hBN and BaTiO3 reinforced PVDF-HFP matrix piezoelectric nanocomposites for flexible energy storage and harvesting applications
Esnek enerji depolama ve hasadı uygulamaları için hBN ve BaTiO3 takviyeli PVDF-HFP matrisli piezoelektrik nanokompozitler
- Tez No: 859493
- Danışmanlar: PROF. DR. NURAN AY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Enerji, Metalurji Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Energy, Metallurgical Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Eskişehir Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 207
Özet
Bu doktora tezi, esnek enerji depolama ve enerji hasadı uygulamaları için çeşitli seramik nanopartikülleri ile güçlendirilmiş poli(viniliden florür-ko-hekzafloropropilen) (PVDF-HFP) matris piezoelektrik nanokompozitleri tanıtmaktadır. Hekzagonal bor nitrür (hBN) nanopartiküllerinin (NPs) silan bazlı bir yüzey aktif madde olan viniltrimetoksisilan (VTS) ile yüzey modifikasyonu yoluyla bor nitrür nanotabakaların (BNNSs) oluşumuna dair yeni bir yöntem gösterilmiştir. Ağırlıkça %0-10 oranında hBN NPs ve yüzey modifikasyonlu BNNS (BNNS-VTS)'ler ile ağırlıkça %0-25 oranında baryum titanat (BaTiO3; BT) NPs ve yüzey modifikasyonlu BT (BT-VTS) NPs'ler ile takviye edilmiş PVDF-HFP matris nanokompozitler çözelti dökümü ve eriyik kristalizasyon ile üretilmiştir. Gözenekli %25 BT-VTS/PVDF-HFP nanokompozitleri ilk kez çeşitli faz ayırma yöntemleri ile hazırlanmıştır. BN-BT-BN konfigürasyonunda iki farklı sandviç yapılı nanokompozit, yoğun %4 hBN/PVDF-HFP ve yoğun veya birbirine bağlı gözenekli %25 BT-VTS/PVDF-HFP nanokompozitlerin sıcak preslenmesi ile ilk kez üretilmiştir. Elde edilen bulgulara göre, esnek dielektrik kapasitör olarak çözelti döküm %4 hBN/PVDF-HFP nanokompozitleri, yalıtkan nanokatkıları sayesinde en yüksek enerji depolama performansını (641 MVm-1 dielektrik dayanımı, 23,2 Jcm-3 enerji yoğunluğu, %92 şarj-deşarj enerji verimliliği) sunarak daha önce bildirilen BN takviyeli PVDF esaslı nanokompozitleri aşmıştır. Ayrıca, enerji hasadı performansı 3B gözenekli mikro yapı ile geliştirilmiştir. 22,11 uWcm-3 güç yoğunluğu sunan gözenekli sandviç yapılı %4 hBN/%25 BT-VTS/PVDF-HFP nanokompozitleri, esnek piezoelektrik nanojeneratörler olarak hasat edilmiş biyomekanik enerjiyi veya algılama ve biyo-elektrik stimülasyon için gerekli sinyalleri sağlamak üzere kendi kendine güç sağlayan giyilebilir sensörlerde ve aktüatörlerde kullanılabilir.
Özet (Çeviri)
This PhD dissertation introduces poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) (PVDF-HFP) matrix piezoelectric nanocomposites reinforced with diverse ceramic nanoparticles for flexible energy storage and harvesting applications. A new process route was demonstrated to form boron nitride nanosheets (BNNSs) through the surface modification of hexagonal boron nitride (hBN) nanoparticles (NPs) with vinyltrimethoxysilane (VTS) as a silane coupling agent. PVDF-HFP matrix nanocomposites were produced by solution casting and melt crystallization by reinforcing unmodified hBN NPs and surface modified BNNSs (BNNS-VTSs) by 0-10 wt.% and unmodified barium titanate (BaTiO3; BT) NPs and surface modified BT (BT-VTS) NPs by 0-25 wt.%. Porous 25% BT-VTS/ PVDF-HFP nanocomposites were prepared for the first time using various phase separation methods. Novel sandwich-structured nanocomposites in BN-BT-BN configuration were fabricated by hot-pressing of solid 4% hBN/PVDF-HFP and solid or interconnected porous 25% BT-VTS/PVDF-HFP nanocomposites. All findings indicated that solution casted 4% hBN/PVDF-HFP nanocomposites presented the highest energy storage performance (641 MVm-1 breakdown strength, 23.2 Jcm-3 energy density, 92% energy efficiency) as a flexible dielectric capacitor due to the insulating nanofillers, which exceeds the previously reported BN incorporated PVDF-based nanocomposites. Furthermore, the energy harvesting performance was improved by a 3D porous microstructure. The porous sandwich-structured 4% hBN/25% BT-VTS/PVDF-HFP nanocomposites gave a power density of 22.11 uWcm-3, indicating their potential for use as flexible piezoelectric nanogenerators in self-powered wearable sensors and actuators to supply harvested biomechanical energy or signals for sensing and bio-electric stimulation.
Benzer Tezler
- Piezoelectric effects of ultrasound stimulated nanomaterials on human osteoblast cells
Ultrason uyarımlı nanomalzemelerin insan osteoblast hücreleri üzerindeki piezoelektrik etkileri
ŞEVİN ADIGÜZEL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
BiyomühendislikSabancı ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FERAY BAKAN MISIRLIOĞLU
DR. HÜLYA YILMAZ
- Çeşitli katkı malzemeleri içeren PHB/TPU kompozitlerinin hazırlanması ve karakterizasyonu
Characterization and preperation of poly(3-hydroxybutyrate) (P3HB) / thermoplastic polyurethane (TPU) composites containing various additives
EMREHAN ÖNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Polimer Bilim ve TeknolojisiBurdur Mehmet Akif Ersoy ÜniversitesiMalzeme Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BİRTEN ÇAKMAKLI
- hBN ve MWCNT Katkılı PA66/Cam Nanokompozitlerin mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of mechanical properties of hBN and MWCNT integrated PA 66/Glass Nanocomposites
NASER REZAEI ANSAROUDI
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mühendislik BilimleriOndokuz Mayıs ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ İBRAHİM İNANÇ
- ZnO-hBN nanoparçacıkları ile takviye edilen magnezyum matris kompozitlerin mikroyapı, mekanik ve tribolojik özelliklerinin araştırılması
Investigation of microstructural, mechanical and tribological properties of magnesium matrix composites reinforced with ZnO-hBN nanoparticles
CEVHER KÜRŞAT MACİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Makine MühendisliğiFırat ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CİHAN ÖZEL
- Plodia interpunctella (Hbn.) (Lepidoptera: pyralidae) ile Trichogramma embryophagum (Hartig) ve T.turkeiensis Kostadinov (Hymenoptera: trichogrammatidue) arasındaki bazı biyolojik ilişlkiler üzerinde araştırmalar
Investigation on some biological relations between Plodia interpunctella (Hbn.) (Lepidoptera: pyralidae) and Trichogramma embryophagum (Hartig) and T.turkeiensis Kostadinov (Hymenoptera: Trichogrammatidae.)
LEYLA KAHVECİ