatives are capable of providing the required properties for EM wave absorption because of their superior properties, such as high thermal conductivity, tensile strength, flexibility, low thermal expansion coefficient, and lightweight. However, at that point, graphene may not be enough for the efficient microwave absorption feature alone due to the impedance mismatching with the medium stemming from its high electrical conductivity. Thus, graphene and derivatives are mainly used with some supportive nanostructures such as ZnO, MnO2, and NiO in order to achieve efficient absorption characteristics by increasing impedance matching of the structure with the medium. Especially high surface/volume ratio and interconnected 3D network structure of graphene-based foams provide a wide working area with adaptable properties such as broadband absorption and strong desorption. In this thesis study, graphene foam/MnO2 nanowire (GF/MnO2 NW) hybrid structure was investigated as an EM wave absorbing material. In this regard, GFs were synthesized via the chemical vapor deposition (CVD) method on a nickel foam substrate. MnO2 nanowires were followingly synthesized on the CVD-based GF substrates by hydrothermal method considering different parameter conditions. These conditions were specified as a combination of three different parameters of the hydrothermal method (temperature, time, and solution concentration) by performing a statistical-based Design of Experiment (DoE) approach. Obtained samples were characterized through Scanning Electronic Microscopy (SEM), Raman Spectroscopy, X-Ray Diffraction (XRD), and Vector Network Analyzer (VNA). By combining the relevant materials, it was aimed to achieve an effective EM wave absorption feature from a potentially high added value material by examining the process-structure-performance relationship.
Benzer Tezler
- Implementation of novel carbon-based nanomaterials for high-performance gas sensors
Yüksek performanslı gaz sensörlerinde yenilikçi karbon bazlı nanomalzemelerin uygulanması
MOHAMAD ANAS HEJAZI
Doktora
İngilizce
2024
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LEVENT TRABZON
- Nanomaterials in macromolecular synthesis
Makromoleküler yapıların sentezinde nanomalzemelerin kullanımı
AZRA KOCAARSLAN AHMETALİ
Doktora
İngilizce
2021
Polimer Bilim ve Teknolojisiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF YAĞCI
- Enerji depolamada yenilikçi karbon yapılı esnek yüzeylerin üretimi ve analizi
Production and analysis of novel carbon structured flexible surfaces for energy storage applications
ESRA ŞERİFE KILIÇ
Doktora
Türkçe
2024
Tekstil ve Tekstil Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DEMİR
- Synthesis of graphene aerogel and its applications
Grafen aerojel sentezlenmesi ve uygulamaları
ECEM ÇELİK
- Computational design and analysis of nanostructured materials for neuromorphic engineering
Neuromorfik mühendislik için nano yapılı malzemelerin hesaplamalı tasarımı ve analizi
AYKUT TURFANDA
Doktora
İngilizce
2024
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HİLMİ ÜNLÜ