Doğal radyasyon enerjilerinin yönetimi ile pasif ısıtıcı tekstil yapılarının tasarlanması
Design of passive heating textile structures by managing natural radiation energies
- Tez No: 934394
- Danışmanlar: PROF. DR. SİBEL KAPLAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Tekstil ve Tekstil Mühendisliği, Textile and Textile Engineering
- Anahtar Kelimeler: Kişisel termal yönetim, doğal radyasyon, pasif ısıtma, turmalin, pomza, sodyum alginat, Personal thermal management, natural radiation, passive heating, tourmaline, pumice, sodium alginate
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Tekstil Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Günümüz tekstil uygulamalarında, doğal radyasyon enerjilerinin yönetimiyle tasarlanan pasif ısıtıcı yapılar gerek artırılmış konfor gerekse enerji tasarrufu açılarından giysi dışında kozmetik ve medikal gibi birçok teknik alanda da kullanım olanağı bulmaktadır. Doğal bir polimer olan sodyum alginat (NaAlg) matrisi içine çinko oksit (ZnO), turmalin ve pomza partikülleri eklenerek ısıtıcı özellikte kompozit filmler geliştirilmiş; bu filmlerin optik ve ısıtma özellikleri optimize edildikten sonra selülozik dokusuz yüzey kumaşa bitim işlemi olarak uygulanmasıyla ısıtıcı özellikte kumaşlar elde edilmiştir. Film ve kumaşların temel kimyasal ve morfolojik analizleri Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) ve Fourier Dönüşümlü Kızılötesi Spektroskopisi (FT-IR), partikül ve kompozit yapının kristal yapısı X-Işını Difraktometresi (XRD) ile analiz edilmiştir. Film ve kumaşların vücut orta infrared radyasyon (MIR) dalga boyundaki radyasyon enerjisini yönetme, uzak infrared radyasyon (FIR) dalga boyunda tekrar vücuda yansıtma performansları Zayıflatılmış Toplam Yansıma (ATR) FT-IR analizleriyle elde edilen yansıtma (reflection) ve yayıcılık (emissivity) grafikleri ile, güneş ışınlarını absorbe etme performansları ise UV-VIS-NIR spektroskopisi ile elde edilen yansıtma ve absorpsiyon grafikleri ile incelenmiştir. Isıtma performansları, devam eden bir TUBITAK Projesi kapsamında tasarlanan sıcak levha sisteminde FIR lamba altında yapılan testler ile belirlenmiştir. Son kullanım alanı olarak medikal veya kozmetik bir maske planlandığı için geliştirilen kumaşın diğer performans özelliklerinin belirlenmesi için temel fiziksel, mekanik, geçirgenlik (hava) ile sıvı absorbsiyon ve transfer testleri (absorbsiyon süresi, batma testi, absorbsiyon kapasitesi) de gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, vücut radyasyonu dalga boyu aralığında (7-14 µm) MIR ışınlarını vücuda geri yansıtma performansı en yüksek olan turmalin içerikli film olurken yayıcılık sonuçlarına göre ise ZnO partikülü içeren film en yüksek yayıcılık değerini vermiştir. UV-VIS-NIR ölçümlerinde ise görünür ışık aralığında (400-700 nm) turmalin ve pomza içerikli filmler güneş ışığını daha iyi absorbe etmişlerdir. Turmalin ve pomza içerikli filmlerin optik ölçümlerdeki yüksek performansları ısıtma konusunda da geçerli olmuş, filmler sırasıyla partikül içermeyen formlarına göre 9.39 °C ve 9.07 °C'lik ısıtma gerçekleştirmişlerdir. Dolayısıyla turmalin ve pomza içerikli kompozit çözeltiler iki farklı polimer yükleme oranında kumaşa uygulanmıştır. Kumaş sonuçlarına göre ise FT-IR yansıtma ve yayıcılık sonuçlarına göre, pomza içerikli kompozit uygulanan kumaş turmalin içerikli kumaşa göre daha iyi performans göstermiştir. Sıcak levha sistemi ile yapılan ısıtma performansı testlerinde de en yüksek sıcaklık farkı (4.18 °C) pomza içerikli kompozit uygulanan kumaşta (düşük yükleme) gözlenmiştir. Soğuma sırasındaki ısı tutma performansları ise ısınmadan farklı olarak kompozit uygulanan kumaşlarda daha düşük gözlenmiş, partiküller bu özelliği negatif yönde etkilemiştir. Kumaşların performans ve konfor parametreleri ile ilgili sonuçlar incelendiğinde, polimer uygulaması ile gramajda beklendiği şekilde bir artma; kopma mukavemetinde makine yönünde azalma, çapraz yönde artma; kopma uzamasında ise ham kumaşa göre azalmalar tespit edilmiştir. Giysilik kumaş kadar olmasa da seçilen kozmetik kullanım alanı için de önemli olan eğilme direnci değerleri polimer yükleme oranıyla beklenildiği şekilde artarken turmalin partikülleri kumaşı pomza içerikli uygulamaya göre anlamlı düzeyde daha fazla sertleştirmiştir. Hava geçirgenliği değerleri de uygulama ile beklenildiği gibi düşerken ham kumaşa en yakın değerler turmalin içerikli düşük polimer yükleme oranına sahip kumaşta tespit edilmiştir. Sıvı emme ve transfer özellikleri açısından en iyi sonuçlar, yüksek polimer yüklemeli pomza içerikli kompozit uygulanan kumaşta elde edilmiştir. Turmalin içerikli kumaşlar ise, en yüksek sıvı absorbsiyon kapasitesine sahiptir. Sonuç olarak, pomza içerikli kompozit uygulanan kumaş, FT-IR yansıtma ve yayıcılık, ısıtma performansı, sıvı emme ve transfer özelliklerinin tümünde daha yüksek performans göstererek kozmetik yüz maskeleri gibi kişisel veya medikal bir bakım ürünü için en uygun yapı olarak belirlenmiştir. Bu kumaşların, vücut ısısını geri yansıtarak uzun süreli ısıtıcı etki sağlamasına bağlı olarak deriye verilen aktif bileşenlerin daha etkili emilmesini destekleyebileceği düşünülmektedir. Özellikle düşük polimer yükleme oranında daha yüksek performans elde edilmesi hem ekonomik hem de kumaş performansı açılarından avantajdır. Bu tür pasif ısıtıcı yapıların, NaAlg ve seçilen partiküllerin vücut uygulamaları da düşünüldüğünde, çok fonksiyonlu benzer ürünlerde kullanılabileceği düşünülmektedir. Ayrıca, kumaş dahil kullanılan tüm malzemelerin biyobozunur özellikte olması ile enerji harcanmadan gerçekleştirilen ısıtma fonksiyonu yapının çevresel avantajlarını oldukça artırmaktadır.
Özet (Çeviri)
In modern textile applications, passive heating structures designed through the management of natural radiation energies are utilized in various technical fields such as cosmetics and medical sectors, in addition to clothing, due to their enhanced comfort and energy-saving benefits. In this study, composite films with heating properties were obtained by adding zinc oxide (ZnO), tourmaline, and pumice particles into a sodium alginate (NaAlg) matrix, which is a natural polymer. These film solutions, optimized for optical and heating properties, were applied as a finishing treatment on cellulosic nonwoven fabric to create heating fabrics. The basic chemical and morphological analyses of the films and fabrics were conducted using Scanning Electron Microscopy (SEM) and Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR), while the crystal structure of the particles and composite structures was analyzed through X-ray Diffraction (XRD). The ability of films and fabrics to manage body radiation energy in the mid-infrared (MIR) wavelength range and reflect it back to the body in the far-infrared (FIR) wavelength range was evaluated through reflectance and emissivity graphs obtained via attenuated total reflectance (ATR) FT-IR analysis. The performance of absorbing sunlight was investigated using UV-VIS-NIR spectroscopy, where reflectance and absorption graphs were obtained. Heating performance tests were conducted under FIR lamp using a hot plate system developed within an ongoing TUBITAK Project. Additionally, since the intended end-use of the developed fabric is a medical or cosmetic mask, essential physical, mechanical, permeability (air), liquid absorption, and transfer tests (absorption time, wetting test, absorption capacity) were performed to determine other performance characteristics of the fabric. According to the results obtained, the tourmaline-containing film showed the highest reflectance performance in the mid-infrared radiation (MIR) range (7-14 µm), while the ZnO particle-containing film exhibited the highest emissivity according to the emissivity results. In UV-VIS measurements, tourmaline- and pumice-containing films absorbed sunlight more efficiently in the visible light range (400-700 nm). The high optical performance of tourmaline- and pumice-containing films was also valid for heating, as the films achieved heating levels of 9.39 °C and 9.07 °C, respectively, compared to their non-particle forms. Consequently, composite solutions containing tourmaline and pumice were applied to the nonwoven fabric at two different polymer loading rates. Fabric results showed that the composite fabric with pumice exhibited better performance than the fabric with tourmaline in terms of reflectance and emissivity based on FT-IR results. The heating performance tests conducted with the hot plate system revealed that the fabric with low polymer loading containing pumice achieved the highest temperature difference (4.18 °C). However, unlike the heating performance, the heat retention during cooling was lower in composite-applied fabrics, with particles negatively affecting this feature. When examining the performance and comfort parameters of the fabrics, it was observed that polymer application resulted in an expected increase in weight, a decrease in breaking strength in the machine direction, an increase in the crosswise direction, and a decrease in elongation compared to the raw fabric. Although the necessity is not as garment fabrics, the bending rigidity values, which are important for the selected cosmetic use, increased as expected with polymer loading. Tourmaline particles significantly stiffened the fabric compared to pumice-containing applications. As expected, air permeability values decreased with the application, with the fabric containing a low polymer loading of tourmaline showing the closest values to the raw fabric. The best results in terms of liquid absorption and transfer properties were obtained for the fabric with pumice-containing high polymer loaded one. Tourmaline-containing fabrics exhibited the highest liquid absorption capacity. In conclusion, the fabric with pumice-containing composite application was determined to be the most suitable structure for a personal or medical care product, such as cosmetic face masks, by demonstrating superior performance in FT-IR reflectance and emissivity, heating performance, air permeability, and liquid absorption and transfer properties. It is thought that these fabrics, by reflecting body heat back to the skin and providing a long-lasting warming effect, could support more effective absorption of active ingredients delivered to the skin. The fact that higher performance was achieved at a lower polymer loading rate provides both economic and fabric performance advantages. It is also believed that such passive heating structures, considering the biodegradable nature of the NaAlg and selected particles, could be used in multifunctional similar products for environmentally friendly body applications without energy consumption.
Benzer Tezler
- The Application of flourescence and absorbtion spectroscopy to the study of penacillin acylase in a solution
Çözelti içerisindeki penisilinin asilazin floresans ve absorbsiyon spektroskopisi ile incelenmesi
ŞEBNEM ERÇELEN
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÖNDER PEKCAN
- Radyasyon çalışanlarında tiyol-disülfid homeostazisinin değerlendirilmesi
Evaluation of thiol-disulfide homeostasis in radiation workers
URAL KOÇ
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
2016
Radyoloji ve Nükleer TıpKırıkkale ÜniversitesiRadyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİNAN TAN
- Simulation of betavoltaic batteries with geant4
Betavoltaik pillerin geant4 programı ile benzetimi
BERRİN CANKILIÇ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSKENDER ATİLLA REYHANCAN
- Bazı metal içeren kompozitlerin radyasyon zırhlama değerlerinin deneysel ve teorik olarak hesaplanması
Experimental and theoretical calculation of the radiation shielding values of some metal containing composites
ARZU COŞKUN
Doktora
Türkçe
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiAmasya ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BETÜL ÇETİN
- Akdeniz ve Marmara Denizi sedimentlerinde doğal ve yapay radyoaktivitenin gama ışını spektrometresi ile belirlenmesi
Determination of natural and artificial radioactivity in sediments of the Mediterranean and Marmara Sea by gama ray spectrometry
ANIL ORTA
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Nükleer Mühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiNükleer Araştırmalar Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ AYŞE NUR ESEN