Üç boyutlu mxene temelli esnek elektrotların mürekkep püskürtmeli yazdırma yöntemiyle elde edilmesi ve elektrokimyasal uygulamaları
The graduate school of natural andapplied science of selcuk universitythe degree of doctor of philosophyin nanotechnology and advanced materi̇als
- Tez No: 850058
- Danışmanlar: PROF. DR. ESRA MALTAŞ ÇAĞIL, DOÇ. DR. AYTEKİN UZUNOĞLU
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyoteknoloji, Biotechnology
- Anahtar Kelimeler: Elektrokimyasal sensör, Esnek sensör, Delikli CNT, Mürekkep Püskürtmeli Yazdırma, 2B nanomalzemeler, MXene, Süperkapasitör, Electrochemical sensor, Flexible sensors, holey CNT, Inkjet printing, 2D nanomaterials, MXene, Supercapacitor
- Yıl: 2024
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Selçuk Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Nanoteknoloji ve İleri Malzemeler Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Mürekkep püskürtmeli yazdırma, düşük maliyetli, nanometre hassasiyetle yüksek kararlı elektrot üretimi için tamamen dijital ve temassız baskılama imkanı sunan çok yönlü bir yöntemdir. Grafen ve geçiş metali dikalkogenidleri gibi özellikle karbon temelli iki boyutlu malzemeler (2B) mürekkep püskürtmede büyük avantajlar sunarken, hidrofobik yüzeyleri ve agregasyona sebep olmalarından dolayı, yüksek konsantrasyonlu mürekkeplerin geliştirilmesini engellemektedir. MXene, yüzeylerindeki fonksiyonel gruplar sayesinde hidrofilik özellikleri artırarak karbon bazlı 2B malzemelerin güçlü alternatiflerinden biri olarak kabul edilmektedir. Tez kapsamında azot ve kükürt katkılı Vanadyum MXene nanoçiçek/delikli çok duvarlı karbon nanotüp temelli yüksek kararlı su bazlı mürekkepler geliştirilmiştir (N,S V2C MXene Nf/h-MWCNT). MWCNT yapısına deliklerin oluşturulması yalnızca mürekkeplerin yazdırılabilirliğini artırmakla kalmayıp, aynı zamanda yazdırılan sensörlerin elektrokimyasal performansını da önemli ölçüde geliştirmiştir. Bu çalışmada ilk kez h-MWCNT, 3D V2C nanoçiçek yapısı ve bunların heteroatom katkılı benzerlerinin senteziyle mürekkep püskürtmeli yazdırma işlemi gerçekleştirilerek, modifikasyon adımlarının hem yazdırılabilirlik hem de sensörlerin performansı üzerindeki etkisi detaylı olarak incelenmiştir. İlk bölümde sensörlerin elektrokimyasal aktivitesi nikotine karşı değerlendirilmiştir. Sonuçlar, yeni sensör tasarımımızın, doğrusal aralık (10-500 μM) ve LOD (0.058 μM) açısından literatüre göre sensörlere kıyasla çok daha iyi performans gösterdiğini ortaya koymaktadır. Tezin ikinci kısmında ise, optimize mürekkep karışımları süper kapasitör uygulaması için kullanılmıştır. Hızlı şarj-deşarj yeteneği, uzun ömürlü ve yüksek güvenilirliğe sahip süper kapasitörlerin düşük maliyetli üretimi gerçekleştirilmiştir. Bu sayede enerji dönüşümü yüksek depolama kapasitesiyle yüksek verimde sağlanmıştır. Süperkapasitör ve esnek elektrotlardan uyumlu sonuçlar elde edilmesi, MXene-hMWCNT esaslı malzemelerin hem enerji depolama alanındaki süperkapasitör uygulamasıyla hem de esnek elektronik alanında nikotin sensörü uygulamasıyla yüksek potansiyele sahip bir malzeme olduğunu başarılı bir şekilde göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Inkjet printing is a versatile technique offering a fully digital and contactless printing capability for the production of high-resolution electrodes at low cost and with nanometric precision. While two-dimensional (2D) materials, especially carbon-based materials such as graphene and transition metal dichalcogenides, offer significant advantages in inkjet printing, their hydrophobic surfaces and tendency to aggregate hinder the development of high-concentration inks. MXene, with its functional surface groups, has emerged as a promising alternative to carbon-based 2D materials due to its enhanced hydrophilicity. In this thesis, we developed high-performance, water-based inks based on nitrogen and sulfur co-doped vanadium MXene nanosheets and porous multi-walled carbon nanotubes (N,S V2C MXene Nf/h-MWCNT). The introduction of pores into the MWCNT structure not only improved the printability of the inks but also significantly enhanced the electrochemical performance of the printed sensors. This work presents the first-time inkjet printing of h-MWCNT, 3D V2C nanosheets, and their heteroatom-doped counterparts, and the detailed investigation of the effects of modification steps on both printability and sensor performance. In the first part of the thesis, the electrochemical activity of the sensors was evaluated against nicotine. The results demonstrated that our novel sensor design outperforms the sensors reported in the literature in terms of linear range (10-500 μM) and LOD (0.058 μM). In the second part of the thesis, the optimized ink compositions were utilized for supercapacitor applications. Low-cost production of supercapacitors with fast charge-discharge capability, long cycle life, and high reliability was achieved. This enabled energy conversion with high storage capacity and high efficiency. The successful achievement of compatible results from supercapacitors and flexible electrodes clearly demonstrates that MXene-hMWCNT based materials are highly promising for both supercapacitor applications in energy storage and nicotine sensor applications in flexible electronics.
Benzer Tezler
- Mxene kristalleri tabanlı iki boyutlu malzemelerin fiziksel özelliklerinin yoğunluk fonksiyoneli teorisiyle (DFT) incelenmesi
Density functional theory (DFT) investigation of the physical properties of Mxene crystals based two dimensional materials
ERDEM BALCI
Doktora
Türkçe
2019
Fizik ve Fizik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAVAŞ BERBER
- Light-driven synthesis of bio-based polymers and theirsupercapacitance investigation
Biyo-temelli polimerlerin ışığa dayalı sentezi ve süperkapasitansincelemeleri
SENA ERMİŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ KIŞKAN
DOÇ. DR. KEREM KAYA
- Neoliberal subjectification through family medicine model in Turkey: An online ethnography
Türkiye'de aile hekimliği modeli ve neoliberal öznellik inşası
EMİNCAN FİDAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Siyasal BilimlerGalatasaray ÜniversitesiSiyaset Bilimi Ana Bilim Dalı
DR. CEMİL YILDIZCAN
- Karbon tabanlı iki boyutlu malzemelerin lityum ve lityum-sülfür bataryalarında kullanılabilirliğinin araştırılması
Investigation of carbon-based two-dimensional materials for use in lithium and lithium-sulfur batteries
FUAT BİLİCAN
Doktora
Türkçe
2025
Fizik ve Fizik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEVGİ ÖZDEMİR KART
DOÇ. DR. FATİH ERSAN
- Hybrid bioprinting of functionalized scaffolds for tissue engineering applications
Doku mühendisliği uygulamaları için fonksiyonelleştirilmiş doku iskelelerinin hibrid üç boyutlu (3B) biyobasım
MAHDIYEH ZAHRABI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Bilim ve TeknolojiSabancı ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHATTİN KOÇ