Ti3C2Tx MXene in transparent thin film heaters and iontronic pressure sensors
Şeffaf ince film ısıtıcılarda ve iyontronik basınç sensörlerinde Ti3C2Tx MXene
- Tez No: 872799
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ EMRAH ÜNALAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF KELEŞTEMUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Metalurji Mühendisliği, Metallurgical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 108
Özet
Ti3C2Tx MXene'nin dikkate değer elektronik özellikleri, onun çok çeşitli nanomateryal bazlı elektronik uygulamalarına entegrasyonunu mümküm kılmaktadır. Araştırmacılar, MXene'lerin enerji depolama, sensör uygulamaları ve kataliz gibi çeşitli alanlardaki potansiyelini araştırarak çok yönlülüklerini ve umut verici özelliklerini raporlamışlardır. MXene'lerin elektronik uygulamalardaki kapsamlı araştırma geçmişine rağmen koruyucu özellikleri ve iyontronik basınç sensörlerindeki kullanımı yeterince araştırılmamıştır. Bu tez, Ti3C2Tx MXene'nin bakır nanoteller (Cu NW'ler) için koruyucu davranışınıincelemekte ve iyontronik basınç sensörlerinin elektrotları olarak performansını değerlendirmektedir. Ti3C2Tx MXene'nin Cu NW iletken ağlar üzerine başarılı bir şekilde kaplanması, Cu NW ağlarının kullanım ömrü ve optoelektronik performansında önemli gelişmeler sağlamaktadır. Bu çalışmada, yalnızca Cu NW kullanılarak üretilen iletken ağların normal ortam koşullarında 10 gün içinde direncinin hızlıca arttığını gözlenirken, aynı ortamda Ti3C2Tx MXene ile kaplanmış Cu NW ağlarının elektriksel iletkenliğini 10 ay boyunca koruduğu gözlemlenmiştir. Ek olarak, üretilen şeffaf iletken elektrotlar (TCE'ler) şeffaf ince film ısıtıcılar (TTFH'ler) olarak kullanıldığında uzun vadeli kararlılık sergileyerek bir hafta boyunca ısıtma performansını korumuştur. Şeffaflıktan ödün vermeden geliştirilmiş oksidasyon stabilitesinin bir sonucu olarak, Mxene/Cu NW içeren şeffaf elektrotlar ile üretilen TTFH'ler esnek yapılı insan termoterapi bantları ve buz çözme elektrotları olarak kullanılmıştır. Öte yandan MXene tabanlı iyontronik basınç sensörleri henüz derinlemesine araştırılmamıştır. İyontronik basınç sensörleri; giyilebilir teknoloji, sağlık izleme sistemleri ve insan-makine etkileşim sistemlerini kapsayan çeşitli uygulamalara hitap eden, esnek ve giyilebilir elektronik alanında hayati bileşenler olma noktasında önemli bir potansiyele sahiptir. Bu çalışma, oldukça gözenekli bir yapıya sahip melamin köpük üzerine yekpare olarak kaplanmış Ti3C2Tx MXene paralel elektrotlara ve 1-Etil-3-metilimidazolyum bis(triflorometilsülfonil)imid/termoplastik poliüretan ([EMIM][TFSI]) içeren iyonik olarak iletken bir elektrolite dayanan bir iyontronik basınç sensörü yapısını sunmaktadır. Geliştirilen sensörler, yüksek hassasiyete ve 7000'den fazla döngüye sahip yüksek mekanik stabiliteye sahiptir. MXene kaplanmış melamin köpük bazlı iyontronik basınç sensörleri (MIPS), 5,067 kPa-1 değerinde yüksek hassasiyete ve 4 kPa basınçta 28/18 ms hızlı tepki/kurtarma süresine sahiptir. Tasarlanan sensörün yüksek hassasiyeti, yüksek mekanik stabilitesi ve hızlı tepki/kurtarma süresi; onu gerçek zamanlı vücut hareketi izleme cihazları için umut verici bir aday haline getirmektedir. Ayrıca bu çalışma kapsamında geliştirilen sensörler kullanılarak üretilmiş sayısal tuş takımının, makine öğrenimi algoritmalarının da yardımıyla gelişmiş ATM güvenlik sistemlerine entegrasyonu önerilmektedir. Bu araştırma, giyilebilir elektronik ve güvenlik sistemleri için umut verici alternatifler vaat eden bulgular sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The remarkable properties of two-dimensional carbides, nitrides, or carbonitrides (MXenes) have resulted in their integration into a range of nanomaterial-based electronic applications. Researchers have explored MXenes' potential in diverse areas, such as energy storage, sensing, and catalysis, highlighting their versatility and promising properties. Despite MXenes' extensive research history in electronic applications, its protective properties and utilization in iontronic pressure sensors have not been sufficiently explored. This thesis investigated the protective behavior of Ti3C2Tx MXene for copper nanowires (Cu NWs) and assessed its performance as electrodes of iontronic pressure sensors. The successful deposition of Ti3C2Tx MXene into Cu NW networks showcases substantial improvements in the stability and performance of bare Cu NW networks. The results demonstrated that Ti3C2Tx MXene deposition enhanced the stability of Cu NW networks to 10 months under ambient conditions, contrasting with the rapid increase in electrical resistance observed in bare Cu NWs network within ten days. Additionally, the fabricated transparent conducting electrodes (TCEs) exhibited long-term stability when used as transparent thin film heaters (TTFHs), maintaining consistent performance over a week. As a result of the improved stability without conceding transparency, fabricated Mxene/Cu NWs network-based TTFHs were utilized as wearable human thermotherapy patches and defrosting electrodes. Iontronic pressure sensors hold significant potential to emerge as vital components within the realm of flexible and wearable electronics, catering to various applications spanning wearable technology, health monitoring systems, and human-machine interaction systems. This thesis introduces an iontronic pressure sensor structure based on a seamlessly deposited Ti3C2Tx MXene layer on highly porous melamine foam as parallel plate electrodes and an ionically conductive electrolyte of 1-Ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide/thermoplastic polyurethane ([EMIM][TFSI]/TPU), coupled with carbon cloth for current collecting layers for improved sensitivity and high mechanical stability of more than 7000 cycles. MXene-deposited melamine foam-based iontronic pressure sensors (MIPS) showed a high sensitivity of 5.067 kPa-1 and a fast response/recovery time of 28/18 ms at a pressure of 4 kPa. The high sensitivity, high mechanical stability, and fast response/recovery time of the designed sensor make it a promising candidate for real-time body motion monitoring. Moreover, sensors were employed as a smart numpad for integration into advanced ATM security systems with the help of machine learning algorithms. This research marks a significant advance in iontronic pressure sensor technology, offering promising avenues for application in wearable electronics and security systems.
Benzer Tezler
- Islak kimya yöntemi ile mxene Ti3C2Tx üretimi: Sentez parametrelerinin mxene tabaka boyutuna etkisi
Production of mxene Ti3C2Tx by wet chemical method: the effect of synthesis parameters on mxene layer size
RIZA TURGUT YAMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Kimya MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HANDAN KAMIŞ
- Ti3C2 MXene sentezi ve sentez şartlarının MXene özelliklerine olan etkisi
Ti3C2 MXene synthesis and the effect of synthesis conditions on MXene properties
MUSTAFA YEGİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Çevre MühendisliğiFırat ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖZGE HANAY
- Contribution of mxene coatings to the performance of nickel based electroactive materials
Mxene kaplamaların nikel bazlı elektroaktif malzemelerein performansına etkisi
BERKE KARAMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA KAMİL ÜRGEN
- Süperkapasitörler için MXene (Ti3C2Tx) ve MnFe2O4 katkılı kompozit elektrotların geliştirilmesi
Development of MXene (Ti3C2Tx) and MnFe2O4 added composite electrodes for supercapacitors
NURİ ERGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Metalurji MühendisliğiKarabük ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SAFA POLAT
- Development of mxene based nanocomposites for radar absorbing materials
Radar soğurucu malzemeler için mxene bazlı nanokompozitlerin geliştirilmesi
SABRİ GÖKAY ADALI
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Mühendislik BilimleriOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ YUSUF KELEŞTEMUR