Thermal drawing of low-dimensional material-integrated triboelectric fibers for healthcare applications
Biyohareket algılama ve sağlık uygulamaları için düşük boyutlu malzemeler entegre triboelektrik fiberlerin termal çizimi
- Tez No: 889461
- Danışmanlar: Dr. MUSTAFA ORDU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Polimer Bilim ve Teknolojisi, Polymer Science and Technology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 142
Özet
Esnek giyilebilir cihazların ve sensörlerin sağlık hizmetlerinde devrim yaratma potansiyeli, gerçek zamanlı izlemeyi kolaylaştırma yeteneklerinde yatmaktadır. Ancak, bu giyilebilir sensörlerin çoğu yoğun enerji tüketicileridir ve büyük enerji depolama cihazlarının gerekliliği, kabul edilebilirliklerini önemli ölçüde engellemektedir. Şu anda mevcut algılama cihazları çoğunlukla, nefes alabilirliği olmayan film bazlı cihazlar kullanılmakta olup, bu durum bunların yaygın sağlık uygulamalarında uygulanabilirliklerini azaltmaktadır. Triboelektrik nanojeneratörler (TENG'ler), triboelektrifikasyon ve elektrostatik indüksiyonun sinerjik süreçleriyle mekanik ve biyomekanik enerjiyi elektrik çıkışına dönüştüren, çevresel açıdan sürdürülebilir cihazlardır. Bu cihazlar, düşük frekanslı mekanik ve biyomekanik enerjiyi etkili bir şekilde toplar ve kendi kendine çalışan algılamayı mümkün kılar. TENG performansı, yüksek spesifik yüzey alanına sahip düşük boyutlu malzemelerin esnek ferroelektrik polimerlere dahil edilmesiyle artırılabilir. Ferroelektrik poliviniliden florür (PVDF) ve kopolimerleri, yüksek dielektrik sabitleri ve yüksek derecede elektronegatif flor iyonlarının bolluğu nedeniyle oldukça avantajlıdır. Çeşitli düşük boyutlu malzemeler, PVDF'nin polar gruplarıyla etkileşime girebilir ve bunları elektroaktif fazlara uyacak şekilde yeniden yönlendirebilir. Ayrıca bu malzemeler mikro kapasitörler oluşturabilir ve nanokompozitin yüzey özelliklerini modüle edebilir. Bu tezde, kendi kendine enerji üretme yeteneğine ve tekstil olarak nefes alabilirliğe sahip triboelektrik nanojeneratörle entegre bir tekstil fiberi hazırlayarak sorunu ele almayı amaçlıyoruz. Bu çalışmada, kesintisiz triboelektrik fiberlerin hazırlanmasında termal çekme işlemi üretim platformu olarak kullandık. Triboelektrik özellikleri geliştirmek için PVDF matrisine grafen nanoplatelet (GNP) ve Molibden disülfit (MoS2) eklenmesi yapılmıştır. Termal olarak çekilmiş nanokompozit fiberlerin β fazları önemli bir gelişme göstermektedir ve %1, %3, %5 GNP entegrasyonu ile %37,6, %39,5 ve %43,3'e yükseltilmiştir. MoS2 durumunda, β fazı ağırlıkça %3 MoS2 miktarı ile %47,5'e yükselir; ancak, β fazı ağırlıkça %3 MoS2'nin ötesinde azalmaktadır. Nanokompozit TENG lifleri gelişmiş triboelektrik özellikler göstermektedir. Fiberler kritik sağlık uygulamalarında kullanılmalarını mümkün kılacak şekilde üstün hassasiyet, esneklik ve dayanıklılık göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The potential of flexible wearable devices and sensors to revolutionize healthcare lies in their ability to facilitate real-time monitoring. However, many of these wearable sensors are extensive energy consumers, and the requirement of bulky energy storage devices significantly hampers their acceptability. Currently available sensing devices mostly employ film-based devices, which lack breathability, reducing their applicability in widespread healthcare applications. Triboelectric nanogenerators (TENGs) are environmentally sustainable devices that convert mechanical and biomechanical energy into electrical output through the synergistic processes of triboelectrification and electrostatic induction. These devices effectively harvest low-frequency mechanical and biomechanical energy and enable self-powered sensing. TENG performance can be enhanced by incorporating low dimensional materials with high specific surface areas into flexible ferroelectric polymers. Ferroelectric polyvinylidene fluoride (PVDF) and its copolymers are particularly advantageous due to their high dielectric constant and abundance of highly electronegative fluorine ions. Various low dimensional materials can interact with the polar groups of PVDF and reorient them to conform to electroactive phases. Moreover, they can also form micro-capacitors and modulate the surface properties of nanocomposite. In this thesis, we aim to address the issue by preparing a triboelectric nanogenerator integrated textile fiber with self-energy generating ability and breathability as textiles. We employed the thermal drawing process as a fabrication platform for preparing continuous triboelectric fibers. Graphene nanoplatelet (GNP) and Molybdenum disulfide (MoS2) are added to the PVDF matrix to improve triboelectric properties. β phases of thermally drawn nanocomposite fibers demonstrate significant improvement and were increased to 37.6%, 39.5%, and 43.3% for 1, 3, 5% GNP integration. For the case of MoS2, β phase increases to 47.5% for 3 wt% MoS2; however, β phase decreases beyond 3 wt%. The nanocomposite TENG fibers demonstrate improved triboelectric properties. The fibers show superior sensitivity, flexibility and durability, enabling their applications in critical healthcare applications.
Benzer Tezler
- Alüminyum 7075 alaşımının akışla şekillendirme ve yaşlandırma işlemi sonrası mikroyapı ve mekanik özelliklerinin incelenmesi
Investigation of the microstructure and mechanical properties of aluminum 7075 alloy after flowforming and ageing process
ABDULKERİM KELLECİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT BAYDOĞAN
- Production and characterization of porous carbon nanofibers as anodes for sodium ion batteries
Gözenekli karbon nano liflerin sodyum iyon pillerı için anot olarak üretimi ve karakterizasyonu
BÜLİN ATICI
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MELTEM YANILMAZ
- Composite carbon nanofiber anodes for na ion batteries
Sodyum iyon piller için kompozit karbon nanofiber anotlar
ELHAM ABDOLRAZZAGHIAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. MELTEM YANILMAZ
- Alümina ilavesinin Li2O-ZnOSi2 cam ve cam seramiklerinin kristalizasyon davranışı, mekaniksel ve kimyasal özellikleri üzerine etkisi
Başlık çevirisi yok
ELVAN BİLGE ÇUKUR
- Li2O - ZnO - Al2O3 camlarının kontrollü kristalizasyonu ve cam seramiklerin karakterizasyonu
The Controlled crystallization of Li2O - ZnO - Al2O3 - SiO2 glasses and the characterization of glass ceramics
ENGİN MAYTALMAN
Yüksek Lisans
Türkçe
1999
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERDEM DEMİRKESEN